Der Paraquda von Essemtec SMD-Bestückautomat mit Hightech-Antriebskonzept - Zahnriemen übertrifft Kugelumlaufspindel

Autor / Redakteur: Adrian Schärli, Azular GmbH für Essemtec AG / Claudia Mallok

Bei der Entwicklung des SMD-Bestückautomaten Paraquda die Ingenieure von Essemtec das Beste und Genauste verwendet, was die Antriebs-, Steuerungs und Messtechnik heute zu bieten hat. Das Resultat ist ein Automat, der mit seiner Geschwindigkeit, Bedienungsfreundlichkeit, Zuverlässigkeit und seinem Anwendungsspektrum einen neuen Industriestandard setzt.

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Der neue Bestückungsautomat von Essemtec hält, was sein Äusseres verspricht.
Der neue Bestückungsautomat von Essemtec hält, was sein Äusseres verspricht.
( Archiv: Vogel Business Media )

Das Gerücht, eine Kugelumlaufspindel sei besser als ein Zahnriemenantrieb, hält sich seit Jahren, besonders wenn es um SMD-Bestückungsautomaten geht. Die Ingenieure von Essemtec haben darum beim Design der Paraquda diese beiden und noch weitere Antriebe im praktischen Test verglichen.

Mit den Testresultaten war die Entscheidung einfach: Der Hauptantrieb der neue Maschine erhält Zahnriemen und ein Echtzeit-Steuerungssystem. Der Bestückungskopf läuft auf einem H-Portal, das der Maschine hervorragenden statische und dynamische Eigenschaften verleiht.

Intensive Grundlagen- und Marktforschung betrieb Essemtec im Vorfeld auch für die optimale Gestaltung des Bestückungskopfes und des Visionsystems, insbesondere der Beleuchtung. Ergebnis: die Paraquda ist der modernste Bestückungsautomat der Welt geworden. Modern bezüglich der technischen Umsetzung, der Software und Bedienung, modern aber auch bezüglich des Bauteilspektrums und der Anwendungsmöglichkeiten.

Alter Zahnriemen – neu implementiert

Das Antriebskonzept aus Zahnriemen, hoch auflösendem Messsystem, zuverlässigen Lagern und einem extrem schnellen Regelungssystem ist einem Antrieb mit Kugelumlaufspindeln überlegen. Die Vorteile ergeben sich aus der höheren Maximalgeschwindigkeit, der längeren Lebensdauer, den geringeren Kosten und der einfacheren Wartung.

Der Bestückungskopf der Paraquda lässt sich mit einem Zahnriemen schneller bewegen als mit einer Kugelumlaufspindel, die Bestückleistung ist größer. Die Masse des Bestückungskopfes ist relativ hoch, die auftretenden Beschleunigungskräfte ebenfalls. Zahnriemen weisen bei diesen Belastungen deutlich weniger Verschleiß auf und sind dadurch langlebiger als eine Metallspindel. Und: ein Zahnriemen lässt sich im Feld einfacher wechseln. Dank der Verwendung des einfachen und erprobten Zahnriemenantriebs bestückt die Paraquda damit schneller, zuverlässiger und zu geringeren Kosten als anderen Maschinen.

H-Drive mit Echtzeit-Regelung

Der bekannte Nachteil des Zahnriemens, das Überschwingen infolge der Riemendehnung, wird durch die entsprechende Überdimensionierung des Riemens und ein Realtime-Regelungsystem soweit reduziert, dass er auch für die präziseste Anwendung bedeutungslos ist. Deshalb kommt ein Highspeed-Bus- und Regelungs-System zum Einsatz, das die aktuellen Positionswerte in Echtzeit auswertet und die Motoren unmittelbar nachregeln kann.

Der Bestückungskopf ist auf einem H-Drivesystem montiert. Die X- und Y-Achsen sind autonom, wodurch eine dynamische Fahrwegsoptimierung möglich ist. Die Y-Achsen werden beidseitig mit AC-Servomotoren angetrieben und damit mechanische Übertragungsfehler komplett ausgeschlossen. Für die exakte Positionierung und die Parallelität sorgen die linearen Messsysteme, die der Maschinensteuerung verzögerungsfrei die aktuellen Werte übermitteln. Die Messlineale haben eine Auflösung im Nanometer Bereich, was die Bestückung von Ultra-Finepitch und 01005-Bauteilen ermöglicht.

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Jede Achse für Chips und Fine-Pitch

Die vier Achsen auf dem Bestückungskopf sind im Quadrat angeordnet. Für diese Anordnung sprechen zwei Gründe: Einerseits kann die Paraquda immer gleichzeitig zwei Bauteile aufpicken, unabhängig davon, ob die Feeder vorne, hinten, rechts oder links sind. Bei einer Anordnung in einer Reihe wäre dies nicht möglich.

Die Anordnung im Quadrat bringt auch Geschwindigkeitsvorteile bei der Bauteilvermessung: Die 2-Megapixel-Kamera kann alle vier Bauteile auf einmal fotografieren und die Bildverarbeitung (Cognex SMD4) kann parallel arbeiten.

Das Paraquda-Visionsystem hat eine ganz besondere Beleuchtung mit drei unabhängigen Leuchtebenen, wodurch auch unterschiedliche Bauteile mit den gleichen Beleuchtungswerten richtig ausgeleuchtet werden.

Jede Bestückungsachse ist unabhängig von den anderen. Jede verfügt über eine eigenen Vertikal- und Rotationsantrieb. Letzterer sitzt direkt auf der Rotationsachse und ist dadurch präzise und spielfrei. Darum kann auch jede Achse für das ganze Bauteilspektrum eingesetzt werden, von kleinsten Chips bis zu großen Fine-Pitch-Bauteilen.

