KUKA Agilus robots voor de productie van supercomputers

Assemblage en end-of-line testen van supercomputers

Hoe meer functies een auto heeft, hoe krachtiger de besturingseenheden moeten zijn. De vraag naar zogenaamde supercomputers, die niet alleen telecommunicatie en rijcomfort ondersteunen maar ook autonoom rijden, groeit - en dus zijn er ook automatiseringsoplossingen nodig voor hun componenten. Daarom heeft het automatiseringsbedrijf Schnaithmann Maschinenbau GmbH zeven KUKA robots geprogrammeerd om te helpen bij de productie van supercomputers.

Intelligent geprogrammeerde robots monteren supercomputers

De robotarm KR AGILUS grijpt eenvoudig en nauwkeurig het plastiek onderdeel dat dringend nodig is voor de High Performance Computer (HPC). Hij plaatst het in het juiste compartiment van de opslagbuffer, waar een volgende robot het vastpakt en naar de onderdelensensor voert. In totaal werken zeven KR AGILUS-robots hand in hand op een snelle en nauwkeurige manier volgens een intelligent geprogrammeerd proces. Ze houden zorgvuldig een ononderbroken stroom in stand, laten niets vallen, monteren en bewaken de supercomputers. Ze doen hun deel om ervoor te zorgen dat alleen de beste kwaliteit componenten worden geïnstalleerd in de supercomputers van de voertuigen.

Met HPC's kunnen momenteel onder andere apps en veiligheidsupdates worden gedownload. Op de lange termijn zullen ze ook autonoom rijden ondersteunen. Krachtige computers zijn als het ware het brein van het voertuig en moeten enorme hoeveelheden gegevens verwerken terwijl ze ook licht en compact genoeg zijn om in kleinere voertuigen te passen. Om deze krachtige regelunits op een kosteneffectieve manier te kunnen produceren, zijn efficiënte en flexibele automatiseringsoplossingen nodig.

de geautomatiseerde montage en de end-of-line-tests (EOL) van de onderdelen haalde een automobieltoeleverancier de automatiseerder Schnaithmann Maschinenbau GmbH en KUKA aan boord. De middelgrote automatiseringsleverancier uit het Zwabische Remshalden is namelijk gespecialiseerd in systeemoplossingen op het gebied van installaties en speciale machines voor assemblage-automatisering en kan meerdere robots zo programmeren dat ze betrouwbaar en veilig met elkaar samenwerken.

"We vonden de modulaire automatisering bijzonder interessant, omdat deze geen starre randapparatuur vereist en extreem flexibel is. Als het ontwerp of de constructie van een onderdeel verandert, wordt de desbetreffende cel vervangen en de bijbehorende robot omgeprogrammeerd – en de assemblage kan weer doorgaan", licht Chris Klöpfer, Technische Verkoop SL van Schnaithmann toe.

Maximale kwaliteitsgarantie door end-of-line-tests

Schnaithmann realiseerde al talrijke klantprojecten met KUKA robots. De toeleverancier voor de auto-industrie werkt op verschillende locaties al lang met oplossingen van KUKA en kent de robotfabrikant als betrouwbare en innovatieve partner in de montageautomatisering. Ook in dit veeleisende project viel de keuze op KUKA robots. De slanke constructie van de KR AGILUS, zijn veelzijdige toepassingsmogelijkheden en speciale ESD+-lak – in combinatie met de compacte robotbesturing KR C5 – waren enkele van de overtuigende argumenten. Zo werd eind 2021 het startschot gegeven voor deze innovatieve automatisering voor de productie van de supercomputers.

"De klant wilde een oplossing die maximale flexibiliteit biedt en die snel en voordelig kan worden aangepast wanneer onderdelen veranderen", aldus Joachim Roess, als Global Key Account Manager bij KUKA verantwoordelijk voor de toeleverancier van de auto-industrie. De end-of-line-tests van het product moesten extreem betrouwbaar worden gemaakt. Supercomputers zijn wegens hun relevantie voor de verkeersveiligheid onderworpen aan de bijzonder strenge reglementeringen van de certificering voor "Advanced Autonomous Driving Technology". Microscheurtjes die onopgemerkt blijven, kunnen in supercomputers storingen in het Advanced Driver Assistance System (ADAS) veroorzaken. Deze microscheuren kunnen worden uitgesloten door een uiterst nauwkeurige en volledig geautomatiseerde montage onder ESD+-bescherming en door keuringen, zoals betrouwbare EOL-tests.

