Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție [607457]

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

1
Cuprins

1. Introducere ……………… ………………………………………………………………………………………………………… 1
1.1. Noțiuni introductive …………………………………………………………………………………………….. ……………. 1
2. Aria de producție SMT ………………………………………………………………………………………………………… 3
2.1 Producția circuitelor imprimate …………………………………………………………………………………………….. 3
2.2. Procesele tehnologice din aria SMT ……………………………………………………………………………………… 4
2.2.1. Procesul de marcare cu laser …………………………………………………………………………………………….. 4
2.2.2. Procesul de printare cu pastă termoconductoare ……………………………………………….. ………………… 5
2.2.3. Procesul de inspecție a pastei ……………………………………………………………………………………………. 7
2.2.4. Procesul de plasare al componentelor pe plăci ………………………… ………………………………………….. 8
2.2.5. Procesul de încălzire și solidificare a pastei conductoare ………………………………………………………. 10
2.2.6. Procesul de inspecție optică automată a componentelor de pe p lăci ……………………………………….. 11
2.3. Materiale necesare producției de circuite imprimate ……………………………………………………………….. 13
2.4. Procesul de inspecție ……………………………….. ………………………………………………………………………… 15
2.4.1. Standarde de calitate în domeniul producției electronice ………………………………………………………. 15
2.4.2. Inpsecția vizuală ……….. ……………………………………………………………………………………………………. 20
2.4.3. Inspecția automată ………………………………………………………………………………………………… ……….. 21
2.5. Procesul de transport în cadrul unei linii SMT ……………………………………………………………………….. 27
3. Sistem de transport de tip conveyor ……………………………………………………………………………………… 31
3.1. Design machetă …………………………………………………………………………………………………………….. ….. 31
3.2. Design hardware …………………………………………………………………………………………………………….. … 33
3.2.1. Placa de comandă a sistemului ………………………………………………………. …………………………………. 34
3.2.2. Alegerea părților componente …………………………………………………………………………………………… 36
3.3. Proiectare și implementare software …………………….. ……………………………………………………………… 45
3.4. Funcționalitatea și testarea machetei …………………………………………………………………………………….. 48
4. Concluzii …………………………………………………………………………………………………………….. …………….. 53
Bibliografie ……………………………………………………………………………………. ……………………………………… 54
Anexa 1 …………………………………………………………………………………………………………….. …………………… 55

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

2
Capitolul 1
Introducere

1.1 Noțiuni introductive

Tema acestui proiect este automatizarea procesului de transport și manipulare a unei placi
electronice în diferite stadii ale procesului de producție în care manipularea să intervină cât mai puțin.
Astfel, se descrie un sistem automat de transport al plăcilor între doua procese de producție care să
comunice cu echipamentele de producție de pe liniile SMT ( Sourface Mount Technology). Deși, în astfel
de industrie, mai ales în ceea ce privește producția de plăci electronice din domeniul medical sau
automotive se impune o cât mai puțină manipulare a ansamblelor și subansamblelor electronice. Pentru
acest motiv dar și pentru creșterea productivității, între echipamentele principale ale procesului tehnologic
de produ cție se utilizeaza elemente de transfer de tip conveyor.[21]
Lucrarea de față este structurată în două părți importante. Astfel, dupa introducerea aferentă
lucrării, urmează un capitol în care se descrie procesul de producție SMT cu principalele echipament e de
producție. Se detaliază sistemele automate de producție și se acordă o importanță deosebită sistemelor de
inspecție ale diferitelor stadii din procesul tehnologic. Tot în acest capitol sunt descrise standardele de
calitate utilizate în producția de p lăci electronice, prezentând și exemple concrete despre acceptabilitatea
lipiturilor, amplasării componentelor, etc. În ultimul capitol este descris modul de construcție al
ansamblului de tip conveyor, enunțându -se materialele folosite, detaliile construct ive ale părții hardware,
detalii de programare, software și funcționalitate. Sistemul de transport realizat și prezentat în lucrarea de
față reprezintă o machetă a unui sistem industrial folosit în marea majoritate a companiilor ce au ca
domeniu de activit ate producția de plăci electronice. Pentru realizarea machetei a fost folosit ca și sursă
de inspirație un sistem de transport de tip conveyor produs de compania coreeană YJ Link.[21]
Noțiunea de automatizare în cadrul domeniului industrial actual reprezi ntă un concept fundamental
al oricărui proces de producție. Automatizarea proceselor industriale aduce cu sine creșterea
productivității și mai ales a siguranței în operare. De asemenea, creșterea autonomiei proceselor aduce o
ușurare a lucrului depus de m uncitorii implicați în producție. În contextul actual al dezvoltării industriale,
inginerii din domeniul tehnologic conlucrează cu inginerii automatiști pentru a găsi soluții de aplicare a
noilor tehnici din automatică pentru a îmbunătății procesele de pro ducție și a spori gradul de siguranță în
operare al echipamentelor.[3]
Un sistem transportor este o piesă obișnuită de echipament de manipulare mecanică care mută
materiale finte sau semifinite dintr -o locație în alta. Transportoarele sunt deosebit de ut ile în aplicațiile
care implică transportul materialelor grele sau voluminoase dar și în cazul materialelor ce necesită cât mai
puțină manipulare cum este cazul plăcilor electronice datorită normelor ESD Sistemele transportoare
permit transport rapid și ef icient pentru o mare varietate de materiale, ceea ce le face foarte populare în
procesele de producție. Acestea au, de asemenea, aplicații populare pentru consumatori, deoarece acestea
se găsesc adesea în supermarketuri și aeroporturi, constituindetapa fin ală a livrării de articole / pungi către
clienți. Multe tipuri de sisteme de transport sunt disponibile și sunt utilizate în funcție de diferitele nevoi
ale diferitelor industrii. Există și transportoare cu lanț (podea și deasupra capului). Aceste sisteme de
transport sunt denumite generic conveyoare în domeniul producției de ansamble și subanasamble
electronice. Acest termen de ‚, conveyor’’ va fi folosit și în prezenta lucrare. Conveyoarele sunt utilizate
pe scară largă într -o serie de industrii datorită numeroaselor avantaje pe care le oferă.[22]

