KUKA KR AGILUSロボットを使用した部品の選択的はんだ付け

制御システムALNEA-ZEUSにおいてロボットの精確さが「エラーゼロ製造」をサポートします。

生産時間を50パーセント短縮

ポーランド・ワルシャワに本拠地を置くALNEA Sp. z.o.o.社は、機械的、電気的あるいは空圧式の半自動または全自動検査機器を提供しています。このポーランドの会社は特に選択的はんだ付けプロセスを専門にしています。ALNEA社が数年前に開発した制御システムであるALNEA-ZEUSには、今後も国際プリント基板およびエレクトロニクス業界事業体(IPC)が要求する基準を保証できるようにするため、根本的な改良が必要とされました。

はんだ付け制御機器の新バージョンでは、はんだ付けプロセスの関連材供給、その正確な位置決め、または作業エリア外でのはんだ付けの滴りの防止といった全体的なプロセスパラメーターを把握することが求められていました。ALNEA社はその新開発をアウクスブルクのKUKA Roboticsとの密接な協力によって実現しました。1台のKUKA KR AGILUSロボットのおかげで、はんだ付けプロセスの精度を大幅に改善し、エラー原因を取り除き、生産時間を50パーセントも短縮することができました。

いわゆるスルーホール実装(THT)のはんだ付け技術には、最高基準の精度が要求されます。フラックス量、予熱の時間と温度、湿潤時間やはんだ付け温度などの可変パラメーターが品質に決定的な影響を与えます。また、材料の性質による影響も考慮する必要があります。小型構造に加え、湿り厳禁のコンポーネントとの間隔が僅かであるため、問題の発生を許しません。THTにおいて修理プロセスは時間と費用がかかる上に復元できない場合も多く、修理自体許可されていない場合さえあります。

このため、エレクトロニクス産業の目標はエラーゼロプロセスです。ALNEA Sp Z.o.o代表、クルシュトフ・カミンスキー氏は、「自在に制御できる選択的はんだ付けプロセスは、弊社の顧客先においてエラーゼロ製造を実現するための決定的な第一歩です」と 述べています。

プロセス監視と修正によるエラー回避

選択的はんだ付けプロセスにおけるエラーの根本的な原因は、はんだブリッジにあります。それは例えば無鉛はんだ付けの際に合金の重量の少なさによって生じます。あるいはフラックス不足です。このため、関連する工程段階すべてを確実に監視する必要があります。間違って、あるいは不正確に位置決めされた部品は、選択的はんだ付けプロセスで同じように問題を生じさせることもあります。位置の監視とその必要に応じた修正も非常に重要です。


このはんだ付けプロセスに必要な精度は、近代的なロボットでしか保証することができません

ALNEA Sp Z.o.o代表、クルシュトフ・カミンスキー氏

このためALNEA社にとっては、制御システムの継続開発以外にも、はんだ付けを行い、コンポーネントを正確に位置決めするロボットを設置する必要性がありました。それに適したモデル探しにおいて、ALNEA社はKUKAとの協力を決定しました。「決定打となったのは、コストパフォーマンスが高いこととKUKAチームの技術サポートが優れていたことです」と彼は説明します。

しかも、KUKAコントローラKR C4はプロセスの制御をシンプルな操作ユニットで行えなればならないというALNEA社の要求を満たしていました。そのオープンアーキテクチャは既存のマシン環境へのスムーズな技術的統合をサポートします。

小型で高速かつ精確:KUKA KR 6 R900 sixx

ALNEA社はKR AGILUSシリーズのKR 6 R900 sixxをプロトタイプとして選びました。このシリーズは超高速と同時に高い繰り返し精度および精度の点で優れています。その対称的な構造により、KR AGILUSロボットは作業ボリュームを最適に利用します。限られた空間での使用に適した非常にスリムなボディは、KUKAが内部エネルギー供給によって実現したものです。

省スペースの構造を持つKR 6 R900 sixxは、最高の精度と作業速度を保証するだけではありません。可搬重量最大6 kg、最長リーチ900 mmのこのロボットは、繰り返し精度が± 0.03 mm未満で、はんだ付けプロセスにおける要件を最適に満たしています。基本的には、KR 6 R900 sixx以外に他のKUKAロボットモデルも新しいALNEA-ZEUS制御システムと組み合わせることが可能です。

KR 6 R900 sixxが設置されたはんだ付けセル。

操作ユニットから直接のコマンド入力

「ロボットベースの自動化ソリューションの統合においては、はんだ付け装置の制御ユニットとロボット制御ユニットの間のコミュニケーションが最適に相互調整されなければなりません」とカミンスキー氏は課題を語っています。そのために、選択的はんだ付けプロセスのパラメーター制御のためのソフトウェアパッケージを、言ってみれば、ロボットの記憶域にロードしたのです。そのため、ALNEA社の顧客はKUKA smartPAD操作ユニットを使用して、生産プロセスにおいてロボットを直接制御することができます。

イーサネットコミュニケーションを通じてコマンドがALNEA-ZEUS制御ユニットに伝達されます。続いて、制御ユニットはそれぞれの顧客の特別なハードウェアおよびソフトウェアをベースにコマンドを実行します。このソリューションはPLCやHMIパネルなしで機能するため、他のインターフェースは一切不要です。 

その結果、エラー最小化と同時にプロセス時間を50パーセント短縮

KUKA KR 6 R900 sixxは選択的はんだ付けプロセスにおいて与えられたタスクを精確にこなします。一方ではんだごての動きを制御し、他方でプリント基板を固定位置で支えます。ALNEA社が開発したロボットベースの自動化ソリューションのおかげで、選択的はんだ付けプロセスの全パラメーターを、操作ユニットで確実に監視することが可能です。さらにKUKAロボットが提供するデータはすべて、システムに保存されて利用されます。

それには特に、コンポーネント供給とその位置決めの監視およびその他の外部装備の制御が挙げられます。これはエラーを大幅に削減するだけでなく、確実に生産性を向上させることにもつながります。「プロセス時間はこの新しいソリューションで50パーセント短縮されました」とカミンスキー氏は強調しています。

操作ユニットを通じてプロセスが監視されるため、特に顧客の従業員向けのトレーニングの分量が減りました。今後はプロセス、ロボット、制御の各スペシャリストとして担当の異なる3人の人員を投入する必要がなくなります。短い研修で作業員もプロセスおよびはんだ付けロボットを制御することができるようになります。

ロボットはプリント基板を支え、はんだごての動きを制御します。

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