In der Vergangenheit bewegten häufig große, schwere Montagemaschinen und -automaten kleine Teile mit nur wenigen Gramm Gewicht. Dagegen erwarten die Zielvorga-ben heutiger Anlagenarchitekturen kompakte und modulare Lösungen.

Mess- und Bearbeitungsapplikationen

Platzbedarf, Gewicht und Abmessung bestimmen die Effizienz. Es spricht also alles dafür, Maschinen und Apparate möglichst leicht und kompakt zu bauen. Das Linax-Flachportal zeigt die konsequente Umsetzung der Markt-anforderungen für Mess- und Bearbeitungsapplikationen. Die bespielhafte Anwendung für eine Messeinrichtung wurde aus jeweils zwei parallel angeordneten Linax-Linearachsen aufgebaut. Es können Teile mit Abmessungen von bis zu 400 mm Kantenlänge und bis zu 20 kg Teilegewicht dynamisch posi- tioniert werden. Fahrgeschwindigkeiten von 1 m/s sowie Wiederholgenauigkeiten von +/-2 µm ermöglichen eine dynamische und präzise Positionierung des Prüflings.

Für eine derartige Anwendung empfiehlt sich die Verwendung linearer Direktantriebe, deren Vorteile auf der Hand liegen: hoher Systemwirkungsgrad, kein Verschleiß, kein Umkehrspiel. Die Verwendung der Lxs-Baureihe ermöglicht durch die geringe Bauhöhe der Einzelachsen die Erstellung von XY-Kombinationen mit einer Bauhöhe von lediglich 76 mm. Erreicht wird dies dank der direkten Verschraubung durch den Motor hindurch ohne zusätzliche Mechanik-Teile, was letztendlich zu dem extrem kompakten und leichten Aufbau führt.

Die verfügbaren Baulängen der Lxs-Baureihe lassen eine konfigurierbare und auch nachträglich änderbare Portalgeometrie bis zu 1200 mm Hub zu. Kleine leichte Teile können über einzelne zum XY-Tisch verschraubte Linearmotoren bewegt werden. Größere Teile wie eine Kupplungsglocke oder Teile mit asymmetrischen Oberfächenkonturen und somit ungleicher Gewichtsverteilung können durch parallel geführte Präzisionsachsen planar verfahren werden – ohne störende Kippmomente. Durch die Integration der XY-Linearachsen unter der Produktebene bleibt der Bereich über dem Werkstück frei für manuelle Einlegevorrichtungen, Kameraüberwachungen oder automatische Pick&Place-Einrichtungen. Im Messbetrieb sind keine bewegten Überbau-Portale im Einsatz, da der Prüfling durch den Tisch an den Messtaster bewegt wird. Aufgrund des optionalen Einbaus einer hochauflösenden ultrakompakten Drehachse können 3D-Bewegungen ausgeführt werden. Eine sicherheitstechnische Überwachung oder Abgrenzung bewegter Portale entfällt bzw. wird durch die kompakten Abmessungen des Flachportals nur für einen geringen Bauraum notwendig.

Die parallel verschraubten Achsen ermöglichen einerseits eine hohe Steifigkeit für das Positioniersystem und erfordern andererseits von der Regelungstechnik eine perfekte Synchronisation und Regelung der Achsen zueinander. Dies erledigt der auf die Linax-Linearachsen abgestimmte Servocontroller Xenax Xvi75V8. Bei den verwendeten Linearmotoren handelt es sich um eisenbehaftete Motoren, welche bei gleichen Leistungsdaten kompakter bauen als eisenlose Varianten. Die magnetischen Restrastkräfte der Achsen werden durch ein eigens entwickeltes Verfahren exakt erfasst und können durch den Servoregler kompensiert werden. Speziell für die Anwendung mit parallel angeordneten Achsen können so definierte Kräftebedingungen geschaffen werden.

Leistungsfähige Echtzeit-Kommunikation

Durch die verschiedenen Real-Time-Ethernet-Anbindungen sind die Servocontroller von Jenny Science gut gerüstet für anspruchsvolle Motion-Anwendungen. Für das Linax-Flachportal werden die Xenax- Regler über das Ethercat-Interface gesteuert und miteinander synchronisiert. Durch die kurzen Zykluszeiten der Ethercat-Kommunikation lassen sich taktsynchrone Fahrkommandos absetzen und eine hohe Regelgenauigkeit erreichen. Bereits geringste Schleppfehler können durch einen „Positionshandshake" beider Achsen in Echtzeit ausgeglichen werden. Somit wird durch die schnelle Synchronisierung der Achsen verhindert, dass es zu einer Klemmung oder einem Zwanglauf der mechanisch miteinander verbunden Achsen kommt.

Als Motion Control Master wird der für die Realisierung von Mehrachsinterpolationen prädestinierte Motion Coordinator MC464 von Trio Motion eingesetzt. Es können Trajektorien als Lagesollwerte im Zeittakt von wenigen 100 µs direkt angefahren werden. Die Programmierung der MC464 erfolgt mit der auf die Steuerung zugeschnittenen und frei verfügbaren Programmieroberfläche Motion Perfect. Die Basic-orientierte Programmierung und eine vordefinierte Funktionsbibliothek ermöglichen eine einfache und schnelle Programmierung komplexer Motion-Control-Anwendungen – speziell für modulare Einzelanwendungen in der Mess- und Laborautomation ein entscheidender Vorteil für eine schnelle Projektrealisierung. Für die Ethercat-Ansteuerung zwischen dem Motion Coordinator und den einzelnen Servocontrollern wird der „Can-open over Ethercat" -Protokollstandard verwendet. Die vordefinierten XML-Definitionsdateien vereinfachen die Inbetriebnahme und die Integration an der verwendeten Mastersteuerung MC464 und sie bieten eine definierte Schnittstelle für die Einbindung in kundenspezifische Systeme und Maschinensteuerungen. Die Befehlsvorgaben zur Anfahrt der Messpunkte und Konturen wird über eine Standard-TCP/IP-Kommunikation realisiert. Somit können PC-basierte Softwaretools ihre kundenspezifische Anwendung finden. Zur Realisierung autarker Applikationen und für die schnelle Inbetriebnahme bietet das Competence Center Jenny Science eine modulare PC-Software an. Dieses Tool kann die XML-Definitionsdateien der Achscontroller direkt verarbeiten und ist einfach und schnell an die jeweilige Anwendung und das gewünschte Corporate Design anpassbar. Die offene und flexible Systemarchitektur der Jenny-Science-Komponenten eröffnet dem Anwender jedoch auch die direkte Ansteuerung der Servocontroller über das Ethercat- oder Powerlink-Interface.

DER AUTOR Markus Heggelbacher, Geschäftsführer der Fullmo GmbH in Markdorf ( www.fullmo.de ), deutsches Competence Center Jenny Science ( www.jennyscience.de)