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X-Y-Positioniersysteme auf Basis der Planarmotor-Technologie

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X-Y-Positioniersysteme

auf Basis der

Planarmotor-Technologie

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INA – Drives & Mechatronics GmbH & Co.

KG, ein Unternehmen der Schaeffler

Gruppe, ist Spezialist für lineare und

rotative Direktantriebe. Ergänzt werden

diese Produkte durch direkt angetrie­

bene Posi tioniersysteme mit den dazu

benötig ten Steuerungen und

Mechatronik bau grup pen.

Neben Standardprodukten werden bei

IDAM ebenso kundenspezifische Antriebs ­

lösungen entwickelt und produziert.

Direktantriebe ersetzen in modernen

Maschinen und Geräten aufgrund

steigender Anforderungen an Dynamik,

Präzision und Kostenreduzierung mehr

und mehr herkömmliche Antriebs ­

lösungen.

Die direkte Verbindung von Motor und

bewegter Masse erhöht die dynamische

und statische Steifigkeit und erlaubt

somit Positionierbe we gun gen mit

höchster Performance.

Direktantriebe arbeiten verschleißarm.

Dadurch können Wartungs­ und Betriebs ­

kosten bei gleich zeitiger Er höhung der

Verfüg barkeit gesenkt werden.

Für die Branchen Werkzeug­ und Pro­

duk tionsmaschinen, Automati sierung,

Pro ductronic/Semicon sowie Mess­ und

Medizin technik entwickeln und produ­

zieren die Teams von IDAM seit über

20 Jahren Direkt an triebe und komplexe

Antriebs systeme.

Die Entwicklung der Direktantriebe und

der Positioniersysteme wird durch die

Einbindung von Modellen und Simula­

tionen effizient unterstützt.

IDAM verfügt über ein Qualitätsmanage­

ment nach modernsten Gesichts punk­

ten. Qualitätsmanagement bei IDAM ist

ein dynamischer Prozess, der täglich

überprüft und so permanent verbessert

wird. IDAM ist nach DIN EN ISO 9001:2008

zertifiziert.

Für jede Anwendung der perfekte Antrieb.

Für die Entwicklung und Konstruktion der Motoren verwendet IDAM speziell ent­

wickelte Tools, unter anderem zur mechanischen und thermischen Simulation.

Diese Ergebnisse können zur Optimierung der Anschlusskonstruktion bei unseren

Kunden herangezogen werden.

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Inhalt

Planarmotoren – Merkmale, Vorteile, Anwendungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

Systembeschreibung – Basiskonfiguration, SPS­Bibliothek, Servo Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Systembeschreibung – Systemkonfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

Technische Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Technische Zeichnung – Planarläufer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

Technische Zeichnung – Planarstator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Applikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

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PlanarmotorenMerkmale, Vorteile, Anwendungen

Die luftgelagerten Planarmotoren bestehen aus einer strukturierten Statorplatte, auf

der sich ein oder mehrere Läufermodule orthogonal ausgerichtet bewegen.

Motoren und Messsysteme sind in idealer Weise in derselben Ebene miteinander

vereint.

Merkmale

Vorteile Anwendungen

Besonders geeignet für die effiziente

Realisierung von Applikationen in der

• Automatisierung

• Mikromontage

• Lasertechnik

• Labortechnik

• Druckanwendungen

• Mess­ und Testanwendungen

Planarstator: skalierbar auf eine Größe bis max. 1500 x 1000 mm

Leiterplattenbestückung

Leichtbaustator Die­Bonding

• Einfacher Aufbau von X­Y­Bewegungssystemen

• Bewegungsbereich und Anzahl der Läufer skalierbar

• GeringeBauhöhe,daalleAchsenineinerEbenesind

• Freie Einbaulage im Raum

• Mit anderen Achsen kombinierbar

• Verschleißfreie Luftlagerung

• Einsatz modernster, standardisierter Steuerungstechnik

• Leichte Bauweise durch den Einsatz von Verbundwerkstoffen (140 kg/m2)

• Hohe Genauigkeit in Parallelität, Ebenheit und Positionierung über ganzen

Bewegungsbereich

• HoheDynamik(2 m/s, 33 m/s2) und kurze Einschwingzeiten

• Verdrehkorrektur(Phi)derLäufermöglich

• HoheGeschwindigkeitskonstanz

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SystembeschreibungBasiskonfiguration, SPS­Bibliothek, Servo Drive

Planarstator

Planarläufer

Druckluft

IPC mit Soft­SPS TwinCAT

Planar­Servo­Bibliothek

Servo Drive, Typ: DMD­078.12

Netzteil

• SPS-BibliothekzurSteuerungderIDAM®Servo­Planarläufer mit jeweils

drei unabhängigen closed­loop Achsen (X, Y, Phi)

• AnwenderfreundlichkonfigurierbardurchSoft-SPSTwinCAT-System-Manager

• EinfachprogrammierbardurchSPS-ProgrammierumgebunginallenSprachennach

IEC61131­3

• GraphischeEntwicklungsumgebunginkl.Scope-FunktionfüreinfacheInbetrieb-

nahme und Service

• AutomatischerKalibriermodus

• Software-SchnittstelleCANopen(CiA-402)

