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Aufbau und Evaluierung eines monolithischen Positioniersystems

Flittner, Klaus (2006):
Aufbau und Evaluierung eines monolithischen Positioniersystems.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

Die Aufgabe dieser Studienarbeit ist der Aufbau und die Evaluierung eines monolithischen Positioniersystems mit drei Freiheitsgraden. Das Konzept des Positioniersystems ist im Rahmen der Dissertation von Uwe Jungnickel entstanden und besteht im wesentlichen aus zwei Komponenten: Einer Aktorplattform, in der drei Inchwormantriebe integriert sind, und einer Parallelkinematik, die die Bewegung der Linearantriebe in eine räumliche Bewegung transformiert. Die Inchwormantriebe werden von je vier Piezostapelaktoren angetrieben, von denen zwei für den Vorschub und zwei für die Fixierung des Läufers sorgen. Über integrierte kapazitive Wegmesssensoren und zusätzliche Hallsensoren kann die Position der Läufer gemessen werden.

Für den Aufbau des Positioniersystems wird die Aktorplattform mittels Drahterosion gefertigt. Eine aus vorangegangenen Arbeiten vorhandene Ansteuerungselektronik zum Betrieb der Inchwormantriebe wird vervollständigt und überarbeitet. Diese umfasst eine Ansteuerung der zwölf Piezoaktoren sowie eine Auswertung der kapazitiven Sensoren. Hierfür ist ein Aufbau aus drei Platinen entstanden, die nach Funktionen getrennt sind: Eine Steuerungsplatine mit dem Mikrocontroller ATmega8535 zur Koordination der Bewegungsabläufe, eine Leistungsplatine mit der die Steuersignale verstärkt und auf die Piezoaktoren gegeben werden und eine dritte Platine auf der die Sensorelektroniken für die Hallsensoren und kapazitiven Sensoren untergebracht sind.

Die Software für das Positioniersystem ist in zwei Komponenten aufgeteilt. Die zeitkritischen Aufgaben zur Ansteuerung der Inchwormantriebe sind in dem Mikrocontroller integriert. Zur Bedienung ist eine LabVIEW Oberfläche entstanden, die mit dem Mikrocontroller über eine einfache RS232-Schnittstelle verbunden ist. Eine autarke Funktion des Positioniersystems ohne Steuer PC ist ebenfalls möglich.

Zur Evaluierung werden die Inchwormantriebe und das Gesamtsystem getrennt betrachtet. Mit einer Messung wird die Kennlinie der kapazitiven Sensorik bestimmt, die zur Regelung der Position der Läufer nötig ist. Mit einer theoretischen Betrachtung des Gesamtsystems bestehend aus Inchwormantrieben und Parallelkinematik wird der Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit der Läufer und der Geschwindigkeit der Arbeitsplattform bestimmt.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2006
Creators: Flittner, Klaus
Title: Aufbau und Evaluierung eines monolithischen Positioniersystems
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die Aufgabe dieser Studienarbeit ist der Aufbau und die Evaluierung eines monolithischen Positioniersystems mit drei Freiheitsgraden. Das Konzept des Positioniersystems ist im Rahmen der Dissertation von Uwe Jungnickel entstanden und besteht im wesentlichen aus zwei Komponenten: Einer Aktorplattform, in der drei Inchwormantriebe integriert sind, und einer Parallelkinematik, die die Bewegung der Linearantriebe in eine räumliche Bewegung transformiert. Die Inchwormantriebe werden von je vier Piezostapelaktoren angetrieben, von denen zwei für den Vorschub und zwei für die Fixierung des Läufers sorgen. Über integrierte kapazitive Wegmesssensoren und zusätzliche Hallsensoren kann die Position der Läufer gemessen werden.

Für den Aufbau des Positioniersystems wird die Aktorplattform mittels Drahterosion gefertigt. Eine aus vorangegangenen Arbeiten vorhandene Ansteuerungselektronik zum Betrieb der Inchwormantriebe wird vervollständigt und überarbeitet. Diese umfasst eine Ansteuerung der zwölf Piezoaktoren sowie eine Auswertung der kapazitiven Sensoren. Hierfür ist ein Aufbau aus drei Platinen entstanden, die nach Funktionen getrennt sind: Eine Steuerungsplatine mit dem Mikrocontroller ATmega8535 zur Koordination der Bewegungsabläufe, eine Leistungsplatine mit der die Steuersignale verstärkt und auf die Piezoaktoren gegeben werden und eine dritte Platine auf der die Sensorelektroniken für die Hallsensoren und kapazitiven Sensoren untergebracht sind.

Die Software für das Positioniersystem ist in zwei Komponenten aufgeteilt. Die zeitkritischen Aufgaben zur Ansteuerung der Inchwormantriebe sind in dem Mikrocontroller integriert. Zur Bedienung ist eine LabVIEW Oberfläche entstanden, die mit dem Mikrocontroller über eine einfache RS232-Schnittstelle verbunden ist. Eine autarke Funktion des Positioniersystems ohne Steuer PC ist ebenfalls möglich.

Zur Evaluierung werden die Inchwormantriebe und das Gesamtsystem getrennt betrachtet. Mit einer Messung wird die Kennlinie der kapazitiven Sensorik bestimmt, die zur Regelung der Position der Läufer nötig ist. Mit einer theoretischen Betrachtung des Gesamtsystems bestehend aus Inchwormantrieben und Parallelkinematik wird der Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit der Läufer und der Geschwindigkeit der Arbeitsplattform bestimmt.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Inchworm, Kinematische Struktur parallel, Piezoansteuerung, Piezoantrieb, Positionierung µm-Bereich
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 31 Aug 2011 10:16
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1606

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 07-11-2005

Ende Datum: 19-04-2006

Querverweis: 17/24 EMKS 1489, 17/24 EMKS 1547, 17/24 EMKDIS53

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1606
Referees: Röse, Dipl.-Ing. Andreas and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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