Modul- und Schnittstellenkonzept für einen Greiferbaukasten Dipl.-Ing. Erik Beckert

Zielstellung und Motivation Stand der Technik (oft labormusterartiges) Vorhandensein von Greifern für die MST, jedoch ohne einheitliche Schnittstelle zu übergeordneten Systemen Ziel des Verbundprojektes „Greiferbaukasten“ Entwicklung modularer Handhabungseinrichtungen (Greifersysteme) im Baukastensystem für die Mikromontagetechnik mit dem Schwerpunkt der Spezifikation und Vereinheitlichung von Modulen und Schnittstellen

Einsatzgebiet des Greiferbaukastens Der Schwerpunkt liegt auf Handhabungsaufgaben und –objekten in der MST: Bauteile der MST, die sich nach DIN 32563 klassifizieren lassen, einschränkend hinsichtlich Größe (größte Abmessung <10mm) und Masse (<12g) Vorzugsvarianten für Handhabungsobjekte sind mikrooptische Bauteile (Prismen, Linsen, Kristalle etc.), Glasfasern (Single- und Multimodefasern, Faserbündel), Bauelemente des MST-Baukastens MATCH-X (TB-BGA-Gehäuseform) und Chips Allgemeine Anforderungen: maschinentauglich hinsichtlich Umgebungsbedingungen, Reinraum- tauglichkeit, Zuverlässigkeit, Einhaltung von EMV- und ESD-Normen etc. Wechselfähigkeit von Gesamtsystem und Submodulen

Baukastenstruktur Übergeordnetes System (Montagemaschine mit globalem Positioniersystem) Schnittstelle 2.2 Optisches Sensormodul 1.2 Direkte Verbindung (externe Ansteuerung/ externe Versorgung) Schnittstelle 1.2 . Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 4 Schnittstelle 3 Greifantriebsmodul Greifsensorik-modul Greifkinematik- modul Wirksystem Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul 1.1 Justiermodul/ Trägermodul Schnittstelle 1.1 Schnittstelle 2.3 Aktorsteuerung/ Sensorsignalverarbeitung

Justiermodul / Trägermodul Mögliche Ausführungsformen: Übergeordnetes System (Montagemaschine mit globalem Positioniersystem) 1.2 Direkte Verbindung (externe Ansteuerung/ externe Versorgung) Bereitstellung mechanische Basis (reines Träger-modul) Bereitstellung mechanische Basis und Justierstellen zur planparallelen Ausrichtung nachgeordneter Module zur Fügeebene (Trägermodul mit Justierstellen) Bereitstellung mechanische Basis und Justierstellen zur rotatorischen Ausrichtung nachgeordneter Module zur Senkrechten der Fügeebene (Trägermodul mit Justierstellen) . . . Schnittstelle 1.1 1.1 Justiermodul/ Trägermodul Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.2 Schnittstelle 2.3 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Optisches Sensormodul Aktorsteuerung/ Sensorsignalverarbeitung Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Schnittstelle 1.2 . . Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Greifantriebsmodul Greifantriebsmodul Schnittstelle 3 Schnittstelle 3 Greifkinematik- modul Greifkinematik- modul Greifsensorik-modul Greifsensorik-modul Quelle: Simotec GmbH Schnittstelle 4 Schnittstelle 4 Wirksystem Greifsensorik-modul Wirksystem Greifsensorik-modul

Positionier- / Fügehilfe- / Fügesensorikmodule etc. Mögliche Ausführungsformen: Positioniermodule X-Y-Feinpositionierung (2-Achs-Piezoversteller) Z-Feinpositionierung (1-Achs-Piezoversteller) RX-RY-Feinpositionierung (Piezospiegelkippungen) RZ-Grob-/ Feinpositionierung (Servoantrieb) Dummy . . . Übergeordnetes System (Montagemaschine mit globalem Positioniersystem) 1.2 Direkte Verbindung (externe Ansteuerung/ externe Versorgung) Schnittstelle 1.1 1.1 Justiermodul/ Trägermodul Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.2 Schnittstelle 2.3 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Optisches Sensormodul Aktorsteuerung/ Sensorsignalverarbeitung Quelle: Piezosysteme Jena Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Fügehilfe-, Fügesensorikmodule Fügehilfe X-Y-Positionierung (Festkörpergelenke) Fügesensorik X-Y-Positionierung (DMS) Fügehilfe Z-Positionierung (Festkörpergelenke) Fügesensorik Z-Positionierung (DMS) Dummy . . . Schnittstelle 1.2 . . Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Greifantriebsmodul Greifantriebsmodul Schnittstelle 3 Schnittstelle 3 Greifkinematik- modul Greifkinematik- modul Greifsensorik-modul Greifsensorik-modul Schnittstelle 4 Schnittstelle 4 Wirksystem Greifsensorik-modul Wirksystem Greifsensorik-modul

