Direktantriebe

Pick & Place schnell wie der Blitz

Maschinenbauer Paro hat ein Pick-&-Place-System entwickelt, das mit elektrischen Direktantrieben arbeitet. Es ist effizienter und erfordert weniger Montage- und Wartungsaufwand als Systeme mit Pneumatik- oder Kurvenscheibenantrieb.

Der Blitz ist dank des eingesetzten Linearmotorkomponenten von Linmot hochdynamisch, kompakt und lässt sich daher auch bei engen Platzverhältnissen in Anlagen integrieren. © F. Roßmann

„Die geforderte übliche Zykluszeit hat sich bei Montageanlagen innerhalb weniger Jahren fast halbiert und geht heute in Richtung eine Sekunde“, sagt Gregory Kyd, Technischer Leiter bei Paro. „Entsprechend schnelle Pick-&-Place-Lösungen lassen sich zwar auch noch mit Pneumatik oder Kurvenscheiben realisieren. Wesentlich effizienter, platzsparender und flexibler geht es aber mit Direktantrieben, wie unser Paro-Blitz zeigt.“

Der Blitz ist ein kompaktes Pick&Place-System aus einem horizontal und einem vertikal angeordneten Linearmotor, das je nach benötigtem Hub und erforderlicher Dynamik maximal fünf Kilogramm Last bewegt und bis zu 60 Zyklen in der Minute erreicht. Eine einfache Befestigungsmöglichkeit (Schwalbenschwanzfixierung) sorgt für die schnelle und präzise Adaption von Greifern und sonstigen Handhabungseinheiten. Positionen lassen sich dank einer Feineinstellung an der Fixierung und der Präzision der Linearantriebe mit einer Wiederholgenauigkeit von plus/minus 0,05 Millimeter anfahren.

Flexibler durch Direktantriebstechnik
Zu den Vorzügen gegenüber pneumatisch angetriebenen Pick-&-Place-Systemen zählt die größere Flexibilität, die der Blitz der Direktantriebstechnik verdankt. Da die Bewegungen rein elektrisch erzeugt und gesteuert werden, können dem Maschinenbediener Funktionen auf der Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden, mit der er vorher programmierte Bewegungsabläufe auf Tastendruck aufrufen und starten kann. Entsprechend einfach lässt sich auch eine Variantenfertigung umsetzen.

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Soll die Bewegung oder die Position des Pneumatikzylinders überwacht oder als Führungs- oder Steuergröße verwendet werden, müssen separate Sensoren berücksichtigt werden. Im Gegensatz dazu ist bei Linearmotoren das Messsystem bereits integriert, sodass vom Servoregler zu jeder Pick-&-Place-Operation Daten wie Hub- oder Kraftwerte zur weiteren Verwendung zur Verfügung gestellt werden können. Diese Daten können beispielsweise verwendet werden, um temperaturabhängige Veränderungen der mechanischen Anteile des Pick&Place-Systems automatisch zu kompensieren.

Da ein Linearmotor berührungslos und damit wartungsfrei arbeitet, reduzieren sich die Wartungsarbeiten auf ein Minimum. Auch die Führungsschienen, die zur Unterstützung der linearen Bewegung integriert sind, müssen nicht nachgeschmiert werden. Und selbst wenn ein Blitz irgendwann getauscht werden muss, geht das schneller als bei einem pneumatischen System mit seinen vielen Druckluftschläuchen oder einem Kurvenscheibensystem mit seinen mechanischen Kopplungen. Außerdem benötigt ein Direktantrieb nur ein Elektrokabel. Das hat Vorteile bei der Montage und dem Platzbedarf.

Varianten für Hübe von 50 bis 190 Millimeter
Dass die Techniker bei Paro den Blitz so kompakt konstruieren konnten, liegt dabei auch wesentlich daran, dass sich der Sondermaschinen- und Anlagenbauer für Linearmotorkomponenten von Linmot entschieden hat. Linmot sei wegen der platzsparenden Bauweise seiner Lösungen schnell in die engere Auswahl gekommen, so der Technische Leiter des Unternehmens. Darüber hinaus bietet Linmot ein großes Produktspektrum, das eine Vielzahl an unterschiedlichen Läufern und Statoren sowie komplette Linearmotoren mit den dazu passenden Reglern und „magnetischen Federn“ (Magspring) zur Gewichtskompensation sowie Hub-Dreh-Motoren umfasst. Paro hat auf Grundlage dieses Spektrums mehrere Varianten des Blitzes für Hübe von 50 bis 190 Millimeter entwickelt.

Paro nutzt außerdem das Prinzip des Blitzes, um Schnelleinzüge zu realisieren. © F. Roßmann

Bei einer aktuellen Anlage für die Montage einer elektronischen Baugruppe für eine gebäudeseitige Haustechnikanwendung in 31 Montage-, Bearbeitungs- und Prüfstationen summiert sich die Zahl an verbauten Blitzen so auf 30 Stück. Dazu kommen noch drei Linearmotorachsen für sonstige Positionieraufgaben. Die Ansteuerung erfolgt über 33 Servoregler von Linmot mit Profinet-Schnittstelle. Die Anlage besteht insgesamt aus drei Montagezellen mit jeweils einer Grundfläche von zwei mal zwei Metern, die über das Doppelgurttransfersystem Paromat verkettet sind.

Die anspruchsvollste Aufgabe, die zugleich den Kernprozess der Anlage bildet und die ein Blitz in der Montagelinie übernimmt, ist das Greifen und Positionieren der beiden Anschlussfahnen eines Sensors, mit dem die Leiterplatte der Baugruppe bestückt werden muss. Die Position der 0,2 Millimeter dünnen Anschlussdrähte wird über ein Bildverarbeitungssystem erfasst. Daraus wird zum Einfangen der Drähte individuell für jeden Draht und Sensor eine dreidimensionale Bewegung des Blitzes und des Portals berechnet, auf dem er platziert ist. Der Draht wird dabei mit einem Greifer eingefangen, zur Leiterplatte gelenkt und dort verlötet. „Dies wäre mit pneumatischen oder kurvenscheibenbasierten Pick&Place-Lösungen schlicht nicht zu machen gewesen, da sie keine genaue, numerische Positionierung unterstützen“, fügt Gregory Kyd an. „Zudem ließe sich die erforderliche Zykluszeit nicht einhalten.“

Weitere Exemplare des Pick-&-Place-Moduls führen Montageschritte wie das Einsetzen einer LCD-Anzeige, eines Gummikontaktstreifens, der Leiterplatte in ein Gehäuseunterteil, einer Batterie, einer Sicherheitsplombe sowie die Positionierung der Komponenten in über die Anlage verteilten Prüfstationen aus. Daneben übernehmen Schnelleinzüge, die nach dem Prinzip der Blitze aufgebaut sind, die Aufgabe des Werstückträgerschnellwechsels. Damit wird der Werkstückträger vom Doppelgurttransportband Sekundenbruchteilen in eine Lötstation eingezogen oder eine Station übersprungen, um die zur Verfügung stehende Bearbeitungszeit zu verlängern oder die geforderte Taktzeit einzuhalten. Ein weiterer Linearmotor sorgt für die benötigte Dynamik beim Auf- und Abstapeln der fertig montierten Baugruppen. Eine Magspring-Komponente kompensiert dabei das Gewicht der vertikal eingebauten Achse und garantiert eine sichere Position im Falle eines Maschinenstopps. F. J. Roßmann/as

Halle 3, Stand 3411

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