Anwendungsbereiche: Wie wähle ich Linearführungen für die Pick-and-Place-Automatisierung aus?

Die Auswahl von Linearführungen für Pick-and-Place-Automatisierung ist komplexer als die bloße Überprüfung des Nutzlastgewichts. Ein Pick-and-Place-Kopf fährt zu einer Position, nimmt ein Werkstück auf, transportiert es und platziert es an einer anderen Stelle. Hinter dieser scheinbar einfachen Bewegung verbirgt sich ein Führungssystem, das wiederholte Start-Stopp-Bewegungen, kurze Zykluszeiten, Beschleunigung, Verzögerung und Positioniergenauigkeit bewältigen muss.

Gängige Beispiele sind Vakuumköpfe für kleine Kartons oder Beutel, seitlich angebrachte Greifer für Kunststoffteile und Kurzhub-Auswurfeinheiten in Verpackungs- oder Inspektionslinien.

Bei der Auswahl von Linearführungen für die Pick-and-Place-Automatisierung sollten folgende Faktoren berücksichtigt werden: bewegte Masse, Offsetlast, Momentenunterstützung, Hublänge, Geschwindigkeit, Vorspannung, Montagegenauigkeit und Arbeitsumgebung.

Wichtigste Erkenntnis: Linearführungen für Pick-and-Place-Automatisierung sollten anhand der gesamten Bewegungsabläufe und nicht nur anhand des Teilegewichts ausgewählt werden. Bewegte Masse, Versatz, Schienenanordnung, Blockanzahl, Vorspannung, Montagegenauigkeit und Wartungszugänglichkeit beeinflussen Stabilität und Lebensdauer.

1. Beginnen Sie mit der tatsächlichen beweglichen Last.

Im ersten Schritt muss die tatsächliche bewegliche Last definiert werden. In vielen Pick-and-Place-Systemen trägt die Führung nicht nur das Werkstück, sondern auch den Greifer, den Vakuumkopf, die Werkzeugplatte, Halterungen, Sensoren und andere bewegliche Teile.

Dies ist relevant, da Pick-and-Place-Automatisierung häufige Beschleunigungs- und Stoppvorgänge beinhaltet. Selbst ein leichtes Bauteil kann anspruchsvolle Bewegungsbedingungen erzeugen, wenn die zu bewegende Struktur schwer ist oder die Maschine mit hoher Taktfrequenz läuft.

Bevor Sie sich für eine Schienengröße entscheiden, prüfen Sie Folgendes:

• Nutzlastgewicht
• Greifer- oder Vakuumkopfgewicht
• Werkzeug- und Plattengewicht
• Hublänge
• Geschwindigkeit und Beschleunigung
• Zyklusfrequenz
• Montagerichtung

Wenn die Hublänge noch definiert wird, sollten Ingenieure dies überprüfen. Schienenlänge und Hub zusammen mit der Wagenlänge, dem Endspiel und der Position der Befestigungslöcher.

Eine Führung, die bei langsamen Bewegungen gut funktioniert, funktioniert möglicherweise nicht in gleicher Weise bei einer Pick-and-Place-Achse mit hoher Taktfrequenz.

2. Momentenbelastung in Linearführungen für die Pick-and-Place-Automatisierung prüfen

Sobald die tatsächliche bewegliche Last ermittelt ist, besteht der nächste wichtige Schritt darin, die durch das versetzte Werkzeug verursachte Momentenlast zu überprüfen.

Bei vielen Systemen befindet sich der Greifer oder der Vakuumkopf nicht direkt über der Schiene. Die Last kann sich von der Führungsachse weg erstrecken, insbesondere wenn die Maschine eine breite Werkzeugplatte, einen seitlich montierten Greifer oder einen versetzten Aufnahmekopf verwendet.

Bei einer außermittigen Belastung muss die Führung nicht nur vertikalen oder horizontalen Kräften, sondern auch Kippkräften standhalten. Dies wird oft als Momentenbelastung bezeichnet. In der Mechanik entsteht ein Moment, wenn eine Kraft in einem bestimmten Abstand von einem Bezugspunkt oder einer Achse wirkt.

Eine Führung, die hinsichtlich der Tragfähigkeit ausreichend stabil erscheint, kann dennoch schlecht funktionieren, wenn die Greiferlast nicht auf die Schienenmittellinie wirkt.

Bevor Sie die Schienengröße auswählen, fragen Sie:

1. Ist die Last mittig über der Führung angeordnet?
2. Wie weit ist der Greifer von der Schienenmittellinie entfernt?
3. Neigt sich der Kopf beim Beschleunigen oder Bremsen?
4. Reicht ein Block aus oder werden zwei Blöcke benötigt?
5. Reicht eine Schiene aus, oder sollte die Konstruktion zwei Schienen verwenden?

