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Kreuztisch Laborproben präzise positionieren

| Autor / Redakteur: Dr. Alexander Bromme / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

In der Medizintechnik geht es oft um Präzision, beispielsweise bei der Positionierung von Laborproben. Steinmeyer Mechatronik bietet dafür den passenden Kreuztisch.

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Der Kreuztisch KT250-DC-EDLM von Steinmeyer Mechatronik wurde speziell für den Einsatz in der Medizintechnik entwickelt und ermöglicht ein schnelles Scannen von Trägern mit hundert Laborproben.
Der Kreuztisch KT250-DC-EDLM von Steinmeyer Mechatronik wurde speziell für den Einsatz in der Medizintechnik entwickelt und ermöglicht ein schnelles Scannen von Trägern mit hundert Laborproben.
(Bild: Steinmeyer Mechatronik)

Der Kreuztisch KT250-DC-EDLM ermöglicht ein extrem schnelles Abscannen von Trägern mit über hundert Laborproben. Steinmeyer Mechatronik hat ihn speziell für den Einsatz in der Medizintechnik entwickelt. Es handelt sich um ein Medial-Science-XY-System in Form einer inversen Pyramide für Probenträger bis 500 g. Bei kompakten Abmessungen der Schlittenplatte von 250 mm × 220 mm verfügt der Tisch über Verfahrwege von 100 mm × 100 mm. Aus Platzgründen im Gerät wurde der Tisch für vertikalen Betrieb entwickelt.

Der Kreuztisch KT250-DC-EDLM kombiniert zwei Antriebe: Auf der vertikalen Achse gewährleisten ein Kugelgewindetrieb mit einer geschliffenen Präzisionsspindel und ein DC-Motor mit Getriebe und Rotationsencoder eine hohe Steifigkeit und hohe Stabilität im Stillstand. Da diese Achse ausschließlich für den vertikalen Zeilenvorschub des Probenträgers nach dem Scannen einer Zeile verwendet wird, ist eine hohe Geschwindigkeit nicht prozessrelevant. Anders auf der horizontalen Achse: Dort gibt es einen integrierten elektrodynamischen Linearmotor mit Spitzengeschwindigkeiten bis 300 mm/s im Scanbetrieb sowie schnellem Beschleunigen und Anhalten – ideal für den Einsatz in der Medizintechnologie, denn kurze Scanzeiten bedeuten kürzere Laborzeiten.

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Bei On-the-fly-Scans kann die Scanzeit sogar bis auf 20 % reduziert werden, da hierfür mit dem KT250-DC-EDLM vertikal kein Anhalten notwendig ist. Die horizontale Position wird in diesem Betriebsmodus durch eine Anfrage an den Controller und Auslesen des Linearmesssystems zurückgemeldet. Die Wiederholgenauigkeit auf der horizontalen Achse mit Linearmotor beträgt ± 2,7 µm und auf der vertikalen Achse mit DC-Motor ± 5 µm.

Leistungsfähiger, präziser Linearmotor

„Der leistungsfähige und präzise elektrische Linearmotor erlaubt geräuscharme, extrem dynamische Bewegungen und ermöglicht wesentlich höhere Taktzeiten, als es mit einem Spindelantrieb möglich wäre“, erklärt Elger Matthes, Leiter Entwicklung und Konstruktion bei Steinmeyer Mechatronik. „Damit eignet sich der KT250-DC-EDLM-Kreuztisch sehr gut für schnelle Scananwendungen und andere Applikationen wie die Batchbearbeitungen von Proben oder die Inspektion kleiner Teile, bei denen häufige Start-Stopp-Phasen üblich sind.“ Positioniertische mit herkömmlichem Spindelantrieb seien hierbei unterlegen.

Da der Linearmotor berührungsfrei arbeitet und die Führungen mit einem Schmierstoffreservoir ausgestattet sind, ist der Betrieb des Tisches praktisch wartungsfrei. Dies stellt eine besonders lange Lebensdauer sicher.

Reaktion auf äußere Ereignisse

Die Programmierung sowie die Anbindung erfolgt über USB oder CAN-Bus. Mithilfe eines entsprechenden Hosts wird das XY-System zudem internetfähig. Die CAN-Schnittstelle erlaubt es dem Positioniertisch, Statusdaten zu senden und Rückmeldung über Programmzustände sowie des Systemzustands (History, Betriebsstundenzähler, Lebensdaten usw.) über das Netzwerk auszugeben. Realisiert wird dies durch einen integrierten, von außen unsichtbaren Controller mit eigenem Programmspeicher.

Bei entsprechender Einbindung des CAN-Hosts kann der Anwender zudem per Remote-Zugriff über das Internet auf das Positioniersystem zugreifen. „Der Tisch gleicht sich im Netzwerk mit der übergeordneten Steuerung, beispielsweise einem Bahngenerator zur Erzeugung mehrdimensionaler Trajektorien, ab und lässt sich somit dezentral steuern“, erklärt Entwicklungsleiter Matthes. Eventuelle Probleme wie Abweichungen bei der Genauigkeit lassen sich per Remote frühzeitig erkennen – auch aus der Ferne. Zudem ist die Synchronisierung vieler Achsen in komplexen Systemen sowie die Verteilung der Intelligenz auf das Errechnen der Bewegungsvektoren im übergeordnetem System (Bahngenerator) und Ausregeln der Bewegung unter Last in der Achse (Tisch mit integriertem Controller) möglich.

Hochpräzise dank Software-Kalibrierung

Eine Besonderheit des Kreuztisches ist die Software-Kalibrierung: Die Genauigkeit der Positionierung wird bei der Montage gemessen und die Daten dauerhaft im internen Controller gespeichert. Bei der Bewegung werden die aktuellen Messwerte mit den gespeicherten Daten abgeglichen und anhand der Abweichung die korrekte Position ermittelt.

Ein dünnes Steuerungskabel ist notwendig, um – bei Bedarf auch mehrere – Positioniertische miteinander zu vernetzen. Die eindeutige Zuordnung der Daten erfolgt mittels einer individuellen Kennung, vergleichbar mit einer MAC-Adresse. Die sonst üblichen dicken und teuren sternförmigen Verkabelungen entfallen.

Die wenigen Kabel, die simple Kalibrierung sowie die im Tisch gespeicherte ID sorgen für eine leichte Austauschbarkeit der Komponenten und gestalten den Service besonders einfach und preiswert. Zahlreiche Optionen erweitern die Produktpalette des Kreuztisches. (sh)

* Dr. Alexander Bromme, Steinmeyer Mechatronik GmbH, Dresden

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