На ходу: все больше и больше задач позиционирования и перемещения в промышленной автоматизации, будь то сборка, производство полупроводников, лазерная обработка материалов, системы контроля или аддитивное производство, требуют многоосевых систем позиционирования.
Требования к этим системам высоки: они варьируются от точной воспроизводимости позиций до точности вплоть до микро- или даже нанометрового диапазона и высокой динамики. В то же время эти системы должны быть как можно более компактными и надежными, работать надежно и, в конечном счете, работать в сети.
Легко справляйтесь с высокими требованиями
То, что звучит как желание машиностроителя отложить яйцо Wollmilchsau, является частью повседневной жизни карлсруйской компании Physik Instrumente (PI): со своими роботами-шестигранниками, Baden-Württembergers, которые отмечают в этом году 50-летие, имеют широкий ассортимент многоосные системы для задач позиционирования, которые более чем соответствуют этим высоким требованиям.
Дополнительная информация по теме активаторов в строительстве: гексапод
Моделирование, легкая конструкция, умные компоненты - какие разработки будут преобладать? Компания Konstruktionsspraxis наградила «конструкторами» компании, чьи решения могут изменить дизайн и разработку в долгосрочной перспективе.
Задача: приложения промышленной автоматизации все чаще требуют многоосевых систем позиционирования. Требуется точная воспроизводимость позиций, точность с очень высоким разрешением и высокая динамика. Системы также должны быть надежными, надежными и сетевыми.
Решение: В насекомых из Physik Instrumente (PI) отвечают этим высоким требованиям. Многоосные системы позиционирования характеризуются, помимо прочего, высокой точностью пути, точностью повторения и разрешением, высокой динамикой для всех осей движения и компактной конструкцией. Кроме того, устройства предлагают повторяемость в нанометровом диапазоне.
В чем суть : если задачи позиционирования предъявляют высокие требования, например, к точности, динамике и точности повтора, шестигранники из Physik Instrumente (PI) предоставляют конструктору широкий спектр комплексных решений, которые также можно использовать для реализации сложных профилей движения.
Наиболее важные особенности шестигранников от PI: они характеризуются, среди прочего, высокой точностью хода, повторяемостью и разрешающей способностью, а также высокой динамикой и компактным дизайном для всех осей движения. Они также предлагают часто требуемую точность повторения в субмикронном диапазоне.
Положение в шести осях в пространстве
Что такое шестнадцатеричный? Это система перемещения и позиционирования, регулировки и перемещения грузов по шести осям пространства, трем линейным и трем поворотным. Устройства имеют параллельную кинематическую структуру, и шесть накопителей работают вместе на одной платформе, которую они перемещают.
Строительный Подкаст Практики
Эпизод 1: Гексаподы
Подкаст Konstruktionsspraxis, специализированный журнал для прослушивания, предоставляет быструю и интересную информацию о захватывающих технологических темах. В этом эпизоде мы поговорим с Маркусом Шпаннером, управляющим директором Physik Instrumente (PI), о гексаподах.
Системы PI основаны на пьезоэлектрических или электромеханических приводах и, следовательно, гораздо более точны, чем гидравлические шестиподы, как они известны из симуляторов полета или вождения. Поскольку длина отдельных дисков может варьироваться, платформа может перемещаться во всех шести пространственных степенях свободы. Такая конструкция шестигранников обеспечивает высокую общую жесткость. Это также позволяет большую центральную апертуру.
Параллельные кинематические шестигранники являются самыми чистыми ослами в упаковке: в зависимости от версии, гибкие шестиногие инструменты перемещают и позиционируют инструменты, детали или сложные компоненты с массой от 2 кг до 2000 кг с высокой точностью - независимо от соответствующей монтажной ориентации.
Активатор строительства
Эти технологии имеют игровой потенциал
Различные сценарии применения
В автомобильной промышленности давно известны преимущества этой параллельной кинематики. Например, производитель шин Dunlop уже использовал технологию hexapod в начале 20-го века для испытаний автомобильных шин. Многое произошло с этих первых дней: специалисты Physik Instrumente (PI) постоянно совершенствовали свои гексаподы технологически и расширяли ассортимент продукции многочисленными моделями.
Сегодня промышленные и исследовательские системы используются в самых разных областях:
- в конструкции прототипа, высокоточная обработка сложных компонентов или в бесконтактных процессах, таких как лазерная сварка
- как гибкая «рука» для классических промышленных роботов, чтобы компенсировать неточности в руке робота
- для точного выравнивания и крепления объективов камер при производстве смартфонов
- в испытательных установках для датчиков ускорения или гироскопа, таких как те, которые используются в смартфонах и камерах, для обнаружения изменений в положении, таких как дрожащие движения фотографа
- для обработки филигранных оптических волокон в автоматической системе сборки и регулировки для производственного процесса в кремниевой электронике
- в интерферометрах для позиционирования линз и калибровочных шариков для измерения точности асферической формы в нанометровом диапазоне.
Конструкция обеспечивает высокую точность
Такое разнообразие приложений уже указывает на многочисленные преимущества, которые делают параллельные кинематические гексаподы столь интересными для использования в промышленной автоматизации. Они предлагают:
- точное позиционирование
- компактная конструкция
- очень высокая динамика для всех осей движения
- высокая точность воспроизведения и повторяемость
- простая интеграция
- Связь по стандартным протоколам.
Однозначно выделяется один фактор: шестиногие устройства часто позиционируются более точно, чем последовательные, то есть сложенные, системы классической робототехники. Серийно-кинематические системы состоят из отдельных осей или исполнительных механизмов, которые механически соединены последовательно. Эта структура означает, что ошибки от отдельных накопителей могут накапливаться, что ухудшает точность и повторяемость. Эта проблема не имеет отношения к конструкции шестигранников, поскольку все шесть исполнительных механизмов действуют непосредственно на платформу.
