W specjalistycznych zakładach obróbki tworzyw sztucznych szwajcarskiej firmy Wild & Küpfer AG wykorzystuje się celę zrobotyzowaną do montażu płytek PCB do silników.

Zadanie: Budowa nowej linii montażowej do płytek drukowanych silników. Linia składa się z robotów przenoszących tacki, pozycjonujących i orientujących komponenty oraz kontrolujących gotowe zestawy.

Rozwiązanie: Rozwiązanie w postaci trzech robotów LR MATE 200iD o długich ramionach i dopuszczalnym obciążeniu wynoszącym 7 kg dostarczyła szwajcarska firma Robotec Solutions. Korzystając z systemu FANUC iRVision, pierwszy robot wyjmuje elementy nośne silnika z pojemnika, a następnie umieszcza je w uchwycie na obrabiany przedmiot. Drugi robot LR Mate, także wyposażony w system iRVision, umieszcza płytki drukowane silnika w elementach nośnych. Po zakończeniu nitowania na gorąco trzeci robot przeprowadza kontrolę gotowego zestawu i umieszcza go w pojemniku transportowym.  

Wynik: To rozwiązanie pokazuje, w jaki sposób można połączyć standardowe elementy w celu stworzenia elastycznej zrobotyzowanej celi montażowej. Skrócenie czasów cyklu oraz kontrole jakości i kompletności są wykonywane w ramach jednego procesu. W celu uzyskania maksymalnej elastyczności zapewniono możliwość szybkiej zmiany konfiguracji.

Technologia wspiera wizję

 

Automatyzacja procesów jest kluczowa dla producentów kontraktowych

 

W zakładzie Wild& Küpfer AG wytwarzanie wysoce złożonych elementów z tworzyw sztucznych jest związane z automatyzacją. 6-osiowe roboty FANUC wnoszą istotną wartość dodaną — nie tylko ze względu na ich niezawodność, lecz także w związku z wysokim współczynnikiem jakości do ceny.

 

Skromna działalność założona w 1975 roku w Glarnerlang przez Tobiasa Wilda z czasem przerodziła się w specjalistyczny zakład, którego usługi są cenione w całej Europie. Obecnie firma Wild & Küpfer AG działa na rynku jako nowoczesna i niezwykle innowacyjna spółka. Nieczęsto zdarza mi się przygotowywać raport o tak doskonale zorganizowanym i utrzymanym zakładzie jak W&K.

 

Zakład Wild & Küpfer AG zajmuje się produkcją wysokiej jakości elementów z tworzyw sztucznych. Obecnie zatrudnia 140 osób.  Dużą część obszaru produkcyjnego o powierzchni 23 000 m² zajmuje Dział techniczny. Nieco mniejszą, lecz wyposażoną w najnowsze rozwiązania techniczne, zajmuje Dział medyczny stanowiący drugi trzon biznesowy firmy. Jego pomieszczenia spełniają surowe normy tzw. pomieszczeń czystych klasy 8. W najbliższej przyszłości planuje się podnieść klasę czystości do klasy 7. Daniel Hartmann, kierownik projektu i dyrektor ds. automatyzacji w firmie Wild & Küpfer AG stwierdza: „Cały czas pracujemy nad stopniowym rozwojem tego działu. Perspektywy są znakomite. W najbliższych latach będziemy wdrażać różne projekty automatyzacyjne w ramach koncepcji Industry 4.0 (popularne w Niemczech określenie Internetu rzeczy)”. Osiągnięcie tak wysokiego poziomu obróbki tworzyw sztucznych jest uzależnione od odpowiedniego zaplanowania procesów projektowania, konstruowania, wytwarzania oraz montażu, których integralną częścią jest kontrola jakości ukierunkowana na każdy z elementów działań przemysłowych. Najnowsza innowacja obejmuje wykorzystanie zakupionego w ramach inwestycji tomografu komputerowego do pomiaru formowanych wtryskowo części i zestawów. Urządzenie służy do badania i analizowania gotowych zestawów pod kątem wad. Hartmann wyjaśnia: „Tomograf umożliwia podgląd i analizę szczegółów, które do tej pory były niedostępne”. Analogicznie w dziale wytwarzania narzędzi, który jest drugim podstawowym filarem działalności spółki, pracownicy wykorzystują w pracy sprzęt o wysokiej wydajności. Jako przykład może posłużyć stosowanie technologii Laser Cusing. Polega ona na warstwowym tworzeniu produktów z roztapianych laserowo proszków metalicznych. W ten sposób można skonstruować kanały chłodzące wewnątrz trójwymiarowych obiektów na etapie ich wytwarzania. W przypadku tradycyjnych metod często nie jest to możliwe.

