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Übersicht

Hexapoden für die Qualitätssicherung

Die Mikroproduktionstechnik verlangt heute sowohl bei der Montage als auch bei der Qualitätssicherung nach präzisen, meist mehrachsigen Positioniersystemen, die möglichst kompakt sein sollen, um sich gut in die Fertigungseinheiten zu integrieren. Dabei müssen meist kleine Lasten mit hoher Genauigkeit positioniert werden.

Präzise mit sechs Freiheitsgraden positionieren

Die Praxis zeigt, dass sich in solchen Fällen parallelkinematische Systeme anbieten. Ein gutes Beispiel hierfür sind sogenannte Hexapoden, also sechsachsige parallelkinematische Systeme, die auf den Mikrometer genau positionieren können. Aufgrund ihrer hohen Steifigkeit haben sie praktisch keine Einschwingzeit, wenn die Position erreicht ist. Sie positionieren die Lasten, also Optik, Sensoren, Kamerasysteme oder Fasern, in sechs Achsen im Raum, drei linearen und drei rotatorischen.

PI Hexapoden in der Mikroproduktion
Die Mikroproduktionstechnik verlangt heute sowohl bei der Montage als auch bei der Qualitätssicherung nach präzisen, meist mehrachsigen Positioniersystemen. Der Hexapod lässt sich dank seiner hohen Quersteifigkeit in beliebiger Richtung montieren

Dabei wirken alle Antriebe auf eine einzige bewegte Plattform, woraus sich weitere Vorteile gegenüber seriellen, also gestapelten Systemen ergeben: bessere Bahntreue, größere Wiederholgenauigkeit und Ablaufebenheit, eine geringere bewegte Masse und damit eine höhere Dynamik, die für alle Bewegungsachsen gleich ist, kein Kabelmanagement und ein deutlich kompakterer Aufbau. Der Drehpunkt (Pivot-Punkt) des Hexapods ist dabei frei definierbar.

Integration in den Automatisierungsverbund

Hexapoden erfordern aufgrund ihres parallelkinematischen Aufbaus eine besondere Ansteuerung. Damit muss sich der Anwender jedoch nicht auseinandersetzen, denn die Hexapoden werden als Komplettlösung mit einem leistungsfähigen Digitalcontroller ausgeliefert. Dieser übernimmt alle Berechnungen, die notwendig sind, um die vom Anwender in kartesischen Koordinaten vorgegebenen Fahrbefehle für das parallelkinematische Sechsachssystem entsprechend umzusetzen, also die Transformation der kartesischen Soll-Positionen in die Ansteuerung der Einzelantriebe. Außer den Hexapod-Achsen kann der Digitalcontroller noch zwei weitere Achsen ansteuern, z.B. Linearversteller für eine Grobpositionierung über lange Stellwege oder einen Drehtisch für Bewegungen um 360°. Auch die Anbindung an eine übergeordnete SPS ist einfach möglich. Die Steuerung kann mit dem Hexapodsystem dann z.B. über EtherCat kommunizieren. Der Hexapodcontroller verhält sich dann gegenüber der SPS wie ein intelligenter Antrieb.

Typische Vetreter

Ein typischer Vertreter dieser Klasse ist der Miniatur-Hexapod H-811. Mit Stellbereichen bis 34 mm und 42 ° in den linearen bzw. rotatorischen Achsen und 0,04 μm Aktorauflösung bei bis zu 5 kg Belastbarkeit eignet er sich für viele Anwendungen in der Mikromontage und Qualitätssicherung. Das beim Hexapoden verwendete parallelkinematische Prinzip lässt sich jedoch auch anderweitig nutzen: Das SpaceFab-Prinzip basiert auf drei Kreuztischen, die über drei Beine mit konstanter Länge und eine geeignete Gelenkkonfiguration gemeinsam eine Plattform positionieren. Auf diese Weise lassen sich ebenfalls schnelle und hochpräzise Verfahrwege realisieren Vertreter der SpaceFab-Baureihe können so klein sein, dass sie mühelos auf einem Handteller Platz finden. Dabei bieten sie Stellwege von bis zu 13 mm × 13 mm × 10 mm und in den Drehachsen Winkelbewegungen von über 10 Grad. Die Positionsauflösung beträgt 2 nm.

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6-Achsen-Miniatur-Hexapod
Schnell, kompakt und höchst präzise

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