Positioniertische erfüllen heute spezifische und anspruchsvolle Leistungsanforderungen. Dank maßgeschneiderter Integration und modernster Bewegungsprogrammierung erreichen sie höchste Genauigkeit und Synchronisierung. Darüber hinaus unterstützen Fortschritte bei mechanischen Teilen und Motoren OEMs bei der Planung einer besseren Integration mehrachsiger Positioniertische.

Mechanische Vorschübe für Bühnen

Betrachten Sie, wie herkömmliche Bühnenkonstruktionen Linearachsen in XYZ-Aktuatorkombinationen kombinieren. In einigen (aber nicht allen) Fällen können solche seriellen kinematischen Konstruktionen sperrig sein und akkumulierte Positionierungsfehler aufweisen. Im Gegensatz dazu erzeugen integrierte Aufbauten (egal ob im gleichen kartesischen Bühnenformat oder anderen Anordnungen wie Hexapoden und Stewart-Plattformen) präzisere Bewegungen, die von Steuerungsalgorithmen vorgegeben werden, ohne dass sich Bewegungsfehler akkumulieren.

Herkömmliche spindelgetriebene Tische (mit Motor und Getriebe an einem Tischende) sind einfach zu implementieren, wenn die Nutzlast keine eigene Stromversorgung benötigt und die Gesamtlänge kein Problem darstellt. Andernfalls kann das Getriebe am Motorende des Tisches integriert werden, sodass lediglich die Motorlänge den Platzbedarf des Positioniertisches vergrößert.

Bei Bedarf können kartesische Aufbauten auch Fehler minimieren, wenn sie mit Spezialkomponenten – beispielsweise Linearmotoren – vorintegriert sind. Diese sind derzeit in Produktionsmaschinen für Hochgeschwindigkeitsverpackungen auf dem Vormarsch.

Einige dieser Unterkomponenten weisen sogar Formen auf, die traditionelle Vorstellungen von der Morphologie von Bühnen in Frage stellen. Gebogene Linearmotorabschnitte ermöglichen vollständig ovale Schleifen der Kraftübertragung. Führungsräder halten dabei das bewegliche Element in präzisem Abstand zu den Magneten, um eine optimale Kraftübertragung zu gewährleisten. Für die hohen Beschleunigungsraten sind spezielle Radmaterialien und Lagerkonstruktionen erforderlich – Bewegungssysteme, die noch vor wenigen Jahren undenkbar waren.

Bei kleineren Positioniertischen steigern genauere Rückkopplungsgeräte, effizientere Motoren und Antriebe sowie leistungsstärkere Lager die Leistung – insbesondere beispielsweise bei Nanopositioniertischen mit integrierten Direktantriebsmotoren.

Darüber hinaus tragen kundenspezifische Versionen herkömmlicher Dreh-zu-Linear-Komponenten zur Kostensenkung bei. Laut Mike Everman, Principal und Chief Technology Officer bei Bell Everman, können Servo-Riementische bei großformatigen Anwendungen ohne Längenbeschränkung miteinander verbunden werden. Der Antrieb solcher Langhubtische mit Linearmotoren kann zu teuer sein, und der Antrieb mit Schrauben oder herkömmlichen Riemen kann eine Herausforderung darstellen.

Bei der Auswahl zwischen kundenspezifischen oder handelsüblichen Bewegungsprodukten (COTS) gibt es einen Vorbehalt.

Bei der Entscheidung zwischen einer kundenspezifischen Lösung und einem Standarddesign kommt es vor allem auf die Anwendungsanforderungen an. Wenn eine Standardlösung verfügbar ist und alle Anwendungsanforderungen erfüllt, ist diese die naheliegendste Wahl. Kundenspezifische Konfigurationen sind in der Regel teurer, aber genau auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten.

Fortschritte in der Elektronik von Positioniertischen

Elektronik mit rauscharmer Rückkopplung und besseren Leistungsverstärkern steigert die Leistung des Positioniertisches, und Steuerungsalgorithmen verbessern die Positioniergenauigkeit und den Durchsatz. Kurz gesagt: Steuerungen bieten Ingenieuren mehr Möglichkeiten denn je, die Bewegung der Positioniertischachsen zu vernetzen und zu korrigieren.

