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Pressemitteilung BoxID: 338863 (Cluster Mikrosystemtechnik)
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Bestückungsautomat mit Hightech-Antriebskonzept

Bestückungsautomat Paraquda arbeitet mit modernster Antriebstechnik

(PresseBox) (Landshut, ) Bei der Entwicklung der Paraquda, der neuen SMD-Bestückungsmaschine von Essemtec, haben die Ingenieure 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.

von Adrian Schärli, Azular GmbH für Essemtec AG

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. Randbedingungen bei der Maschinenentwicklung waren nur die Kundenbedürfnisse und der Stand der Technik. Dank diesen Freiheiten ist
die Paraquda nun der modernste Bestückungsautomat der Welt geworden. Modern bezüglich der technischen Umsetzung, der Software und Bedienung, modern aber auch bezüglich des Bauteilspektrums und der Anwendungsmöglichkeiten. Die Paraquda ist eine SMD-Bestückungsmaschine, die auch für zukünftige Anforderungen in der Elektronikfertigung bestens gerüstet ist.

Guter alter Zahnriemen - neu implementiert

Zugegeben: Der Zahnriemen alleine macht noch kein brauchbares Antriebssystem für einen neuen Bestückungsautomaten. Ein hoch auflösendes Messsystem, zuverlässige Lager und ein extrem schnelles Regelungssystem sind auch notwendig. Alle Komponenten zusammen sind einem Antrieb mit Kugelumlaufspindeln aber 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.


Jede Achse für Chips und Finepitch

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. Dieses behebt einen Nachteil der meisten anderen Bildverarbeitungsysteme: unterschiedliche Bauteile erfordern oft unterschiedliche Beleuchtung, bei vier verschiedenen Bauteilen am Bestückungskopf wären dann vier verschiedene Aufnahmen notwendig. Die Spezialbeleuchtung der Paraquda ist deshalb so optimiert, dass auch unterschiedliche Bauteile mit den gleichen Beleuchtungswerten richtig ausgeleuchtet sind.

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 Finepitch-Bauteilen. Die Optimierungssoftware, die die Bestückungssequenz optimiert und den Verfahrweg minimiert, kann daher immer mit vier gleichwertige Ressourcen rechnen. Die Bestückungsmaschine ist redundanter, flexibler und deutlich schneller als andere vierachsige Bestückungsmaschinen.

ePlace macht Komplexes einfach

Die Paraquda wird erstmals mit ePlace bedient und programmiert, einer intuitiven, grafischen Benutzeroberfläche. Diese bietet einen Komfort, auf den man bei keinem Bestückungsautomaten mehr verzichten möchte. 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. Wer jetzt aber an langsame und ermüdende Eingaben in verkrampfter Haltung denkt, der irrt. Jedermann kann das Panel in der Höhe und im Neigungswinkel so einstellen, wie es für ihn am angenehmsten ist. ePlace unterstützt den Bediener zudem mit unlimitierten Zoomfunktionen und optimiert die Ansichten so, dass so wenig wie möglich gescrollt oder geklickt werden muss.

Qualitätsmanagement vermeidet Fehler und Folgekosten

Rüst- und Bestückungsfehler müssen vermieden werden, denn sie können teure Reparaturen nach sich ziehen oder gar eine ganze Serie in Elektroschrott verwandeln. Darum verleiht ePlace dem Bestückungsautomaten Paraquda ein Qualitäts- und Auftragsmanagement, das die Hauptfehlerquelle kontrolliert, den Menschen.

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 - die sicherste und schnellste Art, um ein Bauteil einem Feeder zuzuordnen. 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, denn für das menschliche Auge sehen die meisten Bauteile gleich aus. 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.

Alles Bestücken und auch noch Dispensen

Eine 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 Diebonder, 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 minimieren

Um mit einer SMD-Bestückungsmaschine 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. Es ist kein Wunder, dass die Paraquda genau diese Eigenschaften aufweist, denn Essemtec hat schon über 18 Jahre Erfahrung im Bau von hochflexiblen Bestückungssystemen.

