Die wichtigsten Fortschritte im Bewegungsbereich des letzten Jahrzehnts fanden in den Bereichen Steuerungssysteme und Elektronik statt.

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 haben sogar Formen, 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. Spezielle Radmaterialien und Lagerkonstruktionen sind für die hohen Beschleunigungsraten 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 Rotations-zu-Linear-Komponenten zur Kostensenkung bei. Bei großformatigen Anwendungen können Servo-Riementische 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 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 von Verpackungslinien heutzutage keine Zeit haben, Mehrachsenfunktionen von Grund auf neu zu entwickeln. Diese Ingenieure wünschen sich 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.

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 anders. Der Bedarf an kleinen, hochpräzisen Bewegungskomponenten für Anwendungen in der Spitzenforschung, den Biowissenschaften und der Physik steigt. FUYU bietet jetzt hochpräzise Bewegungstische mit geringem Platzbedarf, wie die Miniature Precision (MP)-Serie, für anspruchsvolle wissenschaftliche Anwendungen an.

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.