Produktion

Hexapoden: Unterstützung für den Roboter

| Autor / Redakteur: Doris Knauer und Ellen-Christine Reiff / Thomas Günnel

Hexapoden waren lange eine exotische Erscheinung in der Automatisierung. Erste Anwendungen bestätigen jetzt die Fähigkeiten der Positioniersysteme.
Hexapoden waren lange eine exotische Erscheinung in der Automatisierung. Erste Anwendungen bestätigen jetzt die Fähigkeiten der Positioniersysteme. (Bild: PI)

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Hexapoden galten lange als Exoten in der Automatisierung. Erste Anwendungen bestätigen jedoch die Fähigkeiten der parallelkinematischen, sechsachsigen Positioniersysteme, die das Unternehmen Physik Instrumente (PI) zeigt.

Die Modellpaletten bei den Automobilherstellern wachsen stetig. Um auf sich schnell verändernde Kundenbedürfnisse zu reagieren, müssen neue Modelle früher verfügbar sein, Updates müssen schneller folgen. Um diese Anforderungen in der Produktion abzubilden, sind laut PI, Anbieter von Produkten und Systemen für die Nanopositionierung, Hexapoden hilfreich. Diese hochpräzisen, parallelkinematischen Positioniersysteme 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. Integrierbar sind die Systeme mittels Feldbus-Interfaces. Ihre Aufgabengebiete sieht der Hersteller zum Beispiel in der Qualitätssicherung, der Fertigungstechnik, im Prototypenbau und am Produktionsband – wo sie klassische Industrieroboter ergänzen oder bei teilautomatisierten Abläufen mit dem Werker zusammenarbeiten.

In Verbünde integrieren

Die Positioniersysteme lassen sich über Feldbusschnittstellen direkt an die Steuerung anbinden. So sind sie einfach in Automatisierungsverbünde integrierbar und die Taktsynchronisierung mit anderen Automatisierungskomponenten erfolgt unkompliziert. Ein digitaler Controller steuert die einzelnen Motoren in Echtzeit an. Verschiebungen und Drehungen der Plattform werden in kartesischen Koordinaten kommandiert. Eine wesentliche Eigenschaft der Hexapoden ist die Möglichkeit, sowohl Lage und Ausrichtung des Bezugskoordinatensystems als auch den Pivotpunkt per Software anzupassen. Dabei ist es möglich, unterschiedliche Koordinatensysteme zu definieren, beispielsweise Work- und Toolkoordinatensysteme, die sich auf die Lage des Werkstücks oder des Werkzeugs beziehen. Das Hexapod-System lässt sich mittels SPS-Standardsprachen steuern, die Kommunikation erfolgt über ein Standard-Protokoll. Hierzu stehen neben RS232 und TCP/IP auch etablierte Feldbus-Protokolle wie EtherCAT und ProfiNET zur Verfügung. Das Hexapod-System verhält sich dann am Bus wie ein intelligenter Multi-Achs-Antrieb, wobei sich zusätzlich zu der Hexapodmechanik noch bis zu zwei weitere Achsen ansteuern lassen. Ein virtueller Controller ermöglicht es, Anwendungsprogramme zu entwickeln, ohne dass alle Komponenten bereits physisch vorhanden sein müssen. Mithilfe von Simulationswerkzeugen lassen sich etwa der Arbeitsraum berechnen oder Kollisionsabfragen durchführen. Entwicklungs-Bibliotheken und Beispielanwendungen erleichtern laut Hersteller die Umsetzung. Mittels einer mobilen App lassen sich die Hexapoden zudem drahtlos überwachen und steuern.

Präziser positionieren

Hexapoden positionieren präziser, als serielle Systeme der klassischen Robotik. Alle sechs Aktoren wirken unmittelbar auf die gleiche Plattform, so dass sich Fehler in Einzelantrieben nicht addieren können. Da nur die Plattform bewegt wird und nicht die Positioniersysteme für andere Achsen, sinkt das Gewicht der bewegten Masse. Die Vorteile: eine höhere Dynamik, eine deutlich bessere Bahntreue und Wiederhol- und Ablaufgenauigkeit für alle Bewegungsachsen. Zudem entfallen geschleppte Kabel – Reibung oder Momente schränken entsprechend die Präzision nicht ein. Seine kompakten Maße vereinfachen zum Beispiel Sicherheitsschaltungen, da sich der Hexapod nur innerhalb eines vergleichsweise überschaubaren Arbeitsraums bewegt. Die Automobilindustrie kennt die Vorzüge der Parallelkinematik schon lange. Dunlop beispielsweise nutzte bereits im frühen 20. Jahrhundert die Hexapod-Technik, um Autoreifen zu testen. Dr. Eric Gough, der Vater der Hexapoden, arbeitete damals bei dem Reifenhersteller in Birmingham.

Über Physik Instrumente (PI)

In den letzten vier Jahrzehnten hat sich das Unternehmen mit Stammsitz in Karlsruhe nach eigener Aussage zum führenden Hersteller von Positioniersystemen mit Genauigkeiten im Nanometerbereich entwickelt. Das privat geführte Unternehmen verfügt über vier Standorte in Deutschland und fünfzehn ausländischen Vertriebs- und Serviceniederlassungen, in denen rund 900 Mitarbeiter tätig sind. Das Unternehmen entwickelt alle Schlüsseltechnologien selbst. Die Tochterfirma PI Ceramic mit Sitz in Lederhose stellt aktorische und sensorische Piezoprodukte her. Die PI miCos GmbH in Eschbach bei Freiburg ist spezialisiert auf flexible Positioniersysteme für Ultrahochvakuum-Anwendungen sowie parallelkinematische Positioniersysteme mit sechs Freiheitsgraden und Sonderanfertigungen.

Über die Autoren

Doris Knauer ist Fachredakteurin bei Physik Instrumente GmbH & Co. KG. Ellen-Christine Reiff, M.A., ist Fachautorin beim Redaktionsbüro Stutensee.

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