Essemtec baut schon seit je her die schmalsten Zuführungen der Welt - dank schweizer Uhrentechnologie - und solche werden auch auf der Paraquda verwendet. Es sind übrigens 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 Standalonemodell, 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.

Wie oben erwähnt sind Essemtec-Feeder intelligent, sie werden von der Paraquda automatisch erkannt und sie können im Betrieb umgerüstet werden. Damit verkürzt sich die Umrüstzeit, und die Stillstandszeit zwischen zwei Aufträgen schrumpfen fast auf Null; der Nutzungsgrad steigt. Mit der Paraquda lassen sich deshalb grosse Einsparungen bei den Rüstkosten erzielen, ein wichtiger Beitrag zur Reduktion von Fertigungskosten.

Alles aus einer Hand - Weltweit

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. Essemtec liefert auch alle anderen Maschinen für eine funktionierende SMD-Fertigung aus einer Hand: Drucker, Dosierautomaten, Löt- und Curingöfen, Handlingmodule, Lagersysteme und Software für die Produktionsplanung.

Der Schweizer Maschinenhersteller Essemtec ist Marktführer im Bereich flexibler Produktions-Systeme für die Industrie. Seit 1991 entwickelt, fertigt und vertreibt Essemtec Geräte und Maschinen für alle Prozesse der Elektronik-Herstellung nach den höchsten Qualitätsstandards. Ein gut ausgebautes Netzwerk von Partner- und Tochterfirmen stellt Beratung und Support auf höchstem Qualitätsniveau rund um den Globus sicher.

Mit der neuen Paraquda hat Essemtec ein Produkt vorgestellt, das eine führende Position im Bestückermarkt einnehmen kann und Essemtec als Technologieleader auszeichnet. Die für diese Maschine entwickelten Technologien, zum Beispiel die Software ePlace, das Visionsystem und die neuen Dämpfungstechniken, sind weltweit erstmals bei Bestückungsmaschinen im Einsatz und Zukunftsweisend.

Cluster Mikrosystemtechnik

Der Schweizer Maschinenhersteller Essemtec ist Marktführer im Bereich flexibler Produktions-Systeme für die Industrie. Seit 1991 entwickelt, fertigt und vertreibt Essemtec Geräte und Maschinen für alle Prozesse der Elektronik-Herstellung: Drucker, Dispenser, Bestücker und Lötsysteme. Manuelle, halbautomatische und vollautomatische Systeme sind erhältlich. Zum Produktsortiment gehören auch Transport- und Lagersysteme sowie Softwarelösungen für die Planung, Simulation, Optimierung und Dokumentation der Fertigung. Alle Systeme von Essemtec sind auf maximale Flexibilität optimiert. Der Benutzer soll so schnell wie möglich von einem Produkt zum nächsten umrüsten und gleichzeitig die Produktionskapazität optimal nutzen können. Essemtec - Be more flexible.

Essemtec ist Mitglied im Cluster Mikrosystemtechnik.

Unternehmen miteinander zu vernetzen und mit anwendungsorientierten Forschungeinrichtungen ins Gespräch zu bringen, das ist die Aufgabe des Clusters Mikrosystemtechnik. Als fachlich kompetenter, neutraler und wirtschaftlich unabhängiger Partner unterstützen wir mittelständische Unternehmen darin, ihre Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft nachhaltig zu stärken.

Derzeit hat der Cluster Mikrosystemtechnik rund 60 Mitglieder, vom Ein-Mann-Ingenieurbüro über Hochschulen und Forschungseinrichtungen bis zum weltweit agierenden Großunternehmen. Rund 2/3 unserer Mitglieder sind kleine und mittelgroße Unternehmen (KMU). Neben den Mitgliedern unterstützen über 150 weitere Unternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen unsere Arbeit als aktive Partner.

Der Cluster Mikrosystemtechnik wurde 2005 gegründet. Mit weit über 30 eigenen Veranstaltungen, Gemeinschaftsständen auf 9 Messen mit über 50 teilnehmen Unternehmen sowie über 15 Forschungsprojekten hat sich der Cluster mittlerweile eine starke Position im süddeutschen Raum und den angrenzenden Regionen erarbeitet.