Roboter Wie Cobots zum Schrittmacher der Elektronikindustrie werden

Autor / Redakteur: Andrea Alboni * / Johann Wiesböck

Kollaborierende Roboter erobern die Elektronikfertigung. Sennheiser Manufacturing USA und Melecs EWS Österreich zeigen, wie Elektronik-Unternehmen von kollaborativer Automatisierung profitieren.

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Beim österreichischen Elektronikzulieferer Melecs EWS unterstützt ein Cobot den Verpackungsprozess.
Beim österreichischen Elektronikzulieferer Melecs EWS unterstützt ein Cobot den Verpackungsprozess.
(Bild: Universal Robots)

Ob neueste Handymodelle, selbstfahrende Autos oder autonome Roboter: Produktneuheiten, die gemeinhin als Innovationen betrachtet werden, entstammen meist der Elektronikindustrie. Ohne diese Branche läuft nichts. In Deutschland ist sie der zweitgrößte Industriezweig nach dem Maschinenbau und damit essenzieller Systemlieferant des gesamten verarbeitenden Gewerbes.

Als Hersteller von Halbleitern, Kabeln oder Batterien macht sie sich unentbehrlich. Damit tragen ihre Dienstleistungen und Produkte maßgeblich zur Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie bei. Laut Zahlen des Bundeswirtschaftsministeriums geht ein Drittel aller Innovationen des verarbeitenden Gewerbes auf Lösungen der Elektronikbranche zurück.

Die starke Dynamik schlägt sich in kurzen Produktlebenszyklen und High-Mix-/Low-Volume-Produktionen nieder. Um angesichts dieser Herausforderungen rentabel und in gewünschter Qualität zu fertigen, setzt die Branche schon lange auf Automatisierung.

Doch obwohl sie nach der Automobilindustrie als weltweit zweitgrößter Absatzmarkt für Industrieroboter gilt, werden nach wie vor viele Arbeitsschritte händisch erledigt. Dies hemmt nicht nur die Produktions­leistung, sondern beeinflusst zugleich die Qualität negativ.

Fachkräfte von Routineaufgaben entlasten

Abhilfe schafft eine Lösung aus der Branche selbst: kollaborierende Leichtbauroboter. Der Begriff setzt sich aus „collaborative robots“ zusammen und unterstreicht die Eigenschaft dieser Maschinen, nach erfolgreicher Risikobeurteilung unmittelbar neben dem Menschen arbeiten zu dürfen. Schutzzäune brauchen sie unter diesen Umständen nicht, sodass die Roboter auch in engen Produktionsumgebungen Platz finden.

Ihr Einsatz lohnt vor allem dort, wo Fachkräfte in einfache, aber zeitintensive Aufgaben eingespannt sind – beispielsweise in der Maschinenbeschickung, denn dort spielen Cobots ihre hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit aus. Während sie einen Prozess stundenlang exakt gleich ausführen, können sich Mitarbeiter anspruchsvolleren Aufgaben widmen. Die Roboter sorgen für konstante Prozessqualität und halten die Fertigung bei Bedarf rund um die Uhr am Laufen. Auf diese Weise tragen sie dazu bei, Maschinen auszulasten und die Wertschöpfung zu steigern.

Produktionsfehler rechtzeitig erkennen

Großes Potenzial liegt vor diesem Hintergrund zum Beispiel in der Qualitätsprüfung. Bei hohem Durchsatz und schnell wechselnden Prozessschritten kommen Fachkräfte leicht durcheinander. Das Risiko für Flüchtigkeitsfehler steigt – insbesondere dann, wenn der zuständige Prüfer dieselbe Tätigkeit über Stunden ausführt. Wird ein Pro­duktionsfehler übersehen und resultiert in einem defekten Endprodukt, muss unter Umständen die gesamte Charge reklamiert werden. Das ist nicht nur teuer, sondern auch rufschädigend.

