XPlanar: egyedülállóan rugalmas, hat szabadsági fokú pozicionálás
Interjú Uwe Prüßmeierrel a Beckhoff új XPlanar hajtásrendszeréről: többdimenziós mozgatás lebegő mozgatóegységekkel.

 

A Beckhoff XPlanar rendszere tetszőleges elrendezésű lapok fölött szabadon lebegő, sík mozgatóegységekből épül fel. A rendszer korlátlan lehetőségeket kínál a gyártógépek és -üzemek tervezéséhez. Az interjúban Uwe Prüßmeier, a hajtástechnikai üzletág termékmenedzsere ismerteti, hogy milyen egyedülálló értéket képvisel ez a mozgatóegységeket pontosan, dinamikusan és kivételes rugalmassággal pozicionáló rendszer.

– Mi jellemzi a többdimenziós mozgatás elvén alapuló új XPlanar hajtásrendszert?

– Az XTS lineáris szállítórendszerhez hasonlóan az XPlanar sem pusztán egy hajtásrendszer, hanem egy olyan átfogó megoldásról beszélünk, amellyel a termékek rendkívül rugalmasan továbbíthatók. Az XTS-hez képest az XPlanar egy második dimenzióval bővíti a mozgást: a síklapok fölött lebegő mozgatóegységek megelőzhetik egymást, pufferzónákban tarthatók, vagy kihagyhatók a termékáramlásból. A szabadon lebegő sík mozgatóegységek egy másik fontos előnnyel is rendelkeznek: továbbításuk érintkezésmentes, ezért csendesek és teljesen kopásmentesek.

– Milyen funkciókkal segíti ez a rendszer a továbbítási feladatok megvalósítását?

– Egy továbbítórendszer egyszerűen átszállítja a termékeket az egyik feldolgozó állomásról egy másikra – A-ból B-be, majd B-ből C-be, C-ből D-be, és így tovább. Az XPlanar rendszerben ezeknek az állomásoknak nem kell lineárisan egymás után következniük, és nem kötelező őket rögzített sorrendben végigjárni. Ez azt jelenti, hogy egy adott terméket csak a feldolgozásához szükséges állomásokhoz kell eljuttatni.

 

Az XPlanar rendszerben a sík mozgatóegységek szabadon lebegnek tetszőlegesen elrendezhető síklapok fölött

 

A második dimenzióbeli mozgatást is lehetővé tevő XPlanar rendszer több új lehetőséget is kínál: például egyes mozgatóegységek kivonhatók a termékáramlásból, vagy speciális várakoztató zónák hozhatók létre a feldolgozási lépéssor optimalizálásához. Fontos az is, hogy a gyorsabb mozgatóegységek megelőzhetik a lassúbbakat – így a részfolyamatok párhuzamosíthatók, és ezért gyorsabban hajthatók végre. Minden egyes sík mozgatóegység egyedileg, egyetlen szervotengelyként vezérelhető, és szükség esetén pontosan szinkronizálható más mozgatóegységekkel.

– A mozgatóegységek hat szabadságfokkal rendelkeznek. Milyen előnyöket nyújt ez, különösen a feldolgozó állomásoknál?

– A mozgatóegységek nemcsak megközelíthetik a feldolgozó állomásokat, hanem a belsejükbe is mehetnek. Fordulni is képesek, mindhárom tengely körül el tudják forgatni a továbbított terméket, amely így bármely oldalról könnyen megmunkálható vagy ellenőrizhető. A mozgatóegységek kismértékben emelhetők vagy süllyeszthetők, sőt, akár meg is dönthetők. Egy kis döntés hasznos lehet, például amikor folyadékkal teli tartályt továbbítunk nagy gyorsulással: a döntéssel elkerülhető a folyadék mellécseppenése.

– Az XPlanar által támogatott sokféle és összetett mozgatási lehetőség ellenére a rendszer könnyen összeállítható és telepíthető. Mik itt a fontos tényezők?

– Már a fejlesztési folyamat legelején úgy döntöttünk, hogy rendkívül integrált rendszert hozunk létre, amelynél a felhasználóknak csak két kábelt kell csatlakoztatniuk: egyet az EtherCAT G szabványú adatátvitelhez, a másikat pedig a tápellátáshoz. Ennek megfelelően minden más funkciót teljeskörűen beépítettünk a modulokba. Tervezési szempontból a modulok rendkívül kompaktak: az egyes síklapok munkafelülete és az alattuk lévő hordozókeret közötti távolság mindössze négy centiméter.

