Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft BMBF-Verbundprojekt Greiferbaukasten, 2. Statusseminar, 6. Februar 2003, IMM-MainzAndreas Hofmann,

Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz-Gemeinschaft

BMBF-Verbundprojekt Greiferbaukasten, 2. Statusseminar, 6. Februar 2003, IMM-Mainz Andreas Hofmann, Institut für Angewandte Informatik

Module des GreiferbaukastensFeinpositionierer

BMBF-Verbundprojekt Greiferbaukasten2. Statusseminar, 6. Februar 2003, IMM, Mainz

Andreas Hofmann, Forschungszentrum Karlsruhe GmbHAndreas Blume, piezosystem jena GmbH



Überblick

• Darstellung des Bedarfs• Klärung der Randbedingungen• Vorstellung des Konzepts• Simulationsergebnisse• Integration der

Piezoansteuerung• Aufbau eines Demonstrators• Integration in Montagemaschine• Zusammenfassung und Ausblick



Bedarf Feinpositionierer

• Montagemaschine mit zu geringer Auflösung• Flexible kostengünstige Aufrüstung

vorhandener Montagemaschinen• Einfache Integration in Maschine• Konzept der Grob/Fein-Positionierung• Hohe Auflösung nur in kleinem Bereich

notwendig



Randbedingungen

• Modul mit genormten Schnittstellen

• Anbindung an die Maschine über Schnittstelle

• Anbindung des Werkzeugs (Greifer) über Schnittstelle

• Flexible Integration des Moduls in Greifsystem

• Größe des Moduls an die Größenverhältnisse des Greiferbaukastensangepasst

• Durchleitung der unbenutzten/freien Schnittstellenports

• Perspektive: Modul mit integrierter Ansteuerungselektronik für die Aktoren

Realisierung des Feinpositionierers als

Modul des Greiferbaukastens



Konzept Feinpositionierer-Modul

• Laterale Verschiebung (X-,Y-Richtung) der werkzeugseitigen zur maschinenseitigen Schnittstelle

• Mechanische Verbindung der maschinen- mit der werkzeug-seitigen Schnittstelle zur Aufnahme der Vertikallast

• Aufbau des Aktorelements mit Piezostapelaktoren (geringer Bauraum, hohe Auflösung, große Kraft) und Festkörpergelenken

Adapterplatte zur maschinenseitigen Anbindung

Kopfplatte zur werkzeugseitigen Anbindung

Werkzeug

Maschine

Aktorelement

Auswahl der Schnittstelle mit Nenngröße 30




Funktionsprinzip:Laterale Verschiebung (X-,Y-Richtung) der werkzeugseitigen zur maschinenseitigen Schnittstelle

Draufsicht AdapterseiteFeinpositionierermodul

Verschiebung in X-Richtung

X X

Y

Verschiebung in XY-Richtung



Direkte Durchführungen der Schnittstellenports

Durchleitung der unbenutzten Schnittstellenports:elektrische Leistung, Signale, fluidische Ports

von Adapterplatte zu Kopfplatte

Umleitung der Schnittstellenports um das Aktorelement herum

Ansicht UnterseiteAdapterplatte




Simulationsergebnisse

Abmessungen des Aktorelements:Quadratische Grundform, Kantenlänge 40 mm, Höhe: 8 mmMaterial: Stahl, E-Modul 210000 N/mm2

Ergebnisse der FEM-Simulation:Vertikale Steifigkeit:0,7 N/µm Übersprechen: ca. 0,07 µm/45 µm(Lateraler Versatz bei einachsiger translatorischer Bewegung)Auflösung: < 0,5 µmWeg: X-Richtung > 40 µm

Y-Richtung > 40 µm



Integration PiezoansteuerungMiniaturisierung der Piezoansteuerung

Im Unterschied zu üblichen Piezoapplikationen hier keine dynamischen Anforderungen Vereinfachung der Elektronik

Außenabmessungen:80 mm x 55 mm x 20 mm

Außenabmessungen:38 mm x 27 mm x 13 mm

Standard Piezoverstärker Miniatur Piezoverstärker



Aufbau eines Demonstrators

Aufbau eines Demonstrators zum Nachweis dermechanischen Funktion des Konzepts

• Integration der Schnittstellen• Anschluss und Betreiben der

durchgeleiteten fluidischen Schnittstellenports• Anschluss und Betreiben der

durchgeleiteten elektrischen Schnittstellenports • Integration der Piezoansteuerung



Integration in Montagemaschine

Integration des Feinpositionier-Modulsin das System Greiferbaukasten

• Abstimmung mit anderen Modulen:Kamerasystem – Lage und Verschiebung des TCPGreifsystem – Anbindung und Versorgung Greifer

• Anpassung an unterschiedliche Montagesituationen(bisherige Grundannahme: vertikale Ausrichtung der Werkzeugachse):stehende Integration – Greifer oberhalb Feinpositionierer-Modulhängende Integration – Greifer unterhalb Feinpositionierer-Modul

• Anpassung an unterschiedliche Realisierungen des Greiferbaukastens:maschinennahe Integration – keine automatische Einwechslung des Modulswerkzeugnahe Integration – automatische Einwechslung des Moduls

Draufsicht AdapterseiteFeinpositionierer-Modul

Freie Mittenbohrung

Tool center point (TCP)



Zusammenfassung und Ausblick

• Aufbau und Test• Verifikation der Simulationsergebnisse• Integration der Elektronik in Modul• Anpassung der Kopfplatte an Schnittstelle Wirksystem• Realisierung einer Applikation mit horizontal liegender Greiferachse

Dank an die Projektpartner.Dank an die beteiligten Kollegen(Hr. Fodor, Hr. Vollmannshauser, Hr. Engelhardt, Hr. Scharnowell, alle

FZK; Hr. Gramov, Hr. Schmidt, psj).

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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