-
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur automatisierten, mechanischen Bearbeitung von Leiterplatten.
-
Automatisierte Bearbeitungsmaschinen für Leiterplatten, z.B. Bohr- und Fräsmaschinen zur Bearbeitung von Leiterplatten (sogenannten PCB-Panels), sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Bearbeitungsmaschinen bestehen üblicherweise aus einer oder mehreren Stationen zur Aufnahme und zeitgleichen Bearbeitung eines oder mehrere gleicher Produkte.
-
Zur Bearbeitung müssen die einzelnen PCB-Panels zusätzlich mit einer Deckfolie (Entry) und einer Unterlage (Backup) zu einem Paket zusammengestellt werden. Dieser Vorgang wird Stacking genannt und kann teilweise automatisiert erfolgen. Nach der Bearbeitung werden die Pakete zu einem De-Pinning-System weitergeleitet. Dort werden die Stifte, das Entry und Backup entfernt und die einzelnen PCB-Panels zur Weiterverarbeitung an andere Prozessschritte bereitgestellt.
-
Abhängig von der Programmlaufzeit müssen diese Pakete in kurzen Zeitabständen den Bearbeitungsmaschinen zugeführt werden bzw. bereits bearbeitete Pakete aus den Bearbeitungsmaschinen entnommen werden. Teilweise erfolgt dies händisch über Bediener, die immer möglichst rechtzeitig an den jeweiligen Maschinen sein müssen. Werden mehrere Maschinen zeitgleich fertig oder sind die Wege zwischen den einzelnen Maschinen zu groß, entstehen automatisch Wartezeiten der Maschinen, was zu einer niedrigeren Produktivität führt. Diese auch Down-Time genannte Wartezeit, in der die Bearbeitungsmaschinen nicht weiterarbeiten können, bis das bearbeitete Paket entnommen und ein neues Paket zugeführt wurde, soll aus Effizienzgründen minimiert werden.
-
Beispielsweise aus der
CN 210260043 U ist daher eine stationäre Lösung bekannt, bei der neben bzw. hinter den Bearbeitungsmaschinen ein Puffer- bzw. Beladersystem vorgesehen wird, um die zu bearbeitenden Pakete der Maschine zuzuführen und Platz für die bearbeiteten Produkte zur Verfügung zu stellen. Dieses besteht aus mehreren Fächern, wobei die Anzahl der Fächer in einer horizontalen Achse der Anzahl der Bearbeitungsstation der Bohr-/Fräsmaschine entsprechen. Jedes Fach besitzt Transportvorrichtungen in Form von Bandantrieben, um die Pakete in das Fach hinein bzw. heraus befördern zu können. Die Anzahl der Fächer in vertikaler Richtung bestimmt die Kapazität des Beladers. Mit einer größeren Anzahl an Fächern kann eine längere Produktionszeit abgedeckt werden, bevor die Panels des Beladers gewechselt werden müssen. Im einfachsten Fall besitzt der Belader nur zwei Ebenen, womit das nächste zu bearbeitende Paket bereits in einer Ebene platziert werden kann, während die Maschine noch den aktuellen Auftrag abarbeitet. Die freie Ebene dient zum Entladen des aktuellen Auftrags. Ein solcher Belader mit nur zwei Ebenen wird auch Down-Time-Eliminator (DTE) genannt, da er die Wartezeit der Maschine reduziert bzw. gar keine Wartezeit mehr existiert. Durch die Pufferwirkung der Beladersysteme müssen die Bediener nicht mehr zeitsynchron zur Beendigung des aktuellen Auftrags an der jeweiligen Maschine sein, so dass insgesamt weniger Personal benötigt wird. Solche Systeme sind auch aus der
CN 111571710 A und der
CN 115447931 A bekannt. und der
CN 216996068 U .
-
Der hohe Platzbedarf solcher neben bzw. hinter den Bearbeitungsmaschinen angeordneter Puffer- bzw. Beladersysteme wird vielfach als nachteilig empfunden. Auch für die Nachrüstung bestehender Anlagen eignen sich diese Puffer- bzw. Beladersysteme aus Platzgründen teilweise nicht.
