Auslegung und Konstruktion einer Präzisionspositionierung als Vorführmodell

Studienarbeit

Felix Herzog, SS 2015

Aufgabenstellung/Zielsetzung

Die Aufgabe dieser Studienarbeit bestand in der Konstruktion einer Präzisionspositionierung als Vorführmodell. Es soll dazu dienen Studieninteressierten den Studiengang Mechatronik und Mikrosystemtechnik näher zu bringen. Als Referenz besteht bereits ein Aufbau aus einer Masterarbeit, welcher dazu dient ein optisches Gitter in einem Mikroskop zu positionieren. Diese Konstruktion soll für das Vorführmodell abgewandelt werden. Dabei soll ein Auslegung für das Gelenkgetriebe und den Schrittmotor durchgeführt werden. Zudem muss ein Weg gefunden werden die Bewegung im μ- Bereich, welche der Aufbau ausführt, für das bloße Auge sichtbar zu machen.

Versuche zur Visualisierung der Bewegung

Der größte praktische Teil dieser Studienarbeit bestand darin, im Optiklabor verschieden Möglichkeiten zu Testen wie die Bewegung sichtbar gemacht werden kann. Im ersten Versuch wurde getestet, ob die Bewegung vergrößert projiziert werden kann.

Bild 1: Versuchsaufbau im Labor - Projizieren eines optischen Gitters

In einem anderen Laboraufbau wurde getestet, ob man mit der Präzisionspositionierung den Abstand eines optischen Spalts einstellen kann.

Bild 2: Versuchsaufbau im Labor - Beugungsbild eines Lasers am Einzelspalt

Das Beugungsbild stellte sich jedoch wie schon der erste Versuch als zu lichtschwach heraus. Eine weitere Idee bestand darin die Präzisionspositionierung für die Fokussierung eines Lasers zu verwenden. Um diese Idee zu testen wurde ein Aufbau aus einem ausgeschlachteten DVD-Laufwerk gebaut und getestet.

Bild 3: links: Konstantstromquelle mit LM317, rechts Linse und Laserdiode aus DVD-Laufwerk

Dieser Versuch war vielversprechend. Zudem wurde eine Rechnung durchgeführt um abzuschätzen wie stark die Linse bewegt werden muss um den Laser von 2 mm auf 20 mm Durchmesser zu defokussieren. Das Ergebnis betrug 18 μm. Daher wurde diese Art der Visualisierung umgesetzt.

Konstruktion des Aufbaus

Die Konstruktion in CATIA wurde zunächst anhand der Zeichnungen des bereits vorhandenen Aufbaus gestartet. Sie musste dann an ihren neuen Zweck angepasst werden. Die Positionierung der Linse vor der Laserdiode erfordert auch eine Möglichkeit die Linsenposition zu justieren.

Bild 4: Explosionsdarstellung der Kernbaugruppe

Die Baugruppe aus Bild 4 nimmt die Linse sowie die Laserdiode auf und ermöglicht eine Justieren der Linsenposition. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Laserstrahl genau auf die Linse fällt.

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