– Az XPlanar rendszer egyes elemeit is ilyen könnyű kiválasztani?

– Igen. A rendszer egyetlen alapeleme egy 24×24 cm méretű síklap. A lapokból bármilyen téglalap alakú vagy szabad pályaelrendezés kialakítható. Ezen az alapelemen kívül a jövőben lesz majd egy másik változat is, amely azonos alakú és méretű, de fölötte a sík mozgatóegységek teljes 360 fokban, tehát akár korlátlanul is elforgathatók lesznek. A mozgatóegységek csak méretükben – és ezáltal teherbírásukban – különböznek egymástól. Jelenleg a legkisebb 85×95 mm-es, és 0,4 kg hasznos terhet bír el, a legnagyobb pedig 275×275 mm-es, és 6 kg hasznos terhet képes továbbítani.

– A rendszer könnyű használatának egyik kulcseleme a TwinCAT automatizálási szoftver. Itt elsősorban mit tartottak szem előtt?

– Fő célunk az, hogy a síkmotorrendszert a felhasználók könnyen kezelhetőnek tartsák. A TwinCAT szoftverben a sík mozgatóegységek egyszerű szervotengelyekként jelennek meg, amelyek elvileg mind a hat szabadságfokot támogatják. Azonban, mivel a gyakorlatban nincs mindig szükség a hat tengely nyújtotta rugalmasságra, legalábbis nem az XPlanar rendszer egészében, a TwinCAT lehetőséget ad az egyszerűsítésre. Ezt úgy éri el, hogy minden egyes mozgatóegységet egy egydimenziós tengelyként ábrázol, amely egy adott feldolgozó állomás elérésekor opcionálisan további, más dimenziókban végzett mozgásokra – például emelésre, döntésre, elforgatásra – is képes. Ez annyit jelent, hogy legalábbis első lépésként elegendő csupán az XPlanar sík fölötti útvonalát vagy pályáját beállítani; ez jelentősen egyszerűsíti a kezelést.

– Bonyolult mozgássoroknál mennyire fontos a TwinCAT Track Management eszköz?

– Az XPlanar kivételes rugalmasságának egyik kulcsa, hogy nemcsak egyetlen ágból álló pályán képes továbbítani a termékeket. További pályákat is meg lehet határozni, és a mozgatóegységek oda-vissza válthatnak közöttük. A TwinCAT automatizálási szoftver Track Management bővítményével a felhasználók több pályát is könnyedén kezelhetnek. Ez a rendkívül felhasználóbarát eszköz támogatja az összetett mozgássorokat, többek között a lassúbb mozgatóegységek megelőzését egy adott pálya mentén, vagy a mozgatóegységek várakoztató zónában történő gyűjtését. Ehhez párhuzamos pályákat, előzési ágakat vagy más üzemterületekhez vezető pályákat szükséges meghatározni.

 

Uwe Prüßmeier, a hajtástechnikai üzletág vezető termékmenedzsere: „Az XPlanar képességei – érintkezésmentes terméktovábbítás, kétdimenziós pozicionálás és további mozgatások a harmadik dimenzióban – teljesen új távlatokat nyitnak a géptervezésben.”

 

A Track Management eszköznek köszönhetően egy rövid párhuzamos szakasz mentén könnyedén megvalósítható a mozgatóegységek egyik pályáról a másikra történő átváltása. Ehhez mindössze egy „switch track” (pályaváltás) utasítás szükséges – a felhasználónak nem kell foglalkoznia a termékáramlásba való becsatlakozás vagy az onnan való kilépés részleteivel, sem az ütközések elkerülésével. A mozgatóegységek teljesen szabadon pozicionálhatók, nem kell előre megadott pályákat követniük. A Track Management eszköz a mozgatóegységeket egyszerűen a meghatározott XPlanar alapfelület megadott koordinátáira küldi, és ilyenkor is kiküszöböli a más mozgatóegységekkel való ütközést.

– A felhasználó szempontjából milyen előnyökkel jár, ha az XPlanar alapsíkot egyedi lapokból állítja össze?

