Adhäsives Greifen von kleinen Teilen mittels niedrigviskoser Flüssigkeiten

Die Mikrosystemtechnik gilt als eine der Schlüsseltechnologien für das nächste Jahrhundert [Büttgenbach 1995, Ehrfeld 1995, Möllendorf 1995] mit einer wachsenden Anzahl an Produkten [Sandmaier 1996]. Die Tendenz der aktuellen Entwicklungen geht deutlich weg von monolithischen Mikrosystemen auf Siliziumbasis hin zu komplexen hybriden Mikrosystemen [Schomburg 1994, Dario 1994, Hesselbach 1995a], für die Fertigungstechnologien für kleine bis mittlere Stückzahlen entwickelt werden [Warnecke 1995, Westkämper 1996]. Hybride Mikrosysteme werden derzeit zum größten Teil manuell montiert, da Standardlösungen für die automatisierte Montage bisher nur ansatzweise entwickelt sind [Haag 1990, Wallrabe 1991]. Die automatisierte Montage von Mikrosystemen ist aber aus wirtschaftlichen und qualitativen Gesichtspunkten unabdingbare Voraussetzung für die erfolgreiche Entwicklung dieser Technologie.

Begriffe und fachspezifische Ausdrücke, die für das allgemeine Verständnis der Arbeit von Bedeutung sind, werden im folgenden erläutert und gegebenenfalls ergänzend definiert.

Um die Anforderungen an ein zu entwickelndes adhäsives Greifsystem festlegen zu können, wurde eine Umfrage bei 73 Herstellern von feinwerk- und mikrosystem-technischen Produkten durchgeführt und zur Ableitung von Anforderungen an ein adhäsives Greifsystem für kleine Teile ausgewertet.

Grundlagen zum adhäsiven Greifen können aus geometrischen Betrachtungen sowie aus umfangreichen Untersuchungen zur Adhäsion [Moore 1983, Stroppe 1990, Gerthsen 1992, Bischof 1983, Woodrow 1961, Hotta 1974, Weiss 1962, Padday 1978, Kaelble 1971], zu Oberflächenphänomenen [Adamson 1982, Matijevic 1969, Israelachvili 1985, Zisman 1964, Neumann 1974, Abe 1995, Pietsch 1967, Fox 1955], zum Kleben [Brockmann 1975, Druschke 1986, Simon 1974, Simon 1976] und zur Fluidmechanik [Eck 1978, Prandtl 1990] abgeleitet werden.

Die Teilsysteme des adhäsiven Greifers sind in Bild 5.1 dargestellt.

Für den Adhäsionsgreifer ist eine hohe Flexibilität bezüglich Bauteilgeometrie und -Werkstoff gefordert, wodurch ein Verfahren zur Bestimmung der zu dosierenden Flüssigkeitsmenge V und des Greifabstandes a in Abhängigkeit von der Greifaufgabe unabdingbare Voraussetzung ist.

Zur Erprobung des entwickelten adhäsiven Greifers wurde ein Versuchsaufbau zum automatischen Greifen ungehäuster Siliziumchips aus einem Tray und Fügen auf einer Leiterplatte konstruiert und aufgebaut. Die Auswahl von Si-Chips mit einer Kantenlänge von 4,2 × 4,2 mm² als Versuchsbauteile wurde anhand der für das untersuchte Produktspektrum repräsentativen Merkmale durchgeführt. Es handelt sich bei dem Chip um ein Flachteil, das in Si-Technik hergestellt ist und im typischen Größenbereich zwischen 1 und 5 mm Kantenlänge liegt. Die Bereitstellung der Chips erfolgt in einem Tray, was bezüglich der Anforderungen an den Toleranzausgleich beim Greifen überdurchschnittliche Anforderungen an das Greifsystem stellt, da die Bauteile mit einem Versatz Ax und Ay > 1 mm bereitgestellt und keine zusätzlichen Toleranzausgleichsverfahren verwendet werden.

Die Montage von feinwerktechnischen und mikrosystemtechnischen Produkten erfolgt heute immer noch zu einem großen Teil manuell. Der Grund dafür liegt in den oftmals geringen Losgrößen und der nicht ausreichend entwickelten Automatisierungstechnik. Ein zentrales Problem bei der automatisierten Montage von kleinen Teilen stellt das Greifen dar.