Cobots unterstützen bei solchen Prozessschritten zum Beispiel, indem sie Messgeräte automatisiert bestücken. Diese Tätigkeit ist besonders repetitiv und bindet oft die Arbeitszeit qualifizierter Fachkräfte. Mit entsprechender Sensorik können Cobots zudem helfen, relevante Prozessdaten zu erfassen und nutzbar zu machen. Kombiniert mit einem Bildverarbeitungssystem etwa kann ein Roboter die Seriennummer einer Platine scannen, bevor er sie in das betreffende Testgerät einlegt. Messwerte und Seriennummer werden gespeichert, was es vereinfacht, Ausschussteile rechtzeitig zu erkennen.

33 Prozent mehr Durchsatz: Sennheiser automatisiert Prüfprozess

Der Cobot im Sennheiser-Werk handhabt problemlos 115 verschiedene Typen von Leiterplatten.
Der Cobot im Sennheiser-Werk handhabt problemlos 115 verschiedene Typen von Leiterplatten.
(Bild: Universal Robots)

So geschehen bei Sennheiser Manufactur­ing USA: Das Unternehmen ist vor allem durch seine Kopfhörer und Lautsprecher bekannt. Bei der Herstellung der Geräte werden Tausende von verschiedenen Leiterplatten verbaut. Im Sennheiser-Werk im US-Bundesstaat New Mexico laufen wöchentlich rund 30.000 davon vom Band. Das Unternehmen setzt auf hochautomatisierte Prozesse, um Millionen von Komponenten in 115 unterschiedliche Platinentypen zu verbauen. Die Qualitätsprüfung der Bauteile lief hingegen lange Zeit manuell. Dafür legte ein Werker eine Leiterplatte in ein Testgerät ein und entnahm sie nach dem Durchlauf wieder – acht Stunden pro Tag. Mit der Zeit entpuppte sich die Qualitätsprüfung als Nadelöhr der Produktion.

Mithilfe eines UR5-Roboterarms hat Sennheiser den Prozess daher automatisiert: Ausgestattet mit einem Robotiq-Greifer bestückt der Roboter heute das Testgerät mit Platinen – die unterschiedlichen Ausführungen handhabt er dabei problemlos. Vor dem Einlegen hält er die Leiterplatte vor einen Scanner, der die Seriennummer erfasst. Nach der Messung sortiert er sie entweder aus oder gibt sie in die Weiterverarbeitung. Der Cobot hat den Prozess so stark beschleunigt, dass die Zahl der getesteten Leiterplatten innerhalb eines Jahres um ein Drittel gestiegen ist. Zugleich erhöhte sich die Produktqualität aufgrund seiner präzisen Handhabung.

Melecs EWS: Cobot verpackt zwei Millionen Platinen jährlich

Mithilfe einer Greiferspezialkonstruktion verpackt der Cobot zwei Millionen Leiterplatten im Jahr.
Mithilfe einer Greiferspezialkonstruktion verpackt der Cobot zwei Millionen Leiterplatten im Jahr.
(Bild: Universal Robots)

Neben der Qualitätsprüfung können auch manuelle Verpackungsprozesse die Produktionsleistung ausbremsen. Das bemerkte auch der österreichische Elektronikzulieferer Melecs EWS. Für namhafte Automobilhersteller produziert er unter anderem Bauteile für Wasserpumpen. Die kleinen runden Leiterplatten verpackten Mitarbeiter früher im Drei-Schicht-Betrieb von Hand – ein Widerspruch zum vorherrschenden Leitgedanken, die Fertigungsprozesse so effizient und kostengünstig wie möglich abzuwickeln. Nur durch die konsequente Optimierung ihrer Prozesse können Zulieferer wie Melecs ihre Rolle am hart umkämpften Markt behaupten.

Vor diesem Hintergrund entschied sich der Elektronikspezialist, den Verpackungsprozess mit einem UR5 von Universal Robots zu automatisieren. Dabei muss der Cobot Taktzeiten von fünf bis sechs Sekunden pro Baugruppe umsetzen. Um dies zu gewährleisten, ist er mit einer speziellen Greifkonstruktion ausgestattet, die neben drei Laser-Scannern einen Vakuumgreifer sowie drei Strömungsgreifer umfasst.

