Automatisierte Mikromontage

Automatisierte Mikromontage

Für erste Versuche, für die Entwicklung von Prototypen, oder zur Prozessentwicklung ist es sehr hilfreich, ein flexibles System zu nutzen, um den Unwägbarkeiten bei der Montage schnell und unkompliziert begegnen zu können. Aber was ist zu tun, wenn die Kleinserie an Größe zunimmt und nun wiederkehrende Aufgaben anstehen, die Ressourcen binden?

Sofort wird der Ruf nach einer „Automatisierung“ laut. Aber was ist damit überhaupt gemeint? Gemäß der ursprünglichen Bedeutung ist darunter ein inhärenter Wille zu verstehen, etwas zu tun. Übertragen auf eine Maschine ist es aber nicht nur der Wille, sondern auch die Befähigung, Aktionen selbst durchzuführen. Das heißt jedoch noch lange nicht, dass die automatisierte Maschine weiß, was sie tun soll: Ziele, Zweck und Machart müssen ihr noch „beigebracht“ werden.

Das geschieht klassischer Weise über fest einprogrammierte Abläufe, die zu Folge haben, dass eine Maschine die Dinge, die ihr an definierten Positionen zur Verfügung gestellt werden, “blind” zu Produkten weiterverarbeitet. Dahinter steht aber immer noch der Mensch, der diese Anweisungen zusammenstellt. Eine intelligente Maschine, die erkennt, was ihr vorgelegt wird und entsprechend danach die Weiterverarbeitung bestimmt, ist de facto noch eine sehr junge Erscheinung. Damit steht ein solcher Automat zwischen der klassisch automatisierten Maschine und dem Menschen. Sie reicht aber immer noch nicht an letzteren heran.

Deshalb ist es umso wichtiger, zu spezifizieren, was und in welchem Umfang automatisiert werden soll. Die Phrase „den Automatisierungsgrad erhöhen“ hilft dabei nicht wirklich weiter. Stattdessen müssen Antworten auf eine Reihe von Fragen gefunden werden, um den Bedarf und den Umfang einschätzen zu können. Diese sind insbesondere:

  • Worum geht es genau? Sollen einzelne Prozessschritte oder ganze Produktionsabläufe umgesetzt werden?
  • Wie werden die Teile bereitgestellt? Kommen die Bauteile palettiert oder werden sie als Schüttgut eingebracht?
  • Welche Genauigkeiten sind gefordert? Sollen Teile in einem bestimmten Bereich zu liegen kommen, oder ist eine nanometergenaue Orientierung im Raum nötig?
  • Aus welchen Gründen soll automatisiert werden? Sollen lediglich monotone Aufgaben umgesetzt werden oder geht es um reine Effizienzsteigerungen?

Sind die Antworten hierfür gefunden, können wir in die große Werkzeugkiste der Automatisierungstools greifen und passende Lösungen erarbeiten. Bei der automatisierten Montage der Nanoaktoren (Bezug zum vorangegangenen Blogbeitrag teleoperierten Montage von Nanoaktoren) kam beispielsweise Bilderkennung zum Einsatz, um Rubinhalbkugeln sowie die Mittelpunkte der Elektrodenstrukturen zu identifizieren. Dieser Ansatz, den letztlich auch der Mensch verfolgt, wird auch als Visual Servoing bezeichnet: Der entstehende Regelkreis wird durch das Bild der Kamera als Messwertlieferant geschlossen. Dazu kann das Bild unterschiedlich behandelt werden, um diesen Kreis robuster oder effizienter zu machen. Ein Visual Servoing-Ansatz ist mit der MiCROW-Pro grundsätzlich realisierbar, derzeit aber noch nicht standardmäßig verwendbar.

Das Bild zum Artikel zeigt unterscheidliche Elemente aus der Automatisierungskette. Links oben ist die Draufsicht mit einigen markierten Punkten zu sehen und darunter die Erläuterungen: weiß = Vakuumgreifer, blau = Rubinhalbkugeln, türkis = Zielpositionen der Halbkugeln. Darunter ein beispielhaftes „bearbeitetes Template“ mit dem Objekte besser erkannt werden können. Mittig und rechts sind die Seitenansichten der Werkzeuge zu sehen: Vakuumgreifer für die Rubinhalbkugeln und die Spitze für den Pin-Transfer des Klebstoffs.