Handhaben

Multi-Mikromontage

Neue Freiheiten im Desktop Manufacturing
Linsenhandhabung: MGA und MWPG beim Einbau einer 1 mal 2 mal 3 Millimeter großen Linse in ein miniaturisiertes Lasermodul.
Auf Basis einer genormten Wechselschnittstelle hat Schunk ein umfassendes Programm für die Mikromontage entwickelt. Vorläufiger Höhepunkt ist ein Miniaturgelenkarm, der den Aufbau unterschiedlichster, wandelbarer Mikromontagesysteme ermöglicht.

Ob Netzhautdiagnostik, Smartphone oder elektrische Zahnbürste: Moderne Geräte und Anlagen vereinen unzählige Funktionen auf kleinstem Raum. Für Hightech-Unternehmen in Mikrooptik, Feinwerktechnik, Mikroelektronik und Medizintechnik bietet diese Entwicklung enorme Potenziale. Schon vor rund zehn Jahren erkannte der Kompetenzführer für Spanntechnik und Greifsysteme Schunk diesen Trend und setzte sich zum Ziel, ein flexibel einsetzbares Modulprogramm für die Mikromontage zu entwickeln, mit dem sich Mikrogetriebe ebenso montieren lassen wie Lasermodule oder Elektronikkomponenten. „Ausgangspunkt für das Mikromontageprogramm war die Schaffung einer genormten Wechselschnittstelle“, erläutert Matthias Poguntke, Bereichsleiter Produkt- und Portfoliomanagement. Unter Federführung von Schunk und dem Forschungszentrum Karlsruhe sowie gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) erarbeitete der Arbeitsausschuss „Fertigungsmittel für Mikrosysteme“ im Jahr 2003 die DIN 32565, die zwischenzeitlich zur ISO 29262 überführt wurde. Auf Basis dieser Norm entstand eine definierte Schnittstelle, die die Verbindung zwischen einem übergeordneten Montagesystem und einem Endeffektor herstellt und eine genaue mechanische Referenzierung und Fixierung des Effektors garantiert.

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Winziges Multitalent

Darauf aufbauend hat Schunk in einem zweiten Schritt Wechselsysteme, Wechselmagazine und Greifer entwickelt, die einen optischen Strahlengang bis zum Handhabungsobjekt zulassen und eine kontinuierliche Überwachung des Greifprozesses ermöglichen. So weist der Miniatur-Wechsel-Parallel-Greifer MWPG 20, der weltweit erste schnell wechselbare Miniatur-Parallelgreifer mit genormter DIN Schnittstelle, einen Außendurchmesser von gerade einmal 20 Millimeter auf. Der Winzling besteht aus rostfreiem Edelstahl und wiegt nur 26 Gramm. Eine optische Abfrage, eine große Durchgangsbohrung sowie umfangreiches Zubehör machen den Miniaturgreifer zu einem echten Multitalent. Um Reibungsverluste durch eine mechanische Umlenkung zu verhindern, sorgen zwei horizontale Kolbenräume für den Antrieb der Backen. Die Backenbewegung wird dabei über ein spezielles Ringsystem mechanisch synchronisiert. Bei Bedarf - beispielsweise wenn einer der beiden Finger fest stehen soll - kann auf die Zwangskopplung verzichtet werden. Spielarme, leichtgängige Zylinderstifte übernehmen die Backenführung. So sind Greifkräfte bis fünf Newton sowie ein einstellbarer Hub von bis zu einem Millimeter pro Finger möglich. Clever gelöst hat Schunk die stufenlose Abfrage der Greiferfinger: Sie erfolgt über einen optischen Sensor, der direkt im Wechselkopf sitzt. Auf diese Weise entfällt die Durchführung des Signals vom Greifer zum Kopf. Charakteristisch ist die zentrale Durchgangsbohrung mit sieben Millimeter Durchmesser, die für die Teilezuführung, für die Überwachung mit Bildverarbeitungssystemen oder für die Laserbearbeitung genutzt werden kann. Sollte die Energie plötzlich abfallen, gewährleistet beim MWPG eine von außen montierbare Feder die Greifkraft.

