DE19613516C2

DE19613516C2 - Sauggreifer

Info

Publication number: DE19613516C2
Application number: DE1996113516
Authority: DE
Inventors: Veit Zoeppig
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: DE19613516A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Sauggreifer, insbeson dere zum Greifen kleiner Objekte in der Mikrosy stemtechnik, mit einer Saugvorrichtung und einer mit dem Greifobjekt in Kontakt gebrachten Struktur.

Bevorzugte Anwendungsgebiete sind Mikromontage stationen, in denen die Greifobjekte beobachtet, bestrahlt oder optisch angetastet werden.

In mechanisierten und/oder automatisierten Station en zur Manipulation oder Montage geometrisch kleiner und empfindlicher Bauteile mit hoher Posi tioniergenauigkeit der Greifobjekte ist oft eine optische Positionsrückmeldung zur Sicherung der Montagegenauigkeit erforderlich. Hierzu ist es not wendig, die Greifobjekte zu beleuchten. Zur Auf nahme geeigneter Bilder ist eine Beleuchtung der Greifobjekts notwendig. Eine Beleuchtung ist auch für lichtunterstützte Fertigungsschritte, zum Bei spiel zum Kleben mit UV-härtenden Klebern im gehaltenen Zustand, erforderlich. Zur Positionsbe stimmung und Charakterisierung der Greifobjekte werden oft berührungslos antastende optische Sensoren, z. B. faseroptische Sensoren eingesetzt. Hierzu ist nach DD 251 722 A1 ein flexibler Greifer mit optoelektronischen Erkennungssystemen bekannt, bei dem ein mechanischer Greifer mit vier hängend angeordneten Greiferfingern mit einer CCD-Kamera mit Beleuchtungseinrichtung verbunden ist.

Mit diesem Greifer ist es möglich, die Geometrie und Lage der zu handhabenden Werkstücke zu erkennen und die Werkstücke automatisiert zu positionieren. Dieses Greifersystem ist jedoch nicht geeignet zur Erfassung empfindlicher Elemente wie sie in der Mikromechanik gehalten und positioniert werden müs sen.

Zur Positionierung empfindlicher Elemente werden Sauggreifer verwendet. Hierbei ist es jedoch erfor derlich, empfindliche Teile vor mechanischen Bean spruchungen zu schützen. Aus diesem Grunde werden die empfindlichen Bauteile durch entsprechende Platten abgedeckt. Nachteilig ist dabei, daß die Struktur, nur in den Bereichen beobachtet werden kann, in denen die Abdeckplatte Öffnungen aufweist.

Von Henschke (Dipl.-Ing. Felix Henschke: Miniatur greifer und montagegerechtes Konstruieren in der Mikromechanik. Ansätze zur Lösung des Montage problems in der Mikrosystemtechnik; Fortschrittbe richte; Reihe 1: Konstruktionstechnik/Maschinenelemente Nr. 242; VDI-Verlag, Düsseldorf 1994) wurde ein Sauggreifer mit durch das LIGA-Verfahren hergestellter transparenter Saugstruktur vorgestellt. Dabei ist die Transparenz durch die Sauglö cher gegeben.

Bei der Beobachtung des Objektes mit einer CCD-Kamera oder einem Mikro skop treten in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Beleuchtung an den Kanten des Siebes Reflexionen auf, was zu einen dem Bild des Greifobjektes überlager ten Muster und einem verringerten Kontrast der Abbildung führt. Ein klares Bild zeigt sich nur in den Bereichen, die nicht strukturiert sind.

Nach DE 40 32 857 C1 ist ein Greifer mit integrierter Beobachtung für den Einsatz in aktivierten kerntechnischen Bereichen angegeben. Bei diesem Greifer sind Öffnungen für die Beobachtung des Greifobjektes erforderlich.

In DD 272 249 A1 ist ein Saugkopf für Vakuumbestückungsköpfe zum Bestüc ken von Leiterplatten beschrieben, bei dem als zylinderwirkendes größeres Saugrohr ein dünneres Saugrohr enthält. Eine Beobachtung des Greifobjektes ist hierbei nicht möglich.

Beim LIGA-Verfahren ist eine Bestrahlung mittels Syncrotron erforderlich. Das LIGA-Verfahren ist deshalb sehr kostenaufwendig, so daß es insbesondere für kleine Stückzahlen nicht anwendbar ist.

Auf Grund der geringen Stabilität der netzförmigen Abdeckplatten kann es außerdem zu Verwölbungen dieser Netze bei größeren Luftströmen kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sauggreifer anzugeben, mit dem Bauteile der Mikrosystemtechnik aufgenommen und positioniert werden können und der eine Beobachtung, optische Antastung, Bilderfassung und Beleuchtung des gesamten positionierten Bereiches ermöglicht.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß die Struktur aus transparentem Glas besteht, in der sich durchgängige mikrostrukturierte Öffnungen befinden.