-
In der
CN 210260043 U wird zudem vorgeschlagen, das Bestücken solcher Belader automatisiert mittels selbstfahrender Transportsysteme, sogenannter Auto-Guided-Vehicles (AGV), vorzunehmen. Auch aus der
CN 216996068 U ist ein selbstfahrendes Transportsystem bekannt. Diese besitzen ähnlich wie stationäre Belader mehrere Fächer in horizontaler und vertikaler Richtung. Sie holen die zu bearbeitenden Pakete von einem Sammelort ab, wo sie von Bedienern händisch beladen werden, und fahren selbstständig die einzelnen Belader der Maschinen an. Dort holen sie auch bereits bearbeitete Pakete ab und bringen diese zu einem weiteren Sammelort für fertige Produkte, wo sie von Bedienern entladen werden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage zur automatisierten, mechanischen Bearbeitung von Leiterplatten bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile bekannter Lösungen ausräumt und einen besonders effizienten und automatisierten Betrieb ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird mit einer Anlage zur Bearbeitung von Leiterplatten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Eine Anlage zur Anlage zur automatisierten, mechanischen Bearbeitung von Leiterplatten weist erfindungsgemäß wenigstens eine Bearbeitungsmaschine und ein in diese zumindest teilweise integriertes Beladersystem auf. Die wenigstens eine Bearbeitungsmaschine weist mehrere horizontal nebeneinander angeordnete Bearbeitungsstationen auf, die jeweils dazu ausgebildet und eingerichtet sind, Leiterplatten-Pakete aus wenigstens einer Leiterplatten, einer Deckfolie und einer Unterlage mechanisch zu bearbeiten. Das Beladersystem ist zur Zwischenlagerung von Leiterplatten-Paketen geeignet und weist für jede Bearbeitungsstation nebeneinander jeweils Stapel von wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier, vertikal übereinanderliegenden Fächern und wenigstens eine Transportvorrichtung auf, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, Leiterplatten-Pakete aus einer Bearbeitungsstation zu entnehmen und in die einzelnen Fächer einzulagern sowie Leiterplatten-Pakete aus den Fächern zu entnehmen und einer Bearbeitungsstation zuzuführen. Das Beladersystem zur Zwischenlagerung von Leiterplatten-Paketen verfügt somit über mehrere nebeneinanderliegender Fächer in einer ersten Ebene, wobei die Anzahl der Fächer gleich der Anzahl der Bearbeitungsstationen der zugeordneten Bearbeitungsmaschine entspricht. Dabei sind jeweils drei oder mehr übereinanderliegender Fachebenen vorgesehen. Die einzelnen Fächer können jeweils eine separate Transportvorrichtung aufweisen.
-
Das Beladersystem ist dabei vorzugsweise derart in die Bearbeitungsmaschine integriert, dass die Tiefe der Bearbeitungsmaschine mit dem Beladersystem zusammen kleiner ist als die Summe der einzelnen Tiefen der Bearbeitungsmaschine und des Beladersystems. Mit anderen Worten sind das und die Bearbeitungsmaschine nicht wie aus dem Stand der Technik bekannt hintereinander aufgestellt, sondern so ineinander integriert, dass der Bauraum für die Kombination aus Beladersystem und Bearbeitungsmaschine kleiner ist als bei bekannten Lösungen. In Abgrenzung zu standardmäßigen Beladern, wie sie beispielsweise in Zwischenpuffern verwendet werden, ist das erfindungsgemäße Beladersystem kompakter, teilweise in den Bauraum der Bearbeitungsmaschinen integriert und benötigt somit weniger Platz in Richtung der Tischachse der Bearbeitungsmaschine. Hierdurch können die Maschinen enger aneinander gestellt werden, da die benötigte lichte Weite zwischen zwei Maschinenreihen reduziert wird.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Anlage weist jede Bearbeitungsmaschine, insbesondere jede Bearbeitungsstation, ein Sensorsystem auf, das zur Erkennung individueller Leiterplatten-Pakete ausgebildet und eingerichtet ist. Das Sensorsystem kann beispielsweise ein optisches Codelesegerät und/oder eine in die jeweilige Bearbeitungsstation integrierte Kamera aufweisen.
