Umgang mit gedruckten Leiterplatten

Schnell, flexibel, belastungsfähig – SCARA-Roboter sind die kompakten Leistungsträger moderner Automation. Besonders beim Handling verschiedener Produktformate, spielen sie ihre Stärken aus. Das zeigt das Beispiel der ISD System GmbH. Robotik-Lösungen von Epson haben das Unternehmen auf seinem Weg in ein neues Tätigkeitsfeld unterstützt.

Fast jeder Mensch hält sie täglich in Händen, ohne sich dessen bewusst zu sein. Im Computer sind sie gleichermaßen verbaut wie im Smartphone, Fernseher und Auto. Leiterplatten – in verschiedensten Größen und Bestückungen stellen sie heute eine ebenso unscheinbare, wie unverzichtbare Komponente elektronischer Geräte dar.

Doch was für die einen eine Erleichterung, bedeutet für die anderen eine neue Herausforderung. Denn mit ihrem gewachsenen Variantenreichtum verlangt die Herstellung von Leiterplatten Maschinenbauern immer mehr ab. Vollautomatisch sollen die Prozesse sein, kurz getaktet, möglichst ohne Werkzeugwechsel und maximal flexibel für die Umstellung auf unterschiedliche Formate – ohne dass ein Werker an der Maschinenkonfiguration etwas zu ändern braucht.

Hohe Anforderungen, welche die ISD System GmbH aus dem schwäbischen Bempflingen mit ihren neuen Handling-Vollautomaten für Leiterplatten gemeistert hat. Und das, obwohl die Automatisierungs-Experten erst seit eineinhalb Jahren eigene Maschinen bauen. Deutlich erleichtert hat den Schritt in ein neues Unternehmensfeld der Einsatz von Epson SCARA-Robotern des Typs LS20-B. Präzise, schnell und ausgestattet mit großer Reichweite, können sie sich mühelos auf eine hohe Bandbreite wechselnder Leiterplatten-Formate einstellen.

Wer das Erfolgsgeheimnis der neuen Roboterzelle von ISD sucht, findet es in der Vergangenheit. Die beiden technischen Masterminds des Unternehmens, Torsten Schmid und Michael Dircks, sind langjährige Experten für die Programmierung von anspruchsvollen Automatisierungslösungen. Mehr als 20 Jahre haben die beiden für verschiedenste Maschinenbauer Anlagen programmiert. „Oft waren wir es, die noch Lücken in der Konstruktion für den Einsatz beim Endkunden durch unsere Programmierung geschlossen haben“, erklärt Torsten Schmid. „So haben wir gelernt, einen Konstruktionsprozess sehr detailliert und kundenorientiert vom Ende her zu denken.“ Nach dem Motto „Das können wir auch selbst!“ haben Schmid und Dircks 2019 dann den Schritt gewagt, selbst Roboterzellen zum Beladen, Entladen, Ausrichten, Kontrollieren und Umsetzen von Leiterplatten zu bauen – immer mit dabei: SCARA-Roboter von Epson.

Michael Dircks hat die Entwicklung der Leiterplatten und die damit einhergehende „Aufrüstung“ von Handling-Maschinen über Jahre hinweg beobachtet: „Leiterplatten sind komplexer geworden, die Dichte der Leiterbahnen hat sich deutlich erhöht, Produkte sind heute viel sensibler. Unsere dünnsten Produkte messen gerade einmal 25 μm. Da sind Lösungen gefragt, die hoch flexibel und sehr feinfühlig arbeiten können.“ Hierfür werden in der modular aufgebauten Roboterzelle von ISD Leiterplatten mit undefinierter Position, Größe und Abstand von einem vorherigen Prozess über Transportrollen bei einer Geschwindigkeit von 0,1 m/min bis 3,0 m/min in die Maschine eingefahren. Nach der Vermessung in Position, Größe und Einlaufwinkel stellt sich ein Saugarm am Epson SCARA-Roboter flexibel auf die Größe der Leiterplatte ein. So kann er die Leiterplatte exakt an den Rändern erfassen und sie während des Transports mit gleicher Geschwindigkeit vom Transportband heben. Je nach Prozessanforderung wird die Leiterplatte entladen oder um 180° gedreht und auf ein Auslaufband mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abgelegt. Bei Störung der nachfolgenden Maschine lässt sich die angesaugte Leiterplatte entladen und in der Roboterzelle zur Zwischenlagerung stapeln. Kommt es zu einer vorgelagerten Störung, werden Dummy-Abschlussplatten, die in der Roboterzelle vorrätig sind, in den Prozess eingefügt, damit die Produktionsleiterplatten einen definierten Abschluss erhalten und so Schäden an Leiterplatten vermieden werden können.

Dreh- und Angelpunkt des leistungsstarken und flexiblen Handlings ist der Epson SCARA LS20. Mit seiner raumgreifenden Armlänge von 1.000 mm bei einer Nutzlast von bis zu 20 kg kann er auch in beengten Arbeitsbereichen eine Vielzahl von Aufgaben übernehmen. Entscheidend war für ISD zudem die einfache Installation und Wartung sowie eine hohe Leistungsdichte bei einem sehr rentablen Invest. „Natürlich spielt für uns als kompakte Technik-Schmiede der Preis eine Rolle“, betont Schmid, „mit dem Epson SCARA LS20 verfügen wir über ein leistungsstarkes Multi-Tool, bei dem wir uns voll und ganz auf die Programmierung konzentrieren können. Das erleichtert uns die Konstruktionsarbeit enorm.“ Ein großer Vorteil für ISD ist auch der internationale Support und Service. „Gehen unsere Anlagen beispielsweise nach Fernost, können wir bei einem Maschinenstillstand keinen Servicetechniker mit Ersatzteilen vor Ort schicken, das ist einfach zu teuer,“ so Dircks. In diesem Fall können sich die Automatisierungs-Experten auf das weltweite Versorgungsnetz von Epson verlassen. Für ISD ein echter Mehrwert, der sich dauerhaft auszahlt.

Nicht zuletzt hat sich aus Sicht der Programmierungsexperten Schmid und Dircks auch die Entwicklungs-Oberfläche Epson RC+ als besonders bedienfreundlich erwiesen. „Dank der Epson Entwicklungsumgebung konnten wir bereits unsere ersten Epson-Roboter völlig ohne Schulung installieren“, so Schmid. Ausgestattet mit einer intuitiven Windows-Bedienoberfläche und einer offenen Struktur eignet sich die Epson RC+ Software ideal für eine einfache Programmierung verschiedenster Applikationen. Mittels 3D-Umgebung lassen sich Roboterprogramme und -bewegungen nahezu komplett simulieren und visualisieren. Ein weiterer Vorteil für die kompakte Technik-Schmiede, die dadurch sicher gehen kann, dass Maschinen weltweit auch von nicht spezialisierten Werkern in Betrieb genommen und gewartet werden können.