Es ist auch möglich, daß die Glasscheibe mit weiteren aus transparenten Glas bestehenden Struk turen (z. B. Justierhilfen) verbunden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet es, durch den Einsatz spezieller Gläser in die Glasscheibe Saugöffnungen mit einer Präzision bis in den Mikro meterbereich einzubringen. Durch den Einsatz von Glas als Saugstruktur ist die Transparenz auch an den Stellen gewährleistet, an denen sich keine Saugöffnungen befinden. Die Strukturierung ist ver gleichsweise kostengünstiger und flexibler z. B. durch Fotostrukturierungsverfahren, weitere Strahl strukturierungstechnologien, chemische/mechanische Strukturierungsmethoden, Ultraschallverfahren oder mechanische Verfahren möglich. Durch das Verbinden mehrerer transparenter Glasteile können auch nicht flächige Objekte gegriffen werden und Zentrierhilfen angebracht werden. Durch die trans parente Saugstruktur können mit einem Bilderfassungssensor Bilder des Greifobjektes ge wonnen werden, die manuell oder mit Hilfe einer Bildverarbeitung zur Positionsbestimmung und Charakterisierung des Greifobjektes genutzt werden können. Das Greifobjekt kann durch die transparente Saugstruktur beleuchtet werden, wobei die Beleuchtung zur Bildaufnahme sowie für lichtunter stützte Fertigungsschritte dienen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Aus führungsbeispieles näher erläutert. Es wird ein Sauggreifer mit integriertem Bilderfassungssensor beschrieben. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung des erfindungs gemäßen Sauggreifers mit integrierter CCD- Kamera;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Saugstruktur;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform mit Zentrierstruktur und

Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform zum Greifen von Teilen mit nichtebenen Bereichen.

Das Greifobjekt 7 wird durch einen Unterdruck, er zeugt über eine Saugleitung 2 und ein Saugrohr 5, an der Glasplatte mit der Saugstruktur 6 gehalten.

Mit Hilfe der in den Greifer integrierten CCD- Kamera 3 mit Objektiv 4 kann ein Bild des Greif objektes aufgenommen werden. Mit Hilfe von bekannten Methoden der Bildverarbeitung können zum Beispiel Justiermarken erkannt werden. Dadurch ist es möglich, die Ablageposition des Greifobjektes zu korrigieren. Der Greifer ist über eine mechanische, eine pneumatische und eine elektrische Schnitt stelle 1 mit dem Greiferführungsgetriebe verbunden.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform für die Saugstruktur 6 dargestellt. Die Saugstruktur 6 weist im dargestellten Beispiel in zwei rechteck förmigen Bereichen Saugöffnungen 8 auf. Die Saug öffnungen 8 sind dabei so angeordnet, daß nur an bestimmten, für das Greifobjekt unempfindlichen Stellen, ein Unterdruck aufgebaut wird.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform gestattet die Zentrierung der Greifobjekte. Hierzu ist an der Glasplatte 6 eine Zentrierstruktur 9 so angebracht, daß die Transparenz erhalten bleibt. Die Befestigung erfolgt beispielsweise durch Kleben oder Diffusionsschweißen.

Die in Fig. 4 erläuterte Ausführung ermöglicht das Greifen von Objekten 11 mit Absatz, die nichtebene Bereiche aufweisen. Hierzu ist eine zweite Saugstruktur 10 an der Glasplatte 6 in der gleichen Weise, wie in Fig. 3 erläutert, angebracht.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Schnittstelle

2

Saugleitung

3

CCD-Kamera

4

Objektiv

5

Saugrohr

6

Glasplatte mit Saugstruktur

7

Greifobjekt

8

Saugöffnungen

9

Zentrierstruktur

10

zweite Saugstruktur für Greifobjekte mit Absatz

11

Greifobjekt mit Absatz

Claims

1. Sauggreifer, insbesondere zum Greifen kleiner Objekte in der Mikrosystemtech nik, mit einer Saugvorrichtung und einer mit dem Greifobjekt in Kontakt gebrach ten Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur aus transparentem Glas besteht, in der sich durchgängig mikrostrukturierte Öffnungen befinden.

2. Sauggreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe mit weiteren aus transparentem Glas bestehenden Strukturen verbunden ist.

3. Sauggreifer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Saugvorrichtung eine Betrachtungsvorrichtung (z. B. Mikroskop) angebracht ist.

4. Sauggreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Saugvorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zu Zwecken der Bildauf nahme oder für lichtunterstützte Fertigungsschritte angebracht ist.

5. Sauggreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Saugvorrichtung ein optisch antastender Sensor (z. B. Faseroptischer Sensor) angebracht ist.

6. Sauggreifer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der optisch antastende Sensor ein Bilderfassungssensor (z. B. CCD-Kamera) ist.