De la recherche fondamentale au partenariat industriel

Stations de micro-assemblage

Stations de micromanipulation et de micro-assemblage

Depuis une dizaine d’année le département AS2M (Automatique et Systèmes Micromécatronique) de l’institut Femto-ST a développé de nombreuses connaissances et des composants mécatroniques performants pour manipuler et assembler dans le micromonde. Plus récemment, une volonté forte d’intégration a permis au groupe de recherche SAMMI (Systèmes Automatisés de Micromanipulation et Micro-assemblage) de créer deux stations de micro-assemblage. Ces dispositifs sont des robots compacts, précis et agiles permettant de manipuler des objets de quelques millimètres à quelques micromètres. Ils sont pilotables par un opérateur humain qui peut être assisté par le robot pour effectuer des tâches automatiques. Ces stations robotisées de micromanipulation permettent l’assemblage de micromécanismes et de MEMS avec des précisions microniques et submicroniques.

Les stations de micro-assemblage développées au laboratoire sont des prototypes fonctionnels qui ont montrés leurs capacités dans le domaine du micro-assemblage téléopéré, c'est-à-dire piloté par un opérateur humain. Ces dispositifs ont permis de réaliser la manipulation de composants mécaniques, électroniques, optiques et MEMS de quelques millimètres à quelques micromètres. Aujourd'hui, l'effort de recherche se développe sur deux axes : continuer l'avancée dans le micromonde pour arriver au nanomonde en réduisant la taille des objets manipuler, et automatiser le plus possible les tâches de manipulation et d'assemblage.

Station SAMMI

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Cette station est le prototype principal de l'équipe et permet la réalisation d'assemblage de microcomposant dont la taille est comprise entre 100 µm et quelques millimètres.

C'est une structure robotique 5 axes de haute précision (3 translation et 2 rotations) portant une micropince MMOC développée au laboratoire et brevetée en 2002. Cet ensemble robot / pince est complété d'un système de vision binoculaire motorisé et d'un contrôle environnemental permettant de filtrer les poussières (classe 100). L'ensemble est commandé par deux PC qui permettent à l'opérateur d'envoyer des consignes par le joystick de pilotage et d'observer en temps réel la scène de micro-assemblage par la caméra du système de vision.

Etant à la fois un démonstrateur technologique et une plate-forme expérimentale, cette station permet aux chercheurs du laboratoire d'expérimenter toutes sortes de travaux (d'algorithmes de vision par ordinateur, gammes de micro-assemblage, tests de capteurs et d'actionneurs, etc.).

Sation SAMMI globale

Vue globale de la station SAMMI. Le robot complet est situé sur la table anti-vibration à gauche et protégé par une hôte à flux laminaire. Les PC et le joystick de pilotage sont visibles sur la droite de l'image.

Sation SAMMI détail

Vue globale de la zone d'assemblage. Une pièce de 400 µm de côté est saisie par les mors de la pince MMOC visible au centre. Cette pièce va être assemblée sur la plate-forme compliante.

Station PRONOMIA

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Cette station de micro-assemblage a été conçue et réalisée au cours du projet ANR PRONOMIA (n° 05-BLAN-0325-01). Elle permet la manipulation et l'assemblage de microcomposants dont la taille est comprise entre 10 µm et quelques centaines de micromètres dans un environnement classique ou en milieu liquide.

C'est une structure robotique à 6 axes de précision (3 translations et 3 rotations) portant une pince MMOC spécialement configurée pour saisir des objets d'une taille inférieure à 100 µm. L'utilisation indispensable d'un microscope inversé pour manipuler en milieu liquide a nécessité un développement adapté du robot pour construire la station autour du microscope. De même que pour la station SAMMI, la station PRONOMIA est pilotée par deux PC et un joystick, les flux vidéo étant retransmis en temps réel à l'utilisateur.

Le projet PRONOMIA se terminant mi-2009, la station est utilisée en support pour des recherches en micromanipulation d'objets microniques, et en micro-assemblage en milieu liquide utilisant des procédés innovants (diélectrophorèse, fonctionnalisation de surface, préhenseur à changement de phase, etc.)

Ce prototype a reçu un Micron d'or sur le salon MICRONORA 2008 dans la catégorie "Prototypes microsystèmes réservés aux organismes de recherche".

Station PRONOMIA

Vue détaillée de la station PRONOMIA, permettant d'observer ses différents composants, dont la pince MMOC.

Assemblage Puzzle

Séquence d'assemblage de deux composants silicium de 40x40x5µm3 sur la station PRONOMIA.

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