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Roboter zur Mikromontage

Eine neue Herausforderung des wissenschaftlichen Gerätebaus der PTB ist die Mikromontage miniaturisierter Sensoren und Normale, die in messtechnischen Einrichtungen vorgesehen sind. Hierzu wurde ein zum Patent angemeldeter hochpräziser und universell einsetzbarer Roboter entwickelt, der mit sechs Freiheitsgraden der Bewegung und großen Dreh/Schwenkbereichen Mikroobjekte mit einer Reproduzierbarkeit von unter 1 µm positionieren kann.

Marktgängige Mikromontagestationen sind meist hochspezialisiert. Die Kinematik besitzt eine geringe Zahl von Freiheitsgraden der Bewegung oder sie kann nur eingeschränkt Drehungen von Werkzeug zu Objekt im Arbeitsraum ausführen. Die Beobachtung und Steuerung mit einer Kamera gestalten sich zudem schwierig, weil die Kamera mitgeführt werden muss oder kaum in den mechanischen Aufbau zu integrieren ist.

Der neu entwickelte Roboter erlaubt durch die spezielle Anordnung der Achsen Bewegungen von Werkzeug zu Objekt mit 6 Freiheitsgraden in einem zylindrischen Arbeitsraum von 60 mm Durchmesser und 25 mm Höhe. Die möglichen Drehwinkel betragen hierbei je nach Drehachse etwa ±90° bzw. ±180°. Die minimalen Schrittweiten für die Linearbewegungen sind 0,1 µm und für die Drehbewegungen kleiner als 1´. Ein hochpräzises Positionieren von Mikroobjekten, die dabei zusätzlich in großen Bereichen auch orientiert werden können, ist jetzt möglich.

Die kleinen Objekte werden mit ebenfalls selbst entwickelten mechanischen und Unterdruckgreifern manipuliert. Nahezu uneingeschränkt kann dabei ohne Kollisionsgefahr aus zwei senkrechten Projektion das Geschehen hoch vergrößert und hoch aufgelöst (Pixelgröße ca. 1 µm2) verfolgt werden. Die Steuerung der gesamten Anlage erfolgt mit einem PC-basierten System in einer durchgängigen Programmiersprache. Wesentliche Bewegungs- und Greif-Funktionen lassen sich komfortabel mit einem Joystick durchführen. Somit steht eine universell nutzbare Robotik für die unterschiedlichen Aufgaben der Mikromontage mit direkter Ergebniskontrolle und Inspektion zur Verfügung.

Eine interessante Anwendung des neuen Roboters war z. B. die Montage von Tastspitzen für die Rastersondenmikroskopie. Seine Anwendung im Hochvakuum zur REM-Beobachtung von Fügevorgängen steht bevor.

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