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Ausgewählte Ausgabe: 10-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Mehrachsige Bewegungen mit hoher Präzision und Dynamik

Für Positionier- und Handlinganwendungen zum Beispiel in der Halbleiterfertigung, bei der präzisen Materialbearbeitung, in Inspektionssystemen und Montageanwendungen oder beim Digitaldruck müssen industrielle Motion-Control-Lösungen viele Anforderungen erfüllen: Sie sollten robust und zuverlässig sein, ebenso unerlässlich sind Genauigkeiten bis in den Sub-Mikrometerbereich, eine exakte Reproduzierbarkeit der Positionen, hohe Dynamik und Durchsatzraten. Im Zusammenhang mit Industrie 4.0 spielen dann auch noch Sicherheit und einfache Vernetzungsmöglichkeiten eine wichtige Rolle. Diese Anforderungen lassen sich nur erfüllen, wenn Mechanik, Antriebstechnik und Ansteuerelektronik der Positioniersysteme perfekt aufeinander abgestimmt sind.


Bild 1 Technologieübersicht: Breites Spektrum an Antriebstechnologien und Positioniersystemen mit bis zu sechs Bewegungsachsen

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Technologieübersicht: Breites Spektrum an Antriebstechnologien und Positioniersystemen mit bis zu sechs Bewegungsachsen

Präzise, mehrachsige Positionier- lösungen, die in industrieller Um- gebung arbeiten sollen, muss man als Gesamtsystem betrachten, denn ihre Leistungsfähigkeit hängt nicht nur von der Mechanik und der gewählten Antriebsart ab, sondern auch von deren Ansteuerung. Ein industrie- gerechter Motion Controller muss die einzelnen Achsen synchronisieren, mehrdimensionale Bewegungsprofile fahren, schnell auf sich verändernde Regelparameter reagieren und sich komfortabel in die übergeordnete Automatisierungsumgebung integrieren lassen.

Maßgeschneiderte Komplettsysteme aus einer Hand

Das Karlsruher Unternehmen Physik Instrumente hat daher die Mehrheitsanteile an ACS Motion Control übernommen, einem weltweit führenden Entwickler und Hersteller modularer Motion Controller für mehrachsige und hochpräzise Antriebssysteme. Damit hat PI eine wichtige Voraussetzung geschaffen, maßgeschneiderte Komplettsysteme für industrielle Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Präzision und Dynamik bedienen zu können und seine umfangreichen Erfahrungen mit High-End-Projekten auf der ganzen Welt in Industrie- anwendungen einzubringen, die Präzision, Produktivität und Zuverlässigkeit miteinander verbinden sollen. Die Positioniersysteme aus Karlsruhe haben sich bereits in vielen Anwendungen der Halbleiterindustrie, Elektronikfertigung, Montage, Bio- und Medizintechnik, im Digitaldruck sowie der Laserbearbeitung bewährt (Bild 1).

Leistungsfähige Motion Controller

Die ASC Motion Controller Plattform arbeitet als EtherCAT Master, der alle Knoten (Servocontroller-, I/O- und Sensormodule) im EtherCAT Netzwerk koordiniert. Die Controller sind modular aufgebaut, skalierbar und kommunizieren mit der übergeordneten Maschinen- oder Anlagensteuerung über verschiedene Ethernet-Protokolle. Universelle Controller-Module (UCM) sind für die Servosteuerung verantwortlich. Alle Strom-, Geschwindigkeits- und Positionsschleifen werden mit einer Frequenz von 20 kHz unabhängig von der Anzahl der Achsen verarbeitet, was die Voraussetzung für eine hohe Synchronisation und Dynamik mit minimalen Fehlern ist.
Die Motion Controller optimieren das stabile Halten der Position ebenso wie die Step- und Settle-Zeiten durch leistungsfähige Regelalgorithmen, wie die „ServoBoost“-Funktion und das „Profile Shaping“, das beispielsweise Systemschwingungen zuverlässig unterdrückt. Spezielle patentierte Controllerfeatures wie „NanoPWM“ und die „DRBoost“-Funktion ermöglichen eine dynamische Reichweite von über 100 000 : 1. Dadurch werden Trackingfehler beim Waferscannen auf Nanometer begrenzt und in der Messtechnik wird die Position im Subnanometer- bereich gehalten. Dazu kommen umfangreiche Trigger-Funktionalitäten z. B. für Laseranwendungen oder Inspektionsfunktionen. Eine integrierte 3D-Kompensation von Positionier- fehlern sowie die Kompensation des Gierens bei Gantrylösungen ermög- lichen die Realisierung von Anwendungen mit höchsten Genauigkeitsanforderungen.
Der eigene ServoBoost Algorithmus detektiert Störungen in Echtzeit, identifiziert die Ursache und minimiert den Effekt. Er erleichtert die Inbetriebnahme und die Optimierung der Performance bei wechselnden Lasten oder bei Wechselwirkungen mehrerer Achsen auf demselben Rahmen.

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Autoren

Dipl.-Ing. (FH)  Franz Oebels

Produktbereichsleiter Magnetische Direktantriebe
Physik Instrumente (PI)

M.A. Ellen-Christine Reiff

Journalistin, Redaktionsbüro Stutensee

ACS Motion Control

ACS ist ein führender Hersteller von Motion Controllern und Verstärkern. Das Unternehmen wurde 1985 gegründet; es entwickelt, fertigt und vertreibt leistungsfähige Controller- und Verstärkerlösungen für mehrachsige Antriebssysteme basierend auf der „EtherCAT“-Technologie. ACS hat seinen Hauptsitz in Migdal Ha´Emek, Israel, mit Vertriebs- und Supportzentren in den USA, Deutschland, China und Südkorea.
www.acsmotioncontrol.com

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