Motion-Controller-Plattform

Auf Position gesteuert

Motion-Control-Lösungen. Für Positionieranwendungen müssen Motion-Control-Lösungen robust und zuverlässig sein, genau und dynamisch mit hohen Durchsatzraten und Vernetzungsmöglichkeiten. Das geht nur, wenn Mechanik, Antriebstechnik und Ansteuerelektronik aufeinander abgestimmt sind.

Ein luftgelagerter, zweiachsiger Lineartisch für die Wafer-Inspektion. Zur exakten rechtwinkligen Ausrichtung regelt der Motion Controller das Gieren der Achsen über die X-Achse. (Bild: PI)

Präzise, mehrachsige Positionierlösungen muss man als Gesamtsystem betrachten, denn ihre Leistungsfähigkeit hängt nicht nur von der Mechanik und der gewählten Antriebsart ab, sondern auch von deren Ansteuerung. Ein industriegerechter Motion Controller muss die einzelnen Achsen synchronisieren, mehrdimensionale Bewegungsprofile fahren, schnell auf sich verändernde Regelparameter reagieren und sich leicht in die übergeordnete Automatisierungsumgebung integrieren lassen.

Das Karlsruher Unternehmen Physik Instrumente hat die Mehrheitsanteile an ACS Motion Control übernommen, einem weltweit führenden Entwickler und Hersteller modularer Motion Controller für mehrachsige und hochpräzise Antriebssysteme, um so maßgeschneiderte Komplettsysteme für industrielle Anwendungen bedienen zu können.

Die ACS-Motion-Controller-Plattform arbeitet als Ethercat-Master, der alle Knoten (Servocontroller-, I/O- und Sensormodule) im Ethercat-Netzwerk koordiniert. Die Controller sind modular aufgebaut, skalierbar und kommunizieren mit der übergeordneten Maschinen- oder Anlagensteuerung über verschiedene Ethernet-Protokolle. Universelle Controller-Module (UCM) sind für die Servosteuerung verantwortlich. Alle Strom-, Geschwindigkeits- und Positionsschleifen werden mit einer Frequenz von 20 Kilohertz unabhängig von der Anzahl der Achsen verarbeitet, was die Voraussetzung für eine hohe Synchronisation und Dynamik mit minimalen Fehlern ist.

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Die Motion Controller optimieren das stabile Halten der Position ebenso wie die Step- und Settle-Zeiten durch leistungsfähige Regelalgorithmen, wie die Servoboost-Funktion und das Profile Shaping, das beispielsweise Systemschwingungen unterdrückt. Spezielle patentierte Controllerfeatures wie Nano-PWM und die DR-Boost-Funktion ermöglichen eine dynamische Reichweite von mehr als 100.000:1. Dadurch werden Trackingfehler beim Waferscannen auf Nanometer begrenzt, und in der Messtechnik wird die Position im Subnanometerbereich gehalten. Dazu kommen umfangreiche Trigger-Funktionalitäten, zum Beispiel für Laseranwendungen oder Inspektionsfunktionen. Eine integrierte 3D-Kompensation von Positionierfehlern sowie die Kompensation des Gierens bei Gantrylösungen ermöglichen die Realisierung von Anwendungen mit höchsten Genauigkeitsanforderungen, so der Hersteller.

Der eigene Servoboost-Algorithmus detektiert Störungen in Echtzeit, identifiziert die Ursache und minimiert den Effekt. Er erleichtert die Inbetriebnahme und die Optimierung der Performance bei wechselnden Lasten oder bei Wechselwirkungen mehrerer Achsen auf demselben Rahmen. Das Resultat ist eine stabile und robuste Regelung mit hoher Positioniergenauigkeit und extrem kurzen Einschwingzeiten. as

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