Hexamove Anwendungen

Der Hexapod als flexible Prüfmaschine

Eine neue Software-Generation erlaubt das Mischen von Weg- und Positions-Signalen in Drive-Files. Jeder Freiheitsgrad kann individuell als Weg- oder Kraftsignal programmiert werden. Der Prüfstand erreicht dabei vertikal bis zu 200 kN und horizontal bis zu 100 kN. Die Drehmomente reichen bis zu 25'000 Nm.
Mittels einer Schrittprogrammierung mit Funktionsblöcken kann der Anwender komplette automatisierte Ablaufprogramme schreiben. Diese können auch Schleifen enthalten und lassen die Steuerung von Datenaufzeichnung und externen Signalen zu.

Dynamisch Verformen und Verbiegen

Das interessante Preis/Leistungsverhältnis macht diese Shaker-Hexapoden zu idealen Engineering- und Prüf-Werkzeuge für die Zulieferer der Automobil-Industrie. Die Bauteile werden bei dieser Anwendung horizontal zwischen dem Antriebsteil und einem festen Rahmen eingespannt. Die Werkstückaufnahme wie bei einer Drehbank ermöglicht schnelle Einrichtzeiten. Die Bewegungsprogramme werden von der Steuerung auf ein frei wählbares Werkstück-Koordinatensystem bezogen.

Bauteilprüfung in der Automobilindustrie

Der Real-Motion-Simulator (RMS) ermöglicht die exakte Wiedergabe von Bewegungsmustern, welche auf Teststrecken an realen Fahrzeugen ermittelt wurden. Bei der Simulation im Labor bietet der RMS enorme Flexibilität und lässt bei der Bauteilprüfung Bedingungen zu, welche am realen Fahrzeug nicht erreicht werden können. Das 6-DOF-Gerät ist auf Grund der flexiblen Einsatzmöglichkeiten auch kostenmässig sehr interessant. So konnten beispielsweise Laborkosten reduziert werden, in dem Einrichtzeiten drastisch reduziert wurden und auf den Bau von Spezialprüfständen mit besonderer Kinematik komplett verzichtet werden konnte.

Hexapoden für 6DOF-Kraftregelung / Kraftsteuerung / Kraftmessung

Hexamove-Prüfmaschinen mit Kraftschluss spannen den Prüfling zwischen dem oberen und unteren Rahmen ein. Typische Anwendungen sind einzelne Bauteile oder Baugruppen, die Bewegungen in 6 Freiheitsgraden ausgesetzt werden sollen. Das Hexamove-System lässt sich fast in beliebigen Grössen bauen. Aufspannkonsolen sind auf die Prüflinge abgestimmt.
Die Kraftmessung kann direkt am Bauteil erfolgen oder es können alle Antriebe mit einer Kraftmessdose ausgerüstet werden. Bei achsbezogenen Kräften rechnet der Master diese in kartesische Kräfte in Bezug auf das Bauteil um. Der Drive-File-Editor bildet dabei ein umfassendes Tool, um die Messdaten aufzuzeichnen und zu analysieren.
Je nach Bauteil empfiehlt sich eine direkte oder eine indirekte adaptive Kraftregelung. Bei der indirekten Kraftregelung werden die Bewegungen des Systems so nachgeregelt, dass die gemessenen Kräfte am Bauteil der gewünschten Sollwertkurve folgen.
Beim abgebildeten Prüfstand werden Gummi-Dämpfungselemente von schwerem Rollmaterial Belastungen in 6 Freiheitsgraden ausgesetzt. Die Bewegungsprofile basieren auf Messungen am Rollmaterial selbst. Der Prüfstand dient dazu, Bauteilkennlinien aufzunehmen und Lebensdauertests durchzuführen. Eine besondere Stärke der Steuerung ist es, dass der Drehpunkt (Werkstückkoordinatensystem) einfach in die Bauteilmitte geschoben werden kann. Kräfte und Wege werden in kartesischen Koordinaten in Bezug auf diesen Nullpunkt programmiert.

Rad-Prüfmaschine mit Weg- und Kraftregelung

Diese Anlage bietet die Möglichkeit, für jede Translations- und Rotations-Achse separat zu definieren, ob die Kräfte oder Wege geregelt werden sollen. Die Steuerung eröffnet damit ein riesiges Feld an Einsatzmöglichkeiten.
In der abgebildeten Anwendung wird die Felgen-Kraft geprüft und in die drehende Trommel gedrückt. Geregelt ist dabei nicht nur der Anpressdruck sondern auch die Seitenlast am Rad indem das Rad in der Trommel gegen die Schultern gedrückt wird. Gleichzeitig kontrolliert die Steuerung die Schrägstellung des Rades durch Winkelvorgabe. Somit lassen sich komplette und realistische Prüfabläufe generieren.