 

Hartman przyszedł do Schmerikon i został zatrudniony w firmie w 2004 roku, gdy automatyzacja z wykorzystaniem robotów dopiero się rozwijała. Mimo że wielkość produkcji w ramach pierwszych projektów utrzymywała się na granicy opłacalności, Wild i Küpfer dostrzegli ogromny potencjał nowego rozwiązania: „Klienci cenili wysoką jakość, jaką udało się uzyskać dzięki automatyzacji”. Nikt tak naprawdę nie zastanawia się nad „drugą karierą” robota widzianego podczas oprowadzania po zakładzie. Automatyzacja procesu produkcyjnego pierwszego produktu nastąpiła, gdy ten był obecny na rynku już od ośmiu lat. Obecny stan: klient szacuje, że okres produkcyjny potrwa jeszcze przez dziesięć lat. Warto jednak zwrócić uwagę, że cela produkcyjna tego typu może zostać zmodyfikowana. Aby zwiększyć produkcję, w przedsiębiorstwie wprowadzono kolejne roboty. Dziś nikogo nie dziwi widok robotów w jasno oświetlonym zakładzie.

 

Prowadząc takie działania, firma stara się wykorzystywać standardowe elementy, takie jak roboty, we wszystkich możliwych obszarach — potwierdza Daniel Hartmann: „Standaryzacja znacząco usprawnia prace konserwacyjne sprzętu i pozwala ograniczyć koszty części zamiennych. Dzięki niej możemy także utrzymywać wysoki poziom dostępności, ponieważ możemy wymieniać elementy systemów i układów zgodnie z potrzebą”. Z jego punktu widzenia ważny jest także trzeci powód: „W mojej opinii standaryzacja promuje koncentrację niektórych produktów i sprzętu, przyczyniając się do poprawy jakości współpracy z dostawcami”. Ponadto dostawcy muszą między sobą konkurować. Ponieważ jedną ze strategii działania spółki jest aktywne utrzymywanie dwóch źródeł dostaw dla każdego produktu, możliwe jest stworzenie warunków konkurencji rynkowej, która jednak odbywa się w duchu partnerstwa.

 

Powiew świeżości w automatyzacji

 

Aby usprawnić montaż płytek drukowanych silników, właściciele spółki Wild & Küpfer AG uruchomili nową linię montażową. Moduł, który będzie montowany, stanowi element napędu układu wentylacji budynków. Urządzenie będzie dostępne w licznych wariantach różniących się specyfikacją techniczną oraz wymiarami zewnętrznymi. Podobnie jak w przypadku kilku poprzednich linii montażowych, również i ta zostanie przygotowana i uruchomiona przez firmę Robotec Solutions z Seon w Szwajcarii.

 

„Istnieją bardziej zaawansowane cele pod względem wykonywanej w nich pracy” — mówi Daniel Hartmann.  Cela firmy Robotec jest jednak przykładem tego, w jaki sposób można łączyć standardowe elementy w celu stworzenia elastycznej celi montażowej. Poziom złożoności celi jest niewielki — złączone ze sobą są „tylko” dwa elementy. Części uformowane wtryskowo są dostarczane w pojemnikach, a poszczególne komponenty — na tackach. Montaż odbywa się na stole obrotowo-podziałowym.

Uwagę praktyków szybko zwróci kilka szczegółów. Na przykład to, że pierwszy robot wyjmuje elementy nośne z pojemnika warstwami. Zintegrowany system FANUC iRVision umożliwia robotowi rozpoznanie warstwy oraz położenia komponentu. System wykorzystuje mechaniczny układ centrujący pozwalający na prawidłowe umieszczenie elementu nośnego wewnątrz uchwytu na obrabiany przedmiot na stole obrotowo-podziałowym. Następnie płytka drukowana wsuwa się na swoją pozycję, skąd jest odbierana przez ramię robota. Wszystkie czynności są wyjątkowo proste i niezwykle skuteczne. Drugi robot LR Mate, także wyposażony w system wizyjny, umieszcza silniki podawane na tacach na elementach nośnych. Obydwa elementy nituje się na gorąco. Na następnym stanowisku stołu obrotowego przeprowadza się inspekcję wizualną i dotykową zestawu, podczas której sprawdza się wersję zamontowanego silnika oraz wymiary instalacyjne. W kolejnym etapie trzeci robot umieszcza zestaw w pojemniku transportowym. Na całej linii montażowej pracują trzy 6-osiowe roboty LR Mate 200iD, wyposażone w długie ramię o dopuszczalnym obciążeniu wynoszącym 7 kg. W tym układzie ich zasięg sięga 911 mm. Trzy panele operacyjne zostały umieszczone na przedniej stronie celi. Całym układem steruje się centralnie za pomocą ekranu dotykowego GE, w sterowniku celi najwyższego poziomu.

