Heutzutage können Positionierungstische spezifische und anspruchsvolle Leistungsanforderungen erfüllen. Das liegt daran, dass die maßgeschneiderte Integration und die neueste Bewegungsprogrammierung den Bühnen jetzt zu unglaublicher Genauigkeit und Synchronisierung verhelfen. Darüber hinaus helfen Fortschritte bei mechanischen Teilen und Motoren OEMs dabei, eine bessere Integration von mehrachsigen Positionierungs- und Bühnenplänen zu planen.

Mechanische Fortschritte für Bühnen

Bedenken Sie, wie herkömmliche Bühnenkonstruktionen Linearachsen in XYZ-Aktuatorkombinationen kombinieren. In einigen (jedoch nicht allen) Fällen können solche seriellen kinematischen Konstruktionen sperrig sein und akkumulierte Positionierungsfehler aufweisen. Im Gegensatz dazu geben integrierte Setups (unabhängig davon, ob sie im gleichen kartesischen Bühnenformat oder in anderen Anordnungen wie Hexapoden und Stewart-Plattformen vorliegen) präzisere Bewegungen aus, die von Controlleralgorithmen vorgegeben werden, ohne dass sich Bewegungsfehler ansammeln.

Herkömmliche schraubengetriebene Bühnen (mit Motor und Getriebe an einem Bühnenende) sind einfach zu implementieren, wenn die Nutzlast keine eigene Stromversorgung benötigt und die Gesamtlänge kein Problem darstellt. Andernfalls kann das Getriebe am Ende des Motorhubs in den Tisch gelangen, so dass nur die Motorlänge zur gesamten Stellfläche des Positioniertischs beiträgt.

Bei Bedarf können kartesische Aufbauten auch Fehler minimieren, wenn sie vorab mit Spezialkomponenten – zum Beispiel Linearmotoren – integriert werden. Diese sind derzeit auf dem Vormarsch bei Produktionsmaschinen für Hochgeschwindigkeitsverpackungen.

Einige dieser Unterkomponenten kommen sogar in Formen vor, die traditionelle Vorstellungen über die Bühnenmorphologie in Frage stellen. Gebogene Linearmotorabschnitte ermöglichen vollständige ovale Schleifen der Kraftübertragung. Hier halten Führungsräder das bewegliche Element für eine optimale Kraftübersetzung in präzisen Abständen von den Magneten. Für die hohen Beschleunigungsraten sind spezielle Radmaterialien und Lagerkonstruktionen erforderlich – Bewegungssysteme, die noch vor wenigen Jahren unmöglich waren.

Bei kleineren Positionierungstischen steigern genauere Rückkopplungsgeräte, effiziente Motoren und Antriebe sowie leistungsstärkere Lager die Leistung – insbesondere beispielsweise bei Nanopositionierungstischen mit integrierten Direktantriebsmotoren.

Andernorts tragen kundenspezifische Versionen herkömmlicher Rotations-zu-Linear-Komponenten dazu bei, die Kosten niedrig zu halten. Laut Mike Everman, Principal und Chief Technology Officer bei Bell Everman, können großformatige Anwendungen Servobandstufen ohne Längenbeschränkung miteinander verbinden. Der Antrieb solcher Langhubtische mit Linearmotoren kann zu teuer sein, und der Antrieb mit Schrauben oder herkömmlichen Riemen kann eine Herausforderung darstellen.

Es gibt einen Vorbehalt bei der Wahl zwischen maßgeschneiderten oder handelsüblichen Bewegungsprodukten (COTS).

Bei der Entscheidung zwischen einer kundenspezifischen Lösung oder einem Standarddesign kommt es vor allem auf die Anwendungsanforderungen an. Wenn eine Standardlösung verfügbar ist und alle Anwendungsanforderungen erfüllt, ist dies die offensichtliche Wahl. In der Regel sind kundenspezifische Setups teurer, aber genau auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten.

Fortschritte in der Elektronik der Positionierungstische

Elektronik mit rauscharmer Rückkopplung und bessere Leistungsverstärker tragen dazu bei, die Leistung der Positionierungsbühne zu steigern, und Steueralgorithmen verbessern die Positionierungsgenauigkeit und den Durchsatz. Kurz gesagt, Steuerungen bieten Ingenieuren mehr Möglichkeiten denn je, die Bewegung von Positioniertischachsen zu vernetzen und zu korrigieren.

