Moderne Positioniertische erfüllen spezifische und anspruchsvolle Anforderungen. Dank kundenspezifischer Integration und modernster Bewegungsprogrammierung erreichen sie eine herausragende Genauigkeit und Synchronisation. Fortschritte bei mechanischen Bauteilen und Motoren ermöglichen OEMs zudem eine optimierte Integration von Mehrachsen-Positioniertischen.

Mechanische Fortschritte für Stufen

Betrachten wir die traditionelle Anordnung von Linearachsen in XYZ-Aktuatorkombinationen. In manchen (wenn auch nicht allen) Fällen können solche seriellen Kinematikkonstruktionen sperrig sein und zu akkumulierten Positionsfehlern führen. Im Gegensatz dazu ermöglichen integrierte Systeme (unabhängig davon, ob sie im gleichen kartesischen Tischformat oder in anderen Anordnungen wie Hexapoden und Stewart-Plattformen realisiert sind) präzisere Bewegungen, die von Steuerungsalgorithmen ohne Bewegungsfehlerakkumulation vorgegeben werden.

Konventionelle Spindelantriebe (mit Motor und Getriebe an einem Ende) lassen sich einfach realisieren, wenn die Nutzlast keine eigene Stromversorgung benötigt und die Gesamtlänge keine Rolle spielt. Andernfalls kann das Getriebe im Inneren des Positioniertisches am Motorende platziert werden, sodass nur die Motorlänge die Gesamtfläche des Positioniertisches vergrößert.

Bei Bedarf können kartesische Anordnungen auch Fehler minimieren, wenn sie mit Spezialkomponenten – beispielsweise Linearmotoren – vorintegriert sind. Diese finden derzeit breite Anwendung in Produktionsmaschinen für Hochgeschwindigkeitsverpackungen.

Manche dieser Subkomponenten weisen sogar Formen auf, die traditionelle Vorstellungen von Bühnenmorphologie in Frage stellen. Gebogene Linearmotorabschnitte ermöglichen vollständig ovale Kraftübertragungsschleifen. Hierbei halten Führungsräder das bewegliche Element in präzisen Abständen zu den Magneten, um eine optimale Kraftübertragung zu gewährleisten. Spezielle Radmaterialien und Lagerkonstruktionen sind für die hohen Beschleunigungswerte erforderlich – Bewegungssysteme, die noch vor wenigen Jahren undenkbar waren.

Bei kleineren Positioniereinheiten steigern genauere Rückkopplungseinrichtungen, effiziente Motoren und Antriebe sowie leistungsfähigere Lager die Leistungsfähigkeit – insbesondere bei Nanopositioniereinheiten mit integrierten Direktantriebsmotoren.

Andernorts tragen kundenspezifische Ausführungen herkömmlicher Dreh-Linear-Komponenten zur Kostensenkung bei. Laut Mike Everman, Principal und Chief Technology Officer bei Bell Everman, können bei großformatigen Anwendungen Servoriemen-Positioniertische ohne Längenbeschränkung miteinander verbunden werden. Der Antrieb solcher Langhub-Positioniertische mit Linearmotoren kann zu teuer sein, und der Antrieb mit Spindeln oder herkömmlichen Riemen stellt eine Herausforderung dar.

Bei der Wahl zwischen kundenspezifischen und handelsüblichen Standard-Bewegungssystemen (COTS) ist jedoch eine Einschränkung zu beachten.

Bei der Entscheidung zwischen einer individuellen Lösung und einer Standardlösung kommt es letztendlich auf die Anwendungsanforderungen an. Ist eine Standardlösung verfügbar, die alle Anforderungen erfüllt, ist dies die naheliegende Wahl. Individuelle Lösungen sind in der Regel teurer, aber exakt auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten.

Fortschritte bei der Elektronik von Positionierbühnen

Elektronik mit rauscharmer Rückkopplung und leistungsstärkeren Verstärkern trägt zur Steigerung der Positioniergenauigkeit bei, und Regelalgorithmen verbessern die Positioniergenauigkeit und den Durchsatz. Kurz gesagt: Die Steuerung bietet Ingenieuren mehr Möglichkeiten denn je zur Vernetzung und Korrektur der Bewegung der Positionierachsen.

Heutzutage haben Integratoren von Verpackungslinien keine Zeit, mehrachsige Funktionen von Grund auf neu zu entwickeln. Laut Everman wünschen sich diese Ingenieure lediglich Roboter, die miteinander kommunizieren, und einen einfachen Produktfluss durch eine Reihe von Arbeitsstationen. In immer mehr Fällen sind Spezialsteuerungen die Lösung, auch weil diese deutlich wirtschaftlicher sind als noch vor zehn Jahren.

