Leistungsfähige Kinematiktransformation
Die Umsetzung der komplexen Hexapod-Kinematik in die maschinenrelevante CNC-Technik galt im Projekt als besondere Herausforderung. Kernstück des dahinterstehenden mathematischen Modells ist die Stewart-Transformation. Sie sorgt dafür, dass die Servomotoren der sechs Achsen aufeinander abgestimmt angesteuert werden können und exakt fließende Bewegungen erzeugen. Dazu erhält die Stewart-Plattform von der übergeordneten Twincat3-CNC die Sollwerte sämtlicher Bewegungsabläufe, berechnet die erforderlichen Achspositionen und gibt die Informationen an die Antriebssteuerung zurück. „Das Zusammenspiel der CNC mit der Stewart-Transformation sorgt für reibungsloses und gleichzeitiges Bewegen der sechs Achsen“, ergänzt Peter Böckstiegel, Geschäftsführer des unterstützenden Systemintegrators Böckstiegel Automation in Penzberg. Dass Beckhoff hierfür in Twincat3 die entsprechenden mathematischen Übersetzungs-Tools bzw. Kinematiktransformationen bereitstellt, ermögliche eine einfache und flexible Bedienung und Programmierung. Die Steuerungssoftware bietet entsprechende CNC-Funktionalität und deckt damit den gesamten Bereich klassischer Bahnsteuerungen bis hin zu komplexen Bewegungs- und Kinematikanforderungen ab. Durch die Steuerung und Transformation mit Twincat ist es gegenüber dem Vorgängersystem nun auch möglich, um eine weitere Achse zu drehen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Schweißkopf um die zu schweißende Naht gedreht werden muss. Als hoch skalierbares System bietet PC-based Control zudem die für jede Anwendung passende Hardware-Plattform. Die harte Echtzeit des Twincat-Realtime-Kernels und die schnelle Kommunikation über Ethercat bieten die Voraussetzungen für eine hochpräzise Bewegungssteuerung. In der Wigpod-Anwendung stellte sich der Schaltschrank-PC C6920 als genau passende Hardware heraus. Zur Bedienung wird das anwendungsspezifisch ausgelegte 15″-Control-Panel CP6942 für Werkzeugmaschinen mit CNC-Tastererweiterung eingesetzt. „Als Bedienoberfläche dient das CNC-HMI von Twincat“, ergänzt Böckstiegel. „Es lässt sich komfortabel über Microsoft-.Net-Standards programmieren und ermöglicht durch sein offenes, modulares Konzept ein anwendungsgerechtes Design.“
Die vollautomatische Schweißzelle Wigpod zeichnet sich durch hohe Dynamik und Bahngenauigkeit sowie große Steifigkeit aus. (Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG)
Sicherheit bei der Bewegungssteuerung
Die sechs Hauptachsen der Schweißzelle werden von den dynamischen Servomotoren der Baureihe AM8000 angetrieben. Zusätzlich gibt es zwei Hilfsachsen für lineare Teilezuführung und rotatorische Bauteilpositionierung. Für die insgesamt acht CNC-Achsen sind vier kompakte, zweikanalige AX5203-Servoverstärker im Einsatz. Sie unterstützen insbesondere schnelle und hochdynamische Positionieraufgaben und erfüllen damit die Anforderungen der Schweißzelle sehr gut. „Ein weiterer Vorteil der Beckhoff-Antriebstechnik ist die Einkabeltechnik OCT, die einen verringerten Verdrahtungsaufwand sowie reduzierte Material- und Inbetriebnahmekosten bedeutet“, sagt Böckstiegel. Zum Schutz der Maschinenbediener vor gefährlichen Bewegungen sind die Servoverstärker mit der Twinsafe-Optionskarte AX5805 ausgestattet. „Vor allem bei Testläufen mit neuen Produkten oder beim Einrichten der Maschine ist es wichtig, dass der Bediener auch händisch in den Arbeitsprozess eingreifen kann“, betont Böckstiegel. Mit Twinsafe könne die Schweißzelle bei Bedarf auch bei offener Tür oder mit einer sicher reduzierten Geschwindigkeit arbeiten, ohne Gefahr für den Bediener.
