Pilotkette B: Optics

Hoher Ausschuss bei der Fertigung optischer Systeme

Optische Bauteile, beispielsweise Kamera- oder Projektionsmodule, bestehen aus mehreren hochgenauen Einzelkomponenten (Linsen, Strahlquellen, Sensoren etc.). Erst die richtige Kombination aller Einzelkomponenten sorgt für die Funktionstüchtigkeit, etwa in Form eines scharfen Bildes. Ist nur eine einzige Komponente fehlerhaft, führt das zur Funktionsuntüchtigkeit des gesamten Systems. Aufgrund instabiler Produktionsprozesse ist ein erheblicher Anteil der hergestellten optischen Systeme Ausschuss.

Digitaler Zwilling entlang der gesamten Fertigungskette

Ziel der Pilotkette Optik war es, den Fertigungsprozess optischer Komponenten datenbasiert zu optimieren und den Ausschuss deutlich zu reduzieren. Dazu wurden im Projektverlauf von allen Kettengliedern der Fertigung (Optikdesign, Fertigung mittels Glasumformung und Optikmontage) Mess- und Simulationsdaten erhoben, die zu einem umfassenden digitalen Zwilling zusammengeführt wurden.

Ein wichtiges Ziel der Projektpartner war der einheitliche Datenfluss, um den Austausch zwischen den einzelnen Kettengliedern in der Pilotkette verbessern. Als Datenpool diente eine im Projekt entwickelte Data Lake-Plattform. Dort sind alle für die digitalen Zwillinge relevanten Daten verfügbar, und es können eigene Daten abgelegt werden.

Weniger Ausschuss durch digitale Verknüpfung von Optikdesign und Glasumformung

Im Projektabschnitt »Optikdesign« wurden Ansätze erarbeitet, die eine hohe Ausbeute an brauchbaren Optiksystemen sicherstellen. Dazu wurden die im Optikdesign erstellten Linsenarrays zunächst virtuell mittels Glasumformung gefertigt. Bei den Umformungssimulationen wurde die Finite Elemente Methode (FEM) eingesetzt. Die dabei gesammelten Daten wurden aufbereitet und zu einem digitalen Zwilling verarbeitet. Die Daten wurden auf der Data Lake-Plattform abgespeichert, und konnten in anderen Prozessen genutzt werden.

Erleichterte Variation in der Optikmontage

Dem Projektteam gelang es, die Digitalisierung in der Fertigung komplexer Glasoptiken deutlich zu verbessern. So konnte das Team die simulierten Ergebnisse direkt zurück ins Optikdesign und in die Optikmontage einfließen lassen. Indem Planung und Umsetzung deutlich näher aneinandergerückt wurden, steigerte das Team Schritt für Schritt die Flexibilität des Gesamtprozesses. Darüber hinaus entwickelten die Forscherinnen und Forscher ein selbstlernendes Verfahren für die automatisierte Montage optischer Komponenten, das deutlich weniger Arbeitsschritte erfordert als alle bisherigen Montage-Algorithmen.