– A fő cél itt is a rugalmasság volt. A lapok tetszőleges alakzatba rendezhetők, és akár falra vagy mennyezetre is szerelhetők, tehát az XPlanar rendszer tökéletesen egy adott alkalmazás igényeihez szabható. Például az alapsíkon ki lehet hagyni a feldolgozó állomások helyét, vagy a pályákkal ki lehet kerülni az üzem egyes egységeit. A továbbítórendszert tehát költséghatékony módon lehet kialakítani, egyúttal minimálisra csökkentve a gépméretet is. Ezenfelül a síkmotorrendszer utólag könnyen módosítható: szükség esetén további lapokkal lehet bővíteni, ha például új feldolgozó állomások beillesztése szükséges, vagy ha optimalizálni kell a kanyarulatok menti mozgatást.

– Hogyan aknázhatják ki a felhasználók ezeket a hatalmas innovációs lehetőségeket?

– Az XPlanar rendszer új távlatokat nyit a gép- és rendszertervezésben. A lehetőségek megértéséhez legjobb, ha a felhasználók a gyakorlatban tapasztalják meg a rendszer új képességeit, ezért a piaci bevezetésnél könnyen használható indulókészleteket kínálunk, ahogyan az XTS esetén is tettük. Ezek 6–12 darab, hordozókeretre szerelt síklapból állnak, továbbá tartalmaznak négy mozgatóegységet, egy előre telepített szoftvert futtató ipari PC-vel megvalósított kis vezérlőszekrényt, valamint a szükséges elektromos alkatrészeket. A gépépítők ezen az ideális alapkészleten saját környezetükben próbálhatják ki az XPlanar rendszert, majd ebből tovább építkezve kialakíthatják a valós alkalmazásokat. Az ilyen előre konfigurált rendszer egyúttal megkönnyíti a Beckhoff támogató személyzetének dolgát is, amikor válaszolniuk kell a felmerülő kérdésekre.

– Az XPlanar rendszer lehetőségei mely gépészeti területeken vagy alkalmazások esetében használhatók ki leginkább?

– Szinte korlátozások nélkül alkalmazható gyártóüzemekben és gyártóberendezéseknél. Az egyetlen követelmény az, hogy a továbbítandó termékek súlya és mérete ne haladja meg a sík mozgatóegységekre előírt értékeket. A felhasználók kihasználhatják a rendszer rendkívül rugalmas pozicionálási képességeit, ahol ezekre szükség van. Ez különösen fontos olyan területeken, ahol különleges előírásoknak kell megfelelni a higiénia és a tisztíthatóság, a nulla károsanyag-kibocsátás vagy a kis zajszint tekintetében – például az élelmiszeriparban, a gyógyszeriparban, a laboratóriumi környezetekben vagy vákuumtechnikai folyamatoknál (például a félvezetőgyártásban).

 

Rendkívüli rugalmasságának köszönhetően az XPlanar rendszerrel tökéletesen megoldható számos különféle továbbítási feladat, beleértve gyógyszer- és élelmiszeripari alkalmazásokat is

 

Az utóbbi két terület esetében különösen hasznos, hogy a termékeket kopás- és szennyeződésmentes lebegő mozgatóegységek továbbítják. Egy adott alkalmazás igényeitől függően a felhasználók az XPlanar felületekre műanyag fóliát, rozsdamentesacél fóliát vagy üveglapokat erősíthetnek a könnyű és szermaradványoktól mentes tisztítás érdekében.

– Az XPlanar rendszert először a 2018-as nürnbergi SPS IPC Drives kiállításon mutatták be. Milyen visszajelzéseket kaptak a látogatóktól ezzel az innovatív rendszerrel kapcsolatosan?

– A rendszer iránt jelentős volt az érdeklődés, és számos lehetséges alkalmazási ötletet eredményezett, mivel sokan már évek óta kerestek rugalmas megoldást gyártóüzemeik konkrét továbbítási problémáira. Csak egy példa az élelmiszer-feldolgozás területéről: a csúcsminőségű cukrásztermékek gyártásánál soha nem tökéletesen azonos a csokoládébevonatok színe. Ez mindaddig nem jelent problémát, amíg a színeltérés egy adott dobozon belül nem észlelhető. Azonban ahol percenként száz pralinét gyártanak, ott hagyományos módszerekkel nehéz egy dobozba tíz azonos színű terméket összeválogatni.

