- Technnologie - Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG
ILA Berlin 2024: Physik Instrumente (PI) entwickelt hochdynamische Ausgleichskinematik für den Flugzeugbau
Im Rahmen des Verbundvorhabens entwickelte PI den leistungsstarken Hexapod H-900K101 für eine hochdynamische Ausgleichskinematik im Flugzeugbau. Ziel war es, die Bearbeitungs- und Versiegelungspräzision für CFK-Bauteile im RTM-Herstellungsverfahren (Resin Transfer Molding) zu steigern sowie Produktionszeiten und Prozesskosten zu verringern. Der Faserverbundwerkstoff CFK trägt aufgrund seines geringen Gewichts bei hoher Steifigkeit entscheidend zu mehr Energieeffizienz und CO2-Einsparungen bei Flugzeugen bei.
Dynamischer Ausgleich von Prozesskräften
Den Schwerpunkt der Ausgleichskinematik bildet die Konturenbearbeitung von Wing of Tomorrow Singleaisle Flügelschalen aus CFK mittels Fräsen und Entgraten, außerdem deren nachgelagerte Versiegelung und das Einbringen von Bohrungen. Kombiniert mit einem Knickarmroboter zur groben Positionierung dient der Hexapod von PI der Feinpositionierung von Bearbeitungs- und Versiegelungswerkzeugen. „Wir haben mit dem neuen Hexapod H-900K101 ein hochdynamisches System umgesetzt, das eine Nutzlast von bis zu 40 kg in der XY-Ebene mit bis zu 12.000 mm/s² beschleunigen kann. Das System ist in der Lage, hochfrequente Bahnabweichungen unter der Einwirkung von Prozesskräften beim Fräsen dynamisch auszugleichen“, erläutert Dr. Christian Sander, Head of Technology Development Parallel Kinematics bei PI in Karlsruhe. Das neuentwickelte Hexapod-System wurde für die spezifischen Rand- und Umgebungsbedingungen der Applikation konzipiert und ist somit insbesondere für die zeitkritischen Fertigungsprozesse mit den vorgegebenen Toleranzen der Luftfahrtindustrie optimiert.
Feinpositionierung von Werkzeugen
Zusätzlich zu dieser hohen Dynamik bietet das Hexapod-System eine Glasfaserdatenübertragung zwischen Hexapod-Controller und Treiberelektronik. Darüber hinaus zeichnet sich das System durch eine sehr kurze Latenzzeit bei Verwendung der EtherCAT®-Schnittstelle sowie gemäß Schutzklasse IP54 gedichtete Komponenten aus. Mittels Glasfaserdatenübertragung lässt sich der Hexapod-Controller ohne Beeinträchtigung der Schnittstellenvielfalt komfortabel im Schaltschrank außerhalb der Bearbeitungszelle platzieren und steuert aus über bis zu 100 m Entfernung die Treiberelektronik an. Für die EtherCAT®-Schnittstelle wurde eine tiefe Integration der EtherCAT®-Funktionalität in die Controller- und Treiberarchitektur von PI realisiert. Im komplexen Regelkreis für den Ausgleich von Bahnabweichungen zwischen Kantenerkennungssensorik, Knickarmroboter und Hexapod trägt das Positioniersystem von PI damit nur eine minimale Totzeit bei. Die Reaktionszeit im EtherCAT® -Regelkreis zwischen Positionsabfrage- und Positionsvorgabe des Hexapods beträgt 1,5 ms.
Zuletzt wurde im Projekt ADMAS LuFo untersucht, inwieweit der Einsatz von Beschleunigungssensoren zur Verschleißdetektion bei Einzelbeinen des Hexapods im Rahmen des Condition-Monitorings zielführend ist. Das Frequenzspektrum der Schwingungen innerhalb eines Einzelbeins kann dabei charakteristischen Eigenfrequenzen von Antriebskomponenten zugeordnet werden und somit als Indikator für Systemveränderungen dienen.
Modulare Systeme
Hexapoden bieten sechs Freiheitsgrade der Bewegung auf kompaktestem Raum. Für industrielle Anwendungen sind Kombinationen aus absolut messenden Positionssensoren, Software und Motion Controllern verfügbar, mit denen sich auch komplexe Bewegungsprofile kommandieren lassen. Alle Antriebstechnologien sind individuell anpassbar.
Präzisionshexapoden von PI sind in der Standardausführung für Lasten von 1 kg bis 250 kg und Wiederholgenauigkeiten bis zu ±0,06 µm verfügbar. Kundenspezifische Präzisionshexapoden können Lasten von mehr als 2.000 kg tragen. Mit Stellwegen von einigen Millimetern bis zu mehreren 100 Millimetern erlauben die Maschinen Präzision bis in den Nanometerbereich und Geschwindigkeiten von 0,1 mm/s bis zu 500 mm/s. Hexapoden von PI kommen weltweit in der Siliziumphotonik, Automatisierung, Medizintechnik sowie Astronomie und Forschung zum Einsatz. Je nach Anforderung sind sie für Umgebungsbedingungen wie IP54, Labor, Reinraum, Hochvakuum und Ultrahochvakuum spezifizierbar.
Über Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG
PI mit Hauptsitz in Karlsruhe ist Markt- und Technologieführer für hochpräzise Positioniertechnik und Piezoanwendungen in den Marktsegmenten Industrielle Automatisierung, Halbleiterindustrie, Photonik sowie Mikroskopie & Biowissenschaften. In enger Zusammenarbeit mit Kunden aus aller Welt verschieben die über 1.500 Spezialisten von PI seit mehr als 50 Jahren immer wieder die Grenzen des technisch Machbaren. Die Basis dafür bilden vielfältige Antriebstechnologien, eigenentwickelte Sensorik, Elektronik sowie Steuerungs- und Regelungstechnik. Das Angebot reicht von Komponenten über Subsysteme bis hin zu maßgeschneiderten Komplettlösungen. 508 erteilte und angemeldete Patente unterstreichen den technologischen Führungsanspruch des Unternehmens in der Präzisionspositionierung und Piezotechnologie. PI ist mit neun Fertigungsstandorten in Europa, Nordamerika und Asien sowie 16 Vertriebs- und Serviceniederlassungen weltweit vertreten.