Innovative Fertigungsmesstechnik zum Messen von Spiegelsegmenten für das ESO Extremely Large Telescope bei Safran Reosc

Das Extremely Large Telescope (ELT) ist eines der anspruchsvollsten Projekte weltweit. Der Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 39 Metern besteht aus 798 einzigartig geformten sechseckigen Spiegelsegmenten mit einem Durchmesser von jeweils ca. 1,5 Metern. Das von der in München ansässigen Europäischen Südsternwarte (ESO) geplante Teleskop wird in Chile auf dem Cerro Armazones auf einer Höhe von 3.046 Metern errichtet. Die Inbetriebnahme ist für 2027 geplant. 

Der Auftrag zur Herstellung der Segmente für den Hauptspiegel wurde von der ESO ausgeschrieben und an Safran Reosc in Frankreich vergeben, ein weltweit führendes Unternehmen in der Herstellung von  Teleskop-Optiken. Für die Fertigung der insgesamt 931 Spiegelsegmente (einschließlich 133 Ersatzspiegeln) errichtete Safran ein spezielles Werk in Poitiers, Frankreich.

Für die Entwicklung eines speziellen Fertigungsmesstechnik-Systems für die Formprüfung während der Fertigung wendete sich Safran Reosc an Hexagon. Das Ziel: die messtechnische Bestimmung der Form und Krümmung der Spiegelsegmente mittels einer Reihe von Sensoren mit einer Ungenauigkeit U (99%) < 20 nm (der Durchmesser eines menschlichen Haars liegt bei 50.000 nm) in der Fertigung. 

Auf Basis von Hexagons innovativer Absolute Multiline-Technologie, die in Wissenschaft und Industrie bereits erfolgreich eingesetzt wird, wurde ein spezialisiertes Messsystem für diese besondere Anwendung entwickelt

Safran Reosc schlug eine Konstruktion mit 19 auf die optische Oberfläche ausgerichteten, über die Oberfläche des Teils verteilten Sensoren vor. Der Nullpunkt der Sensoren wird auf einer kugelförmigen oder ebenen Referenzfläche eingestellt. Die Sensoren messen einen Abstand zur zu prüfenden Oberfläche, der zur Berechnung der absoluten Formabweichung (einschließlich Krümmung) genutzt wird.


Die Herausforderung dabei ist die Sicherstellung der gewünschten Sensorgenauigkeit bei der Messung unbeschichteter, teilweise reflektierender Oberflächen. Des Weiteren müssen die Sensoren aufgrund der Spiegelkrümmung in der Lage sein, auf Oberflächen mit unterschiedlichen Orientierungen zu messen. 
Auf der Grundlage mehrerer optischer Simulationen entwickelte Hexagon ein einzigartiges Sensordesign, das von einer externen Einrichtung geprüft wurde.

Die Suche nach einem unabhängigen Labor für die Überprüfung der Sensorleistung erwies sich als schwierig. Lediglich das Institut für Fertigungsmesstechnik der Universität Erlangen verfügte sowohl über die erforderliche Ausstattung als auch das entsprechend Fachwissen für diese Aufgabe. Ein Team aus Entwicklungsingenieuren von Hexagon und Safran begleitete und unterstützte die Experimente, die letztendlich die Sensorspezifikationen über den gesamten Messbereich sowie auf unterschiedlichen Oberflächenausrichtungen bestätigten.

Heute ist das System in der Spiegelfertigung für das ELT im Werk von Safran Reosc im Einsatz und prüft die Formqualität der Segmente vor ihrer Auslieferung an die ESO.