• OptimiertzurAnsteuerungvonPlanarläufern

• Konfigurierbarfür8Ein-Phasen-Motoren,4 Zwei­Phasen­Motoren

oder 4 Drei­Phasen­Motoren

• Nennstrom:7 Aeff je Phase

• Zwischenkreisspannungbis120 VDC

• Feldbus:EtherCAT®

• Encoder-EingängefürHall-SensorenundoptischeSensoren(sin/cos,1 Vss)

zur Positionsmessung

• 8 frei konfigurierbare digitale Ein­ oder Ausgänge

Basiskonfiguration

IDAM®Servo Control E – SPS-Bibliothek

Servo Drive, Typ: DMD-078.12

Industrie-PC(Windows)

Soft­SPS (TwinCAT)

Motion Controller

Planar­Servo­Bibliothek

Netzteil Druckluft

–~

Servo Drive(DMD­078.12)

X

Y

3

6

7

5

4

1 2

1

2

3

4

5

6

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SystembeschreibungSystemkonfiguration

Systemkonfiguration (Beispiel)

6 Stück IDAM® Servo Drive E

DMD­078.12

EtherCAT®

Terminal­System

Z­Achse

Phi­Achse

4 StückPhi­Achsen

4 StückZ­Achsen

für andere EtherCAT®­Baugrupppen

Bedienterminal

1 StückIPC

1 StückPlanarstator

4 StückPlanarläufer

Beispiel mit 4 Stück Planarläufern, 4 Stück Mehrachssystemen (4 Stück Z­Achsen und 4 Stück Phi­Achsen), 6 Stück DMD­078.12 und 1 Stück IPC als Motion Controller

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Technische Daten

*Läuferausrichtung: Läufer um 90° gedreht

X-Y-Positioniersystem Symbol Einheit Wert

System

Maximaler Hub: X­Achse mm 1264 (1286*)

Maximaler Hub: Y­Achse mm 786 (764*)

Maximale Geschwindigkeit: X­Achse vmax m/s 2

Maximale Geschwindigkeit: Y­Achse vmax m/s 2

Teilungsperiode TZ mm 1

Messsystem, magnetisch 3 x sin/cos, 1 Vss

Absolute Genauigkeit: X­Achse μm ±8

Absolute Genauigkeit: Y­Achse μm ±8

Wiederholgenauigkeit: X­Achse μm ±1

Wiederholgenauigkeit: Y­Achse μm ±1

Arbeitsluftdruck p bar 4

Arbeitsluftspalt hmin – hmax μm 8 – 12

Planarläufer: XDDS-236-214-S-E-S-PRIM

Abmessungen L x B x H mm 236 x 214 x 33

Kraft FH N 130 ± 10%

Masse m kg 3,9

Nennstrom Is A 6

Planarstator: XDDS-L1-L2-X-SEK

Maximale Statorlänge L1 mm 1500

Maximale Statorbreite L2 mm 1000

Ebenheit μm auf Anfrage

Masse/Fläche kg/m2 140

Höhe H1 mm 86 bei L1 und L2 < 700

116 bei L1 oder L2 N 700

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Technische Daten

X-Y-Positioniersystem Symbol Einheit Wert

Steuerung

Servo Drive, Typ: DMD­078.12

IPC mit Soft SPS TwinCAT

Planar­Servo­Bibliothek

Netzteil

Kraft vs. Geschwindigkeit

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Krat

f F [N

]

Geschwindigkeit v [mm/s]

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Maximale Motorkraft in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit bei Phasenstrom

I = 12 Apeak

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Technische ZeichnungPlanarläufer

Befestigung für AnschlussbaugruppenM5 x 10(4x)

Luftanschluss

Motorkabel18 x 0.34 Ø10.7

Sensorkabel18 x 0.14 Ø7.7

204 H = 33

B = 214

226

L=

236

Unterseite

(Kontaktseite zu Planarstator)

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Technische ZeichnungPlanarstator

L1

Strukturierte Fläche für Planarläufer

DreipunktauflagePosition ist abhängig vonder Größe der Arbeitsfläche

Diverse Befestigungsmöglichkeiten

L2

H1

IDAM­Planarstatoren werden in Hybrid­

bauweise aus Stahl und Aluminium­

schaum hergestellt. Daraus resultiert ein

geringes Statorgewicht bei höchster

Steifigkeit. Der Nutzen gegenüber einer

reinen Stahlkonstruktion besteht in

einer Kostenreduzierung durch eine

einfache Montage sowie geringem

Aufwand für Handling und Transport.

Beispiel:

Statorgröße: 850 mm x 850 mm

• MassebeikonventionellerStahl-

bauweise 275 kg

• MassebeiHybridbauweise100 kg

Die Massereduktion beträgt ca. 60%.

Die Höhe H1 ist abhängig von den

Dimensionen L1 und L2.

H1 = 86 mm bei L1 und L2 < 700 mm

H1 = 116 mm bei L1 oder L2 N 700 mm

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Applikationen

Open Frame Planar Table für die

Waferpositionierung

Kombination aus zwei Läufern zur

Realisierung von Bewegungen in X, Y

und Phi

Miniaturisierte modulare

Produktionsplattform

Geeignet zur Mikromontage in der flexi­

blen Kleinserienproduktion.

Die Läufer­Module transportieren und

positionieren die Produktträger zu den

einzelnen austauschbaren Fertigungs­

modulen an den Seiten des Planar­

stators.

Planarläufer sind durch andere

Antriebsachsen erweiterbar

Bei dieser Applikation: Ergänzung durch

einen Drehtisch

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12Stand: März 2014 I Änderungen im Sinne des technischen Fortschrittes vorbehalten ohne Vorankündigung. I Fotos: IDAM GmbH & Co. KG

INA – Drives & Mechatronics GmbH & Co. KG

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