EF 2016

Positioniersysteme
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 Mess sonden, Optik
oder Kamera systeme exakt positioniert
werden. 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).
Sind solche Arbeitsabläufe volloder
teilautomatisiert, ist man auf
die Signale externer Sensoren,
Kameras oder Machine-Vision-
Bild 2: Auch die Photonik stellt hohe Anforderungen, wenn
die Fasern exakt positioniert werden müssen, um das
sogenannte „First light“ zu erreichen.
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 Mikro- und 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 Ablaufebenheit,
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.
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
Autoren:
Dipl.-Phys. Steffen Arnold,
Leiter „Markt und Produkte“
bei Physik Instrumente (PI)
GmbH & Co. KG, und
Ellen-Christine Reiff, M.A.,
Redaktionsbüro Stutensee
Bild 3: Im Gegensatz zur seriellen Kinematik wirken bei
parallelkinematischen Systemen alle Aktoren unmittelbar auf die
gleiche Plattform
120 Einkaufsführer Produktionsautomatisierung 2016