Hochpräzise Spiegel für tiefste Blicke ins Weltall

  • 03. June 2014

Optikmaschine macht eine standardisierte Produktion von metergroßen und extrem präzisen Spiegelsegmenten für riesige Teleskope möglich.

Dank Simulations- und Steuerungstechnik von Siemens können Astronomen künftig noch tiefer ins Weltall blicken: Mit der Optikmaschine UPG 2000 CNC ist weltweit einmalig eine standardisierte Produktion von metergroßen und extrem präzisen Spiegelsegmenten für riesige Teleskope möglich. Die UPG 2000 CNC ermöglicht höchste Präzision beim Schleifen, Läppen und Polieren von Astro-Optik. Die Spiegeloberflächen müssen auf wenige hundertstel Mikrometer genau gearbeitet sein. Um diese Präzision zu erreichen, finden sämtliche Arbeitsschritte in einer Maschine statt, so dass das Werkstück nicht verlegt und neu justiert werden muss. Eine Sinumerik- CNC-Steuerung von Siemens realisiert die automatischen  Iterationen von Schleifen, Polieren und Kontrollmessung mit hochgenauen Bewegungen der Werkzeuge und Messinstrumente.

Spiegel Siemens

Abb.: Zur Fertigung der extrem präzisen Großspiegel hat die Firma Optotech eine 86 Tonnen schwere Spezialmaschine entworfen.
(Bild: Siemens)

Mit der von der OptoTech Optikmaschinen GmbH entwickelten UPG 2000 CNC könnte ein absehbarer Engpass an großflächigen Teleskopspiegeln abgewendet werden, denn weltweit sind Riesenteleskope in Planung, die als Abnehmer in Frage kommen. Damit die Teleskope wie geplant Signale aus dreizehn Milliarden Lichtjahren Entfernung registrieren können, brauchen sie nicht nur sehr große sondern auch extrem glatte Spiegel. Andernfalls werden die schwachen Lichtstrahlen zu stark gestreut und der Detektor kann sie vom Rauschen nicht unterscheiden. Um sicherzustellen, dass die UPG 2000 Genauigkeiten von dreißig Nanometern erreicht, haben die Mechatronikexperten von Siemens die Maschine zunächst virtuell konstruiert und getestet. Dabei setzten sie die PLM-Software NX als integrierte Software- Lösung ein.

Wichtige Größen wie auftretende Temperaturen und Schwingungen oder die nötige Steifigkeit bestimmter Maschinenteile konnten in den Simulationen genauestens erarbeitet werden. Bei einer Modalanalyse wurden zum Beispiel Querschwingungen vorhergesagt, so dass vorbeugend der Granitsockel weiter verstärkt wurde. Die etwa fünf Meter hohe und breite Maschine bringt rund achtzigTonnen auf die Waage. Das virtuell getestete, präzise Zusammenspiel von Siemens-Antrieben mit der Sinumerik-Steuerung ermöglicht entlang aller Bewegungsachsen eine auf wenige Mikrometer genaue und absolut synchrone Positionierung der Werkzeuge und Messinstrumente. Die Steuerungsparameter für alle Arbeitsschritte wurden am Modell erarbeitet und dann auf die Maschine übertragen. Diese Starteinstellungen vereinfachten die Inbetriebnahme der UPG 2000 erheblich.

Siemens / CT

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