Erstmals automatisierte Montage von Hochleistungsdiodenlasern

Ein besonders erfolgreiches Zwischenergebnis meldet das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbundprojekt „PrOpSys“ (Produktionstechnologie optischer Systeme für Hochleistungsdiodenlaser): Mit einem neuartig entwickelten Montagesystem konnte erstmals die vollautomatisierte Justage und Montage eines Hochleistungsdiodenlasers demonstriert werden.

Dies eröffnet den Weg hin zu einer signifikanten Reduzierung der Herstellungskosten auf dem hart umkämpften Markt für Hochleistungsdiodenlaser.

Hochleistungsdiodenlaser nehmen im schnell wachsenden Markt für optoelektronische Produkte eine Schlüsselposition ein, weil sie als Strahlquellen in vielen weiteren Branchen wie z.B. in der Automobilindustrie, im Maschinen- und Anlagenbau sowie auch in der Telekommunikation eingesetzt werden. Bisher müssen diese Hochleistungsdiodenlaser z. T. noch in aufwändigen Justage- und Montageprozessen manuell hergestellt werden. „Zur Sicherung unserer Wettbewerbsfähigkeit müssen wir unsere Prozesse automatisieren“, teilte der Projektkooridnator, Dr. Jens Meinschien, während der Präsentation mit. „Dazu haben wir mit der Fertigstellung des Demonstratorsystems den entscheidenden Schritt auf dem Wege zur Bedienung der sich abzeichnenden Volumenmärkte getan.“

Zur automatischen Justierung wird der noch unbestückte Diodenlaser eingeschaltet. Daraufhin wird die später zu montierende Kollimationslinse mit dem mikrometergenauen Positioniersystem so vor dem Diodenlaser angeordnet, dass die angeschlossene Messtechnik die Laserstrahlung erfassen kann. Die Innovation dieser vorgestellten Entwicklung liegt nun darin, dass verschiedenste Positionen der Kollimationslinse vor dem Diodenlaser getestet werden können. Dieser Test geschieht mit Hilfe von eigens entwickelten Methoden der digitalen Bildverarbeitung zur Analyse der Intensitätsverteilung des Laserstrahls. Resultierend aus dieser Bildanalyse wird dann mit Hilfe geeigneter Auswahlregeln die optimale Position der Kollimationslinse vor dem Diodenlaser festgelegt. Abschließend wird dann die Linse an genau dieser Position vor dem Diodenlaser befestigt.

Das Verbundprojekt „PrOpSys“ hat zum Ziel die Grundlagen für hohe stückzahltaugliche Designs zu erarbeiten sowie die zugehörige vollautomatisierte Fertigungstechnik für mikrooptische Systeme bzw. für Hochleistungsdiodenlaser zu entwickeln. Mittels interdisziplinärer Verbundforschung verschiedener Unternehmen und Forschungsinstitutionen konnte die komplexe Aufgabe gelöst werden:

o Projektkoordinator ist die LIMO GmbH in Dortmund, die alle Aspekte des Diodenlaser-Designs und der damit verbundenen Fertigungsschritte untersucht.

o Die Firma ficonTEC GmbH in Bremen bearbeitet vorrangig die Arbeitspunkte der Automatisierung.

o Artifex Engineering in Emden stellt optoelektronische Komponenten für die Steuerung und Zustandserfassung der Diodenlaser bei.

o Schwerpunkt des Fraunhofer Instituts für Lasertechnik in Aachen sind Justagealgorithmen und Montagetechniken.

o Das Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration konzentriert sich auf die Bearbeitung der Aufbau- und Verbindungstechniken sowie auf Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Fehleranalysen.

Das vorgestellte Demonstratorsystem wurde von ficonTEC aufgebaut und wird zurzeit am Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration in Betrieb genommen. Das Institut dient als Technologieträger zur Entwicklung weiterer optimierter Justage- und Montageprozesse für die volumentaugliche Produktion optoelektronischer Produkte.

Das Verbundprojekt „PrOpSys“ wird vom BMBF im Rahmen des Förderprogramms „Optische Technologien“ mit knapp 1.9Mio.€ gefördert. Die VDI Technologiezentrum GmbH wurde für dieses Projekt vom BMBF als Projektträger beauftragt.