Omron Electronics AG: Antriebstechnik für eine modulare Gurtmaschine

>> Die Herstellung von SMD-Bauteilen ist ein typisches Beispiel, bei dem in kürzester Zeit grosse Mengen produziert, geprüft und für die Weiterverarbeitung verpackt werden müssen. Damit die Prüf- und Verpackungsprozesse mit der Produktion Schritt halten können, ist hier Hochgeschwindigkeit gefragt. Speziell für kleine SMD-Bauteile bewährt sich die Verpackung in Blistergurte, die auf eine Rolle aufgewickelt werden. Die im Beitrag beschriebene Universalgurtmaschine kann aber mehr als nur Bauteile verpacken.

Anbieter zum Thema

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Antrimon Group AG

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Omron Electronics AG

Ein Unternehmensschwerpunkt der Berlin-Oberspree Sondermaschinenbau GmbH & Co. KG (BOS) liegt in der Entwicklung und Herstellung von automatisierten Ausrüstungen für die Fertigung und Qualitätskontrolle von elektronischen Bauelementen. So entwickelte das Unternehmen im Kundenauftrag eine Universalgurtmaschine, die heute Teil des Standard-Produktsortiments ist. Neben den engen Zeitvorgaben für die Abwicklung dieses Projekts waren die geforderten kurzen Zykluszeiten für die Bauteilprüfung und -verpackung die wesentliche Herausforderung.

Mehr als eine Gurtmaschine

Entstanden ist eine Maschine, mit der sich eine breite Palette von Bauteilen (von 2 x 2 mm² bis zu zirka 30 x 30 mm²) in Gurten zwischen 8 und 52 mm Breite verpacken lassen. Der Clou ist dabei der modulare Aufbau der Maschine. Im Grundrahmen sind Druckluft-, Vakuum- und Elektroanschlüsse sowie ein Anschluss für das Kommunikationsnetzwerk vorhanden. In diesen Rahmen werden dann je nach Bedarf entsprechende Prozess-Module eingeschoben. Angeboten werden beispielsweise verschiedene Eingabemodule, ein Bildverarbeitungsmodul, Module zum elektrischen Vermessen der Bauelemente, Gurtmodule oder unterschiedliche Ausgabemodule für IO- oder NIO-Bauteile.

Weitere Module sind in Planung oder können nach Kundenwunsch entwickelt werden. So kann der Anwender seine Maschine nach Bedarf einfach und schnell konfigurieren, wenn notwendig gegebenenfalls umrüsten beziehungsweise einzelne neue Module nachkaufen, ohne dass die Gesamtanlage umgebaut werden muss.

Herausforderung für die Automatisierungstechnik

Für das Gurten selbst passiert ein Bauteil innerhalb der Maschine im Wesentlichen vier Stationen. Es startet in der Eingabestation. Von dort geht es zuerst zur Bildverarbeitungsstation, wo seine genaue Lage ermittelt und bei Bedarf bei der Ablage in die Gurttaschen korrigiert wird. Danach folgt ein (elektrischer) Prüfschritt. Dieses Modul vermisst das Bauteil entsprechend individueller Kundenvorgaben elektronisch. Bevor in der letzten Station das Bauteil im Blistergurt verpackt wird (der Gurt wird mit einem Siegelband verschweisst), wird die Bauteilbeschriftung ausgelesen und anhand dieser Ergebnisse die Zugehörigkeit des Teils zur Produktionscharge geprüft. Nicht zugehörige Teile werden an dieser Stelle ausgeschleust. Ausserdem wird hier vor dem Verschweissen auch sichergestellt, dass das Bauteil nicht übersteht. Für diesen kompletten Zyklus benötigt die Anlage 500 ms je Bauteil. Um derartige Taktzeiten zu erreichen, wird der eingesetzten Technik einiges abverlangt. Für die Antriebstechnik arbeiten die Berliner deshalb mit den Automatisierungsexperten von Omron Electronics GmbH zusammen.

Linearantriebstechnik sorgt für hohe Dynamik

Für die Bewegung sorgen in der Gurtmaschine vier Linearachsen der Serie SGLGW. Der Läufer der eingesetzten GW-Linearservomotoren enthält keinerlei Eisen, er besteht ausschliesslich aus den vergossenen Windungen. Der Stator ist aus zwei vernickelten Stahlplatten mit exakt platzierten Selten-Erden-Magneten auf beiden Seiten aufgebaut. Durch die symmetrische Anordnung heben sich Querkräfte auf, das bringt eine verlängerte Lebensdauer des Linearantriebs, führt zu ruhigerem Lauf und erlaubt den Einsatz kleinerer Linearführungen. Dank Linearantriebstechnik sind die für die Anwendung benötigten kurzen Beschleunigungszeiten und damit die hohe Dynamik realisierbar.

