Die Industrialisierung der AR/VR-Qualität – von der Forschung und Entwicklung bis zur Serienfertigung
Augmented Reality überlagert die reale Welt, Virtual Reality ersetzt sie, Mixed Reality verbindet beides; zusammen bilden sie XR, die erweiterte Realität. Da diese Technologien zunehmend in den Bereichen Unterhaltungselektronik, industrielle Ausbildung, Gesundheitswesen und Außendienst zum Einsatz kommen, steigen die Erwartungen hinsichtlich Konsistenz und Komfort.
Da Smart-Brillen und Headsets den Weg aus den Innovationslabors auf die weltweiten Fertigungsstraßen finden, wird die Gewährleistung einer gleichbleibenden Leistung in den Bereichen Optik, Sensorik und Positionserfassung nicht mehr nur zu einer Herausforderung für die Konstruktion, sondern auch für die Fertigung.
Averna unterstützt OEMs und Auftragsfertiger über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg, von der Validierung in der Forschung und Entwicklung über den Hochlauf bei der Neueinführung von Produkten bis hin zu Produktionstests am Ende der Lebensdauer (EOL). Unsere konfigurierbare AR/VR/MR-Kalibrierungsplattform und unsere automatisierten Prüfstationen gewährleisten wiederholbare Messungen, einen skalierbaren Einsatz und Robustheit auf Produktionsniveau.
Die technischen Herausforderungen bei der Herstellung von Immersionsgeräten
Das Eintauchen in die virtuelle Welt hängt von Präzision ab. Eine geringfügige optische Fehlausrichtung, eine instabile IMU-Kalibrierung oder Abweichungen bei der Verfolgung können das Benutzererlebnis beeinträchtigen und die Produktausbeute verringern. Die Sicherstellung dieser Präzision über Schichten, Fertigungslinien und weltweite Standorte hinweg bringt zusätzliche Komplexität mit sich:
- Aufrechterhaltung der Ausrichtung zwischen Kamera und IMU bei mehrachsigen Bewegungen
- Gewährleistung einer objektiven optischen Leistung des NED
- Überwachung der Kalibrierungsstabilität unter verschiedenen Temperatur- und Vibrationsbedingungen
Sie benötigen standardisierte Mess- und Automatisierungstechnik, da sonst die Schwankungen zunehmen und die Ausbeute darunter leidet.
Ein standardisierter Ansatz für die Kalibrierung und Prüfung von AR/VR/MR
Averna begegnet diesen Fehlerquellen mit einer standardisierten AR/VR/MR-Kalibrierungsplattform, die speziell für immersive Geräte entwickelt wurde. Unsere Lösungen umfassen:
- Mehrachsige Bewegungsplattformen für die Kalibrierung von Kameras und IMUs
- Objektive optische Messverfahren (MTF, Verzeichnung, Sichtfeld)
- Automatisierte Arbeitsabläufe für die optische Ausrichtung
- Validierung von Sensoren und Ortungssystemen unter kontrollierten Bedingungen
- Sichere Halterungen in Produktionsqualität
Die Methodik wird in Form von konfigurierbaren Stationen mit produktionsgerechten Vorrichtungen, sequenzierten Testprotokollen und in MES/OPC UA eingebundenen Datendiensten bereitgestellt, sodass die Ergebnisse in den Bereichen F&E, NPI und EOL konsistent sind. Wenn eine Skalierung erforderlich ist, replizieren wir die Stationen (nach Bauplan) an verschiedenen Standorten und gewährleisten die Aufrechterhaltung von GR&R und SPC, sodass der Durchsatz steigt, ohne dass die Messgenauigkeit beeinträchtigt wird, die für Ausbeute, Komfort und Markenimage entscheidend ist.
Anwendungen in den Bereichen der erweiterten Realität
Die Augmented-Reality- und Virtual-Reality-Testplattformen von Averna unterstützen immersive Geräte in zahlreichen Branchen, darunter:
- Smartbrillen und tragbare AR-Geräte
- VR- und MR-Headsets
- Spiel- und interaktive Unterhaltungssysteme
- Simulatoren für die Luft- und Raumfahrt sowie die Verteidigung
- Geräte für Medizin und Biowissenschaften
- AR-Plattformen für Industrie und Unternehmen
Erweiterte AR/VR-Testfunktionen für Produktionsumgebungen
Um bei immersiven Geräten eine gleichbleibende Leistung zu gewährleisten, sind mehr als nur vereinzelte Kalibrierungsschritte erforderlich. EXtended-Reality-Tests im Fertigungskontext erfordern integrierte optische Messsysteme, bewegungsgesteuerte Sensorkalibrierung, die Validierung eingebetteter Subsysteme sowie kontrollierte Umgebungen, die auf Wiederholbarkeit ausgelegt sind.
AR/VR-Geräte vereinen Optik, Sensorik, Elektronik und Konnektivität in einem eng integrierten System. Das folgende Diagramm veranschaulicht den Umfang der AR/VR-Testabdeckung von Averna für diese Teilsysteme.
Architektur für optische Messungen
Die Leistung von Near-Eye-Displays wirkt sich unmittelbar auf die wahrgenommene Schärfe und Ausrichtung aus. In der Produktion müssen diese Parameter unter kontrollierten Bedingungen und mit festgelegten Toleranzen gemessen werden.
Die AR/VR-Prüfsysteme von Averna nutzen präzise optische Prüfstände mit fester Erfassungsgeometrie und mechanisch festgelegter Positionierung. Dadurch wird der Einfluss des Bedieners ausgeschlossen und eine deterministische Ausrichtung zwischen dem zu prüfenden Gerät und dem Messsystem gewährleistet.
