Die größten Fortschritte im Bewegungsbereich wurden im letzten Jahrzehnt bei Steuerungssystemen und Elektronik erzielt.

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. Dabei halten Führungsräder das bewegliche Element in präzisen Abständen von den Magneten und sorgen so für eine optimale Kraftübersetzung. Für die hohen Beschleunigungswerte 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. Bei großformatigen Anwendungen können Servobandstufen 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 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. Diese Ingenieure wollen 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.

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. Für anspruchsvolle wissenschaftliche Anwendungen sind jetzt hochpräzise Bewegungstische mit geringem Platzbedarf wie die Miniature Precision (MP)-Serie von FUYU 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.