Die Optimierungssoftware, die die Bestückungssequenz optimiert und den Verfahrweg minimiert, kann daher immer mit vier gleichwertige Ressourcen rechnen. Der Bestückautomat ist redundanter, flexibler und deutlich schneller als andere vierachsige Bestückautomaten.

Komfortable Benutzeroberfläche ePlace

Die Paraquda wird erstmals mit ePlace bedient und programmiert, einer intuitiven, grafischen Benutzeroberfläche. ePlace macht die Bedienung sicher, liefert Tooltips und context-sensitive Hilfen, vervollständigt Eingaben automatisch, sucht intelligent und sortiert Listen sinnvoll - kurz: ePlace reagiert so, wie man es erwartet und hilft einem dort, wo man Hilfe braucht.

Vor allem aber macht ePlace die Steuerung einer komplexen Maschine einfach, denn nicht jeder Bediener spricht englisch, und Personal mit Fremdsprachenkenntnissen ist teuer. Grafische Darstellungen schaffen deshalb Klarheit, und wo Texte unumgänglich sind, ist die Mehrsprachigkeit integriert. Schulungslektionen sind ebenfalls integriert, sodass neues Personal sich schnell einarbeiten kann.

Die Arbeit mit ePlace auf der Paraquda erfordert weder Maus noch Keyboard, die Bedienung erfolgt alleine auf einem 19“-Wide-Touchscreen. Das Panel lässt sich in der Höhe und im Neigungswinkel verstellen. ePlace unterstützt den Bediener zudem mit Zoomfunktionen und optimiert die Ansichten so, dass so wenig wie möglich gescrollt oder geklickt werden muss.

Qualitätsmanagement vermeidet Fehler und Folgekosten

ePlace hilft auch Rüst- und Bestückungsfehler zu vermeiden. Die Basis bildet eine Auftragsverwaltung mit Archivsystem. Darauf aufbauend stehen Funktionen wie Jobplanung, Rüstoptimierung, Rüstlisten-Generator und Bauteil-Lagermanagement zur Verfügung. Beim Rüsten und Nachrüsten von Feedern wird mit einem Barcode-Lesegerät gearbeitet. Rüstfehler sind damit ausgeschlossen und die Bestände auf den einzelnen Rollen werden automatisch erfasst.

Zu Verwechslungen kann es nur noch durch falsche Etikettierung kommen oder beim Lieferanten selber. Gegen diese Fehlerquelle bietet die Option CVU Schutz, die Component Verification Unit. Sie prüft die elektrischen Werte eines Bauteils vor dem Bestücken, beispielsweise den Widerstand, die Kapazität oder die Polarität.

Ein Chip-Bestücker, Fine-Pitch-Bestücker, Spezialbestücker und Dosierautomat

Der Bestückautomat Paraquda ist vier Maschinen in einer: Ein Chip-Bestücker, ein Finepitch-Bestücker, ein Spezialbestücker und ein Dosierautomat. Zusätzlich zum Bestückungskopf können bis zu zwei Dosierventile integriert werden. Diese können Lotpaste, Klebstoffe, Flussmittel oder andere Flüssigkeiten dosieren. Linien, Kurven und Punkte sind möglich. Damit kann die Paraquda auch als Die-Bonder, für die Modulmontage oder für die Herstellung von Hybridprodukten zum Einsatz kommen.

Der Bestückungskopf ist mit vier Achsen ausgerüstet, die je über eine eigene Vertikal- und Rotationsachse verfügen, also individuell gesteuert werden können. Der Bereich der Bauteile, die mit diesem Kopf verarbeitet werden können, ist riesig: Er reicht von kleinsten 01005-Chips bis zu großflächigen Bauteilen mit 100 mm Seitenlänge. Die maximale Bauteilhöhe ist mit 25 mm und der minimale Pitch mit 0.3 mm spezifiziert.

Rüstkosten auf ein Miniumum reduziert

Um mit einem SMD-Bestück-Automaten flexibel arbeiten zu können, braucht es drei Dinge: Eine große Feederkapazität, intelligente Feeder, die automatisch erkannt werden und die Feeder, die während der Bestückung ausgetauscht werden können.

Essemtec baut seit je her die schmalsten Zuführungen der Welt. Die Feeder der Paraquda sind die gleichen wie beim Bestückungssystem FLX, damit ein Wechsel zur Paraquda einfach und günstig möglich ist. Die Feederkapazität der Paraquda ist noch höher als bei der FLX-Serie: 240 sind es beim Stand- alone-Modell, 120 bis 200 beim Inline-Modell, abhängig von der Leiterplattenbreite.

Diese Kapazität ermöglicht zum Beispiel Festrüstung, mit denen mehrere Jobs ohne Umrüsten hergestellt werden können. Es ist auch möglich, so komplexe Leiterplatten in einem Arbeitsgang zu fertigen, die früher in zwei oder mehr einzelnen Durchgängen hergestellt werden mussten.

Die Essemtec-Feeder sind intelligent, d.h. sie werden von der Paraquda automatisch erkannt und können im Betrieb umgerüstet werden. Damit verkürzt sich die Umrüstzeit, und die Stillstandszeit zwischen zwei Aufträgen schrumpfen fast auf Null.

Die Paraquda ist in zwei Varianten erhältlich, als Standalone- und als Inline-System, die mit der SMEMA-Schnittstelle einfach mit anderen Maschinen verbunden werden kann.

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