Modul- und Schnittstellenkonzept für einen
Greiferbaukasten
Dipl.-Ing. Erik Beckert
Statusseminar 11/2001
Statusseminar_011108.ppt
Zielstellung und Motivation
Ziel des Verbundprojektes „Greiferbaukasten“
Entwicklung modularer Handhabungseinrichtungen (Greifersysteme) im Baukastensystem für die Mikromontagetechnik mit dem Schwerpunkt der Spezifikation und Vereinheitlichung von Modulen und Schnittstellen
Stand der Technik
(oft labormusterartiges) Vorhandensein von Greifern für die MST, jedoch ohne einheitliche Schnittstelle zu übergeordneten Systemen
Statusseminar 11/2001
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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
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Baukastenstruktur
Übergeordnetes System(Montagemaschine mit globalem Positioniersystem)
Schnittstelle 2.2
Optisches Sensormodul
1.2 Direkte Verbindung
(externe Ansteuerung/
externe Versorgung) S
chni
ttste
lle 1
.2
.
.
.
Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 4
Schnittstelle 3
Greifantriebsmodul
Greifsensorik-modul
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 4
Greifsensorik-modul
Schnittstelle 3
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 2.1
Greifantriebsmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
1.1 Justiermodul/ Trägermodul
Schnittstelle 1.1
.
.
.
Schnittstelle 2.3Aktorsteuerung/
Sensorsignalverarbeitung
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Justiermodul / Trägermodul
Übergeordnetes System(Montagemaschine mit globalem Positioniersystem)
Schnittstelle 2.2
Optisches Sensormodul
1.2 Direkte Verbindung
(externe Ansteuerung/
externe Versorgung) S
chni
ttste
lle 1
.2
.
.
.
Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 4
Schnittstelle 3
Greifantriebsmodul
Greifsensorik-modul
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 4
Greifsensorik-modul
Schnittstelle 3
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 2.1
Greifantriebsmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 1.1
.
.
.
Schnittstelle 2.3Aktorsteuerung/
Sensorsignalverarbeitung
1.1 Justiermodul/ Trägermodul
Mögliche Ausführungsformen:
– 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)
– . . .
Quelle: Simotec GmbH
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Übergeordnetes System(Montagemaschine mit globalem Positioniersystem)
Schnittstelle 2.2
Optisches Sensormodul
1.2 Direkte Verbindung
(externe Ansteuerung/
externe Versorgung) S
chni
ttste
lle 1
.2
.
.
.
Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 4
Schnittstelle 3
Greifantriebsmodul
Greifsensorik-modul
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 4
Greifsensorik-modul
Schnittstelle 3
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 2.1
Greifantriebsmodul
Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 1.1
.
.
.
Schnittstelle 2.3Aktorsteuerung/
Sensorsignalverarbeitung
1.1 Justiermodul/ Trägermodul
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
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– . . .Fügehilfe-, Fügesensorikmodule– Fügehilfe X-Y-Positionierung
(Festkörpergelenke)– Fügesensorik X-Y-Positionierung (DMS)– Fügehilfe Z-Positionierung
(Festkörpergelenke)– Fügesensorik Z-Positionierung (DMS)– Dummy– . . .
Quelle: Piezosysteme Jena
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Übergeordnetes System(Montagemaschine mit globalem Positioniersystem)
Schnittstelle 2.2
Optisches Sensormodul
1.2 Direkte Verbindung
(externe Ansteuerung/
externe Versorgung) S
chni
ttste
lle 1
.2
.
.
.
Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 4
Schnittstelle 3
Greifantriebsmodul
Schnittstelle 4
Greifsensorik-modul
Schnittstelle 3
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 2.1
Greifantriebsmodul
Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 1.1
.
.
.
Schnittstelle 2.3Aktorsteuerung/
Sensorsignalverarbeitung
1.1 Justiermodul/ Trägermodul
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Greifsensorik-modul
Greifkinematik-modul
Greifmodule
– mechanischer Greifer (z.B. piezoelektrisches Antriebs- modul, Greifkinematikmodul mit Festkörpergelenken (evtl. mit DMS als Greifkraftsensorik), Wirksystem mit 2 Backen)– Sauggreifer (z.B. Ejektorventil als Antriebsmodul, Wirksystem als Saugstruktur mit Anlagekanten bzw. -flächen)
Mögliche Ausführungsformen:
– . . .
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Übergeordnetes System(Montagemaschine mit globalem Positioniersystem)
Schnittstelle 2.2
Optisches Sensormodul
1.2 Direkte Verbindung
(externe Ansteuerung/
externe Versorgung) S
chni
ttste
lle 1
.2
.
.
.
Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 4
Schnittstelle 3
Greifantriebsmodul
Greifsensorik-modul
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 4
Greifsensorik-modul
Schnittstelle 3
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 2.1
Greifantriebsmodul
Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 1.1
.
.
.
Schnittstelle 2.3Aktorsteuerung/
Sensorsignalverarbeitung
1.1 Justiermodul/ Trägermodul
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Weitere Module
Aktorsteuerung / Sensorsignalverarbeitung– Steuersignalverstärkung elektrisch - elektrisch
(z.B. Piezoverstärker) – Steuersignaltransformation elektrisch – fluidisch
(z.B. Mikroventile oder Mikropumpen) – Sensorsignalverstärker– . . .
Optisches Sensormodul– Miniaturkamera zum Anschluß an eine
Bildverarbeitung– Lichtschranke– Faseroptik– . . .
Mögliche Ausführungsformen:
Statusseminar 11/2001
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Übergeordnetes System(Montagemaschine mit globalem Positioniersystem)
Schnittstelle 2.2
Optisches Sensormodul
Sch
nitts
telle
1.2
.
.
.
Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 4
Schnittstelle 3
Greifantriebsmodul
Greifsensorik-modul
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 4
Greifsensorik-modul
Schnittstelle 3
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 2.1
Greifantriebsmodul
Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 1.1
.
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Schnittstelle 2.3Aktorsteuerung/
Sensorsignalverarbeitung
1.1 Justiermodul/ Trägermodul
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
1.2 Direkte Verbindung
(externe Ansteuerung/
externe Versorgung)
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
– . . .
Statusseminar 11/2001
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Übergeordnetes System(Montagemaschine mit globalem Positioniersystem)
Schnittstelle 2.2
Optisches Sensormodul
1.2 Direkte Verbindung
(externe Ansteuerung/
externe Versorgung) S
chni
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lle 1
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Schnittstelle 2.1
Schnittstelle 4
Schnittstelle 3
Greifantriebsmodul
Greifsensorik-modul
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 4
Greifsensorik-modul
Schnittstelle 3
Greifkinematik-modul
Wirksystem Greifsensorik-modul
Schnittstelle 2.1
Greifantriebsmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
Schnittstelle 2.1
Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul
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Schnittstelle 2.3Aktorsteuerung/
Sensorsignalverarbeitung
1.1 Justiermodul/ Trägermodul
Schnittstelle 1.1
Schnittstellen
Mechanische Schnittstellen - Spezifikation– Traglast – Automatische Wechselfähigkeit, Wechselmechanismus– Wechselgenauigkeit, Wechselhäufigkeit– Schnittstellengeometrie– . . .
Elektrische / optische / fluidische Schnittstellen - Spezifikation
– Anzahl der Durchführungen – Automatische Wechselfähigkeit, Wechselmechanismus– Schnittstellengeometrie– Schnittstellenparameter (z.B. max. zulässiger Strom oder
Unterdruck, Schirmmaßnahmen, Übertragungsprotokolle etc.)– . . .