Vision-Erkennung bei Bestückungsautomaten

[Holle]

Kein Problem, lass dir Zeit mit den Bildern. Sowas ist nicht von heute auf morgen gebaut und wird es auch nie werden. Ich sag' da immer: "Take your time! Nobody will die!"


Ich habe das Gefühl, im Thema "Programm" reden wir aneinander vorbei! Meine Definitionen:


"Programm": Software, die auf dem Rechner läuft mit Bedienoberfläche und Erkennung der Bilder von der Kamera. Also eine auf dem Rechner ausführbare Datei. Das ist das, woran ich gerade dran bin. Dieses Programm braucht aber eine Schnittstelle zur Hardware, also zur Steuerung der Motoren (die werden so gut wie nie direkt vom Rechner gesteuert). Dafür gibt es NC's, Numeric Controls. Damit wären wir auch schon beim


"G-code" oder "NC Befehle" sind Befehle in der Form:

N3 T0*57
N4 G92 E0*67
N5 G28*22
N6 G1 F1500.0*82
N7 G1 X2.0 Y2.0 F3000.0*85
N8 G1 X3.0 Y3.0*33

OK, ich bin etwas Berufsgeschädigt
Auf meiner Arbeit ist mit "Programm" immer das Bestück-Programm gemeint, sprich das Paket aus NC-Programm, Arry-Programm, Nozzle-Library, Part-Library, usw...
Ich werde versuchen diese nun "Daten" zu nennen statt "Programm" (also Bestück-Daten, welche die NC-Daten usw. enthalten).

Diese Codes sind weitestgehend standardisiert und sind somit auf allen Steuerungen ausführbar. Das hat den Vorteil, dass man jede Steuerung (nun sei einmal dahingestellt ob USB, Parallelport oder Netzwerk) verwenden kann, die solche G-Codes verarbeiten kann. Nutzen wir unseren eigenen Code oder den Code, der für Panasonic Maschinen entwickelt wurde (wenn er denn vom Standard abweicht) dann müssen wir auch eine Steuerung von Panasonic nutzen was mir und meinem Budget gar nicht gefallen würde. Die sind nämlich auch jenseits der tausend. Weiterhin haben wir dann proprietären Code verwendet, wofür man uns zur Rechenschaft ziehen könnte und Lizenzgebühren verlangen kann. Wenn du magst, kannst du mir mal per PN ein kleines Schnipselchen G-Code bestehend aus 20-50 Zeilen schicken, dann gucke ich mir das an, ob das dem Standard entspricht oder nicht. Ich bin mir da mit mir selbst noch nicht ganz im Reinen, ob ich mich in diesem Punkt auf eine Diskussion einlassen will. Der einfache Grund dafür ist, dass ich den ganzen proprietären Mist hasse. Lizenzgebühren, Inkompatibilität und so weiter verabscheue ich zutiefst. Ein Konverter ist, wenn das ganze erst einmal läuft, auch recht schnell gebaut. Das größte Problem wird sein, die Koordinaten umzurechnen. Dafür findet sich aber sicher auchnoch eine Lösung.

Kein Problem, wenn das ebenfalls standardisiert ist kann man das gerne nehmen, ich bin da flexibel. Einen Konverter zu schreiben sollte auch keine große Sache sein. Die Koordinaten umzurechnen halte ich eher für das geringste Problem

Gut erkannt, mein Blockbild hat einen Fehler. Ich hatte ursprünglich eingeplant, zu erkennen ob überhaupt ein Bauteil im Gurt / Tray ist. Das kann man natürlich weglassen, zumal deine Gründe wirklich überzeugend sind. Dann werde ich das noch rausnehmen. Ich sitze gerade in der Hochschule, kann daher nicht auf die Daten meines Rechners zugreifen. Wenn alles klappt, dann lade ich den korrigierten Ablauf heute noch einmal hoch.

Eilt ja nicht...

