Universität Stuttgart
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Item Open Access Genauigkeitssteigerung bei der spanenden Bearbeitung mit Industrierobotern durch Fehlerkompensation mit 3D-Piezo-Ausgleichsaktorik(2011) Puzik, Arnold; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel eine Lösung zu zeigen, welche allgemeingültig den Fehler eines Industrieroboters kompensiert. Diese Lösung soll sowohl die Kompensation des statischen Fehlers als auch des Bahnfehlers von Robotern ermöglichen, so dass eine genaue Bearbeitung bei dynamischen Prozessen, wie dem Fräsen, möglich wird. Hierzu wird ein Bearbeitungskonzept vorgeschlagen, welches darauf beruht, dass der Roboter das Bauteil handhabt und die Werkzeugspindel auf einer schnellen Ausgleichskinematik befestigt ist, und so mit Hilfe eines Messsystems den gemessenen Positionsfehler des Roboters ausgleichen kann. Gegenüber bisherigen Ansätzen, welche den Roboter steifer machen, soll durch den Einsatz einer aktiven und schnellen Ausgleichsaktorik auf Basis von Piezo-Aktoren der Fehler des Roboters in allen drei Raumrichtungen ausgeglichen werden. Hierzu wird während des Bearbeitungsprozesses der Fehler des Roboters kontinuierlich gemessen und der 3D-Piezo-Ausgleichsaktorik als Führungsgröße übergeben, auf welcher die Bearbeitungsspindel mit dem Werkzeug befestigt ist. Die Entwicklung der schnellen Ausgleichskinematik – der 3D-Piezo-Ausgleichsaktorik – stand dabei im Vordergrund. In dieser Dissertation wird die methodische und systematische Realisierung dieser Kinematik gezeigt. Die gefertigte Kinematik wird hierzu aufgebaut, in Betrieb genommen und anhand von gemessenen Fräswerkstücken aus Aluminium wird das Konzept erfolgreich validiert.Item Open Access Automatisierte Messablauferzeugung und 3D-Datenauswertung in der Multisensor-Koordinatenmesstechnik(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Effenberger, Ira; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)In der industriellen Fertigung gewinnt die vollständige Erfassung und Prüfung der Geometrie von komplexen Bauteilen oder Baugruppen zunehmend an Bedeutung. Die gewonnenen Daten bilden im Rahmen der Entwicklung die Grundlage für komplexe Simulationen auf Basis der realen Werkstückgeometrie, im Bereich der Qualitätssicherung sind sie die Grundlage für die Optimierung der Herstellungsprozesse und Sicherstellung der Produktqualität. Seit einigen Jahren sind dafür Multisensor-Koordinatenmessgeräte etabliert, die durch den flexiblen Einsatz unterschiedlichster Sensoren die Möglichkeit bieten, verschiedene Bereiche am Werkstück jeweils anforderungsgerecht und effizient zu erfassen. Die effiziente Anwendung solcher Multisensor-Systeme setzt aufgrund ihrer Komplexität allerdings ausgeprägtes Vorwissen und Erfahrung des Anwenders voraus. In dieser Arbeit werden Verfahren zur automatisierten, geometriebasierten Messablauferzeugung und 3D-Datenauswertung für Multisensor-Koordinatenmessgeräte vorgestellt, die eine intelligente Unterstützung des Anwenders ermöglichen. Zunächst werden, ausgehend von den ermittelten Defiziten der aktuell verfügbaren Systeme, Anforderungen an die zu entwickelnden Verfahren formuliert und ein geeignetes, modulares Softwarekonzept abgeleitet. Neben Algorithmen zur Aufbereitung von CAD-Modellen liegt der Fokus der Arbeiten auf automatisierten Verfahren zur Berechnung von Sollpunkten auf CAD-Modellen, die eine Datenerfassung mit unterschiedlichen Sensoren erlauben. Hierbei muss auch die Sensorpositionierung berücksichtigt werden, mögliche Kollisionen erkannt sowie Strategien zur automatischen Umfahrung bereitgestellt werden. Darüber hinaus werden intelligente Verfahren zur Auswertung der Messpunkte vorgestellt, wobei ein besonderes Augenmerk auf große Messpunktwolken, die beispielsweise bei Anwendung der Computertomographie entstehen, gelegt wird. Abschließend wird