Lösungen für die industrielle Automatisierung

Positionier- und Bewegungsaufgaben in der industriellen Automatisierung z. B. in der Montage, in der Halbleiterfertigung, in der Lasermaterialbearbeitung, in Inspektionssystemen oder in der additiven Fertigung fordern Lösungen, die robust und zuverlässig sind. Ebenso unerlässlich sind Genauigkeiten bis in den Sub-Mikrometerbereich, eine exakte Reproduzierbarkeit der Positionen, hohe Dynamik und Durchsatzraten. Nicht zuletzt im Zusammenhang mit Industrie 4.0 spielen auch Sicherheit und einfache Vernetzungsmöglichkeiten eine wichtige Rolle.

Komplettlösungen für durchsatzstarke und hochpräzise mehrachsige Anwendungen

Diese Anforderungen lassen sich nur erfüllen, wenn Mechanik, Antriebstechnik und Ansteuerelektronik der Positioniersysteme perfekt aufeinander abgestimmt sind.

Lösungen aus einer Hand bieten den Kunden von PI nicht nur hochentwickelte Positioniertechnik und leistungsstarke Steuerungslösungen, sondern auch eine hohe Flexibilität bei der Umsetzung neuer Anforderungen und eine schnellere Inbetriebnahme.


Was macht eine Positionier- und Bewegungslösung smart? Welche Funktionen und Eigenschaften müssen leitungsfähige Steurungslösungen bieten, um smartes Bewegen und Positionieren zu ermöglichen? PI sieht in den folgenden Punkten die Grundvoraussetzung, um Kunden Lösungen für industrielle Anwendungen anbieten zu können, die - unabhängig von der Anzahl der Bewegungsachsen - die hohen Anforderungen an Präzision und Dynamik erfüllen.

Funktionale Sicherheit
Kommunikation über Feldbusschnittstellen
Auto-Tuning
Synchronisation der einzelnen Achsen des Systems
Mehrdimensionale Bewegungsprofile
3D-Kompensation des Positionsfehlers
Kompensation des Gierens bei Gantry-Lösungen
Unterdrückung von Systemschwingungen
Stabiles Regelverhalten
Einfache Integration in die übergeordnete Automatisierungsumgebung

Durch seine Partnerschaft mit ACS Motion Control erfüllt PI diese Anforderungen. ACS ist ein weltweit führender Entwickler und Hersteller von modularen Motion Controllern für mehrachsige Antriebssysteme. Damit ist PI in der Lage, seinen Kunden maßgeschneiderte Komplettsysteme anbieten zu können und seine umfangreichen Erfahrungen mit High-End-Projekten auf der ganzen Welt in Industrieanwendungen einzubringen, die Präzision, Produktivität und Zuverlässigkeit miteinander verbinden sollen.

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Leistungsfähige Motion Control Systeme

 

ACS bietet hochmodulare und damit flexible Motion Control Lösungen, deren Komponenten in drei verschiedenen Ebenen organisiert und abgebildet werden.

  • Die erste Ebene ist die Benutzeroberfläche. Dabei handelt es sich um die Host-Software, die die Kommunikation mit dem Bewegungssystem ermöglicht.

  • Auf der zweiten Ebene befinden sich die Motion Controller. Der Motion Controller übernimmt die Kommunikation mit der Host-Software. Hier findet unter anderem die Profilgenerierung statt, ebenso wie die Trajektorienplanung, Makrosteuerung oder die Diagnose. Die daraus resultierenden Positionsbefehle werden über ein Echtzeit-EtherCAT-Netzwerk an die Antriebsmodule der dritten Ebene gesendet. Bei sogenannten Controller Modulen sind Motion Controller, Antriebsmodule und auch Netzteile in einem Gehäuse integriert.

  • Die universellen Antriebsmodule der dritten Ebene übernehmen die eigentliche Positionierung der Achsen. Sie versorgen die Motoren mit Strom, steuern ihre Bewegung und werten die Sensorsignale für die Positionsregelung aus.

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 kHz unabhängig von der Anzahl der Achsen verarbeitet, was die Voraussetzung für eine hohe Synchronisation und Dynamik mit minimalen Fehlern ist.

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 zuverlässig unterdrückt. Spezielle patentierte Controllerfeatures wie NanoPWM™ und DRBoost™-Funktion ermöglichen eine dynamischen Reichweite von über 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-Funktionalität z. B. 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.

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


Der V-551 PIMag® Lineartisch von PI ist einer der besten Positioniertische, die wir jemals getestet haben!

Ze´ev Kirshenboim, President von ACS Motion Control


Anwendungen

Laserbearbeitung

Durch die Synchronisation von Bewegung und Laserpuls bieten Komplettlösungen aus Präzisionslineartisch und ACS Motion Controller eine einheitliche, präzise Schnittlinie bei gleichzeitig höchsten Durchsatzraten - unabhängig von der Größe des Werkstücks und der Kontur und Form des Schnittmusters.

 

 

 

Waferinspektion

Luftgelagerte Planartische bieten eine Geradheit/Ebenheit, die mit Wälzlagern nicht zu erreichen ist. Zur exakten rechtwinkligen Ausrichtung regelt der ACS Motion Controller das Gieren der Achsen über die X-Achse. Schwingungen, die bei der Beschleunigung und dem Abbremsen der dynamischen Linearmotoren entstehen, werden über den Profile Shaping Algorithmus vom Controller aktiv gedämpft.

 

 

 

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