Optiktechnologie : Grundlagen - Verfahren - Anwendungen - Beispiele

419 Pages·2010·85.221 MB·German

by  Jens Bliedtner, Günter Gräfe

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www.schneider-om.com
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Was haben Raketen und Brillen gemeinsam?
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Innovative Fertigungstechnik von Schneider. .
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VonderWeltraumoptikbiszurindividuellenGleitsichtbrille–anspruchsvolleOptikenwerdenheuteaufMaschinenvon ;
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Schneiderhergestellt. ;
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Mitmehrals200MitarbeiternentwickelnundfertigenwirOptikmaschinenderSpitzenklasse.UnserrasantesWachstum d
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beruhtaufderkonsequentenFokussierungaufinnovativeLösungen.DurchdiekonsequenteEntwicklungmodernster .
Steuerungs-undMaschinentechnikhabenwirdieoptischeIndustrieinvielenBereichenrevolutioniert.ObSchleifen, 9
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Polieren,Zentrieren,High-SpeedCuttingoderinterferometrischeQualitätsprüfung–wirhabendieLösung. 4
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WirladenSieein,mitunsdieOptikfertigungderZukunftzugestalten. 7
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SCHNEIDERGmbH&Co.KG g
Brückenstrasse21 a
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D-35239Steffenberg f
Telefon:[phone] u
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Jens Bliedtner
Günter Gräfe
OptiktechnOlOgie

Jens Bliedtner · Günter Gräfe
Optiktechnologie
grundlagen – Verfahren – Anwendungen – Beispiele
2., aktualisierte Auflage
Mit 415 Abbildungen und 104 tabellen
Fachbuchverlag Leipzig
im carl hanser Verlag
Prof. Dr.-Ing. Jens Bliedtner
Fachhochschule Jena
Fachbereich Scitec
Dipl.-Ing. Günter Gräfe
camburg
BibliografischeInformationderDeutschenNationalbibliothek
DieDeutschenationalbibliothekverzeichnetdiesepublikationinderDeutschennationalbibliografie;
detailliertebibliografischeDatensindiminternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar.
iSBn978-3-446-42215-5
einbandbild:elementederprozesskette (carlZeissJenagmbh,SchottAg,ilisgmbhundFhJena)
BildSeite2:AusgewählteBeispielefüroptischekomponenten(JenafilmgbR)
DiesesWerkisturheberrechtlichgeschützt.
Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des nachdrucks und der Vervielfältigung des Buches oder teilen
daraus, vorbehalten. kein teil des Werkes darf ohne schriftliche genehmigung des Verlages in irgendeiner
Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung,
reproduziertoderunterVerwendungelektronischerSystemeverarbeitet,vervielfältigtoderverbreitetwerden.
FachbuchverlagleipzigimcarlhanserVerlag
©2010carlhanserVerlagMünchen
www.hanser.de
projektleitung/lektorat:Dipl.-phys.Jochenhorn
herstellung:RenateRoßbach
Satz:WerksatzSchmidt&Schulzgmbh,gräfenhainichen
DruckundBindung:DZADruckereizuAltenburggmbh
printedingermany
Vorwort
DerBegriffTechnologie(griechischtechnologia)be­ deter Fachkräfte, die diese Herausforderung anneh­
schreibtimklassischenSinnedieHerstellungs­bzw. menundumsetzenkönnen.
