Präzise optische Messtechnik der Hochschule Bremen setzt sich im internationalen Vergleich durch

Tobias Binkele, Promovend im Institut i3m der Hochschule Bremen, stellte die Arbeiten des Instituts zur Asphären- und Freiformflächenmessung auf Grundlage des von der Hochschule Bremen zum Patent angemeldeten Verfahren des „Experimental Raytracing“ vor. Der round-robin Vergleich zur Messung optischer Freiformflächen war dann ein voller Erfolg für das Institut: Nur noch eine einzige weitere optische Messtechnik war in der Lage, die Prüflinge berührungsfrei zu vermessen.

Asphären sind spezielle Optiken, die mit höchster Präzision gefertigt werden müssen. Sie finden sich aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in vielen Produkten – von der Kontaktlinse über kompakte Zoomobjektive bis zu Teleskopen. Bei besserer optischer Funktion ermöglichen sie zugleich kompaktere und leichtere Bauformen – wenn die Form auf wenige Nanometer genau bestimmt werden kann. Einer vergleichbaren Messung kommt deshalb eine entscheidende Rolle zu, weshalb auch die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) entsprechende Untersuchungen initiiert.

„Mit Freiformen wird der nächste Entwicklungsschritt erreicht: Praktisch beliebige, insbesondere nicht länger rotationssymmetrische ,Linsen‘ können mit modernen Werkzeugmaschinen hergestellt werden“, erläutert Professor Dr. Friedrich Fleischmann. „Sie erlauben völlig neue Anwendungen und eine bislang nicht bekannte Abbildungsqualität. Die Messung jedoch mit der für optische Anwendungen notwendigen Genauigkeit durchzuführen ist derzeit kaum möglich. Das hemmt die Entwicklung ungemein.“

Anlässlich der „Optifab“ in Rochester, New York, der größten Konferenz und Messe auf dem Gebiet der optischen Produktionstechnik in Nordamerika, stellten Dr. David Hilbig und Tobias Hilbig, beide gleichfalls vom i3m-Institut der Hochschule Bremen, die von Ihnen entwickelten Verfahren zur Form – und Funktionsmessung auf Basis des Experimental Raytracing vor. Die Kombination der Methoden erlaubt erstmalig die hochpräzise, ortsaufgelöste Bestimmung der lokalen Brechungsindizes optischer Komponenten. „Das ist der Schlüssel zur Verbesserung additiver Verfahren der Herstellung von Optiken, also praktisch für den 3D-Druck von Linsen“, so Friedrich Fleischmann. Entsprechend groß war das Interesse an dieser Technik bei anderen Forschungsgruppen, da sich hier perspektivisch Anwendungsmöglichkeiten weit über die der Freiformflächen hinaus eröffnen.

Die Promovenden sind Teil einer Arbeitsgruppe, die unter Leitung der Professoren Dr. Thomas Henning und Dr. Friedrich Fleischmann das Forschungsprojekt „eboLED“ bearbeitet. Gefördert wird das Vorhaben vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit einem Volumen von 780.000 Euro. Mit dem Projekt sollen Verfahren zur Vermessung von Form und Funktion optischer Freiformflächen sowie zur Erzeugung spezieller Intensitätsverteilungen von Licht und der dazu benötigten optischen Elemente erforscht werden.

Hintergrund-Informationen:
„Ein typisches Beispiel für einfache optische Freiformflächen sind Gleitsichtbrillen. In einer Vielzahl von Anwendungen können kleinere, leichtere und dennoch qualitativ bessere Optiken eingesetzt werden, wenn Schlüsselkomponenten mit Freiformflächen eingesetzt werden. Die Fertigungstechnik dafür entsteht gerade. Das Vorhaben trifft deshalb den Nerv der Zeit. Auch jenseits der LED Beleuchtung ist ein dringender Bedarf an Methoden zur berührungsfreien Messtechnik von Freiformflächen“, erklärt Friedrich Fleischmann. „Mit nachhaltiger Forschungstätigkeit in den Instituten und Forschungsclustern können wir wertvolle Impulse für die regionale Entwicklung geben.“

Doch auch fachlich profitieren Studierende und Wirtschaft von forschungsnaher Ausbildung. Bereits frühzeitig im Studienverlauf werden die Studierenden dem Studienverlauf entsprechend in Gruppen mit der Bearbeitung von Teilaspekten einer realen Aufgabenstellung betraut. Hochschullehrer und Mitarbeiter – insbesondere Promovenden – agieren hierbei als Coach, sowohl in fachlich-technischer Hinsicht, wie auch bezüglich Gruppenverhalten und Projektmanagement. Die Studierenden erwerben so durch direkte Mitarbeit an F&E-Projekten in Form „Forschenden Lernens“ fachliches Know-how auf aktuellem Stand und eine praxisnahe Ausbildung, der Wirtschaft stehen wirklich berufsbefähigte Absolventen mit neuestem Fachkenntnissen und hoher Selbst- und Methodenkompetenz zur Verfügung.

Tobias Binkele studierte im internationalen Studiengang BSc Technische und Angewandte Physik und ab Sommersemester 2015 im Master-Studiengang Elektrotechnik. Nach Abschluss seiner Masterthesis zur Rekonstruktion von technischen Formelementen ist Tobias Binkele seit 1. März 2017 wissenschaftlicher Mitarbeiter am i3m im eboLED Projekt.

Der Internationale Masterstudiengang Electronics Engineering in der Fakultät Elektrotechnik und Informatik besteht dank sehr starker Nachfrage bereits seit 15 Jahren. Über 300 Studierende absolvierten das Masterstudium erfolgreich und erlangten den akademischen Titel „Master of Science“. Zahlreiche Absolventen sind in Bremer Unternehmen sowie in der Region als Elektronik-Ingenieure und Leiter von Entwicklungsvorhaben beschäftigt. Mehr als 20 Prozent der Absolventen haben sich im Anschluss für ein Promotionsstudium entschieden und im Rahmen von Forschungs­vorhaben die Promotion zum „Dr.-Ing.“ erlangt.