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La empresa suiza Wild & Küpfer AG especializada en plásticos, ensambla placas de circuito impreso de motores en una célula robotizada flexible

Tarea: Construir una nueva línea de montaje para placas de circuito impreso de motores. Esto requiere que los robots manipulen bandejas, coloquen y orienten las piezas e inspeccionen el ensamblaje final.

Solución: La solución proporcionada por la empresa suiza Robotec Solutions incluye tres robots de manipulación LR Mate 200iD de brazo largo con una capacidad de carga de 7 kg. FANUC iRVision permite que el primer robot saque de las cajas las bases de los motores y las coloque en un soporte de pieza. A continuación, un segundo LR Mate equipado con iRVision coloca a continuación las placas de circuito impreso de los motores en las bases. Tras el remachado robotizado, un tercer robot valida el ensamblaje terminado y lo coloca en una unidad de transporte.  

Resultado: La solución muestra cómo se pueden combinar estándares básicos en una célula flexible. Se reducen los tiempos de ciclo, puesto que las comprobaciones de calidad e integridad se llevan a cabo durante el proceso. Además, para aportar la máxima flexibilidad, la configuración se puede modificar en solo unos minutos.

Ingeniería mecánica con visión

 

La automatización de los procesos es esencial para los fabricantes por contrato

 

En Wild & Küpfer AG, la producción de sofisticadas piezas de plástico está estrechamente ligada a la automatización. Los robots de FANUC de 6 ejes aportan valor añadido, lo que se debe entre otros aspectos a su fiabilidad y a su excelente relación calidad-precio.

 

Lo que su fundador, Tobias Wild, puso en marcha en el año 1975, en una antigua porqueriza de la localidad suiza de Glarnerlang, se ha convertido en una empresa de tecnología cuyos servicios solicitan empresas de toda Europa. En la actualidad, Wild & Küpfer AG se presenta como una empresa moderna y sumamente innovadora. Al elaborar un informe, pocas veces he visto unas instalaciones de fabricación tan limpias y bien organizadas como las de W&K.

 

Wild & Küpfer AG fabrica piezas de plástico de alta calidad técnica y, en este momento, tiene 140 empleados.  La parte principal de los 23.000 m² de su superficie de producción se dedican a la división técnica. La segunda división empresarial, dedicada al sector médico, es algo menor pero de última tecnología. En ella, los empleados trabajan todavía en condiciones de “sala blanca de clase 8”. En un futuro muy próximo, se aumentará esta clasificación a “clase 7”. Daniel Hartmann, director de proyecto y responsable de automatización de Wild & Küpfer AG, afirma: “Seguimos ampliando gradualmente esta división. Tenemos buenas perspectivas de poder implementar varios proyectos de automatización en los próximos años y vamos a continuar avanzando hacia la implementación de Industry 4.0 (expresión en boga en Alemania que alude a la Internet de las cosas)”. El procesamiento de plástico a un nivel tan elevado se basa en procesos bien diseñados desde el desarrollo hasta el ensamblaje, pasando por la construcción y la producción. Además, integra sistemáticamente la calidad orientada a los procesos. La innovación más reciente ha sido la inversión en un escáner de CT que se utiliza en Wild & Küpfer AG para medir las piezas moldeadas por inyección y los ensamblajes. El dispositivo se utiliza para analizar las mediciones y los defectos de los ensamblajes. Como Hartmann describe: “Además, nos permite ver detalles que, hasta ahora, no eran medibles ni accesibles”. También el departamento de ingeniería de herramientas, uno de los principales pilares de la empresa, requiere equipos de alto rendimiento. Ejemplo de ello es el uso de la tecnología Laser Cusing. La colocación del polvo metálico capa a capa según este procedimiento permite fabricar conductos de refrigeración en herramientas que no se podrían producir con los métodos tradicionales.

 

Cuando Hartmann llegó a Schmerikon y se incorporó a la empresa en 2004, la automatización robotizada se encontraba todavía en sus primeras fases. Pero, aunque los volúmenes de unidades de los proyectos iniciales se situaban tan solo ligeramente por encima del límite de cálculo, los propietarios Wild y Küpfer percibieron el valor incalculable que entrañaba este enfoque: “Los clientes nos recompensan por el aumento de la calidad conseguido con la automatización”. Nadie se plantea dos veces la posibilidad de una “segunda vida” de un robot que ha visto durante una visita a la planta. Cuando se automatizaron la producción y el ensamblaje del producto inicial, este último ya llevaba ocho años en el mercado. Actualmente, el cliente tiene previstos diez años más de tiempo de producción. Sin embargo, incluso una célula como esta está sujeta a modificaciones. A medida que aumentaban los volúmenes de unidades, se integraron robots adicionales. En la actualidad, es habitual ver robots en las luminosas instalaciones de producción.

 

La empresa trata de utilizar componentes estandarizados, como los robots, siempre que sea posible, como confirma Daniel Hartmann: “La estandarización facilita el mantenimiento de los equipos y reduce los costes de piezas de repuesto. Además, permite mantener un alto grado de disponibilidad, puesto que podemos intercambiar los elementos o ensamblajes de los sistemas de acuerdo con nuestras necesidades”. Y añade un tercer motivo que considera importante: “Desde mi punto de vista, la estandarización hace que nos concentremos en determinados productos y equipos y, de este modo, fomenta la colaboración con los proveedores”. Sin embargo, se exige a los proveedores que sean competitivos. Los principios de la empresa requieren disponer de dos fuentes de adquisición o suministro para cada producto, a fin de propiciar la competencia en el mercado. Pero siempre desde un espíritu de colaboración.

