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-Achsen-Roboter weiter verbreitet sind, sind kartesische Systeme in nahezu jeder erdenklichen industriellen Anwendung zu finden, von der Halbleiterfertigung bis zur Holzbearbeitung Ausrüstung. Und es ist keine Überraschung, dass Kartesianer so weit verbreitet sind. Sie sind in scheinbar unbegrenzten Konfigurationen erhältlich und können leicht an die genauen Anwendungsparameter angepasst werden.

Während kartesische Roboter traditionell von Integratoren und Endbenutzern im eigenen Haus entworfen und gebaut wurden, bieten die meisten Hersteller von Linearantrieben jetzt vorgefertigte kartesische Roboter an, die die Entwicklungs-, Montage- und Inbetriebnahmezeit im Vergleich zum Aufbau eines Systems von Grund auf erheblich verkürzen. Bei der Auswahl eines vorgefertigten kartesischen Roboters sollten Sie die folgenden drei Dinge beachten, um sicherzustellen, dass Sie das für Ihre Anwendung am besten geeignete System erhalten.

【Orientierung】

Die Ausrichtung wird oft durch die Anwendung vorgegeben, wobei ein entscheidender Faktor darin besteht, ob die Teile gehandhabt werden müssen oder der Prozess von oben oder unten erfolgen muss. Es ist außerdem wichtig sicherzustellen, dass das System andere stationäre oder bewegliche Teile nicht beeinträchtigt und kein Sicherheitsrisiko darstellt. Glücklicherweise sind kartesische Roboter in vielen verschiedenen XY- und XYZ-Konfigurationen erhältlich, um Anwendungs- und Platzbeschränkungen gerecht zu werden. Innerhalb der standardmäßigen Mehrachsausrichtungen gibt es auch Möglichkeiten, die Aktuatoren aufrecht oder seitlich zu montieren. Diese Konstruktionsentscheidung wird normalerweise im Hinblick auf die Steifigkeit getroffen, da einige Aktuatoren (insbesondere solche mit Doppelführungsschienen) eine höhere Steifigkeit aufweisen, wenn sie seitlich montiert werden.

Für die äußerste Achse (Y in einer XY-Konfiguration oder Z in einer XYZ-Konfiguration) hat der Designer die Wahl, ob die Basis bei bewegtem Schlitten oder der Schlitten bei bewegter Basis fixiert werden soll. Der Hauptgrund für die Reparatur des Schlittens und die Bewegung der Basis sind Störungen. Wenn der Aktuator in einen Arbeitsbereich hineinragt und aus dem Weg geschoben werden muss, während sich andere Systeme oder Prozesse dort bewegen, kann durch Bewegen der Basis ein erheblicher Teil des Aktuators zurückgezogen werden und den Raum verlassen. Allerdings erhöht sich dadurch die bewegte Masse und Trägheit, sodass dies 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 Probleme und stellen sicher, dass alle Komponenten für die genaue 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 aber auch voneinander abhängig – mit zunehmender Last nimmt die Höchstgeschwindigkeit irgendwann ab. Und 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 Konstruktions- und Dimensionierungsaufgaben zu vereinfachen, stellen Hersteller kartesischer Roboter in der Regel Diagramme oder Tabellen zur Verfügung, die die maximale Last und Geschwindigkeit für bestimmte Hublängen und -ausrichtungen angeben. Allerdings geben einige Hersteller voneinander unabhängige Maximallast-, Hub- und Geschwindigkeitswerte an. Es ist wichtig zu verstehen, ob veröffentlichte Spezifikationen sich gegenseitig ausschließen oder ob die maximalen Last-, Geschwindigkeits- und Hubspezifikationen gemeinsam erreicht werden können.

【Präzision und Genauigkeit】

Linearantriebe sind die Grundlage für die Präzision und Genauigkeit eines kartesischen Roboters. Die Art des Aktuators – ob er eine Aluminium- oder Stahlbasis hat und ob der Antriebsmechanismus ein Riemen, eine Spindel, ein Linearmotor oder ein pneumatischer Antrieb ist – ist der wichtigste Faktor für Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Aber auch die Montage und Befestigung der Aktoren aneinander hat Einfluss auf die Fahrgenauigkeit des Roboters. Ein kartesischer Roboter, der während der Montage präzise ausgerichtet und fixiert wird, weist im Allgemeinen eine höhere Bewegungsgenauigkeit auf als ein System, das nicht fixiert ist, und kann diese Genauigkeit über seine gesamte Lebensdauer besser aufrechterhalten.

In jedem Mehrachsensystem sind die Verbindungen zwischen den Achsen nicht vollkommen starr und zahlreiche Variablen beeinflussen das Verhalten jeder Achse. Dies macht es schwierig, die Verfahrgenauigkeit und Wiederholbarkeit mathematisch zu berechnen oder zu modellieren. Die beste Möglichkeit, um sicherzustellen, dass ein kartesisches System die erforderliche Verfahrgenauigkeit und Wiederholbarkeit erfüllt, besteht darin, nach Systemen zu suchen, die vom Hersteller getestet wurden und ähnliche Lasten, Hübe und Geschwindigkeiten aufweisen. Die meisten Hersteller kartesischer Roboter erkennen, dass dies ein zentrales Anliegen der Benutzer ist, und haben ihre Systeme getestet, um „reale“ Daten zur Leistung in verschiedenen Anwendungen bereitzustellen.

Vorgefertigte kartesische Roboter bieten erhebliche Einsparungen gegenüber Robotern, die im eigenen Haus entwickelt und montiert werden. Der Zeitaufwand für die Dimensionierung, Auswahl, Bestellung, Montage, Inbetriebnahme und Fehlerbehebung eines Mehrachsensystems kann Hunderte von Stunden betragen, und vorgefertigte Systeme reduzieren diese Zeit auf nur wenige Stunden Auswahl- und Inbetriebnahmezeit. Und die Vielfalt an Konfigurationen, Führungstypen und Antriebstechnologien, die in den Standardangeboten der Hersteller verfügbar sind, bedeutet, dass Designer und Ingenieure keine Kompromisse bei der Leistung eingehen oder für mehr Kapazität bezahlen müssen, als die Anwendung erfordert.