Bei erheblicher Offsetlast sollten Ingenieure auch Folgendes überprüfen: Wie viele Linearführungsblöcke sollen verwendet werden?, weil die Anzahl und der Abstand der Blöcke direkten Einfluss auf die Momentenunterstützung und die Bewegungsstabilität haben.

Je weiter der Lastmittelpunkt von der Führungsachse entfernt ist, desto wichtiger wird die Momentenunterstützung.

3. Wählen Sie das richtige Schienenlayout und die passende Blockanordnung.

Bei Pick-and-Place-Systemen sind die Schienenführung und der Blockabstand oft wichtiger als die Wahl eines größeren Schienenquerschnitts. Eine größere Schiene kann zwar die Tragfähigkeit erhöhen, aber Instabilitäten nicht beheben, wenn die Anordnung die Momentenbelastung nicht ausreichend aufnimmt.

Eine einzelne Schiene mit einem Block eignet sich für sehr leichte, zentrierte Lasten mit kurzen Hüben. Eine einzelne Schiene mit zwei Blöcken verbessert die Momentenaufnahme bei leichten bis mittleren, aber leicht versetzten Lasten. Zwei Schienen mit mehreren Blöcken sind in der Regel besser geeignet für breitere Platten, höhere Geschwindigkeiten, stärkere versetzte Lasten oder eine höhere Wiederholgenauigkeit.

Richtig Montage von Linearführungen ist besonders wichtig, wenn zwei parallele Schienen, mehrere Blöcke oder höhere Vorspannungsniveaus verwendet werden.

Deshalb fragen sich viele Ingenieure, wie viele Blöcke oder Schienen sie für versetzte Greifer in Pick-and-Place-Systemen verwenden sollten. Die Antwort hängt von der bewegten Masse, dem Versatzabstand, der erforderlichen Steifigkeit und der Montagegenauigkeit ab.

4. Hublänge und Zyklusgeschwindigkeit aufeinander abstimmen

Pick-and-Place-Achsen arbeiten oft mit kurzen Hüben, doch kurz bedeutet nicht immer einfach. Bei linearen Pick-and-Place-Achsen können kurze Hübe mit hoher Taktfrequenz anspruchsvoller sein als längere Hübe bei niedriger Geschwindigkeit.

Wiederholtes Beschleunigen, Anhalten und Richtungswechseln können die Lebensdauer, die Laufruhe und die Positionierstabilität der Führungen beeinträchtigen. Bei längeren Transporthüben oder Portal-Bestückungsautomaten sollten außerdem die Schienenunterstützung, die Rahmensteifigkeit, die Schienenparallelität und die Antriebssynchronisation überprüft werden.

Die Führung sollte als Teil der gesamten Bewegungsstruktur und nicht als isolierte Komponente ausgewählt werden.

5. Vorladen sorgfältig auswählen

Die Vorspannung kann die Steifigkeit verbessern und das Spiel in einer Linearführung verringern. Dies kann Pick-and-Place-Systemen helfen, ihre Position stabiler zu halten, insbesondere beim Beschleunigen, Abbremsen oder bei außermittiger Belastung.

Eine höhere Vorspannung ist jedoch nicht immer die bessere Wahl.

Zu hohe Vorspannung kann Reibung, Wärmeentwicklung, Geräuschentwicklung und Antriebsbelastung erhöhen. Außerdem reagiert das System empfindlicher auf Montagegenauigkeit. Für viele Bestückungsanwendungen ist eine leichte oder mittlere Vorspannung ausreichend.

Eine hohe Vorspannung kann weder eine schwache Struktur noch eine mangelhafte Ausrichtung oder einen unzureichenden Blockabstand beheben. Für einen detaillierteren Einblick in die Auswirkungen der Vorspannung auf Steifigkeit, Reibung und Lebensdauer lesen Sie bitte unseren Leitfaden zu diesem Thema. Vorspannung der Linearführung.

6. Montagegenauigkeit nicht ignorieren

Viele Führungsprobleme in Bestückungsautomaten sind keine Führungsprobleme. Sie entstehen durch schwache Montageflächen, mangelnde Parallelität, fehlerhafte Montage oder ungleichmäßiges Anziehen der Schrauben.

Die Montagefläche muss eben, sauber und ausreichend stabil sein, um die Schiene zu tragen. Bei Verwendung zweier paralleler Schienen kann eine ungenaue Ausrichtung zu Blockierungen, Geräuschen, ungleichmäßigem Widerstand und vorzeitigem Verschleiß führen.

Eine hochwertige Führung kann eine mangelhafte Montagebasis nicht ausgleichen. Bevor Sie die Führung verantwortlich machen, prüfen Sie, ob die Montagekonstruktion für das gewählte Schienenlayout und die Vorspannung ausreichend genau ist.

7. Staub, Schmierung und Wartung berücksichtigen

Pick-and-Place-Automatisierung findet Anwendung in Verpackungslinien, der Elektronikmontage, der Medizintechnik, der Lebensmittelindustrie und der allgemeinen Automatisierung. Jede Umgebung stellt unterschiedliche Anforderungen an das Führungssystem.

