Einfluss des Temperatur-Zeit-Verlaufs auf Formtreue und Welligkeit bei der Laserpolitur von Glas
Seiten
2025
Apprimus Verlag
978-3-98555-302-0 (ISBN)
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Durch die Laserpolitur von Glas kann der Zeit- und Kostenaufwand der Produktion von Optiken signifikant reduziert werden. Der industriellen Umsetzung stehen jedoch bisher unzureichende Formtreue sowie Oberflächenwelligkeiten im Wege. In der vorliegenden Dissertation werden systematisch die Einflussgrößen dieser Fehlerbilder untersucht und so erstmals die Laserpolitur von Glas mit Form- und Oberflächenqualitäten demonstriert, die denen kommerzieller Optiken entsprechen.
Bei der Laserpolitur wird die Glasoberfläche mittels CO2-Laserstrahlung erwärmt und im erweichten Zustand durch die Oberflächenspannung eine Materialumverteilung erzeugt. Hierbei werden bereits Rauheiten erreicht, die denen kommerzieller Optiken entsprechen. Gleichzeitig sind die Prozesszeiten im Vergleich zur mechanischen Politur signifikant kürzer. Der industrielle Einsatz der Laserpolitur wird jedoch noch durch auftretende Formfehler sowie Oberflächenwelligkeiten limitiert. In dieser Arbeit werden Ursachen und Einflussgrößen dieser Fehlerbilder durch Untersuchung des Temperatur-Zeit-Verlaufs des Gesamtprozesses aus Vorheizen, Laserbearbeitung und Tempern erarbeitet.Als kritische Einflussgröße des Formverzugs wird die Homogenität der Energieeinbringung während des Vorheizprozesses identifiziert. Durch Anpassung dieser wird für N-BK7 eine signifikante Reduktion des Formfehlers auf ein Niveau erreicht, das mit kommerziellen Asphären vergleichbar ist.Die Welligkeit kann in induzierte (durch die Laserpolitur erzeugte) und residuale (unzureichend geglättete) Anteile unterteilt werden. An Quarzglas wird ein temperaturabhängiger Abtragprozess unterhalb der eigentlichen Verdampfungstemperatur nachgewiesen, durch den infolge von Schwankungen der Prozesstemperatur ein ungleichmäßiger Abtrag und folglich eine Welligkeit induziert wird. Diese kann durch eine PID-Regelung reduziert, jedoch nicht vollständig vermieden werden. Da die Reduktion vorhandener Strukturen viskositäts- und somit temperaturabhängig ist, folgt hieraus ein Trade-Off zwischen induzierter und residualer Welligkeit. Für den industriellen Einsatz ist daher die Betrachtung der Laserpolitur innerhalb der Gesamtprozesskette erforderlich.Ausgehend von diesen Erkenntnissen wird am Beispiel der beiden Materialien N SF6 und S FPL53 ein Vorgehen für den Übertrag der Laserpolitur auf weitere Glassorten erarbeitet. Abschließend erfolgt die Betrachtung der Ausheilung von Sub-Surface Damage, der z. B. durch Formgebungsprozesse entsteht. Bereits bei einsetzendem Poliereffekt wird eine Ausheilung in Tiefen nachgewiesen, die die maximale anzunehmende SSD-Tiefe um das bis zu 40-Fache übersteigen.Durch die vorliegenden Ergebnisse wird somit erstmals die Laserpolitur von Glas mit Form- und Oberflächenqualitäten demonstriert, die denen kommerzieller Optiken entsprechen. Gleichzeitig werden technische Anforderungen für die nächsten Generation an Laserpolieranlagen für Glasoptiken definiert.
Bei der Laserpolitur wird die Glasoberfläche mittels CO2-Laserstrahlung erwärmt und im erweichten Zustand durch die Oberflächenspannung eine Materialumverteilung erzeugt. Hierbei werden bereits Rauheiten erreicht, die denen kommerzieller Optiken entsprechen. Gleichzeitig sind die Prozesszeiten im Vergleich zur mechanischen Politur signifikant kürzer. Der industrielle Einsatz der Laserpolitur wird jedoch noch durch auftretende Formfehler sowie Oberflächenwelligkeiten limitiert. In dieser Arbeit werden Ursachen und Einflussgrößen dieser Fehlerbilder durch Untersuchung des Temperatur-Zeit-Verlaufs des Gesamtprozesses aus Vorheizen, Laserbearbeitung und Tempern erarbeitet.Als kritische Einflussgröße des Formverzugs wird die Homogenität der Energieeinbringung während des Vorheizprozesses identifiziert. Durch Anpassung dieser wird für N-BK7 eine signifikante Reduktion des Formfehlers auf ein Niveau erreicht, das mit kommerziellen Asphären vergleichbar ist.Die Welligkeit kann in induzierte (durch die Laserpolitur erzeugte) und residuale (unzureichend geglättete) Anteile unterteilt werden. An Quarzglas wird ein temperaturabhängiger Abtragprozess unterhalb der eigentlichen Verdampfungstemperatur nachgewiesen, durch den infolge von Schwankungen der Prozesstemperatur ein ungleichmäßiger Abtrag und folglich eine Welligkeit induziert wird. Diese kann durch eine PID-Regelung reduziert, jedoch nicht vollständig vermieden werden. Da die Reduktion vorhandener Strukturen viskositäts- und somit temperaturabhängig ist, folgt hieraus ein Trade-Off zwischen induzierter und residualer Welligkeit. Für den industriellen Einsatz ist daher die Betrachtung der Laserpolitur innerhalb der Gesamtprozesskette erforderlich.Ausgehend von diesen Erkenntnissen wird am Beispiel der beiden Materialien N SF6 und S FPL53 ein Vorgehen für den Übertrag der Laserpolitur auf weitere Glassorten erarbeitet. Abschließend erfolgt die Betrachtung der Ausheilung von Sub-Surface Damage, der z. B. durch Formgebungsprozesse entsteht. Bereits bei einsetzendem Poliereffekt wird eine Ausheilung in Tiefen nachgewiesen, die die maximale anzunehmende SSD-Tiefe um das bis zu 40-Fache übersteigen.Durch die vorliegenden Ergebnisse wird somit erstmals die Laserpolitur von Glas mit Form- und Oberflächenqualitäten demonstriert, die denen kommerzieller Optiken entsprechen. Gleichzeitig werden technische Anforderungen für die nächsten Generation an Laserpolieranlagen für Glasoptiken definiert.
| Erscheinungsdatum | 11.09.2025 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Ergebnisse aus der Lasertechnik |
| Verlagsort | Aachen |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 120 mm |
| Gewicht | 276 g |
| Themenwelt | Technik ► Maschinenbau |
| Schlagworte | Feinbearbeitung und Optik • Lasertechnik • Prozesstechnologie |
| ISBN-10 | 3-98555-302-5 / 3985553025 |
| ISBN-13 | 978-3-98555-302-0 / 9783985553020 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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