Stolz ist man bei Baumann auf die perfekte Synchronisation der beiden schnellen Roboter

Stolz ist man bei Baumann auf die perfekte Synchronisation der beiden schnellen Roboter untereinander, die ohne zusätzlichen Kollisionsschutz auf einen Abholpunkt zugreifen.

von Ralf Högel

BAYREUTH (mg). Bei der Solarzellenfertigung durchlaufen Wafer eine Vielzahl nasschemischer Prozesse. Die Handhabung der dünnen Siliziumscheiben vor und nach der Nassbank übernehmen Roboter. Die Forderungen dabei sind klar definiert:  kürzeste Taktzeiten bei geringsten Bruchraten der wertvollen Fracht – ein Spagat, der sich nur mit Automation der Extraklasse sicher bewerkstelligen lässt.

Die Anlagen, die zumeist in Fernost zum Einsatz kommen, sollen heute einen Output von 3.000 Wafern pro Stunde erreichen. Die hauchdünnen Siliziumscheiben müssen gleichzeitig überaus schonend gehandhabt werden, denn jede noch so unbedeutende Störung im Bewegungsablauf der Roboter führt unweigerlich zu Bruch. Das ist nicht nur teuer für den Anlagenbetreiber, es kann auch unangenehm für den Anlagenhersteller werden, der im Normalfall Bruchraten kleiner 0,1 % garantieren muss.

‘Made in Germany’ ist gefragt

Der Amberger Systemintegrator Baumann hat sich dennoch auf Automatisierungslösungen für die Photovoltaik spezialisiert und bietet standardisierte Zellen für die Be- und Entladung der sogenannten Nassbänke. Und die Anlagen ‚Made in Germany‘ sind überaus gefragt in Fernost. Das Geschäft mit den Be- und Entladezellen brummt. Der Grund dafür liegt in deren „beeindruckender Performance, die Maßstäbe bei den entscheidenden Faktoren Taktzeit, Bruchrate und Zuverlässigkeit setzt“, heißt es.

Das Herz dieser Anlagen bilden High-Speed-Scaras aus dem Hause Stäubli. Bei den jüngsten Beladezellen kommen erstmals die neuen Stäubli Scaras TS 60 zum Einsatz. Die Baumann-Zellen sind für das Handling von monokristallinen und multikristallinen Wafern in zwei unterschiedlichen Dimensionen ausgelegt. Die Abmessung der Wafer können entweder 125 x 125 mm oder 156 x 156 mm betragen. Die Umstellung von einer Variante auf eine andere ist dank ausgeklügelter Lösungen im Bereich Hard- und Software in maximal zehn Minuten erledigt, so Stäubli.

Die Wafer erreichen die Beladezellen über ein einspuriges Förderband. Hier übernehmen Roboter die hauchdünnen Scheiben und verteilen sie auf exakt definierte Positionen der fünf Rollenbahnen der Nassbank. Um auf die geforderten Taktzeiten zu kommen – die Anlage ist für einen maximalen Output von bis zu 3 000 Wafern pro Stunde ausgelegt – favorisiert Baumann eine unkonventionelle Lösung.

Bewusste Entscheidung gegen Delta-Roboter

Die Amberger Automatisierungsspezialisten setzen für diese Applikation bewusst keine Deltaroboter ein, sondern arbeiten mit zwei sehr schnellen Stäubli-Scaras des Typs TS 60. Die Gründe für den Scara-Einsatz bringt Baumann Bereichsleiter Jörg Weigert auf den Punkt: „Wir sind von der Performance der Stäbli-Scaras absolut überzeugt. Die Roboter sind schnell, präzise und extrem zuverlässig auch im Dauereinsatz über viele Jahre hinweg. Gerade bei den für diese Applikationen besonders relevanten Faktoren Robustheit und Zuverlässigkeit bei gleichzeitig minimalem Wartungsaufwand sind die Scaras von Stäubli schlicht unschlagbar.“

Einen weiteren Pluspunkt für den Scara-Einsatz sieht Weigert in der unkomplizierten Integration in die schlanken Baumann-Zellen.  Delta-Kinematiken würden aufgrund der hohen auftretenden Momente eine ungleich massivere Auslegung der Zellenkonstruktion bedingen. Dies stünde der Baumann-Philosophie konträr gegenüber, nach der die Anlagen so platzsparend und filigran wie möglich auszulegen sind.

