Exakte Spektrometrie
Eine Linsenvergütung ist heute bei den meisten Optiken unerlässlich, damit diese überhaupt die gewünschten Eigenschaften zeigen können. Je sensibler die Anwendung, desto höher sind auch die Ansprüche an die Ausführung der Beschichtung. Das setzt genaue und empfindliche Messungen voraus. Stromschwankungen können dabei zur teuren Fehlerquelle werden.
B ei der Sill Optics GmbH & Co. KG, einem Spezialisten für hochpräzise optische Komponenten, wird jedes Antireflex- und jedes dielektrische Spiegelschichtsystem mittels Spektrophotometer geprüft. Allerdings kam es wiederholt zu Ausfällen der empfindlichen Messgeräte, was Produktionsstillstände und aufwendige Neukalibrierungen nach sich zog. Als eine
Höchste Präzision ist notwendig
Analyse zeigte, dass es an dieser Stelle häufig zu Stromschwankungen kam, installierte der Optikexperte Ende 2011 zwei Anlagen zur Stromkonditionierung. Die Security- Plus-Systeme von Powervar fangen zum einen Störungen, Spannungsspitzen und -einbrüche auf und stellen zum anderen bei Netzausfall die Energieversorgung sicher. Stromprobleme können damit als Fehlerquelle ausgeschlossen werden und die oft langwierigen Qualitätsprüfungen laufen ohne Unterbrechungen durch.
Rund 1’400 Präzisionslinsen mit Durchmessern von 4 bis 300 mm werden bei Sill Optics in Wendelstein täglich hergestellt. Hinzu kommen Beleuchtungslinsen bis 650 mm sowie Sonderanfertigungen. Verbaut werden diese unter anderem in Objektiven und Komplettsystemen für Laser-, Mess- und Medizintechnik sowie für Bildverarbeitung, Beleuchtung und Photonik. Da die Linsen entscheidend für die Funktion der späteren Geräte sind, ist Qualität dabei oberstes Gebot – besonders bei der Vergütung. «Der Grossteil unserer sphärischen und asphärischen Präzisionsoptiken wird mit AR- oder dielektrischen Spiegelschichten produziert », erklärt Andy Stufler, Verfahrenstechniker bei Sill Optics. Die Oberflächenbehandlung ermöglicht es, durch gezielte Erzeugung von Interferenzen die Eigenschaften der Linse zu verändern. So lassen sich beispielsweise durch eine Anti-reflexbeschichtung (AR) Lichtverluste an Luft-Glas-Grenzflächen von vier Prozent bis auf 0,05 Prozent reduzieren und unerwünschte Spiegelungen verhindern.
Genaueste Kontrollen
Die einzelnen Lagen der Vergütung müssen jedoch sehr exakt aufgetragen werden, um die erforderlichen Interferenzen zu erzeugen. «Hierfür ist das Messen mit dem Spektrometer unerlässlich. Die aufgedampften Schichtsysteme werden nach jedem Verfügungsprozess genau kontrolliert», so Stufler. Nur so können Produktionsfehler rechtzeitig erkannt werden. Verwendet werden dazu zwei UV/Vis/NIR-Spektrophotometer von Perkin Elmer, die speziell auf die Analyse schwieriger Proben wie hochabsorbierendes Glas oder optische Beschichtungen ausgelegt sind. Gleichzeitig werden damit auch die Prozesse der Vergütungsanlagen nachträglich analysiert und die Materialparameter für ihre Einstellung ermittelt.
Stromschwankungen lösen Ausfälle aus
Allerdings fielen die Messmodule ohne ersichtlichen Grund sporadisch aus, was zeit- und kostenintensive Fehleranalysen nach sich zog. Hinzu kamen häufige Stromausfälle, die die Messvorgänge un-terbrachen, wie der Verfahrenstechniker berichtet: «Die Spektrometer müssen dann neu initialisiert werden, und nach Aufnahme der Basislinien sind dann oft 15 bis 45 Minuten Messzeit verloren gegangen. » Auch musste der Prüfvorgang von vorn gestartet werden. Eine konventionelle, vorgeschaltete USV-Anlage konnte das Problem nicht beheben, weil diese zu langsam reagierte und die Messsysteme bei Stromausfall dennoch abstürzten.
