Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTOffene und flexible Montageplattform für optische Systeme
Der Aufbau von Lasersystemen erfordert eine hochgenaue Ausrichtung der optischen Komponenten zueinander. Zur flexiblen Automatisierung dieser Aufgabe hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen jetzt eine Anlage mit einem integrierten Mikromanipulator entwickelt. Damit lassen sich beispielsweise optische Komponenten für Hochleistungsdiodenlaser, miniaturisierte Objektive oder Projektoren für strukturiertes Licht hochpräzise automatisiert ausrichten. Auf der »Laser – World of Photonics« vom 22. bis 25. Juni 2015 in München stellt das Fraunhofer IPT die neue Anlage erstmals dem Fachpublikum vor.
Die neue Anlage des Fraunhofer IPT arbeitet mit höchster Präzision und ist geeignet für verschiedenste Optikmontageaufgaben – nicht nur für die aktive Justage optischer Komponenten, sondern beispielsweise auch für die Inspektion oder das Sortieren von Mikrobauteilen. Die Justageeinheit der Anlage verfügt über sechs Freiheitsgrade und wird in Kombination mit einem Portalsystem eingesetzt. Dadurch steht für die Optikmontage ein Arbeitsraum bis zu 500 x 500 m² zur Verfügung.
Da der Anwender das System in fast jeder beliebigen Programmiersprache ansteuern kann, integriert es sich schnell und flexibel in unterschiedliche Produktionsumgebungen. Die Ausstattung der Anlage lässt sich individuell auswählen und auf Wunsch etwa durch Zuführungsmodule oder Transfersysteme erweitern. Das System kann aber auch vorgegebene Standardprozesse wie Sidetab- und Bottomtab-Montage bearbeiten, um im voll- oder teilautomatisierten Betrieb hohe Stückzahlen zu produzieren. Grundlegende Funktionalitäten wie Bauteiltracking oder eine Auswertung zur Gesamtanlageneffektivität oder zur Prozessfähigkeit werden mitgeliefert. Außerdem ist ein Handbetrieb des Mikromanipulators möglich, falls sich der Programmier- und Einrichteaufwand für die Automatisierung einmal nicht lohnen sollte.
Die Erweiterbarkeit der Anlage durch die offene Plattform und das Software-Konzept bieten viele unterschiedlichen Möglichkeiten zur Programmierung, zum Beispiel in LabVIEW, Python, C# oder SPS. So kann sichergestellt werden, dass der Anwender seine Montageprogramme eigenständig erstellen und verwalten kann, ohne sensibles Know-how an Dritte preisgeben zu müssen.
Die Kinematik des Manipulators besteht aus einer parallelen Struktur und basiert vollständig auf Festkörpergelenken. Damit lassen sich kleinste Schritte verlustfrei auf den Endeffektor übertragen und unerwünschte Effekte wie Umkehrspiel oder Hysterese vermeiden. Als Aktoren kommen Piezoschrittmotoren zum Einsatz, die eine extrem hohe Bewegungsauflösung von wenigen Nanometern mit relativ großen Verfahrbereichen kombinieren. So sind höchste Genauigkeiten und kleinste Schritte in sämtlichen Freiheitsgraden möglich.
Die neue Anlage ist eine Eigenentwicklung des Fraunhofer und wird ab sofort auch kommerziell erhältlich sein. Die Bearbeitungsprozesse werden dafür zunächst am Fraunhofer IPT implementiert und können dann bereits zur Auftragsmontage genutzt werden, während die eigentliche Anlage für den Kunden aufgebaut wird. Der Fertigungsprozess wird in dieser Zeit weiter optimiert und anschließend nahtlos auf die Anlage des Kunden transferiert.
Unternehmen, die mit der Montage optischer Systeme befasst sind, profitieren besonders von der neuen Anlagentechnik. Erste Beispielanwendungen sind etwa die Montage von Kollimationsoptiken für Diodenlaser oder VCSEL, von Festkörperlasern mit planarer Aufbautechnik, Endoskopobjektive oder Projektoren für strukturiertes Licht.