迅速な段取り替え

握手ではなく、カメラに向かって手を振る Jochen Erler氏。 Holger Erler氏、Michael Müller氏とともに、erler gmbh automation . robotik社のビジネスを統括しています。、Jochen Erler氏とともオンラインミーティングに参加したAndreas Ehm氏も、これから話をするプロジェクトの責任者です。

erler gmbh automation . robotik社は、ドイツ・バーデン＝ヴュルテンベルク州ツォレルンアンプ郡にある家族経営の会社です。この会社が何を扱っているかは、会社のロゴに「automation - robotics」が加えられていることからも明らかです。「200台以上のロボットコントローラを稼働させ、オートメーションとロボットシステムで、ここバーデン＝ヴュルテンベルク州の多くの企業の拠点確保に貢献しています」と、Jochen Erler氏は説明します。創業当初は、PLCプログラミングが中心でした。1995年、Alois Erler氏はPLC技術に特化した会社を設立しました。その後、Alois Erler氏は、同社を制御技術に関する総合的なサービスを提供する企業へと発展させました。ストーブリ製ロボットのプログラミングを行うと同時に、ストーブリのパートナーとして長年にわたる信頼関係を築くための基礎を築きました。現在、erler gmbh automation . robotik社には47名の従業員がおり、プロセスエンジニアリング、ファクトリーオートメーション、マシンテクノロジーの各分野に携わっています。「私たちは、小規模なサービスからプロセスの改善、オートメーションシステム一式まで、数多くのプロジェクトを手がけています」と、Jochen Erler氏は説明します。

PCBメーカーであるSchweizer Electronic AG社は、erler gmbh automation . robotik社のある地方からわずか 40 kmのところに本社を構えています。彼らは自社の (smart) p² Pack技術の一部である小型電子部品を搬送するための自動化ソリューションを開発するため、信頼できるパートナーを探していたのです。ここでの課題は、個々の部品の大きさがわずか1平方センチメートルであることです。銅製の台座に入ったこれらの高感度チップは、後にプリント回路基板に埋め込まれます。いわゆるPCB埋め込みは、電気駆動装置やアシストシステムの効率と反応速度をさらに向上させるための新しいアプローチです。というのも、近年コントロールセンターであるプリント基板自体が制限要素となることが多いからです。パワー半導体をPCBに組み込むことで、Schweizer Electronic AG社はPCBの熱抵抗と電気抵抗を低減し、より高い出力のスイッチングを可能にします。

「しかし、このプロジェクトは、チップの製造でも、実際の組み込みでもありません。製造プロセスにおいて、チップをPCBに埋め込む前に、エッチング槽で銅の表面を粗くする必要があります。私たちのシステムは、チップを特殊な装置に入れ、その後、処理槽に完全に浸します」とAndreas Ehm氏は説明します。チップはJedecの標準的なトレイに入って届きます。このトレイは、176個のくぼみがある頑丈なプラスチック製トレイです。「このトレイをエッチング槽に浸すと、部品がスポンジ状になってしまう。そこで、独自にトレイを設計したのです」と、プロジェクトマネージャーは説明する。SEトレイ（SCHWEIZER Trays）には、半導体部品を入れる176個の空洞が4つずつある。蓋をすることで、浸漬中のチップを所定の位置に保持することができる。

「当社の移載ソリューションは、ロボットセルで構成されており、そこにトレイを搬送台車を使って手動で運びます。サーボ軸システムにより、個々のトレイをセル内に移動させます。ここで、ロボットは同時に176個の部品をすべてピックアップし、SEトレイに配置します」Ehm氏が説明します。erler gmbh automation . robotik社は、このタスクのためにシュマルツを迎え入れました。「SCHWEIZERは、そのシステムを使用して高品質のPCBを製造しています。ハンドリングマシンの品質と信頼性に対する要求は、それに応じて高くなります」と、Christian Stoisserは説明します。彼はシュマルツのエレクトロニクス部門のマネージャーで、真空技術に精通しているだけでなく、さまざまな生産工程とそれに伴う要件も理解しています。「高い処理能力、安全なハンドリング、フェイルセーフは、erler gmbh automation . robotik社に課せられた要求のほんの一部に過ぎません。」

シュマルツは、ロボットのエンドエフェクタと、SCHWEIZER製トレイのグリッパーを担当しました。真空部品の中でも、トレイからチップを移載するためのグリッパーが特に難しいことが判明しました。短いサイクルタイムを実現するためには、1回の操作でトレイから取り出したり載せたりできなければなりません。半導体チップは平らではなく、凹んでいるため、176個の真空パッドはすべてトレイの中に入り込む必要があります。「当初は、把持する部品によってさらに高低差があるように見えました。そこで、ベローズ付きの真空パッドを選択しました。しかし、現場での最初のテストでは、トレイが非常に精密に作られていたため、フラットで位置安定性に優れた吸着パッドを使うことができました」とStoisserは説明します。

シュマルツは、フラットタイプの真空パッドを採用することを決定しました。その形状から、軸方向にはほとんど動かず、剛性が高いため、ワークをきれいに吸着し、周辺のワークやトレイに干渉することなく正確に再投入することができます。直径6 mmの黄色い真空パッドは、静電気拡散性ゴム NBR-ESDでできているのも特徴です。「この素材は、制御不能な静電気放電から繊細な部品を保護し、さらに化学物質にも耐性があります。エッチング槽の後にトレイやワークに残留物が付着しても、パッドの材質と反応することはありません。」

システムのある時点では、トレイを扱うために、柔軟なスプリングプランジャーと独立した真空発生器を備えた真空パッドが追加で設置されました。このハンドは、SEトレイを出し入れする前に蓋を外し、トレイを搬送ステーションに運ぶために使用されます。

トレイからチップを取り出し、エッチング槽の専用トレイに挿入するグリッパーは、320×140 mmの大きさです。アルミニウム製のベースボディのため重量はわずか2.5 kgです。ロボットシステムへの取り付けを容易にするため、フランジマウントを備えています。グリッパー内の真空は、システムに設置されたIO-Link対応のコンパクトエジェクタ SCPMiで生成されます。「真空接続は1か所で十分です。ワーク間に隙間があっても、個々の吸引ポイントにおける流動抵抗がスロットルバルブとして機能するため、グリッパーは真空状態を維持することができます。」とStoisserは説明します。また、エジェクタに搭載されたエアセービング機能により、真空レベルが設定値以下になったときにのみエジェクタが作動するため、圧縮空気の消費量が削減されます。「これは絶対的に安全であり、また圧縮エアの消費量も抑えられるため、ランニングコストも削減できます」とStoisserは断言します。

Schweizer Electronic AG社は現在、組込技術「p² Pack」を大量に市場に投入するために、効率的な生産プロセスの構築に取り組んでいます。erler gmbh automation .robotik社の自動ハンドリングシステムは、このプロセスで PCBの専門家をサポートしています。Jochen Erler氏は次のように語っています。「このプロジェクトにより、私たちは1時間当たり31,000個のチップを処理できる非常に効率的なシステムを開発しました。ロボットやグリッパーなどのそれぞれの機器は、信頼性が高く、トラブルのない連続運転を行うために非常に重要です。だからこそ、シュマルツのような専門家を頼りにしているのです。」 Christian Stoisserは、この良好な協力関係を賞賛しています。「私たちはともにこのプロジェクトに力を尽くすことで、グリッパーをシステム内で直接最適化し、発生した問題を迅速に解決することができました。その結果、Schweizer Electronic AG社のために的確に調整されたソリューションが完成しました。」