Herstellung und Optimierung einer Freiform-Spiegelfläche durch Diamantbearbeitung

Für eine homogene Ausleuchtung einer Zielfläche mittels einer inhomogen abstrahlenden Laserdiode sollte ein Aluminiumspiegel herzustellen werden. Hierbei beschäftigt sich diese Semesterarbeit hauptsächlich mit der Fragestellung der optimalen Fräsparameter. Dazu wurden mehrere Spiegel mit verschiedenen Parametereinstellungen gefertigt und die Bauteile vermessen und qualifiziert. Die Herausforderung hierbei lag darin, dass die Freiform des Spiegels ohne eine Nachbearbeitung wie z. B. Polieren möglichst keine matten Stellen oder Kratzspuren aufweisen sollte.

Zuerst werden die gewünschten Fräsparameter (Bahnabstand, Splinelänge und Anstellwinkel) in den Postprozessor des Optiklabors der Hochschule Heilbronn eingegeben. Danach wird der Spiegel, nach dem unten dargestellten Ablaufplan gefertigt.

Ablaufplan des Fräsvorgangs

Endergebnis der Arbeit: Spiegel T8 liefert zufriedenstellende Ergebnisse im Bezug auf die Oberflächenbeschaffenheit und seiner Abstrahlcharakteristik.

• Schruppvorgang: Bahnabstand 200 µm
• Schlichtvorgang: Bahnabstand 10 µm
• Radius Diamantfräser: 3,055 mm.
• Herstellungsdauer ca. 18h
• Gemessener Ra-Wert: 17,7 nm

Die hergestellten Spiegel wurden unter dem AFM-Mikroskop der Hochschule Heilbronn vermessen. Ziel dieser Vermessung war es, die Qualität der Spiegeloberflächen anhand von Messergebnissen zu vergleichen. 

Vergleich der Messergebnisse von Spiegel T4 (links) zu Spiegel T7 (rechts), hierbei konnte klare Verbesserungen der Oberflächenstrukturen abgelesen werden.

Im Rahmen zukünftiger Arbeiten ist es empfehlenswert, das Thema unter dem Aspekt eines Anstellwinkels beim Fräsen aufzugreifen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde hierzu lediglich ein Spiegel hergestellt. Dieser Spiegel weist eine deutlich bessere Oberfläche als alle anderen Spiegel auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass hierbei beim Fräsvorgang mit Anstellwinkel, nicht die Spitze des Kugelfräsers im Eingriff ist. Dadurch kann die Oberfläche verbessert werden, da die Spitze eine Winkelgeschwindigkeit von 0 m/s aufweist und es dadurch zu leichten Kratzspuren kommen kann. Eine genauere Untersuchung war aufgrund des knappen Zeitrahmens dieser Arbeit nicht möglich.