Mechanischer Bezug: Die „harte Währung“ der Bearbeitung und Montage Um die Bezugsübertragung zu verstehen, müssen wir zunächst eines verstehen: Bei der Bearbeitung und Montage ist der mechanische Bezug absolut der Protagonist. Beginnen wir mit der Bearbeitung. Wie wird der Spiegel beim Drehen, Schleifen und Polieren positioniert? Es beruht auf den mechanischen Positionierungsflächen des Spiegelkörpers, der äußeren kreisförmigen Kante, den Löchern für die Positionierungsstifte und der Oberfläche des Montageflansches. Beim Drehen hält das Spannfutter den Außenkreis und nutzt ihn als Bezugspunkt für die Zentrierung; Beim Schleifen und Polieren ruht die Auflagefläche des Spiegels auf dem Werkzeugtisch, der mit den Positionierungsflächen des Spiegelkörpers zusammenpasst. Unabhängig vom Verfahren wird die räumliche Position des Spiegels auf der Werkzeugmaschine letztendlich durch diese mechanischen Bezugsflächen bestimmt. Lassen Sie uns nun über die Montage sprechen. Wie wird der Spiegel positioniert, wenn er in die Spiegeltrommel oder Strukturkomponente eingebaut wird? Auch hier handelt es sich um die mechanische Bezugsgröße: Die Oberfläche des Montageflansches passt zur Endfläche, der Außenkreis und das Innenloch des Spiegeltubus werden positioniert, und die Positionierungsstifte und Stiftlöcher bestimmen die Winkelausrichtung. Nach der Installation bleibt es an Ort und Stelle; Der Spiegeltubus erkennt nicht Ihre optische Achse, sondern nur die mechanischen Oberflächen. Bearbeitung und Montage verwenden dieselbe Sprache: mechanische Bezugspunkte. Sie verfügen selbstverständlich über eine gemeinsame Kommunikationsbasis. Wo liegt das Problem? Es liegt im Zwischenschritt der „Inspektion“. Wie wird die optische Referenz aus der Inspektionsphase zurück zur mechanischen Referenz übertragen? Was ist der Zweck der Inspektion? Es teilt dem Herstellungsprozess mit, „wo er nicht gut genug ist“, und teilt dem Montageprozess mit, „ob dieser Spiegel den Qualitätsstandards entspricht“. Bei der Inspektion wird jedoch eine andere Sprache verwendet: die optische Referenz. Die optische Achse des Interferometers definiert das Inspektionskoordinatensystem und die Wellenfront des CGH definiert die Form der Referenzoberfläche. PV und RMS des Oberflächenformfehlers werden unter diesem optischen Koordinatensystem berechnet. Nun stellt sich das Problem: Wie stimmen die optischen und mechanischen Referenzen überein? Wenn sie nicht ausgerichtet sind, entsteht diese absurde Situation: Die Fertigungsabteilung schleift den Spiegel entsprechend der mechanischen Referenz auf die erforderliche Oberflächenform, und die Inspektionsabteilung bestätigt, dass die Oberflächenform den Anforderungen gemäß der optischen Referenz entspricht, aber die beiden „erfüllt die Anforderungen“ beziehen sich nicht auf dasselbe – es gibt eine Abweichung zwischen der optischen und der mechanischen Referenz. Bei der Montage wird der Spiegel entsprechend der mechanischen Referenz eingebaut, das optische System weist jedoch eine völlig andere Oberflächenform auf. Das ist das Wesentliche an der Referenzübertragungsfalle: Es geht nicht darum, dass man ungenau ist, sondern dass jeder sein eigenes Lineal verwendet und dann davon ausgeht, dass er das Gleiche misst.
Abbildung 1. Vier Zustände zwischen optischen und mechanischen Referenzen: perfekte Ausrichtung, Exzentrizität, Neigung und Exzentrizität und Neigung (von links nach rechts).