die Funktionalität der umgesetzten Verfahren in Anwendungstests zur kombinierten Messung mit mehreren Sensoren und zur automatisierten Ausrichtung von CAD-Modell und Messpunktwolke gezeigt und die erzielten Ergebnisse ausgeführt.Item Open Access A method for the assembly of microelectronic packages using microwave curing(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2018) Adamietz, Raphael; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)Advanced electronic packaging continues to gain prevalence, driven by the continuous trend for miniaturization with concurrent functional integration. Processes in use today are typically efficient for mass production, but are not suitable for the purposes of low volume and prototype production. Adhesive bonding circumvents the elaborate tooling typical for mass production and provides a higher degree of flexibility. Disadvantages lie in long curing cycle times and high handling effort. To overcome these problems, a novel method for the assembly of electronic packages is proposed, one that improves the performance and efficiency of the assembly processes and reduces the handling effort between the separate process steps by integration of assembly and curing process equipment into a single machine. An analysis of the field of electronic packaging with particular respect to adhesive curing processes is performed. Then the relevant state-of-the-art is reviewed and the need of a novel method is identified. The conception and realization of a microwave curing system, based on an open-ended waveguide resonator are carried out. Different concepts for the control of the curing process are described. A machine integrating the curing system and the assembly process equipment is designed and prototypically realized. This is followed by extensive evaluation and testing of the novel method. In the course of the evaluation a representative flip-chip assembly is realized. In order to assess the influence on reliability, a series of temperature cycling tests is performed. Additionally, stress-measurement dies are packaged and the influence of the proposed method onto residual stresses is studied. The influence of the proposed method on throughput and assembly efficiency is investigated. The proposed method provides reduction of curing cycle times for three different adhesive materials and therewith an increase of the overall throughput. By reduction of handling effort, the overall process efficiency could be improved. Furthermore, by microwave curing with the proposed method, a higher reliability of the resulting electronic packages can be achieved. The experiments with the stress chips reveal lower residual stresses in the microwave-heated chips compared to convection heating.Item Open Access Adaptive Segmentierung von Tiefenbildern für die 3-D-Objektlageerkennung auf Basis von kombinierten regelgeometrischen Elementen(2011) Stotz, Martin; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Ein großes Hemmnis für automatisierte Entnahme ungeordneter Werkstücke direkt aus Behältern eine ist die aufwändige Konfiguration der zur Lagebestimmung notwendigen Objekterkennungsverfahren. Ein Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer für die nachfolgende Lagebestimmung optimalen, selbstadaptiven Segmentierung von Tiefenbildern. