Das enorme Potential mikrooptischer Systemen zeigt sich heute bereits in der Kommunikationstechnik und der Konsumgüterindustrie.

Um diesen wachsenden Anforderungen gerecht zu werden, werden mikrooptische Systeme immer häufiger aus mehreren Einzellinsen mit unterschiedlichen Brennweiten hergestellt.

Bei der Massenfertigung solcher hochpräzisen Baugruppen erreicht die Produktion jedoch heute immer noch technologische Grenzen.

Das interdisziplinäre HiTecMass-Konsortium erkennt hier die Möglichkeit, einen Produktionsstandort für hochwertige und hochpräzise mikrooptische Systeme mit neuem Produktionsansatz zu etablieren.

Projektbeschreibung

Für die Funktionalität innovativer mikrooptischer Systeme sind eine hochpräzise Fertigung der einzelnen Komponenten sowie eine exakte Ausrichtung und Fixierung unverzichtbar – oft mit einer Genauigkeit von wenigen Micrometer, wenigen Mikrorad oder sogar noch kleineren Abweichungen.

Im Bereich der Massenproduktion steigt der Investitionsaufwand schnell rapide an und ist selbst durch eine Minimierung der Produktionskosten – oft durch die Produktion in Niedriglohnländern – schwer zu kompensieren.

Genau hier setzt das Projekt „HiTecMass“ an.

Ziel dieses Projektes ist eine deutliche Senkung der Ausschussrate von 40-50% auf ca. 5%.

Diese hohe Ausschussrate ist darauf zurückzuführen, dass Mikrooptiken extrem sensibel auf Abweichungen im Produktionsprozess reagieren und Systeme derzeit nicht aktiv im Montageprozess ausgerichtet werden.

Leichte Abweichungen führen dazu, dass Linsen bereits vor der Montage entsorgt werden müssen, da ansonsten ein out-of-spec-System entsteht, welches der abschließenden Qualitätskontrolle nach der Montage nicht standhalten würde.

Wertschöpfung

Die wichtigste Innovation wird eine effiziente Wertschöpfungskette sein, welche kosteneffiziente Fertigungsprozesse für Mikrooptiken mit einem sensor-integrierten intelligenten Montageprozess verbindet.

Eine messtechnische Charakterisierung der einzelnen Mikrooptiken direkt im Anschluss an die Produktion und die Weiterleitung dieser Informationen an die Montagelinie ermöglicht die Assemblierung eines Gesamtsystems, das für die Massenproduktion geeignet ist und gleichzeitig den höchsten Toleranzanforderungen genügt.

Mit Hilfe eines Toleranz-Matching-Verfahrens können geeignete Komponenten miteinander kombiniert werden, um die durch die Spritzgusstechnik verursachten Toleranzen der einzelnen Optiken zu kompensieren.

Strategie

Vorgesehen ist eine 100% ige Inspektion aller Teile direkt nach dem Spritzgussverfahren.

Über die Ergebnisse dieser Messungen erfolgt eine Rückmeldung an die Spritzgussmaschine, welche die Daten bis zum Montageprozess speichert.

Während des Montageprozesses wird dann mit Hilfe einer Computersimulation geprüft, ob eine out-of-spec-Linse derart mit anderen Linsen kombiniert werden kann, dass in der Gesamtheit ein in-spec-System entsteht.

Alle Teile werden dabei aktiv ausgerichtet, um so eine optimale Systemleistung zu erreichen.

Am Ende des Produktionsprozesses führen wir einen MTF-Test durch, um die optimale Funktion des Systems zu gewährleisten.

Ergebnisse

Derzeit haben wir ein entsprechendes Spritzgusswerkzeug hergestellt und die erste Serie von Linsen hergestellt.

Wir arbeiten daran, den Anguss abzutrennen und die notwendigen Messungen mit Hilfe von Wave-Front-Sensoren (Hartmann-Shack-Sensoren) durchzuführen.

Dieses Projekt wird finanziert durch das Land Nordrhein-Westfalen und die EU.