Da sich kein technischer Auslöser für die Probleme der Spektrophotometer finden liess und um Störungen in der Energieversorgung als Fehlerquelle auszuschliessen, arbeiteten die Servicetechniker von Perkin Elmer mit dem Stromqualitätsexperten Powervar zusammen. «Dabei zeigte eine einwöchige Strommessung wiederholte Spannungseinbrüche auf der Phase sowie Störspannungen zwischen Null- und Erdleiter», erläutert Werner Karau, Geschäftsführer von Powervar Deutschland, das Ergebnis. «Solche Phänomene entstehen meist durch den Betrieb benachbarter grosser Verbraucher im Produktionsprozess. » Die Störspannungen lagen weit jenseits der von der Halbleiterindustrie empfohlenen Maximalwerte, sodass auf Dauer Schäden an den Messgeräten zu befürchten gewesen wären. «Ich war etwas überrascht, dass die Spannungsschwankungen so hoch waren, dass sie sogar zu Defekten führen konnten», so Stufler. Als Folge wurden auch frühere Schäden an den Beschichtungsanlagen auf Spannungsspitzen beim Wiederanfahren des Stromnetzes nach einem Ausfall zurückgeführt.
Strom ohne Störungen
Um eine gleichmässige Stromversorgung sicherzustellen, entschied sich Sill Optics daher, an den beiden Spektrophotometern sogenannte Security-Plus-Systeme zu installieren. Diese beinhalten diverse Barrieren gegen Störungen aus dem Energienetz, darunter einen effektiven Überspannungsschutz, einen niedrig-ohmigen Isolationstransformator, der Gleichtaktstörspannungen aufhält, sowie ein Filternetzwerk gegen hochfrequentes Rauschen und einen Spannungsregler. Selbst Frequenzschwankungen lassen sich damit ausgleichen. So wird dem empfindlichen Messgerät genau der zum Betrieb nötige Strom in gleich bleibender Qualität zur Verfügung gestellt, unabhängig von Ereignissen oder Störungen auf der Versorgungsseite.
Darüber hinaus umfassen die Systeme auch eine USV-Anlage, die Stromausfälle nahtlos überbrückt und dadurch Abstürze der Messmodule verhindert. Dazu werden die Security Plus-Geräte über eine Doppelwandlerschaltung in die
ZeitintensiveFehleranalysen
Energieversorgung integriert, bei welcher der Strom in jedem Fall – ob Netz- oder Akkubetrieb – durch den internen Wechselrichter fliesst, sodass es beim Umschalten zwischen den Modi zu keinen Unterbrechungen kommt. Die Anlagen bieten im Ernstfall mindestens für 15 Minuten gespeicherten Strom bei voller Auslastung, für längere Überbrückungsphasen lassen sie sich mit externen Batterien koppeln. Um die Einsatzkosten zu reduzieren, wurde auf einen hohen Wirkungsgrad geachtet: Der Ausgangsleistungsfaktor liegt bei 0,9, wodurch rund 30 Prozent mehr an verwertbarer Leistung abgegeben werden als bei herkömmlichen USV-Systemen.
Weniger Zeitaufwand
Zeitraubenden Stillstand nach einem Stromausfall gibt es damit in der Qualitätssicherung bei Sill Optics nicht mehr. Die aufwendige Neueinrichtung, die früher bis zu 45 Minuten dauerte, wird vermieden. «Man könnte selbst während eines sensiblen Messvorgangs den Stecker ziehen, ohne dass der Prozess in irgendeiner Weise beeinflusst würde», berichtet Verfahrenstechniker Stufler. Auch mögliche Schäden durch Spannungsspitzen
GleichmässigeStromversorgung
werden jetzt zuverlässig verhindert. Vor allem aber muss bei Problemen mit den Messgeräten der Faktor Stromqualität nicht mehr als potenzielle Ursache in der Fehleranalyse berücksichtigt werden, was zuvor viele Technikereinsätze und viel verlorene Produktionszeit zur Folge gehabt hatte. Für die Zukunft wird im Unternehmen sogar daran gedacht, weitere Schutzanlagen von Powervar zu installieren: «Wenn es kostentechnisch machbar ist, würde ich gern auch die empfindlichen Teile der Vergütungsanlage absichern, da hier bei jedem Stromausfall ein Defekt fast garantiert ist.»
