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Fertigung der Bauteile angelaufen!
Es ist soweit - die Produktion ist angelaufen und die ersten Bauteile des neuen Hexapod sind im Entstehen! Zugeschnitten werden die Bauteile mit dem Laser-Cutter:
Das Bild zeigt die Schneideeinheit des Laser-Cutters beim Ausschneiden eines Hexapod-Bauteils:
Die Lasereinheit in rot, die Zublasung mit Schlauch links daneben und der aktuelle Laser Point am Hexapod-Bauteil.
Der Strahl des CO2-Lasers ist unsichtbar.
Die Wellenlänge des Laserstrahls liegt mit rd. 10 µm deutlich über dem Bereich des sichtbaren Lichtes. Der sichtbare, weiße Lichtpunkt im Bild kommt nicht vom Laser sondern von einem Laser Pointer, der den alleinigen Zweck hat, die aktuelle Schnittposition zu visualisieren.
Beim Laserschneiden wird das Grundmaterial durch die Laserstrahlung geschmolzen, beziehungsweise im Fall von Holz sofort verdampft. Damit brennbare Materialien wie Holz beim Schneiden nicht entflammen, wird die Zublasung verwendet. Sie fördert kühlende Luft an die Schnittposition und verhindert die Flammbildung. Der Maschine ist eine eigene Absauganlage mit Filter-System nachgeschaltet.
Gegenüber der Fräse im Vorjahr bietet die Laserschneidmaschine entscheidende Vorteile. Nicht nur dass es sich dabei um ein verschleißfreies Werkzeug handelt (der Laserstrahl wird nie stumpf), es ergibt sich auch ein nahezu perfekter Laserschnitt, der stets scharfe, saubere Kanten liefert.
Dieser hochpräzise Laserschnitt führt zu einer Passgenauigkeit der Bauteile, von der sich jede(r) beim Zusammenbau des Hexapod selbst überzeugen darf.
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Video vom Schaltungsentwurf
Nun ein paar Einblicke in die Entwicklung der Elektronik:
Unten gibt es ein Video vom Entwurf des Schaltplanes der Steuerungsplatine vom Hexapod-Roboter.
Das Video stammt direkt von den Entwicklungsrechnern aus unserem internen Hardware-Entwurf. Es zeigt Ausschnitte aus dem computerunterstützen Schaltungsentwurf, wie dieser für den Hexapod-Roboter erfolgte (2,8 MB).
Hier das Video in einer höheren Auflösung (640x480) zum Download:
Wer sich im Detail für die Designsoftware interessiert: Mentor Graphics DxDesigner wird für den Schaltplan eingesetzt und Mentor Graphics Expedition für das Layout (http://www.mentor.com/products/pcb/expedition/index.cfm).
Für die Platine der SandboxS 2 ist das leistungsfähigste Mentor-Graphics-Softwarepaket reichlich überdimensioniert. Bei uns ist diese Software deswegen Standard, weil man damit über eine genaue Simulation auch das Verhalten der Platine bei Hochfrequenzanwendungen, wie beispielsweise dem PCI-Express-Bus ermitteln kann. Dabei geht es um Frequenzen von 1,25 bzw. in der nächsten PCI-Express-Generation 2,5 GHz. Bei diesen Frequenzen kann man eine Platine nicht mehr einfach nur zeichnen. Die Ergebnisse wären unbrauchbar!
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Video vom Platinenlayout
Weitere Einblicke in die Entwicklung der Steuerungselektronik:
Hier gibt es ein Video vom Layout der Platine, wie sie beim Hexapod verwendet wird. Es zeigt die Entwicklung mit dem Programm Mentor Graphics Expedition und vermittelt einen Eindruck, wie die Leiterbahnen auf der Steuerungsplatine verlaufen und wo die elektronischen Bauteile (Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Steckverbinder, ...) zu liegen kommen.
Von zentraler Bedeutung sind hier der Robotics-Chip und der Mikrocontroller. Die Position dieser relativ großen Bausteine ist im Video gut an der rechteckigen Anordnung der Pads (Kontaktstellen) erkennbar. An diesen Pads werden die Pins ("Beinchen") der Chips in der anschließenden Fertigung aufgelötet.
Weiters ist im Video der Bestückungsdruck erkennbar. Er dient üblicherweise zur späteren Orientierung bei der (manuellen) Bauteilbestückung und ist bei der Benützung der Platine hilfreich (Nummerierungen, Polungen, Hinweise, Branding, ...). Der Bestückungsdruck ist auf der Platine natürlich elektrisch unbedeutend und reine, nicht leitende Farbe.
Videogröße: 4,3MB
Hier wieder das Video in einer höheren Auflösung (640x480) zum Download:
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Video von der Platinenherstellung
Hier gibt's einen weiteren Einblick in die Fertigung der Hexapod-Platine:
Während die Entwicklung ausschließlich bei uns im Haus erfolgt, ist die anschließende Herstellung der Platine an die Firma technosert electronics GmbH ausgelagert. Sie erhalten die nötigen Fertigungsdaten und liefern die vollständig bestückte Platine zurück.
Bei unserem Besuch in der Firma durften wir einen Teil des Herstellungsprozesses der Hexapod-Platine filmen. Ausgerüstet mit weißem Mantel und ESD-Fersenband ging es in die Produktionshalle.
Die Hexapod-Platine wird auf Linie 1 gefertigt. Ein händisches Auflöten der Bauteile passiert heute nurmehr in Ausnahmefällen, etwa bei besonders "sperrigen" Bauteilen. Grundsätzlich kommen Bestückungsautomaten zum Einsatz, wie auch hier auf der Linie 1: eine SIEMENS SiPlace der Serie S und F bringen die elektronischen Bauteile vollautomatisch auf die Platine auf.
Die Maschinen haben eine Bestückungsleistung bis zu 25000 Bauelemente/h und arbeiten hochpräzise. Dazu verwenden sie eine Bilderkennung bei der Bestückung: das Bauteil wird vom Bestückkopf aus der Bauelementführung entnommen, zu einer Kamera geführt und dort erfasst und optisch ausgewertet. Das Bauteil wird erkannt und auf den korrekten Bestückwinkel gedreht bevor es auf der Platine platziert wird. Für die optische Erkennung werden unterschiedliche Lichtstärken verwendet, was im Video an den Lichtblitzen erkennbar ist.
Nach der Bestückung wird die Platine im Lötofen gelötet und kühlt danach ab.
Die gesamte Durchlaufzeit der Platine beträgt rd. 1 Stunde.
Das Video zeigt die Fertigungslinie:
Aufsetzen der Platine am Leiterplattentransport (Roboterarm)
der Lötpasten-Dispenser
die Bestückung mit SMD-Bauelementen (Oberflächenbauelemente) wie Widerstände, Kondensatoren, usw. sowie dem Microcontroller und dem Robotics-Chip
den Lötofen mit dem noch warmen Platinenstapel.
Beim Filmen durch das Schutzglas der Maschinen tat sich unsere Filmkamera zwar etwas schwer, aber insgesamt ist der Herstellungsprozess der Platine gut erkennbar.
Videogröße: 8MB
Die Wellenlänge des Laserstrahls liegt mit rd. 10 µm deutlich über dem Bereich des sichtbaren Lichtes. Der sichtbare, weiße Lichtpunkt im Bild kommt nicht vom Laser sondern von einem Laser Pointer, der den alleinigen Zweck hat, die aktuelle Schnittposition zu visualisieren.
Platinenentwurf