De Zwitserse kunststofspecialist Wild & Küpfer AG assembleert motor-PCB's met behulp van een flexibele robotcel

Taak: Het bouwen van een nieuwe assemblagelijn voor motor-PCB's. Dit omvatte robots die bakken verwerken, onderdelen plaatsen en in de goede stand zetten, en het inspecteren van de uiteindelijke assemblage.

Oplossing: De oplossing werd geleverd door het in Zwitserland gestationeerde Robotec Solutions met drie LR Mate 200iD-verwerkingsrobots met lange arm en een payload van 7 kg. Met FANUC iRVision kan de eerste robot de motordragers uit de kratten pakken en deze in een werkstukhouder plaatsen. Een tweede, eveneens met iRVision uitgeruste LR Mate plaatst de motor-PCB's vervolgens in de dragers. Nadat de onderdelen met warm klinken zijn bevestigd, worden de voltooide constructies door een derde robot gekeurd en in een transporteenheid geplaatst.  

Resultaat: De oplossing laat zien hoe basismethoden kunnen worden gecombineerd in een flexibele cel. Kwaliteits- en volledigheidscontroles worden uitgevoerd als onderdeel van het proces waardoor de cyclustijd wordt verkort. Voor maximale flexibiliteit kan de opstelling ook in enkele minuten worden gewijzigd.

Machinebouw ondersteunt visie

 

Procesautomatisering is essentieel voor contractfabrikanten

 

De productie van geavanceerde kunststofonderdelen hangt nauw samen met automatisering bij Wild & Küpfer AG. De zesassige FANUC-robots dragen ook bij aan de toegevoegde waarde. Niet in de laatste plaats door hun betrouwbaarheid en hun 'goede prijs-kwaliteitverhouding'.

 

Tobias Wild begon in 1975 in een varkensstal in Glarnerlang met zijn bedrijf dat zich heeft ontwikkeld tot een technologisch bedrijf met klanten in heel Europa. Wild & Küpfer AG presenteert zich als een modern en uiterst innovatief bedrijf. De productielocaties van W&K zijn opvallend schoon en goed georganiseerd.

 

Wild & Küpfer AG produceert technisch hoogwaardige kunststofonderdelen en heeft momenteel 140 mensen in dienst.  Het leeuwendeel van het productiegedeelte van 23.000 m² wordt in beslag genomen door de technische divisie. De tweede, iets kleinere, bedrijfsafdeling is de Medical Division waar zeer geavanceerde producten worden gefabriceerd. In deze divisie werken medewerkers momenteel nog onder Cleanroom klasse 8-omstandigheden. In de zeer nabije toekomst zal die classificatie worden verhoogd tot Klasse 7. Daniel Hartmann, projectmanager en hoofd automatisering bij Wild & Küpfer AG: "We blijven deze divisie geleidelijk uitbreiden. En de vooruitzichten zijn goed zodat we de komende jaren diverse automatiseringsprojecten zullen implementeren op weg naar de implementatie van Industry 4.0, oftewel Internet of Things." Het verwerken van kunststof op zo'n hoog niveau is gebaseerd op goed opgezette processen, van ontwikkeling via constructie en productie, tot aan assembleren, en omvat een systematische, procesgerichte kwaliteitscontrole. De laatste innovatie: de investering in een CT-scanner die bij Wild & Küpfer AG wordt gebruikt voor het meten van spuitgietonderdelen en -producten. Dit apparaat wordt gebruikt voor het meten van producten en foutenanalyse. Hartmann: "We kunnen er ook details mee visualiseren die tot dusver niet meetbaar en toegankelijk waren." De afdeling gereedschapsbouw, een van de pijlers van het bedrijf, vertrouwt ook op hoogwaardige apparatuur. Een voorbeeld hiervan is het gebruik van lasercusing. Bij deze methoden wordt het metaalpoeder laag voor laag opgebouwd. Hierdoor kunnen koelkanalen in het gereedschap worden aangebracht wat niet mogelijk zou zijn bij traditionele methoden.

