Die aktive Vermeidung mittelfrequenter Fehler (MSFE) ist eine Herausforderung in der modernen Optikfertigung von Asphären und Freiformen. Während Formfehler durch entsprechende lokale Korrekturverfahren beseitigt und auch die spezifizierten Oberflächenrauheiten über entsprechende Glättprozesse erreicht werden können, limitieren die MSFE die erreichbaren optischen Qualitäten. In der vorliegenden Arbeit werden deshalb insbesondere die Entstehungsmechanismen von MSFE systematisch erforscht und beschrieben. Ziel ist es, Entstehungsmechanismen von MSFE zu identifizieren und konkrete Vermeidungsstrategien für bestehende Produktionsprozesse von Präzisionsoptiken abzuleiten. Die Vorhersage beim Schleifen entstehender MSFE mittels Simulationsmodellen stellt einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit dar. Das Schleifen im Punktkontakt ist bei der Herstellung asphärischer Geometrien und Freiformen aufgrund der lokalen Krümmungsänderungen technisch notwendig. Es ist somit für die Geometrien von Präzisionsoptiken der produktionstechnische Standard und stellt daher meist den ersten Schritt der Prozesskette dar. In der vorliegenden Dissertationsschrift werden die Entstehungsmechanismen von MSFE beim Schleifen im Punktkontakt experimentell untersucht und beschrieben. Die Experimente wurden unter realistischen Produktionsbedingungen mittels dem aktuellen Stands der Technik entsprechenden Prozessen im Bereich der Fertigung von Präzisionsoptiken hergestellt. Zur Auswertung der Ergebnisse wurden sowohl kommerziell verfügbare als auch eigens für diese Arbeit entwickelte Softwarelösungen verwendet. Auf Basis der aus den Experimenten abgeleiteten Erkenntnisse wird ein modellbasierter Ansatz zur Simulation der Entstehung von MSFE beim Schleifen im Punktkontakt entwickelt. Das Simulationsmodell wird anhand von real gemessenen MSFE und den zugehörigen Bearbeitungsparametern überprüft und verifiziert. Es werden neue Ansätze zur Auswertung von MSFE sowie der Charakterisierung von Polierwerkzeugen diskutiert. Der Entstehungsmechanismus von MSFE im Schleifprozess wird umfassend beschrieben und simulativ verifiziert.
Mid-spatial frequency errors (MSFE) and their active avoidance is a challenge for the modern manufacturing of aspherical and freeform optics. While form errors can be corrected due to local correction polishing techniques and roughness can be smoothed out by polishing, MSFE limit the achievable optical quality. The focus of the present work is to investigate and describe the mechanisms of origin of MSFE with the help of a deterministic model. The goal is to identify the origin of MSFE during optics fabrication and to develop specific strategies to avoid them. The simulative forecast of MSFE structures created during the grinding process is a further emphasis of this thesis. Due to the local changes of slope, grinding in point contact mode is technically necessary to produce aspheric or freeform geometries. The grinding in point contact mode is therefore the production standard for precision optics. Because of that it is usually the first step in the process chain of modern precision optics manufacturing. In this Thesis, the mechanisms of origin for MSFE from the grinding process are experimentally investigated and described. The experiments are carried out under realistic conditions and with current state of the art processes in the field of precision optics manufacturing. For the evaluation of the results, commercially available as well as specifically developed software solutions were used. Based on the findings from the experiments, a model-based approach for the simulation of the formation of MSFE during grinding in point contact is derived. The simulation model is tested and verified using measured MSFE and their corresponding process parameters. New approaches to the analysis of MSFE and the characterization of polishing tools are discussed. The origin for MSFE during the grinding process is thoroughly described and verified by simulation.
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