In der Mikrosystemtechnik kommt es zu Effekten, die in der klassischen Montage aufgrund der größeren Massen nicht auftreten. So ziehen sich Objekte aufgrund parasitärer Kräfte untereinander an bzw. stoßen sich bei gleicher Ladung voneinander ab. Dadurch wird insbesondere eine genaue Platzierung von Bauteilen durch Greifer erschwert, weil die Bauteile beim Anheben mit dem Werkstückträger und beim Absetzen mit der Ablage interagieren.
Da hierzu nur Sonderlösungen aus der Makromontage herangezogen werden können, ist es vonnöten, eine neue Methodik, bzw. ein Verfahren zu entwickeln, welches genau dieses Problem angeht und eine Planung der Handhabungsmittel in der Mikromontage ermöglicht.
Zum Verständnis der Problematik der Mikrohandhabung sollen im ersten Teil der Arbeit ausführlich die Grundlagen und der Stand der Technik ermittelt werden. Darauf aufbauend soll dann mit Hilfe der Feature-Technologie eine Datenbank entwickelt werden, mit der ein geeigneter Greifer für eine bestimmte Montageaufgabe gefunden werden soll. Über eine Aufteilung des Lösungsweges in Bauteil, Ablage, Werkstückträger und Arbeitsraum und deren Schnittstellen soll der Greifer am Ende des Verfahrens konstruierbar sein. Dies geschieht unter Beachtung der Störeffekte in der Mikrosystemtechnik.
Im zweiten Teil der Arbeit soll der Vakuumgreifer, nachdem er theoretisch betrachtet worden sein wird, einiger Versuche unterzogen werden. So sollen von verschiedenen Bauarten von Sauggreifern, die sich in Außendurchmesser bzw. Anzahl der Saugbohrungen unterscheiden, deren Verhalten im Zusammenwirken mit mannigfachen Oberflächen untersucht werden, um so Rückschlüsse auf Saugkraft und Haftungsverhalten mit Objekten ziehen zu können.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
1.1 Motivation
1.2 Zielsetzung
1.3 Aufbau der Arbeit
2 GRUNDLAGEN
2.1 Feature-Technologie
2.1.1 Definition
2.1.2 Feature-Erzeugung
2.1.3 Microfeatures
2.2 Unterscheidung von Eigenschaft, Merkmal, Feature und Attribut
2.3 Mikrosystemtechnische Probleme
2.3.1 Störkräfte in der Mikromontage
2.3.2 Auswirkungen der Beschleunigung in der Mikromontage
2.3.3 Luftwiderstand während des Transports
2.3.4 Bildverarbeitung in der Mikromontage
3 STAND DER TECHNIK
3.1 Greifer in der Mikrosystemtechnik
3.1.1 Greifer zum Handhaben von Objekten
3.1.2 Greifen in der Mikrosystemtechnik
3.2 Bauteile in der Mikrosystemtechnik
3.3 Arbeitsräume in der Mikrosystemtechnik
3.4 Montage in der Mikrosystemtechnik
3.5 Werkstückträger in der Mikrosystemtechnik
4 EIGENER ANSATZ
4.1 Modellgreifer in der Mikromontage
4.1.1 Greifer – Kontaktfläche – Bauteil
4.1.2 Unterschiedliche Greifertypen
4.2 Features der fünf Teilbereiche
4.2.1 Bauteilfeatures durch DIN-Adaption
4.2.2 Ablagefeatures
4.2.3 Arbeitsraumfeatures
4.2.4 Werkstückträgerfeatures
4.2.5 Greiferfeatures
4.3 Schnittstellen von Bauteil, Ablage, Werkstückträger, Arbeitsraum und Greifer
4.3.1 2er-Schnittstellenanalyse
4.3.2 3er-Schnittstellen
4.4 Die greiferbestimmenden Schnittstellen
4.4.1 Bauteil (1)
4.4.2 Bauteil – Ablage (2)
4.4.3 Bauteil – Werkstückträger (3)
4.4.4 Arbeitsraum (4)
4.5 Den richtigen Greifer finden – ein Beispiel
4.6 Mathematischer Hintergrund der Feature-Zusammenhänge
4.6.1 Kräfte und Momente zwischen Greifer und Bauteil
4.6.2 Haltekräfte des Vakuumgreifers
4.7 Versuche zur Greifkraft beim Sauggreifer
4.7.1 Versuchsaufbau und Greifertypen
4.7.2 Die Saugkraftversuche
4.8 Ergebnisse
5 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
5.1 Zusammenfassung
5.2 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit zielt darauf ab, eine methodische Unterstützung für die Auswahl geeigneter Handhabungsmittel in der Mikromontage zu entwickeln. Da in diesem Bereich physikalische Störeffekte (wie Adhäsion) eine dominante Rolle spielen, soll durch die Nutzung der Feature-Technologie ein System erarbeitet werden, das basierend auf den Randbedingungen von Bauteil, Ablage, Werkstückträger und Arbeitsraum eine fundierte Greiferwahl ermöglicht.
- Entwicklung einer neuen Methodik zur Greiferplanung in der Mikromontage.
- Analyse der physikalischen Störkräfte und ihrer Auswirkungen auf den Montageprozess.
- Einsatz der Feature-Technologie zur systematischen Beschreibung und Auswahl von Handhabungsmitteln.
