Modulare Positioniersysteme

Gezielt optimiert

Dynamische Positionierung mit hohen Geschwindigkeiten
Kompaktes, massenreduziertes Dreh-Hub-System mit Greiferpaddel zur Aufnahme von flachem Stückgut. (Fotos: Siemens)
Steigende Anforderungen an Produktivität und Prozesssicherheit begleiten den Innovationsprozess bei Handling-Aufgaben. Hochdynamische Bewegungsführung erfordert ein abgestimmtes Zusammenspiel zwischen Mechanik und Antriebstechnik. Dazu kommt eine Bahnsteuerung, die optimierte Bewegungsprofile anhand weniger Parameter automatisch generiert.

Handlingfunktionalität dient sowohl zum Verketten von Maschinen als auch zum innermaschinellen Produkttransport. Neben dem Erfüllen der Bewegungsaufgabe müssen Randbedingungen wie schonender Produkttransport und möglichst kurze Zykluszeiten berücksichtigt werden. Hochdynamische Handling-Prozesse müssen nicht zwangsweise auf das Gebiet von schnellen DeltaPickern begrenzt sein. Auch mit Portalsystemen können kurze Zykluszeiten und somit hohe Produktivität erreicht werden. Der Vorteil modularer Positioniersysteme besteht darin, dass mechanische Größen bekannt und die Komponenten bezüglich ihrer Masse und Steifigkeit optimiert sind. Dies ermöglicht eine exakt auf die jeweilige Positionieraufgabe abgestimmte Auslegung. Auch lässt sich ein modulares Positioniersystem leichter an die Gegebenheiten der Maschine anpassen als eine vorgefertigte Roboterlösung. Der Arbeitsraum von Portalsystemen ist durch ein Baukastensystem mechanischer Komponenten flexibel erweiterbar.

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Bahr Modultechnik bietet verschiedene spindel- und riemengetriebene Positioniersysteme. Flächenportale mit einem umlaufenden Antriebsriemen (sogenannte Rollenpicker) können sehr dynamisch betrieben werden, da die Motoren fest montiert sind. Die Portalsysteme ELZU und ELZI erreichen eine Verfahrgeschwindigkeit bis zu sieben Meter/Sekunde. Der Antriebsriemen ermöglicht ein Beschleunigen des Portalsystems bis zu 70 Meter pro Quadratsekunde (7g). Derartige Positioniersysteme eignen sich besonders gut für geringe Lasten mit extrem hoher Beschleunigung. Durch die technisch ausgefeilte Kombination lassen sich leichtere Bauteile wie Wafer, DVDs oder Elektrobauteile besonders schnell sortieren, beziehungsweise positionieren. Rollenpicker sind naturgemäß ebene Kinematiken. Ist eine 3D-Bewegung und zusätzliche Orientierung notwendig, kann das Flächenportal um weitere Achsen erweitert werden. Mit einem Hub-Drehsystem beispielsweise können durch erhebliche Gewichtsreduzierungen im Bereich der bewegten Massen hohe Taktzeiten realisiert werden. Die kleinen bewegten Massen schließen Vibrationen in den Maschinengestellen nahezu aus. Dadurch ist hohe Produktivität möglich. Gleichzeitig kann Antriebsenergie gespart werden.

Steuerung und Antrieb optimal passend

Ein modulares Maschinenkonzept aus dem Baukasten benötigt eine flexible Automatisierungslösung. In der Steuerungsfamilie Simotion von Siemens ist Handling-Funktionalität mit Bahninterpolation und kinematischer Transformation für Standardkinematiken bereits integriert. Die Steuerung beherrscht neben linearer, zirkularer und polynomialer Interpolation auch das Auf- und Absynchronisieren auf bewegte Bezugssysteme. Dadurch ist Pick & Place auf bewegten Bändern (Conveyor Tracking) einfach programmierbar. Die Simotion Handling-Toolbox ist eine Softwarebibliothek, die Standardbausteine zur Automatisierung von Handling-Applikationen zur Verfügung stellt. Neben Kommando- und Programminterpreter zur Programmierung des Handling-Systems stehen auch Funktionen zur Optimierung zur Verfügung. So ist die Handling-Toolbox in der Lage, für jedwede Bahn ein optimiertes Bewegungsprofil zu berechnen. Die Bahn wird schnellstmöglich abgefahren, ohne dynamische Grenzwerte des Systems zu verletzen. So können beispielsweise Grenzen für Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck der Maschinenachsen der kartesischen Bewegung am Tool Center Point sowie anderer an die Bahn gekoppelter Achsbewegungen eingestellt werden, die während der Verfahrbewegung eingehalten werden sollen Durch freie Gestaltung des Bahnverlaufs kann das dynamische Verhalten des Systems beeinflusst werden, etwa um Schwingungen zu reduzieren oder eine höhere Verfahrgeschwindigkeit zu ermöglichen.

Die Programmierung der Handling-Applikation wird durch eine vorgefertigte Bedienoberfläche und ein leistungsfähiges Engineering-System (Simotion Scout) unterstützt. Dadurch bietet sich auch die Möglichkeit der Handling-Toolbox an, eigene Funktionsbausteine hinzuzufügen. So können über die freie Transformationsschnittstelle kundenspezifische Kinematiken in die Software integriert werden. Bei der Erkennung von Produkten über Vision-Systeme verwaltet die Handling-Toolbox automatisch die Produktpositionen in einem Produktregister. Abgerundet wird die Handling-Toolbox durch Software zur Unterstützung der Inbetriebnahme, wie dem 3D-Trace oder das „Kinematics Simulation Center“ zur 3D-Visualisierung des Handlingprozesses. Das Motion Control System Simotion bietet drei unterschiedliche Hardwareplattformen: Drive based, Controller based und PC-based. Die Handling-Funktionalität steht auf allen Plattformen komplett zur Verfügung, mit gleichem und übertragbarem Engineering. Das System ist in seiner Performance skalierbar. Dadurch können mehrere Kinematiken auf einer Steuerung betrieben werden, wodurch Engineering reduziert und Schnittstellen wegfallen.

Optimierte Mechatronik

Mit optimierten Mechanikkomponenten im Baukastensystem können leistungsfähige, modular erweiterbare und kostengünstige Portalsysteme realisiert werden. Durch Abstimmung von Mechanik und Antriebskomponenten wird ein optimiertes mechatronisches System geschaffen, das aufgrund einer gezielten Bewegungsoptimierung seitens der Steuerung zeitoptimal entlang seiner dynamischen Grenzen verfahren wird. Das gewährleistet hohe Produktivität.

Holger Schürmann/Andreas Schwarz/bw

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