Die Bildqualität wird anhand objektiver Methoden wie der MTF-Analyse und der Verzerrungskartierung bewertet. Das Sichtfeld wird anhand kalibrierter optischer Referenzen und unter kontrollierten Beleuchtungsbedingungen anhand festgelegter Spezifikationen überprüft. Die Überprüfung der Anzeigetaktung und der Bildwiederholfrequenz kann ebenfalls einbezogen werden, um eine gleichbleibende visuelle Leistung in allen Betriebsmodi sicherzustellen.
Für Anwendungen, die eine hohe optische Präzision erfordern, können aktive Ausrichtungsabläufe integriert werden, um die Positionierung der Komponenten während der Montage dynamisch anzupassen und zu überprüfen.
Das Ergebnis ist eine Messarchitektur, die auf Wiederholbarkeit ausgelegt ist. Dasselbe Gerät, das während der technischen Validierung getestet wurde, kann in der Fertigung mit gleichwertigen Methoden charakterisiert werden, ohne dass die Messstrategie neu definiert werden muss.
Sensor- und Bewegungskalibrierung
Averna integriert mehrachsige Linear- und Drehtische, die kontrollierte Bewegungsbahnen innerhalb eng definierter Toleranzen reproduzieren können. Diese Plattformen ermöglichen:
- Korrektur von IMU-Abweichungen und Skalierungsfaktoren
- Überprüfung der Ausrichtung von Kamera und Sensor
- Dynamische Bewegungsvalidierung unter reproduzierbaren Bedingungen
Das System beschränkt sich nicht auf die statische Kalibrierung. Es unterstützt auch die Validierung unter kontrollierten Bewegungsbedingungen, sodass Hersteller das Verhalten der Sensoren während dynamischer Abläufe beobachten können, anstatt sich ausschließlich auf Messungen an festen Punkten zu verlassen. In der Produktion ermöglicht diese Architektur eine strukturierte Funktionsüberprüfung von Bewegungssubsystemen.
Messintegrität und Produktionskontrolle
AR/VR-Tests sind nur dann aussagekräftig, wenn die Messwerte über einen längeren Zeitraum hinweg stabil bleiben. Die Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit entscheiden darüber, ob eine Plattform den Sprung von der Entwicklungsphase in den dauerhaften Produktionsbetrieb schaffen kann.
Jede Prüfstation ist so ausgelegt, dass die Belastung des Prüflings kontrolliert wird und mechanische Vorrichtungen eine Bewegung verhindern, sobald das Gerät befestigt ist. Dadurch werden Positionsabweichungen bereits an der Quelle reduziert, anstatt sie erst später per Software auszugleichen.
Vor der Freigabe für den Fertigungsbereich werden Wiederholbarkeitsanalysen durchgeführt und GR&R-Untersuchungen vorgenommen, um Messschwankungen zu quantifizieren. Ziel ist es, sicherzustellen, dass das System zwischen tatsächlichen Produktschwankungen und Messrauschen unterscheiden kann. Umweltfaktoren wie Temperaturschwankungen, Vibrationsbelastung und Langzeitdrift werden bewertet, um die Kalibrierungsstabilität unter realistischen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
Die Messergebnisse werden direkt an der Quelle erfasst und für die Integration in MES-Umgebungen aufbereitet. Dies ermöglicht eine statistische Prozesskontrolle, die Ertragsüberwachung sowie einen konsistenten Vergleich zwischen Produktionslinien und Standorten während der Einführungsphase neuer Produkte und der Serienfertigung.
Hardware- und Software-Integration für AR/VR-Tests
Averna entwickelt komplette Testumgebungen, die mechanische Vorrichtungen, Bewegungssteuerung, Bildverarbeitungssysteme, HF-Prüfung und kundenspezifische Elektronik mit industriellen Software-Frameworks kombinieren, die für den Einsatz in der Fertigung konzipiert sind.
Auf Hardware-Ebene kommunizieren die Systeme direkt mit dem zu testenden Gerät über maßgeschneiderte Kommunikationsschnittstellen, die Leiterplattenbaugruppen, programmierbare Leistungssteuerung und Hochgeschwindigkeits-Datenerfassung unterstützen. Eine deterministische Triggerung gewährleistet eine synchronisierte Interaktion mit Kameras, IMUs, Displays, HF-Modulen und eingebetteter Elektronik während der Kalibrierung und Funktionsprüfung. Die Leistungsstabilität und das Ansprechverhalten der eingebetteten Subsysteme können im Rahmen strukturierter End-of-Line-Tests validiert werden.
Auf Softwareebene Averna Launch, ein zentraler Test-Executor, die Abfolge, die Firmware-Interaktion und Kalibrierungsroutinen und verarbeitet dabei Messdaten in Echtzeit. Die Ergebnisse werden in strukturierten Formaten protokolliert, um die MES-Anbindung und die langfristige Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten. Bei Bedarf können auch integrierte Computer-Vision-Tools zur Merkmalserkennung, Ausrichtungsüberprüfung oder Fehleridentifizierung eingesetzt werden.
Kalibrierungsstation für VR-Headset-Displays
Für einen führenden Hersteller von VR-Headsets hat Averna eine vollautomatische Funktionsprüfstation zur Kalibrierung von Displays entwickelt und integriert.
Dazu gehörten umfassende Tests auf einem Lineartisch mit einem Bewegungsbereich von 4" x 4" x 2" in der X-, Y- und Z-Achse sowie die Bereitstellung aller erforderlichen Schnittstellen (Hardware und Software) zur Steuerung der Kamerabewegungen. Das System verhindert jegliche Manipulation der Kamera oder des Prüflings, sobald diese in das System eingelegt wurden.