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung von Verfahren zur Lagebestimmung von Objekten, die aus mehreren regelgeometrischen Elementen auf einer Achse aufgebaut sind. Die in dieser Arbeit entwickelte selbstadaptive Segmentierung basiert auf einem Optimierungsverfahren. Dazu wird der Ansatz der Evolutionsstrategie erweitert, um neben den klassisch behandelten reellwertigen Parametern auch allgemeine Parameter sowie den gesamten Programmablauf optimieren zu können. Zur Fitnessbewertung wird eine neue Vorgehensweise in der Tiefenbildverarbeitung umgesetzt. Die Bewertung der von der Segmentierung gelieferten Bereiche wird dabei anhand ihrer Eignung für die Objekterkennung durchgeführt. Durch diese 3-D-Fitnessbewertung sind vom Anwender nur noch die Geometriedaten des zu erkennenden Objekts vorzugeben. Das entwickelte Verfahren zur Einpassung kombinierter regelgeometrischer Elemente vermeidet numerisch ungünstige Randbedienungen, indem anstatt der verknüpften Positionsparameter der Einzelelemente nur genau eine Position verwendet wird und die Kombination der Einzelelemente über Formparameter des kombinierten Elements beschreiben werden. Mit dem Verfahren zur automatischen Konfiguration wurden vor allem Versuche zur Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Ausgangsdaten durchgeführt, wobei sich die 3-D-Fitnessbewertung als sehr gut erwies. Die Leistungsfähigkeit der Einpassverfahren für kombinierte Elemente wurde in Anlehnung an Testverfahren aus der Koordinatenmesstechnik untersucht. Das vorgeschlagene Objekterkennungssystem wurde an Demonstratoren getestet und konnte eine praxistaugliche Leistung erreichen.Item Open Access Entwicklung eines verteilten Energiemanagementsystems(2015) Brix, Jonathan; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Traktionsbatterien bestimmen durch ihre hohen Kosten den Verkaufspreis von Elektrofahrzeugen und tragen dadurch zu geringer Marktakzeptanz dieser bei. Eine Traktionsbatterie besteht nicht nur aus dem Energiespeicher selbst, sondern unter anderem auch aus einer Überwachungseinrichtung - dem Batteriemanagementsystem (BMS). Das BMS soll einen fehlerfreien und sicheren Betrieb der Komponente Batterie sicherstellen. Da BMS individuell für jedes Fahrzeug entwickelt werden, ist es Ziel der vorliegenden Arbeit, einen Ansatz zu finden, BMS einheitlich zu gestalten und somit eine Möglichkeit zu schaffen, die Kosten der Batterie zu senken. Diese Arbeit setzt sich mit der Architektur von BMS und deren Ladungsausgleichssystemen (Balancing) auseinander. Es wird gezeigt, dass derzeitige Systeme unflexibel sind und keine Möglichkeit bieten, das BMS einheitlich zu gestalten. Es wird ein neues Konzept, die Intelligente Zelle, entwickelt, welche die Basis für ein einheitliches, skalierbares BMS bildet. Eine Intelligente Zelle besteht aus einem Energiespeicher und einer elektronischen Schaltung. Eine Menge an Intelligenten Zellen bildet eine Batterie, ohne dass ein übergeordnetes System notwendig ist, das heißt Intelligente Zellen bilden selbst ein verteiltes BMS. Die Funktionalität der Intelligenten Zelle wird insbesondere über ein Leistungsstellglied erreicht, welches den Energiefluss steuert und sowohl das Balancing ermöglicht als auch Sicherheit gewährleistet. Intelligente Zellen kommunizieren über Powerline Communication (PLC). Das Protokoll für diese Kommunikation wird in Hinblick auf die neue Architektur entwickelt. Es wird gezeigt, dass das Prinzip eines verteilten BMS umsetzbar ist. Die Intelligenten Zellen kommunizieren untereinander und stellen die Funktionalität eines BMS bereit. Das Leistungsstellglied der Intelligenten Zelle ermöglicht auch, stark gealterte oder defekte Zellen aus dem Verbund zu lösen. Es wird gezeigt, dass damit die Reichweite eines Elektrofahrzeugs durch die bessere Ausnutzung der verbauten Energie gesteigert werden kann. Die Lebensdauer einer Traktionsbatterie kann durch diesen Ansatz ebenfalls erhöht werden. Das entwickelte Funktionsmuster der Intelligenten Zelle muss optimiert werden um den Schritt in Richtung Produkt gehen zu können. Sind diese Optimierungen erfolgreich, steht zukünftig ein BMS zur Verfügung, welches sowohl Kosten als auch Nutzen einer Traktionsbatterie verbessert.Item Open Access Entwicklung kompakter Antriebsmodule mit gefederten, unbegrenzt drehbaren, gelenkten Standardrädern für den Einsatz in omnidirektionalen