Met zes solderen op een paar vierkante meter

Om de productiekosten van de begeerde zonnepanelen te reduceren en de hoge kwaliteit van de zonnepanelen te waarborgen, zet Scheuten Solar in Gelsenkirchen een eerste stap om de productie met robots te automatiseren. Machinefabriek van de Weert, een Nederlandse machinebouwer, werd uitgenodigd om te helpen met het ontwerp en de bouw van een drukbevolkte cel.

Redenen om over te gaan op automatisering
Eén van de redenen voor Scheuten Solar om te automatiseren, was het feit dat er 24 uur per dag vier mensen bezig waren om de dwarsverbindingen tussen de cellen aan te brengen. Naast het feit dat dit een relatief dure manier van produceren was, die ook voor het personeel weinig inspiratie bood, moest automatisering ook zorgen voor een hogere constante kwaliteit van de verbindingen.

Ontwerp
Aanvankelijk werd er gekeken naar de mogelijkheid om servomotoren met starre assen toe te passen. Maar dit idee heeft van de Weert toch snel laten varen. De aanvoer van het paneel is namelijk niet altijd precies recht. “Daarnaast zijn er verschillende typen panelen die verwerkt moeten worden, en is het niet uitgesloten dat er wat dat betreft in de toekomst wijzigingen zullen zijn. Een oplossing met robots bleek hiervoor de meeste flexibiliteit te bieden”, aldus Joan Tourné van Machinefabriek van de Weert.

De Solderingscel
In het uiteindelijke ontwerp zijn maarliefst zes robots opgenomen, die allemaal aan één frame zijn gemonteerd; 5 robots hangend ondersteboven en 1 staand. “Terwijl een paneel wordt aangevoerd en de positie hiervan middels twee visioncamera’s wordt vastgelegd, pakt een eerste robot een connector uit een magazijn. Hij voert de aansluitingen van de connector door een fluxunit die door de robot zelf wordt aangestuurd, en plaatst deze vervolgens op basis van de door het visionsysteem aangeleverde positie op het paneel”, legt Touné het werkingsprincipe van de soldeercel uit. Direct na het plaatsen van de connector trekt een tweede grijper, welke ook op de eerste robot is gemonteerd, een draad uit de draadaanvoerunit. De draad wordt door de robot uitgetrokken op lengte en vervolgens afgeknipt. Voordat de platte draad (5,0 x 0,2 millimeter) wordt geknipt, wordt deze gegrepen door Robot 2. Op basis van de opgenomen positie van het visionsysteem plaatst de robot de draad op het paneel, waarna Robot 3 de draad door middel van een thermode soldeerkop vast soldeert en zo de connector met de zonnecellen verbindt. Bij het thermode solderen wordt een gepulseerde stroom door een U-vormig element gevoerd, welke op het smalste punt het element verhit. Een thermokoppel registreert de temperatuur en corrigeert de stroom, en daarmee de temperatuur, in de soldeerkop. Afhankelijk van het type soldering stuurt het systeem automatisch de verschillende soldeerprofielen aan. Aan de onderzijde van het paneel doen Robot 4 en 5 hetzelfde. Hier wordt geen connector geplaatst en wordt er één robot uitgespaard. Een speciale printkop met UV-bestendige inkt brengt op de platte draad een serienummer aan. Robot 5 neemt de draad en voert met de juiste timing de draad over de printkop. Robot 6 zorgt er in de volgende bewerkingsplaats op de transportband voor dat de verbindingen die niet in de gegeven takttijd van tachtig seconden konden worden gesoldeerd, worden verwerkt. De robot is, in tegenstelling tot de andere robots, op een sokkel geplaatst.

Het uiteindelijke soldeerstation kan elke shift zo’n 360 panelen met een repeteerbaarheid van dertig micrometer solderen. Dat betekent dat er elke tachtig seconden een paneel wordt gemaakt. Hiermee is de snelheid van de lijn ruim voldoende, omdat er momenteel tussen de 200 en 240 panelen voorbijkomen. Daarnaast is de lijn gemakkelijk om te stellen voor een nieuwe module. Momenteel zijn er twaalf varianten die door het soldeerstation gemaakt kunnen worden. Komen hier nieuwe bij, dan kan er voor gekozen worden om de leerfunctie te gebruiken, maar kunnen ook parametrische zaken als draadlengte worden aangepast.

Voordelen voor Scheuten Solar
Het belangrijkste voordeel voor Scheuten Solar is de verlaging van de arbeidskosten voor het produceren van de panelen. Bijkomende voordelen zijn flexibiliteit en een gestandaardiseerde productkwaliteit die onder andere door het gebruik van het geïntegreerde visie systeem van FANUC gerealiseerd worden. De invoering van nieuwe afmetingen, veranderingen in draadlengtes of draad posities zijn nu eenvoudig aan te passen.

Waarom FANUC Robotics
Met het ontwerp éénmaal op papier was het nog niet eenvoudig om een snelle keuze voor de juiste robots te maken. “Natuurlijk moesten de robots klein zijn, zodat ze elkaar in een kleine werkruimte niet in de weg zouden zitten. Daarnaast moesten ze een kleine massa hebben. Vijf van de zes robots hangen namelijk ondersteboven aan één frame. Wanneer ze te zwaar zouden zijn, zou ook het frame veel zwaarder moeten worden uitgevoerd om voldoende stijfheid te behouden. Daarnaast speelden natuurlijk ook de payload, prijs en levertijd een rol. We hebben hiertoe objectief een beslissingsmatrix opgesteld. Uiteindelijk zijn we op FANUC uitgekomen. Bijkomend voordeel voor ons was de integratie van het visionsysteem. Bij andere leveranciers konden we ook wel vision krijgen, maar hier betrof het meestal aparte applicaties”, aldus Tourné.