-
Um den Personalbedarf für die Fertigung durch zusätzliche Automatisierungslösungen weiter zu reduzieren, den Platzbedarf zu verringern und gleichzeitig die Möglichkeit zur Nachverfolgbarkeit der einzelnen Panels innerhalb der Fertigung zu schaffen kann eine erfindungsgemäße Anlage ferner aufweisen: ein Stacking-System, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, Leiterplatten-Pakete aus einer oder mehreren Leiterplatten, einer Deckfolie und einer Unterlage zu erstellen; ein dem Stacking-System zugeordneten ersten Zwischenpuffer, der mehrere Fächer sowie wenigstens eine Transportvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, Leiterplatten-Pakete in die einzelnen Fächer einzulagern und Leiterplatten-Pakete aus den Fächern zu entnehmen; ein De-Pinning-System, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, aus einem Leiterplatten-Pakete Stifte, Deckfolien und Unterlagen von Leiterplatten zu entfernen; ein dem De-Pinning-System zugeordneten zweiten Zwischenpuffer, der mehrere Fächer sowie wenigstens eine Transportvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in der Bearbeitungsmaschine bearbeitete Leiterplatten-Pakete in die einzelnen Fächer einzulagern und Leiterplatten-Pakete aus den Fächern zu entnehmen; und/oder wenigstens ein selbstfahrendes Transportsystem zum automatisierten Transport der Leiterplatten-Pakete zwischen dem ersten Zwischenpuffer, dem Beladersystem und dem zweiten Zwischenpuffer. Das selbstfahrende Transportsystem kann wenigstens ein Auto-Guided-Vehicle (abgekürzt: AGV) aufweisen. Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht niedrigere Produktionskosten durch niedrigere Personalkosten, eine höhere Auslastung der Maschinen und eine hohe, gleichbleibende Qualität wodurch die Gesamtanlageneffektivität (OEE) gesteigert wird.
-
Die Nachverfolgbarkeit und die Qualität der Bearbeitung kann dadurch weiter verbessert werden, dass die Anlage weiter ein System zur Serialisierung der einzelnen Leiterplatten aufweist, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in Leiterplatten eine eindeutige, physische Panel-ID einzubringen. Es kann ein übergeordnetes Steuerungssystem zum Speichern und Verwaltung von Daten vorgesehen sein, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, Bearbeitungsprogramme für Leiterplatten zu speichern, jede Panel-ID im Stacking-System mit einer Stack-ID zu verknüpfen, die Information über Stack-ID und Panel-ID zu speichern, beim Beladen jedes Leiterplatten-Pakets in eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere in eine Bearbeitungsstation, mittels des Sensorsystem die jeweiligen Stack-IDs zu erfassen und mit einem Zeitstempel zu speichern, und die Bearbeitungsstationen zu veranlassen, die für das jeweilige Leiterplatten-Paket vorgesehene Bearbeitung auszuführen. Beispielsweise kann das übergeordnete Steuerungssystem dazu ausgebildet und eingerichtet sein, die Stack-IDs der in einer Bearbeitungsmaschine vorhandenen Leiterplatten-Paket miteinander zu vergleichen und nur bei Aufliegen von Leiterplatten-Paketen gleichen Auftrags eine Bearbeitung durchzuführen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
-
Es zeigen schematisch:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage;
- 2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine mit integriertem Beladersystem;
- 3 eine Vorderansicht des Beladersystems; und
- 4 eine perspektivische Darstellung des Beladersystems gemäß 3.
-
Die 1 bis 4 zeigen erfindungsgemäße Ausführungsformen einer Anlage zur automatisierten, mechanischen Bearbeitung von Leiterplatten. Dabei ist in 1 eine beispielhafte Anordnung von Komponenten der Anlage 1 zueinander dargestellt und durch Pfeile der Ablauf der automatisierten Fertigung angedeutet.
-
Im Detail zeigt 1 mehrere Bearbeitungsmaschinen 2, die jeweils mehrere nebeneinander angeordnete Bearbeitungsstationen, beispielsweise Bohr- und/oder Frässtationen zur Bearbeitung von Leiterplatten, aufweisen können. Jeder Bearbeitungsmaschine ist dabei ein maschinenintegrierter Belader 3 (abgekürzt: MIB) zugeordnet. Auto-Guided-Vehicles (AGV) können Leiterplatten zu den einzelnen maschinenintegrierten Beladern 3 transportieren bzw. von diesen abtransportieren.