 

Toen Hartmann in 2004 bij het bedrijf kwam werken, stond robotautomatisering nog in de kinderschoenen. En hoewel de volumes voor de eerste projecten iets boven de berekende limiet lagen, zagen de eigenaren Wild en Küpfer in dat deze benadering van onschatbare waarde was: "Klanten stelden de hogere kwaliteit door automatisering op prijs." Niemand die stilstaat bij een 'tweede carrière' bij het zien van een robot tijdens een rondleiding door de fabriek. Toen de productie en assemblage van het aanvankelijke product werden geautomatiseerd, was de robot al acht jaar op de markt. De huidige status: de klant verwacht nog tien jaar productie te kunnen draaien. Maar zelfs een cel zoals deze is onderhevig aan wijzigingen. Voor het vergroten van de volumes werden extra robots geïntegreerd. Tegenwoordig zijn robots een alledaagse verschijning in de helder verlichte productiehal.

 

Het bedrijf wil zoveel mogelijk gebruikmaken van gestandaardiseerde componenten, zoals Daniel Hartmann bevestigt: "Standaardisering helpt bij het onderhoud van de apparatuur en zorgt voor minder kosten voor reserveonderdelen. Bovendien is het mogelijk om een hoge beschikbaarheid te handhaven, omdat systeemelementen en constructies zo nodig kunnen worden uitgewisseld." Er is nog een derde belangrijke reden: "Naar mijn mening stimuleert standaardisering de concentratie van bepaalde producten/apparatuur wat een goede partnerrelatie met leveranciers bevordert." Leveranciers moeten echter wel concurrerend blijven. De principes van het bedrijf vereisen dan ook dat voor elk product twee verkoop- of toevoerbronnen worden onderhouden om een marktgestuurde concurrentie te stimuleren. Dit vindt echter allemaal plaats binnen de sfeer van partnership.

 

Frisse wind door automatisering

 

Voor de assemblage van motor-PCB's heeft Wild & Küpfer AG een nieuwe assemblagelijn opgezet. De module die moet worden geassembleerd, maakt onderdeel uit van een aandrijving voor ventilatiesystemen in gebouwentechnologie. Er zijn talloze varianten als het gaat om technische specificaties, maar ook voor wat betreft de buitenmaten. Net als eerdere assemblagelijnen wordt deze ook geïmplementeerd door Robotec Solutions uit het Zwitserse Seon.

 

"Er zijn meer geavanceerde cellen als het gaat om routines", zegt Daniel Hartmann.  De Robotec-cel is echter een voorbeeld van hoe eenvoudige normen kunnen worden gecombineerd in een flexibele cel. De mate van complexiteit in de cel is niet erg hoog, omdat 'slechts' twee elementen worden samengevoegd. Spuitgietonderdelen worden geleverd in kratten. Toevoerelementen worden aangeboden in bakken en de assemblage verloopt op een roterende indexeertafel met verschillende stations.

Deskundigen zullen meteen bepaalde details opmerken. Zo verwijdert de eerste robot de dragers van het krat waarin ze in lagen worden geleverd. Het geïntegreerde FANUC iRVision-systeem zorgt dat de robot de laag en de positie herkent. Om de drager altijd precies in een werkstukhouder te plaatsen op de roterende indexeertafel, maakt het systeem gebruik van een mechanisch centreerhulpmiddel. Een hierop geplaatste PCB wordt naar de gedefinieerde positie geleid en vervolgens opgepakt door de robot. Het is eenvoudig, maar wel effectief. Een tweede LR Mate met zichtsysteem zet de motoren die in de bakken staan, op de dragerelementen. Beide componenten worden met 'warm klinken' aan elkaar bevestigd, en op een station verderop op de roterende indexeertafel onderworpen aan een visuele en tactiele inspectie. Na deze inspectie om de juiste motorversie en installatie-afmetingen te controleren, kan de derde robot het samenstel in een transporteenheid plaatsen. Alle drie robots zijn van het model LR Mate 200iD in een uitvoering met lange arm en een payload van 7 kg. In deze uitvoering hebben de zesassige robots een werkbereik van 911 mm. De drie bedieningspanelen zijn aan de voorkant van de cel geplaatst. Het systeem wordt centraal geregeld via het GE-aanraakscherm, in een celcontroller op het bovenste niveau.

