Gouden handen eren - of automatiseren?

V.l.n.r.: Gerben Romberg, Michael van Dam en Dick van Vliet

 

V.l.n.r.: Gerben Romberg, Michael van Dam en Dick van Vliet


Ga er maar aan staan als student van de opleiding Mechatronica van De Haagse Hogeschool: binnen elf weken een instabiel soldeerproces oplossen voor de assemblage van een kleine temperatuursensor. De oplossing lag in automatiseren maar de tijd was beperkt. Met de selectie van het standaard H-portaal van Festo gecombineerd met een standaard soldeermachine en een eigen ontwikkelde producthouder, lukte het Michael van Dam inderdaad een uitstekend werkende oplossing te ontwerpen én te bouwen. Opdrachtgever Centwerk neemt het systeem binnenkort in gebruik.

 


Van handmatig naar automatiseren

Veel van de assemblagewerkzaamheden worden handmatig uitgevoerd. Daarnaast komt het steeds vaker voor dat voor klanten die grote aantallen laten assembleren – in dit geval enkele honderdduizenden tot meer dan een miljoen – een stukje automatisering wordt ontwikkeld. “We noemen dit projecten” vertelt Gerben Romberg die binnen Centwerk de rol van zowel in- als verkoper vervult. “Meestal doen we dit om het proces sneller te laten verlopen, maar ook het realiseren van een constantere kwaliteit kan een aanleiding zijn om te kiezen voor het automatiseren van een deelproces.” 

 

Temperatuursensor

Zo werd vorig jaar een project opgestart om de soldeerwerkzaamheden te automatiseren die nodig zijn voor de assemblage van een temperatuursensor voor onder meer CV-ketels. Dit product bestaat uit een connectorbehuizing met twee metalen pinnetjes waaraan de twee draadjes van de temperatuursensor worden gesoldeerd. Om een goede soldeerverbinding tot stand te brengen, speelt een groot aantal parameters een rol. Bijvoorbeeld de hoeveelheid soldeertin, de afstand van de soldeerbout tot het product en het aantal seconden dat de soldeerbout met de soldeertin in aanraking is.


Vanwege de complexiteit van dit proces had Centwerk regelmatig te maken met een wisselende kwaliteit van de soldeerverbinding; afhankelijk van de ploeg mensen die hieraan op dat moment werkte. Romberg: “Een proces dat in aanmerking komt voor automatiseren dus. En die kans kregen we toen stagiaire Michael van Dam - mechatronica student aan De Haagse Hogeschool – aangaf dat hij hiervoor voldoende mogelijkheden zag.”


Klemprobleem

“Het probleem van de geautomatiseerde oplossing zat uiteindelijk niet in het soldeerproces zelf, maar in de manier waarop je de connectorbehuizing klemt en samenbrengt met de sensor” meent Van Dam. Als oplossing ontwikkelde hij een producthouder waarin medewerkers handmatig de behuizingen plaatsen. Hierop wordt vervolgens een mal geplaatst waarin zich paarsgewijs kleine trechtervormige openingen bevinden die precies voor de pinnetjes van de behuizing zijn gepositioneerd. Door deze openingen worden vervolgens handmatig de sensorpootjes gestoken die hiermee exact boven de pinnetjes uitkomen. 


Wanneer een producthouder vol is, wordt deze in de soldeerunit tegen een aanslag geplaatst; in de huidige opstelling passen maximaal vijf houders. Vervolgens doorloopt een soldeerbout automatisch alle stappen die nodig zijn om de soldeerverbindingen te maken. Hierbij beweegt hij in een lineaire lijn over de producthouder en zakt bij ieder product kort naar beneden om daar de soldeerverbinding te realiseren. Hiervoor vindt tevens gelijktijdig een automatische toevoer plaats van 5 mm soldeertin per keer uit een standaard toevoerapparaat met stappenmotor.


Beperkte tijd

Vanwege de beperkte stagetijd van elf weken, besefte Van Dam maar al te goed dat hij geen mogelijkheid had om zelf vanaf ‘nul’ een opstelling te ontwerpen en uit losse onderdelen samen te bouwen. Om die reden is contact opgenomen met Festo die – op basis van het idee van Van Dam – voorstelde om gebruik te maken van een standaard H-portaal systeem. Dit portaalsysteem – officieel het compacte handlingsysteem YXMx – realiseert met twee servolite motoren (stappenmotor met encoder en servoregeling) en één tandriem zowel de x- als de y-beweging van – in dit geval – de soldeerbout. Een extra Z-as neemt de beweging naar het onderliggende product en terug voor zijn rekening. 



Het standaard H-portaal betreft een compleet systeem dat eenvoudig te programmeren is en alle
benodigde flexibiliteit biedt.



Realisatie

“Een oplossing uit duizenden” geeft Van Dam aan. “Niet alleen het feit dat het portaal een standaard product is dat je dus tegen een redelijke prijs kunt aanschaffen, maar ook vanwege het feit dat het een compleet systeem is; inclusief PLC besturing, software en vision. Plug&play eigenlijk. Daarbij was de programmering via Codesys V3 eenvoudig te realiseren omdat veel functies bijvoorbeeld al standaard beschikbaar zijn. Nadat ik een dag op cursus ben geweest bij Festo, was het niet erg moeilijk meer om het juiste bewegingspatroon van de soldeerbout te programmeren. Ik heb overigens direct kunnen starten met programmeren omdat Festo zo vriendelijk was een demonstratiemodel beschikbaar te stellen. Hiermee konden we vast aan de gang met onder meer de dimensionering van het systeem en de globale programmering.” 


In dit demonstratiesysteem was baanbesturing niet beschikbaar waardoor de beweging van de soldeerbout in dat stadium nog bestond uit een aaneenschakeling van rechtlijnige bewegingen: In het x-y vlak naar het punt boven de connectorbehuizing en vervolgens in z-richting naar het soldeerpunt. In de uiteindelijke oplossing (die bijna klaar is), beweegt de soldeerbout via een optimale kromme direct naar het soldeerpunt (softmotion functionaliteit) hetgeen de doorlooptijd verkort. Van Dam: “De tijdsbesparingen zijn daarbij echt significant; in de eerste oplossing duurt het soldeerproces bijvoorbeeld 1,5 seconde en de overige bewegingen 2 tot 2,5 s; hierin kun je dus nog echt winst boeken.”


Door gebruik te maken van het standaard H-portaal in combinatie met een bestaand toevoerapparaat van soldeertin, is Michael van Dam er in geslaagd om de opdracht – het stabiliseren van het soldeerproces – binnen elf weken te voltooien. De uiteindelijke oplossing komt daarbij nog wat hoger te staan om toegang te bieden aan een standaard reinigingsunit die na iedere cyclus van vijf producthouders de soldeerbout reinigt.


Samenwerking

Over de samenwerking zijn beide partijen goed te spreken. Romberg: “Buiten het goede advies dat we kregen aangaande het portaalsysteem is Festo altijd beschikbaar om vragen telefonisch of per mail te beantwoorden. Daarbij komt die dag programmeercursus, het beschikbaar stellen van een demonstratie unit... Ik ga ervan uit dat dit niet het laatste project is waarbij we Festo betrekken.“


Technische specificaties YXMx

Kinematisch systeem: vlak gantrysysteem gebaseerd op EXCM-30 assen. Optioneel met z-as EGSK-20.
Standaard bereik:  X: 100 – 700 mm
Y: 110 – 510 mm
Z: 75, 125 mm
PLC controller CECC-X met vele interface mogelijkheden
Programmeersoftware: Codesys V3
Visualisatie: op klantwens.