ALIGN: Automatische Lichtbron- en Glasvezeluitlijning met Nanotechnologie

Het KIEM High Tech project ALIGN beoogt de verbetering van fiberoptische gyroscoop (FOG)-productie door het huidige handmatige uitlijnproces van optische fibers en de lichtbron te automatiseren. In de luchtvaart, waar precisie en betrouwbaarheid cruciaal zijn, spelen FOG’s een essentiële rol bij het meten van de oriëntatieveranderingen van vliegtuigen. Een consistente productie van de FOG’s leidt tot een betrouwbaarder en veiliger vliegtuig.
Hoewel het product voldoet aan de eisen die de luchtvaart stelt, veroorzaakt de huidige productiemethode variabiliteit in sensorprestaties, en men begrijpt niet volledig waarom dit gebeurt. Het consortium bestaande uit Patria, IMS, en het lectoraat Applied Nanotechnology (ANT) van Saxion wil een proof-of-concept demonstreren voor geautomatiseerde uitlijning, met de focus op fiberdetectie en manipulatie, uitlijnalgoritmes, en stabiele prestaties van het eindproduct.
Het innovatieve aspect omvat het onderzoek naar geschikte automatiseringsmethoden, rekening houdend met fixatie van de optische componenten door solderen. Huidige automatiseringsoplossingen zijn duur en zijn niet altijd geschikt voor fixatie van optische componenten bij hoge temperaturen.
Het projectplan omvat verschillende activiteiten, waaronder onderzoek naar fibermanipulatie en control, vision, en integratie en verificatie. Het doel is het creëren van een werkende proof-of-concept demonstrator die voldoet aan de gestelde eisen van het productieproces en het eindproduct. De kennis uit dit project wordt opgenomen in onderwijsmodules van verschillende opleidingen, en kan een opmaat zijn voor een vervolgproject in het RAAK MKB programma.
Het consortium beoogt de kritische stappen in fiberoptische uitlijning te begrijpen en een geautomatiseerde oplossing te ontwikkelen voor consistente FOG-productie. Het project draagt niet alleen bij aan de luchtvaartindustrie maar heeft ook bredere toepassingen, zoals bij de uitlijning van photonic integrated circuits, waardoor het een waardevolle bijdrage levert aan de ontwikkeling van geavanceerde productieprocessen in de optische fibers-industrie.

Eindrapportage

Fiberoptische gyroscopen (FOG’s) zijn essentiële componenten in bijvoorbeeld vliegtuigen voor het uiterst nauwkeurig meten van oriëntatie- en positieveranderingen. Hun prestaties hangen o.a. sterk af van de exacte uitlijning van de fiber met de lichtbron. Op dit moment wordt het productieproces van FOGs handmatig uitgevoerd, wat tijdrovend is en variatie in de sensorkwaliteit introduceert. Hoewel de geproduceerde FOGs voldoen aan de luchtvaartnormen, moet de inconsistentie in de productie worden geminimaliseerd. Geautomatiseerde uitlijning op micrometerschaal van de fiber met de lichtbron biedt een veelbelovende route om de consistentie en efficiëntie te verbeteren. In dit KIEM High Tech-project ALIGN onderzoeken Saxion en de industriële partners Patria en IMS de haalbaarheid van een geautomatiseerd uitlijnproces voor FOG-productie door middel van een proof-of-concept.

De experimenten laten zien dat automatische fiberuitlijning een consistente en nauwkeurige koppeling tussen de lichtbron en de optische fiber kan realiseren. De kleine spatiele spreiding (standaarddeviatie (x,z) = 2,2 µm en 1,7 µm) onderstreept de precisie en stabiliteit van de geautomatiseerde uitlijnmethode. De gemiddelde uitlijntijd bedraagt 11,2 ± 2,8 seconden (20 uitlijnsessies). De geautomatiseerde uitlijning voldeed ruimschoots binnen de gestelde tijds- en nauwkeurigheidsspecificaties.

Deze resultaten bevestigen dat snelle, nauwkeurige en reproduceerbare uitlijning haalbaar is en één van de belangrijkste uitdagingen in de geautomatiseerde productie van FOGs effectief aanpakt. Deze proof-of-concept toont aan dat automatisering kan bijdragen aan het verbeteren van het productieproces, met verhoogde output en productieconsistentie. Toekomstig werk moet zich richten op het vergroten van de robuustheid van het proces en op integratie in productieomgevingen op industriële schaal.