Aus einem Guss: Kamera, Steuerung und Softwarepaket

Platinenbestückung mit integrierter Sicherheit

Je Zyklus werden bis zu drei Platinen für die Bestückung bereitgestellt Bild: ASS

Ein wesentlicher Standortvorteil in Deutschland ist die „verteilte Intelligenz vor Ort“, um ein Schlagwort aus der Automatisierung zu benutzen. Viele mittelständische Betriebe entwickeln individuelle Lösungen für die Probleme der Auftraggeber. Gerade bei der Elektronikfertigung mit hohem Innovationsdruck basiert die erfolgreiche Konstruktion der nötigen flexiblen Anlagen oft auf speziellem Firmen-Knowhow und dem engagierten Einsatz der Mitarbeiter. Die Bestückung von Platinen fordert zum einen die exakte Positionierung unterschiedlichster Bauteile, zum andern aber auch hohe Flexibilität und Leistungsfähigkeit. Nur eine exakt abgestimmte Kombination aus Anlagen-Knowhow, Hard- und Software ergibt dabei eine hocheffiziente Bestückungsanlage. Dies erfordert Automatisierungskomponenten, die von Hause aus selbst bei kleineren Stückzahlen anpassungsfähig sind und im Einzelfall auch mal unkonventionelle Lösungen unterstützen. Im vorgestellten Beispiel arbeitet in einem Bestückungsautomaten für KFZ-Platinen ein Portal-Roboter mit flexiblem Greifer und optischer Überwachung per Kamera.

Zukunftsfähige Lösung: „Stand alone“-Platinenbestückung mit Heatsink-Wärmeleitpads ist auf Flexibilität und Einbindung in die Fertigung ausgelegt Bild: ASS

Zukunftsfähige Lösung: „Stand alone“-Platinenbestückung mit Heatsink-Wärmeleitpads ist auf Flexibilität und Einbindung in die Fertigung ausgelegt

Das Serviceunternehmen für die Leiterplattenindustrie ASS Luippold Automation aus Keltern überarbeitete einen nicht mehr auf dem Markt verfügbaren Bestückungsautomaten durch Neuaufbau und entwickelte dafür neue Steuerungs-, Antriebs- und Visualisierungstechnik nach Kundenvorgabe, um Kühlpads automatisch auf Leiterplatten aufzubringen. Um bei den Kleinserien und Sonderlösungen wie im vorliegenden Fall einen kompetenten Partner auch für ausgefallene Steuerungs- und Sensorlösungen zur Seite zu haben, arbeiten die Automationsexperten mit den Elektronikspezialisten von Omron Electronics zusammen. Aus dem „Kreativbaukasten“ von Steuerungen, Motion Controllern, Kameratechnik und Sensoren ließen sich die nötigen Intelligenz-, Orientierungs- und Sicherheitsbausteine passgenau zusammenstellen. So können die Positionen für den exakten Griff der einzusetzenden Wärmeleitpads ebenso exakt bestimmt werden wie die Ablegestelle auf der Platine.

Flexible Bestückungslösung

Die bestückten Folienträger laufen über eine LED-Durchlichtbeleuchtung zur Abzugskante und werden dort einzeln und lagerichtig vom Greifsystem aufgenommen Bild: ASS

Die bestückten Folienträger laufen über eine LED-Durchlichtbeleuchtung zur Abzugskante und werden dort einzeln und lagerichtig vom Greifsystem aufgenommen

Für die Platinenbestückung mit Heatsink-Wärmeleitpads war eine zukunftsfähige Lösung gefordert. Die Pads müssen dabei exakt an der richtigen Stelle aufgebracht werden, um den optimalen Wärmeabfluss bzw. die spätere Bauteilbestückung sicherzustellen. Zudem sollte die Anlage problemlos und schnell auf andere Pad-Größen umstellbar sein und die spätere Einbindung in eine automatische Fertigung erlauben. Im aktuellen Betrieb wird das Gerät noch von Hand über eine Kassette mit Platinenstapel versorgt, für eine spätere automatische Bandeinbindung ist aber die Übergabeschnittstelle schon vorgesehen. Momentan arbeitet eine Entnahmestation für die Kassette mit Platinenvereinzelung als Zuführelement, auf der anderen Seite setzt ein entsprechender Stapler die fertigen Teile in eine weitere Transportkassette. Ein Folienabzug für zwei getrennte Rollen erlaubt unterschiedliche Pads vorzuhalten, zwischen denen umgeschaltet werden kann. Bei gleicher Bestückung ist ein nahtloses Weiterarbeiten möglich, wenn eine Rolle leer ist. Die bestückten Folienträger laufen über eine LED-Durchlichtbeleuchtung zur Abzugskante und werden dort einzeln und lagerichtig vom Greifsystem aufgenommen.