Bedenken Sie, dass die heutigen Integratoren von Verpackungslinien keine Zeit haben, mehrachsige Funktionen von Grund auf zu entwickeln. Laut Everman wollen diese Ingenieure einfach Roboter, die kommunizieren und den Produktfluss durch eine Reihe von Arbeitsstationen vereinfachen. In immer mehr Fällen liegt die Antwort auf Sonderkontrollen, auch weil Kontrollen weitaus wirtschaftlicher sind als noch vor zehn Jahren.

Anwendungen fördern Innovationen in der Positionierungsphase

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

Alle diese Branchen treiben den Wandel auf die eine oder andere Weise voran. In hochpräziser Bewegung werden wir von Branchen angetrieben, die versuchen, Ausbeuten und Genauigkeiten auf ein Niveau zu bringen, das noch vor wenigen Jahren unerreichbar war. Wir sind uns darüber im Klaren, dass eine Einheitsgröße nie für alle passt und nur selten für die meisten passt.

Obwohl die Hersteller maßgeschneiderte Designs für alle Branchen liefern, drängen High-Tech-Branchen (z. B. Medizin, Halbleiter und Datenspeicherung) auf spezialisiertere Stufen. Dies kommt hauptsächlich von Kunden, die einen Wettbewerbsvorteil suchen.

Andere sehen das etwas anders. Es besteht ein zunehmender Bedarf an kleinen, hochpräzisen Bewegungskomponenten für Anwendungen in der Spitzenforschung, den Biowissenschaften und der Physik. Er sieht jedoch, dass sich diese Branchen von kundenspezifischen Stufen hin zu standardisierten Produkten bewegen, die leichter verfügbar sind. Für anspruchsvolle wissenschaftliche Anwendungen sind jetzt hochpräzise Bewegungstische mit geringem Platzbedarf wie die Miniature Precision (MP)-Serie von Bishop-Wisecarver erhältlich.

Die groß angelegten Schritte der Industrie hin zur Miniaturisierung haben sicherlich dazu geführt, dass einige Designs in der Positionierungsphase hin zur kundenspezifischen Anpassung übergegangen sind. Der Markt für Unterhaltungselektronik ist ein Treiber der Miniaturisierung, insbesondere im Zusammenhang mit der Verpackung beispielsweise in Form dünnerer Telefone und dünnerer Fernseher. Mit diesen physisch kleineren Geräten geht jedoch eine höhere Leistung einher, beispielsweise mehr Speicher und schnellere Prozessoren. Um hier eine bessere Leistung zu erzielen, sind schnellere und genauere Automatisierungsschritte erforderlich.

Allerdings liegen die Anforderungen an Geräteverpackung und optische Kopplung deutlich unter einem Mikrometer. Die Verknüpfung dieser Toleranzen mit den Durchsatzanforderungen der Massenproduktion stellt eine schwierige Automatisierungsherausforderung dar. In vielen dieser Fälle müssen die Stufe(n) – oder noch wichtiger: die komplette Automatisierungslösung – individuell an die genauen Bedürfnisse des Endkunden angepasst werden.

Das Internet der Dinge hält Einzug in Positionierungsphasen-Setups. In der heutigen vernetzten Welt erwarten Verbraucher, dass Produkte miteinander verbunden sind und zusammenarbeiten. Es besteht kein Zweifel, dass das IoT alle Ebenen der Bewegungssteuerung und Fabrikautomation erreichen wird. Unsere Produkte sind für die Unterstützung einer vernetzten Fabrik bestens gerüstet. Unabhängig davon, ob diese Verbindung über eine SPS, einen Feldbus, drahtlos, Ethernet oder über analog-digitale I/O-Antriebe erfolgt, bieten unsere Antriebe und Steuerungen Lösungen für die Fabrikkonnektivität. Zukünftige Entwicklungen sind in Arbeit, um diese Konnektivität weiter zu verbessern.

Da wir gemeinsam Fortschritte in Richtung einer vernetzten Fabrik mit einem höheren Automatisierungsgrad machen, wird die Notwendigkeit einer präzisen Überwachung des Maschinenzustands zunehmen. Eine zuverlässige, datengesteuerte Rückmeldung des Maschinenstatus hat das Potenzial, unvorhergesehene Maschinenausfälle zu verhindern.

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

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