Know-How in der Automatisierung: Positionierungstechnik

Allgemeine Beschreibung

Eine der Techniken zur Positionierung besteht darin, das Werkstück unter einem Mikroskop vergrößert darzustellen, um es zu positionieren. Dazu werden die Bezugslinien auf dem Werkstück an denen in einem optischen Instrument ausgerichtet, in diesem Fall an Cursorlinien im Okular des Mikroskops. Eine typische Anwendung ist die Einstellung des Luftspalts für einen Magnetsensor. Bei diesem Verfahren ist allerdings die Position nur noch schwer zu erkennen, wenn die Cursor-Linien im Mikroskop und die Bezugslinien auf dem Werkstück zur Deckung kommen. Verbesserungen in der Gestaltung der Cursorlinien können die aktuelle Position selbst bei hohen Vergrößerungen einfacher erkennbar machen.

Erläuterung

Wenn die Cursorlinien im Mikroskop ([Fig. 1]) und die Bezugslinien an den Werkstücken, die in die richtige Position gebracht werden sollen, in Deckung gebracht worden sind, werden die Bezugslinien am Werkstück von den Cursorlinien überdeckt. Dadurch sind sie nicht sichtbar, so dass die aktuelle Positionierung nur noch schwer erkennbar ist ([Fig. 2]).

Typischerweise wird auf Korrektheit überprüft, indem die Cursorlinien im Mikroskop mit einem kleinen Abstand der zu den parallel gehaltenen Bezugslinien am Werkstück positioniert werden ([Fig. 3]).

In der Praxis wird durch diese Methode in Fällen, bei denen exakte Winkeleinstellungen benötigt werden, die aktuelle Positionierung schwerer erkennbar; z.B. bei der Positionierung eines Magnetsensors. ([Abb. 4]).

Als Lösung in dem in [Abb. 4] gezeigten Fall wird eine Verbesserung in der Gestaltung der Cursorlinien empfohlen ([Abb. 5]).

Die Gestaltung der Cursorlinien wie in [Abb. 5] erleichtert eine einfachere Erkennung der linearen Ausrichtung und der Einstellung des Winkels. Sie hilft so auch, die Belastung der Augen bei der manuellen Positionierung unter einem Hochleistungsmikroskop oder über einen Bildschirm zu verringern.

Vorbereitende Maßnahmen

Bei der Positionierung mit Hilfe der Cursorlinien ist die Ausrichtung der Cursorlinien und der X- und Y-Achsen des Verstell Antriebs kritisch. Außerdem wird neben anderen Arbeiten die Einstellung des Skalen-Nullpunkts mit Hilfe von Messlehren notwendig. Um bei diesen Arbeiten mögliche Abweichungen zwischen den einzelnen Bedienern so gering wie möglich zu halten, ist eine Standardisierung dieser Arbeiten essenziell.

 

Bei einem Flüssigkristall-Display (LCD) ist jedes Element nur einige µm groß. Aufgrund der großen Gesamtabmessungen wird aber eine große Zahl von diesen Elementen angeordnet. Bei dem in Abb. 1 gezeigten LCD werden auf der gesamten Oberfläche feine Strukturen mit einer Rasterweite von einigen µm erzeugt.

Bei der für so eine Fertigung angewandten Herstellungstechnik ist die Positionierung des XY-Mikroskoptisches mit einer Genauigkeit in einer Größenordnung von µm essenziell, um mehrere Hunderttausend bis zu mehrere Millionen Elemente in einem horizontalen Raster anzuordnen.

Ein typischer XY-Tisch ist mit Robotern konfiguriert, die sich in gerader Linie entlang der zwei Achsen X und y bewegen.

In der Praxis weichen allerdings die Pulsgeneratoren an den X- und Y-Achsen von den in den Produktspezifikationen genannten Daten ab. Die zeitlichen Abweichungen in der Impulserzeugung zeigen sich in Form von aufsummierten Fehlern in einer Größenordnung von µm bei der Wiederholgenauigkeit der Positionierung (Abb. 2, 3).

Selbst wenn die einzelnen Fehler sich in der Größenordnung von nm (Nanometern) bewegen, ist das Maß der Abweichungen für das menschliche Auge als Unregelmäßigkeit erkennbar, so dass die hergestellten Produkte möglicherweise als inakzeptabel bewertet werden.

Als Lösung kommt ein Schaltungsdesign zur Anwendung, das auf einem gemeinsamen Pulsgenerator für die zeitliche Steuerung der Impulse für alle Roboter beruht, die sich zur Positionierung in einer geraden Linie bewegen (Abb. 4)

Vorbereitende Maßnahmen

Um die eingesetzte Lösung effektiv zu gestalten, ist es essenziell, die Präzision der geraden Bewegung der linear arbeitenden Roboter und die Präzision der Skalen zur Positionsausrichtung auf einem Niveau zu steuern, das der geforderten Positioniergenauigkeit entspricht.

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