Lasertechnik im Fokus

Motion-Control- und Positioniersysteme für die Elektronikfertigung

(PresseBox) ( Fürth, )
Vom 12. bis 15. November präsentiert sich Aerotech, Hersteller leistungsstarker Motion-Control- und Positioniersysteme, auf der „Productronica“ in München. Zur Weltleitmesse für Entwicklung und Fertigung von Elektronik werden mehr als 1.500 Aussteller aus über 40 Ländern erwartet. Am Messestand 340 in Halle B2 präsentieren die Experten von Aerotech u.a. das Positioniersystem IGM (Integrated Granite Motion-System) zusammen mit dem neuesten Galvoscanner AGV-SPO. Ein weiteres Highlight des Messeauftritts ist die Vorstellung der innovativen Steuerung Automation1 als Nachfolger der bewährten A3200. Außerdem demonstriert der Hersteller aus Fürth sein breites Know-how rund um das Laserschneiden am Beispiel von OLED-Displays.

Aerotech entwickelt hochpräzise Motion-Control-Systeme, Positioniertische und die dazugehörigen Softwarelösungen. Diese kommen überall dort zum Einsatz, wo ein hoher Durchsatz gefordert wird, also auch in vielen Produktionsprozessen der Elektronikindustrie. „Als langjähriger Forschungs- und Entwicklungspartner der elektronischen Fertigung freuen wir uns, den Fachbesuchern der Productronica ein innovatives Lösungsangebot vorzustellen, mit dem sie ihre Fertigungsprozesse nachhaltig optimieren können“, sagt Norbert Ludwig, Geschäftsführer der Aerotech GmbH, Fürth. „Besondere Aufmerksamkeit verdient dabei unsere neue Kombination aus AGV-Galvoscanner und IGM-Positioniersystem: Einerseits ist das System sehr einfach zu programmieren und andererseits weist es eine deutlich bessere Performanz sowohl beim Scanner als auch bei der Positionierung auf.“

AGV trifft IGM: Höhere Steifigkeit, mehr Dynamik und höhere Scantaktraten 

Mit dem AGV-SPO Galvoscanner setzt Aerotech Maßstäbe in punkto hochpräziser Lasertechnik. In Kombination mit dem IGM-Positioniersystem spielt der Laserscanner seine Stärken vollends aus. „Unsere IGM-Positioniertische sind deutlich steifer durch die Kombination des Granits und den direkt aufgeschraubten Achsen. Aufgrund des flexibleren Aufbaus können wir noch individueller auf die Kundenwünsche eingehen“, erklärt Norbert Ludwig im Hinblick auf die Productronica.

Die höhere Steifigkeit wirkt sich auch auf die Laserpositioniergenauigkeit aus. Da die Dynamik aus dem Laser herausgenommen wird und auf die Achsen des IGM übergeht, erhöhen sich die Scantaktraten und der Durchsatz signifikant.

Zudem wird mit IGM auch die Spezifikation des Lasers besser genutzt. Da die Führungsschienen direkt auf den Granit geschraubt werden, fallen IGM-Systeme kleiner aus als herkömmliche Positionierlösungen, was bspw. in Labor- oder Reinraumumgebungen Stellfläche einspart.

Wird ein AGV-Scanner in die Linearachsen eines IGM integriert, erfolgt das in der verwendeten Automatisierungs-Plattform A3200 als Plug-and-Play-Erweiterung von XR3 Hochleistungs-Steuerung und GL4 Galvo-Steuerung. Die Koordinaten lassen sich anschließend einfach programmieren. Der Vorteil dieser Kombination: es kann in XY programmiert werden und die Steuerung führt anschließend automatisch eine Synchronisation mit dem Laserscanner durch. Sprich: das Bild, welches der Scanner abfährt, wird aufgesplittet in Scanner- und XY-Bewegung. Damit verbessert sich die Performanz in der Struktur, Fehler werden vermieden und es gibt kein Stitching im klassischen Sinn. Hierbei kommt die sog. IFOV-Funktion (Infinite Field of View) zum Tragen, so dass Linear- oder Rotationsservoachsen mit dem Laserscanner synchronisiert werden. Ganz aktuell können Laser und Positioniersystem aber auch mittels der Plattform Automation1 gesteuert werden.

Automation1: Steuerung von Positioniersystemen leicht gemacht

Wer eine optimierte Steuerungsplattform einsetzt, der reduziert den nicht wertschöpfenden Entwicklungsaufwand und kann seine Kunden mitunter schneller beliefern. Mit der „Automation1 Precision Machine- und Motion Control-Plattform“ läutet Aerotech jetzt die Zukunft der Präzisionsbewegungs- und Prozesswerkzeugsteuerungen ein. Sie vereint die Steuerung von Positioniersystemen und deren Komponenten auf einer Plattform, die hierfür mit einem neuen Software-basierten Bewegungscontroller ausgestattet ist.

Die Plattform steuert Antriebe für Servomotoren, Galvo-Scanköpfe, piezoelektrische Aktoren und diverse andere Geräte. Laufwerke werden über den HyperWire-Bewegungsbus, den leistungsstärksten Kommunikationsbus der Bewegungssteuerungsbranche, angeschlossen.

