Montage und End-of-Line-Tests von Supercomputern

Je mehr Funktionen ein Auto umfasst, desto leistungsstärker müssen seine Steuergeräte sein. Die Nachfrage nach sogenannten Supercomputern, die neben Telekommunikation und Fahrkomfort auch das autonome Fahren unterstützen, wächst – und damit der Bedarf an Automatisierungslösungen für ihre Bestandteile. Der Automatisierer Schnaithmann Maschinenbau GmbH hat deshalb sieben KUKA Roboter so programmiert, dass sie in der Produktion von Supercomputern mitanpacken.

Intelligent programmierte Roboter montieren Supercomputer

Zielstrebig und pr?zise greift der Roboterarm des KR AGILUS das Kunststoffbauteil, das für den sogenannten High Performance Computer (HPC) dringend ben?tigt wird. Er ordnet es im richtigen Fach des Einlagerungsbuffers ein, wo ein weiterer Roboter es greift und der Bauteilkontrolle zuführt. Schnell und pr?zise arbeiten insgesamt sieben KR AGILUS Roboter Hand in Hand, nach einem intelligent programmierten Prozess. Sie stocken nie, lassen nichts fallen, montieren und kontrollieren die Supercomputer mit h?chster Sorgfalt. Sie leisten ihren Beitrag dazu, dass nur Komponenten bester Qualit?t in die Supercomputer der Fahrzeuge eingebaut werden.

Aktuell erlauben die HPC unter anderem den Download von Apps und Sicherheitsupdates, langfristig sollen sie auch das autonome Fahren unterstützen. Die Hochleistungsrechner sind sozusagen das Gehirn des Fahrzeugs und müssen riesige Datenmengen verarbeiten und gleichzeitig leicht und kompakt genug sein, um auch in kleineren Fahrzeugen Platz zu finden. Um diese Hochleistungssteuergeräte wirtschaftlich produzieren zu können, braucht es effiziente und flexible Automatisierungslösungen.

Fehlerfreie Effizienz in der Montageautomation garantieren die KR AGILUS.

Für die automatisierte Montage und die End-of-Line-Tests (EOL) der Teile holte ein Automobilzulieferer den Automatisierer Schnaithmann Maschinenbau GmbH und KUKA ins Boot. Denn der mittelst?ndische Automatisierer aus dem schw?bischen Remshalden hat sich auf Systeml?sungen in den Bereichen Anlagen und Sondermaschinen für die Montageautomation spezialisiert und kann mehrere Roboter so programmieren, dass sie einander souver?n und sicher zuarbeiten.

?Besonders spannend fanden wir die modulare Automatisierung, weil sie keine starre Peripherie erfordert und extrem flexibel ist. ?ndert sich das Design oder die Bauweise eines Bauteils, wird die entsprechende Zelle ausgetauscht und der ihr zugeordnete Roboter umprogrammiert – schon kann die Montage weitergehen“, erl?utert Chris Kl?pfer, Technischer Vertrieb SL, Schnaithmann.

Maximale Qualit?tssicherung durch End-of-Line Tests

Schnaithmann realisierte bereits zahlreiche Kundenprojekte mit KUKA Robotern. Der Automobilzulieferer arbeitet an verschiedenen Standorten schon lange mit KUKA L?sungen und sch?tzt den Roboterhersteller als zuverl?ssigen und innovativen Partner in der Montageautomation. Auch in diesem anspruchsvollen Projekt fiel die Wahl auf KUKA Roboter. Die schlanke Bauweise des KR AGILUS, dessen vielseitige Einsatzm?glichkeiten und ESD+ Speziallackierung – in Kombination mit der kompakten Robotersteuerung KR C5 – waren unter anderem überzeugende Argumente. So fiel Ende 2021 der Startschuss für diese innovative Automation in der Fertigung der Supercomputer.

?Der Kunde wollte eine L?sung, die maximale Flexibilit?t bietet und die sich schnell und kostengünstig anpassen l?sst, wenn Bauteile sich ?ndern“, erkl?rt Joachim Roess, der für den Automobilzulieferer zust?ndige Global Key Account Manager bei KUKA. Es galt, die End-of-Line-Tests des Produkts extrem zuverl?ssig zu machen. Supercomputer unterliegen aufgrund ihrer Fahrsicherheitsrelevanz den besonders strengen Reglementierungen der Zertifizierung für ?Advanced Autonomous Driving Technology“. Unerkannte Mikrorisse in Supercomputern k?nnten Ausf?lle im Advanced Driver Assistance System (ADAS) provozieren. Diese Mikrorisse sind durch eine h?chstpr?zise und vollautomatisierte Montage unter ESD+ Schutz sowie durch Prüfungen wie zuverl?ssige EOL-Tests auszuschlie?en.