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

3
Conveyoarele sunt capabile să transporte în siguranță materialele de la un nivel la altul, care, atunci
când aceste transportari sunt realizate de munca umană, ar fi un proces greu și costisitor. Acestea pot fi
instalate aproape oriunde și sunt mult mai sigure decât utilizarea unui stivuitor sau a altei mașini pentru
mutarea materialelor. Ele pot muta sarcini de toate formele, dimensiunile și greutățile. De asemenea, multe
dintre ele au caracteristici avansate d e siguranță care ajută la prevenirea accidentelor.[3]
Există o varietate de opțiuni disponibile pentru rularea sistemelor de transport, inclusiv a
sistemelor hidraulice, mecanice și complet automatizate, care sunt echipate pentru a se potrivi nevoilor
individuale.[4]
Sistemele de transport de tip conveyor sunt utilizate în mod obișnuit în multe industrii, inclusiv
industria minieră, industria auto, agricolă, informatică, electronică, industria alimentară, industria
aerospațială, farmaceutică, chimică, îmb utelierea și conservarea, finisarea tipăririi și ambalarea. Deși o
mare varietate de materiale pot fi transportate, unele dintre cele mai des întâlnite sisteme de transport sunt
folosite în industria electronică pentru transportul PCB -urilor ( Printed Cir cuit Board) între diferite procese
ale producției.
Mulți factori sunt importanți în alegerea exactă a unui sistem transportor. Este important să știți
cum va fi folosit în prealabil sistemul de transport. [3] În figura 1.1 este rreprezentat un conveyor î n timpul
producției.

Fig. 1.1: Imaginea unui sistem de transport PCB între doua procese de producție.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

