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Präzise Handhabung mit teleoperierter Mikromontage


Mikromontage wie mit den eigenen Händen – nur ohne die unerwünschten Nebenwirkungen wie TREMOR oder ERMÜDUNG. Mit diesem Ziel hat ein Forscherteam eine Handhabungs- und Montagestation für Mikrobauteile zur Marktreife gebracht.

Bild 1. Die Mikromontageanlage kann sehr gut auf einem Tisch platziert werden. Der Probenraum ist leicht zugänglich, und der Bediener kann sich jederzeit ein Bild von der Lage machen
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Bild 2. ›Microw‹ schließt die Lücke zwischen der manuellen Montage und den vollautomatischen Anlagen. Mit steigenden Stückzahlen steigt der Automatisierungsgrad, aber auch der Investitionsaufwand [1]
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Heutige Sensoren bedienen sich immer mehr miniaturisierter Komponenten, die Funktionsdichte steigt rasant. Die Vorteile der vielfältigen Komponenten aus Mikroelektronik, Mikrooptik und Mikromechanik werden in hybriden Systemen kombiniert. Im Vergleich zum monolithischen Ansatz liegen den Komponenten unterschiedliche Herstellungsprozesse und Materialien zugrunde. In optischen Sensoren werden beispielsweise Linsen mit siliziumbasierter, integrierter Auswerteelektronik verbunden. Dieses Konzept lässt sich beliebig auf andere Sensoren, Messgeräte oder Instrumente für die Prozessautomation, die Medizintechnik oder die Life-Sciences übertragen.

 

Mit der Anzahl der Anwendungsbereiche wachsen auch die Anforderungen an die Montage. Das liegt insbesondere an der fortschreitenden Miniaturisierung und der immer höheren Funktionsintegration auf mikroelektromechanischen und hybriden Systemen. Dabei spielt die Positioniergenauigkeit eine maßgebende Rolle. Vor allem die manuelle Fertigung stößt durch die begrenzten menschlichen Fähigkeiten an ihre Grenzen. Die Arbeit unter dem Mikroskop ist anstrengend, und die reproduzierbare Positioniergenauigkeit des Menschen liegt in der Regel bei circa 50 μm. Das Ergebnis sind lange Montagezeiten sowie hohe Ausschussraten von 80 Prozent und höher. Die Anzahl der Mitarbeiter, die solche Produkte mit einer ruhigen Hand fertigen können, ist zumeist begrenzt. Fallen diese aus, kann das hohe Verluste an Einnahmen, aber auch an Kundenvertrauen nach sich ziehen.

 

Daher ist es verständlich, dass der Einfluss der ›Fehlerquelle Mensch‹ im Prozess reduziert werden soll. Unternehmen, die für ihre kleinen Stückzahlen oder ihre kundenspezifischen Produkte solche Negativfolgen abmildern wollen, stehen vor einem Dilemma: Nehmen sie die flexible, dafür aber fehleranfällige Mikromontage von Hand in Kauf oder investieren sie in eine hoch spezialisierte, voll automatisierte Anlage?

 

Seit den 90er-Jahren sind Konzepte zur Mikromontageanlage bekannt. Maschinen, die Bauteile kleiner als ein Millimeter automatisch handhaben, wurden erforscht und entwickelt. Bei hohen Stückzahlen ist die Mikromontage bereits wirtschaftlich. Die heute verfügbaren Maschinen erreichen Positioniergenauigkeiten von einigen Mikrometern und integrieren verschiedene Montage- und Fügetechnologien in einem Gerät. Mit Stellflächen von mehreren Quadratmetern sowie einem hohen Gewicht verlangen diese Anlagen jedoch nach einer dedizierten Fertigungsumgebung. Durch den hohen Automatisierungsgrad und die Integration solcher Anlagen in Fertigungsstraßen können hohe Stückzahlen sicher bedient werden. Gerade für Konsumgüter sind sie daher die ideale Lösung. Damit sind aber auch hohe Investitionskosten verbunden. Häufig muss zusätzlich in Mitarbeiter für die Automation der Prozesse investiert werden. Dies macht derartige Anlagen für kleine und mittelständische Unternehmen, in denen die manuelle Montage gegebenenfalls unter dem Mikroskop oder mit einer Lupe noch vorherrscht, unwirtschaftlich. Auch manuell können ähnliche Genauigkeiten erreicht werden – abhängig vom Mitarbeiter. Der menschliche Tremor oder die Ermüdung durch die Arbeit unter dem Mikroskop führen jedoch schnell zu Ausschussteilen. Bild 2 zeigt die drei Arbeitsbereiche: Handarbeit, vollautomatische Anlagen sowie teilautomatischer Betrieb. Letzterer ist bisher kaum erschlossen, und nur wenige Anlagen bieten ausreichende Schnittmengen zu den jeweils anderen Bereichen...

 

HERSTELLER
OFFIS – Institut für Informatik
26121 Oldenburg
Tel. +49 441 798-4738
Fax +49 441 798-4267
www.microw.de

 

 

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