Millimetergenaue Perfektion der KR AGILUS im Chaku-Chaku-Workflow.

Roboter im Chaku-Chaku-Flow

Vergleichbare Anlagen nutzen oft Linien mit F?rderb?ndern, doch damit sind die produzierenden Unternehmen auf bestimmte Gr??en festgelegt. ?Wenn sich das Produkt ?ndert oder auch nur teilweise der End-of-Line-Testablauf, so kann dies bei starren Anlagenkonzepten zu aufwendigen konstruktiven ?nderungen führen“, nennt Joachim Roess ein Beispiel. Darum schlugen Schnaithmann und KUKA eine L?sung mit mehreren freistehenden Robotern vor, die nach dem Chaku-Chaku-Prinzip arbeiten.

Beim Chaku-Chaku-Prinzip wird das zu bearbeitende Teil direkt Hand in Hand vom Roboter an der Station abgelegt und von dort, nach Bearbeitung, vom Roboter weiter zur n?chsten Station bef?rdert – ohne den Einsatz zus?tzlicher Bef?rderungsmittel wie beispielsweise klassischer F?rderb?nder. Die Roboter bewegen die Teile also direkt von Station zu Station und bearbeiten sie dort. Das erfordert einerseits weniger Peripherie und bietet gleichzeitig mehr M?glichkeiten für zukünftige Anpassungen der Anlage, da die Roboter einfach an einer anderen Stelle platziert und umprogrammiert werden k?nnen.

Ein eingespieltes Team: Die KR AGILUS arbeiten Hand in Hand ohne sich zu berühren.

Das Chaku-Chaku-Prinzip setzt allerdings voraus, dass die Roboter smart miteinander kommunizieren und deren Arbeitsr?ume gegenseitig entriegeln. Die klassische Handlingapplikation Chaku-Chaku l?sst die Roboter, die auf Gestellen und Sockeln frei im Raum stehen, in einer genau vordefinierten Reihenfolge ihre Arbeitsschritte ausführen.

Die nach dem Chaku-Chaku-Prinzip frei agierenden KUKA Roboter kommen ganz ohne menschliche Kollegen aus.

Mit Simulation und umfangreichen EOL-Prüfungen zu höchster Präzision

Die Simulation des Produktionsprozesses vor Inbetriebnahme der Anlage durch die Software KUKA.Sim erm?glichte es, den idealen Produktions-Workflow zu identifizieren. Dieser perfekte und wirtschaftliche Produktionsablauf bezieht sich einerseits auf die Taktzeit, andererseits auf die ideale Auslastung der Roboter. Damit geht, neben der Reduktion von Hardwarekomponenten auf ein Minimum und der damit verbundenen Platzeinsparung, maximale Anpassungsf?higkeit an sich ver?ndernde Bauteilanforderungen einher.

Platzsparend und automatisiert: Jeder Arbeitsschritt folgt in einer genau definierten Reihenfolge.

Auf diese Weise kann die Anlage schnell und einfach auf erforderliche Anpassungen umgerüstet werden. Und durch umfangreiche Prüfungen innerhalb des Testsystems, insbesondere durch EOL, erreichen Schnaithmann, KUKA und der Automobilzulieferer gemeinsam das Ziel, dass nur Elemente h?chster Güte in High Performance Computern zum Einsatz kommen.

Kompakt unterwegs mit dem KR AGILUS, der KR C5 micro und smarter Programmierung

Das Schnaithmann Team entschied sich für sieben KR AGILUS Roboter, die in der vollautomatisierten Anlage, ganz ohne menschliche Mitarbeitende, kooperieren. Fünf der Roboter beladen und entladen die Einlagerungsbuffer mit Komponenten, zwei übernehmen das eigentliche End-of-Line-Testing mithilfe eines Vision-Systems. Der KR AGILUS überzeugt von Haus aus mit seinem schlanken Design, seiner vielseitigen Nutzbarkeit und Präzision sowie der Schutzklasse IP67 und Reinraumklasse ISO 4.

Alle KR AGILUS Roboter sind zertifiziert und entsprechen dem Standard ESD+. Damit erfüllen sie die hohen Anforderungen der Automobilindustrie.

Für das Chaku-Chaku pr?destiniert den Sechs-Achs-Roboter au?erdem, dass er sich mit der besonders kompakten und energieeffizienten Kleinrobotersteuerung KR C5 micro kombinieren l?sst. Diese überzeugt in jeder Einbaulage – in diesem Falle fand sie Platz am Roboter-Aufbaugestell. Ein zus?tzlicher Schaltschrank mit starrer, unflexibler Verkabelung wird hier nicht ben?tigt. Die kompakte Bauweise des KR AGILUS in Kombination mit einer der kompaktesten Robotersteuerungen am Markt trifft exakt die Zielsetzung des Automobilzulieferers: Maximale Flexibilit?t in den Bauteilen durch schnelle und wirtschaftliche Anlagenerweiterung und -adaption.