Все готово для движения
В то же время эта конструкция обеспечивает значительно более компактную конструкцию. Эта функция упрощает настройку цепей безопасности, например, потому что Hexapod перемещается только в сравнительно управляемой рабочей области. Рабочее пространство - это совокупность всех комбинаций перемещений и вращений, к которым робот-шестигранник может приблизиться с его текущего положения.
Помимо значительно более точного перемещения по сравнению со сложенными системами, есть и другие преимущества, такие как меньшая масса перемещения, поскольку приводы перемещают только платформу, включая полезную нагрузку, но не массу последующих приводов, включая кабели. Это приводит к более высокой динамике, значительно лучшей точности пути и повторяемости для всех осей движения. Поскольку буксируемых тросов нет, результирующее трение или моменты не влияют на точность. Параллельная структура также увеличивает жесткость и, следовательно, собственные частоты всей системы.
Интеграция стала проще
А как насчет возможности интеграции гексаподов? Благодаря прямому подключению к контроллеру через интерфейсы полевой шины, системы позиционирования могут быть интегрированы практически в любую автоматизированную сеть без особых усилий. Синхронизация часов с другими компонентами больше не является головной болью, потому что цифровой контроллер берет на себя вычисления и управляет отдельными двигателями в режиме реального времени. Движения и вращения платформы управляются в декартовых координатах.
Дополнительная информация по теме физические приборы - специалист по высокоточным технологиям позиционирования и пьезоприложений
Physik Instrumente (PI) со штаб-квартирой в Карлсруэ является лидером в области высокоточных технологий позиционирования и пьезоэлектрических приложений для полупроводниковой промышленности, наук о жизни, фотоники и промышленной автоматизации. В сотрудничестве с клиентами по всему миру около 1300 специалистов PI устанавливают технические стандарты и разрабатывают индивидуальные решения в течение 50 лет. Более 350 патентов, выданных и находящихся на рассмотрении, подтверждают претензию компании на лидерство в шести производственных центрах и 15 отделах продаж и обслуживания в Европе, Северной Америке и Азии. Основные технологии PI:
- Пьезокерамические преобразователи и приводы
- Электромагнитные приводы
- Нанометрические датчики
- Системы управления движением для максимальной точности и динамики
Важным свойством шестигранников является возможность удобной регулировки положения и ориентации эталонной системы координат, а также точки поворота (точки поворота) для соответствующего приложения с помощью программного обеспечения. Чтобы адаптировать траекторию приложения, могут быть определены различные системы координат, такие как системы координат работы и инструмента, которые связаны с положением заготовки или инструмента.
Связь по стандартному протоколу
Контроллер связывается с hexapod, используя стандартный протокол. В дополнение к RS232 и TCP / IP, доступны также установленные протоколы полевой шины, такие как Ethercat и Profinet. Тогда система hexapod ведет себя как интеллектуальный многоосный привод на шине.
PI поставляет цифровые контроллеры движения с обширным программным пакетом, который охватывает все аспекты приложения, начиная с простого ввода в эксплуатацию, удобного управления системами через графические интерфейсы и заканчивая быстрой и понятной интеграцией во внешние программы.
Разработка приложений виртуально
С помощью виртуального контроллера пользователи могут разрабатывать сложные прикладные программы, не имея на своем месте всех компонентов. Например, используя инструменты моделирования, можно рассчитать рабочее пространство или интегрировать объекты, чтобы избежать столкновений. Библиотеки разработки и примеры приложений облегчают реализацию для пользователя.
Так много для теории. Как это переходит в неопровержимые факты? Одним из примеров является филигрань Hexapod H-811. I2 из портфолио продуктов Physik Instrumente (PI). Типичный представитель своего рода работает со скоростью до 20 мм / с. Его ноги двигаются с разрешением 5 нм, что обеспечивает высокую повторяемость: ± 0,15 (по осям X и Y) и ± 0,06 мкм (по оси Z). Наименьшее приращение составляет 0,2 мкм (оси X и Y) и 0,08 мкм (по оси Z).
Грузы до 5 кг
Hexapod охватывает диапазон перемещения до ± 17 мм по оси X и ± 16 мм по оси Y и ± 6,5 мм по оси Z. H-811. I2 может позиционировать грузы до 5 кг с высокой точностью, быстро и в течение длительного времени работы. Система также доступна в вакуумно-совместимых версиях.
Движущей силой миниатюрных шестигранников являются бесщеточные двигатели постоянного тока. Они особенно хорошо подходят для высоких скоростей, могут очень точно регулироваться и, следовательно, обеспечивают высокую точность. В этом случае также контроллеры PI используются для управления системой позиционирования и управления профилями движения. Если имеется контроллер более высокого уровня, контроллеры также обмениваются данными по стандартному протоколу Ethercat.
Типичными областями применения малой силовой установки являются промышленность и исследования в областях применения:
- микроструктур,
- Медицинские технологии или
- Инструмент управления.
Он также может работать в условиях вакуума.
Точно и быстро
Hexapods от Physik Instrumente (PI) являются идеальным решением для приложений промышленной автоматизации с особыми требованиями для задач позиционирования, в которых объекты должны перемещаться динамически и с высокой точностью по нескольким осям. Полезная нагрузка может составлять от нескольких миллиграммов до нескольких тонн, в зависимости от версии. Пользователь получает дополнительную гибкость от свободно выбираемой точки поворота.
Стандартизованные интерфейсы полевой шины, такие как Ethercat, обеспечивают подключение к ПЛК более высокого уровня или элементам управления ЧПУ, что упрощает интеграцию шестигранников и обеспечивает изохронную работу с другими компонентами автоматизации в сети. (JV)