Der Grund, direkt drei "starke" Motoren zu nehmen ist erst einmal grundsätzlich der möglichen Erweiterung und anderen Eventualitäten geschuldet. Wenn man halbwegs hohe Geschwindigkeiten erreichen möchte, so muss man auch entsprechend Kraft aufwenden. Bei Spindeln mit kleiner Steigung ist die Kraft mehr oder weniger egal, da sowieso eine Art Untersetzung gegeben ist. Wenn man nun aber ein wenig schneller werden will, hat man zwei Möglichkeiten: Entweder man lässt den Motor schneller drehen, oder man nimmt eine Spindel mit größerer Steigung. Ein schnell drehender Motor hat weniger Kraft. Das geht aus den Datenblättern der jeweiligen Motoren hervor. Eine Spindel mit größerer Steigung bietet keine so große Untersetzung, wie eine Spindel mit vergleichsweise geringer Steigung. Ich würde gerne überdimensionieren, sonst kann es sein, dass ich zweimal kaufen muss. Es wäre sicher auch interessant, wie sich die beiden unterschiedlichen Motoren machen, und ob es die fast 20 Euro an Kostenunterschied wert sind. Das Flanschmaß ist auf jeden Fall das gleiche, ist also kein Problem, die Motoren einfach auszutauschen. Im übrigen ist die Genauigkeit eher kein Problem: 1,8°/Schritt macht 200 Schritte pro Umdrehung. Die Spindelsteigung wird in mm/Umdrehung angegeben. Eine typische Spindelsteigung ist 5, was bedeuten würde, wir hätten eine Auflösung von 5/200 oder 0,025mm. Mit den 0,9°/Schritt haben wir die doppelte Auflösung: 0,0125mm. Bei 1000 Schritten pro Sekunde macht das 1,25 cm pro Sekunde ... Das ist absolut langsam. Nehmen wir eine Spindel mit der Steigung 10, dann haben wir 10/200 -> 1/20tel Genauigkeit in dieser Achsenrichtung also 0,05 mm, aber dafür eine Verfahrgeschwindigkeit von 5cm/Sekunde. Da muss ich mich auch noch einmal ransetzen und ausloten, welche Spindeln es gibt und welche Auflösung wir brauchen. Im Prinzip genügt selbst bei 0201 Bestückung eine Auflösung von 1/10mm. Können wir das so ins Pflichtenheft übernehmen? Einwände?

Vielen Dank für die perfekte Erklärung. Das klingt alles sehr logisch. Keine Einwände, das hat alles Hand und Fuß.
Idee: Wenn ich das richtig verstanden habe, dann wäre das Problem der Genauigkeit ja nicht ein mechanisches Spiel, sondern die ansonsten fehlende Geschwindigkeit. Mal angenommen ich würde eine Spindel nehmen, mit der ich nur eine Genauigkeit von einen Millimeter schaffen würde, dafür wäre der Kopf rasend schnell. Würde ich nun einen 2. Motor benutzen, mit dem ich das Lager selber drehen kann wäre eine Wahnsinns-Genauigkeit mit einer hoher Geschwindigleit kombinierbar, oder? Verstehst du was ich meine? Das Lager der Spindel wäre dann also nicht fest verschraubt, sondern würde minimal drehbar sein.
Ein Beispiel: ein Motor katapultiert den Kopf rasend schnell (wegen der großen Steigung der Spindel) über die LP, zeitgleich dreht der 2. Motor das Lager maximal eine Umdrehung (in 400 Schritten/Umdrehung). Somit könnte man die "grobe Spindel" ein 400faches genauer machen. Im Beispiel 1 mm Genauigkeit kämen wir so auf 0,0025 mm Genauigkeit. OK, das Beispiel hat einen Haken, weil da kein mechanisches Spiel eingerechnet ist, aber dennoch könnte man auf dieser Weise eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit erreichen, oder habe ich hier einen Denkfehler?

Mit dem Holz hast du wieder recht. Ist vermutlich auch besser so. Ich werde deinem Beispiel folgen. Wie sagt man? Jung und ungestüm
Ich habe den Vorteil, dass ich Zugang zu einer NC gesteuerten Fräse habe (auch wenn ich mehr über die Technik weiß, als über das eigentliche Fräsen/Die Mechanik dahinter - Bin nur Elektrotechniker ), weshalb es wohl größtenteils auch an mir ist, die Teile zu fertigen (zumindest die Teile, die wirklich schon aus Alu sein müssen. Ich denke da an die Flansche der Motoren und an die Spindel, die vorgespannt werden muss. In Holz kann man schlecht Kugellager einpressen .

