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E-Book

Sensoreinsatz in der telepräsenten Mikromontage

AutorMichael Ehrenstraßer
VerlagHerbert Utz Verlag
Erscheinungsjahr2008
Seitenanzahl181 Seiten
ISBN9783831607433
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis30,99 EUR

Trotz aller Bestrebungen zur Automatisierung von Produktionsabläufen bei der Montage variantenreicher, hybrider Mikrosysteme in Kleinst- und Kleinserien werden auch in Zukunft manuell durchgeführte Montageoperationen unverzichtbar bleiben. Die begrenzten sensormotorischen Fähigkeiten des Menschen stellen jedoch ein erhebliches Hindernis für die Handhabung von Mikrobauteilen dar. 

Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist daher die Unterstützung des Menschen bei der manuellen Montage miniaturisierter Bauteile durch den Einsatz von Telepräsenz. Hierzu wurde eine Methodik zur Erstellung einer telepräsenzspezifischen Sensorbibliothek sowie ein Vorgehensmodell zur telepräsenzgerechten und prozessbezogenen Auswahl von Sensormodulen und deren Integration in eine telepräsente Mikromontageanlage entwickelt. Die Praxistauglichkeit der entwickelten Sensorbibliothek wurde an Hand einer Pilotanlage am Beispiel eines transatlantischen Teleoperationsexperiments nachgewiesen.

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Leseprobe
2 Stand der Technik (S. 21-22)

2.1 Systeme zur manuellen Mikromontage

Derzeitige Arbeitsplätze zur manuellen Mikromontage (vgl. Abb. 2-1) bestehen typischerweise aus den folgenden Komponenten (HENSCHKE 1994):
- ,Mikropositioniertische mit manuell zu bedienenden Mikrometerschrauben,
- ,Substrathalter,
- ,Stereomikroskop zur dreidimensionalen Beobachtung des Montageprozesses, gegebenenfalls mit angeschlossener CCD-Kamera und Bildschirm,
- ,Beleuchtungseinrichtungen,
- ,Pinzetten und Mikrogreifer,
- ,Mikrolötwerkzeuge, Lotabscheider,
- ,Dispenswerkzeuge, UV-Lampen zur Kleberaushärtung,
- ,Bondwerkzeuge, Gap-Welding-Werkzeuge,
- ,Heizeinrichtungen (Heizplatten, -tische, -lampen, Heissluftgebläse) sowie
- ,diverse Zubehör- und Peripheriegeräte.

Aufgrund der Dimensionen der zu handhabenden Bauteile stößt die Montage mit manuell geführten Werkzeugen jedoch an ergonomisch zumutbare und technisch realisierbare Grenzen. Insbesondere sehr große mechanische Untersetzungen führen beim Operator zu einer sehr ungewohnten Hand-Auge-Koordination. Zudem erfolgt die Handhabung der Bauteile ausschließlich durch visuelle Beobachtung, so dass eine Beurteilung der aufgebrachten Prozesskräfte gar nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich ist. Eine feinfühlige und reproduzierbare Handhabung der Mikrobauteile ist daher praktisch nicht durchführbar, so dass die Gefahr der Beschädigung von Bauteilen besteht. Zudem ist mit dem Einsatz stark vergrößernder Optiken eine Reihe spezifischer Probleme verbunden. Insbesondere die geringe Tiefenschärfe sowie das eingeschränkte Sichtfeld behindern manuelle Montageoperationen sehr stark. Für den Operator ist es äußerst anstrengend und ermüdend, mehrere Stunden hinweg über ein Stereomikroskop gebeugt arbeiten zu müssen. Die eingeschränkte Bedienbarkeit manueller Mikromontagearbeitsplätze stellt in der industriellen Praxis ein erhebliches Problem dar, weshalb von der REFA eine Richtlinie zur ergonomischen Gestaltung manueller Mikromontagearbeitsplätze erlassen wurde (REFA 1988). Die Richtlinie sieht vor, die einzelnen Tätigkeiten einer Mikromontageaufgabe mit Hilfe einer so genannten sensomotorischen Analyse in Bezug auf die damit verbundenen Empfindungsbelastungen des Operators systematisch zu erfassen und zu bewerten. Hierbei werden visuelle, taktile und kinästhetische Empfindungen und Empfindungsbelastungen unterschieden. Die Gestaltung manueller Mikromontagearbeitsplätze hat sich streng nach ergonomischen Gesichtspunkten zu orientieren, so dass die mentale Belastung des Operators minimiert wird.

2.2 Telepräsenz- und Teleaktionssysteme

2.2.1 Begriffe und Definitionen


Aufgrund der zahlreichen Ausprägungen und Entwicklungen, die Telepräsenz- und Teleaktionssysteme in den letzten Jahrzehnten in den verschiedensten Anwendungsbereichen, wie z. B. Raumfahrt, Unterwasserforschung, Nukleartechnik etc., durchlaufen haben, hat sich eine Fülle von zum Teil ähnlichen oder sich überschneidenden Begriffen herausgebildet. Für das allgemeine Verständnis hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise von Telepräsenz- und Teleaktionssystemen wird daher zunächst eine Übersicht über die wesentlichen fachterminologischen Begriffe gegeben.
Inhaltsverzeichnis
Geleitwort der Herausgeber8
Vorwort12
Inhaltsverzeichnis14
Abkürzungen19
Formelzeichen20
1 Einleitung22
1.1 Potenziale der Mikrosystemtechnik22
1.2 Ausgangssituation und Motivation der Arbeit24
1.3 Zielsetzung und Gliederung der Arbeit30
2 Stand der Technik34
2.1 Systeme zur manuellen Mikromontage34
2.2 Telepräsenz- und Teleaktionssysteme35
2.3 Bewertung des Stands der Technik54
2.4 Konkretisierung der Aufgabenstellung55
3 Grundlagen der menschlichen Sinneswahrnehmung62
3.1 Systemergonomie62
3.2 Visueller Empfindungsbereich64
3.3 Taktiler und kinästhetischer Empfindungsbereich66
4 Sensoren und Messprinzipien76
4.1 Sensoren zur visuellen Informationserfassung76
4.2 Sensoren zur haptischen Informationsaufnahme82
4.3 Telepräsenzgerechte Sensorauswahl97
5 Telepräsenzgerechte Sensormodule106
5.1 Logische Sensoren als Entwurfsmuster für telepräsenzgerechte Sensormodule106
5.2 Implementierung logischer Sensoren109
5.3 Entwurf telepräsenzgerechter Sensormodule112
5.4 Systemintegration126
6 Exemplarische Anwendung und Erprobung132
6.1 Beschreibung der Montageaufgabe132
6.2 Teleoperatorseite135
6.3 Operatorseite139
6.4 Experimentelle Evaluierung141
6.5 Ergebnisse144
6.6 Wirtschaftliche Bewertung145
7 Zusammenfassung und Ausblick150
8 Literaturverzeichnis152
9 Abbildungsverzeichnis162
10 Tabellenverzeichnis166

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