Prozess zur Entwicklung optomechatronischer Systeme

Abstract

Optische Strahlung ist allgegenwärtig und die Basis für die Aufnahme von Informationen für Menschen. Technische Systeme, die optische Strahlung emittieren oder detektieren, ermöglichen daher vielfältige Funktionen. Optische Systeme in Kombination mit mechanischen und elektronischen Funktionen sowie einer Informationsverarbeitung werden optomchatronische Systeme genannt. Die Entwicklung dieser Art von Systemen ist eine herausfordernde Ingenieurstätigkeit. Abhängigkeiten zwischen den Systemelementen müssen domänenübergreifend betrachtet werden. Die Wirkung emittierter Strahlung auf den Menschen kann Teil der Hauptfunktion des zu entwickelnden Systems sein, aber auch eine Gefährdung darstellen und muss daher explizit berücksichtigt werden. Getrieben durch die Halbleiterindustrie sind Entwicklungszyklen für Systeme, die Lichtquellen oder Detektoren aus Halbleitermaterialien enthalten, kurz. Um optomechatronische Systeme erfolgreich zu entwickeln und die vielfältigen Anforderungen und Rahmenbedingungen strukturiert zu berücksichtigen, ist daher ein methodisches Vorgehen erforderlich. In dieser Arbeit wird ein Prozess zur Entwicklung optomechatronischer Systeme vorgestellt. Diese Art von Systemen ähnelt mechatronischen Systemen, weshalb die Basis für den Prozess das V-Modell ist, das für mechatronische Entwicklungen in Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen etabliert ist. Der vorgestellte Prozess basiert auf dem V-Modell der VDI-Richtlinie 2206 und wird durch operative Arbeitsschritte konkretisiert. Die Anpassung des V-Modells ist notwendig, da, wie in der Arbeit dargestellt wird, die Domäne Optik sich maßgeblich von den klassischen Domänen der Mechatronik unterscheidet. Das allgemeine V-Modell wird daher durch Elemente aus Vorgehensmodellen zur Gestaltung optischer Systeme ergänzt. Weiterhin werden spezifische Methoden vorgestellt, welche die Entwicklung optomechatronischer Systeme unterstützen. Um den entwickelten Prozess zu veranschaulichen, werden die Arbeitsschritte anhand eines Beispiels aus der Fahrzeuglichttechnik demonstriert. Abschließend wird aufgezeigt, für welche optomechatronischen Systeme der Prozess anwendbar ist und wie dieser erweitert werden kann.