Greifer mit Fingerspitzengefühl

Wer kennt das nicht: Beim Abspülen ein bisschen zu fest gedrückt – schon ist das Sektglas zerbrochen. Ähnlich geht es Technikern in der Photovoltaik-Produktion beim Umgang mit Solarwafern. Mit einer Dicke von 150 bis 180 Mikrometern sind die filigranen Substrate extrem empfindlich.

Um die Wafer anzuheben oder zu transportieren, können unterschiedliche automatische Greifer eingesetzt werden: Während mechanische Greifer die Wafer direkt berühren, erzeugen Bernoulli-Greifer zwischen Greifer und Wafer einen Unterdruck und »halten« das Objekt dadurch in der Mitte fest.

»Die Greifer müssen auch bei hoher Geschwindigkeit präzise und sensibel arbeiten. Denn in der Fertigung sollen sie möglichst wenig Ausschuss produzieren, gleichzeitig aber einen hohen Durchsatz ermöglichen«, sagt Christian Fischmann, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Im institutseigenen Test- und Demo-Zentrum, das derzeit in einem EU-Programm etabliert wird, bewertet der Wissenschaftler unterschiedliche Greifer und Handhabungsmethoden. Arbeitet die helfende Roboterhand präzise? Mit bloßem Auge betrachtet, sieht die Bewegung auch bei hoher Geschwindigkeit ideal aus. Doch die Aufnahmen der High-Speed-Kamera zeigen, dass der Greifer das Objekt leicht zeitverzögert loslässt. Das beeinträchtigt die Taktzeit in der Fertigung. In manchen Prozessschritten ist besonderes Fingerspitzengefühl gefragt, etwa, um Wafer von einem Stapel anzuheben. Eine Methode, die mit Luftströmen arbeitet, trennt die Wafer auf schonende Weise: Der Stapel wird mit Düsen aufgepustet, so dass der oberste Wafer sich von den anderen löst und über dem Stapel »schwebt«. In ihren Untersuchungen zeigen die Stuttgarter auch auf, wie sich Fertigungsprozesse durch den Einsatz unterschiedlicher Greifprinzipien optimieren lassen. Bisher wird in der Praxis oft die gesamte Produktion mit einem einzigen Greifertyp durchgeführt. »Die verschiedenen Handhabungsmethoden sind jedoch nicht für jeden Prozessschritt gleich gut geeignet«, erklärt Fischmann. »Letztlich muss das Verhältnis zwischen Sensibilität, Schnelligkeit und Betriebskosten stimmen.« So ist etwa der Einsatz von Bernoulli-Greifern verhältnismäßig teuer, da ständig Luft angepumpt werden muss.

Noch befindet sich das Demozentrum in der Aufbauphase – einige Kunden, die ihre Greifsysteme testen lassen wollen, haben die Forscher jedoch bereits gewonnen. Nun wollen die Wissenschaftler ihr Angebot erweitern und die sauberkeitsgerechte Handhabung von kontaminierten Wafern und die Kontamination durch Greifer untersuchen.