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Automatisierung

Das Reibrad macht das Rennen

Die Flexibilität mehrachsiger Manipulatoren spielt in der Laborautomatisierung eine entscheidende Rolle. Dass es dabei auch auf geringe Geräuschemissionen ankommt, zeigt ein multiples Achssystem mit integrierter Steuerung. Die Antriebe des Handhabungssystems beruhen auf einem Reibrad statt Kugelspindel oder Treibriemen.

Klare Worte aus der Entwicklungsabteilung: „Im Vergleich zu einem Riemenantrieb gibt es beim Reibradantrieb keine Probleme mit Riemendehnung oder Kraftrippeln, und im Gegensatz zu einem Kugelspindelantrieb ist er deutlich leiser und kostengünstiger.“ Das sagen die Handhabungsexperten von Schunk über die Vorzüge des Antriebskonzeptes der aktuellen Baureihe Uniplace mit multiplem Achssystem und integrierter Steuerung. Der Automatisierungsspezialist hat damit den Einsatz im Labor und in der Medizintechnik im Auge, da es in diesem Umfeld im besonderen Maße auf kompakte, präzise und geräuscharme Handhabungstechnik ankommt.

Moderne Handhabungssysteme sind meist Teil einer Optimierungsstrategie im Anwenderunternehmen. Das schlägt sich in erster Linie im variablen Systemaufbau nieder. Modulare Antriebsarchitekturen und multiple Achssysteme mit integrierter Steuerung sind Beispiele dafür, wie sich Automatisierungsgeräte flexibler und damit auch produktiver gestalten lassen. Die dreiachsige Baureihe PP2300 und die zusätzlich mit einer Rotationsachse ausgestattete Baureihe PP2400 zielen sowohl auf Pipettieraufgaben wie auch die Gläserhandhabung und das Mischen von Reagenzien oder Montageaufgaben in der Feinmechanik.

Beim Blick auf die Eigenschaften der Handlingsysteme fällt auf, dass es nur wenige Unterschiede gibt. So kann das Handlingssystem PP2300 Massen bis fünf Kilogramm bewegen, während das mit einer vierten Rotationsachse ausgestattete Schwestermodul PP2400 lediglich 3,5 kg anheben kann. Die Grundfläche von 1260 x 754 mm und der Arbeitsraum von 1000 x 400 x 240 mm hingegen sind bei beiden Modellen gleich. Ebenso erreichen beide Varianten eine Maximalgeschwindigkeit von etwa einem Meter pro Sekunde bei einer maximalen Beschleunigung von 3 m/s². Mehr Möglichkeiten bietet naturgemäß die zusätzliche Rotationsachse. Sie rotiert mit einem Drehwinkel bis zu +/-270° und lässt sich neben Pipettier- oder Pick and Place-Aufgaben auch zum Umfüllen von Flüssigkeiten einsetzen. Da diese vierte Achse eine Durchgangsbohrung mit einem Durchmesser von 25 Millimetern aufweist, können Techniker weitere Kabel oder Lichtleiter zu stirnseitig montierten Komponenten, wie beispielsweise einem Bildverarbeitungssystem, durchführen. Die Anschlüsse für eine Mediendurchführung wie Druckluft oder Flüssigkeiten sind bereits vorhanden, so dass sich Komponenten wie Dispenser, Greifer oder Sauger ohne aufwendige Schlauchverlegung integrieren lassen.

Die Ingenieure haben bei der Konzeption auf sehr niedrige Geräuschemissionen geachtet. Der Antrieb erfolgt über ein umkehrspielfreies und geräuscharmes Reibrad, ohne dass diese Entscheidung zu Lasten der Genauigkeit gegangen wäre: Das integrierte, inkrementale lineare Wegmesssystem ermöglicht mit seiner Auflösung von acht Mikrometern eine Wiederholgenauigkeit von +/- 0,05 mm, wobei die Positioniergenauigkeit durch den Einsatz eines Mapping-Verfahrens sogar noch verbessert werden kann.

Fortschritte in der Elektronik erlauben das Verlegen der Steuerungsfunktionen in die Geräte. Dank der geringen Standfläche lässt sich das Handhabungssystem ohne weiteres auf dem Labortisch aufstellen. Das umständliche und zeitaufwändige Inbetriebnehmen herkömmlicher Geräte entfällt, so dass auch die betriebwirtschaftliche Gesamtrechnung günstig ausfällt: Nach Herstellerangaben ist das Investment in eine kompakte Komplettlösung unter dem Strich deutlich kostengünstiger als ein aus separaten Komponenten aufgebautes System.

Die Steuerung ist in der Lage, entweder vier Achsen anzusteuern oder drei Achsen und eine Zusatzapplikation wie beispielsweise einen Greifer oder eine Dispenseranwendung. Sie verfügt über acht digitale Ein- und 16 Ausgänge, das ist ausreichend, um eine Fülle von Aufgaben zu bewältigen. Mit ihrer Hilfe lassen sich zum Beispiel Objektträger erfassen oder Lichtschranken in die Steuerung integrieren. Die Ein- und Ausgänge sind zudem für den Anschluss von Vision-Systemen geeignet. Damit ausgerüstete Roboter sind in der Lage, das Vorhandensein oder die Lage von beliebigen Objekten zu erkennen.

Moderne Elektronik und Software-Unterstützung ebnen den Handhabungsgeräten den Weg zu weiteren Einsatzszenarien. Bei kleineren oder überschaubaren Automatisierungsaufgaben reicht oftmals der Einsatz des Uniplace als Stand-alone-System. Über die ingrierten Ethernet- und RS-232-Schnittstellen steht aber auch eine Verbindung zu anderen Handhabungssystemen zur Verfügung. Der Ethernet-Anschluss öffnet fremden Steuerungssystemen den Zugang oder dient als Programmierschnittstelle für einen externen Computer. Damit eröffnen sich dem Anwender auch Möglichkeiten zur Fernbedienung und Fernwartung.

Für den Zugriff stehen drei Zugangsarten für Bediener, für Wartungspersonal und für Administratoren zur Verfügung. Die Programmierung der Steuerung erfolgt über ein Softwaretool auf der Basis von Visual Basic, das per Browser bedient wird. Der interne Datenspeicher des Uniplace nimmt die damit erstellten Programme auf. Das gibt etwa Systemintegratoren die Möglichkeit, ihren Kunden ganze Programmbibliotheken zur Verfügung zu stellen, die vom Anwender nur noch aufgerufen werden müssen. Der Roboter ist auch per Teaching programmierbar. Die Führungsprofile des Uniplace sind durch Abdeckbänder vollständig nach der technischen Schutzart IP51 (Staubschutz und Schutz gegen Tropfwasser) verschlossen. Die Geräte sind auch im Reinraum einsetzbar.