4

Capitolul 2
Aria de producție SMT

2.1. Productia circuitelor imprimate

PCB -urile (Printed Circuit Board) au un rol mecanic în susținerea componentelor electronice
montate pe acestea dar și funcțional prin conectarea electrică într -un circuit a componentelor pentru a
realiza un produs final cu o anumita utilitate.
În cadrul ariei de producție SMT (Surface Mounted Technology) crit eriile de calitate sunt foarte
diferite în funcție de destinația finală a plăcilor electronice produse. Astfel, datorită riscurilor majore care
pot apărea în cazul unui defect de fabricație, plăcile electronice folosite în industria constructoare de
mașini sunt supuse celor mai critice și severe criterii de calitate. De asemenea, plăcile utilizate în cadrul
construcției aparatelor medicale reprezintă o altă categorie ce impune criterii severe de calitate. De obicei,
aparatele sau ansamblurile ce au în compo nență o placă electronica și care pot pune în pericol integritatea
utilizatorilor prezintă cele mai stricte și complexe criterii de calitate. Astfel, o componentă dezlipită de
pe o placă ce comandă, spre exemplu, direcția asistată la un automobile poate a vea consecințe foarte grave,
motiv pentru care plăcile montate pe autovehicule trec prin diferite inspecții atât effectuate de echipamente
specializate dar și inspecții vizuale realizate de personal calificat și bun cunoscător al standardeleor de
calitate. [1]
Toate produsele din aria SMT sunt fabricate pe linii de producție foarte similare din punct de
vedere al echipamentelor dar și al proceselor tehnlogice efectuate de către echipamentele de pe linie.
Liniile de fabricație din această arie de producție (SMT) au o o structură liniară în ceea ce privește
fabricarea PCB -urilor în care se respectă o anumită ordine a proceselor necesare fabricației acestor PCB –
uri. Aceste procese sunt urmatoarele:
– Imprimarea cu ajutorul unui laser a plăcilor cu un cod unic;
– Printarea plăcilor cu pastă conductoare cu ajutorul unei matrițe;
– Inspectarea pastei conductoare aplicată pe plăci;
– Plasarea componentelor pe plăci;
– Încalzirea și solidficarea pastei cu ajutorul unui cuptor;
– Inspecția optic ă a componentelor.[2]
Toate acesteau au un rol diferit și distinct în cadrul producției unui PCB și împreună, aceste
procese, facilitează producerea rapidă a unui lot mare de produse cu caracteristici specifice, făra ca
produsele din același lot să aibă v ariații ce pot duce la nefuncționalitatea PCB -urilor sau funcționarea
incorectă a acestora.
Odată cu producerea unui lot mare de produse într -un interval de timp redus este foarte important
să se asigure că toate aceste operații tehnologice se desfășoară în parametrii optimi. Pentru o bună
înțelegere și gestionare a producției din punct de vedere calitativ este de asemenea necesară și o bună
cunoaștere a detaliilor și particularitățiilor acestor operații.
Așadar, cunoașterea în detaliu a operațiilor tehnl ogice din aria de producție ne oferă posibilitatea
identificării potențialelor oprimizări ce se pot face și astfel creșterea eficienței unei linii de producție în
raport cu timpul și volumul necesar unui anumit lot.[4]

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

5

2.2. Procesele tehnologice di n aria SMT

Procesul de fabrica ție al PCB -urilor este unul liniar în care pl ăcile trec pe rand într-o anumit ă
ordine pe la sta țiile de lucru pentru procese diferite, toate cu un rol foarte important în realizarea dar și
funcționarea corect ă a acestor pl ăci. De regul ă liniile de produc ție sunt relativ similare, de și acestea produc
o gam ă variata de produse cu anumite particularit ăți ce le diferen țiază ca și scop și utilitate.[5]
O linie de produc ție SMT este format ă din 6 sta ții principale , așa cum se observă în figura 2.1 ,
Toate stațiile principale sunt conectate între ele printr – un sistem de conve yoare cu benzi laterale de
susținere a pl șcilor.

Fig. 2.1: Ordinea etapelor de producție a unui PCB.

2.2.1. Procesul de marcare cu laser

Acesta este primul proces tehnologic prin care un PCB intră în mașina de lucru cu scopul
imprimării acestuia cu un cod unic de bare sau un QR Code (Quick Response Code). Fiecărui PCB îi este
imprimat un cod unic ce c onține detalii relevante a acestuia precum: data și ora fabricației, denumirea lui,
scopul lui, numărul lotului acestuia, etc.
Marcarea fiecărui PCB cu un cod unic este absolut necesară pentru a putea avea o trasabilitate și a putea
oricând identifica aceste detalii relevante al unui PCB.
Echipamentele utilizate pentru acest proces sunt diferit constructive de la producător la producător,
dar principiul este același. Țn figura de mai jos este o mașină de gravat produsă de firma ASSYS.

Fig. 2.2: “Insignum 4000 Laser”

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

6
Această mașină folosește un laser care arde un strat superficial de pe placă într -o atmosferă de
CO2. În urma arderii acestui strat superficial de pe placă, fiecare PCB are propriul său cod unic ce poate
fi scanat și poate o ferii rapid informațiile aferente producerii acestuia.[7]

Fig. 2.3: Imprimarea cu laser a unui QR Code pe o placa

După ce fiecare PCB este marcat cu un cod unic ( figura 2.3), plăcile merg mai departe la
urmatoarea stație de lucru.