Anwendungen treiben Innovationen in der Positionierungsphase voran.

Mehrere Branchen – Halbleiter und Elektronik, Medizin, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Maschinenbau – treiben Veränderungen in den heutigen Bühnen und Portalen voran.

Alle diese Branchen treiben den Wandel auf die eine oder andere Weise voran. Im Bereich der hochpräzisen Bewegungstechnik werden wir von Branchen angetrieben, die versuchen, Erträge und Genauigkeiten auf ein Niveau zu heben, das vor wenigen Jahren noch unerreichbar war. Uns ist bewusst, dass eine Einheitslösung nie für alle und selten für die meisten passt.

Obwohl Hersteller kundenspezifische Designs für alle Branchen anbieten, sind es vor allem Hightech-Branchen (wie Medizintechnik, Halbleiterindustrie und Datenspeicherung), die auf spezialisiertere Fertigungsstufen drängen. Dies liegt hauptsächlich an den Kunden, die sich Wettbewerbsvorteile sichern wollen.

Andere sehen das etwas anders. Es besteht ein zunehmender Bedarf an kleinen, hochpräzisen Bewegungskomponenten für Anwendungen in der Spitzenforschung, den Lebenswissenschaften und der Physik. Er beobachtet jedoch, dass diese Branchen von kundenspezifischen Systemen hin zu standardisierten, leichter verfügbaren Produkten tendieren. Kompakte, hochpräzise Bewegungssysteme wie die Miniature Precision (MP)-Serie sind nun von Bishop-Wisecarver für anspruchsvolle wissenschaftliche Anwendungen erhältlich.

Die großflächigen Miniaturisierungsbestrebungen der Industrie haben zweifellos dazu geführt, dass in der Positionierungsphase des Designs vermehrt auf Individualisierung gesetzt wird. Der Markt für Unterhaltungselektronik treibt diese Miniaturisierung voran, insbesondere im Hinblick auf die Gehäuse, beispielsweise durch dünnere Smartphones und Fernseher. Mit diesen physisch kleineren Geräten geht jedoch auch eine höhere Leistung einher, etwa durch mehr Speicherplatz und schnellere Prozessoren. Um diese Leistungssteigerung zu erzielen, sind schnellere und präzisere Automatisierungsprozesse erforderlich.

Die Anforderungen an die Gerätegehäuse und die optische Kopplung liegen jedoch weit unterhalb eines Mikrometers. Diese Toleranzen in Verbindung mit den Durchsatzanforderungen der Serienfertigung stellen eine schwierige Automatisierungsherausforderung dar. In vielen Fällen muss der oder die Fertigungstische – oder, noch wichtiger, die gesamte Automatisierungslösung – kundenspezifisch an die exakten Bedürfnisse des Endkunden angepasst werden.

Das Internet der Dinge (IoT) hält Einzug in Positionierungsanlagen. In der heutigen vernetzten Welt erwarten Verbraucher, dass Produkte miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten. Zweifellos wird das IoT alle Ebenen der Bewegungssteuerung und Fabrikautomation erreichen. Unsere Produkte sind bestens für die vernetzte Fabrik gerüstet. Ob die Vernetzung über SPS, Feldbus, drahtlos, Ethernet oder analog-digitale Ein-/Ausgänge erfolgt – unsere Antriebe und Steuerungen bieten Lösungen für die Fabrikvernetzung. Zukünftige Entwicklungen zur weiteren Verbesserung dieser Vernetzung sind bereits in Arbeit.

Mit den gemeinsamen Fortschritten hin zur vernetzten Fabrik mit höherem Automatisierungsgrad wächst auch der Bedarf an präziser Überwachung des Maschinenzustands. Zuverlässiges, datengestütztes Feedback zum Maschinenstatus birgt das Potenzial, unvorhergesehene Maschinenausfälle zu vermeiden.

IoT-Funktionen werden bereits in der Halbleiterfertigung und bei Automatisierungsaufgaben eingesetzt, die teure Werkstücke bearbeiten.

In Linearführungen und -lagern integrierte Sensoren überwachen Änderungen der Betriebstemperaturen und zusätzliche Vibrationen, die beide frühzeitig auf einen Lagerausfall hindeuten. Durch die Überwachung dieser Parameter direkt am Lager können Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden, bevor es zu einem Ausfall kommt.