3 Schritte zum Entwurf Ihres linearen Positionierungssystems

Kartesische Roboter arbeiten in zwei oder drei Achsen entlang des kartesischen Koordinatensystems X, Y und Z. Während SCARA- und 6-Achs-Roboter bekannter sind, finden sich kartesische Systeme in nahezu jeder erdenklichen industriellen Anwendung, von der Halbleiterfertigung bis hin zu Holzbearbeitungsmaschinen. Kein Wunder also, dass kartesische Roboter so weit verbreitet sind. Sie sind in nahezu unbegrenzten Konfigurationen erhältlich und lassen sich problemlos an die genauen Anwendungsparameter anpassen.

Während kartesische Roboter traditionell von Integratoren und Endnutzern intern entwickelt und gebaut wurden, bieten die meisten Hersteller von Linearantrieben heute vorgefertigte kartesische Roboter an, die den Zeitaufwand für Entwicklung, Montage und Inbetriebnahme im Vergleich zum Neuaufbau eines Systems deutlich reduzieren. Bei der Auswahl eines vorgefertigten kartesischen Roboters sollten Sie drei Punkte beachten, um sicherzustellen, dass Sie das optimale System für Ihre Anwendung erhalten.

【Orientierung】

Die Ausrichtung wird oft durch die Anwendung vorgegeben. Ein entscheidender Faktor ist, ob die Teile von oben oder unten gehandhabt werden müssen oder der Prozess von unten erfolgen soll. Es ist außerdem wichtig sicherzustellen, dass das System nicht mit anderen stationären oder beweglichen Teilen kollidiert und keine Sicherheitsgefahr darstellt. Glücklicherweise sind kartesische Roboter in vielen verschiedenen XY- und XYZ-Konfigurationen erhältlich, um Anwendungs- und Platzbeschränkungen gerecht zu werden. Innerhalb der standardmäßigen mehrachsigen Ausrichtungen gibt es auch Optionen, die Aktuatoren aufrecht oder seitlich zu montieren. Diese Konstruktionsentscheidung wird in der Regel unter Berücksichtigung der Steifigkeit getroffen, da einige Aktuatoren (insbesondere solche mit doppelten Führungsschienen) bei seitlicher Montage eine höhere Steifigkeit aufweisen.

Für die äußerste Achse (Y in einer XY-Konfiguration oder Z in einer XYZ-Konfiguration) kann der Konstrukteur wählen, ob die Basis fixiert und der Schlitten beweglich sein soll oder ob der Schlitten fixiert und die Basis beweglich sein soll. Der Hauptgrund dafür, den Schlitten zu fixieren und die Basis zu bewegen, sind Störungen. Wenn der Aktuator in einen Arbeitsbereich hineinragt und aus dem Weg geräumt werden muss, während andere Systeme oder Prozesse durchlaufen, kann durch das Bewegen der Basis ein erheblicher Teil des Aktuators zurückgezogen werden und den Raum freimachen. Dadurch erhöhen sich jedoch die bewegte Masse und die Trägheit, was bei der Dimensionierung von Getrieben und Motoren berücksichtigt werden sollte. Und das Kabelmanagement muss so gestaltet sein, dass es sich mit der Achse bewegen kann, da sich der Motor bewegt. Vorgefertigte Systeme berücksichtigen diese Aspekte und stellen sicher, dass alle Komponenten für die exakte Ausrichtung und Anordnung des kartesischen Systems richtig konstruiert und dimensioniert sind.

【Last, Hub und Geschwindigkeit】

Diese drei Anwendungsparameter bilden die Grundlage für die Auswahl der meisten kartesischen Roboter. Eine Anwendung erfordert, dass eine bestimmte Last innerhalb einer bestimmten Zeit über eine bestimmte Distanz bewegt wird. Sie sind jedoch auch voneinander abhängig – mit zunehmender Last nimmt die Maximalgeschwindigkeit ab. Der Hub wird durch die Last begrenzt, wenn der äußerste Aktuator freitragend ist, oder durch die Geschwindigkeit, wenn der Aktuator über eine Kugelumlaufspindel angetrieben wird. Dies macht die Dimensionierung eines kartesischen Systems zu einem sehr komplexen Unterfangen.

Um die Konstruktion und Dimensionierung zu vereinfachen, stellen Hersteller kartesischer Roboter üblicherweise Diagramme oder Tabellen zur Verfügung, die die maximale Last und Geschwindigkeit für bestimmte Hublängen und -ausrichtungen angeben. Einige Hersteller geben jedoch unabhängig voneinander maximale Last-, Hub- und Geschwindigkeitswerte an. Es ist wichtig zu verstehen, ob sich die veröffentlichten Spezifikationen gegenseitig ausschließen oder ob die maximalen Last-, Geschwindigkeits- und Hubwerte gemeinsam erreicht werden können.

【Präzision und Genauigkeit】

Linearantriebe bilden die Grundlage für die Präzision und Genauigkeit eines kartesischen Roboters. Die Art des Antriebs – ob Aluminium- oder Stahlbasis und ob der Antriebsmechanismus über Riemen, Spindel, Linearmotor oder pneumatisch erfolgt – ist maßgeblich für Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit. Aber auch die Art und Weise, wie die Antriebe montiert und miteinander verbunden werden, wirkt sich auf die Verfahrgenauigkeit des Roboters aus. Ein kartesischer Roboter, der bei der Montage präzise ausgerichtet und fixiert wird, weist im Allgemeinen eine höhere Verfahrgenauigkeit auf als ein nicht fixiertes System und kann diese Genauigkeit über seine gesamte Lebensdauer hinweg besser aufrechterhalten.

In Mehrachsensystemen sind die Achsenverbindungen nicht absolut starr, und zahlreiche Variablen beeinflussen das Verhalten jeder Achse. Dies erschwert die Berechnung und mathematische Modellierung von Verfahrgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit. Um sicherzustellen, dass ein kartesisches System die erforderliche Verfahrgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit erfüllt, sollten Sie nach Systemen suchen, die vom Hersteller mit ähnlichen Lasten, Hüben und Geschwindigkeiten getestet wurden. Die meisten Hersteller kartesischer Roboter erkennen dies als wichtiges Anliegen der Anwender an und haben ihre Systeme getestet, um praxisnahe Daten zur Leistung in verschiedenen Anwendungen zu liefern.

Vorgefertigte kartesische Roboter bieten erhebliche Einsparungen gegenüber selbst entwickelten und montierten Robotern. Die Dimensionierung, Auswahl, Bestellung, Montage, Inbetriebnahme und Fehlerbehebung eines Mehrachsensystems kann Hunderte von Stunden in Anspruch nehmen. Vorgefertigte Systeme reduzieren diesen Zeitaufwand auf wenige Stunden für Auswahl und Inbetriebnahme. Dank der vielfältigen Konfigurationen, Führungsarten und Antriebstechnologien im Standardangebot der Hersteller müssen Konstrukteure und Ingenieure weder Kompromisse bei der Leistung eingehen noch für mehr Leistung bezahlen, als die Anwendung erfordert.