-
Der Ablauf der automatisierten Fertigung beginnt in 1 mit einem optionalen System zur Serialisierung der einzelnen Leiterplatten, das jede Leiterplatte, sofern noch nicht vorhanden, mit einem einzigartigen Code versieht. Dieser kann beispielsweise aus einer Auftragsnummer und einer fortlaufenden Panelnummer zusammengesetzt sein, es sind aber auch beliebige andere Kombinationen möglich. Die Leiterplatten können über beispielsweise eine Palette oder mittels eines Schrägkassettensystems dem System zur Serialisierung zugeführt werden. Die Anlage entnimmt die Leiterplatten einzeln und bringt die Panel-ID auf. Es bietet sich an, den Code beispielsweise mittels einer Bohreinheit physisch in die Leiterplatte einzubringen, damit der Code auch in folgenden Prozessschritten der Leiterplattenfertigung verwendet werden kann, ohne durch Zwischenschritte zerstört zu werden. Die markierten Leiterplatten werden durch eine geeignete Vorrichtung wie beispielsweise Transportbänder an das Stacking-System weitergereicht.
-
Das Stacking-System nimmt eine oder mehrere Leiterplatten und stapelt sie zwischen Deckfolie (Entry) und Unterlage (Backup) zu einem Leiterplatten-Paket (Stack). Die Anzahl der Leiterplatten je Stack wird durch die Art und Dicke der Leiterplatten, die verfügbaren Bearbeitungswerkzeuge auf den Bearbeitungsmaschinen und die erforderlichen Prozessparameter bestimmt. Durch das Leiterplatten-Paket werden zwei Löcher gebohrt, die sich an gegenüberliegenden Seiten in vorzugsweise der Mitte dieser Seiten befinden. In diese Bohrungen werden Metallstifte eingepresst, die die einzelnen Bestandteile des Leiterplatten-Pakets zueinander fixieren. Auf jedes Leiterplatten-Paket wird eine Stack-ID aufgebracht, beispielsweise durch direkten Druck auf die Deckfolie (Entry) oder durch Aufkleben eines Ausdrucks der Stack-ID. Mit der Stack-ID wird im übergeordneten Steuerungssystem (nicht dargestellt) der Zusammenhang zwischen den einzelnen Leiterplatten-Paketen und der beinhalteten Leiterplatten sowie der Reihenfolge der Leiterplatten innerhalb des Leiterplatten-Pakets hinterlegt.
-
Die Leiterplatten-Pakete werden vom Stacking-System an einen oder mehrere erste Zwischenpuffer 4, die als Belader ausgeführt sind, übergeben. Dabei werden in einer Ebene eines Beladers nur Leiterplatten-Pakete gleichen Auftrags aufbewahrt. Ein oder mehrere selbstfahrende Transportsysteme 5 (AGV) holen die Leiterplatten-Pakete aus den ersten Zwischenpuffern 4 ab und bringen sie zu den maschinenintegrierten Beladern 3 der Bearbeitungsmaschinen 2. Die Bearbeitungsmaschinen 2 sind dabei vorzugsweise so in Reihen anzuordnen, dass die Verfahrwege für die AGV 5 von einer Maschine zur nächsten minimal sind. Die maschinenintegrierten Belader 3 sind in Abgrenzung zu standardmäßigen Beladern, wie sie beispielsweise in den ersten Zwischenpuffern 4 verwendet werden, kompakter und wie in 2 gezeigt teilweise in den Bauraum der Maschinen integriert und benötigen somit weniger Platz in Richtung der Tischachse der Bearbeitungsmaschine. Hierdurch können die Maschinen enger aneinander gestellt werden, da die benötigte lichte Weite zwischen zwei Maschinenreihen reduziert wird.
-
Jeder maschinenintegrierte Belader 3 wird durch das oder die AGV 5 mit noch unbearbeiteten Leiterplatten-Paketen aus den ersten Zwischenpuffern 4 beladen.
-
Gleichzeitig werden bereits von den Maschinen fertig bearbeitete Leiterplatten-Pakete aus den maschinenintegrierten Beladern 3 entladen und zu einem zweiten Zwischenpuffer 6 gebracht. Die Bearbeitungsmaschinen 2 arbeiten selbstständig die im jeweils zugehörigen maschinenintegrierten Belader 3 gelagerten Leiterplatten-Pakete ab.