Miniatur-Wechselsystem

Ohne Adapterplatte kann der MWPG unmittelbar an den roboterseitigen Kopf des Miniatur-Wechselsystem MWS von Schunk angeschlossen werden, das weltweit kleinste genormte Greiferwechselsystem. Dieses ermöglicht einen zügigen manuellen oder bei Bedarf auch automatisierten Wechsel zwischen Werkzeugen und Handhabungsgeräten. Es besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten: dem Miniaturwechselkopf MWK, der permanent am Roboter verbleibt, und dem Miniaturwechseladapter MWA, der an das jeweilige Werkzeug angeflanscht ist. Der Wechsel erfolgt über die Betätigung eines Verriegelungsrings am Kopf, mit dem der Verriegelungsmechanismus geöffnet und geschlossen wird. Trotz seiner geringen Größe verfügt das MWS 20 über sechs und das MWS 30 sogar über zehn integrierte Energiedurchführungen, die wahlweise als Pneumatikdurchführungen oder für die Durchleitung elektrischer Signale genutzt werden können. Beide Wechsler weisen die für das Systemprogramm charakteristische Mittenbohrung auf. Passend dazu bietet Schunk das Wechselmagazin MWM an, das zum einen der Magazinierung dient, zum anderen den schnellen, automatischen Wechsel von Werkzeugen und Greifern ermöglicht.

Präziser Gelenkarm mit bis zu vier Achsen

Den vorläufigen Höhepunkt bei der Entwicklung des Systemprogramms bildet der Miniatur-Gelenkarm MGA. Mit ihm lassen sich Mikromontageprozesse mit mittleren Stückzahlen wirtschaftlich, präzise und zugleich flexibel automatisieren. Basis des MGA ist eine leistungsfähige Hubachse, die über einen leistungsstarken EC Motor und eine Präzisionsspindel linear mit einer Wiederholgenauigkeit <0,005 mm bewegt wird. Die Achsen zwei und drei (Gelenkachsen) sowie die vierte Achse (Drehachse) werden über EC Motoren und Harmonic Drive Getriebe präzise gedreht. Über die standardisierte Schnittstelle, in die bis zu zehn elektrische oder pneumatische Durchführungen integriert werden können, lassen sich im Wechsel unterschiedlichste Effektoren zügig und genau mit dem Gelenkarm verbinden. Auch beim MGA gewährleistet eine zentrale Mittenöffnung, dass der Montageort nicht nur von der Seite, sondern auch durch die Schnittstelle hindurch beobachtet werden kann. Im Gegensatz zu den sonst üblichen Standard-Scara-Kinematiken sitzt die Vertikalachse beim Miniaturgelenkarm von Schunk an der Roboterbasis. Am Ende des Armes ist sowohl oberhalb als auch unterhalb Platz für jeweils ein Wechselsystem. So lassen sich vielfältige Werkzeugkombinationen realisieren. Für die obere Schnittstelle können aus dem Modulprogramm für die Mikromontage Kameras, Dispenserspitzen oder Teilezuführungen genutzt werden. Für die untere stehen diverse Greifer und Feinpositionierer zur Verfügung.

Da beim MGA nur vergleichsweise geringe Massen wirken und die Leistung der elektrischen Kleinantriebe begrenzt ist, bietet der Gelenkarm optimale Voraussetzungen für eine unmittelbare Kooperation von Mensch und Maschine. Teilautomatisierte Montageprozesse sind ohne Sicherheitsumhausung möglich. Zudem weist der Gelenkarm nur geringe Störkonturen auf, so dass er sich in beengten Platzverhältnissen zuverlässig einsetzen lässt. Aufgrund seines geringen Gewichts und seiner kompakten Abmessungen kann er auch mobil genutzt werden.

Mikromontage  Kennziffer 154

Schunk, Lauffen, Tel. 07133/103-0, Fax 103-2399, http://www.schunk.com

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