 

Aire nuevo gracias a la automatización

 

Para el ensamblaje de las placas de circuito impreso de motores, Wild & Küpfer AG puso en servicio una nueva línea de montaje. El módulo que se ensambla forma parte de un motor de sistemas de ventilación que se aplica en la tecnología para edificios. Existen numerosas variables del dispositivo, cuyas especificaciones técnicas y dimensiones externas varían. Robotec Solutions de Seon, Suiza, que ya ha instalado varias de las líneas de montaje existentes, está implementando la nueva.

 

“Las células son más sofisticadas en materia de rutinas”, afirma Daniel Hartmann.  Sin embargo, la célula de Robotec es un ejemplo de cómo se pueden combinar estándares básicos en una célula flexible. El nivel de complejidad de la célula no es excesivo, puesto que “solo” se combinan dos elementos. Las piezas moldeadas por inyección se entregan en cajas. Los elementos requeridos se presentan en bandejas y el ensamblaje se produce en una mesa giratoria indexadora con varias estaciones.

Sin embargo, los profesionales no pasarán por alto algunos detalles. Por ejemplo, el primer robot saca las bases de la caja, donde están dispuestas en capas. El sistema FANUC iRVision integrado ayuda al robot a reconocer la capa y la posición. Para que la base se coloque siempre con exactitud en un soporte de pieza de la mesa giratoria indexadora, el sistema utiliza un dispositivo de centrado mecánico. La placa de circuito impreso que se coloca en él se desliza por una guía a la posición definida, donde el robot la vuelve a recoger. Resulta simple, pero eficaz. Un segundo LR Mate equipado con sistema de visión coloca los motores que se encuentran en las bandejas en los elementos de las bases. Ambos componentes se “remachan en caliente” para unirlos entre sí. En la siguiente estación de la mesa giratoria indexadora se los somete a una inspección visual y táctil. Después de que la inspección valide si la versión y las dimensiones de instalación del motor son correctas, el tercer robot puede colocar en ensamblaje en una unidad de transporte. Los tres robots son modelos LR Mate 200iD en versión de brazo largo y con una capacidad de carga de 7 kg. Los robots de 6 ejes de esta versión presentan un ámbito de trabajo de 911 mm. Los tres paneles de control se encuentran ubicados en la parte delantera de la célula. El sistema se maneja de forma centralizada desde la pantalla táctil GE de un sistema de control de célula de nivel superior.

 

Tecnología de sensores para el control de la calidad

 

La calidad y la integridad de los ensamblajes se inspeccionan de inmediato en la célula de Robotec. La inspección se lleva a cabo de acuerdo con el principio de máxima facilidad y seguridad posibles. Dependiendo de la tarea, se utiliza un sistema iRVision, un sensor óptico Keyence o una sonda básica.

 

Actualmente, en este sistema se producen tres variantes distintas del ensamblaje. El cambio se lleva a cabo instantáneamente, como asegura Daniel Hartmann: “Se puede pasar a utilizar un programa distinto en solo unos minutos. Los soportes de pieza también están equipados con un sistema de permutación rápido. De este modo, el cambio a otro tipo se lleva a cabo de forma eficiente”. El programa se puede adaptar en cualquier momento si se añade otro tipo. Un detalle práctico: todos los soportes de pieza se almacenan debajo de la mesa giratoria, para ahorrar espacio y, sobre todo, facilitar el trabajo. Para evitar que se mezclen, tienen un color anodizado distintivo. La empresa no deja nada al azar durante un cambio de formato. Los planes operativos, que son los documentos que acompañan a un pedido, llevan impreso un código de barras. Toda la información necesaria se encuentra aquí. Si el sistema está vacío, se puede iniciar el nuevo pedido.

 

Wild & Küpfer AG lleva varios años trabajando con Robotec Solutions. En palabras de Daniel Hartmann: “La relación mutua viene marcada por un alto grado de colaboración. Es el mismo tipo de relación que tenemos con nuestros clientes. En Schmerikon, hemos desarrollado muchos conocimientos de automatización a lo largo de los años. Diseñamos y producimos internamente algunos de los elementos clave de las plantas”. Sin embargo, también señala que sus competencias básicas son la ingeniería de herramientas, el moldeo por inyección y el ensamblaje de productos de alta gama, no la construcción de líneas de montaje. Con la vista en la generación de robots de colaboración, el responsable de proyecto tiene ideas claras. Para los volúmenes de unidades más reducidos, las células innovadoras con sistemas de cambio rápido cobran relevancia. En soluciones de este tipo, se pretende que los robots se encarguen de las tareas repetitivas y gestionen las funcionalidades de los procesos. Como medida de apoyo, la función del personal es aportar flexibilidad. Hartmann añade: “Lo que es más, la integración en red de robots, células y sistemas de control cada vez es más importante en lo que se refiere a Industry 4.0”.

En los sistemas de control de los robots de FANUC, comprueba que el inicio se ha completado: “Ahora, podemos acceder a la máquina a través de un navegador web. Se trata de un avance positivo, además de un paso hacia la fabricación en red”.

Laser Cusing

La tecnología Laser Cusing se basa en fundir materiales de polvo metálico de un solo componente mediante un láser. Este procedimiento permite ir incorporando los elementos de la herramienta capa por capa, utilizando materiales metálicos. El grosor habitual de cada capa es de entre 20 y 50 µm. Una sofisticada estrategia de exposición permite una generación impecable incluso con núcleos de herramienta de gran tamaño. Una de las ventajas de esta tecnología, en especial para las formas complejas en 3D, es que permite organizar de forma selectiva los conductos de refrigeración. De esta forma, el proceso de enfriamiento de la herramienta es óptimo. Gracias a ello, las piezas son menos proclives a alabearse y se acortan los tiempos de ciclo.

Productos FANUC utilizados