Ein Unternehmensschwerpunkt der BOS Berlin-Oberspree Sondermaschinenbau GmbH & Co. KG liegt auf der Entwicklung und Herstellung automatisierter 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 des Projekts waren die geforderten kurzen Zykluszeiten für die Bauteilprüfung und -verpackung die wesentliche Herausforderung.

Mehr als eine Gurtmaschine

Entstanden ist der Modulgurter UNI-Mx, mit der sich eine breite Palette von Bauteilen (von 2 x 2 bis ca. 30 x 30 mm2) in Gurten zwischen 8 und 52 mm Breite verpacken lassen. Der Clou ist hierbei ihr modularer Aufbau: Im Grundrahmen sind Druckluft-, Vakuum- und Elektroanschlüsse vorhanden sowie ein Anschluss für das Kommunikationsnetzwerk. In diesen Rahmen werden dann je nach Bedarf entsprechende Prozess-Module eingeschoben, z.B. verschiedene Eingabemodule, ein Bildverarbeitungsmodul, Module zum elektrischen Vermessen der Bauelemente, Gurtmodule oder unterschiedliche Ausgabemodule für IO- oder NIO-Bauteile. Weitere Module sind in Planung bzw. können nach Kundenwunsch entwickelt werden. So kann der Anwender seine Maschine nach Bedarf einfach und schnell konfigurieren, wenn notwendig gegebenenfalls umrüsten bzw. einzelne neue Module nachkaufen, ohne dass die Gesamtanlage umgebaut werden muss.

Für das Gurten selbst passiert ein Bauteil in 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 (der Gurt wird mit einem Siegelband verschweißt) wird, wird die Bauteilbeschriftung ausgelesen und anhand dieser Ergebnisse die Zugehörigkeit des Bauteils zur Produk- tionscharge 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 Au- tomatisierungstechnik einiges abverlangt. Für die Antriebstechnik arbeiten die Berliner deshalb mit den Automatisierungsexperten der Omron Electronics GmbH zusammen.

Das Herz der Maschine

Für die Bewegung sorgen in der Gurtmaschine UNI-Mx vier Linearachsen der Serie SGLGW. Der Läufer der eingesetzten GW-Linearservo-motoren 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, was zu verlängerter Lebensdauer des Linearantriebs und ruhigerem Lauf führt sowie den Einsatz kleinerer Linearführungen erlaubt. 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: „Im Gegensatz zu herkömmlichen Antriebs-arten 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 Knowhow unterstützt."

Herzstück des Maschinenantriebs ist der Motion Controller Trajexia. Eingesetzt wird das neue Mitglied der Familie TJ2-MC64. Dank neuer Prozessorarchitektur wurde hier die Befehls-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 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 Ethernet-Schnittstelle möglich. Auch für andere am Markt gängige Kommunika- tionssysteme wie Ethercat, EtherNet/IP, Profibus DP, DeviceNet, Modbus und Canopen sind Schnittstellen vorhanden.

Mehr als Antriebstechnik

„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 Karsten Edling seine Wahl. „Dazu kommt, dass wir schon seit Jahren mit Omron zusammenarbeiten und gute Erfahrungen gemacht haben, was den Support angeht. Die Mitarbeiter aus dem Berliner Büro haben uns auch dieses Mal wieder extrem gut unterstützt, z.B. 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 exakt stimmt.

DER AUTOR Jörg Krause, Vertriebsleiter Industrial Automation für die Region Ost, Omron Electronics GmbH in Langenfeld ( www.industrial.omron.de )