Prüfung einer Luft-Feder aus der Bahntechnik

Ein breites Sortiment an Equipment rund um Hexapoden und Messeinrichtungen erlaubt es uns, rasch und flexibel Prüfstände für Kundenprüfungen einzurichten. Das Beispiel zeigt eine Luftfeder, bei welcher Kennlinien ausgemessen wurden sowie auch Dauer-Festigkeitsprüfungen durchgeführt wurden. Kräfte und Wege können dabei einzeln programmiert werden.

Prüfen von Motorenlagern

Motorenlager in Fahrzeugen sind heute nicht mehr einfach nur Federn, sondern hochwertige Bauteile mit eingebauter Intelligenz um die Dämpfungseigenschaften auf die aktuelle Situation einzustellen. Dieser Prüfstand ermöglicht die Simulation von verschiedensten Umgebungsbedingungen. Eine weitere Hauptfunktion ist auch die Bestimmung von Transferfunktionen mit Sweeps. Dazu werden auch die übertragenen Kräfte mit einem zusätzlichen Referenz-Hexapoden gemessen.

Kräfte und Momente präzise kontrollieren

Dieser Prüfstand öffnet komplett neue Anwendungsgebiete. Die Steuerung regelt Kräfte und Momente in einem beliebigen Bezugspunkt in dem Werkstück. Dieses wird entweder auf der Oberseite eingespannt oder zwischen bewegter Plattform und innerem Rahmen. Das Gerät erreicht eine erstaunliche Präzision und die 6 parallelen Antriebe entwickeln sehr hohe Kräfte. Die Messtechnik muss dabei nicht kompliziert am Prüfling angebracht werden, sondern ist fest in die Antriebsachsen integriert.

6-DOF Kräfte- und Momente-Messung

Ein zweiter, nicht bewegter Hexapod zur sehr präzisen Messung von Kräften hat sich bereits in einer Reihe von anderen Anwendungen bewährt. Meistens war die sogenannte Referenz-Hexapode dabei in der Haupt-Hexapode eingebaut. Bei dieser Anwendung wurde das anders gelöst: die Referenz-Hexapode zur Messung ist auf einem verstellbaren Schlitten seitlich des Prüfstandes montiert. So können auch grössere Messaufbauten sehr flexibel realisiert werden.

Die Messung ist sehr präzise und neue Software erlaubt auch das Ermitteln von Kennlinien sowie Übertragungsfunktionen. Neben dem Messen kann die Hexapode aber auch nach den Kräften/ Momenten geregelt werden.

Präzisions-, Positionierung- und Bahngenauigkeit

Diese Variante besticht vor allem durch den kleinen Einbauraum, die hohe Präzision sowie die hohe Traglast von bis zu 300 kg. Die Antriebe sind in diesem Fall elektrische Präzisions-Servomotoren. Eine Besonderheit des Gerätes ist eine zusätzliche Drehachse unter der Hauptplattform des Hexapoden. Der Drehwinkel ist theoretisch unbegrenzt, praktisch wegen der Kabelführungen jedoch im Bereich von +/- 180 Grad.

Präzise Schwerlast-Positionierung mit 6 Freiheitsgraden

Das Hexamove-System eignet sich hervorragend für die Handhabung von schweren Lasten. Das abgebildete System trägt Flugzeugteile von bis zu 10 Tonnen Gewicht und positioniert diese innerhalb einer Toleranz von +/- 0.03 mm. Besonders interessant sind die Abmessungen: Das fahrbare System hat im eingefahrenen Zustand eine Höhe von lediglich ca. 800 mm, kann die Nutzlast aber auf eine Höhe von fast 3000 mm anheben. Modernste Technik für Fahrantrieb und Bedienpanel machen diesen Hexamove zu einem hoch-flexiblen Schwerlastpositioniersystem.

Präzisions-Hexapod für schwere, magnetische Proben

Dieser Hexapod ist am Oak-Ridge-National-Laboratory in den USA im Einsatz und positioniert Proben mit bis zu 800 kg sehr präzise in einem Neutronenstrahl. Wichtigste Eigenschaften sind die sehr geringe Bauhöhe im ein-gefahrenen Zustand und die grossen Kippwinkel. Die Winkelgenauigkeit beträgt 0.001 Grad, die Positioniergenauigkeit liegt unter 0.01 mm. Besondere Anforderungen ergaben sich durch den geplanten Einsatz von sehr starken Magnetfeldern an den Proben. Der Hexapod ist daher vollständig aus Edelstahl und Aluminium gefertigt. Die Hydraulik bietet gerade hier einen besonderen Vorteil, da die Flüssigkeit unempfindlich gegenüber magnetischen Einflüssen ist.