- Experimentelle Untersuchung des Verhaltens von Vakuumgreifern unter verschiedenen Bedingungen.
- Integration von Schnittstellenanalysen zwischen Bauteil, Ablage, Werkstückträger und Arbeitsraum.
Auszug aus dem Buch
2.3.1 Störkräfte in der Mikromontage
In der Mikromontage zeigen sich, im Gegensatz zur Makromontage, Effekte und Interaktionen zwischen Objekten, die für die genaue Montage und Verbindung von Bauteilen und auch dem Lösen des Bauteils vom Greifer sehr hinderlich sein können. Diese Effekte werden größer, je kleiner ein zu handhabendes Objekt wird. Aufgrund dieser Effekte ist eine Anpassung von Manipulationskonzepten aus dem Makrobereich in den Bereich der Mikrosystemtechnik nur teilweise möglich. Diese Störkräfte werden allgemein unter dem Begriff der Adhäsion zusammengefasst. Hierbei kommt es zum nicht gewollten Anhaften von Objekten untereinander oder auch an Greifern. Teilweise sind diese Kräfte größer als die Gewichtskraft eines zu montierenden Bauteils. So stellt sich also das Problem, dass die Kraft zwischen einem Greifer und einem Bauteil in Folge der Adhäsion so groß ist, dass dieser das Bauteil nicht ablegen und damit nicht genau montieren kann. Beim Abrücken kann es so zu einer Verschiebung des Objektes kommen, da dieses noch am eigentlich geöffneten Greifer haftet. Das Bauteil ist somit nicht mehr an dem ihm vorherbestimmten Ort, was dazu führt, dass eine weitere Montage, anderer Bauteile, schwierig oder gar unmöglich wird. Es sind also entsprechende Vorkehrungen zu treffen, die solche Effekte ausschließen oder wenigstens dahingehend minimieren, dass eine ausreichend sichere Montage möglich ist [Fat00].
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Definiert die Motivation für die Arbeit sowie die Zielsetzung zur Entwicklung einer neuen Planungsmethodik für Handhabungsmittel in der Mikromontage.
2 GRUNDLAGEN: Vermittelt die theoretischen Grundlagen zur Feature-Technologie und beschreibt detailliert die physikalischen Störkräfte, insbesondere die Adhäsion.
3 STAND DER TECHNIK: Bietet einen Überblick über die in der Mikrosystemtechnik eingesetzten Greiferarten sowie die Rahmenbedingungen von Montageprozessen und Werkstückträgern.
4 EIGENER ANSATZ: Beschreibt das entwickelte Modell zur Greiferplanung, inklusive der Definition von Features, der Schnittstellenanalyse und der experimentellen Validierung mittels Sauggreifern.
5 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK: Fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf die notwendige softwaretechnische Umsetzung der entwickelten Methodik.
Schlüsselwörter
Mikromontage, Handhabungstechnik, Greifer, Adhäsion, Feature-Technologie, Mikrobauteile, Vakuumgreifer, Montageprozess, Schnittstellenanalyse, Störkräfte, Automatisierung, Mikrofertigung, Sauggreifer, Fertigungsplanung, Mikrosystemtechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der systematischen Planung und Auswahl von Handhabungsmitteln (Greifern) in der Mikromontage, da herkömmliche Verfahren aus dem Makrobereich hier oft an ihre Grenzen stoßen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die physikalischen Störeffekte im Mikro- und Nanometerbereich (Adhäsion), die Anwendung der Feature-Technologie zur Wissensmodellierung sowie die Klassifizierung und experimentelle Untersuchung von Greifern.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel ist die Entwicklung einer neuen Methodik bzw. eines Verfahrens, das Konstrukteuren ermöglicht, Greifer systematisch und unter Berücksichtigung aller prozessrelevanten Schnittstellen für eine Montageaufgabe zu bestimmen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt die Feature-Technologie zur Strukturierung von Wissen über Bauteile und Montageumgebungen. Zudem werden theoretische Modelle (Adhäsionskräfte) durch experimentelle Versuche mit verschiedenen Sauggreifern validiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die methodische Entwicklung der Greifplanung durch Feature-Analyse der Teilbereiche (Bauteil, Ablage, Arbeitsraum, Werkstückträger) sowie die mathematische und experimentelle Untersuchung der Haltekräfte bei Sauggreifern.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Schlagworte sind Mikromontage, Adhäsion, Feature-Technologie, Greifer, Schnittstellenanalyse und Handhabungstechnik.
Welche Rolle spielt die Adhäsion konkret bei der Montage?
Die Adhäsion verursacht ein unerwünschtes Anhaften von Bauteilen am Greifer, was ein präzises Ablegen verhindert, da die Haftkräfte oft die Eigengewichtskräfte der Mikrobauteile übersteigen.
Wie unterscheidet sich der entwickelte Ansatz von herkömmlichen Vorgehensweisen?
Anstatt auf „Trial-and-Error“ zu setzen, führt die Arbeit ein datenbankgestütztes Auswahlverfahren ein, das auf prozessspezifischen Merkmalen (Features) basiert und die Wechselwirkungen zwischen dem Bauteil und der gesamten Montageumgebung berücksichtigt.
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- Dipl.-Ing. Maximilian Kalbfleisch (Author), 2006, Planungsmethodik zur Bestimmung der Handhabungsmittel in der Mikromontage, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/81372
