Von Dr. Alexander Bromme
An moderne Fertigungsanlagen werden hohe Anforderungen gestellt. Werkstücke mit kartesischer Strukturierung wie Displays, Halbleiterwafer, PCBs, Solarzellen oder Träger für biologische Proben müssen innerhalb der Prozesskette für weitere Arbeitsschritte hochpräzise an Optiken oder Werkzeugen ausgerichtet werden – sei es für die Teilefertigung, Montage, Inspektion oder Funktionsprüfungen.
Ein einfaches Ablegen der Bauteile reicht in vielen Fällen nicht aus, da kleinste Toleranzen der Objekte, ungenaue Anlagekanten oder fehlende mechanische Referenzen zu nicht tolerierbaren Lageungenauigkeiten führen. In der Regel kommen in diesen Fällen Sensoren, vielmehr Bildverarbeitungssysteme zum Einsatz. Diese Messtechnik erfasst die Abweichung von der gewünschten Sollposition und teilt die Korrekturdaten der Maschinensteuerung mit. Nun ist ein schnelles und hochpräzises Tischsystem gefragt, das die Korrekturbewegungen innerhalb kürzester Zeit ausführt und damit das Objekt für den nächsten Arbeitsschritt optimal ausichtet.
Als Korrekturbewegungen werden in den meisten Fällen lineare Zustellungen in X und Y und gleichzeitig eine rotatorische Korrektur φ um die Z-Achse benötigt. Im einfachsten Fall kombiniert man zu diesem Zweck zwei gekreuzte Linearachsen mit einer Drehachse. Das System beinhaltet drei voneinander unabhängige Freiheitsgrade und lässt sich einfach mit entsprechender Ansteuerung und Software betreiben.
Ein wesentlicher Nachteil dieses Konzepts ist die Verringerung der Genauigkeit und der Steifigkeit durch den Stapelaufbau. Beispielsweise bilden sich Nick- und Gierfehler der unteren Achsen als Positionierfehler am Point-of-Interest ab. Gleichzeitig benötigt ein Stapelaufbau wertvollen Bauraum. Ein weiterer Schwachpunkt ist die ungleiche Belastung der einzelnen Achsen. Dieses führt zu Asymmetrien im Gesamtsystem und folglich zu unterschiedlichen Genauigkeiten und Geschwindigkeiten in den bewegten Freiheitsgraden.
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