Positionieren

Mikroskopisch genau positionieren mit Antriebstechnologie auf Piezo-Basis

| Redakteur: Jan Vollmuth

Offenes „Pick & Place“-System zur Montage von Kleinteilen. Die Montageeinheit ist von allen Seiten frei zugänglich (ohne Schutzumhausung).
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Offenes „Pick & Place“-System zur Montage von Kleinteilen. Die Montageeinheit ist von allen Seiten frei zugänglich (ohne Schutzumhausung). (Bild: IEF Werner)

Mit der Nano-Line-Technologie bietet die IEF-Werner GmbH raffinierte Antriebskonzepte für die Montage kleinster Bauteile, bei denen eine hohe Montagepräzision gefordert wird.

Entscheidend für höchste Präzision im Maschinenbau sind bestimmte Faktoren. Zum einen ist das die Auswahl der richtigen Antriebskomponenten. Zum anderen wird ein breites „Know-how“ in der Fertigung von Präzisionsbauteilen, wie Führungen und Schlitten benötigt. Der jedoch wichtigste Faktor ist, gute Ideen zu haben, insbesondere wenn es darum geht Reibung zu vermeiden. Diese Faktoren vereinigt IEF-Werner in der sogenannten Nano-Line-Technologie.

Höchst präzise Positionieren

Antriebskonzepte, die auf der Nano-Line-Technologie basieren, eignen sich für die Montage kleinster Bauteile, bei denen eine hohe Montagepräzision gefordert wird. Sie bestehen im Wesentlichen aus der Kombination zweier Technologien – dem piezokeramischen Aktuator und dem aerostatischen Luftlager. Ein Piezoaktor ist ein Motor mit ungewöhnlichen Eigenschaften hinsichtlich der Positioniergenauigkeit, der Dynamik und der Kraftentwicklung. Bei Luftlagern sind die beiden zueinander bewegten Bauteile durch einen hauchdünnen Luftfilm getrennt. Dadurch erlauben sie eine reibungsfreie Bewegung.

Eine weitere Eigenschaft des Luftlagers ist die Vermeidung des Stick-Slip-Effekts (von engl. stick ‚haften‘ und slip ‚gleiten‘). Dieser Haftgleiteffekt bezeichnet das Ruckgleiten von gegeneinander bewegten Flächen. Dieses erschwert die Positionierbarkeit von Antriebskomponenten, besonders wenn es um Positionieraufgaben im Mikrometerbereich geht.

Lösung für die Mikromontagetechnik

Das Ergebnis aus der Kombination dieser unterschiedlichen Technologien ist ein Produkt, das robust und zuverlässig ist. Es kann wiederholgenau auf 0,001 mm positionieren. Mit diesen Eigenschaften kann eine Nano-Line-Antriebskomponente durchaus als Standard in der Mikromontagetechnik eingesetzt werden. Die kompakte Bauform ermöglicht Lösungen für sogenannte Desktop-Factorys. Hier muss eine große Anzahl an Produktionsaufgaben auf engstem Raum untergebracht werden. Das kann zu einem Nachteil führen. Denn je mehr Technik auf engstem Raum untergebracht ist, desto eingeschränkter ist auch die Zugänglichkeit. Vor allem, wenn Abdeckungen und Sicherheitsbauteile den Maschinenbediener vor der Mechanik der Maschine schützen müssen. Ein Zugriff hat in den meisten Fällen sogar den Stillstand der Maschine zur Folge.

Spätestens hier kommt ein weiterer Vorteil von Piezoantrieben zum Tragen. Sie sind zwar sehr dynamisch, erzeugen aber nur geringe Kräfte. Maschinen, die so ausgestattet sind, benötigen daher keinerlei Abdeckungen oder kostenintensive Sicherheitsbauteile.

Schnelle Piezoaktuatoren

Eine häufig eingesetzte Lösung in der Montagetechnik sind sogenannte Pick-&-Place-Systeme. Diese bestehen üblicherweise aus mehreren linearen Achsen, die zusätzlich mit einer Rotationsbewegung kombiniert werden. Bei einem Pick-&-Place-System auf Basis der Nano-Line-Technologie werden alle Achsen von schnellen Piezoaktuatoren angetrieben. Sind sie damit ausgestattet, können sie Bauteile von 40 bis 500 g heben und mit Geschwindigkeiten von bis zu 200 mm/s transportieren. Möglich ist eine wiederholbare Treffsicherheit von < 1 µm.

Bei konventionellen Pick-&-Place-Systemen – zu denen auch Roboter gezählt werden können – müssen Geschwindigkeit, Bewegungsradius und Drehmoment ständig überwacht werden, sobald ein Eingriff in den Gefahrenbereich droht. Dies wird in einschlägigen Richtlinien und Normen gefordert, wie in der europäischen Norm EN62061 (Funktionale Sicherheit) oder der EN61800-5-2 (Sicherheitsfunktionen elektrischer Antriebssysteme). Nur bei strikter Einhaltung dieser Vorschriften ist es zulässig, dass der Mensch sich in unmittelbarer Nähe eines solchen Systems aufhält.

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