Doppelt so schnelles THT-Bestücken mittels Zweiarm-Roboter

Mit dem GL-THT-easy-System hat Glaub Automation & Engineering eine Roboterzelle für die Bestückung von Leiterplatten mittels Durchsteckmontage entwickelt. Cognex

In der SMD-Fertigung übernehmen Roboter in unterschiedlicher Bauweise Schritte wie SMD-Bestückung, Belötung und automatische optische Inspektion (AOI). Die Durchsteckmontage (THT-Bestückung) wird jedoch immer noch weitestgehend per Handmontage durchgeführt, weil es sich um einen komplexen Prozess handelt, der sich nicht so einfach automatisieren lässt. Genau das stellte die Ingenieure von Glaub Automation & Engineering in Salzgitter vor eine Herausforderung. Geschäftsführer Niko Glaub: „Ein Kunde richtete an uns die konkrete Anfrage, ob wir nicht doch eine Lösung für die Automatisierung dieses Schrittes finden könnten.“

Das Team entwickelte daraufhin das GL-THT-easy-System, das sich mittlerweile im Einsatz befindet. Das Bestücken übernimmt ein zweiarmiger kollaborativer ABB-Roboter vom Typ Yumi, der dank seiner beiden Arme doppelt so schnell bestücken kann wie ein konventioneller Roboter. Dem Roboter werden über eine Förderstrecke Blister zum Beispiel mit Kondensatoren bereitgestellt.

Data Man Barcode-Lesegeräte erfassen die Datamatrix-Codes auf den Blistern. Cognex

Ein Datamatrix-Code am Blister erlaubt die Identifikation der Artikel. Der Yumi greift dann einen Kondensator nach dem anderen aus dem Blister und steckt sie präzise auf die Leiterplatte. Alternativ kann er die elektronischen Bauelemente auch aus einem ESD-Behälter oder von einem Vibrationsförderer entnehmen. Direkt danach erfolgt von unten das Verlöten. Leere Blister werden durch die Anlage über ein Rückführsystem ausgeschleust und volle Blister anschließend automatisch zugeführt.

Zielgerichteter „Griff in die Kiste“ dank Smartkamera

Die neue Roboterzelle verwendet erstmals Smartkameras, die auf der neuesten Bildverarbeitungstechnologie von Cognex aufsetzen. Die Positionserfassung der Bauteile in den Blistern erfolgt über 3D-Flächensensoren. Diese erlauben auch den zielgerichteten „Griff in die Kiste“ bzw. in den Vibrationsförderer, um anschließend die weitere Vermessung der Kondensatoren sowie der Leiterplatten mit Hilfe von 2D-Kameras zu realisieren.

Intelligente Kombination von Robotik und Bildverarbeitung

Die Bildverarbeitung hat einen entscheidenden Anteil am Erfolg dieses Konzeptes. Um die für diese Anwendung geeigneten Kameras auszuwählen, haben die Ingenieure von Glaub mit der in Wendeburg ansässigen M-VIS Solutions zusammengearbeitet. M-VIS, Lösungspartner von Cognex, erarbeitete eine Lösung mit mehreren Kameras, die sowohl die Datamatrix-Codes auf den Blistern erfassen als auch jedes einzelne Bauteil genau vermessen und lokalisieren.

In-Sight Vision-Systeme unterschiedlicher Serien vermessen die Werkstücke sowie die Platine und führen den Greifer.

Cognex

Vitali Burghardt, Geschäftsführer von M-VIS Solutions, erläutert: „Durch die 100%ige Absolutvermessung von Bauteilen und Leiterplatten kompensiert GL-THT-easy jede Ungenauigkeit von Bauteilen, Greifern, Werkstückträgern und Förderbändern. Dabei werden nicht passgenaue Bauteile direkt aussortiert.“

Acht Kameras pro Zelle

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wählte M-VIS – unterstützt von Cognex – acht Kameras aus, vier für jeden Roboterarm. Ein Vision-System vom Typ In-Sight 7802M vermisst die Werkstücke und gibt die nötigen Informationen für die Lagekorrektur des Greifers. Ein weiteres System der Serie In-Sight 9912M vermisst die Platine und korrigiert gegebenenfalls die Bewegung des Greifers, wenn dieser das Bauteil in die Platine setzt. Die 3D-Flächenscan-Kamera 3D-A5060 mit der zum Patent angemeldeten 3D Light-Burst-Technologie und der integrierten Vision Pro-Software für die Bildverarbeitung „sieht“ die Position von Werkstücken in der Zuführung.

Die 3D-A5060 3D-Kameras erfassen die Position der Werkstücke in der Zuführung.

Cognex

Niko Glaub erläutert diesen Schritt genauer: „Die Kameras erfassen in jedem Prozessschritt die Ist-Position des Bauteils, des Greifers sowie der Platine in Relation zum elektronischen Bauteil. Die Beinabstände der Bauteile werden mit den realen Maßen der Bestückungspositionen abgeglichen. Damit wird zunächst ein automatisches Finden und Entnehmen des Bauteils ermöglicht – und dann eine 100% exakte Durchsteckmontage auf der Basis realer Positionsdaten.“ Diese Vorgehensweise bringt einen weiteren Vorteil mit sich: Da die Bewegungen kamerabasiert gesteuert werden, kann das Bedienpersonal ohne Programmierung ein neues Bestückmuster generieren. Als Basis dienen ihm dabei die erzeugten Kamerabilder. Somit wird nicht nur die Montage vereinfacht und beschleunigt, sondern auch die Umrüstung.

Kurze Taktzeit, schnelle Amortisation

Weil die zwei Arme des ABB Yumi parallel rund um die Uhr arbeiten, ist ein 24/7-Betrieb mit hoher Geschwindigkeit möglich – und das bei sehr kurzer Taktzeit, die je nach den zu verbauenden Komponenten und der Zuführung bei unter drei Sekunden liegen kann. Die Amortisationszeit beträgt beim ersten Anwender von GL-THT-easy etwa vierzehn Monate.