Die eingesetzten Servoantriebsregler der Produktfamilie Sigma-5 erkennen die angeschlossenen Linearmotoren automatisch. Trotzdem ist die Integration von Linearmotoren nicht ganz einfach. Karsten Edling, Konstruktionsleiter bei BOS erläutert, warum das so ist: «Im Gegensatz zu herkömmlichen Antriebsarten gibt es hier keine definierten Schnittstellen, sondern die Magnetbahn muss direkt in das Maschinenbett eingearbeitet werden. Hier haben uns die Experten von Omron schon sehr früh im Entwicklungsprozess mit ihrem Know-how unterstützt.»

Das Herz der Maschine

Herzstück des Maschinenantriebs ist der Motion Controller namens Trajexia. Eingesetzt wird das neue Mitglied der Familie TJ2-MC64. Dank neuer Prozessorarchitektur wurde hier die Befehl-Ausführungszeit deutlich verkürzt. Der Motion Controller kann die Bahnsteuerung für bis zu 64 Achsen gleichzeitig übernehmen, bei einer Zykluszeit von weniger als 2 ms. Ob der Anwender in seiner Maschine Schrittmotoren, Frequenzumrichter, rotatorische Servoantriebe oder wie im Fall der beschriebenen Gurtmaschine Linearantriebe verwendet, spielt dabei keine Rolle. Auch ein Mix der genannten Antriebsarten ist denkbar. Die Integration des Motion Controllers in eine übergeordnete Steuerung ist mit der standardmässig integrierten Ethernetschnittstelle möglich. Auch für andere am Markt gängige Kommunikationssysteme wie EtherCat, Ethernet-IP, Profibus-DP, DeviceNet, Modbus und CANopen sind Schnittstellen vorhanden.

Mehr als Antriebstechnik vom selben Anbieter

«Die hohe Dynamik der eingesetzten Antriebe sowie die schnelle Kommunikation des Motion Controllers mit dem Anlagenleitrechner waren für uns wichtige Argumente für den Einsatz der gewählten Komponenten», begründet Edling seine Wahl. «Dazu kommt, dass wir schon seit Jahren mit Omron zusammenarbeiten und gute Erfahrungen gemacht haben, was den Support angeht. Die Mitarbeiter von Omron haben uns auch dieses Mal wieder gut unterstützt, zum Beispiel bei der Inbetriebnahme oder bei offenen Fragen und Problemen.»

Vorteilhaft war zudem, dass man neben Antrieb und Antriebssteuerung weitere Automatisierungskomponenten vom gleichen Hersteller beziehen konnte. So wurde nicht nur das einwandfreie Zusammenspiel gewährleistet, sondern bei eventuellen Problemen gibt es auch einen eindeutigen Ansprechpartner.

Eingesetzt werden beispielsweise die digitalen Lichtleitersensoren des Typs E3X DA zum Erfassen der SMD-Bauteile, Halbleiterrelais des Typs G3PA sowie Schütze und Motorschutzrelais der Baureihe J7KN. Ebenfalls aus der Produktpalette von Omron stammen die Sicherheitsmodule G9SB, die als Controller für Sicherheitslichtschranken dienen. Beim Verschweissen der Schutzfolie über den Gurttaschen sorgen die Temperaturregler E5GN dafür, dass die Temperatur sehr genau eingehalten wird.

Vorteile der Linearmotoren

Da Linearmotoren direkt eine translatorische Bewegung erzeugen, anstatt eine rotative Bewegung mittels mechanischer Übertragungselemente in eine solche umzusetzen, bieten sie hervorragende dynamische Eigenschaften. Weitere Vorteile prädestinieren Linearmotoren heute für den Einsatz im modernen Maschinen- und Anlagenbau: Durch den Verzicht auf Getriebe, Riemen oder Spindel reduziert sich die Zahl verschleissbehafteter Teile, die Lebensdauer steigt. Zudem können Linearantriebe heute sehr grosse mechanische Vorschubkräfte erreichen und sind – abhängig von den eingesetzten Gebersystemen – hochgenau. Wie die beschriebene Anwendung zeigt, ist auch die Integration der Magnetbahn direkt ins Maschinenbett kein Problem. Wenn man den Anbieter von Automatisierungskomponenten schon sehr früh in den Entwicklungsprozess mit einbezieht, lassen sich so gemeinsam oft nicht nur in der Antriebstechnik optimale Lösungen finden. <<

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