Roboterplattformen(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2023) Jacobs, Theo Thomas; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)Für mobile Roboter, die sich in für Menschen gemachten Umgebungen bewegen, um diese zu unterstützen und durch die Übernahme von Arbeitsaufgaben zu entlasten, sind omnidirektionale Fahrwerke mit ihrer hohen Beweglichkeit von großem Vorteil. Allerdings sind nur Fahrwerke mit gelenkten Rädern in der Lage, sich sicher auf unebenen Untergründen zu bewegen. Derzeitige Fahrwerke mit gelenkten Rädern sind jedoch häufig nicht im Bauraum optimiert. Zudem fehlen in der Regel eine Federung und die Möglichkeit, das Rad unbegrenzt um die Lenkachse drehen zu können. Dies sind zwei wichtige Voraussetzungen, um dynamische Fahrmanöver auszuführen und die Herausforderungen der Einsatzumgebungen zu meistern. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit der Untersuchung, welche konstruktiven Teillösungen für die Gestaltung besonders kompakter Fahrwerke mit gelenkten Standardrädern geeignet sind. Zielsysteme waren mobile Roboter mit einem Gesamtgewicht zwischen 150 kg und 300 kg, die beispielsweise mit einem Roboterarm für Manipulationsaufgaben ausgestattet sein können. Weiterhin bestand das Ziel dieser Arbeit in der Entwicklung mehrerer Antriebsmodulprototypen und deren anschließender Evaluierung. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde zunächst der Stand der Technik betrachtet, eine Anforderungsanalyse durchgeführt und die Anforderungen quantifiziert und kategorisiert. Anschließend wurden Lösungsprinzipien für alle relevanten Teilkomponenten eines Antriebsmoduls identifiziert und diskutiert. Darauf aufbauend wurden zwei Lösungskonzepte gebildet, jeweils eine für die Konstruktion eines Antriebsmoduls mit einem Rad und eines Antriebsmoduls mit zwei Rädern. Eine Evaluierung aller Anforderungen, die zu diesem Zeitpunkt bereits bewertet werden konnten, zeigte, dass die beiden Konstruktionen alle Muss-Anforderungen und die überwiegende Mehrzahl der Wunsch-Anforderungen erfüllen. Zudem fielen die beiden Antriebsmodule sowohl in der Bauhöhe als auch im Durchmesser deutlich kompakter aus, als vergleichbare Konstruktionen aus dem Stand der Technik. Die zwei Antriebsmodule wurden schließlich gefertigt, aufgebaut und in Betrieb genommen. Anschließend erfolgte eine Prüfung der Funktionstauglichkeit und die Evaluierung hinsichtlich der verbleibenden Forderungen und Wünsche in praktischen Tests. Auch hier konnten nahezu alle Anforderungen vollständig erfüllt werden und somit die Tauglichkeit der entwickelten Antriebsmodule für den praktischen Einsatz nachgewiesen werden. Ein Vergleich der beiden Konzepte zeigte dabei, dass diese jeweils unterschiedliche Stärken und Schwächen haben, so dass je nach Einsatzgebiet entweder die eine oder die andere Variante bevorzugt werden sollte.Item Open Access Direkte Sliding-Mode-Stromregelung von Vorschubantrieben(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Laptev, Igor; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Als innerste Kaskade der Regelung elektrischer Vorschubantriebe muss die Stromregelung mehreren konkurrierenden Anforderungen wie gute dynamische Eigenschaften, große Robustheit sowie energieeffiziente Arbeitsweise gerecht werden. Dies ist unter anderem wegen den nichtlinearen Eigenschaften der Leistungselektronik nicht trivial. Das Stellglied der Stromregelung besitzt einen schaltenden Charakter und frequenzabhängige Schaltverluste. Die klassische PI-Stromregelung kann diese Eigenschaften lediglich indirekt, mittels einer nachgeschalteten Pulsweitenmodulation berücksichtigen. Durch diese Struktur werden die Eigenschaften der Stromregelung und letztendlich des gesamten Vorschubantriebs verschlechtert. Das Ziel vorliegender Arbeit ist die Steigerung der Effizienz elektrischer Vorschubantriebe durch den Einsatz eines neuen direkten Stromregelungskonzeptes. Die