Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 05/2017, 25.05.2017

Hilfe für den Roboterarm

Besonders die Automobilindustrie sucht nach Alternativen und Ergänzungen zu den klassischen Industrie- robotern. Hexapoden galten lange als Exoten in der Automatisierung, erste Anwendungen bestätigen jedoch die Fähigkeiten der parallelkinematischen sechsachsigen Positioniersysteme. Physik Instrumente (PI) mit Stammsitz in Karlsruhe ist einer der führenden Hersteller dieser Systeme.

(msc) Da Hexapoden über Feldbus-Interfaces direkt mit SPS- oder CNC-Steuerungen kommunizieren können, lassen sie sich einfach in die Automatisierungsumgebung integrieren. Für Aufgaben in der Qualitätssicherung und Fertigungstechnik sind sie ebenso prädestiniert wie für den Prototypenbau und den Einsatz am Produktionsband. Hier können sie beispielsweise klassische Industrieroboter ergänzen oder bei teilautomatisierten Abläufen mit dem Werker zusammenarbeiten.

Die Modellpaletten bei den Autobauern wachsen wieder, die Stichworte dazu heissen Individualisierung der Produkte und Smartphone auf Rädern. Damit verkürzen sich auch die Entwicklungszeiten für neue Modelle. Zulieferer und Automobilbauer setzen daher auf Hexapoden als hochpräzise, parallelkinematische Positioniersysteme. Die Roboter besitzen Stellwege von wenigen bis hin zu einigen Hundert Millimetern. Sie können selbst tonnenschwere Lasten mikrometergenau positionieren und eignen sich damit für das präzise Handling kleinster Bauteile ebenso wie für die Positionierung ganzer Karosserieteile. Darüber hinaus können sie ohne zusätzlichen Sicherheitsaufwand direkt mit dem Werker zusammenarbeiten.

Doch nicht nur die OEMs haben die neue Form der Robotik für sich entdeckt. Auch First-Tier-Supplier nutzen die Technik. Sie verbauen Hexapoden zum Beispiel in Koordinatenmessmaschinen zur Kalibrierung von Scheinwerferlampen, um den hohen Anforderungen an Präzision gerecht zu werden. Andere setzen auf die Technik beim Prototypenbau, bei der hochpräzisen Bearbeitung komplexer Bauteile oder bei kontaktlosen Verfahren wie dem Laserschweissen. Auch in den Produktionslinien haben Hexapoden Einzug gehalten. So können sie im Zusammenspiel mit dem klassischen Industrieroboter eingesetzt werden und gleichen durch präzises Bewegen und Positionieren Ungenauigkeiten des Roboterarms aus.

Hexapoden positionieren präziser als das mit den seriellen, also gestapelten Systemen der klassischen Robotik möglich ist. Da bei Hexapoden alle sechs Aktoren unmittelbar auf die gleiche Plattform wirken, können sich keine Führungsfehler addieren. Zu der erheblich präziseren Bewegung kommen weitere Vorteile wie die geringere bewegte Masse, da nur die Plattform bewegt wird und nicht die Positioniersysteme für andere Achsen.

Daraus ergeben sich eine höhere Dynamik, eine deutlich bessere Bahntreue sowie Wiederhol- und Ablaufgenauigkeit für alle Bewegungsachsen. Weil es keine geschleppten Kabel gibt, ist die Präzision nicht durch Reibung oder Momente eingeschränkt.

Ausserdem sind Hexapoden sehr kompakt. Das vereinfacht zum Beispiel auch Sicherheitsschaltungen, da sich der Hexapode nur in einem vergleichsweise kleinen Arbeitsraum bewegt. Durch die direkte Anbindungsmöglichkeit an die Steuerung über Feldbusschnittstellen lassen sich die Hexapoden praktisch in jeden Automatisierungsverbund integrieren, und die Taktsynchronisierung mit anderen Automatisierungskomponenten ist leicht realisierbar.

Ein weiterere Vorteil ist, dass sich die Anwender in der Praxis nicht mit der Parallelkinematik und ihren komplexen Transformationsalgorithmen auseinandersetzen müssen. Ein digitaler Controller übernimmt die Berechnungen und steuert die einzelnen Motoren in Echtzeit an. Verschiebungen und Drehungen der Plattform werden einfach in kartesische Koordinaten kommandiert.

Diverse Koordinatensysteme für eine perfekte Ansteuerung

Eine wesentliche Eigenschaft der Hexapoden ist die Möglichkeit, sowohl Lage und Ausrichtung des Bezugskoordinatensystems als auch den Pivotpunkt komfortabel per Software anzupassen.

Für eine perfekte Anpassung der Bahnkurve an die Applikationserfordernisse ist es möglich, verschiedene Koordinatensysteme zu definieren, beispielsweise Work- und Toolkoordinatensysteme, die sich auf die Lage des Werkstücks oder des Werkzeugs beziehen. Für die Steuerung des Hexapodsystems lassen sich alle Funktionen der SPS-Standardsprachen verwenden. Es ist also keine proprietäre Sprache notwendig. Die Steuerung kommuniziert mit dem Hexapoden über ein Standard-Protokoll wie RS 232 und TCP/IP, aber auch Feldbus-Protokolle stehen zur Verfügung. Das Hexapod-System verhält sich dann am Bus wie ein intelligenter Multiachsantrieb, wobei zusätzlich zu dessen Mechanik bis zu zwei weitere Achsen angesteuert werden können.

PI liefert die digitalen Motion Controller mit einem umfangreichen Softwarepaket, das alle Anwendungsaspekte abdeckt, von der Inbetriebnahme über die Ansteuerung der Systeme und grafischer Oberflächen bis zur schnellen Einbindung in externe Programme.

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co: DynEOs AG 8307 Effretikon, Tel. 052 355 12 40 info@dyneos.ch



Die sechsachsigen Positioniersysteme bieten Stellwege von wenigen bis zu einigen Hundert Millimetern und können selbst grosse Lasten auf den Mikrometer genau positionieren. (Bild: PI)


Für die Steuerung des Hexapodsystems lassen sich alle Funktionen der SPS-Standardsprache verwenden; es ist keine proprietäre Sprache notwendig.


Hexapoden erleichtern im Proto-typenbau die hochpräzise Bearbeitung komplexer Werkstücke.

Glossar

Hexapod

Ein Hexapod (Hexa griech.: Sechs, pod griech.: Fuss) ist eine spezielle Form einer Parallelkinematikmaschine, die über sechs Beine mit je einem Antriebselement und dadurch veränderlicher Länge verfügt. Diese Konstruktion ermöglicht eine Beweglichkeit in allen sechs Freiheitsgraden. Durch die parallele Anordnung der Antriebe besitzen Hexapode verglichen mit seriellen Robotern ein besseres Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht.

Im Profil

Physik Instrumente (PI)

Das privat geführte Unternehmen Physik Instrumente (PI) mit Stammsitz in Karlsruhe und über 850 hochqualifizierte Mitarbeitern weltweit ist einer der führenden Hersteller von Positioniersystemen mit Genauigkeiten im Nanometerbereich. Alle Schlüsseltechnologien werden im eigenen Haus entwickelt; dazu gehört die Präzisionsmechanik und Elektronik ebenso wie die Positions-sensorik. Die dafür benötigten piezokeramischen Elemente werden bei der Tochterfirma PI Ceramic gefertigt.

www.pi.ws