Verarbeitungslehre.ImdeutschenSprachraumwurde
Das vorliegende Lehrbuch richtet sich insbesondere
durch Johann Beckmann im Jahre 1777 in seiner
an Studierende der Ingenieurwissenschaften, aber
Schrift„GedankenzurBegründungeinerTechnologie
auchanDiplomingenieure,Wirtschaftsingenieureund
als Wissenschaft“ der Grundstein für eine moderne
Physiker, die einen Einblick in die moderne Optik­
Wissenschaftsdisziplingelegt.ImheutigenSprachge­
technologie erfahren möchten. Es werden neben den
brauch hat sich der Begriff Technologie, auch im
Grundlagen ausführlich wichtigeVerfahren zur Her­
SinnedesenglischenBegriffestechnology,inhaltlich
stellung von optischen Bauteilen und Systemen be­
wesentlicherweitert.DasBedeutungsspektrumtech­
handelt,Anwendungen exemplarisch vorgestellt und
nologyreichtvonderTechnik,derAnlage,demWerk­
praktische Hinweise gegeben, die auf langjährigen
zeug, dem Computerprogramm bis hin zu Systemen
eigenen Berufserfahrungen und dem recherchierten
und Verfahren einer oder mehrerer Fachdisziplinen,
Wissen von vielen Fachexperten basieren. DieTech­
soauchzutreffendfürdieOptiktechnologie.
niklebtvondenIdeenundderVorstellungskraft,von
Ein faszinierenderAspekt der Optiktechnologie sind MethodenundVerfahren.AusdiesemGrundwurden
die Anforderungen und Genauigkeiten, die man im ausgewählte Bearbeitungsprozesse in bewegten Bil­
Bearbeitungsprozess erreichen muss bzw. kann. Be­ dernaufeinerDVDbegleitendangefügt.
reitsinderVergangenheitkonntenRömerundWikin­
Das vorliegende Buch hätte ohne die tatkräftige Un­
ger Glasoberflächen mit Rauheiten kleiner als ein
terstützung einer Reihe von Personen und Firmen
Mikrometer polieren, was vergleichsweise für kein
nicht in dieser Form vorliegen können. Ganz beson­
anderes Handwerksverfahren möglich war. Im heu­
derer Dank gebührt den Mitarbeitern der Fachhoch­
tigenHerstellungsprozesslassensichoptischeMate­
schuleJena,FachbereichSciTec,FrauDr.HelgaBeez,
rialienmithilfehochspezialisierterVerfahrennochum
FrauKerstinHechtundHerrnVolkerHeineck.
Größenordnungengenauerfertigen.Diessetztjedoch
Sehr dankbar sind wir ebenfalls den Diplom­ und
die Beherrschung eines sehr komplex gewordenen
Masterabsolventen,derenüberdurchschnittlicheLeis­
Entwicklungs­ und Herstellungsprozesses und das
tungenundErgebnissedieAusführungeneinerReihe
ZusammenwirkenverschiedenerFachdisziplinenvor­
vonKapitelnbereicherthaben.Stellvertretendfürall
aus.
jeneseienHerrDirkDobermann,HerrMaikFröhlich
Vielfältige interessante Entwicklungen im letzten undFrauUtaJauerniggenannt.
Jahrhundert haben die Optiktechnologie zu einer
Besonders hervorzuheben ist auch die professionelle
Querschnittstechnologiewerdenlassen,dieheutesehr
und überaus engagierte Zusammenarbeit mit Frau
komplexwirkendmiteinerVielzahlvonFachdiszipli­
Gabriele Meister-Groß und Herrn Erhard Schorcht
nen, insbesondere der Elektronik, der Informations­
von der Firma Jenafilm. Im Ergebnis dieser konnten
technikundderMesstechnik,verbundenist.DieOp­
aktuelle und informative Videos produziert und auf
tiktechnologiewirdauchalseinesogenannteSchlüs­
einerDVDdemBuchbeigefügtwerden.FürdieGe­
seltechnologiefürdas21.Jahrhundertangesehen,
staltungdieserDVDundderenkonzeptionellenUm­
ihrwirdeinenormesWachstumspotenzialprognosti­
setzung danken wir ganz herzlich Herrn Andreas
ziert.InsbesondereamStandortDeutschlandexistiert
Pachmann.
eine ausgezeichnete wissenschaftliche Landschaft,
derenIdeenundLeistungenindenkommendenJah­ GedanktseiauchallenFirmenundInstitutionen,die
ren in neue Produkte und Industrielösungen umge­ dieses Buch mit Informationen, Materialien und bei
setzt werden müssen. Dazu bedarf es gut ausgebil­ denDreharbeitengroßzügigunterstützthaben.