6DOF-Präzisionspositionierung von Bauteilen in einem Neutronenstrahl

Der abgebildete Hexapod dient als Robotik-System für die Handhabung von Bauteilen bis zu 1000 kg. Die Teile beliebiger Form und Grösse werden mit einer Wiederholgenauigkeit von +/- 0.01 mm in einem Neutronenstrahl positioniert. Das Reflektionsbild des Neutronenstrahls ermöglicht eine Aussage über Spannungsverhältnisse innerhalb des Materiales oder die Bestimmung von Stoffen bzw. Kristallstrukturen bis auf atomare Ebene. Weitere Infos zu dieser hochinteressanten Anwendung finden Sie unter www.ill.fr

Mobil und trotzdem präzise

Drehbar um alle Achsen, verschiebbar in alle Richtungen, eine grosse Hub-Höhe und präzise Steuermöglichkeiten - das in Kombination mit einer hohen Traglast von bis zu 2 Tonnen sind die herausragenden Eigenschaften des Mobil-Hexapoden. Das Gerät vereinfacht das Positionieren oder montieren von schweren Nutzlasten in grosser Höhe enorm. Der abgebildete Dumper trans-portiert Roboter zur automatischen Montage von Solar-Panels an die Startposition auf ein hohes Stahlgerüst. Nach genauem Ausrichten startet der Roboter selbständig und verlegt Solar-Panels in grosser Stückzahl. Der hohe Automatisierungsgrad ist dabei entscheidend für die künftige Reduktion der Kosten alter-nativer Energiequellen. Wir freuen uns, dass die Firma Hagenbuch Hydraulic Systems AG mit seiner innovativen Antriebs- und Regelungstechnik dazu beitragen kann, die Vision günstiger, zukunftstauglicher Energiequellen zu verwirklichen.

Hexapod als Simulator in Klimakammer

Bei dieser Anwendung wurde der Hexapod in eine grosse Klimakammer integriert. Der Antriebsteil ist mit einer isolierenden Membrane umschlossen und befindet sich so nicht selbst in der Klimakammer. Diese Lösung schützt die Antriebe vor den extremen Umgebungsbedingungen. Allerdings muss beachtet werden, dass es durch die Faltenbalg-Wirkung des bewegten Teiles zu Druckänderungen in der Klimakammer kommt, die kompensiert werden müssen.

Simulation von Schiffsbewegungen

Auch bei der Untersuchung von Schiffskörper-Modellen in Schleppkanälen kann der Hexapod seine besonderen Vorteile zur Geltung bringen. Beim abgebildeten Modell drehen die Ingenieure die klassische Anwendung um und bewegen das Schiffsmodell, statt im Kanal künstlich Wellen zu erzeugen. Die gemessenen Reaktionskräfte ermöglichen dann eine Analyse über die Eigenschaften der entworfenen Schiffsform. Bei der herkömmlichen Methode, wo künstlich Wellen im Kanal erzeugt werden, erlaubt das Hexamove-System das Modell rasch in präzise Lagen zu bringen. Versuchsabläufe werden so beschleunigt (oder gar ganz automatisiert!).

Hexamove-Simulations-System

Das Hexamove-Simulations-System mit grossem Arbeitsraum und grösstmöglichem Kippwinkel macht aussergewöhnliche Simulationsanwendungen erst möglich. Mit der zusätzlich hohen Traglast bietet die Plattform den Kunden vielfältige Einsatzmöglichkeiten, ob nun mit kompletter Simulationskabine (Bild) oder offen im Raum eingesetzt. Die Simulationen zeichnen sich durch viel Dynamik aus. Ein umfassendes Sicherheitskonzept mit Schnittstellen für externe Sensorik gehört für Hagenbuch Hydraulic Systems mit zur Aufgabenstellung.

Motion-Simulations-Kino

In dieser Anlage sind gleich 24 kleinere Hexapoden von einem Motions-Controller geregelt. Das Bewegungsprogramm wird in kartesischer Form (der Anwender programmiert also Wege und Winkel und nicht Achslängen) interpoliert und individuell auf jede Plattform umgerechnet. Das ermöglicht, dass jede Plattform mit unterschiedlicher Intensität bewegt werden kann (bei der abgebildeten Anlage hat der Zuschauer Einstell-möglichkeiten am Sitz).

Back to the Future

Back to the Future ist schon etwas älter aber mit Sicherheit eine sehr beliebte Attraktion in den Universal-Studios und inzwischen auch in Japan. Für das gelungene Projekt war die Firma Intamin verantwortlich, die wir im Bereich Engineering und hydraulische Antriebstechnik unterstützen durften.

Motion-Plattformen auf Fahrzeugen

Die aufgesetzte Motion-Plattform ist genau genommen ein Tripod und nicht ein Hexapod. Trotzdem baut die Steuerung auf dem gleichen Software-Kern auf wie bei den Hexapoden. Eine Besonderheit der Anlage ist, dass das Bewegungsprogramm über den Weg interpoliert wird und nicht über die Zeit. Fährt das Fahrzeug langsamer, dann wird auch die Motion langsam und entsprechend bei höherer Geschwindigkeit intensiver. Verschiedene Kalibrierstellen sorgen dafür, dass auch bei abgenutzten Rädern die Motion immer an der richtigen Stelle ausgelöst wird. Der Motion-Controller übernimmt auch die Regelung des Fahrantriebes, so dass eine korrekte Motion gewährleistet ist.