Automated Simulation of Assembling of a Self-Optimized Optical System

Abstract

Este documento é uma monografia do projeto de fim de curso de Engenharia de Controle e Automação da Universidade Federal de Santa Catarina. O trabalho aconteceu no Fraunhofer Institut for Laser Technology (ILT), entre Abril e Setembro de 2015. Com mais de 400 empregados e mais de 19,500 m² de área total, o Fraunhofer Institut for Laser Technology é mundialmente um dos mais importantes centros de pesquisa no seu campo específico. As atividades cobrem um vasto alcance de áreas como o desenvolvimento de novas fontes de raio laser e componentes, metrologia de precisão baseada em laser, tecnologia de testes e processos de laser industriais. Isso inclui corte, furação, soldagem, e soldagem, assim como tratamento de superfícies micro processamento e manufatura rápida à laser. O Fraunhofer ILT é parte da sociedade Fraunhofer, com 66 institutos, 24000 empregados e orçamento anual de pesquisa de mais de 2 bilhões de euros. . [ 1 ] No Fraunhofer ILT foi desenvolvido este projeto de final de curso. Para construir um sistema automático auto otimizado de montagem para sistemas laser, uma simulação automática de montagem de sistemas óticas deve ser realizada. O trabalho é dividido em dois conjuntos principais de atividades. O primeiro conjunto de atividades consiste em resolver o problema da ordem de montagem do sistema ótico. Uma estratégia de ordem de montagem que leva em conta as tolerâncias de manufatura de cada elemento é implementada em conjunto com um software de modelo de sistemas óticos, em uma maneira automatizada. O segundo corresponde ao restante dos passos para implementar uma simulação de montagem automatizada, uma vez que a ordem já está decidida. Com uma simulação automática implementada, a estratégia de montagem é avaliada para uma variedade de sistemas óticos. Este documento está organizado em 7 capítulos. O primeiro contextualiza e introduz o problema, e justifica a motivação para realização de tal projeto. O segundo capítulo introduz uma base conceitual a qual é necessária para a compreensão do trabalho, apresentando importantes conceitos, como o de tolerâncias em sistemas óticos e sistemas auto otimizados, por exemplo. O terceiro apresenta o estado da arte e outras soluções desenvolvidas para este mesmo problema. No quarto capitulo é exposto o primeiro problema e macro conjunto de atividades deste projeto, que é a escolha e definição de um critério para ordem de montagem das lentes em sistemas óticos. O quinto capítulo descreve a concepção de uma simulação automatizada da montagem de um sistema ótico, usada para avaliar também a estratégia definida no capitulo anterior. O sexto capítulo apresenta os resultados obtidos. Finalmente, o sétimo capítulo apresenta a conclusão do trabalho e apresenta algumas perspectivas futuras desse.

This document is a monograph of an end of course project of the Automation and Control Engineering course at the Universidade Federal de Santa Catarina. The work took place within the Fraunhofer Institute for Laser Technology, between April and September of 2015. With more than 400 employees and more than 19,500 m² net floor space the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT is worldwide one of the most important development and contract research institutes of its specific field. The activities cover a wide range of areas such as the development of new laser beam sources and components, precise laser based metrology, testing technology and industrial laser processes. This includes laser cutting, caving, drilling, welding and soldering as well as surface treatment, micro processing and rapid manufacturing. The Fraunhofer ILT is part of the Fraunhofer-Gesellschaft, with 66 institutes, 24,000 employees and an annual research budget of more than 2 billion euros. [1] In the Fraunhofer ILT it is developed this end of course project. In order to build an automated self-optimizing assembly system for assembling of laser systems, an automated assembly simulation of an optical system (working together with an optical model) has to be realized. The work was divided into two main sets of activities. The first set of activities consists of solving the problem of choosing the assembly order of the optical system. An assembly order strategy that takes in account the manufacturing tolerances of each optical element is implemented in conjunction with an optical model software in an automated way. The second corresponds to the rest of the steps to implement an automated assembly simulation, once the order is already decided. With an automated simulation implemented, the assembly order strategy is evaluated for a variety of different optical systems.