Genial, dass du da an der Quelle sitzt. Du würdest mir die Teile dann doch sicher auch kostengünstig herstellen, oder?

Zur Theta Achse (Habe ich vorher noch nie bezeichnet, ich nehme aber mal an, dass du die Achse zur Rotation der Teile meinst.): Da reicht ein sehr sehr kleiner Steppermotor, der allerdings mit einer Hohlwelle ausgestattet werden muss. Ich erkundige mich auch hier nochmal in diese Richtung. Zur Trägheit des Kopfes: Auch hier helfen starke Motoren
Die pneumatische Lösung scheidet aus, da wir die Kraft nur sehr schlecht korrigieren können, mit der die Nozzle dann herunterfährt. Pneumatische Ventile mit Druckregelung sind viel zu teuer (Diejenigen, die mit pneumatischen Muskeln hantieren wissen das ) und man benötigt trotzdem noch eine Z Achse, damit man den Fokuspunkt bei verschiedenen Bauteilehöhen sauber einstellen kann. Ein unscharfes Bild lässt den Rechner die Bauteile nicht erkennen.

Stimmt, damit wäre diese Entscheidung auch gefallen. Es gibt jedoch eine Alternative zur Hohlwelle:
Man kann ein sehr feines Gewinde benutzen und die Nozzle dadurch drehen. Der dadurch resultierende Versatz in X kann ja einberechnet werden. Das wäre vielleicht einfacher zu bauen und weniger Störanfällig wie eine Hohlachse.
Und ja, die Theta-Achse ist die Achse für die Drehung. X-Achse (links-rechts), Y-Achse (vor-zurück), Z-Achse (Höhe), Theta-Achse (Drehung). In den professionellen Automaten gibt es noch mehr Achsen, die benötigen wir jedoch nicht. Nur um mal welche genannt zu haben: TW-Axis (Traywechsler), Rail-Axis (zum Einstellen der Spurbreite), usw.

Mit deiner Liste bin ich soweit einverstanden. Wie stehst du zu CNC Steuerungen? Mit einer Steuerung, die G-Code interpretiert und danach handelt lässt sich der Sicherheitsaspekt sehr gut verwirklichen: Die Steuerungen haben vom Gesetz her schon eine solche Sicherung eingebaut und würden uns eine Menge Arbeit abnehmen (Ansteuerung der Endstufen, Sicherheitsabschaltung, Motorregelung, Arbeitsraumüberwachung, usw), unter anderem würde eine Steuerung auch die (eine) Schnittstelle zwischen Maschine und Rechner bilden.

Solange es eine Norm gibt bin ich mit allem einverstanden. Eine CNC-Steuerung unterscheidet sich ja auch nicht sonderlich (wenn überhaupt). In beiden Fällen brauchen wir X/Y/Z-Koordinaten. Beim Bestücken ist der Ablauf so, dass zuerst die Koordinaten angefahren werden und dann erst die Z-Achse bewegt wird. Erst wenn die Z-Achse zurück in der Grundstellung ist verfahren X und Y wieder. Wichtig ist auch die Geschwindigkeit. Man kann mit einem großen Stecker an der Nozzle sicher nicht so schnell verfahren wie mit einem SO8, das gleiche gilt für die Bauteildrehung.
Ich wäre dafür die Geschwindigkeit langsam zu steigern, so dass weniger Kräfte auf das Bauteil wirken. Sagen wir einfach mal dass die "Höchstgeschwindigkeit" erst nach einem cm erreicht wird und dass die Geschwindigkeit bereits ein cm vor dem Ziel reduziert wird. Die Beschleunigung und Verzögerung sind die Momente in denen die größte Kraft auf dem Bauteil wirkt, sprich da ist die Gefahr am größten dass man das Bauteil verliert oder dass es verrutscht.

Füge deiner Liste bitte noch folgendes hinzu:
- Plexiglasumhausung mit "Tor geöffnet" Schalter, der mit dem Hardware-Endschalter in Serie geschalten ist. (So wird vermieden, dass jemand dort rein langt und sich die Finger bricht: die kleinen Motoren haben mit den Spindeln zusammen eine ordentliche Kraft.