Man denke nur daran, dass die Integratoren heutiger Verpackungslinien keine Zeit haben, Mehrachsenfunktionen von Grund auf neu zu entwickeln. Diese Ingenieure wünschen sich laut Everman lediglich kommunizierende Roboter und einen einfachen Produktfluss durch mehrere Arbeitsstationen. In immer mehr Fällen liegt die Lösung in Spezialsteuerungen, auch weil diese heute deutlich wirtschaftlicher sind als noch vor zehn Jahren.

Anwendungen fördern Innovationen in der Positionierungsphase

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

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

Obwohl Hersteller kundenspezifische Designs für alle Branchen liefern, drängen Hightech-Branchen (wie Medizin, Halbleiter und Datenspeicherung) auf spezialisiertere Entwicklungsstufen. Dies liegt vor allem an Kunden, die nach Wettbewerbsvorteilen suchen.

Andere sehen das etwas anders. Der Bedarf an kleinen, hochpräzisen Bewegungskomponenten für Anwendungen in der Spitzenforschung, den Biowissenschaften und der Physik steigt. Er beobachtet jedoch, dass sich diese Branchen von kundenspezifischen Tischen hin zu standardisierten, leichter verfügbaren Produkten bewegen. Hochpräzise Bewegungstische mit geringem Platzbedarf, wie die Miniature Precision (MP)-Serie, sind jetzt von Bishop-Wisecarver für anspruchsvolle wissenschaftliche Anwendungen erhältlich.

Der groß angelegte Trend zur Miniaturisierung in der Industrie hat sicherlich dazu geführt, dass einige Designphasen kundenspezifisch angepasst werden müssen. Der Markt für Unterhaltungselektronik ist ein Treiber der Miniaturisierung, insbesondere im Hinblick auf die Verpackung, beispielsweise in Form dünnerer Telefone und Fernseher. Mit diesen physisch kleineren Geräten geht jedoch auch eine höhere Leistung einher, beispielsweise durch mehr Speicher und schnellere Prozessoren. Um hier eine bessere Leistung zu erzielen, sind schnellere und präzisere Automatisierungsphasen erforderlich.

Die Anforderungen an die Geräteverpackung und die optische Kopplung liegen jedoch deutlich unter einem Mikrometer. Die Kombination dieser Toleranzen mit den Durchsatzanforderungen der Serienproduktion stellt eine große Herausforderung für die Automatisierung dar. In vielen dieser Fälle müssen die einzelnen Stufen – oder, noch wichtiger, die komplette Automatisierungslösung – individuell an die Bedürfnisse des Endkunden angepasst werden.

Das IoT hält Einzug in Positionier- und Bühnenaufbauten. In der heutigen vernetzten Welt erwarten Verbraucher, dass Produkte vernetzt sind und zusammenarbeiten. Es besteht kein Zweifel, dass das IoT alle Ebenen der Bewegungssteuerung und Fabrikautomatisierung erreichen wird. Unsere Produkte sind bestens gerüstet, um eine vernetzte Fabrik zu unterstützen. Ob die Vernetzung über SPS, Feldbus, drahtlos, Ethernet oder analog-digitale E/A erfolgt – unsere Antriebe und Steuerungen bieten Lösungen für die Fabrikvernetzung. Zukünftige Entwicklungen sind in Planung, um diese Konnektivität weiter zu verbessern.

Mit dem gemeinsamen Fortschritt hin zur vernetzten Fabrik mit höherem Automatisierungsgrad wächst der Bedarf an einer präzisen Überwachung des Maschinenzustands. Zuverlässige, datenbasierte Rückmeldungen zum Maschinenstatus können unvorhergesehene Maschinenausfälle verhindern.

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

Eingebettete Sensoren in Linearlagern und -führungen überwachen Änderungen der Betriebstemperatur und zusätzliche Vibrationen, die beide wichtige Indikatoren für Lagerausfälle sind. Durch die Überwachung dieser Parameter direkt am Lager können Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden, bevor es zu einem Ausfall kommt.