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Zykluszeiten optimieren

PC-basiertes CNC für Leiterplatten-Automaten
Zykluszeiten optimieren

Der Trend in der Elektronikproduktion geht zur Bearbeitung immer größerer und dichter bestückter Leiterplatten-Nutzen. Die extrem empfindlichen Mehrfachnutzen müssen nach dem Bestücken und Test schnell, belastungsfrei und mit höchster Präzision zu Einzel-Leiterplatten getrennt werden. Eckelmann stattet die Leiterplatten-Trennsysteme und Sonderbauteil-Bestückungsautomaten von IPTE mit der dafür benötigten CNC-Technik aus. Durch das ausgereifte Zusammenspiel von Maschinenkonstruktion und Steuerung entstehen dabei optimierte Werkzeuge für die Leiterplatten-Produktion.

Frieder Schwitzgebel, Eckelmann, Wiesbaden

Die Firma IPTE (Integrated Production and Test Engineering), vormals IPE, ging aus dem ehemaligen Bereich Produktionstechnologie von Grundig hervor. Als Mitglied der belgischen IPTE-Gruppe verfügt das Unternehmen über alle Kompetenzen der Test- und Produktionsautomatisierung. Von besonderer Bedeutung sind die Entwicklung und Produktion sowohl von Leiterplatten-Trennsystemen als auch von Automaten zur Sonderbauteil-Bestückung von Leiterplatten-Nutzen. Beide Systeme basieren auf der gleichen Maschinenplattform und werden in Montagelinien führender Hersteller in der Elektronikindustrie integriert.
Mit der Serie Speed-Mounter realisiert IPTE ein neues modulares Maschinenkonzept für die Hochgeschwindigkeitsbestückung von Sonderbauteilen. Die Bestückungsleistung beträgt bauteilabhängig bis zu 1200 Bauteile pro Stunde bei einer Setzgenauigkeit von 100 µm bei 4 s. Der Einsatz eines 12-Segment-Revolverkopfes erlaubt das sequentielle Aufnehmen von zwölf Sonderbauteilen. Die Bauelemente werden also erst gesammelt und dann nacheinander bestückt. Dabei kann der Fahrweg und damit natürlich auch die Bearbeitungszeit minimiert werden. Zeitgleich zum Setzvorgang können die zwölf Feeder jeweils ein neues Bauteil bereitstellen, wodurch zusätzliche Prozesszeit eingespart wird. Diese beiden Strategien müssen selbstverständlich optimal von der Steuerung unterstützt werden.
Die Trennung von Hightech-Leiterplatten-Mehrfachnutzen erfordert eine sehr präzise und für das Werkstück möglichst belastungsarme Bearbeitung. Zugleich muss bei der In-Lline-Produktion der Trennprozess an den Linientakt der Fertigung angepasst sein. Das bedeutet, dass alle Handling- und Werkzeug-Komponenten schnell und doch schwingungsfrei bewegt werden müssen.
Präzise zu positionierende und nahezu verschleißfreie Linearmotoren mit hohen Beschleunigungs- und Abbremswerten als Achsantriebe, stellen den höchsten erreichbaren Qualitätsstandard dar. Damit trotz der ho-hen Beschleunigungswerte keine störenden Vibrationen auftreten, werden die In-Line-Nutzentren-ner auf einem stabilen Granit-untergestell aufgebaut. Aluguss-Rahmenelemente und ebenfalls eine Aluguss-Platte zur Aufnahme der Linearachsen im Dach-element bilden eine kraft- und formschlüssige Einheit.
Um eine möglichst stressfreie Bearbeitung der Leiterplatten zu gewähren, wird auf das belas-tende Stanzen als Trennverfah-ren verzichtet. Ob nun Fräs- o-der Sägewerkzeuge zum Einsatz kommen, hängt von Material und Größe der Nutzen und von der angestrebten Bearbeitungsgeschwindigkeit ab: Handelsübliche Fräswerkzeuge lassen je nach Leiterplatten-Material, Fräserdurchmesser, Art und Form der zu trennenden Stege eine Vorschubgeschwindigkeit von 2 bis 4 m/min zu. Bei höheren Geschwindigkeiten bricht der Fräser oder die gewünschte Genauigkeit kann nicht mehr erreicht werden.
Mehr als eine Verdopplung der Trenngeschwindigkeit ist zu erreichen, wenn statt Fräser diamantbeschichtete oder diamantbestückte Sägeblätter eingesetzt werden können. Diese Art des Trennens ist auf gerade Schnitte reduziert, bietet dabei aber den Vorteil, dass neben der höhe-ren Trenngeschwindigkeit weniger Material abgetragen wird, was insbesondere für Leiterplatten von Vorteil ist, die nicht für das Trennen mit Fräser oder Säge entwickelt wurden und deren Maßhaltigkeit durch den Abtrag nicht mehr gegeben wäre.
Neben der Auswahl hochwertiger Kom-ponenten im mechanischen Aufbau, den Antrieben und Werkzeugen hängt die Produktivität von Leiterplatten-Automaten ganz wesentlich von der Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und dem Komfort der integrierten Steuerungstechnik ab.
Alle IPTE-Leiterplattenautomaten werden mit PNC-Steuerungen von Eckelmann betrieben. Es handelt sich hierbei um eine PC-Einsteckkarte, die alle Funktionen einer CNC-Steuerung mit integrierter PLC (SPS) enthält. Die Einsteckkarte verfügt über einen ei-genen 32-Bit-Prozessor, so dass die CNC- und PLC-Anwendung unabhängig von der eigentlichen PC-Softwa-re läuft. Bei PNC-Einsatz wird die Maschinenverdrahtung auf ein Minimum re-duziert. Die Maschinenein- und -ausgänge werden über ein Feldbus-System angeschaltet (CANopen), die Maschinenachsen über digitale Antriebs-Schnittstellen (Sercos, CANopen). Alle Schnittstel-len zu den vor- und nachgeschalteten Geräten entsprechen selbstverständlich den SMEMA-Empfehlungen, können aber auch kundenspezifisch angepasst werden.
Das NC-Betriebssystem deckt alle Bearbeitungsverfahren in der Leiterplatten-Produktion ab. Die integrierte PLC ge-stattet die freie Programmierung der applikationsabhän-gigen Maschinenfunktionen nach IEC61131-3. Die PNC-MMI-Bediensoftware erlaubt die komfortable Bedienung in allen CNC-Betriebsarten und ist lauffähig unter Windows 9x/2000/NT. Die den Prozess-abläufen angepasste Bedienoberfläche zeigt den Betriebs-zustand der Systeme an und dient der Programmierung der Wege und Konturen für die Bestückung bzw. die Leiterplatten-Trennung. Statistikfunktionen liefern, verwalten und archivieren zu-sätzlich wertvolle Informationen über die Fertigungsprozesse.
In Verbindung mit der PNC-Steuerungstechnik stellen der Speed-Mounter und das Nutzentrennmodul NTM-4133 optimierte Maschinenlösungen zur Automa-tisierung der Elektronikproduktion dar. Für den Maschinenbediener erschließen sich die technischen und konstruktiven Qualitäten dieser Maschinen insbesonde-re durch die ergonomisch und komfortabel gestaltete Bedienung und Visualisierung der integrierten Steuerung. Eine gut abgestimmte Zusammenarbeit zwischen Maschinenhersteller und Steuerungsentwickler bildet damit das Fundament für langfristigen Erfolg beim Endkunden in der Leiterplatten-Produktion.
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