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Nutzentrennsystem trennt Leiterplatten durch genaues Freiformfräsen

14.04.2009
Ein neu entwickeltes Nutzentrennsystem zur mechanischen Vereinzelung von Leiterplatten soll eine hohe Flexibilität auf dem Weg von der Elektronikbestückung zur einbaufertigen Platine ermöglichen.

Bei der Fertigung von Elektronikplatinen stellen die Anwender hohe Anforderungen an die dabei verwendeten Maschinen: Denn teilweise werden bis zu 3000 verschiedene Produkte in der Losgröße 1 gefertigt.

Die Asys Automatisierungssysteme GmbH aus Dornstadt bei Ulm hat weltweit über 600 Mitarbeiter und deckt im Bereich der Automatisierung von Elektronikfertigungen das gesamte Spektrum vom einfachen Handling über Lasermarkieren, Etikettieren und Siebdruck bis zu Nutzentrennsystemen ab. In diesem Prozessschritt, englisch Depaneling genannt, trennt die Maschine die auf einem rechteckigen Großnutzen bestückten einzelnen Baugruppen durch präzises Freiformfräsen. Dabei reicht die Formenvielfalt von einfachen Recht-ecken über runde Formen bis hin zu Polygonen. Anschließend passen die bauteilspezifisch geformten Leiterplatten genau in die Produkte der Elektro- und Automobilindustrie.

Kompaktes Inline-Konzept für die automatische Nutzentrennung umgesetzt

Mit der neuen Baureihe ADS 01F Series 2 setzt das Unternehmen ein kompaktes Inline-Konzept für die automatische Nutzentrennung um. Die Maschine nimmt je nach Produktionslayout am Ende einer oder mehrerer Bestücklinien die rechteckigen Großnutzen mit den Einzelschaltungen auf. Ein frei programmierbarer Servogreifer klemmt von oben mit leichtem Formschluss den zu bearbeitenden Einzelnutzen.

Die CNC-gesteuerte Drei-Achs-Frässpindel, die unter der Transportebene angeordnet ist, trennt die Stege durch, die die Einzelschaltung mit dem Rahmen verbinden. Durch den programmierbaren Spannweg des Greifers entfallen aufwändige Sonderkonstruktionen für Greiferadapter. Als Option bietet Asys Doppelgreifer, die im Wechsel die einzelnen Leiterplatten klemmen und ablegen. Eine Ionisiereinheit sowie die ESD-geprüfte Frässpindel verhindern eine Schädigung der empfindlichen elektronischen Bauteile während der Bearbeitung. Anschließend legt das Handlingsystem die vereinzelten elektronischen Schaltungen auf das parallele Entladeband zur integrierten Gut/schlecht-Prüfung.

Handlingsystem mit präzisem Grundaufbau

Für die Positionierung des Servogreifers setzt Asys auf Camoline, einen Baukasten für Handlingsysteme, von Rexroth. Er umfasst ein breites Spektrum von Automatisierungskomponenten der Lineartechnik, Pneumatik und elektrischer Antriebe bis zu kompletten Systemlösungen mit offener Handlingsteuerung. Über die formschlüssige Verbindungstechnik Easy-2-Combine reduziert der Baukasten den Konstruktions- und Installationsaufwand.

Durch ein einheitliches Rastermaß kann der Anwender pneumatische Achsen, Drehmodule und Greifer beliebig mit elektrischen Achsen kombinieren. Die Schritt- und Servomotoren mit den darauf abgestimmten Reglern verfügen über offene Schnittstellen zu allen gängigen Feldbussen. Als komplette Systemlösung liefert Rexroth komplette Handlingsysteme mit der Steuerung Indramotion for Handling.

SPS-basierte Steuerung nach IEC 61131-3

Die rein SPS-basierte Steuerung setzt auf dem internationalen Standard IEC 61131-3 auf und löst auch anspruchsvolle Aufgaben mit minimalem Programmieraufwand. Die Steuerung optimiert die Bewegungen von bis zu drei Achsen im Punkt-zu-Punkt-Verbund, um Zeit einzusparen.

Besonders wichtig für den Anwender: Der präzise Grundaufbau des Handlingsystems mit formschlüssiger Verbindung über die Easy-2-Combine-Schnittstelle erhöht die Wiederholgenauigkeit ohne Justieraufwand. Standardisierte Verbindungskits mit Zentrierhülsen ersetzen dabei bislang übliche aufwändige Fertigungsteile und Adapter.