-
Zur zusätzlichen Kontrolle und Sicherstellung der Bauteilrückverfolgbarkeit verfügt jede Maschine an jeder Bearbeitungsstation über ein System zum Auslesen der jeweiligen Stack-ID, diese besteht üblicherweise aus entweder einem optischen Codelesegerät oder einer in die jeweilige Station integrierte Kamera, mittels derer der Code der Stack-ID erfasst werden kann. Die Maschine prüft an Hand der Stack-ID, ob sich nur Leiterplatten-Pakete eines gleichen Auftrags auf allen Stationen befinden und gibt bei Abweichungen eine Fehlermeldung an das übergeordnete Steuerungssystem. Im Fall, dass sich nur Leiterplatten-Pakete gleichen Auftrags auf den Stationen befinden lädt die Maschine aus dem übergeordneten System das zugehörige Bearbeitungsprogramm und führt die Fertigung durch.
-
Die Informationen über den jeweiligen Stack werden an das übergeordnete Steuerungssystem übermittelt, so dass durch die Stack-ID mit den Informationen zu den beinhalteten einzelnen Leiterplatten nachvollzogen werden kann, welche Leiterplatte zu welchem Zeitpunkt auf welcher Maschine und welcher Station bearbeitet wurde.
-
Die im zweiten Zwischenpuffer 6 gelagerten und fertig bearbeiteten Leiterplatten-Pakete werden an das De-Pinning-System weitergeleitet. Dort werden die Stifte, die Deckfolie (Entry) und die Unterlage (Backup) entfernt und die einzelnen Leiterplatten zur Weiterverarbeitung an andere Prozessschritte bereitgestellt.
-
Mit der erfindungsgemäßen automatisierten, mechanischen Leiterplattenbearbeitung kann eine verbesserte Produktnachverfolgbarkeit erreicht werden. Zudem ist das Handling der Leiterplatten nahezu ohne Bediener möglich. Diese bringen nur noch Leiterplatten zu dem Stacking-System und holen sie von dem De-Pinning-System ab, sofern dieses Nachfüllen von Verbrauchsmaterialien nicht ebenfalls automatisiert geschieht. Mit anderen Worten können erfindungsgemäß der Transport und die Bearbeitung der einzelnen, noch unbearbeiteten Leiterplatten von der Anlieferung an das Stacking-System bis zur Bereitstellung der fertig bearbeiteten Leiterplatten am De-Pinning-System ohne Bediener erfolgen.
-
In 2 lässt sich erkennen, dass das Beladersystem 3 zumindest teilweise in die Bearbeitungsmaschine 2 integriert ist. Hierdurch ist die Tiefe T1 der Bearbeitungsmaschine mit dem Beladersystem zusammen, d.h. der Abstand von der rechten Außenkante zu der linken Außenkante in 2, kleiner ist als die Summe der Tiefe T2 der Bearbeitungsmaschine 2 und der Tiefe T3 des Beladersystems 3.
-
In den 3 und 4 ist ein einzelner maschinenintegrierte Belader 3 dargestellt. Man erkennt dass entsprechend der Anzahl der Bearbeitungsstationen der Bearbeitungsmaschine 2 mehrere Fächer 7 nebeneinander in einer ersten Ebene vorgesehen sind. Über der ersten Ebene sind in dem dargestellten Beispiel drei weitere Ebenen mit Fächern 7 vorgesehen, so dass insgesamt vier Ebenen übereinander vorgesehen sind. Jedes einzelne dieser Fächer 7 ist mit einer Transportvorrichtung in Form eines Bandförderers ausgestattet, um Leiterplatten in die einzelnen Fächer 7 einzulagern oder aus diesen auszugeben.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Anlage zur Bearbeitung von Leiterplatten
- 2
- Bearbeitungsmaschine
- 3
- Beladersystem (MIB)
- 4
- erster Zwischenpuffer
- 5
- selbstfahrenden Transportsystem (AGV)
- 6
- zweiter Zwischenpuffer
- 7
- Fach
- T1
- Tiefe der Bearbeitungsmaschine mit maschinenintegriertem Belader
- T2
- Tiefe der Bearbeitungsmaschine
- T3
- Tiefe des Beladersystems (MIB)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- CN 210260043 U [0005, 0007]
- CN 111571710 A [0005]
- CN 115447931 A [0005]
- CN 216996068 U [0005, 0007]
