Selektiv lödning av komponenter med roboten KUKA KR AGILUS

Med styrningssystemet ALNEA-ZEUS bidrar robotens precision till en nollfelsproduktion.

Minskning av produktionstiden med 50 procent

ALNEA Sp. z.o.o. med huvudsäte i Warszawa erbjuder sina kunder individuell utveckling och produktion av mekanisk, elektrisk eller pneumatisk, halv- eller helautomatisk testutrustning. Det polska företaget är specialiserat på selektivlödning. Den flera år gamla styrningen ALNEA-ZEUS från ALNEA var dock i behov av en omfattande förnyelse för att även i framtiden kunna uppfylla standarderna som bestämts av den internationella fackorganisationen för kretskorts- och elektronikindustrin (IPC).

Den nya versionen av lödstyrdonet behövde ha åtkomst till samtliga processparametrar, t.ex. att tillhandahålla relevanta material för lödning, ange deras exakta positionering eller förhindra att droppar av lod hamnar utanför arbetsområdet. ALNEA implementerade den nya versionen i nära samarbete med KUKA Robotics från Augsburg. Tack vare en KUKA KR AGILUS-roboten kunde lödningsprecisionen förbättras avsevärt, felkällor elimineras och produktionstiden minskas med 50 procent.

Lödtekniken i den så kallade Trough-Hole-Technology (THT) kräver största möjliga precision. De variabla parametrarna som flussmedelsmängd, förvärmningstid och -temperatur, fuktningstid eller lödtemperatur påverkar materialet på olika sätt. Dessutom måste man ta hänsyn till påverkande faktorer som utgår från materialet. De små strukturerna och minimala avstånden till komponenter som inte får blir fuktiga lämnar inget utrymme för fel. Reparationsprocesser i THT är tidskrävande, kostsamma och ofta inte repeterbara, ibland inte ens tillåtna.

Elektronikbranschen siktar därför på nollfelsprocessen. ”En pålitligt kontrollerad selektivlödning är det avgörande första steget mot en nollfelsproduktion hos våra kunder”, förklarar Krzysztof Kamiński, ordförande på ALNEA Sp. Z.o.o.

Fel undviks genom processövervakning och korrigering

En väsentlig orsak till fel i selektivlödningen är lödbryggor som uppstår t.ex. vid blyfri lösning i och med lödlegeringens låga vikt eller på grund av otillräcklig tillförsel av flussmedel. Alla involverade steg i processen kan på så sätt övervakas tillförlitligt. Felaktigt eller oprecist placerade komponenter kan också leda till problem under selektivlödningen. Även övervakningen av deras position och eventuell korrigering är då avgörande.

Precisionen som krävs för denna lödprocess kan endast garanteras av en modern robot

Krzysztof Kamiński, ordförande på ALNEA Sp. Z.o.o.

Utöver vidareutvecklingen av styrningen behövde ALNEA därför installera en robot som utförde lödningen och placerade komponenterna i exakt rätt läge. ALNEA letade efter en lämplig modell och bestämde sig så småningom för att samarbeta med KUKA. ”Det goda förhållandet mellan pris och prestanda var utslagsgivande för oss, liksom det tekniska stödet från KUKAs team”, förklarar han.

KUKAs KR C4-styrning uppfyllde dessutom ALNEAs krav om att processen måste kunna kontrolleras via en enkel manöverenhet. Dess öppna arkitektur stödjer felfri, teknisk integrering i befintliga maskinmiljöer.

Liten, snabb och precis: KUKA KR 6 R900

ALNEA bestämde sig för en KR 6 R900 från KR AGILUSserien som prototyp. Serien övertygar med extrema hastigheter samtidigt som repeternoggrannheten och precisionen är på topp. Tack vare en symmetriska konstruktionen använder sig KR AGILUS-robotarna av hela arbetsvolymen på ett optimalt sätt. De extremt slanka konturerna för användning i trånga utrymmen möjliggjordes av KUKA genom en energiförsörjning på insidan.

KR 6 R900 garanterar inte bara högsta precision och arbetshastighet med sin platssnåla konstruktion. Med en bärlast på upp till 6 kg och en max. räckvidd på 900 mm klarar roboten dessutom en repeternoggrannhet på mindre än ± 0,03 mm och lämpar sig därmed mycket väl för de krav som ställs vid lödning. Utöver KR 6 R900 kan i regel även andra robotmodeller från KUKA kombineras med det nya styrsystemet ALNEA-ZEUS.

Kommandon direkt via manöverenheten

”Vid integreringen av den robotbaserade automatiseringslösningen måste kommunikationen mellan lödapparatens styrdon och robotens styrdon vara perfekt anpassade efter varandra”, berättar Kamiński om utmatningen. För detta ändamål har man laddat ett programvarupaket i robotens minne för att kontrollera selektivlödningens parametrar. ALNEAs kunder kan därmed styra roboten direkt i produktionsprocessen med hjälp av KUKA smartPAD.

Via ethernet-kommunikation skickas kommandon till ALNEA-ZEUS styrdon. Kontrollenheten utför sedan kommandot utifrån respektive kunds egen maskin- och programvara. Lösningen genomförs utan PLC- eller HMI-panel och behöver heller inga ytterligare gränssnitt.

Resultatet: 50 procent kortare processtid och minskad felminimering

KUKA KR 6 R900 uppfyller noggrant de uppgifter som ingår i selektivlödning: Dels styr den lödkolvens rörelser, dels håller den fast kretskortet. Tack vare ALNEAs robotbaserade automatiseringslösning kan idag alla parametrar i selektivlödningen övervakas via manöverpanelen på ett tillförlitligt sätt. Samtliga data som KUKA-roboten levererar matas dessutom in och används i systemet.

Hit räknas bland annat övervakning och tillförsel av komponenter samt deras placering, liksom styrning av extern utrustning. Detta har inte bara inneburit en märkbar minskning av fel, utan även lett till en tydlig produktivitetsökning. ”Med den nya lösningen har vi förkortat processtiden med 50 procent”, understryker Kamiński.

Tack vare övervakningen av processen via manöverenheten får man dessutom en överblick över vilka träningsbehov som finns hos kundernas medarbetare. Nu behövs inte längre tre olika specialister för processen, roboten och styrningen. Efter en kort utbildning kan även en vanlig operatör styra processen och lödroboten.

Roboten håller kretskortet på plats och styr lödkolvens rörelse.

KUKA systempartner finns över hela världen

Här hittar du rätt partner för din bransch eller ditt problem.