neue Regelung soll den oben genannten konkurrierenden Anforderungen besser genügen, als es die zurzeit standardmäßig eingesetzte PI-Stromregelung mit Pulsweitenmodulation ermöglicht. Als Lösungsansatz wird eine sogenannte Sliding-Mode-Regelung (Englisch: Sliding Mode Control, SMC) vorgeschlagen, die in der Regelungstechnik seit Jahrzehnten bekannt ist. Sie hebt sich dabei besonders durch die hohe Robustheit und Dynamik hervor. SMC besitzt einen schaltenden Charakter und ist dadurch prinzipiell gut geeignet für den Einsatz an schaltender Leistungselektronik. Die bekannten Sliding-Mode-Stromregler (SM-Stromregler) weisen jedoch Defizite in Bezug auf hohe Anforderungen an die Regelung der Vorschubachsen auf. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine neue direkte Sliding-Mode-Stromregelung für Servoantriebe in Vorschubachsen entwickelt. Die wesentlichen Nachteile bereits bekannter SM-Stromregler werden dabei durch die besondere Reglerstruktur beseitigt, die sich sowohl in phasenbezogenen Koordinaten als auch in feldorientierten Koordinaten des Motors befindet. Durch den Einsatz von SMC wird ein bedarfsgerechtes Schalten der Leistungselektronik gewährleistet, wodurch die Energieeffizienz des Antriebs erhöht wird. Des Weiteren bietet SMC ein robustes Regelverhalten bei sehr guten dynamischen Eigenschaften. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass die neue direkte SMStromregelung der klassischen PI-Regelung in vielen Gesichtspunkten überlegend ist und versprechen einen Einsatz mit guten wirtschaftlichen Aussichten. Die vorliegende Arbeit weist einen klassischen Aufbau auf. Zunächst wird im Kapitel Wissenschaftlich-technische Problemstellung Stand der Technik in modernen Vorschubantrieben mit den Vor- und Nachteilen herkömmlicher Stromregelung beschrieben. Daraus wird die Zielsetzung für diese Arbeit abgeleitet. Im Kapitel Stand der Forschung werden bekannte Alternativen zum Stand der Technik im Einzelnen beschrieben und klassifiziert. Besondere Aufmerksamkeit ist den direkten Stromregelverfahren und den Reglern auf SMC-Basis gewidmet. Die Defizite bekannter Stromregelverfahren werden abschließend zusammengefasst. Ausgehend aus dem beschriebenen Stand der Forschung wird der Entwurf eines neuen direkten Sliding-Mode-Stromreglers als Lösungseinsatz vorgeschlagen. Im Kapitel Reglerentwurf wird auf die Entwicklung der neuen direkten Sliding- Mode-Stromregelung detailliert eingegangen. Neben dem Entwurf des Regelgesetzes wird die Stabilität der Regelung untersucht. Eine anschauliche Erklärung der SM-Stromregelung ist in ein separates Unterkapitel ausgegliedert und trägt zum besseren Verständnis des theoretischen Teils bei. Des Weiteren werden anhand eines vereinfachten Antriebsmodels Vorschriften für die Reglerparametrierung ausgearbeitet. Im Kapitel Simulative Untersuchung werden anhand eines detaillierten Modells eines Vorschubantriebs Präzision, dynamische Eigenschaften, Robustheit und Energieeffizienz der direkten SM-Stromregelung untersucht. Zum Vergleich wird die herkömmliche Stromregelung ebenso simuliert. Die Simulationsergebnisse werden miteinander verglichen und bewertet. Des Weiteren wird der Einfluss der neuen Stromregelung auf die äußeren Regelkaskaden untersucht und bewertet. Die erzielten theoretischen Ergebnisse werden im Kapitel Experimentelle Verifikation am Versuchsstand unter Beweis gestellt. Zunächst wird der Aufbau des Versuchsstandes vorgestellt und die Besonderheiten der Implementierung erläutert. Experimentelle Untersuchungen stellen den Kern dieses Kapitels dar. Der entworfene Regler wird in der Praxis erprobt. Die Eigenschaften der direkten Sliding- Mode-Stromregelung werden durch unmittelbaren messtechnischen Vergleich mit dem Stand der Technik bewertet. Im Kapitel Zusammenfassung und Ausblick werden die wesentlichen erzielten Ergebnisse zusammengefasst und