2.2.2. Procesul de printare cu pastă conductoare

Următorul proces tehnologic de prelucrare este cel de printare al plăcii cu pastă conductoare făra
plumb. Rolul acestui proces este de a adăuga pastă pe placă, în locurile unde vor urma să fie montate
componentele electronice. Pasta se pune de regulă în locul unde vor fi localizați pinii unei componente.
Pasta folosită este compusp dintr -un aliaj cu sau fără plumb și are o conductivitate electrică foarte
buna ceea ce permite realizarea conexiunilor circuitului imprimat și transmiterea sarcinilor electrice prin
circuit.
Mașina cea mai des folosită în prezent pentru acest proces este “Horizon iX Screen Printer” produs
de către DEK 9 figura 2.4).

Fig. 2.4: “Horizon iX Screen Printer”

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

7

Felul în care se realizează procesul este următorul:
– Placa intră în mașină pe un conveyor cu benzi laterale de transport;
– Aceasta este ridicată vertical cu ajutorul unui sitem pneumatic până când intră în contact cu matrița
montată în mașină;
– Matrița compusă din oțel inoxidabil foarte subțire este practic suprapusă peste placa;
Această matriță este special construită pentru un anumit tip de produs ce se dorește a fi fabricat
iar pe aceasta sunt prevăzute aperturi de dimensiunile pad -urilor componentelor electronice ce
urmeaza sa fie montate. O matriță de printare este reprezentată în figura 2.5.

Fig. 2.5: Aperturile prevăzute pe matrița de printare

Mașina dispune în mod transversal un volum prestabilit de pastă de -a lungul marginii matriței.
Odată ce pasta a fost aplicată pe marginea matriței maăina folosește o racletă pentru a
întinde pasta peste placă și astfel se realizează umplerea aperturilor matri ței cu pasta (figura 2.6). Racleta
face două mișcări de translație pentru realizarea astupării aperturilor din matrița de două ori, odată de la
stânga la dreapta și odată de la dreapta la stânga. Odată aplicată și întinsă pasta peste matriță aceasta este
ridicată de pe placă iar placa ramâne cu pasta conductoare aplicată doar în locurile unde pe matriță au
existat aperturi. [6]

Fig. 2.6: Schema explicativă a procesului de aplicare a pastei cu ajutorul unei matrițe

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

8

2.2.3. Procesul de inspecție a pastei

Următorul proces este cel de inspecție al pastei aplicate pe plăci. Scopul acestui proces este de a
inspecta volumul, aria și perimetrul pastei pe fiecare poziție unde aceasta a fost aplicată.

Fig. 2.7: “Aspire 3D Inline Solder Paste Inspection System”

În urma procesului de aplicare a pastei aceasta trebuie verificată iar mașina de inspecție al pastei
folosește o cameră de scanare de 360 de grade pentru a putea vizualiza fiecare pad în detaliu pentru a
putea observa dacă există locuri în care s -a aplicat insuficientă pastă sau prea multă pastă sau dacă
aplicarea acesteia pe placă s -a făcut cu un offset. Scopul acestui proces este de a preveni potențiale
nefuncționalități în circuitul plăcii.[11]
În figura 2.7 este reprezentată una dintre cele mai uzuale exipamente folosite în acest scop. Aceasă
mașină este de origine Coreea de Sud. Această mașină, în urma inspecției crează imagini 3D ale
suprafețelor inspectate ( figura 2 .8).

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

9

Fig. 2.8: Interpretarea rezultatelor scanării pastei aplicate pe plăci

2.2.4. Procesul de plasare al componentelor pe plăci

Acest proces este de altfel și unul dintre cele mai importante procese și necesită o atenție deosebită
asupra sa. În cadrul acestui proces plăcile trec printr -un modul de mașini care pun componentele pe plăci
în locul lor corespunzător. Este foarte important în cadrul acestui proces ca toate componentele să fie
plasate pe plăci în mod corect, pe poziții predefinite, făr a deviații, la înălțimi corespunzătoare și în poziții
corespunzătoare.
Una dintre tipurile de mașini folosite în cadrul acestui proces este “Siplace TXi” produs de către
ASM ( figura 2.9). [8]

Fig. 2.9: Mașina de plantare componente “SiplaceTXi”