 

XPlanar: A sík mozgatóegység műszaki adatai
 
  • max. sebesség: 4 m/s
  • max. gyorsulás: 20 m/s2 (terheletlenül)
  • négy választható méret: 95×95 mm, 155×155 mm, 155×275 mm és 275×275 mm
  • a mozgatóegység vastagsága: 12 mm
  • max. hasznos teher (a legnagyobb mozgatóegység esetén): 6 kg (kis sebesség mellett)
  • max. lebegési magasság terheletlenül: 5 mm
  • max. lebegési magasság 1 kg-os teher esetén: 1 mm
  • max. elforgatási szög (±): 360°, ±15°
  • max. döntési szög: 5°
További információk: www.beckhoff.hu/xplanar

 

Ehhez több válogató és behelyező robotra lenne szükség az összes praliné ellenőrzéséhez és válogatásához, ami drága lenne mind az idő, mind az alapterület és a kihozatal szempontjából. Ez a probléma sokkal hatékonyabban megoldható egyedileg vezérelt sík mozgatóegységekkel, amelyek egyetlen alapterület fölött mozognak. A pralinékat továbbító mozgatóegységek a gyártósor végén könnyen sorba rendezhetik magukat a termék színárnyalata szerint. Ha pedig a mozgatóegységek teljes doboznyi csokoládét továbbítanak, mindegyik mozgatóegység automatikusan a rendszernek arra a töltőpontjára mehet, ahol a megfelelő színű terméket veheti fel. Mindkét megoldás sokkal gyorsabban és – ami a legfontosabb – lényegesen kisebb helyigénnyel valósítható meg, például az előbb említett, robotokat alkalmazó megoldáshoz képest.

– Vannak más aktuális példák is, ahol az XPlanar rendkívüli rugalmassága elengedhetetlen?

– Kaptunk már konkrét kérdéseket a laborautomatizálás területéről, itt jelentős az érdeklődés a lehető legrugalmasabb elemzések biztosítása tekintetében. Bár a mintákban többnyire ugyanazoknak az anyagoknak a jelenlétét vizsgálják, testreszabott diagnosztizálás esetén el kell tudni végezni bizonyos ritkább analízisműveleteket is. Az XPlanar rendszerrel tömeges elemzés esetén is kiválóan elkülöníthetők egyedi minták, és egyes minták egyszerű kizárásával vagy cseréjével a minőségbiztosítás terén is komoly előnyök érhetők el. A kozmetikaiparban ugyancsak hasonló igények merülnek fel. Például egy konkrét alkalmazásban az illatszereket kiválasztható, egyedi üvegekbe szükséges tölteni, amelyeket egyedileg kell feliratozni és csomagolni.

– Felhasználás szempontjából miben különbözik egymástól az XPlanar és az XTS szállítórendszer?

– A fő különbség az, hogy az XPlanar mozgatóegységeihez nincs szükség mechanikai vezetősínre, tehát – mint már említettem – ez a rendszer rugalmasabb mozgatást tesz lehetővé. A mechanikai kényszerpálya azonban előnyt is jelent az XTS rendszernél: a sík mozgatóegységeknél mágneses ellenerő lép fel, ami vezetősín esetén nincs, ezért a vezetősín íves pályák esetén jelentősen jobb dinamikát, nagyon szűk kanyarokban pedig terhelten is nagyobb sebességet tesz lehetővé. Végső soron egy adott alkalmazás egyedi követelményei döntik el, hogy a két rendszer közül melyiket célszerű használni. Az XPlanar és az XTS tehát tökéletesen kiegészíti egymást.

A robotikai ipar kétszámjegyű növekedése várható
Rövidülő termékciklusok, hálózatosított termelési szekvenciák, gyorsan változó piacok és megcsappanó források – ez csak néhány azok közül a paraméterek közül, melyek az új piacgazdaságot formálják majd.
Digitalizáció a kórházakban
Gyorsabb digitalizációt, hatékonyabb erőforrás-gazdálkodást és javuló betegellátást eredményezhet az egészségügyi intézményekben a Schneider Electric és a ThoughtWire stratégiai partnersége.
Nőknek is szabad a pálya!
Hogyan lesz egy háromgyerekes fizikusból programozó egy innovatív ITC-cégnél? Közgazdászok, jogászok és fizikusok is részt vettek már a kifejezetten kisgyerekes anyákat célzó programozó átképzésben.
Tartalmában és módszertanában is átalakul a szakképzés
Juttatásai az ösztöndíjak és a munkaszerződések rendszerén alapulnak majd, és módosul a szakképzésben oktatók jogállása is.
Mobil laborrobotok a jövő kórházaiban
A mobilis és önálló munkára képes YuMi laboratóriumi robotot arra tervezték, hogy együtt dolgozzon az egészségügyi és laboratóriumi szakemberekkel.