kritisch bewertet. Mit den Anmerkungen zur möglichen Weiterentwicklung der direkten Sliding-Mode-Stromregelung wird die vorliegende Arbeit abgeschlossen.Item Open Access In vivo assessment of shear wave propagation in pennate muscles using an automatic ultrasound probe alignment system(2023) Zimmer, Manuela; Bunz, Elsa K.; Ehring, Tobias; Kaiser, Benedikt; Kienzlen, Annika; Schlüter, Henning; Zürn, ManuelItem Open Access Verfahren zum flüssigkeitsbasierten Vereinzeln kontaminierter Photovoltaikwafer(2012) Reddig, Kevin; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Der Erfolg der Photovoltaik in Deutschland und der Welt basiert derzeit auf der indirekten Subventionierung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und vergleichbare Instrumente in anderen Regionen. Auch unter der Prämisse, dass der derzeitige Gestehungspreis für konventionell erzeugte Elektrizität die realen Kosten, bedingt durch mögliche zukünftige Umweltschäden und Ressourcenknappheit, nur unzureichend widerspiegelt, sind weitere Kostensenkungen in der Produktion unabdingbar. Durch den hohen Kostenanteil der Wafer am Modul liegt in der Waferfertigung das größte Kostensenkungspotential. Die Vereinzelung feuchter Siliziumwafer ist aus Durchsatz- und Qualitätsaspekten ein wichtiger Schritt in der Fertigung. Durch die hohe Bruchgefahr bei der Handhabung von Wafern kann die Vereinzelung auch wesentlich zur Kostenreduktion beitragen. Die in Literatur und Patenten beschriebenen Verfahren sind derzeit noch nicht in einem ausgereiften Zustand, um die Vereinzelung von Wafern sicher und zuverlässig durchzuführen. Daher sind weitere Anstrengungen in Forschung und Entwicklung nötig, um die derzeitigen und zukünftigen Anforderungen zu erfüllen. Gleichzeitig muss das Verständnis über die Vorgänge bei der Vereinzelung sowie die Einflüsse auf den Wafer weiter vertieft werden. Insbesondere das Schädigungspotential der Vereinzelung auf den Wafer bestimmt die Auslegung eines solchen Systems in besonderem Maße. Die vorliegende Arbeit analysiert zunächst die Ausgangssituation in der derzeitigen Waferproduktion. Die Umgebung in der Waferproduktion ist geprägt durch eine Vielzahl von Einflüssen, besonders durch flüssige Betriebsstoffe wie der Slurry oder auch den Reinigungsmedien. Die zu vereinzelnden Wafer sind fragile und spröde Substrate welche in dieser Umgebung verarbeitet werden müssen. Entsprechend vielseitig ist der derzeitige Stand der Technik zur Vereinzelung, welcher größtenteils in Patentschriften beschrieben ist. Zur weiteren Entwicklung eines Vereinzelungsverfahrens wird die Aufgabe weiter analysiert. Durch Versuche in einer realen Fertigungsumgebung erscheint die Vereinzelung vom Stapel als vielversprechender Ansatz. Die Fragilität des Substrats führt zu der Überlegung, Flüssigkeitsstrahlen zur Vereinzelung der Wafer einzusetzen. Damit soll eine schonende Handhabung der Wafer erzielt werden. Das Prinzip dieser Vereinzelung vom Stapel wird dann zunächst in einem Modell beschrieben und entsprechend berechnet. Zur Überprüfung und Validierung des Modells wird zunächst ein Versuchsstand entwickelt an welchem die Einflüsse der Flüssigkeitsstrahlen auf den Wafer detailliert untersucht werden k¨onnen. Die Erkenntnisse aus dem Betrieb des Versuchsstandes fließen in die Konstruktion eines Prototypen ein. Gleichzeitig können die Einstellungen des Prototypen anhand der Ergebnisse aus den Versuchsreihen initial eingestellt werden. Die Tests mit dem Prototypen zeigen eine prinzipielle Machbarkeit des Verfahrens. Weiterer Bedarf in Forschung und Entwicklung liegt in der Optimierung von Verfahren im industriellen Umfeld. Eine hohe Zuverlässigkeit bei der Vereinzelung bei gleichzeitig störungsunempfindlichem Betrieb sind dabei wichtige Indikatoren für den Erfolg von Vereinzelungsverfahren. Technologisch kommen weitere Anforderungen auf die Waferbehandlung