Design and realization of a microassembly workstation

Abstract

Günümüzde üretilen ürünlerin mikrometre seviyelerine varanminyatürle tirilmeleriyle ve mikrosistem üretim teknolojisinde olan son zamanlardakigeli melerle, karma ık melez mikrosistemler olu turmak için gerekli olan montajsürecine büyük bir ihtiyaç duyulmaktadır. De i ik materyallerden ve de i ikmikroüretim teknolojileriyle üretilmi mikro parçaların entegrasyonu; manipüleedilecek parçaların boyutlarının küçük olması, yüksek hassasiyet gereksinimi ve mikrodünyaya özel birtakım problemlerden kaynaklanan bazı ana sorunların henüz daha tamolarak incelenmemi olmasından dolayı mikrosistem teknolojisinde halen en temelsorunlardan birini olu turmaktadır.Bu tezde, mikroüretim teknikleriyle üretilmi parçaların verimli ve güvenilir birekilde montajlarının yapılması amaçlanılarak açık-mimarili ve yenidenyapılandırılabilir bir mikro montaj i istasyonunun tasarımı ve uygulaması sunulmu tur.istasyonu, mikromontaj alanındaki problemlerin incelenebilmesine olanak sa lamakamacıyla bir ara tırma aracı olarak tasarlanmı tır.Bu tip bir i istasyonunun geli tirilmesi u tasarım süreçlerini içermektedir. (i)mikromontaj görevlerini gerçekle tirebilmek için gerekli olan hareket mesafesi vehassasiyeti sa layabilecek hareket platformlarını içeren bir manipülasyon sistemi, (ii)mikro dünyayı görselle tirmek ve montajı yapılacak mikro parçaların konumunu veviyönelimlerini belirlemek için bir görü sistemi, (iii) Gürbüz bir kontrol sistemi ve sistemintanımlanmı görevlere hazır olabilmesi için gerçekle tirilecek olan göreve uygunmanipülasyon araçlarının kolaylıkla sisteme entegrasyonunu sa lamak için gereklisonlandırıcı ba lama fikstürleri. Bunlara ek olarak tasarlanan mikro sistemde uzaktankomutalı ve yarı otomatik montaj kavramları da gerçekle tirilmi tir.Tasarımın uygulanılabilirli i, mikro parçaların manipülasyonunu içeren çe itlimontaj görevlerinin gerçekle tirilmesiyle do rulanmı tır. istasyonunun çok yönlülü üyapılan deneylerle kanıtlanmı olup konumlandırmada yüksek hassasiyetlere ula ıldı ıgösterilmi tir.vii

With the miniaturization of products to the levels of micrometers and the recentdevelopments in microsystem fabrication technologies, there is a great need for anassembly process for the formation of complex hybrid microsystems. Integration ofmicrocomponents made up of different materials and manufactured using differentmicro fabrication techniques is still a primary challenge since some of the fundamentalproblems originating from the small size of parts to be manipulated, high precisionnecessity and specific problems of the microworld in that field are still not fullyinvestigated.In this thesis, design and development of an open-architecture and reconfigurablemicroassembly workstation for efficient and reliable assembly of micromachined partsis presented. The workstation is designed to be used as a research tool for investigationof the problems in microassembly. The development of such a workstation includes thedesign of: (i) a manipulation system consisting of motion stages providing necessarytravel range and precision for the realization of assembly tasks, (ii) a vision system tovisualize the microworld and the determination of the position and orientation of microcomponents to be assembled, (iii) a robust control system and necessary fixtures for theend effectors that allow easy change of manipulation tools and make the system readyivfor the desired task. In addition tele-operated and semi-automated assembly conceptsare implemented.The design is verified by implementing tasks in various ranges for micro-partsmanipulation. The versatility of the workstation is demonstrated and high accuracy ofpositioning is shown.v