 

Technologia czujników na potrzeby kontroli jakości

 

Jakość i kompletność zestawów są sprawdzane przez czujniki wewnątrz celi firmy Robotec. Czynności w ramach przeprowadzanej kontroli jakości powinny być proste i bezpieczne. W zależności od zadania wykorzystuje się czujnik optyczny iRVision marki Keyence albo standardową sondę pomiarową.

 

Obecnie linia montażowa służy do produkcji trzech różnych wariantów zestawów. Zmiany można wprowadzać błyskawicznie — stwierdza Daniel Hartmann: „Program można zmienić w klika minut. Nośniki obrabianych przedmiotów wyposażono w mechanizm pozwalający na szybką zmianę typu wytwarzanego produktu”. Program można w każdej chwili rozbudować, aby rozpocząć wytwarzanie kolejnych typów produktów. Przydatne informacje: wszystkie nośniki obrabianych przedmiotów przechowuje się wygodnie w schowku znajdującym się pod stołem obrotowym. Aby zapobiec pomyłce, każdy z nich został zabarwiony innym kolorem metodą anodowania. Pozwoliło to wyeliminować ryzyko w czasie dokonywania zmian w produkcji. Na każdym egzemplarzu tzw. planów działania dołączonych do zamówienia nadrukowany jest kod kreskowy ułatwiający dostęp do wszystkich niezbędnych informacji. Rozpoczęcie przetwarzania nowego zadania następuje po zakończeniu wykonywania poprzedniego.

 

Zakład Wild & Küpfer AG współpracuje z firmą Robotec Solutions od kilku lat. Daniel Hartmann stwierdza: „Nasza współpraca jest w dużej mierze współpracą partnerską. W taki sam sposób podchodzimy do relacji z klientami. Na przestrzeni lat udało się nam zdobyć dużą wiedzę i doświadczenie w zakresie automatyzacji. Wiele z kluczowych części wykorzystywanych w różnych zakładach projektuje się i wykonuje w naszej firmie” — dodaje Hartmann. Podkreśla jednak, że filarami działalności zakładu są wytwarzanie specjalistycznych narzędzi, stosowanie technologii formowania wtryskowego oraz montaż nowoczesnych produktów, a nie konstruowanie linii montażowych. Widząc działanie współpracujących ze sobą robotów, kierownik projektu ma gotowy plan na przyszłość. Innowacyjne zrobotyzowane cele przystosowane do mniejszego wolumenu produkcji oraz wyposażone w układy, które można błyskawicznie zmieniać, są rozwiązaniami idącymi w dobrym kierunku. W rozwiązaniach tego typu roboty będą wykonywać coraz więcej powtarzalnych zadań i nadzorować proces produkcyjny. Dodatkowo nad całością czuwać będzie personel obsługujący urządzenia i zapewniający elastyczność całego rozwiązania. Hartmann: „Perspektywa łączenia robotów, cel i systemów sterowania za pośrednictwem sieci staje się w obliczu inicjatywy Industry 4.0 coraz bardziej istotnym zagadnieniem”.

W sterownikach robotów FANUC można zobaczyć, że pierwszy etap prac został zakończony: „Teraz dostęp do maszyny możemy uzyskać za pośrednictwem przeglądarki internetowej. To dobry kierunek rozwoju i krok w stronę produkcji przemysłowej z wykorzystaniem sieci”.

Technologia Laser Cusing

Technologia Laser Cusing bazuje na roztapianiu jednoskładnikowych proszków metalicznych przy użyciu lasera. Wykorzystując odpowiednie materiały metaliczne, można tworzyć elementy narzędzi warstwowo — jedna warstwa po drugiej. Typowa grubość warstwy wynosi od 20 do 50 µm. Zaawansowany sposób naświetlania materiałów umożliwia tworzenie wolnych od wad rdzeni narzędzi nawet o dużych rozmiarach. Jedną z zalet tej technologii jest możliwość wbudowania optymalnego układu kanałów chłodzących wewnątrz złożonych obiektów trójwymiarowych. Dzięki temu wytworzone narzędzia mogą być optymalnie chłodzone, a to z kolei zwiększa ich wytrzymałość na odkształcenia i skraca czas cyklu.

Używane produkty firmy FANUC