Der austauschbare, modulare Greifer sitzt zusammen mit der Kamera am Greifarm Bild: ASS

Der austauschbare Greifarm mit Greifer und Kamera

Der austauschbare, modulare Greifer sitzt zusammen mit der Kamera am Greifarm. Damit ist der freie Blick ins Arbeitsfeld des Greifers sichergestellt. Per 4-Achssteuerung wird der Greifer nach den Vorgaben der Kamera-Auswertung positioniert und nach der Drehung in der z-Achse nachjustiert. Die Kamera kann mit den zum Objekt passenden Objektiven ausgerüstet werden. Das erlaubt die sichere Lageerkennung auch bei unterschiedlichsten Komponenten. Je Zyklus werden bis zu drei Platinen für die Bestückung bereitgestellt, die Positionen der Platinen bzw. die Montageorte der Pads werden per Kamera erkannt und die Pads lagerichtig abgelegt. Danach bewegen sich die Platinen weiter in die Presse zur endgültigen Fixierung. Ein Stapler legt sie dann in die Entnahmekassette ab.

Ein 7-Zoll-Display der NB-Serie informiert vor Ort Bild: ASS

Ein 7-Zoll-Display der NB-Serie informiert vor Ort

Kompakte Steuerungslösung

Bei der Steuerung entschieden sich die Kelterner für einen NJ-Motioncontroller mit integrierter Sicherheitstechnik, das erleichtert die Konstruktion. Die Programmierung läuft unter der Sysmac-Studio-Oberfläche und erlaubt die einfache Konfigurierung der 4-Achssteuerung sowie die Einbindung der Kamera-Auswertung. Diese basiert auf dem Bildbearbeitungssystem Xpecta FH. Als Mensch-Maschinen-Schnittstelle vor Ort dient ein 7-Zoll-Display der NB-Serie. Das 7-Zoll-Bediendisplay (das Programm umfasst 3,5 bis 10 Zoll Bildschirmgröße) mit TFT-Touchscreen bietet 65.000 Farben, LED-Backlight und 128 Mb internen Speicher. Ein USB-Port für Memorysticks ermöglicht eine schnelle Speichererweiterung. Die Kommunikation läuft wahlweise über serielle, USB- oder Ethernet-Schnittstelle. Bei industrieüblicher 24-V-Stromversorgung benötigt das Display rund 7 W und arbeitet im für die Elektronikfertigung weiten Bereich von 0° C bis 50° C bzw. von 10 % bis 90 % relativer Feuchte.

Die Controller der NJ-Serie sind robust, ihr lüfterloser Aufbau ist industrietauglich. Der skalierbare Contoller mit Intel-Prozessoren läuft unter dem Echtzeitbetriebssystem RTOS und ist mit CPUs für 4, 8, 16, 32 oder 64 Achsen verfügbar. Die hohe Rechenleistung garantiert z.B. im 32-Achsen-Betrieb eine Zykluszeit von unter 500 μs.

ASS-Geschäftsführer Michael Luippold betont: „Ein wichtiger Punkt, der gerade auch bei unseren Spezialanlagen hilft die Kosten zu senken, ist die integrierte Sicherheit in der SPS. Dadurch ist das Sicherheitskonzept für die Anlage unter Sysmac einfacher und schneller umzusetzen.“ Das Bildbearbeitungssystem Xpectia FH eignet sich ideal für Fertigungsanlagen, die mit hoher Geschwindigkeit laufen und bietet damit genau die Reserven, die eine flexible und skalierbare Anlage benötigt. Die über das praxisorientierte Programm möglichst einfach gehaltene Einrichtung auf neue Objekte kommt ebenfalls der Variabilität zugute. Die Bandbreite der verfügbaren Kameras und Objektive erlaubt für jeden Einsatzfall die optimale Auswahl. Luippold dazu: „Gerade bei kurzfristigen Änderungen ist der schnelle Support durch Omron für uns wichtig. Da wir keine Großserien fertigen, sind unsere Fragen meist auf Einzellösungen oder geringere Stückzahlen bezogen, die aber in jedem Fall kompetent und zeitnah bearbeitet werden.“