Bei einigen Inspektionsmethoden ist es von Natur aus schwierig, sie an mechanische Referenzen anzupassen, was ein Kernproblem aufwirft: Die Schwierigkeit, optische Referenzen auf mechanische Referenzen zu übertragen, variiert je nach Inspektionsmethode um Größenordnungen. Bei einigen Inspektionsmethoden lautet die Referenz „gleitend“. Nehmen Sie zum Beispiel das traditionelle Profilometer mit mechanischer Sonde. Es scannt die Konturen einiger Linien auf der Spiegeloberfläche und erreicht so eine hohe Datengenauigkeit. Sein Koordinatensystem wird jedoch durch die Bewegungsführungsschiene des Tasters definiert. Welche Beziehung besteht zwischen dieser Führungsschiene und der mechanischen Referenzfläche des Spiegels? Um diese Verbindung herzustellen, ist eine zusätzliche Kalibrierung erforderlich. Ist die Kalibrierung korrekt? Gibt es systematische Fehler? Jedes Fragezeichen stellt einen Risikopunkt bei der Referenzübertragung dar. Ein weiteres Beispiel sind einige Subapertur-Inspektionsverfahren, die auf Spleißen basieren. Jeder Spleißschritt führt zu Positionsunsicherheiten, und das endgültige Gesamtkoordinatensystem weist möglicherweise erhebliche Abweichungen von der tatsächlichen mechanischen Referenz des Spiegels auf. Diese Schemata haben ein gemeinsames Merkmal: Die Übertragungsverbindung von optischen zu mechanischen Referenzen weist zu viele Zwischenverbindungen auf. Jeder Zwischenlink ist ein Einstiegspunkt für Fehler. Die CGH-Inspektion bietet einen anderen Ansatz: Sicherstellen, dass die Referenzübertragung während der Entwurfsphase ordnungsgemäß erfolgt. Wie liefert CGH die optische Referenz zur mechanischen Referenz? Ein zum Testen eingesetztes CGH besteht typischerweise aus zwei Funktionsbereichen:
◆ Holografischer Hauptbereich: Verantwortlich für die Wellenfrontkompensation, indem er die standardmäßigen sphärischen und ebenen Wellen des Interferometers in komplexe Wellenfronten umwandelt, die zur zu prüfenden Oberfläche passen. Dies ist die Kernfunktion der Oberflächenformerkennung.
◆ Holografischer Ausrichtungsbereich: Stellt den absoluten Referenzrahmen für das CGH selbst relativ zum Interferometer und letztendlich relativ zur mechanischen Referenz des zu testenden Spiegels bereit. Es projiziert Ausrichtungsmerkmale wie Lichtpunkte, Konvergenzmarkierungen oder Katzenaugenmuster, um die räumliche Posenbeziehung zwischen dem CGH und dem zu testenden Spiegel zu bestätigen.
