KUKA KR6 機器手臂微小開關電測、噴印自動化/ Mini-switch electrical testing and printing apls.

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kiwi wu
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KUKA KR6 機器手臂微小開關電測、噴印自動化/ Mini-switch electrical testing and printing apls.

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高雄前鎮加工出口區是台灣最早的加工出口區,位於高雄市中心的西邊,兩面臨高雄港,是一個中島地形,是許多領著微薄薪水的勞工朋友,每天辛勤工作、把半成品加工出口,為台灣賺取大量外匯,養活許許多多台灣人的重要經濟基地。

2018.11月初 我們很榮幸的第一次進到加工出口區,為一家國際知名企業規劃執行微電子開關的電測、噴印自動化作業,據知,這是最近從英國手上爭取到台灣生產的一條新產線。

這個工程是要利用機器手臂,將微小開關(以下或稱為工件)放到電測平台,然後手臂負責撥動開關,經過檢測後,再拿到噴印平台,手臂要負責產線流程管控、周邊設備整合及命令下達、微小開關撥動、 工件取放(Pick and place) 等工作。

全案看似單純,但是,它卻是一個非常精細的工程,因為最小的開關長不到10mm、寬不到4mm、高不到7mm,機器手臂要精準的把每一個開關,放入電測平台的凹槽內幾乎是不可能的,因為放置工件的Tray盤,為讓作業員容易放料,凹槽已經使用工件最大容許尺寸製作(工件公差達正負15條左右,塑膠射出成型品),再加上機器手臂的重複精度正負3條及Tray盤公差,要求機器手臂到Tray盤取料後,要精準放入以工件標準尺寸加15條為大小的電測平台凹槽,要百分百成功,幾乎是不可能的事,而電測平台容許誤差之所以這麼小,主要是要讓機器手臂上的撥針,非常精準的插入微小的指撥開關內,進行開關來回撥動,同時也要在機器手臂作開關撥動時,工件可以被緊緊的扣住,不會發生移位或傾斜,造成開關pin針變形或造成電測失敗。

因此這個工程不能保證每一次夾取都能百分百的成功置放,必須想辦法提高成功率,降低失敗率,更重要的是,工件置放失敗下,機器手臂夾爪上的撥針下壓工件時,須立即感知,不能強壓工件,造成毀損,且必須把放置失敗的工件夾出來放到NG區,繼續維持產線作業而不中斷,噴印區的置放亦是如此。

這是一個需要人工智慧的自動化工程,必須讓機器手臂擁有許多判斷能力,在遇到狀況時,能自行排除困難,持續作業而不間斷。

經過這兩週的測試,Tray盤上95個工件,我們可以達到5顆以內的放置失敗率,且不傷及工件,並持續維持作業,一直到Tray最後一個工件,完成作業為止!

以下是尚處於測試階段的雛形影片,相信未來2周內,當集合架(內放15個Tray盤)及其他配合的機構完成後,機器手臂能自動從集合架把Tray盤取出,並做完上面95個工件後,再取出集合架內的下一層Tray盤,一直重複直到做完1425(95X15)個工件為止,預估時間為12小時以內。

影片

整合設備:集合架、電測量測設備、噴印滑台、噴印機、CCD
機器手臂:KUKA KR 6 R900
控制器: KR C4
機構協力廠商:諾強科技
系統整合:卓智機器人Wise Tech Robot
Level: intelligent control
最後由 kiwi wu 於 2019年 5月 7日, 09:41 編輯,總共編輯了 2 次。
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Re: 微小開關電測、噴印自動化

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2018.12.07 作業6pin開關,包含機器手臂集合架抽屜內自動取料,連續成功作業4小時未中斷,通過測試!
最後由 kiwi wu 於 2018年 12月 28日, 19:43 編輯,總共編輯了 1 次。
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Re: 微小開關電測、噴印自動化

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2018.12.22 更新影片


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2018.12.21作業極微小2pin開關,包含機器手臂集合架抽屜內自動取料,連續成功作業5小時未中斷,通過測試!
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Re: 微小開關電測、噴印自動化

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正在做精準調校的卓智機器人工程師!


經過許多機器手臂的動作優化處理,2019.03.08 現場實測2個Tray盤,總共95X2個自Tray盤放到電測平台的工件,放置失敗NG數量為0,系統已經克服原本因為工件公差、Tray盤凹槽公差、人工排放誤差等等因素,而造成工件無法正確放到電測平台內的凹槽問題,大幅降低NG數量,而且手臂速度更可以放到75%的高速運動,大幅提升產能,系統還加入許多狀況排除AI人工智慧,如電測平台異常狀況排除、噴印平台異常狀況排除,讓產線能持續穩定投產而不中斷,達到24小時無人作業的境界,這樣的系統,雖不敢堪稱世界第一,但已經是一流水準!

綜整本系統的幾個特色如下:
A. 人工智慧自動排除狀況,維持穩定投產
B. 可精準處理極微小開關取放、撥切開關、電測、噴印、品管作業
C. 一隻手臂同時具備3個夾爪、3個撥針及1個工件水平校正平面,集7個功能的工具於手臂一身,不需換刀作業
D. 作業速度快速、精準、穩定
E. 可供3種工件生產,僅需換電測蓋板、選定量測範圍、噴印滑台、設定噴印及CCD 檢測,20分鐘內快速換線,非常彈性
F. 不額外使用外加 PC中控系統,手臂從集合架取TRAY盤、作業工件、完成空Tray盤堆疊均由手臂控制系統完成獨立操控
G. 中控程式採智慧型動態程序控制,而非傳統固定工序、固定流程控制,大幅增加作業時突發狀況時的工序應對應變能力
H. 手臂同時整合Tray盤定位系統、微歐姆量測儀器、噴印滑台、CCD、CCD檢測後機構動作,運作流暢

ps. 2019.03.13 最高紀錄夜間無人連續作業12盤,最後停機原因為CCD檢測噴印字體,連續3顆判定不合格(代表噴印機噴頭需做清潔維護)!

