Automaattinen manipulointi kuuden vapausasteen mikrotarraimella

Tämä diplomityö on tehty osana TEKES-rahoitteista AHAA-projektia, jonka tavoitteena oli kehittää uudenlaisia teknologioita mikro/mini-kokoluokan komponenttien ja tuotteiden käsittelyyn sekä laaduntarkastukseen. Tutkimustyö tehtiin yhteistyössä VTT Tuotteet ja tuotanto-yksikön konenäkösovelluksiin erikoistuneen ryhmän kanssa. Tämä diplomityö paneutuu projektin kuluessa kehitetyn kuuden vapausasteen mikromanipulaattorin ohjaukseen. Pääpaino työssä on ohjauksessa käytettyjen algoritmien suunnittelussa ja niiden toteutuksessa realiaikaohjaus-ohjelmistossa. Työ kattaa mikrotarraimen kinematiikan, toimilaitteiden paikkatakaisinkytkennän, liikkeenohjauksen sekä korkeamman tason ohjauslogiikan suunnittelun. Työn selvitysosuudessa luodaan katsaus tämänhetkistä huipputasoa edustaviin mikromanipulointijärjestelmiin, kattaen sovelletut mekaaniset toimintaperiaatteet, toimilaitteet, anturit sekä ohjausjärjestelmät. Myös pietsosähköiset toimilaitteet käsitellään selvitysosuudessa, mukaan lukien niiden ohjaus- ja mallinnusnäkökulmat. Työn seuraavassa osuudessa käydään läpi mikromanipulaattorin mekatroniikka sekä ohjausjärjestelmän suunnittelu ja toteutus. Ohjausjärjestelmä sisältää kaksi sisäkkäistä takaisinkytkentäsilmukkaa. Sisempi silmukka toteuttaa toimilaitteiden paikkasäädön perustuen takaisinkytkentkentään venymäliuksoista, jotka on kiinnitetty pietsotoimilaitteiden pintoihin. Ulompi silmukka on takaisinkytkentä konenäköjärjestelmästä, jonka perusteella tarkistettava komponentti asemoidaan laaduntarkistusta varten. Työssä johdetaan kinemaattinen malli manipulaattorille, algoritmit käsiteltävän komponentin asemointiin sekä suunnitellaan säätöalgoritmi pietsotoimilaitten epälineaarisuuden kompensointiin. Työn kokeellisessa osuudessa kehitetyn ohjausjärjestelmän suorituskykyä ja soveltuvuutta arvioidaan perustuen sillä tehtyihin testeihin. Tehdyt kokeet osoittivat että järjestelmä kykenee suorittamaan 300 x 300 x 100µm kokoisten optoelektronisten komponenttien laaduntarkastuksen täysin automaattisesti, konenäköön perustuen, nopeudella 500 yksikköä tunnissa