Greiferbaukasten für die Montage von Mikrosystemen - Modulare Greifersysteme - Dr. Ramona Eberhardt Dipl.-Ing. Matthias Mohaupt Dipl.-Ing. Erik Beckert

Stand der Arbeiten und weiteres Vorgehen Definitionsphase Zielstellung Einsatzgebiet Abgrenzung Begriffsdefinitionen Handhabungsaufgaben, Handhabungs- objekte, Umgebungsbedingungen, allg. Anforderungen an das Greifersystem Ausschlußkriterien Baukastenstruktur Funktionen Schnittstellen Hierarchieebenen, parallele und serielle Strukturen, Kaskadierung Spezifikation Definition, Spezifikation, baukasten- und anwenderspez. Funktionen Definition, Spezifikation, baukasteninterne- und baukastenexterne Schnittstellen Umsetzung Baukastenmodule Anwenderspezi- fische Module Aufbau durch Projektpartner Spez. Module für das Umsetzungskonzept

Zielstellung I - Definitionen Modul: komplexes Teil eines Gerätes / einer Maschine, das als in sich geschlossene Einheit eine Funktion mit einer modulspezifischen Spezifikation erfüllt und komplett austauschbar ist Schnittstelle: genormte Verbindung zwischen zwei Modulen zum Austausch von Signalen, Medien und / oder zur mechanischen Fixierung Baukastensystem: Menge von Modulen mit unterschiedlichen Funk- tionen bzw. Funktionsspezifikationen und normierten Schnittstellen; durch die Kombination geeigneter Module können werden unterschiedliche Funktionen des Gesamtaufbaus realisiert werden

Zielsetzung II Ziel ist die Entwicklung modulare Handhabungseinrichtungen (Greifer-systemen) im Baukastensystem für die Mikromontagetechnik. Dazu erfolgt: die Definition von grundlegenden und notwendigen Funktionen der Handhabungseinrichtung, die Festlegung von (meist mehreren) Spezifikationen für die Er- füllung dieser Funktionen, die Definition von Bauraum und Schnittstellen für Module, die die jeweilige Funktion erfüllen; die Festlegung von Hierarchieebenen und damit eine Strukturierung des Baukastensystems

Zielsetzung III Greiferbaukasten Greifer 1 Greifer 3 ... ... Greifer 2 Modul 1.1 Modul 2.3 Modul 4.2 Greifer 1 Modulbauform 1.1 Modulbauform 1.2 Modul 1.1 Modul 5.3 Greifer 3 Funktion 1 ... Modulbauform 1.i ... Modulbauform n.1 Modulbauform n.2 Modul 1.1 Modul 2.3 Modul 4.2 Greifer 2 Funktion n ... Modulbauform n.j Anwenderspez. Funktionen Anwendermodul 1 ...

Greiferbaukasten: Einsatzgebiet I Aufgabe der modularen Greifersysteme: Handhabung von Bauteilen der Mikrosystemtechnik innerhalb von Montageprozessen (Entnahme der Bau- teile aus Magazinen, Inspektion, Transport, Positionier-ung/ Justage, Fügen der Bauteile Handhabungsobjekte: Bauteile der MST, die sich nach DIN 32563 klassifizieren lassen, einschränkend hinsichtlich Größe (größte Ab- messung <10mm) und Masse (<12g) Vorzugsvarianten für Handhabungsobjekte sind mikro- optische Bauteile (Prismen, Linsen, Kristalle etc.), Glas- fasern (Single- und Multimodefasern, Faserbündel), Bauelemente des MST-Baukastens MATCH-X (TB-BGA-Gehäuseform), Chips

Greiferbaukasten: Einsatzgebiet II Umgebungsbedingungen: Dauereinsatztemperatur 10°C bis 60°C, Lagertempera- tur –20°C bis 80°C Zulässige Luftfeuchtigkeit <90% Reinraumklasse 10000 Allgemeine Anforderungen an das Greifersystem: Maximale Gesamtmasse 500g, zulässige Geschwindig-keit 2m/s, zulässige Beschleunigung 1G, beliebige Einbaulage (teil)automatische Wechselfähigkeit von Gesamtsystem und Submodulen Zuverlässigkeit (99% Uptime, Setup Time <5min, MTBF > 168h ...) Sicherheit (gemäß EG-Machinen-, Niederspannungs- und EMV-Richtlinien)

Abgrenzung dienen nur der Montage eines Bauteils an einem feststehenden Ort, eine Kaskadierung von Greifersystemen zur Montage von zwei oder mehr Greifobjekten zueinander ist nicht explizit vorgesehen. Der Montageprozess erfolgt an Normalatmosphäre mit geringer Partikelbelastung (Reinraum), der Einsatz unter erschwerten Bedingungen (z.B. Vakuum) ist nicht vorgesehen. ...

