Mittwoch, 11. November 2020
COGNEX - Wenn Zweiarm-Roboter sehen lernen
bodohann, 14:55h
Mit dem GL-THTeasy-System hat die Glaub Automation & Engineering GmbH eine Roboterzelle für die Bestückung von Leiterplatten mittels Durchsteckmontage entwickelt. Kernkomponenten sind ein zweiarmiger kollaborativer Roboter und mehrere Cognex-Kameras. Das Ergebnis kann sich durchaus sehen lassen, bietet es doch endlich die Lösung für einen Prozessschritt, der sich bislang kaum automatisieren ließ.
Die Leiterplattenbestückung in der Elektronikfertigung ist weitestgehend automatisiert. Roboter in unterschiedlicher Bauweise übernehmen Schritte wie SMD-Bestückung, Belötung und automatische optische Inspektion (AOI). Eine Ausnahme bildete bislang die Durchsteckmontage so genannter Drahtbauteile wie Kondensatoren, Leistungsspulen und Steckverbindern. Diese wird 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 der Glaub Automation & Engineering GmbH 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.“
Diese Herausforderung war der maßgebliche Ansporn dazu, eine Lösung zu erarbeiten. Das Team von Glaub machte sich mit Begeisterung ans Werk und so befindet sich die Lösung mittlerweile bereits im Einsatz - und sie ist ausgesprochen unkonventionell. 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.
DataMan Barcode-Lesegeräte erfassen die Datamatrix-Codes auf den Blistern
Der automatisierte Prozess in der sehr kompakten „GL-THTeasy“-Roboterzelle läuft folgendermaßen ab: Dem Roboter werden über eine Förderstrecke Blister z.B. mit Kondensatoren bereitgestellt. 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 z.B. 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 anschließend automatisch zugeführt.
Zielgerichteter „Griff in die Kiste“
So weit klingt das ganz schlüssig und man mag sich fragen, warum dieser Bestückungsprozess nicht schon früher automatisiert wurde. Die Antwort: Die Robotik kam weder mit der hohen Variabilität in der Bauteilzuführung zurecht noch mit den leichten Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Bauelemente. Deshalb waren die wenigen bisherigen Roboterlösungen sehr komplex, aufwändig in der Programmierung und nicht besonders zuverlässig im Betrieb.
Die neue Roboterzelle von Glaub jedoch verwendet erstmals Smartkameras, welche auf der neuesten Bildverarbeitungstechnologie von Cognex aufsetzen, dem Marktführer für industrielle Bildverarbeitung. Die Positionserfassung der Bauteile in den Blistern erfolgt über 3D-Flächensensoren - und sie 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 also ganz 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 GmbH 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.
Die Leiterplattenbestückung in der Elektronikfertigung ist weitestgehend automatisiert. Roboter in unterschiedlicher Bauweise übernehmen Schritte wie SMD-Bestückung, Belötung und automatische optische Inspektion (AOI). Eine Ausnahme bildete bislang die Durchsteckmontage so genannter Drahtbauteile wie Kondensatoren, Leistungsspulen und Steckverbindern. Diese wird 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 der Glaub Automation & Engineering GmbH 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.“
Diese Herausforderung war der maßgebliche Ansporn dazu, eine Lösung zu erarbeiten. Das Team von Glaub machte sich mit Begeisterung ans Werk und so befindet sich die Lösung mittlerweile bereits im Einsatz - und sie ist ausgesprochen unkonventionell. 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.
DataMan Barcode-Lesegeräte erfassen die Datamatrix-Codes auf den Blistern
Der automatisierte Prozess in der sehr kompakten „GL-THTeasy“-Roboterzelle läuft folgendermaßen ab: Dem Roboter werden über eine Förderstrecke Blister z.B. mit Kondensatoren bereitgestellt. 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 z.B. 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 anschließend automatisch zugeführt.
Zielgerichteter „Griff in die Kiste“
So weit klingt das ganz schlüssig und man mag sich fragen, warum dieser Bestückungsprozess nicht schon früher automatisiert wurde. Die Antwort: Die Robotik kam weder mit der hohen Variabilität in der Bauteilzuführung zurecht noch mit den leichten Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Bauelemente. Deshalb waren die wenigen bisherigen Roboterlösungen sehr komplex, aufwändig in der Programmierung und nicht besonders zuverlässig im Betrieb.
Die neue Roboterzelle von Glaub jedoch verwendet erstmals Smartkameras, welche auf der neuesten Bildverarbeitungstechnologie von Cognex aufsetzen, dem Marktführer für industrielle Bildverarbeitung. Die Positionserfassung der Bauteile in den Blistern erfolgt über 3D-Flächensensoren - und sie 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 also ganz 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 GmbH 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.
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