Scaras sind günstiger in der Investition

Außerdem ist für diese Applikation der Einsatz von zwei Robotern – egal ob Delta- oder Scara-Kinematik – aufgrund der Gegebenheiten der Nassbank zwingend. Die Abstände des Zuführbandes und der fünf Rollenbahnen der Nassbank sind schlicht zu groß, um sie mit einem Roboter bedienen zu können. Bei zwei Robotern pro Zelle addieren sich die niedrigeren Investitionskosten für den Scara zu einem signifikanten Vorteil, heißt es.

Auch bei der Entladezelle auf der gegenüberliegenden Seite der Nassbank setzt Baumann auf Roboter von Stäubli, so dass eine absolute Durchgängigkeit bei der Automation gegeben ist. Stolz ist man bei Baumann auf die perfekte Synchronisation der beiden Roboter untereinander und zur Bandgeschwindigkeit. Immerhin greifen die Scaras abwechselnd auf den gleichen Abholpunkt an der Förderstrecke zu. Kollisionen seien allein programmiertechnisch ausgeschlossen. Ein zusätzlicher Kollisionsschutz sei nicht erforderlich. Gleichzeitig müssen beide Roboter perfekt auf die Bandgeschwindigkeit synchronisiert sein.

„Die Programmierung dieser Aufgabenstellung erforderte von unseren Spezialisten einiges an Know-how. Die vielfältigen Möglichkeiten der Stäubli-Steuerung CS 8C inklusive des Conveyor Tracking kam ihnen bei der Programmierung sehr entgegen“, sagt Weigert.

Bei der Übergabe der Wafer auf eine der fünf Spuren der Nassbank ist eine präzise Ausrichtung der Mikrometer dünnen Siliziumscheiben erforderlich. Im absoluten High Speed holen die beiden TS 60 mit ihren Vakuumgreifern wechselweise Wafer von der einspurigen Zuführung ab. Kurz zuvor erfasst ein über dem Zuführband angebrachtes Bildverarbeitungsystem die exakte Lageposition, in der die Wafer ankommen und übermittelt die Koordinaten innerhalb weniger Millisekunden an die Robotersteuerung.

Bruchraten liegen unter garantierten Werten

Die Roboter übernehmen im Anschluss das präzise Ablegen ihrer wertvollen Fracht an exakter Position auf einer der fünf Spuren der Nassbank. Bei allen Handhabungsprozessen ist trotz High-Speed ein schonender Umgang Pflicht. Programmiertechnische Feinheiten sowie speziell entwickelte Greiftechniken sorgen dafür, dass die Bruchraten oftmals noch deutlich unter den garantierten Werten bleiben.

„Von unseren Kunden wissen wir, dass die Anlagen oftmals mehrere Tage arbeiten, ohne dass ein einziger Wafer zu Bruch geht“, so Weigert. Die Anlagen laufen 24 Stunden sieben Tage die Woche. „Wir müssen unter diesen Bedingungen eine Gesamtverfügbarkeit von 97 Prozent garantieren. Das heißt, wir müssen in diesen Zellen ausschließlich die besten am Markt verfügbaren Komponenten einsetzen. Eine dieser Komponenten sind die Stäubli-Roboter, die mit ihrer Performance und extrem langen Wartungsintervallen den hervorragenden Ruf unserer Zellen entscheidend mitprägen“, freut sich Weigert.