 

Sensortechnologie voor kwaliteitscontrole

 

De kwaliteit en de volledigheid van de assemblage worden direct geïnspecteerd in de Robotec-cel. De inspectie wordt uitgevoerd volgens het principe: zo eenvoudig en veilig mogelijk. Afhankelijk van de taak wordt iRVision, een optische Keyence-sensor of een basissonde toegepast.

 

Er worden momenteel drie verschillende assemblagevarianten geproduceerd op het systeem. Een wijziging is in een handomdraai aangebracht, zoals Daniel Hartmann bevestigt: "Het programma kan in enkele minuten overschakelen. De werkstukdragers zijn ook uitgerust met een snelwisselsysteem, waardoor het overschakelen naar een ander type efficiënt kan plaatsvinden." Het programma kan te allen tijde worden uitgebreid, voor het geval een ander type wordt toegevoegd. Nuttig detail: alle werkstukdragers worden opgeborgen in een ruimtebesparend en zeer praktisch gedeelte onder de roterende tafel. Om te voorkomen dat ze door elkaar worden gehaald, hebben ze een kenmerkende, geanodiseerde kleur. Het bedrijf neemt geen risico's bij het wijzigen van de opstelling. Er wordt een barcode afgedrukt op de 'bewerkingsschema's' die met een order worden meegestuurd. Alle noodzakelijke informatie zit hierin opgeslagen. Wanneer het systeem leeg is, kan de nieuwe order worden geïnitieerd.

 

Wild & Küpfer AG werkt nu al een aantal jaren met Robotec Solutions. Daniel Hartmann: "De wederzijdse relatie kenmerkt zich door een hoge mate van partnerschap. Dit is ook het type relatie dat we met onze klanten hebben. In Schmerikon hebben we in de loop der jaren veel expertise met automatisering opgedaan. Belangrijke elementen van de fabrieken worden gedeeltelijk door ons zelf ontworpen en geproduceerd", zegt Hartmann. Maar hij benadrukt ook dat gereedschapsbouw, spuitgiettechnologie en de assemblage van hoogwaardige producten de kerntaken van het bedrijf zijn en niet het opstellen van assemblagelijnen. Hij heeft duidelijke ideeën voor de generatie samenwerkende robots. Voor kleinere volumes worden innovatieve cellen met snelwisselsystemen steeds belangrijker. In oplossingen als deze moeten robots de repetitieve taken overnemen en procesfuncties verwerken. Ter ondersteuning zorgt het bedieningspersoneel voor flexibiliteit. Hartmann: "Bovendien wordt het netwerken met robots, cellen en bedieningssystemen een steeds relevanter onderwerp met betrekking tot Industry 4.0."

Het begin is al doorgevoerd in de controllers van FANUC-robots: "Nu kunnen we de machine benaderen via een webbrowser. Dat is een positieve ontwikkeling en een stap in de richting van produceren via het netwerk."

Lasercusing

Bij lasercusing worden metaalpoeders die uit één component bestaan, gesmolten met behulp van een laser. Met deze procedure kunnen gereedschapselementen laag voor laag worden opgebouwd, op basis van metaalhoudende materialen. De gebruikelijke laagdikte ligt tussen de 20 en 50 µm. Dankzij een geavanceerde blootstelling is het resultaat een foutloze opbouw, zelfs bij grote gereedschapskernen. Een voordeel van deze technologie is dat voor gecompliceerde vormen met name in het 3D-gebied doelgerichte koelkanalen kunnen worden aangebracht. Het gereedschap wordt zo optimaal gekoeld. Dit geeft onderdelen die minder vervormd zijn en een kortere cyclustijd.

Gebruikte FANUC-producten