Parallelkinematik in der Mikropositionierung:

Im Bereich leistungsfähiger Mikrostellsysteme hat sich die Firma PI (Physik Instrumente) bereits seit über dreißig Jahren einen Namen gemacht. Zu den Produkt-Highlights gehören heute moderne, sechsachsige Parallelkinematik-Mikroroboter, die sich in unterschiedlichen Ausführungen für eine Vielzahl von Anwendungen eignen, so bei Handlingsystemen in der Elektronikfertigung und der Werkzeugkontrolle, in Präzisionswerkzeugmaschinen, in der Medizintechnik oder in optischen Systemen.

Die Hexapod-Systeme basieren auf sechs hochauflösenden Aktoren, die auf eine gemeinsame Plattform wirken. Die Arbeitsweise ist vergleichbar mit einem Flugsimulator, nur arbeiten sie wesentlich genauer. Statt von Hydraulikantrieben werden sie von Antriebsspindeln und präzise ansteuerbaren Elektromotoren angetrieben.
Für unterschiedliche Anwendungen werden die Parallelkinematik-Mikroroboter in drei Grundvarianten angeboten: Das M-850 ist das ideale Stellsystem für alle komplexen Positionieraufgaben, bei denen es auf hohe Belastbarkeit (bis 200 kg in vertikaler Richtung) und Genauigkeit ankommt. Jede Achse lässt sich individuell mit einer Auflösung bis 0,005 µm positionieren. Für geringere Lasten bis zu 10 kg und höhere Geschwindigkeiten (bis zu 50 mm/s) wurde der Parallelkinematik-Mikroroboter M-840 entwickelt. Sie können auf den Mikrometer genau angefahren werden.

Allen drei Systemen gemeinsam ist, dass sie an die eingesetzten Antriebe hohe Anforderungen stellen. Um die hohe Positioniergenauigkeit zu erreichen, müssen die Antriebssysteme möglichst spielfrei während der langen Betriebsdauer der Mikrostellsysteme arbeiten. Dabei sind auch eher raue Umgebungsbedingungen zu verkraften, wie sie z.B. in Weltraumteleskopen und Satellitenempfangsanlagen herrschen. Für die Hexapoden kommen deshalb nur kleine, robuste und leistungsstarke Motoren in Frage. Diese Anforderungen erfüllen die DC-Kleinstmotoren aus dem Faulhaber-Standard-Programm. Die Gleichstrommotoren zeichnen sich nach Anlegen einer Spannung durch einen sofortigen und drehmomentstarken Anlauf. Damit ist eine direkte Reaktion auf Steuersignale sichergestellt. Die freitragende Kupferspule erlaubt zudem leichte Motoren mit Wirkungsgraden bis über 80%.

Je nach Ausführung und Einsatzbereich der Hexapoden werden die DC-Motoren mit Untersetzungsgetrieben kombiniert. Motor und Getriebe bilden eine kompakte Einheit und sind bei einem Durchmesser von < 25 mm nicht einmal 60 mm lang. Die DC-Getriebemotoren können direkt von PC-Karten ohne Zusatzverstärker angesteuert werden. Teilweise integriert der Hexapoden-Hersteller aber auch Servoverstärker mit Eingängen für pulsweitenmodulierte Signale motornah in der Grundplatte.

Bei den in den Hexapoden eingebauten DC-Kleinstmotoren werden die aktuellen Positionen mit magnetischen Impulsgebern erfasst, die 512 Impulse pro Umdrehung liefern. Durch vierfache Interpolation und unter Berücksichtigung der Spindelsteigung ergeben sich daraus Encoderauflösungen bis 0,005 µm.

Die Impulsgeber bestehen aus einer mehrpoligen, trägheitsarmen Permanentmagnetscheibe, die je nach Motortyp entweder auf der Motorwelle oder direkt im Rotor des Motors integriert ist. Magnetsensoren erfassen die Änderungen des Magnetflusses. Am Ausgang stehen dann zwei um 90° phasenversetzte inkrementale Ausgangssignale zur Verfügung, die die Systemsteuerung der Hexapoden anschließend weiterverarbeitet.