Präzisionsjustierdrehmaschine für hochgenaue Mikroobjektive von Leica Microsystems

Leica Microsystems kann seit kurzem die Genauigkeit seiner Mikroobjektive nochmals erheblich steigern. Dies ist dem BMBF-geförderten Forschungsprojekt FERMI zu verdanken, das – von Leica initiiert – in einem Konsortium mit LINOS Photonics, dem Maschinenhersteller OptoTech Optikmaschinen, dem Fraunhofer IOF Jena sowie Jenoptik bearbeitet wurde. Anfang 2008 konnte das Ergebnis in Form einer 6 Tonnen schweren Kombination aus Mess- und Bearbeitungsmaschine bei Leica Microsystems in den dritten Stock gehoben werden.

Die neue OptoTech-Maschine JDM 200 CNC ermöglicht Leica Microsystems die Produktion gefasster Linsen mit extremen Durchmesser- und Abstandsgenauigkeiten, und dies reproduzierbar in hohen Losgrößen. „Damit können wir erstmals Zentriergenauigkeiten unter 1µm realisieren, und auch die Durchmesser- und Scheitelhöhengenauigkeit liegen im Bereich um 1µm“, schwärmt Dr. Claus Gunkel, Leiter des Leica Optik Centers.

„FERMI“ stellte für alle beteiligten Partner eine große Herausforderung dar, wurde jedoch zu einem weiteren Beweis für die Durchschlagskraft von Projekten, in denen es gelingt, verschiedene Kompetenzen zu bündeln. Beispielhaft gelungen ist dies den drei PhotonicNet-Partnern Leica Microsystems, LINOS und OptoTech gemeinsam mit den Jenaer Kollegen. Die Zukunft des Fertigungsstandortes Deutschland kann von solchen Kooperationen und Vernetzungen nur profitieren.

Zur Technologie

Die vollständig aus Granit und Grauguss gefertigte und in allen Achsen hydrostatisch gelagerte Maschine bearbeitet gefasste Optikuntergruppen mit höchster Genauigkeit, korrigiert sich selbst mit Hilfe der integrierten Messtechnik und überzeugt mit bisher ungekannter Prozessstabilität und Genauigkeit.

Die zunächst noch relativ ungenau in Metallfassungen eingeklebten Linsen werden in einer speziellen Spannzange aufgenommen und mit der hochgenauen hydrostatischen Spindel in Rotation versetzt. Zwei in der Maschine integrierte Reflexbildgeräte, eine Verstärkerelektronik und ein komplexer Softwarealgorithmus detektieren nun die „schiefe“ Lage der optischen Achse im Raum. Diese Daten werden von der Software zur vollautomatischen Justage der optischen Achse genutzt, indem zwei Tauchspulenhämmer durch unterschiedlich harte Stöße das bewegliche Magnetfutter während der Rotation derart verschieben, dass die optische Achse schließlich mit der Rotationsachse übereinstimmt.

Anschließend wird die Metallfassung rundherum spanend bearbeitet, wobei die Maschine zwischen den Drehprozessen den Durchmesser der Fassung misst, um die Abnutzung des Drehstahls zu kompensieren.

Besondere Bedeutung kommt auch dem Abstand des Linsenscheitels zum oberen Fassungsbund zu, da dieser den späteren Abstand der Linsen untereinander im fertigen Objektiv bestimmt. Dieser Abstand wird in der Maschine automatisch mit einem Niedrigkohärenzinterferometer gemessen. Durch diese spezielle Technik ist sogar das Antasten des unteren Linsenscheitels durch die Linse hindurch möglich. Auch diese Messung nutzt die Maschine zur Korrektur des Plandrehstahls.

Alle Linsen- und Fassungsdaten können in einem Dateisystem abgelegt und für jedes Los abgerufen werden. Der Justierprozess ist auf einer speziell entwickelten Monitoring-Software zu verfolgen und parametrisch zu steuern.

Informationsmaterial über das Projekt sowie über die Maschine kann bei OptoTech Optikmaschinen bezogen werden.

Kontakt:
OptoTech Optikmaschinen GmbH
Dipl.-Ing. (FH) Matthias Pfaff
Business Unit Director Precision Optics
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