Herausforderungen gemeistert mit Speziallack und KUKA Systemsoftware (KSS)

?KUKA Roboter sind standardm??ig nach den aktuellsten Normen ESD-zertifiziert“, erkl?rt Joachim Roess, ?aber wenn es um das autonome Fahren geht, sind die Anforderungen h?her als im Elektronikbereich allgemein, sogar als in der Halbleiterfertigung.“ Denn schon durch ein geringes Ma? an elektrischer Ladung k?nnen Mikrorisse entstehen, welche nicht durch die Endprüfung des Steuerger?ts erkannt werden k?nnen, jedoch zu einer Verringerung der Lebensdauer des Bauteils führen. Um dem vorzubeugen, fragte der Automobilzulieferer eine Sonderlackierung an, die ableitende Metallpartikel enth?lt, nicht nur für den Roboter, sondern auch für dessen Fu? und Sockel.

Gewünscht – geliefert: Alle KR AGILUS der Anlage erfüllen jetzt den Standard ESD+. Ein solcher Standard l?sst sich in der Produktion mit menschlichen Mitarbeitern kaum erreichen: menschliche Haare und Kleidung neigen zur elektrostatischen Aufladung, sodass Spezialarbeitskleidung für alle erforderlich ist, die in Kontakt mit den sensiblen Elektronikteilen kommen. Au?erdem wirkt der Einsatz der Roboter dem allgemeinen Fachkr?ftemangel entgegen. Denn für monotone, repetitive und gleichzeitig anspruchsvolle T?tigkeiten findet sich kaum Personal.

Der perfekte Chaku-Chaku-Workflow

Eine weitere Herausforderung war, die Roboter so zu programmieren, dass die jeweiligen Arbeitsr?ume perfekt aufeinander abgestimmt sind. Die sieben KR AGILUS sollten m?glichst wenig Platz in der Halle einnehmen, doch die Arme und Greifer duften nicht kollidieren. ?In unserem Betriebssystem KSS k?nnen solche Bauteilr?ume standardm??ig implementiert werden“, berichtet Roess, ?sodass die Leitsteuerung immer bestimmen kann, wann ein Platz für Roboter A freigegeben ist und wann für Roboter B, um eine Kollision der Roboter sicher verhindern zu k?nnen.“

Automatisierungslösungen wie diese sind gut skalierbar. Gebraucht werden sie bei der Produktion von HPC für innovative Elektroautos.

Praktisch zudem: Wird eine Anlage um zusätzliche Roboter erweitert, lassen sich auch diese schnell neu konfigurieren und erledigen die Aufträge Hand in Hand mit den anderen KR AGILUS. Auch die Erweiterung um Maschinen oder andere Komponenten fällt hier leicht.

Fazit und Ausblick: eine zukunftsträchtige Lösung

Wir arbeiten bevorzugt mit KUKA zusammen, weil die Lieferfähigkeit auch in schwierigen Zeiten gut war.

Chris Klöpfer, Technischer Vertrieb SL, Schnaithmann

Das aktuelle Projekt habe das einmal mehr bewiesen. Auch der Kunde, der internationale Automobilzulieferer, sei ?u?erst zufrieden, mit KUKA jetzt auch einen Hersteller für ESD-f?hige Roboter im Elektronikbereich gefunden zu haben. Joachim Roess verr?t, dass die Anlage, die seit wenigen Monaten im Betrieb ist, noch erweitert werden soll. ?Eine zweite Teststation ist bereits in Planung – das l?sst sich schnell und leicht umsetzen, denn diese Art von L?sung ist gut skalierbar“, meint Roess. Der Bedarf an Supercomputern für innovative Elektroautos wird weiter steigen, prognostizieren Experten – Automatisierungsl?sungen wie diese tragen dazu bei, der hohen Nachfrage gerecht zu werden und wirtschaftlich zu produzieren.

Derweil arbeitet der Automobilzulieferer gemeinsam mit KUKA und Integratoren an weiteren innovativen L?sungen für die Mobilit?t von morgen. So hat ein Forschungsprojekt gezeigt, dass der mobile Roboter KMR iiwa sich dazu eignet, bei der Highspeed-Bestückung von Platinen zu unterstützen. Als Teil des Splicing-Prozesses sorgt er dafür, dass empfindliche Bauteile zuverl?ssig, schnell und pr?zise an die dafür vorgesehenen Stellen im PCB-Board gelangen. Ein weiterer Schritt des internationalen Automobilzulieferers, seine Produktion und damit die Mobilit?t von morgen noch effizienter und innovativer zu gestalten.