 Vorwort
Ein besonderer Dank gebührt dem Carl HanserVer­ DieArbeitenzudiesemLehrbuchwurdendurchden
lag, der sehr professionell das Buchprojekt geleitet plötzlichenTodvonHerrmannDietrichüberschattet,
hat und bereitwillig auf dieWünsche zur drucktech­ der nicht nur über viele Jahre die Entwicklung des
nischen Gestaltung eingegangen ist. Besonders sei Optikstandortes Jena mitgestaltet hat, sondern auch
Herr Jochen Horn genannt, ohne seine vielenAnre­ der Initiator des vorliegenden Buches war. Ihm gilt
gungen und die kooperative Zusammenarbeit wäre unsererbesondererDankundunserehrendesAnden­
dasVorhabennichtzustandegekommen. ken.
EinsehrgroßerDankgiltunserenFamilien,insbeson­
dere für die entgegengebrachte Geduld, Entbehrung
und die Unterstützung des über drei Jahre laufenden
Projektes. Jena,Juli2008 GünterGräfeundJensBliedtner
Vorwort zur zweiten Auflage
DurchdiegroßeResonanzwardieersteAuflagesehr Hector aus Melbourne in Florida/USA konnte für
schnell vergriffen. Über die vielen positiven Reakti­ dieseAufgabeeinÜbersetzerundzugleichFachmann
onenzudiesemBuchsindwirAutorensehrdankbar. derOptiktechnologiegewonnenwerden.FürdieVer­
GleichzeitigmöchtenwirunsbeiallenKollegen,Stu­ mittlungsbemühungen danken die Autoren Herrn
denten und Bekannten für die Hinweise und Anre­ Matthias Pfaff. Die englischeAusgabe wird im Jahr
gungensehrherzlichbedanken,dienuninder2.Auf­ 2010imVerlagMcGraw­Hill,NewYorkerscheinen.
lageBerücksichtigungfinden.
EinbesondererDankgebührtwiederumdenMitarbei­
Für Hinweise undAnregungen steht für alle Interes­ terndesCarlHanserVerlages,insbesondereunserem
senten eine gesonderte E­Mail­Adresse zur Verfü­ Lektor, Herrn Jochen Horn, für die professionelle,
gung:optiktechnologie@fh­jena.de konstruktiveundengagierteZusammenarbeit.
Die Optiktechnologie hat, ausgehend von Deutsch­
landunddenUSA,indenletztenJahrenimmerstär­
kerinternationalenZusprucherfahren.Mehrfachgab
es Anfragen und Anregungen, dieses Buch in eine Jena,imNovember2009
englische Fassung zu übersetzen. Mit Herrn Rupert GünterGräfeundJensBliedtner
Inhalt
Vorwort ........................... 5 5 UrformenvonoptischemGlas ....... 75
5.1 UrformendeVerfahrenfür
1 DieEntwicklungdesGlasesund mineralischeGläser.................. 75
derOptikfertigung ................. 11 5.1.1 HerstellungvonGobsundPresslingen .. 75
5.1.2 HerstellungvonGlasblöcken .......... 7
2 GrundlagenderOptik .............. 17 5.1.3 HerstellungvonFlachglas ............ 79
2.1 Brechung,ReflexionundTotalreflexion . 17 5.2 UrformendeVerfahrenfür
2.2 Polarisation,InterferenzundBeugung .. 18 organischeGläser ................... 82
2.3 DoppelbrechungundPleochroismus .... 22 5.2.1 Gießen ............................ 83
2.4 AbbildendeoptischeBauelemente ..... 23 5.2.2 Spritzgießen ........................ 87
2.4.1 TransmittierendeoptischeBauelemente . 23 5.2.3 Heißprägen......................... 92
2.4.2 ReflektierendeoptischeBauelemente ... 27 5.2.4 Spritzprägen........................ 9
2.4.3 TeildurchlässigeoptischeBauelemente.. 29 5.3 UrformendeVerfahrenfür