Robots in de chaku-chaku-flow

Vergelijkbare systemen maken vaak gebruik van lijnen met transportbanden, maar dit betekent dat productiebedrijven beperkt zijn tot bepaalde afmetingen. "Als het product of zelfs maar een deel van de testvolgorde aan het einde van de lijn verandert, kan dit leiden tot complexe ontwerpwijzigingen in starre systeemconcepten," merkt Joachim Roess op. Daarom stelden Schnaithmann en KUKA een oplossing voor met meerdere vrijstaande robots die volgens het Chaku-Chaku principe werken.

Volgens het Chaku-Chaku principe wordt het te bewerken onderdeel door de robot direct hand in hand op het station geplaatst en van daaruit, na verwerking, door de robot naar het volgende station getransporteerd - zonder het gebruik van een extra transportmiddel zoals conventionele transportbanden. De robots verplaatsen de onderdelen dus rechtstreeks van station naar station en verwerken ze daar. Dit vereist enerzijds minder randapparatuur en biedt anderzijds meer mogelijkheden voor toekomstige aanpassingen van het systeem, omdat de robots eenvoudig in een andere positie geplaatst en opnieuw geprogrammeerd kunnen worden.

Het Chaku-Chaku principe veronderstelt echter dat de robots op een slimme manier met elkaar communiceren en dat hun werkruimten voor elkaar open zijn. In een conventionele Chaku-Chaku handlingtoepassing staan de robots vrij in de ruimte op rekken en sokkels en voeren ze hun werkstappen uit in een precies vooraf bepaalde volgorde.

Gebruik maken van simulatie en uitgebreide EOL testen voor uiterste precisie

Simulatie van het productieproces voor het opstarten van het systeem met behulp van de software KUKA.Sim maakte het mogelijk om de ideale productie-workflow te identificeren. Dit perfecte en rendabele productieverloop is enerzijds gebaseerd op de cyclustijd en anderzijds op de ideale inzet van de robots. Niet alleen worden hardwarecomponenten tot een minimum beperkt en wordt er daardoor ruimte bespaard, er is ook een maximale aanpasbaarheid aan veranderende vereisten voor componenten.

Op deze manier kan het systeem snel en eenvoudig worden omgebouwd als dat nodig is. En door uitvoerige testen binnen het testsysteem, in het bijzonder door EOL testen, hebben Schnaithmann, KUKA en de toeleverancier aan de automobielindustrie samen het doel kunnen bereiken om ervoor te zorgen dat alleen elementen van de hoogste kwaliteit gebruikt worden in krachtige computers.

Een compacte kracht: de KR AGILUS, KR C5 micro en slimme programmering

Het team van Schnaithmann koos voor zeven KR AGILUS robots die in de volledig geautomatiseerde installatie samenwerken, zonder menselijke medewerkers. Vijf van de robots zorgen voor het laden en lossen van componenten in de toevoerbuffers , twee nemen de eigenlijke end-of-line-testing voor hun rekening met behulp van een visiesysteem. De KR AGILUS overtuigt met zijn slanke design, veelzijdige bruikbaarheid en precisie en met beschermingsklasse IP67 en cleanroomklasse ISO 4.

De zesassige robot is praktisch voorbestemd voor de chaku-chaku workflow en kan ook gecombineerd worden met de bijzonder compacte en energiezuinige KR C5 micro sturing voor kleine robot. Deze sturing valt op in elke installatiepositie en kon in dit geval worden ondergebracht op het robotboosterframe. Een extra regelkast met starre, inflexibele bekabeling is hier niet nodig. Het compacte ontwerp van de KR AGILUS in combinatie met een van de meest compacte robotbesturingen op de markt voldoet precies aan de doelstellingen van de automobieltoeleverancier: Maximale flexibiliteit qua componenten door snelle en kosteneffectieve uitbreiding en aanpassing van het systeem.

