4-2015

Hexapoden in der Mikroproduktion
Präzise positionieren bei Montage und Qualitätssicherung:
Bild 1: Der Hexapod lässt sich
dank seiner hohen Quersteifigkeit
in beliebiger Richtung montieren.
(Alle Bilder: PI)
Was haben optische Komponenten,
Glasfasern in der Photonik,
Smartphones und hochwertige
Armbanduhren gemeinsam?
Mehr als man denkt: Schließlich
geht es in allen Fällen darum,
bei der Montage die einzelnen
Komponenten, Bauelemente oder
Werkstücke präzise zu positionieren,
meist sogar in mehreren
Achsen. Aber nicht nur während
dieser Montageprozesse gilt es,
auf engstem Raum mit höchster
Genauigkeit zu arbeiten. Auch
für die begleitende oder an die
Montage anschließende Qualitätssicherung
müssen Messsonden,
Optik oder Kamerasysteme
exakt positioniert wer-
Autoren::
Dipl.-Phys. Steffen Arnold,
Leiter „Markt und Produkte“
bei Physik Instrumente
(PI) GmbH & Co. KG, und
Ellen-Christine Reiff, M.A.,
Redaktionsbüro Stutensee
Qualitätssicherung
den. Die Spanne reicht von
„manueller Manipulation“ unter
dem Mikroskop bis hin zu vollständig
automatisierten, kamerabasierten
Lösungen. Hierfür
gilt es, die passenden Positioniersysteme
zu finden.
Die Mikroproduktionstechnik
verlangt heute sowohl bei
der Montage als auch bei der
Qualitätssicherung nach präzisen,
meist mehrachsigen Positioniersystemen,
die möglichst
kompakt sein sollen, um sich
gut in die Fertigungseinheiten
zu integrieren (Bild 1). Dabei
müssen meist geringe Massen
positioniert werden. Ein gutes
Beispiel für eine solche Fertigung
liefert die Uhrenindustrie,
denn die Produktion der feinmechanischen
Wunderwerke
verlangt der eingesetzten Positioniertechnik
einiges ab. Ähnliche
Beispiele finden sich in vielen
anderen Sparten, z.B. bei der
Produktion von mobilen Endgeräten,
wenn bestimmte Bauteile
im Gerät für das Verkleben
exakt ausgerichtet und in
Position gehalten werden müssen.
Gleiches gilt für das Justieren
optischer Linsen z.B. in
Objektiven, Ferngläsern oder
auch auf Kamera-Sensorchips,
etwa für Rückfahrkameras im
Kfz-Bereich. Auch die Photonik
stellt solche Anforderungen,
wenn die Fasern exakt positioniert
werden müssen, um das
„First Light“ zu erreichen (Bild 2).
Bild 2: Auch die Photonik stellt hohe Anforderungen, wenn die Fasern
exakt positioniert werden müssen, um das sogenannte „First light“ zu
erreichen.
Sind solche Arbeitsabläufe volloder
teilautomatisiert, ist man
auf die Signale externer Sensoren,
Kameras oder Machine-Vision-
Lösungen angewiesen. Das verwendete
Positioniersystem sollte
sich deshalb möglichst einfach
in den übergeordneten Automatisierungsverbund
integrieren
lassen – eine Forderung, die für
die Mikromontage ebenso gilt
wie für die Qualitätssicherung.
Die Praxis zeigt, dass sich hier
parallelkinematische Systeme
anbieten. Ein gutes Beispiel sind
sogenannte Hexapoden, also
sechsachsige parallelkinematische
Systeme, die im Mikround
Submikrometerbereich
genau positionieren können.
Aufgrund ihrer hohen Steifigkeit
haben sie ein ausgezeichnetes
Regel- und Einschwingverhalten.
Sie positionieren die
Lasten in drei linearen und drei
rotatorischen Achsen. Dabei wirken
alle Antriebe auf eine einzige
bewegte Plattform, woraus
sich weitere Vorteile gegenüber
seriellen, also gestapelten Systemen
(Bild 3) ergeben: bessere
Bahntreue, größere Wiederholgenauigkeit
und Ablaufeben heit,
geringere bewegte Masse und
damit höhere, für alle Bewegungsachsen
gleiche Dynamik,
kein Mitschleppen von Kabeln
und kompakterer Aufbau. Der
Drehpunkt (Pivot-Punkt) ist frei
definierbar.
Bild 3: Im Gegensatz zur seriellen Kinematik wirken bei parallelkinematischen
Systemen alle Aktoren unmittelbar auf die gleiche Plattform
Ein typischer Vertreter
ist der Miniatur-Hexapod
H-811 (Bild 4) von PI. Mit Stellbereichen
bis 34 mm und 42°
in den linearen/rotatorischen
Achsen und 0,04 mm Aktorauf-
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