Verpackungslinien können Papierstaub, Folienpartikel oder Produktrückstände enthalten. In Lebensmittel- oder Reinigungsumgebungen sind unter Umständen korrosionsbeständige Materialien oder ein spezieller Oberflächenschutz erforderlich. Bei der Elektronikmontage kommt es möglicherweise eher auf reibungslose Bewegungsabläufe, Sauberkeit und kontrollierte Schmierung an.

Prüfen Sie diese Punkte frühzeitig:

• Befindet sich Staub oder Schmutz in der Nähe des Führers?
• Benötigt die Maschine eine Abdichtung oder einen Schutz?
• Ist die Schmierstelle leicht zugänglich?
• Werden Reinigungsmittel oder Feuchtigkeit die Schiene beeinträchtigen?
• Lässt sich die Führung ohne größere Demontage überprüfen oder austauschen?

Die Wartungszugänge sollten vor der Montage der Maschine geplant werden, damit Schmierung, Inspektion und Austausch nach der Installation nicht erschwert werden.

8. Praktische Auswahl-Checkliste für Linearführungen zur Bestückungsautomatisierung

Diese Checkliste wandelt eine allgemeine Anfrage in einen klareren Auswahlprozess für Pick-and-Place-Achsen um.

Anstatt nur nach der Schienengröße zu fragen, können Ingenieure mithilfe dieser Checkliste den tatsächlichen Bewegungszustand überprüfen und ein Führungssystem auswählen, das zur Maschine passt.

Abschluss

Bei der Auswahl von Linearführungen für die Pick-and-Place-Automatisierung geht es nicht nur um das Gewicht der Nutzlast. Das Führungssystem muss die tatsächliche bewegte Masse, versetzte Werkzeuge, Momentenbelastungen, Hublänge, Geschwindigkeit, Vorspannung, Montagegenauigkeit und die Arbeitsumgebung berücksichtigen.

Bei leichten, zentrierten Lasten kann eine kompakte Schienenanordnung ausreichend sein. Bei versetzten Werkzeugen, breiteren Platten, höheren Geschwindigkeiten oder besserer Wiederholgenauigkeit gewinnen Blockabstand und Schienenanordnung deutlich an Bedeutung.

Die beste Linearführung ist nicht immer die größte. Entscheidend ist das Führungssystem, das am besten zum tatsächlichen Bewegungszyklus, zur Struktur und zum Wartungsbedingungen der Maschine passt.

IMTEK kann bei der Überprüfung von Hub, bewegter Masse, Versatzabstand, Schienenlayout, Blockanzahl, Vorspannung, Montagegenauigkeit und Arbeitsumgebung helfen, um eine geeignete Führungslösung für Pick-and-Place-Achsen auszuwählen.

Häufig gestellte Fragen

Welche Art von Linearführung eignet sich für die Pick-and-Place-Automatisierung?

Für leichte Bestückungsautomaten eignen sich kompakte oder miniaturisierte Linearführungen. Für höhere Geschwindigkeiten, breitere Werkzeuge, versetzte Lasten oder eine höhere Steifigkeit sind Standardprofil-Linearführungen mit mehreren Blöcken oder einer Zweischienenkonstruktion in der Regel besser geeignet.

Reicht eine Linearführungsschiene für ein Pick-and-Place-System aus?

Für leichte, zentrierte Lasten mit kurzen Hüben kann eine Schiene ausreichen. Bei versetztem Greifer, breiter beweglicher Platte oder höherer Maschinengeschwindigkeit empfiehlt sich der Einsatz von zwei Blöcken oder zwei parallelen Schienen.

Warum vibriert eine lineare Achse einer Pick-and-Place-Maschine während der Bewegung?

Häufige Ursachen sind außermittige Belastung, unzureichender Abstand der Linearführungsblöcke, eine schwache Montagekonstruktion, eine fehlerhafte Ausrichtung der Linearführungen, hohe Beschleunigung oder lose mechanische Verbindungen. Überprüfen Sie die Linearführungen zusammen mit der gesamten Linearführungsanlage.

Ist eine höhere Vorspannung besser für die Bestückungsgenauigkeit?

Nicht immer. Vorspannung kann die Steifigkeit verbessern und das Spiel verringern, aber zu viel Vorspannung erhöht Reibung, Wärmeentwicklung, Geräusche und die Empfindlichkeit der Montage. Die Vorspannung sollte der Montagegenauigkeit und der Maschinenstruktur angepasst sein.

Wie viele Blöcke benötige ich für einen Offset-Greifer?

Wenn die Greiferlast nicht mittig auf der Schiene wirkt, können zwei Linearblöcke auf einer Linearführung die Momentenaufnahme verbessern. Bei breiteren Platten, höheren Geschwindigkeiten oder stärkeren außermittigen Lasten bieten zwei Schienen mit mehreren Blöcken möglicherweise eine bessere Stabilität.