Baukastenstruktur Übergeordnetes System (Montagemaschine mit globalem Positioniersystem) Schnittstelle 1.3 Schnittstelle 1.1 Schnittstelle 1.2 1.3 Optisches Sensormodul extern 1.1 Justiermodul / Trägermodul 1.2 Busmodul Schnittstelle 2 2.3 Optisches Sensormodul intern 2.1 Positioniermodul 2.2 Transfor- matormodul Schnittstelle 3 3 Fügehilfe- / Fügesensorikmodul Schnittstelle 4 4 Greifmodul Antrieb / Träger Schnittstelle 5 4 Greifmodul Kinematik / Wirksystem

Funktionen I 1.1 Justier- / Trägermodul: 1.1.1 Bereitstellung mechanische Basis 1.1.2 Bereitstellung mechanische Basis und Justierstellen zur planparallelen Ausrichtung der nachgeordneten Module (insbesondere Greifmodul Kinematik / Wirk- system) zur Fügeebene 1.2 Busmodul: 1.2.1 Sensor- und Steuersignalbus, Versorgungsmedien 1.3 Optisches Sensormodul extern: 1.3.1 Freistrahloptik 1.3.2 Lichtschranke 1.3.3 Abstandssensor

Funktionen II 2.1 Positioniermodul: 2.1.1 X-Y-Feinpositionierung (Piezoversteller) 2.1.2 Z-Feinpositionierung (Piezoversteller) 2.1.3 RZ-Grob-/ Feinpositionierung (Servoantrieb) 2.1.4 Dummy 2.2 Transformatormodul: 2.2.1 Steuersignal elektrisch – elektrisch (Piezoverstärker) 2.2.2 Steuersignal elektrisch – fluidisch (Mikroventile) 2.2.3 Steuersignal elektrisch – fluidisch (Mikropumpe) 2.3.4 Sensorsignal elektrisch – elektrisch (Signalverstärker) 2.3 Optisches Sensormodul intern: 2.3.1 Freistrahloptik 2.3.2 Lichtschranke 2.3.3 Faseroptik

Funktionen III 3 Fügehilfe- / Füge- sensorikmodul: 3.1 Fügehilfe X-Y-Positionierung 3.2 Fügesensorik X-Y-Positionierung 3.3 Fügehilfe Z-Positionierung 3.4 Fügesensorik Z-Positionierung 3.5 Fügehilfe- / Fügesensorikmodul-Dummy 4 Greifmodul Antrieb / Träger: 4.1 Antrieb mechanisch / piezoelektrisch 4.2 Antrieb fluidisch 5 Greifmodul Kinematik / Wirksystem: 5.1 Festkörpergelenk-Kinematik 5.2 Festkörpergelenk-Kinematik mit integrierten DMS-Sensoren für die Greifkraft 5.3 Saugstruktur

Schnittstellen I Schnittstelle 1.1: Verbindung Greifersystem – übergeordnete Montagemaschine Mechanische Schnittstelle Manuell wechselbar, Wechselzyklus mittel bis oft Schnittstelle 1.2: Signal- und Versorgungsleitungsschnittstelle Greifer – überge-ordnete Montagemaschine Mechanisch-elektrisch-fluidisch-(optisch)e Schnittstelle Manuell wechselbar, Wechselzyklus selten bis nie Schnittstelle 1.3: Ankopplung externe Optik an übergeordnete Montagemaschine Mechanisch-elektrisch-(optisch)e Schnittstelle Manuell wechselbar, Wechselzyklus selten bis nie

Schnittstellen II Schnittstelle 2: Ankopplung von Modulen der Hierarchiebene 2 an das Trägermodul 1.1 und das Busmodul 1.2 Mechanische Schnittstelle zum Modul 1.1 (manuell wechselbar, Wechselzyklus mittel bis selten) Elektrisch-Fluidisch-(optisch)e Schnittstelle zum Modul 1.2 (manuell wechselbar, Wechselzyklus mittel bis selten) Schnittstelle 3: Ankopplung von Modulen der Hierarchiebene 3 an die Module 2.1, 1.1 (Überspringen einer Hierarchieebene) und 1.2 Mechanische Schnittstelle zu den Modulen 1.1 bzw. 2.1 (manuell wechselbar, Wechselzyklus mittel bis selten) Elektrische Schnittstelle zum Modul 1.2 (manuell wechselbar, Wechselzyklus mittel bis selten)

Schnittstellen III Schnittstelle 4: Ankopplung von Modulen der Hierarchiebene 4 an die Module 1.1 (Überspringen zweier Hierarchieebenen), 2.1 (Über-springen einer Hierarchieebene), 3 und 1.2 Mechanische Schnittstelle zu den Modulen 1.1 bzw. 2.1 bzw. 3 (manuell wechselbar, Wechselzyklus mittel bis selten) Elektrisch-Fluidische Schnittstelle zum Modul 1.2 (manuell wechselbar, Wechselzyklus mittel bis selten) Schnittstelle 5: Ankopplung von Greifmodulkinematik und –wirksystem an den Antrieb des Greifmoduls sowie an 1.2 (bei integrierten Sen-soren) Mechanische Schnittstelle zum Modul 4 bzw. 2.1 (automatisch? wechselbar, Wechselzyklus oft bis mittel) Elektrisch-Fluidische Schnittstelle zum Modul 1.2 (automa-tisch? wechselbar, Wechselzyklus oft bis mittel)