Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTNeues Whitepaper des Fraunhofer IPT: Digitalisierung schafft Voraussetzungen zur Präzisionsmontage optischer Komponenten und Systeme
Immer kleiner, immer effizienter: Zukünftige optische Systeme sind gekennzeichnet durch zunehmende Miniaturisierung und Komplexität. Für die Produktion solcher Systeme bedeutet das, mit immer geringeren Fertigungstoleranzen eine gleiche oder sogar höhere Produktqualität zu erzielen. Den Weg dorthin ebnen digitale Konzepte für die automatisierte Präzisionsmontage, die in ein vernetztes Produktionsumfeld integriert werden, so das Fazit des Aachener Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT: In einem Whitepaper, das im Rahmen eines Forschungsprojekts zur effizienten Vernetzung von Produktionssystemen entstanden ist, wird jetzt das Potenzial der automatisierten Optikmontage näher beleuchtet.
Die Digitalisierung in der Produktion schlägt sich vor allem in einer zeit- und ortsunabhängigen Datenverfügbarkeit nieder. Das Prinzip, Produktionsdaten in vernetzten und cloudbasierten Systemen zu speichern und auszuwerten, ist für alle Fertigungsprozesse grundlegend. Auch die Optikproduktion profitiert von diesem Ansatz, der es ermöglicht, Ausschuss und Maschinenstillstand durch die gezielte Optimierung von Maschinen- und Prozessdaten zu senken und die Durchsatzquote zu erhöhen. Wie dies gelingen kann, beschreiben die Aachener Forscher in ihrem Whitepaper mit dem Titel »Digitized Assembly of complex optical systems«.
Der Fokus des White Papers liegt auf der Präzisionsmontage als finalem Verarbeitungsschritt in der Prozesskette optischer Systeme. Die hochgenaue Endmontage bezeichnet nicht nur die Fertigstellung des optischen Systems; häufig werden in diesem Prozessschritt Fehler oder Ungenauigkeiten ausgeglichen, die in vorgelagerten Prozessschritten entstanden sind. Um die bestmögliche Produktionsstrategie zu entwickeln, ist eine digitalisierte und vernetzte Infrastruktur unerlässlich. Die hard- und softwareseitige Vernetzung aller Prozessschritte ist Gegenstand des Forschungsprojekts »EverPro – Effiziente Vernetzung optischer Produktionssysteme«, das den Rahmen für die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Präzisionsmontage bildet.
Die lange und komplexe Wertschöpfungskette in der Optikproduktion
Optische Systeme und Komponenten müssen mit hoher Präzision gefertigt werden, um in der Endanwendung die geforderte optische Funktionalität aufzuweisen. Mit der zunehmenden Miniaturisierung und Komplexität optischer Systeme wachsen jedoch die Anforderungen an die Produktion, da Fertigungstoleranzen auf ein Minimum reduziert werden. Die klassische replikative Fertigungskette eines optischen Systems reicht von der Entwicklung des Designs über die Simulation, die Fertigung der hochpräzisen Formeinsätze und die replikative Fertigung der Optik bis hin zur abschließenden Endmontage. Diese Prozessschritte liefern eine Vielzahl von Qualitäts- und Produktionsdaten, die für die Optimierung des Prozesses und des Produkts genutzt werden können.
Königsdisziplin Präzisionsmontage
Als letztem Schritt in der Fertigungskette kommt der Montage eine besondere Bedeutung zu, denn hier zeigt sich, ob die gewünschte optische Qualität erreicht wurde. Anhand aktiver Montagestrategien können kleine Fertigungsabweichungen oder Fehler im Produktdesign der optischen Komponente ausgeglichen werden. Dazu wird die optische Funktion der Gesamtbaugruppe während der Positionierung kontinuierlich geprüft, sodass Abweichungen vollständig ausgeglichen werden können. Montageprozesse müssen in der modernen Produktion, neben den hohen Genauigkeitsanforderungen, auch den Anforderungen einer sich schnell verändernden Produktwelt entsprechen. Flexibilität und Skalierbarkeit sind hier die entscheidenden Stichworte. Ganz gleich ob Displays, Interieur- oder Automobilbeleuchtung – die Produkt- und Branchenvorgaben ändern sich schnell und erfordern eine schnelle und effiziente Anpassung bestehender Produktionslinien.
Physikalische und digitale Vernetzung: Präzisionsmontage im Forschungsprojekt »EverPro«
Im Forschungsprojekt »EverPro« entwickeln die Aachener Forscherinnen und Forscher eine digitale und vernetzte Infrastruktur für die Optikproduktion. Für die Automatisierung der Präzisionsmontage werden zwei Komponenten exemplarisch weiterentwickelt: eine überwachte Transporteinheit und einer Werkzeugarchitektur, die den flexiblen Austausch von Werkzeugen ermöglicht. Das Whitepaper beschreibt, welchen Mehrwert diese beiden Komponenten für die optische Prozesskette bieten und wie durch eine veränderte Systemarchitektur eine schnelle Prozessentwicklung und- automatisierung realisierbar wird.
In die Transporteinheit werden im Rahmen des Projekts Sensoren integriert, die den Bauteilzustand überwachen sollen. Das sogenannte Smart Tray wird an die digitale Infrastruktur der gesamten Produktionskette angebunden und liefert Zustandsdaten, die bei der Endmontage berücksichtigt werden können. Fehler in der Prozesskette können so aufgedeckt und berücksichtigt werden.
Um die Integration neuer Werkzeuge zu erleichtern wird außerdem eine kompatible Werkzeugarchitektur entwickelt, die es erlaubt, Werkzeuge herstellerunabhängig zu nutzen und auszutauschen. Denn herkömmliche modulare Montageplattformen weisen meist nur Schnittstellen zu der Werkzeugarchitektur des Herstellers auf. Mit der Weiterentwicklung aus dem Forschungsprojekt lassen sich neue Werkzeuge leichter in bestehende Fertigungsanlagen integrieren und austauschen.
Das Whitepaper steht zum kostenlosen Download bereit unter:
https://www.ipt.fraunhofer.de/whitepaper-digitized-assembly