zu. Der Trend zu dünneren Wafern (kleiner als 180- 210 µm) ist derzeit durch die gesunkenen Kosten f¨ur das reine Silizium nicht mehr der zentrale Fokus der Entwicklung. Sobald jedoch weitere Kostensenkungspotentiale an anderer Stelle realisiert werden können, wird die Dicke der Wafer vermutlich wieder an Bedeutung zunehmen. Möglicherweise werden auch größere Waferformate (gröoßer 200mm Kantenlänge) in Zukunft in die Massenfertigung eingeführt werden. Die Verfahren und Anlagen müssen dann entsprechend angepasst werden. Eine weitere einflussreiche Entwicklung kann die Umstellung Slurry-basierter Trennverfahren auf alternative Technologien darstellen. Insbesondere das Sägen mit Diamantdraht (mit Industriediamanten besetzter Schneidedraht) wird die Vereinzelung vor neue Herausforderungen stellen, da sich die Oberflächeneigenschaften damit ändern.Item Open Access Verfahren zum emulationsgestützten MES-Engineering für die Photovoltaikindustrie(2011) Meier, Matthias; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Die Umwandlung von nahezu unbegrenzt verfügbarer Sonnenenergie in elektrische Energie gilt als ein vielversprechender Ansatz, um den wachsenden Energiebedarf weltweit, unabhängig von konventionellen Energieträgern, auch in Zukunft zu sichern. Zwischenzeitlich sieht sich die Photovoltaikindustrie (PV-Industrie) allerdings größeren wirtschaftlichen und technischen Herausforderungen gegenübergestellt. Dazu gehören ein wachsender Kostendruck und die Notwendigkeit zur Verbesserung der Produkte bzw. der Produktqualität. Den Herausforderungen sucht die PV-Industrie auf mehreren Ebenen zu begegnen. Eine dieser Ebenen ist die der Produktionssysteme, die entlang der Lieferkette der Branche zum Einsatz kommen. Bereits ab einer frühen Phase des Anlaufs bietet der zielgerichtete Einsatz produktionsnaher IT-Lösungen Ansatzpunkte zur Unterstützung dieser Optimierungsbemühungen. Manufacturing Execution Systems (MESs) stellen eine wichtige Klasse produktionsnaher IT-Systeme dar, die vorhandenes Optimierungspotential nutzbar machen. Dabei müssen die Risiken, die mit der Einführung und dem Einsatz solcher IT-Lösungen einhergehen, beherrscht werden. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens, das im Kontext der PV-Industrie einen Beitrag dazu leistet, angemessene MES-Lösungen frühzeitiger im Fabriklebenszyklus verfügbar und die mit dem MES-Engineering verbundenen Risiken besser beherrschbar zu machen. Es soll damit der PV-Industrie den Zugang zu und die Akzeptanz von MES-Lösungen erleichtern, die die Verfolgung der Optimierungsziele der Branche unterstützen. Im Anschluss an die Definition zentraler Begrifflichkeiten und die Betrachtung des Produktionsumfelds bzw. der Produktions-IT-Landschaft der PV-Industrie werden die Aufgabenstellungen des MES-Engineering-Prozesses im Kontext des Fabriklebenszyklus der PV-Industrie analysiert. Aus der Analyse wird das Konzept des emulationsgestützten MES-Engineering entwickelt, das sich mehrfach die virtuelle Inbetriebnahme der MES-Lösung zunutze macht und den Prozess der Modellierung der virtuellen Produktionsumgebung konsequent in den MES-Engineering-Prozess integriert. Dazu wird einerseits eine hoch skalierbare Emulationsplattform entwickelt und prototypisch implementiert, in der virtuelle Fabriken modelliert und ausgeführt werden können, die Produktionsanlagen aus Sicht des MES mit ihrer realen IT-Schnittstelle abbilden. Andererseits werden Mechanismen zur nahtlosen Integration des Werkzeugs der Emulationsplattform in die Prozesse des MES-Engineering geliefert und exemplarisch für ein iteratives, inkrementelles Vorgehen beschrieben. Der Einsatz des Verfahrens und der Werkzeuge wird im Kontext zweier realer MES-Engineering Projekte evaluiert. In beiden Fällen wurden die mit dem Einsatz des emulationsgestützten MES-Engineering verfolgen Optimierungsziele erreicht.