Hohe Leistung auf kleiner Fläche bei minimaler Verlustleistung ergeben eine aufgeräumte Schaltschrankumgebung Bild: ASS

Hohe Leistung auf kleiner Fläche bei minimaler Verlustleistung ergeben eine aufgeräumte Schaltschrankumgebung

Aufgeräumte Lösung

Alle Komponenten sind auf ein reibungsloses Zusammenspiel ausgelegt. Das bezieht sich nicht nur auf Omron-Produkte, auch spezielle Zuliefer-Komponenten lassen sich leicht einbinden. Das ist ein nicht zu unterschätzender Vorteil, keineswegs nur für anwendungsorientiert aufgebaute Anlagen oder Prototypen. Auch Einzelanlagen oder Insellösungen lassen sich so später problemlos in ein einheitliches Automationskonzept einbinden; gerade im Hinblick auf die beginnende Ausrichtung hin zu Industrie 4.0 ist dies ein wesentlicher Baustein zur Zukunftssicherheit heutiger Investitionen. Der Leistungsfähigkeit und Flexibilität entgegen kommen auch die Schnittstellen. So wird die Antriebselektronik und Sicherheitsmodule über EtherCAT mit Daten versorgt während Ethernet IP die Leitebene und das Bedienterminal übernimmt. Die Einbindung der Kamera ebenfalls über EtherCAT ist in Vorbereitung.

Über ASS Luippold
ASS versteht sich als Partner der Leiterplattenindustrie in Europa und bietet eine Vielzahl von individuell abstimmbaren Systemen und Maschinen wie z.B. Laminatoren, Handlingssysteme, Folienabzieher oder Sonderwerkzeuge und Hartmetall- bzw. Edelstahltrennmaschinen. Daneben unterstützt das Unternehmen von der Planung bis zur Abwicklung und Verwirklichung mit umfassender Betreuung und Beratung. Alle verfügbaren Systeme können auf die speziellen Kundenwünsche abgestimmt werden und sind je nach Bedarf erweiterbar. Hochwertige Gebrauchtmaschinen und Ersatzteile und Zubehör für Maschinen fast aller Hersteller ergänzen das Programm.

Über Omron
Omron Industrial Automation ist ein führender Hersteller von High-Tech-Produkten und Lösungen für die Industrieautomation. Das Unternehmen ist Teil der 1933 gegründeten Omron Corporation, Kyoto, Japan mit weltweit über 35.000 Mitarbeitern. Das breite Produktspektrum enthält Steuerungs-, Antriebs- und Sicherheitstechnik, Bildverarbeitung und Sensorik sowie Kontroll- und Schaltkomponenten. Ziel ist es, Maschinenbauern bedarfsgerechte, durchgängige Automatisierungslösungen aus einer Hand zur Verfügung zu stellen. Zudem bietet Omron seinen Kunden umfassendes Anwendungs-Knowhow sowie flächendeckenden Vor-Ort-Service. Allein in Europa ist Omron mit 19 Vertriebsniederlassungen vertreten und unterhält hier eigene Fertigungsstätten, u.a. in Nufringen, wo Sensoren, Lichtgitter und Lineartechnik sowie Test- und Prüfeinrichtungen produziert werden. Weitere Informationen finden Sie auf der Omron Website www.industrial.omron.de.

Weitere Informationen finden Sie unter industrial.omron.de.

Alle Bilder: ASS Luippold Automation

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Arndt Neues

Regionalvertriebsleiter bei Omron

Andreas Zeiff

Andreas Zeiff

Studium des Chemie-Ingenieurwesens und der Chemie, Beschäftigung mit Elektronik, berufliche Tätigkeit im Maschinenbau, seit Ende 1998 journalistisch tätig für das Redaktionsbüro Stutensee.

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