Hochdynamischer Greifer für Pick-and-Place-Roboter

SPN hat ein leistungsfähiges und hochdynamisches Produkt für Pick-and-Place-Roboter entwickelt, das weltweit zu den schnellsten Greifer dieser Größenordnung zählt. Für eine neue Baureihe einer Produktionslinie zur Herstellung von CDs und DVDs sollte ein sehr schneller Pick-and-Place-Roboter mit dazu gehörigem Greifer entwickelt werden. Das Pflichtenheft des Kunden verlangte Öffnungs- und Schließzeiten im Bereich von hundertstel Sekunden. Üblicherweise benutzt man bei Greifvorgängen dieser Art pneumatisch betriebene Greifer, da sie aufgrund ihres kleinen Gewichtes eine geringe Massenträgheit verursachen und durch die standardisierte Ventiltechnik unproblematisch anzusteuern sind. In diesem Fall jedoch waren die hohen dynamischen Anforderungen damit nicht zu erfüllen, denn prinzipbedingt können pneumatische Greifer nicht schneller als mit Schallgeschwindigkeit arbeiten und zeigen mit wachsender Leitungslänge ansteigende Totzeiten.

„Die auf dem Markt erhältlichen Greifer waren wegen ihrer Größe und des zu großen Massenträgheitsmomentes für den Einsatzzweck nicht optimal geeignet“, erzählt Dr. Jörg Eidam, der technische Geschäftsführer von SPN Schwaben Präzision. „Wir haben uns für eine elektromagnetische Lösung entschieden, die auch die Forderung nach Reinraumtauglichkeit erfüllt und ein eigenes Produkt entwickelt“, so Dr. Jörg Eidam weiter.  

Für die Führungsbewegungen des Greifers, die sehr präzise, aber unabhängig voneinander erfolgen müssen, konnte man eine bereits vorher im Unternehmen entwickelte Hub-Schwenkeinheit verwenden, bei der zwei umrichtergesteuerte Servomotoren ein Kombinationsgetriebe antreiben. Es lassen sich definierte Hübe erzeugen und beliebige Winkel anfahren. Die Hohlwelle des Getriebes ermöglicht eine elegante Verlegung der Steuerleitungen für den Greifer.

Hohe Leistungsfähigkeit
Der selbst entwickelte elektromagnetische Aktuator des Greifers ermöglicht in Verbindung mit einer leistungsfähigen elektronischen Miniatursteuerung Öffnungs- und Schließzeiten im Bereich von 10 bis 20 ms. Eine externe Steuereinheit ist nicht nötig, es genügen die in einer SPS üblichen 24 V Gleichstrom zur Ansteuerung. Selbst die Energieversorgung wird aufgrund der kleinen zu bewegenden Massen mit dem Steuerstrom realisiert. Die in den Greifer integrierte Elektronik verwandelt den Gleichstrom in ein Pulsmuster zur Ansteuerung von Spulen. Diese treiben die beweglichen Teile des Greifers an, die wartungsfrei in PTFE-Lagern gleiten. Dank einer Kulissenführung ist die Endlagenhaltung auf mechanischem Wege auch ohne weitere Stromzufuhr sichergestellt.

Der Greifer zeichnet sich durch eine sehr leichte Bauweise aus. Der Grundkörper besteht aus einer Aluminiumlegierung, die Lagerung aus PTFE. Die Entwickler von SPN haben die räumliche Anordnung der Spule und des Spulenkerns unter Gesichtspunkten eines geringen Massenträgheitsmomentes gewählt.

Vielseitig einsetzbar
Zeitgleich entwickelte SPN für weitere Einsatzbereiche einen weiteren elektromagnetischen Greifer mit parallelen Greiferbacken. „Nach ersten Versuchen mit Polyamid als Werkstoff und einer Gleitlagerung haben wir hier eine selbst entwickelte Wälzlagerung und Greiferbacken aus Nitrierstahl eingesetzt“, erklärt Dr. Jörd Eidam. „Das Gewicht ist zwar etwas größer, die Lebensdauer dafür nochmals höher.“

In Verbindung mit den bereits erwähnten Hub- Schwenkeinheiten haben sich diese Greifer in CD/DVD-Herstellungslinien bereits über etliche Zehnmillionen Zyklen im Serieneinsatz bewährt. Alle Forderungen aus dem Pflichtenheft des Kunden sind erfüllt.  

Die nochmals technisch optimierten Rotorgreifer erlauben ein Zugreifen in beliebiger Schwenklage. Der in den Greiferkopf integrierte Antrieb ermöglicht beliebig viele Umdrehungen, so dass man ihn im Extremfall sogar für leichte Schraubarbeiten einsetzen könnte.