Mögliche Ausführungsformen: Greifmodule Mögliche Ausführungsformen: Übergeordnetes System (Montagemaschine mit globalem Positioniersystem) 1.2 Direkte Verbindung (externe Ansteuerung/ externe Versorgung) mechanischer Greifer (z.B. piezoelektrisches Antriebs- modul, Greifkinematikmodul mit Festkörpergelenken (evtl. mit DMS als Greifkraftsensorik), Wirksystem mit 2 Backen) Schnittstelle 1.1 1.1 Justiermodul/ Trägermodul Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.2 Schnittstelle 2.3 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Optisches Sensormodul Aktorsteuerung/ Sensorsignalverarbeitung Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Schnittstelle 1.2 Sauggreifer (z.B. Ejektorventil als Antriebsmodul, Wirksystem als Saugstruktur mit Anlagekanten bzw. -flächen) . . Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Greifantriebsmodul Greifantriebsmodul Schnittstelle 3 Schnittstelle 3 Greifkinematik- modul Greifkinematik- modul Greifsensorik-modul Greifsensorik-modul . . . Schnittstelle 4 Schnittstelle 4 Wirksystem Greifsensorik-modul Wirksystem Greifsensorik-modul

Mögliche Ausführungsformen: Weitere Module Mögliche Ausführungsformen: Übergeordnetes System (Montagemaschine mit globalem Positioniersystem) 1.2 Direkte Verbindung (externe Ansteuerung/ externe Versorgung) Optisches Sensormodul Miniaturkamera zum Anschluß an eine Bildverarbeitung Lichtschranke Faseroptik . . . Schnittstelle 1.1 1.1 Justiermodul/ Trägermodul Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.2 Schnittstelle 2.3 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Optisches Sensormodul Aktorsteuerung/ Sensorsignalverarbeitung Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Aktorsteuerung / Sensorsignalverarbeitung Steuersignalverstärkung elektrisch - elektrisch (z.B. Piezoverstärker) Steuersignaltransformation elektrisch – fluidisch (z.B. Mikroventile oder Mikropumpen) Sensorsignalverstärker . . . Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Schnittstelle 1.2 . . Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Greifantriebsmodul Greifantriebsmodul Schnittstelle 3 Schnittstelle 3 Greifkinematik- modul Greifkinematik- modul Greifsensorik-modul Greifsensorik-modul Schnittstelle 4 Schnittstelle 4 Wirksystem Greifsensorik-modul Wirksystem Greifsensorik-modul

Direkte Verbindung nutzer- bzw. modulspezifischen Verbindung zu übergeordneten Einheiten, z.B.: Videosignalverbindung vom optischen Sensormodul zu einem Framegrabber Geschirmte Signalleitungen von der Sensorsignalver- arbeitung bzw. Greif- oder Fügekraftsensorikmodulen zu externen Auswerteeinheiten Geschirmte Hochspannungsleitungen von der Aktorsteuerung zu Positionier- oder Greifantriebsmodulen . . . Übergeordnetes System (Montagemaschine mit globalem Positioniersystem) 1.2 Direkte Verbindung (externe Ansteuerung/ externe Versorgung) Schnittstelle 1.1 1.1 Justiermodul/ Trägermodul Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.2 Schnittstelle 2.3 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Optisches Sensormodul Aktorsteuerung/ Sensorsignalverarbeitung Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Schnittstelle 1.2 . . Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Greifantriebsmodul Greifantriebsmodul Schnittstelle 3 Schnittstelle 3 Greifkinematik- modul Greifkinematik- modul Greifsensorik-modul Greifsensorik-modul Schnittstelle 4 Schnittstelle 4 Wirksystem Greifsensorik-modul Wirksystem Greifsensorik-modul

Mechanische Schnittstellen - Spezifikation Traglast Automatische Wechselfähigkeit, Wechselmechanismus Wechselgenauigkeit, Wechselhäufigkeit Schnittstellengeometrie . . . Übergeordnetes System (Montagemaschine mit globalem Positioniersystem) 1.2 Direkte Verbindung (externe Ansteuerung/ externe Versorgung) Schnittstelle 1.1 1.1 Justiermodul/ Trägermodul Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.2 Schnittstelle 2.3 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Optisches Sensormodul Aktorsteuerung/ Sensorsignalverarbeitung Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Elektrische / optische / fluidische Schnittstellen - Spezifikation Anzahl der Durchführungen Automatische Wechselfähigkeit, Wechselmechanismus Schnittstellengeometrie Schnittstellenparameter (z.B. max. zulässiger Strom oder Unterdruck, Schirmmaßnahmen, Übertragungsprotokolle etc.) . . . Schnittstelle 1.2 . . Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Greifantriebsmodul Greifantriebsmodul Schnittstelle 3 Schnittstelle 3 Greifkinematik- modul Greifkinematik- modul Greifsensorik-modul Greifsensorik-modul Schnittstelle 4 Schnittstelle 4 Wirksystem Greifsensorik-modul Wirksystem Greifsensorik-modul