2.4.4 DiffraktiveoptischeBauelemente ....... 30 Kristallwerkstoffe ................... 99
2.5 Abbildungsfehler.................... 31 5.3.1 ZüchtungausderGasphase ........... 99
2. BewertungderAbbildungsleistung 5.3.2 KristallzüchtungausderLösung ....... 101
einesoptischenSystems .............. 34 5.3.3 ZüchtungausderSchmelze ........... 103
2.7 KennzeichnungoptischerBauelemente . 35
2.7.1 Materialangaben .................... 3 6 UmformenvonoptischemGlas....... 109
2.7.2 Formangaben ....................... 3 .1 Grundlagen ........................ 109
2.7.3 Oberflächenangaben ................. 37 .2 Pressen ............................ 114
.2.1 Verfahrensprinzip ................... 114
3 OptischeWerkstoffe ................ 41 .2.2 Werkzeugform–
3.1 EinteilungderoptischenWerkstoffe .... 41 HerstellungundAnforderungen........ 115
3.2 MineralischeGläser ................. 41 .2.3 Pressprozess........................ 117
3.2.1 DefinitionundStruktur ............... 41 .2.4 Anwendungsgebiete ................. 118
3.2.2 HerstellungmineralischerGläser....... 42 .3 Senken ............................ 119
3.2.3 EigenschaftenmineralischerGläser .... 45 .4 Ziehen............................. 120
3.2.3.1 MechanischeEigenschaften ........... 45
3.2.3.2 OptischeEigenschaften .............. 49 7 Trennen ........................... 127
3.2.3.3 ChemischeEigenschaften............. 50 7.1 Zerteilen ........................... 128
3.2.4 LieferformenmineralischerGläser ..... 51 7.1.1 MechanischesBrechen ............... 128
3.3 OrganischeGläser ................... 53 7.1.2 SonderverfahrenzumZurichten........ 129
3.3.1 DefinitionundStruktur ............... 53 7.1.2.1 MechanischesTrennendurchSägen .... 130
3.3.2 AusgewählteEigenschaften ........... 55 7.1.2.2 ThermischesLaserstrahlseparieren ..... 132
3.3.3 AnwendungsbereicheundLieferformen . 5 7.1.2.3 Wasserstrahlabrasivschneiden ......... 133
3.4 Kristallwerkstoffe ................... 57 7.2 Schleifen .......................... 13
3.4.1 AufbauundStruktur ................. 57 7.2.1 Verfahrensgrundlagen ................ 137
3.4.2 AusgewählteEigenschaften ........... 59 7.2.2 WerkzeugeundMaschinen............ 139
7.2.3 Trennschleifen ...................... 143
4 GrundlagendesFertigungsprozesses . 3 7.2.4 Formschleifen ...................... 147
4.1 Entwicklungs­und 7.2.4.1 Rundschleifen(Rundieren)............ 147
Herstellungsprozess ................. 3 7.2.4.2 Flachschleifen ...................... 149
4.1.1 Entwicklungsstufen .................. 3 7.2.4.3 SchleifensphärischerFlächen ......... 152
4.1.2 Entwicklungsablauf.................. 4 7.2.4.4 SchleifenasphärischerFlächen ........ 159
4.2 Fertigungsarten .....................  7.3 Bohren ............................ 15
4.3 Fertigungsprinzipien ................. 7 7.4 Läppen ............................ 19
4.4 EinteilungderFertigungsverfahren ..... 9 7.4.1 Verfahrensgrundlagen ................ 170
4.5 TechnologischeUnterlagen ........... 70 7.4.2 MaschinenundWerkzeuge............ 171