Fertigung und Prüfung optischer Kunststoffoberflächen mit einer Präzisionsbearbeitungsmaschine und CAM

Diplomarbeit

Markus Fischer, WS 2003/04

Stand der Arbeiten im Labor Technische Optik

Ursprünglich wurden unter Benutzung von Q-Parametern und großem Programmieraufwand Kunststoffoptiken auf der Kern 2216 hergestellt. Seit knapp einem Jahr ist es möglich, simulierte Bearbeitungsvorgänge direkt aus den errechneten Fräsbahnen am Rechner in einen NC-Code umzuwandeln. Heute können mit Hilfe der selbstentwickelten Optik-Toolbox diverse Kunststoffoptiken berechnet und das spätere Verhalten simuliert werden. Somit können mit den bis zu diesem Zeitpunkt zur Verfügung stehenden Mitteln diese berechneten Kunststoffoptiken in Catia konstruiert, die einzelnen Bearbeitungsprogramme am Rechner nachgeahmt und über den PPPar in NC-Codes umgewandelt werden. Dieser NC-Code wird mittels der Software TNCremoNT auf die Heidenhain-Steuerung übertragen. Anschließend erfolgt die Abarbeitung der NC-Codes auf der Kern 2216.

Aufgabenstellung / Zielsetzung

  • Herstellung 5-achsbearbeiteter Kunststoffoptiken
    • Ist eine 5-Achsbearbeitung mit den zur Verfügung stehenden Mitteln möglich?
    • Gibt es eine Strategie, mit der 5-achsbearbeitete Kunststoffoptiken auf der Kern 2216 hergestellt werden können?
    • Überprüfung des errechneten NC-Codes auf eventuelle Fehler (Matlab)
  • Überprüfung der CAM-Daten mit Hilfe von Matlab
  • Programmierung eines Messprogramms auf der Heidenhain-Steuerung
    • abzeilendes Messprogramm
    • spiralförmiges Messprogramm
  • Vermessung der hergestellten Kunststoffoptiken
    • intern:
      • Kern 2216, Studiengang Mechatronik und Mikrosystemtechnik
      • Poli Vega, Studiengang Technik 2 im CAQ-Raum der Fachhochschule Heilbronn
    • extern:
      • Stiefelmeyer-Messmaschine, WWF Prototypenbau GmbH in Hardthausen-Gochsen
  • Herstellung einer Linse mit zwei asphärischen Oberflächen
  • Recherche und Angebotseinholung von taktilen Koordinatenmessmaschinen

Eigenschaften der Kern 2216

Abbildung Präzisions-Tischmaschine Kern 2216

Bild 1: Präzisions-Tischmaschine Kern 2216

Ergebnis

  • CAM-Daten werden sehr genau berechnet, die jedoch von der Kern 2216 nicht umgesetzt werden können
  • es können sowohl 3- als auch 5-achsbearbeitete Linsen hergestellt werden
  • Überprüfung des ausgegebenen NC-Codes erfolgt selbständig
  • die hergestellten Kunststoffoptiken können nach der Fertigung auf der Kern 2216 selbsttätig vermessen werden
    • kleiner Krümmungsradius, der vom MKD herrührt
    • Oberflächenabweichung ist abhängig von der ...
      • ... Beschaffenheit des Schneidradius
      • ... Beschaffenheit des Fräserkörpers
      • ... Schnittgeschwindigkeit
      • ... Bearbeitungsstrategie
  • die Oberfläche ist bei der 5-Achsbearbietung wesentlich besser als bei der 3-Achsbearbeitung
    • Fräser steht senkrecht auf der Kunststoffoberfläche
    • Vermeidung von ...
      • ... Schnittgeschwindigkeit "Null"
    • ... Stufensprünge
  • Oberflächenbeschaffenheit ohne Politur möglich, bei ...
    • ... optimaler Vorschubgeschwindigkeit
    • ... optimaler Bearbeitungsstrategie
    • ... optimale Spindelgeschwindigkeit für den jeweiligen Diamantfräser

Darstellung des Messergebnis einer 3-achsbearbeiteten Linse

Bild 2: Messergebnis einer 3-achsbearbeiteten Linse

Bildliche Darstellung der Fertigung einer Linse mit fünf Achsen

Bild 3: Fertigung einer Linse mit fünf Achsen

Darstellung einer 3-achsbearbeitete Linse mit r1 = 6,2265 mm; n1 = 1,491; a4 bis a10 = 0

Bild 4: 3-achsbearbeitete Linse mit r1 = 6,2265 mm; n1 = 1,491; a4 bis a10 = 0

Ausblick

  • 5-Achsbearbeitung
    • Überprüfung der matten Stellen, die während der 5-Achsbearbeitung auftreten (z.B. Auflichtmikroskop)
    • schrittweise Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit
    • Überprüfung, bis zu welchem Linsenradius 5-achsbearbeitete Kusntstoffoptiken hergestellt werden können
    • Überprüfung der Formabweichung (z.B. auf Koordinatenmessmaschine, Streifenprojektion,etc.)
  • NC-Code-Überprüfung
    • Programmierung z.B. in C++ oder Borland

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