Zusammenfassung
Additive Fertigungstechnologien wurden in den vergangenen Jahren bzgl. Verfahren und Druckmaterialien weiterentwickelt, so dass heute Freiformoptiken in optischer Güte durch 3D-Drucker gedruckt werden können. Durch die schnelle Fertigung von Freiformoptiken entstehen neue Möglichkeiten für die optische Messtechnik, da durch Variation der Form und Größe von Optikelementen mit geringem Aufwand spezifisch an Applikationen angepasste Sensorsysteme gefertigt werden können. In diesem Beitrag werden nun exemplarisch zwei Sensorapplikationen aus dem Bereich der industriellen In-Line-Messtechnik dargestellt, die jeweils ein additiv gefertigtes Optikelement enthalten. Zunächst wird ein auf Lasertriangulation basierendes Sensorsystem zur Vermessung von Turbinenschaufeln dargestellt. Dieses System beinhaltet eine additiv gefertigte transparente Freiformoptik im Beleuchtungsstrahlengang, die zur lückenlosen Generierung einer Laserlinie auf einer komplexen 3D-Oberfläche genutzt wird. Im zweiten Applikationsbeispiel wird ein miniaturisierter Sensor beschrieben, der die dreidimensionale Erfassung des Innenraums von kleinen Kavitäten ermöglicht. Dieses auf dem Lichtschnittprinzip basierende System beinhaltet ein gedrucktes Spiegelelement, durch das ein spezifisches Abtastsignal innerhalb einer Kavität erzeugt wird.
Abstract
In recent years additive manufacturing technologies have been improved concerning printing techniques as well as printing materials. Based on this improvement freeform optical elements can now be printed in optical quality with 3D printers. Using rapid prototyping technologies for the generation of optical components new possibilities for optical metrology arise. Based on variations of the optical element in size and shape metrology systems can be realized which adapt to metrological applications. In this contribution two metrological applications from the field of in-line inspection are presented. In each example an additively manufactured optical element is utilized. In the first example a metrology system based on the laser triangulation principle is described. With this metrology system turbine blades are inspected. The metrology device includes an additively manufactured transparent freeform optical element as part of the illumination optics to generate a line without shadowing effects on a complex 3D geometry. In the second example a miniature metrology system is presented. The system is specifically designed to inspect the interior of small cavities with a 3D sensor. This metrology device based on the light section technique includes a 3D printed reflector which creates a defined sampling signal within the cavity.
Über die Autoren
Andre Sigel (Korrespondenzautor) erhielt 2013 bzw. 2015 seinen Abschluss in Optoelektronik/Lasertechnik (B.Eng.) und Photonics (M.Sc.) an der Hochschule Aalen. Seit 2015 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe Optische Messtechnik im Zentrum für optische Technologien an der Hochschule Aalen. Das Ziel der Gruppe besteht darin, mit innovativen Designansätzen basierend auf additiv gefertigten Optikelementen neue Lösungen im Bereich der optischen Messtechnik und Beleuchtung zu finden. Aktuell befasst er sich im Rahmen einer Promotion mit der Sensorentwicklung auf Grundlage von 3D-gedruckten Optikelementen.
Zentrum für optische Technologien, Hochschule Aalen, Anton-Huber-Straße 21, 73430 Aalen, Tel.: +49 7361 576-3347
Philippe Maillard erhielt 2011 seinen Bachelorabschluss (B.Sc.) an der Pontifical Catholic University of Valparaíso in Chile. 2014 schloss er den Studiengang Photonics mit einem M.Sc. an der Hochschule Aalen ab. Seit 2015 arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Optische Messtechnik im Zentrum für optische Technologien an der Hochschule Aalen. Eines seiner Hauptarbeitsgebiete liegt im Optikdesign von Freiformelementen zu Beleuchtungszwecken.
Zentrum für optische Technologien, Hochschule Aalen, Anton-Huber-Straße 21, 73430 Aalen
Manuel Rank schloss 2014 erfolgreich seinen Bachelor (B.Eng.) in Optoelektronik/Lasertechnik an der Hochschule Aalen ab. Im Anschluss durchlief er den aufbauenden Masterstudiengang Photonics. Seit seinem Abschluss als M.Sc. im Jahr 2015 arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Optische Messtechnik im Zentrum für optische Technologien an der Hochschule Aalen. Für seine Promotion beschäftigt er sich mit additiv gefertigten Beleuchtungssystemen.
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Prof. Dr. Andreas Heinrich erhielt 1998 sein Diplom in Physik von der Technischen Universität München bzw. promovierte 2001 in Physik an der Technischen Universität München. Von 2001 bis 2007 war er akademischer Mitarbeiter an der Universität Augsburg und habilitierte dort 2006. Im Zeitraum von 2007 bis 2013 war er bei der Firma Carl Zeiss beschäftigt, wobei er zuletzt die Abteilung Messtechnik der Zentralen Forschung der Carl Zeiss AG leitete. Im Jahr 2013 erhielt er einen Ruf auf die Professur „Optische Messtechnik und Sensorik“ an die Hochschule Aalen und leitet seitdem die Arbeitsgruppe Optische Messtechnik im Zentrum für optische Technologien an der Hochschule Aalen.
Zentrum für optische Technologien, Hochschule Aalen, Anton-Huber-Straße 21, 73430 Aalen
Danksagung
Die Autoren danken dem BMBF für die finanzielle Unterstützung des Projektes im Bereich der additiven Fertigung von transparenten optischen Komponenten (Programm „FHProfUnt“, Förderkennzeichen 03FH048PA4) und der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH für die Finanzierung des Projektes im Bereich der additiven Fertigung von reflektiven optischen Komponenten (Förderkennzeichen SOMS3D).
©2017 Walter de Gruyter Berlin/Boston
