Roboter-Handlingsystem für Leiterplatten

Steckbrief

• Was wurde benötigt: mehrdimensional bewegliche Energiezuführung triflex R, die als einbaufertig konfektioniertes ReadyChain-Energiekettensystem ausgeliefert wurde
• Anforderungen: Energiekette muss mit den hohen Verfahrgeschwindigkeiten- und Beschleunigung mithalten und extrem flexibel sein, da sich Bewegungsabläufe des Roboters frei programmieren lassen; jeder Kubikzentimeter zählt, daher muss die Lösung kompakt sein; es bestehen höchste Anforderungen an die Reinheit (Reinraumlösung)
• Branche: Photovoltaik- und Leiterplattenproduktion
• Erfolg für den Kunden: Energieführung passt sich allen Bewegungen optimal an; kleine Biegeradien erlaben besonders kompakten Einbau; Material verfügt über die nötigen Klassifizierungen für die Reinraumtechnik; wirtschaftlicher Vorteil: anstelle von sechs verlaufen alle Leitungen nur noch in einer Energiekette

Beim neuen Leiterplatten-Handlingssystem von Schmid Technology Systems ersetzt ein Sechsachsen-Roboter die bisher verwendeten Linearsysteme. Für die Energie- und Signalzuführung zum Robotergreifer sorgt eine „Triflex R“-Energiekette von igus.

Problem

Die Schmid Gruppe mit Hauptsitz in Freudenstadt hat sich auf die Entwicklung und Fertigung von Anlagen für die Photovoltaik- und Leiterplattenproduktion spezialisiert. Bei der Schmid Technology Systems in Niedereschach befindet sich das Kompetenzzentrum für die Handling-Technik. Zum Produktprogramm dieser Niederlassung gehören Be- und Entladesysteme. Diese Anlagen vereinzeln z.B. Leiterplatten, die auf Kassetten angeordnet sind, und führen sie über ein Transportband einer Bearbeitungsstation zu.
Die immer höheren Bearbeitungsgeschwindigkeiten und die Forderung der Kunden nach größerer Flexibilität führten zu der Entwicklung einer ganz neuen Generation von Handlingssystemen. Während man bislang Lineareinheiten für die Bewegung der einzelnen Achsen verwendete, kommt nun erstmals ein Sechsachs-Roboter zum Einsatz, der mit Taktzeiten von unter sieben Sekunden Kassetten mit Leiterplatten be- bzw. entladen kann. Wichtiger als die Schnelligkeit ist allerdings die Flexibilität des Systems. Weil der Roboter sich frei programmieren lässt, sind unterschiedlichste Bewegungsmuster möglich – ohne Umbauten oder Eingriffe in die Hardware. So können zum Beispiel Kassetten unterschiedlicher Neigungswinkel be- und entladen werden. Die Anlage ist komplett eingehaust, weil beim Leiterplatten-Handling höchste Anforderungen an die Reinheit gestellt werden. Daher spielt die Kompaktheit eine große Rolle – in der Reinraumtechnik rechnet man mit Kubikzentimetern.
Ein interessantes Detail der Anlage ist der Greifer, der selbsttätig die Größe der jeweiligen Leiterplatte erkennt. Die Trägerplatte mit den Vakuumgreifern ist aus gewichtssparenden Carbonfasern gefertigt, damit man einen kompakten 16 kg-Roboter einsetzen und bis zu 7 kg schweres Handling-Gut bewegen kann.

Lösung

Für die Konstrukteure stellte sich durch die Herausforderungen der Anlage auch die Frage nach der optimalen Führung von Energie, Steuersignalen und Druckluft zum Greifer. Der Roboter verfügt über eine innere Energiedurchführung, die aber nicht genug Platz für alle Leitungen bietet. Auf der Suche nach einer externen Energiedurchführung stießen die Konstrukteure auf die mehrdimensional bewegliche Energiezuführung Triflex R von igus. Diese Energiekette wurde speziell für Roboteranwendungen entwickelt. Sie ist mehrdimensional beweglich und passt sich auch bei komplizierteren Handling-Aufgaben des Roboters in der sechsten Achse allen Bewegungen an. Kleine Biegeradien schaffen dabei die Voraussetzung für einen platzsparenden Einbau. Gleichzeitig sorgen außen liegende Anschläge für Radius und Torsion dafür, dass die definierten Radien nicht unterschritten werden, Mindestbiegeradien eingehalten werden und damit eine lange Lebensdauer der Leitungen gewährleistet werden kann.
Die Energiekette wird außerdem aus extrem abriebfestem Material gefertigt, welches über die nötigen Klassifizierungen für die Reinraumtechnik verfügt.
igus liefert die triflex R-Energiekette des neuen Handlingsystems als einbaufertig konfektioniertes „ReadyChain“-Energiekettensystem, jeweils mit einer konfektionierten Servo- sowie einem Resolverkabel (für die beiden Bosch Rexroth- bzw. Indramat-Servoantriebe), weiter zwei Druckluftleitungen und einem Buskabel für die Steuersignale.
Nicht nur technisch, auch wirtschaftlich kann das neue System überzeugen. Die Roboter sind in den letzten Jahren sehr viel günstiger geworden, die Verfügbarkeit des Roboter ist im Vergleich zu den Lineareinheiten deutlich höher. Auch bei der Energiezuführung spart man Kosten, weil nun nur noch eine statt vorher sechs Energieketten benötigt wird. 

"Die Anforderungen hinsichtlich der Reinheit steigen in allen Industriebereichen", so das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung. Beispiel: Versuchsaufbau mit igus-Energiekette E14.3.038.0 zur Messung des Partikelabriebs - vom Fraunhofer Institut "geprüft und für sehr gut befunden".

Der Roboter entnimmt die Leiterplatten von einem Magazin, das auf einem von zwei Zuführbändern bereitgestellt wird, und legt sie auf einem Förderband ab.

Der komplexe Greifer des Handlingsystems erhält seine Energie- und Steuersignale über eine mehrdimensional bewegliche Triflex R-Energiekette von igus.

Plastics for longer life: auch wartungsfreie Kunststoff-Gleitlager

Für das neue Handhabungssystem liefert igus (Unternehmensmission: „plastics for longer life“) nicht nur die Energiezuführung. Der Spindelantrieb des komplexen Greifers ist in einem iglidur-Gleitlager aus Hochleistungs-Kunststoffen mit dauerhaft „eingebautem“ Schmierstoff gelagert. Das bietet gleich mehrere Vorteile gegenüber einer konventionellen Kugellagerung: Man spart Gewicht, kommt ohne separat zugeführte Schmierstoffe aus und kann sicher sein, ­– wartungsfrei – eine dauerhafte und abriebfeste Lagerung realisiert zu haben. Zugleich gibt die Schmierung keine Komponenten an die Umgebung ab: So bleiben die Reinraum-Bedingungen erhalten. Schmid hat mit dieser Art der Lagerung große Erfahrung. In anderen Anlagenbaureihen, die in Niedereschach entwickelt und gebaut werden, sorgen bereits mehr als 100 iglidur-Kunststoffgleitlager für reibungslose Bewegungsabläufe – im wahrsten Sinne des Wortes…

Die Triflex R-Energiezuführung erlaubt die Ausführung komplexer Bewegungen in allen sechs Achsen.

Auch die Steckverbindungen und Anschlussplatten werden von igus konfektioniert und anschlussfertig geliefert.