Nach erfolgreicher Risikobeurteilung dürfen Cobots direkt neben dem Menschen arbeiten – ohne Schutzzaun. So passen sie auch in enge Produktionsumgebungen.
Nach erfolgreicher Risikobeurteilung dürfen Cobots direkt neben dem Menschen arbeiten – ohne Schutzzaun. So passen sie auch in enge Produktionsumgebungen.
(Bild: Universal Robots)

Im Arbeitsprozess legt eine Mitarbeiterin dem Cobot nun zunächst fertige Leiterplatten bereit. Der Roboter erfasst diese mit seinen Laser-Scannern, nimmt anschließend drei von ihnen mittels der Strömungsgreifer auf und legt sie in einem Tray ab. Dieses fasst 54 Platinen. Sobald es voll beladen ist, packt der Cobot es mithilfe seines Vakuumgreifers in eine Kiste und verschließt sie. Auf diese Weise verpackt er rund zwei Millionen Platinen pro Jahr – und das fehlerfrei.

Dank des effizienteren Prozesses konnte Melecs EWS seine Produktivität im Verpackungsprozess um 25 Prozent steigern. Dies hilft dem Zulieferer, seinen Kunden Elektronikzubehör von Null-Fehler-Qualität zu bieten und zugleich eine hundertprozentige Liefertreue zu erreichen.

Mit Cobots flexibel automatisieren

Mithilfe unterschiedlicher Peripheriegeräte übernehmen Cobots zahlreiche Aufgaben entlang der gesamten Wertschöpfungskette – vom Verkleben kleinteiliger Komponenten über die Montage von Baugruppen bis hin zur Verpackung.
Mithilfe unterschiedlicher Peripheriegeräte übernehmen Cobots zahlreiche Aufgaben entlang der gesamten Wertschöpfungskette – vom Verkleben kleinteiliger Komponenten über die Montage von Baugruppen bis hin zur Verpackung.
(Bild: Universal Robots)

Neben Zwei-Finger-Greifern, wie Sennheiser sie nutzt, oder Vakuumgreifern, wie bei Melecs im Einsatz, gibt es noch zahlreiche weitere Greifer und Endeffektoren für kollaborierende Roboter. Die Kombinationsmöglichkeiten eröffnen Anwendern Einsatzszenarien entlang der gesamten Wertschöpfungskette: sei es in der Bestückung von Leiterplatten, der Montage von Baugruppen oder dem Auftragen von Schutzlack. Die Peripheriegeräte lassen sich meist in wenigen Handgriffen wechseln. Entsprechende Applikationen sind zudem einfach zu programmieren und lassen sich in kurzer Zeit für neue Aufgaben umrüsten. Das spielt der schnelllebigen Elektronikindustrie in die Hände.

Automatisierung für mittel­ständische Unternehmen

Bei Sennheiser Manufacturing USA unterstützt ein Cobot bei der Qualitätsprüfung: Ausgestattet mit einem Robotiq-Greifer belädt er ein Testgerät mit Leiterplatten.
Bei Sennheiser Manufacturing USA unterstützt ein Cobot bei der Qualitätsprüfung: Ausgestattet mit einem Robotiq-Greifer belädt er ein Testgerät mit Leiterplatten.
(Bild: Universal Robots)

Da Cobots Fertigungsprozesse ab Tag eins produktiver gestalten, amortisiert sich ihre Anschaffung oft binnen sechs bis neun Monaten. Dies macht die Technologie auch für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) erschwinglich. Vor allem für deutsche Elektronikfertiger erscheint dies relevant, ist die Branche hierzulande doch stark mittelständisch geprägt: 90 Prozent der knapp 3.600 hiesigen Elektronikunternehmen beschäftigen weniger als 500 Mitarbeiter. Im Gegensatz zu traditionellen Industrierobotern bieten Cobots Unternehmen jeder Größe die Möglichkeit, die eigene Wettbewerbsfähigkeit zu sichern – und dazu beizutragen, die Innovationsführerschaft der deutschen Elektronikbranche zu erhalten.

* Andrea Alboni ist General Manager Western Europe bei Universal Robots.

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