Abbildung 2 Schematische Darstellung jedes Funktionsbereichs von CGH
Was bedeutet es, dass diese beiden Bereiche auf demselben Substrat integriert sind? Dies bedeutet, dass die Referenz nicht mehr im Nachhinein ermittelt wird, sondern während der Entwurfsphase in das CGH „geschrieben“ wird. Wie gelingt dieser Transfer? Es wird eine klare räumliche Übereinstimmung zwischen der mechanischen Referenz (Positionierungskugel, Referenzkante, Montageflanschoberfläche) des zu prüfenden Spiegels und den Referenzmarkierungen auf dem CGH hergestellt. Durch die Ausrichtung des holografischen Bereichs wird sichergestellt, dass die Spiegelstellung bei jeder Inspektion dem theoretischen Designwert entspricht und sichergestellt wird, dass diese Stellung auf die mechanische Referenz des Spiegels zurückgeführt werden kann. Der Übertragungspfad von der optischen Referenz zur mechanischen Referenz ist durch das CGH-Design nahtlos integriert. Welches Problem wird dadurch gelöst? Es berücksichtigt die Realität, dass in den meisten Fällen nur die mechanische Referenz in der Fertigungs- und Montagephase erkannt wird. Der Montageabteilung ist es egal, wie schön der gemessene PV Ihrer Oberflächenform ist. Sie kümmern sich erst um die Leistung des Spiegels im optischen System, nachdem er gemäß der mechanischen Referenz installiert wurde. Die mechanische Referenz wird von der Fertigungsseite bereitgestellt und auch von der Montageseite verwendet – diese beiden Enden sollten ausgerichtet sein. Die Inspektionsaufgabe besteht darin, sicherzustellen, dass Ihre optische Referenz so genau wie möglich mit dieser mechanischen Referenz übereinstimmt. Einige Inspektionsmethoden verstärken die Fehler in jeder Phase dieses Konvertierungsprozesses. Die Lösung von CGH komprimiert den Konvertierungsprozess auf die Entwurfsphase – die Beziehung zwischen den mechanischen und optischen Referenzen wird während des CGH-Entwurfs definiert, und die Prüfung umfasst lediglich die Reproduktion dieser definierten Beziehung. Welche Folgen hat ein schlecht durchgeführter Umbau? Die Folgen sind erheblich.
◆Folge 1: Falsche Oberflächenkorrektur. Wenn bei der Inspektion in einem bestimmten Bereich eine Abweichung festgestellt wird, wird das Bearbeitungsende zurückgehen, um diese zu korrigieren. Wenn es jedoch eine Neigung oder einen Versatz zwischen dem Prüfkoordinatensystem und dem mechanischen Koordinatensystem gibt, ist die tatsächliche Lage dieser „Abweichung“ falsch. Das entsprechend der mechanischen Referenz positionierte Polierwerkzeug korrigiert tatsächlich eine andere Stelle auf dem Spiegel. Ergebnis: Der korrigierte Bereich wird nicht korrigiert, während der falsche Bereich korrigiert wird.
◆Konsequenz 2: Wiederholtes Ausprobieren beim Zusammenbau. Die Oberflächenformdaten des Spiegels sehen gut aus, aber die Bildqualität ist nach dem Zusammenbau schlecht. Das Ende der Baugruppe beginnt mit dem Hinzufügen von Unterlegscheiben, der Einstellung der Exzentrizität und der Korrektur der Neigung – mithilfe mechanischer Mittel, um die Abweichung auszugleichen, die durch die Umwandlung von einer optischen Referenz in eine mechanische Referenz verursacht wird. Was ein einstufiger Prozess hätte sein sollen, wird zu endlosem Ausprobieren. Eine Frage, die Sie sich unbedingt merken sollten: Wenn Sie das nächste Mal einen Bericht über die Oberflächenforminspektion sehen, sollten Sie sich fragen: „Wie werden die Daten von dieser optischen Referenz auf die mechanische Referenz des Spiegels übertragen?“ Wenn diese Übertragungsverbindung bereits in der ersten Entwurfsphase vollständig berücksichtigt und definiert wird, sind die Daten solide. Wenn diese Verbindung anschließend durch Kalibrierung, Algorithmen und taktile Intuition zusammengesetzt wird, können alle Präzisionszahlen im Nanometerbereich auf lockerem Boden aufgebaut werden. CGH bietet der Branche mehr als nur ein Hologramm; Es bietet eine Komplettlösung, die optische Referenzfehler minimiert und diese während der Designphase auf die mechanische Referenz überträgt. Die Qualität der Referenzübertragung entscheidet darüber, ob der Spiegel erfolgreich installiert werden kann. Und das ist etwas, das es verdient, von Anfang an getan zu werden. Folgen Sie uns für weitere technische Interpretationen und praktischen Austausch zu CGH und der Prüfung asphärischer Oberflächen. Sind bei der Verarbeitung und Prüfung Probleme mit der Referenzübertragung aufgetreten? Teilen Sie es gerne im Kommentarbereich.
