Kamera, Steuerung und Softwarepaket

Die Autoren: Arndt Neues, Regionalvertriebsleiter bei Omron, und Andreas Zeiff, Redaktionsbüro Stutensee

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 Kleinserien und Sonderlösungen 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.

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 Platinenbestückung-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 es, unterschiedliche Pads vorzuhalten, zwischen denen umgeschaltet werden kann. Bei gleicher Platinenbestückung 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. 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 unterschiedlichen Komponenten. Je Zyklus werden bis zu drei Platinen für die Platinenbestückung 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.

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“-Display der NB-Serie. Das 7“-Bediendisplay (das Programm umfasst 3,5 bis 10 “ 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 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.

„Ein wichtiger Punkt, der gerade auch bei unseren Spezialanlagen hilft, die Kosten zu senken, ist die integrierte Sicherheit in der SPS“, betont ASS-Geschäftsführer Michael Luippold. „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.“

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. I