Bewegung, Tempo, Mechatronik

Mechatronik

Handhabung – Einbaufertige Portale mit einem innovativen Riemenantrieb kombinieren hohe Leistung mit niedrigen Kosten. Die zugehörige Robotiksteuerung verbindet die Mechanik und die elektrische Antriebs- und Steuerungstechnik zu einer kinematischen Systemlösung.

12. November 2009

Ein wesentlicher Trend in der Automatisierungstechnik ist die zunehmende Verknüpfung der Einzeldisziplinen Mechanik, Elektronik und Softwareentwicklung zur Mechatronik. Dieser interdisziplinäre Denkansatz gilt heute als zentraler Innovationstreiber in der Industrie: So behalten die Unternehmen im internationalen Wettbewerb eine Chance nur durch den Mut zum Umbau des klassischen Maschinenbaus und ihrer Orientierung an der Mechatronik.

Den künftigen Maschinenbau prägen deshalb vor allem einfache mechanische Ideen, die elektronisch angetrieben und durch ein komplexes Software-Engineering synchronisiert werden. Insbesondere bei anspruchsvollen Lösungen zur Fertigungsautomatisierung verzahnt sich die Elektronik zunehmend mit der Mechanik und Informatik. Gerade in der Automatisierungstechnik spielt Mechatronik deshalb eine bedeutende Rolle. Eine Vielzahl eindrucksvoller mechatronischer Lösungen zeigt daher auch die alle zwei Jahre stattfindende Fachmesse Automatica im nächsten Jahr in München, wo unter anderem der Esslinger Automatisierungstechnikspezialist Festo ausstellt.

Zwei aktuelle mechatronische Highlights des Unternehmens sind zum Beispiel die Hochgeschwindigkeits-Handhabungslösungen H-Portal und T-Portal, die die Dynamik eines Linearmotor-Handhabungssystems mit den günstigen Kosten eines Zahnriemenantriebs verbinden.

Die einbaufertigen Gesamtpakete aus Steuerung und Mechanik eignen sich für schnelle Umsetzungs- und Positionieraufgaben sowie für dynamische Handhabungs- und Montagevorgänge bei Werkstückmassen bis drei Kilogramm. Beide Portale bieten eine Beschleunigung von 50 m/s² und erreichen eine Geschwindigkeit von 5 m/s. Möglich macht dies ihr spezieller Aufbau mit besonders niedrigen bewegten Massen. So sind die beiden Zahnriemenachsen mit der Traverse über einen einzigen umlaufenden Zahnriemen um die Antriebswelle verbunden, die von zwei parallel angebrachten Servomotoren der Baureihe EMMS angetrieben wird. In der X/Y-Fläche mit ihren zwei Freiheitsgraden muss deshalb kein schwerer Motor mitbewegt werden.

Alternative zum Hexapod

Speziell als Alternative zu Robotersystemen in Delta-Kinematik eignet sich das Raum-/Flächenportal H-Portal, das einen deutlich größeren Arbeitsraum in Rechteckform abdeckt als die Delta-Roboter, die nur kreisrunde oder nierenförmige Arbeitsräume bearbeiten können. Weitere Vorteile gegenüber vielen Delta-Robotern sind zudem die geringe zu installierende Masse sowie der niedrige notwendige Montageraum. Zudem lässt sich das H-Portal auf jeden Hub skalieren. Das optimierte Beschleunigungs- und Abbremsverhalten ermöglicht Hübe in X- und Y-Richtung von zwei auf einen Meter bei einer Genauigkeit von 0,2 Millimeter.

Das Hub-Dreh-Modul des High-Speed-H-Portals besteht aus einer Pinole mit integrierter Energiedurchführung fürs Front-End-Modul und bildet die Z-Achse, an der die Greifeinheit angebracht ist. Damit beschleunigt es mit 20 m/s² auf eine Geschwindigkeit von 1,5 m/s und kann Werkstückmassen bis zwei Kilogramm bewegen.

Das T-Portal ist optimiert für Pick-and-Place-Anwendungen mit einer höheren Dynamik als konventionelle Linienportale und ist zudem skalierbar auf jeden Hub. Das Portal bietet eine Positioniergenauigkeit von 0,2 Millimeter über Hübe in Y und ZRichtung von 1.000 Millimeter bei einem ZHub von 300 Millimeter.

Basis der Handhabungslösungen ist die Robotiksteuerung CMXR, die Mechanik, elektrische Antriebs- und Steuerungstechnik zu einer kompletten kinematischen Systemlösung verbindet und die hochdynamischen Bewegungen im Raum koordiniert. Die Robotersteuerung interpoliert und positioniert alle Achsen, die Konturen auf einer Mittelline abfahren können, wie sie beim Kleben, Laserschweißen oder Wasserstrahlschneiden notwendig sind. Zudem kann sie Bahnschaltpunkte setzen und damit Prozessgeräte präzise schalten. Die Steuerung dient zugleich als Schnittstelle einerseits zu einer übergeordneten Steuerung und andererseits zu den Motor-Controllern der Servo-Achsen sowie zu den Ventilinseln. Daneben ermöglicht sie die Einbindung von Bildverarbeitungssystemen wie etwa dem intelligenten Kompaktkamerasystem SBO..-Q von Festo. Zusammen mit möglichen Fördersystemen lassen sich damit auch Applikationen mit bewegten Objekten realisieren.

Paul Kho, Christopher Haug, Festo/bt

Automatica 2010

- Die Automatica ist eine internationale Fachmesse für Automation und Mechatronik, die seit 2004 alle zwei Jahre veranstaltet wird.

- Schwerpunkte sind die Montage- und Handhabungstechnik, Robotik, Industrielle Bildverarbeitung sowie dazugehörige Technologien.

- Die nächste Automatica findet vom 8. bis 11. Juni 2010 in München statt.

Erschienen in Ausgabe: 08/2009