Die Hardware von Automation1 verfügt über integrierte digitale und analoge E / A, sodass eine einfache Integration komplexer Bewegungen und die damit verbundene Steuerung der Prozesswerkzeuge möglich sind. „Automation1 ist die Zukunft der Bewegungssteuerung“, ist Norbert Ludwig überzeugt. „Es ist die erste Entwicklungsumgebung für Bewegungssteuerungen, die gleichzeitig Benutzererfahrung und präzise Bewegung in den Vordergrund des Produktdesigns stellt. Bereits die Servomotor- und Galvo-Scankopfantriebe übertreffen alle bisherige Treiberhardware von Aerotech.“

Laut Aerotech unterstützt die neue Plattform die heutigen Wachstumsmärkte für Präzisionsmaschinen und Bewegungssteuerungen und eignet sich besonders für Automatisierungssysteme, Präzisionslaserprozesse, Test- und Inspektionsprozesse sowie andere Anwendungen, wobei die Prozesssteuerung eng mit der Bewegungssteuerung gekoppelt ist. Damit ermöglicht die neue Steuerungs- und Antriebsentwicklung eine noch bessere Bewegungssteuerungsoptimierung mit schnelleren Bewegungs- und Einschwingzeiten, besserer Stabilität in der Position und verbesserter Konturleistung.

Displays unterm Lasercutter

Darüber hinaus präsentiert Aerotech sein breites Know-how rund um das Laserschneiden am Beispiel von OLED-Displays. Eine der größten Herausforderungen bei deren Herstellung ist das Ausschneiden der einzelnen Displays aus einem sehr viel größeren Substrat. Für diesen Prozessschritt hat sich in den vergangenen Jahren das Laserschneiden als überlegene Technik entwickelt. Das hat im Wesentlichen drei Gründe: die zunehmende Größe der Displays (Flexibilität), die Schneidgeschwindigkeit (Effizienz) und die Qualität der Schneidkanten (Qualität), die speziell bei diesen Materialien extreme Herausforderungen an die Prozessparameter stellen.

Da beim Laserschneiden von größeren Displays über 100 mm die OLED-Display-Polymere äußerst empfindlich auf Schwankungen der Laserparameter, wie Laserspotsize und Leistungsdichte reagieren, ist eine optimale Synchronisation zwischen Scanner- und Servotischbewegung überaus wichtig. „Nur so ist es möglich, den Durchsatz eines scannerbasierten Systems bei gleichzeitig größeren Arbeitsbereichen zu erreichen“, erklärt Norbert Ludwig, Geschäftsführer von der deutschen Aerotech GmbH. „Besonders relevant ist dabei eine einheitliche Steuerungsarchitektur beim Einsatz von Lasersteuerungen mit kombinierten Bewegungssystemen.“

Die Hersteller von OLED-Displays erweitern hierzu den Arbeitsbereich ihrer Laserschneidanlagen in erster Linie mittels einer Kombination von Scannerbewegungen mit gleichzeitiger Bewegung eines größeren Subsystems (z.B. eines XY-Tisches, der das Substrat bewegt). Eine entscheidende Aufgabe kommt hierbei dem Motion Controller zu, der die Synchronisation zwischen Scanner- und Servotischbewegung in einer Laserstrecke steuert. Die daraus resultierende kaskadierte Bewegung eliminiert die Abhängigkeit zwischen Sichtfeld und Laserspotgröße des Scanners. „So kann der Prozessingenieur beim Lasercutting unabhängig von der Bauteilgröße die optimale Optik auswählen, die für eine hochwertige Materialbearbeitung am besten geeignet ist“, präzisiert Norbert Ludwig.

Fehler werden in Echtzeit kompensiert

Ein zusätzlicher Vorteil der Steuerung von Scanner und Servotisch mittels einheitlicher Hard- und Softwareplattform besteht darin, die dynamischen Fehler der Servostufen zu minimieren. Die Ausführung der kaskadierenden Bewegungen mittels eines einzigen integrierten Regelalgorithmus ermöglicht es dem Scanner, Fehler in der Nachführung der Servotische in Echtzeit zu kompensieren. Auf diese Weise haben die Hersteller von OLED-Displays gegenüber einem getrennt gesteuerten Scannersystem wenig bis gar keine Genauigkeitseinbußen. Dieses ist für den Prozess von entscheidender Bedeutung, da die Beibehaltung der Genauigkeit während der schnellstmöglichen Bearbeitung eine weitere große Herausforderung für das Schneiden von OLED-Displays mittels Laser darstellt.

Die integrierte Rückmeldung des gesamten Bewegungssystems, also auch des Scanners, ermöglicht eine Variation der Pulsenergie bzw. der mittleren Laserleistung in Abhängigkeit von der Tool-on-part-Geschwindigkeit des Laserspots. Moderne Lasersteuerungsfunktionalitäten wie diese erlauben dem Anwender eine weitere implizite Kontrolle über die Gleichmäßigkeit und Leistungsdichte des Schnittverlaufs. „Die Vorteile, die diese Lasersteuerung bietet, beruhen jedoch weitgehend auf einer gemeinsamen Steuerungsarchitektur, bei der alle Rückmeldungen abgefragt und innerhalb der Steuerung kombiniert werden können“, erläutert Norbert Ludwig und betont: „Davon überzeugen wir gerne auch die Fachbesucher der Productronica.“

Aerotech auf der Münchener Productronica, vom 12.-15. September 2019, Halle B2 Stand 340
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