Wenn du das wünschst können wir das einbauen. Ich würde jedoch vorschlagen dass der Safety-Fall etwas anders behandelt wird wie der Hardware-Endschalter-Fall.
Begründung: Wenn der Hardware-Endschalter erreicht wird soll der Motor "schlagartig" stehen bleiben. Das ist sicher nicht gerade gesund für die Lager. Im Software-Endschalter-Fall soll der Motor zwar auch stehen bleiben, aber nicht "schlagartig". Da kann noch ein mm "Bremsweg" gegeben werden. Dieser Millimeter ist im Bruchteil einer Sekunde vorbei (bei einer Spindel mit großer Steigung und starken Motoren), jedoch schont dieser Millimeter "Bremsweg" die Lager. Den Safty-Fall würde ich daher lieber so handhaben wie den Software-Endschalter. Aber wenn du den schlagartigen Stillstand wünscht können wir das auch so machen.
Fühl dich frei die Liste zu erweitern/ändern. Es wäre aber gut wenn man die Änderungen irgendwie Kursiv/Fett oder anderswie hervorhebt, damit man nicht so lange den "vorher/nachher" Vergleich machen muss.

ToDo für mich:
- Verfügbare Spindelsteigungen zusammentragen und entsprechende Genauigkeiten festhalten
- Hohlwellenmotor für Theta Achse auswählen
- Blockbild neu erstellen
- Unterteilung in Makros die von der Steuerung ausgeführt werden können und wo noch Aktion vom Programm erforderlich ist erstellen
- Struktogramm für das Programm zum obigen Punkt erstellen (Die G-Codes müssen dynamisch erzeugt werden, Stichwort Offset, Rotation, etc).

Vielleicht sollten wir auch prüfen welche Spindeln überhaupt erhältlich (bezahlbar) sind. Was hälst du von der Hohlwellen-Alternative?
Was hälst du von dem "drehbaren Lager" der Spindel, um die Genauigkeit zu erhöhen?

Todo für dich:
- Mir den Code schicken
- Übersichtsplan über die Maschine erstellen (Wo kommen die Bauteile her, wo ist der Arbeitsbereich, wo liegen die Trays, wo werden die Gurte liegen) und die ungefähre Größe abschätzen
- Anzahl der Platinen, die bestückt werden festlegen (Eurokartenformat reicht?)
- Weitere Dinge?

OK, den Code kann ich dir aber erst schicken nachdem ich wieder in der Arbeit war
Die Lage der Gurte/Trays würde ich abhängig machen von der Bauform der Maschine, aber ich kann ja mal ein Plan machen wie ich mir das allgemein vorgestellt habe.
Die Anzahl der Platinen ist ja eigentlich unwichtig, oder meinst du "Nutzen" (mehrere LPs zusammen)? ...das wäre dann ja nur eine Frage der Größe. Ich wäre dafür dass man auch "große" LPs bestücken kann, denn vielleicht kann ich die Maschine wirklich mal zur Prototyp-Herstellung nutzen. Die Größe der LP ist in den meisten SMD-Firmen durch die Magazine begrenzt. Die Bestückautomaten, Öfen und Transportbänder könnten allesamt größere LPs verarbeiten, aber die LPs werden (abgesehen von Sonderfällen) in Magazinen aufbewahrt, deswegen ist das in wahrscheinlich 95% aller Fälle die maximale Größe.
Beispiel für ein Magazin wie es in automatischen Bestücklinien Verwendung findet.
Anzustreben wäre von daher eine maximale LP-Größe von ca. 350x250 mm (damit könnte man wahrscheinlich 95% aller LPs bestücken). Professionelle Bestückautomaten können auch erheblich größere LPs bestücken, aber da diese meist wegen den anderen Komponenten einer Bestück-Linie nicht automatisch produziert werden können beschränken sich die meisten Hersteller auf die Maße welche "von vorne bis hinten" durchlaufen können. Das "Nadelöhr" ist in der Regel das Magazin.

Zu Schrittmotoren: http://www.rn-wissen.de/index.php/Schrittmotoren

Danke, ich habe vorhin die Beschreibung zum Pollin-Motor gelesen, da war mir die Funkionsweise schon klar geworden