Uitdagingen opgelost met speciale verf en KUKA systeemsoftware (KSS)

"KUKA robots zijn standaard ESD-gecertificeerd volgens de laatste voorschriften", legt Joachim Roess uit, "maar als het gaat om autonoom rijden, zijn de eisen hoger dan in de algemene elektronicasector en zelfs hoger dan in de halfgeleiderproductie." Dit komt doordat zelfs een lage elektrische lading kan leiden tot microscheurtjes, die niet kunnen worden gedetecteerd tijdens de eindinspectie van de besturingseenheid en dus leiden tot een kortere levensduur van het onderdeel. Om dit te voorkomen vroeg de automobielleverancier om een speciale lakafwerking met ontladende metaaldeeltjes, niet alleen voor de robot, maar ook voor de basis en het voetstuk.

Zo gezegd, zo gedaan: Alle KR AGILUS robots in het systeem voldoen nu aan de ESD+ norm. Het is moeilijk om deze norm te halen in productie met menselijke werknemers: menselijk haar en kleding hebben de neiging om elektrostatische lading op te bouwen, waardoor speciale werkkleding nodig is voor iedereen die in contact komt met gevoelige elektronica. Daarnaast pakt het gebruik van robots het algemene tekort aan geschoolde werknemers aan. Het is immers moeilijk om personeel te vinden voor monotone, repetitieve en tegelijkertijd veeleisende taken.

De perfecte chaku-chaku-workflow

Een andere uitdaging was om de robots zo te programmeren dat de respectieve werkruimtes perfect op elkaar werden afgestemd. De zeven KR AGILUS-robots moesten ook zo weinig mogelijk ruimte innemen in de werkplaats. Tegelijkertijd mochten de armen en grijpers elkaar niet raken. "In ons KSS-besturingssysteem kunnen dergelijke componentruimten standaard worden geïmplementeerd", zegt Roess, "zodat de hostbesturing altijd kan bepalen wanneer er een ruimte beschikbaar is voor robot A en voor robot B om een botsing van de robots veilig te voorkomen."

Ook handig: als een installatie met extra robots wordt uitgebreid, kunnen ook deze snel opnieuw worden geconfigureerd en voeren ze de opdrachten hand in hand met de andere KR AGILUS robots uit. Ook de uitbreiding met machines of andere componenten verloopt gemakkelijk.

Samenvatting en vooruitzichten: een toekomstgerichte oplossing

We werken liever met KUKA omdat hun levercapaciteit zelfs in moeilijke tijden goed was.

Chris Klöpfer, Technische Sales SL, Schnaithmann

Het huidige project heeft dit nogmaals bewezen. De klant, een internationale toeleverancier voor de automobielindustrie, is ook zeer tevreden dat hij in KUKA een fabrikant van ESD-geschikte robots voor de elektronicasector gevonden heeft. Joachim Roess vertelt dat het systeem, dat sinds enkele maanden in gebruik is, nog verder uitgebreid zal worden. "Een tweede teststation zit al in de pijplijn - dit kan snel en eenvoudig worden geïmplementeerd, aangezien dit type oplossing gemakkelijk schaalbaar is," zegt Roess. De behoefte aan supercomputers voor innovatieve elektrische auto's zal blijven groeien, voorspellen experts - automatiseringsoplossingen zoals deze zullen helpen om aan de grote vraag te voldoen en om op een kosteneffectieve manier te produceren.

Ondertussen werkt de toeleverancier voor de auto-industrie samen met KUKA en integratoren aan meer innovatieve oplossingen voor de mobiliteit van morgen. Zo heeft een onderzoeksproject aangetoond dat de mobiele robot KMR iiwa geschikt is om ondersteuning te bieden bij het highspeed assembleren van printplaten. Als onderdeel van het splicing-proces zorgt hij ervoor dat gevoelige bouwdelen betrouwbaar, snel en nauwkeurig naar de hiervoor bestemde plaatsen in het PCB-board komen. Een volgende stap van de internationale toeleverancier in de auto-industrie om zijn productie en daarmee de mobiliteit van morgen nog efficiënter en innovatiever vorm te geven.