Simulation: WT RobotSim
整合設備:集合架、電測量測設備、噴印滑台、噴印機、CCD
機器手臂:KUKA KR 6 R900
控制器: KR C4
機構協力廠商:諾強科技
系統整合:卓智機器人Wise Tech Robot
Level: intelligent control
最後由 kiwi wu 於 2020年 4月 17日, 16:25 編輯,總共編輯了 1 次。
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Re: KUKA KR6 機器手臂微小開關電測、噴印自動化/ Mini-switch electrical testing and printing apls.

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2020.01有機會再次回訪ITW ,以了解我們嫁出去的女兒的近況,以下是1月份的某幾天,女兒在公婆家努力工作的紀錄!

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這樣的成績,應該可以出國比賽了!
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Re: KUKA KR6 機器手臂微小開關電測、噴印自動化/ Mini-switch electrical testing and printing apls.

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Title:
A full automated mini-switch electrical testing and printing system

Customer: Illinois Tool Works Inc, EBA

Background:

In this workstation the mini switches inside the tray shown as Fig. C-1 need to be picked and rotated up-side-down to put into the test platforms, and then the mini switch is switched ON and then OFF by robot to check its resistance. If the resistance is satisfied the required specification, robot will move the switch from test platform into the sliding platform for printing.

Since the assembling line produced near millions of the switches each year for ITW’s customer, most of them are auto maker, ITW must guarantee quality of each switch. Originally, ITW use manpower to finish this inspection job. In order to avoid the risk due to the human error rising from fatigue, ITW urgently request an automatic system for this workstation.

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Fig. C-1
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Re: KUKA KR6 機器手臂微小開關電測、噴印自動化/ Mini-switch electrical testing and printing apls.

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Technical Challenges:

1. Robot should have needle-like tool to turn on or turn off the switch precisely.
2. Robot should load the tray from drawer as Fig. C-2 and unload it on the working table.
3. The system has to deal with three difference type of mini switch. They are 2-pin、4pin and 6-pin mini switch.
4. There are several factors that may result in the failure for robot to insert the pin of switch into the pin hole of the electric test platform. For example, few of switch size is larger than design tolerance, and the pin angle of the switch is not exactly vertical.
5. If the failure mentioned above happened, robot should stop and retry with different angle. Otherwise, it will break the witch pin.
6. The cycle time for each switch should be less than 40 seconds.
7. The system should be capable to deal many unexpected situations and keep the workstation running. Those unexpected situations are:
 The tray is not full of mini switch.
 The pins of switch are hard to insert into the pin hole of the electric test platform.
 The switch is hard to put into the hole of slider.
 There are switches left on test platform

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Fig. C-2
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Re: KUKA KR6 機器手臂微小開關電測、噴印自動化/ Mini-switch electrical testing and printing apls.

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Procedures:
1. Define the customer’s requirements
2. Design gripper A to grap tray from drawer.
3. Design gripper B to pick mini switch from tray.
4. Design gripper C to pick mimi switch from electric test platform and place into the slider for printing.
5. Design the needle-like pin to switch on and switch off mini switch.
6. All the tool mentioned above should install on the flange of the robot and can be shared for three types of mini switch. It is a multiple function tool and it can save a lot of time for tool change.
7. Use pneumatic cylinder to align and fix the tray on the working table.
8. Use Robot controller to control all the equipment of the workstation, including slider, Micro Ohmmeter, Slider, CCD and several pneumatic cylinder.

Results:
Wise-Tech Robot received purchase order on 07/12/18 and completed the system on 11/19/18. And after about three-month tuning and debugging, ITW accept the system on 03/05/2019. The system has performed successfully and stably. It runs 24 hrs per day until now. The average output is 2600 pieces per day and the average cycle time is 33.2 seconds only, which is less than 40 seconds required by ITW.

The demonstration of the system is shown as follows:
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Re: KUKA KR6 機器手臂微小開關電測、噴印自動化/ Mini-switch electrical testing and printing apls.

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Automated mini-switch inspection system
The system provide a reliable inspection system for auto mini-switch, where zero miss is guaranteed and the false alarm rate is just about 1.3%. The system has been verified and proved by Illinoise Tool Works in Taiwan as an accurate, effecient, stable system.

Equipment:

KUKA KR6 R900, Gripper, Feeding layer, Resistance meter, Slider, Printer, CCD

Features:
1. Available for 2-pin、4-pin、6-pin mini-switch
2. Cycle Time< 35s
3. False Alarm rate: 1.3%
4. Miss rate: 0.0%
5. Pick and place failure: 0.53%
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Re: KUKA KR6 機器手臂微小開關電測、噴印自動化/ Mini-switch electrical testing and printing apls.

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微電子開關自動檢測系統
應用於微電子開關之電阻檢測及噴印作業,系統導入機器手臂力覺感測技術,確保開關檢測時Pin腳不受折損,系統亦設有15層Tray盤集合架,由機器手臂負責自動補料,充分發揮能量,維持產線24小時投產不中斷。

主要設備:
KUKA KR6 R900、集合架、電測量測設備、噴印滑台、噴印機、CCD

規格:
1. 適用於2-pin、4-pin、6-pin微小電子開關
2. 每顆工件作業時間平均35秒以下
3. 檢測誤報率(False Alarm)1.3%
4. 遺漏檢測率(Miss) 0.0%
5. 夾料NG率 0.53%
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