Greifertechnologie Stand der Technik Andreas Hofmann Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Institut für Angewandte Informatik

Gliederung Einleitung Ausgangssituation bei der Handhabung mikrotechnischer Bauteile Anforderungen an ein Greifsystem für den Einsatz bei der Montage hybrider MST-Komponenten Beispiele für realisierte Greifer bzw. Greifsysteme Zwischenfazit Beispiele für modulare bzw. modularisierbare Lösungen Zusammenfassung und Ausblick

Einleitung Definition Greifen in der Technik (nach Hesse): Greifen ist die Herstellung einer Verbindung zwischen einer oder mehreren Wirkflächen des Greifers und des Handhabungsobjektes. Aufgaben eines Greifers in der Montagetechnik: Herstellung und Aufrechterhaltung der Verbindung zwischen Greifobjekt und Handhabungsgerät und Lösen der Verbindung zwischen Greifobjekt und Handhabungsgerät

Ausgangssituation bei der Handhabung mikrotechnischer Bauteile Die Handhabung der Komponenten von hybrid aufgebauten Mikro-systemen erfordert im Gegensatz zum Handling von chipähnlichen Bauteilen den Einsatz unterschiedlichster Greifwerkzeuge und Fertigungsgeräte Hybride Mikrosysteme werden überwiegend in kleinen und mittleren Serien hergestellt Umfrage des DIN NAFuO AA F3 ergab ca. 28 verschiedene Mikrogreifer in Deutschland (Stand 1999) Die Schnittstellen der meisten dieser Greifer sind untereinander inkompatibel.

Ausgangssituation bei der Handhabung mikrotechnischer Bauteile Geringe Abmessungen und geringe Masse der Handhabungsobjekte Hohe Präzision der Handhabungsobjekte Geringe Fügetoleranzen Große stoffliche Vielfalt Große Vielfalt bei den mechanischen Eigenschaften Vielzahl unterschiedlichster Fügetechnologien Kompakte Abmessungen der Handhabungsgeräte und des eigentlichen Wirksystems Besondere Prozessbedingungen Klassifizierung der Bauteile siehe Norm DIN 32563

Anforderungen an ein Greifsystem für den Einsatz bei der Montage hybrider MST-Komponenten Flexible Umrüstung auf veränderte Aufgabenstellungen Flexible Anpassung des Wirksystems an veränderte Bauteilgeometrien Feinpositionierung des Werkstücks Sensorische Überwachung des Werkstücks Sensorische Überwachung des Fügevorgangs Kompatibilität mit den eingesetzten Fügeprozessen Kompatibilität mit der Prozessumgebung verfügbar und kostengünstig

Beispiele 1 Zwei- bzw. Mehrfingergreifer Forschungsinstitute: RWTH Aachen, TU Braunschweig, Fraunhofer Gesellschaft, TU Ilmenau, Forschungszentrum Karlsruhe, EPFL, ETH Zürich, Berkeley University, RIT Stockholm, Vanderbilt University, ... aber auch Fa. Klocke Nanotechnik, Fa. Bartels Mikrotechnik, Fa. piezosystem jena, ... Fa. Bartels Mikrotechnik Fa. Klocke Nanotechnik TU Ilmenau Fraunhofer Gesellschaft, IPT Fa. piezosystem jena TU Braunschweig

Beispiele 2 Vakuumgreifer Forschungsinstitute: RWTH Aachen, TU Braunschweig, DLR, Fraunhofer Gesellschaft, Forschungszentrum Karlsruhe, IMM Mainz, TU München, EPFL, ETH Zürich, ... auch hier Fa. simotec, Fa. Sysmelec, ... Fa. MiLaSys ETH Zürich Fa. simotec Fraunhofer Gesellschaft, IOF

Beispiele 3 Adhäsionsgreifer, Elektrostatikgreifer, Eisgreifer, ... Forschungsinstitute: TU Braunschweig, Fraunhofer Gesellschaft, Forschungszentrum Karlsruhe, CSEM, University of Minnesota, ... Fraunhofer Gesellschaft, IPA TU Braunschweig CSEM

Zwischenfazit Vielzahl von unterschiedlichen Lösungen Anteil der Forschungsinstitute noch sehr hoch aber mehr und mehr Firmen bieten Komplettsysteme an Grenzen zwischen MST – Feinwerktechnik verschwimmen Fertigungstechnologie zum Teil sehr anspruchsvoll Anforderungen werden oft nur teilweise erfüllt Meist nur proprietäre Lösungen des Maschinenherstellers Die allgemeine Verfügbarkeit serientauglicher Lösungen ist zurzeit nicht sicher gestellt.

Aufbau eines Greifsystems Schnittstelle zum Handhabungsgerät Vielzahl von Komponenten am Markt Größe und Masse noch nicht geeignet Funktionsumfang zum Teil nicht ausreichend Fa. Applied Robotics Forschungszentrum Karlsruhe Fraunhofer Gesellschaft, IPA Fa. Schunk Vortrag Herr Hoch um 11:10 Uhr

Aufbau eines Greifsystems Positionssensorik Sensorikmodul zur Detektion der Position des gegriffenen Bauteils Beispiel: Greifsysteme bzw. Handhabungssysteme mit integrierter Kamera zur Greifer- bzw. Bauteilvermessung Fa. Sysmelec Greitmann, ETHZ iwb, TU München Vorträge um 11:30 und 11:50 Uhr

Aufbau eines Greifsystems Positioniermodul Feinpositionierung des Werkzeugs Beispiel: Vakuumgreifsystem des iwb, TU München mit internem Modul der Fa. piezosystem jena zur Feinpositionierung iwb, TU München Fa. piezosystem jena

Aufbau eines Greifsystems Greifkraftsensorik Sensorikmodul zur Detektion der auf das gegriffene Bauteil ausgeübten Greifkraft Beispiel: Zweifingergreifer von Georg Greitmann, ETH Zürich Greitmann, ETHZ

Aufbau eines Greifsystems Fügekraftsensorik Sensorikmodul zur Detektion der Fügekraft Beispiel: Vakuumgreifer mit integrierter Kraftsensorik eindimensional dreidimensional Fa. simotec Fraunhofer Gesellschaft, IOF Forschungszentrum Karlsruhe Kurzvortrag Herr Müller um 11:30 Uhr

Zusammenfassung und Ausblick Kurzer Überblick über einen Teil der bisher bekannten Lösungen im Bereich Greifsysteme für die Montage mikrotechnischer Komponenten Hoher Anteil an Laborlösungen Oft sind die erarbeiteten Lösungen rein proprietär Einige wenige Komponenten am Markt platziert Ansätze zur Modularisierung sind erkennbar und wurden an einigen Beispielen aufgezeigt Modul- und Schnittstellenkonzept Vortrag Herr Beckert, FhG IOF Jena