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
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Überblick
• Darstellung des Bedarfs• Klärung der Randbedingungen• Vorstellung des Konzepts• Simulationsergebnisse• Integration der
Piezoansteuerung• Aufbau eines Demonstrators• Integration in Montagemaschine• Zusammenfassung und Ausblick
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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
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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
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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
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Konzept Feinpositionierer-Modul
Funktionsprinzip:Laterale Verschiebung (X-,Y-Richtung) der werkzeugseitigen zur maschinenseitigen Schnittstelle
Draufsicht AdapterseiteFeinpositionierermodul
Verschiebung in X-Richtung
X X
Y
Verschiebung in XY-Richtung
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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
Konzept Feinpositionierer-Modul
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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
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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
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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
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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)
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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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