Freie Antriebswahl bei identischen Anschlussmaßen

Im Inline-Nutzentrenner führen drei Compact-Module als Portalsystem die Bewegungen des Servogreifers. Die Compact-Module haben trotz kleiner Baumaße eine hohe Steifigkeit. Sie bestehen aus einem kompakten Präzisions-Aluminiumprofil mit Abdeckung zum Schutz der Einbauelemente.

Die Module haben zwei integrierte Kugelschienenführungen und eröffnen bei identischen Anschlussmaßen die freie Wahl zwischen Kugelgewinde- und Zahnriemenantrieb. Um eine hohe Dynamik auf den Hubwegen von 800 und 1300 mm zu ermöglichen, entschied sich Asys für die Variante mit Zahnriemenantrieb. Die über Flansche montierten Motoren übertragen das Antriebsmoment ohne Kupplung verdrehsteif auf die Antriebswelle.

Rexroth liefert die Compact-Module für den Camoline-Baukasten in einem fein abgestuften Rastermaß. Die maximale Hublänge liegt bei der Ausführung CKR (mit Zahnriemen) bei 5120 mm. Die Kugelgewindetrieb-Variante (CKK) deckt Hübe bis 1560 mm ab. Diese Compact-Module ergänzt Rexroth durch Eline-Compact-Module für untergeordnete Aufgaben mit geringeren Leistungsanforderungen sowie Vorschubmodule mit kleiner bewegter Masse für vertikale Bewegungen.

Anwender kann Module des Baukastens frei kombinieren

Anwender können einzelne Module des Baukastens frei kombinieren oder von Rexroth als Dienstleister Komplettlösungen auslegen und vormontieren lassen. Auf Basis der zu bewegenden Massen, Hubwege und Anschlussmaße projektieren Ingenieure daraus ein einbaufertiges Handlingsystem. Dabei werden die Systeme bis zu der vom Kunden vorgegebenen Schnittstelle mit Aktoren, Regler und Steuerung geliefert.

Nutzentrennanlage gibt es in zwei Baugrößen

Mit dem Camoline-Baukasten lassen sich die Maschinen skalieren. Asys bietet die neue Nutzentrennanlage in zwei Baugrößen für Nutzenlängen bis 320 oder bis 460 mm an. Mit einer maximalen Abweichung von weniger als 100 µm bei 6-Sigma setzt Asys nach eigenen Angaben den neuen Stand der Technik. Die X-, Y- und Z-Vorschubachsen der Frässpindel treiben Linearmotoren an. Trotz der Achsgeschwindigkeiten von bis zu 120 m/min in der X- und Y-Achse und Beschleunigungen von 15 m/s² erreicht das System eine Positioniergenauigkeit von ± 0,02 mm bei einer Wiederholgenauigkeit von ± 0,005 mm.

Die Asys-Steuerung ermöglicht die Flexibilität, die der Bediener fordert. Das Unternehmen entwickelte sie gemeinsam mit der Rex & Schley Automatisierungstechnik GmbH, Erfurt, einem Systemhaus, das steuerungs- und antriebstechnische Lösungen für den Maschinen- und Anlagenbau entwickelt. Das neue Nutzentrennsystem beherrscht den automatischen Produktwechsel. Dazu importiert der Anwender die CAD-Daten der Baugruppen als Dxf-Dateien.

Über eine Netzwerkanbindung oder eine Kamera mit automatischer Erkennung ordnet die Steuerung die Datensätze den jeweiligen Bauteilen zu. Ohne manuelle Eingriffe passt die Inline-Maschine die Bewegungen von Servogreifer und Frässpindel an die verschiedenen Bauteile an.

Hohe Verfügbarkeit und lange Laufzeiten der Fräsmaschinen haben Priorität

Die Fräsmaschinen haben einen entscheidenden Einfluss auf die Produktivität des Kunden. Hohe Verfügbarkeit und lange Laufzeiten stehen weit oben auf der Anforderungsliste. Die Anwender kalkulieren teilweise mit einer Betriebsdauer von acht Jahren im Drei-Schicht-Betrieb. Das erfordert eine weitgehende Wartungsfreiheit aller Komponenten. Die Compact-Module des Camoline-Handlingsystems können deshalb an beiden Seiten der Kugelschienenführungen nachgeschmiert werden und am Endkopf ist ein Riemenspannsystem integriert. Die Riemenumlenkung hat lebensdauergeschmierte Kugellager.

Ralf Schirmer ist Mitarbeiter der Bosch Rexroth AG, Abteilung Linear Motion and Assembly Technologies in Ratingen.

Ralf Schirmer | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/182391/

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