Weniger Fehler in Mikrolinsen
Kompensation optischer Abweichungen mindert Ausschussrate drastisch.
Das enorme Potenzial mikrooptischer Systeme zeigt sich in der Kommunikationstechnik und Konsumgüterindustrie, wo Kunststoffoptiken mit nur wenigen Millimetern Durchmesser als Kameraobjektive in Mobiltelefonen eingesetzt werden. Bei der Massenproduktion dieser hochpräzisen Baugruppen stößt die Fertigung heute immer noch an technologische Grenzen: Bei der geforderten hohen Präzision liegt die Ausschussrate in der Herstellung solcher Systeme oft bei bis zu vierzig Prozent. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen hat gemeinsam mit seinen Projektpartnern Innolite GmbH und Polyoptics GmbH nun einen neuen Produktionsansatz entwickelt, um die Mikrooptik-Systeme aus mehreren einzelnen Linsen mit verschiedenen Brennweiten modular aufzubauen. Dadurch werden optische Abweichungen kompensiert und die Ausschussrate auf einen niedrigen einstelligen Prozentbereich minimiert.
Bei optischen Systemen führen bereits kleine Formabweichungen zu starken funktionalen Abweichungen. Dieser Effekt wird umso deutlicher, je kleiner die Optik ist. Für die Produktfunktion mikrooptischer Systeme ist deshalb eine hochpräzise Fertigung der Einzelkomponenten sowie exakte Ausrichtung und Fixierung unerlässlich – häufig mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern oder wenigen Mikroradiant. Bei einer Massenproduktion steigt hier schnell der Investitionsaufwand und lässt sich auch durch Minimierung der Fertigungskosten – häufig durch die Produktion in Niedriglohnländern – nur schwer ausgleichen. Genau an dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt „HiTecMass“ an.
Im Projekt wurde eine effiziente Wertschöpfungskette entwickelt, die kostengünstige Herstellungsverfahren für Mikrooptiken mit sensorintegrierten intelligenten Montageverfahren kombiniert. Dazu setzt das Konsortium unter anderem auf ein serientaugliches Werkzeugkonzept für den Spritzguss, mit dem sich die Kunststofflinsen mit höchster Qualität produzieren lassen. Eine der Herstellung direkt nachgelagerte messtechnische Charakterisierung der individuellen Mikrooptiken und die Weitergabe der Informationen an die Montagelinie schafft die Voraussetzungen für die massentaugliche Montage des Gesamtsystems unter höchsten Toleranzanforderungen. Mithilfe eines „Tolerance-Matching-Verfahrens“ können geeignete Linsen so miteinander kombiniert werden, dass sich die Toleranzabweichungen der Einzeloptiken, die durch den Spritzgießprozess entstehen, wechselseitig kompensieren.
Durch das neue Fertigungskonzept lässt sich nicht nur die Produktqualität verbessen, sondern auch die Ausschussrate senken. Gleichzeitig sinkt der Investitionsaufwand für die Fertigung mikrooptischer Systeme, sodass ihre Produktion nicht mehr in Niedriglohnländer ausgelagert werden muss und hiesige Produktionsstandorte für hochwertige und hochpräzise mikrooptische Systeme gestärkt werden können.
Fh.-IPT / JOL