Această mașină are un un suport în care sunt așezate rolele pe care sunt dispuse componentele
electronice ce urmează a fi montate. Componentele electronice de pe role sunt preluate cu ajutorul unui
sistem electro -mecanic numit “feeder” care alimentează practi c mașina cu componente electronice.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

10

Fig. 2.10: Diferite tipuri de “feedere” pentru componente de dimensiuni diferite

De regulă o mașină este prevăzută cu un suport pe care sunt montate câteva zeci de astfel de
feedere, de regulă între 15-30 mm lățime în funcție de mărimea componentelor ce urmează a fi montate.
Aceste suporturi au o construcție modulară ce permite schimbarea și înlocuirea feederelor în funcție de
tipul componentelor ce se doresc a fi montate, tocmai de aceea acestea au un grad de flexibilitate ridicat
datorat versatilității ridicate și timpului relativ scurt necesar schimbării sau rearanjarii acestora.
Felul in care acestea functioneaza este descries în rândurile următoare. Capătul rolei pe care sunt dispuse
componentele electronice este introdus în feeder. Feeder -ul comunică cu mașina și un funcție de numărul
necesar de componente ce trebuiesc montate acesta trage rola pe care sunt dispuse componentele
pentru ca acestea să poată fi preluate de către mașina. S istemul prin care feeder -ul trage de rolă este un
sistem mecanic format dintr -un angrenaj de roți dințate.
În figura 2.10 sunt reprezentate diferite tipuri de feedere folosite de mașina SiPlace iar în figura
2.11 se observă feederele încărcate cu role de componente.

Fig. 2.11: Feedere alaturate preluând componentele de pe role

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

11

Odată preluată o componentă, aceasta este dispusă în capătul de alimentare al feeder – ului aflat în
interiorul mașinii de unde efectorul final al brațului robotic din mașină pr eia componenta cu ajutorul unei
ventuze. Acest efector final ( figura 2.12) este prevăzut cu un cap rotativ cu ventuze de mărimi diferite iar
brațul robotic pe care acesta este montat este unul cu o structură specifică operațiilor de “pick and place”
efect uând 3 translații pe axele X,Y și Z, și o rotație suplimentară a efectorului final pe axa X. Astfel, o
componentă este preluată cu ajutorul ventuzei, scanată cu ajutorul unei camere și așezată pe poziția
indicată în urma rezultalui scanării aces teia.[8]

Fig. 2.12: Efectorul final al brațului robotic al mașinii

Acest proces este și cel la care se impune o bună gestionare a aprovizionării cu role de componente
electronice. De regulă, în apropierea stației de lucru există rafturi pe care sunt dispuse role necesare
producției produsului curent în caz că mașina rămâne făra role. Totuși, cu toate acestea există cazuri în
care producția se poate oprii temporar pentru câteva minute deoarece în stocul disponibil de materiale de
pe linie nu mai sunt r ole necesare produsului în curs de fabricație. În cazul în care raftul din apropierea
mașinii ramâne fără o anumită rolă necesară, operatorul desemnat gestionării și aprovizionării liniilor cu
materiale trebuie să meargă la magazie și să aducă necesarul de materiale. Acest lucru de regulă poate
dura câteva minute și astfel poate duce la întarzieri iî producerea unui anumit lot. Pentru a se evita acest
lucru se planifică în avans necesarul de materiale al fiecărui produs ce urmează a fi fabricat pe linie iar
rafturile de pe linie sunt aprovizionate cu materiale suplimentare în caz că un anumit tip de componenta
se epuizează, din diferite motive.[1]

2.2.5. Procesul de încalzire și solidificare a pastei conductoare

Odată ce pe plăci a fost imprimata pasta c onductoare, iar componetele electronice din circuit au
fost montate pe pozițiile corespunzătoare, următorul proces este cel prin care plăcile trec printr -un cuptor
unde acestea sunt încălzite la o anumită temperatură și mai apoi răcite după un anumit profi l de
temperatură specific produsului în curs de fabricație. Scopul procesului este cel de încălzire și solidificare
al pastei conductoare.[7] Diferența vizuală a pastei de cositor înainte și după procesul de solidificare se
observă în figurile 2.13 și figu rile 2.14.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

12

Fig. 2.13: Pasta conductoare nesolidificată Fig. 2.14: Pasta conductoctoare solidificată

În urma solidificării pastei, aceasta capătă anumite proprietăți mecanice cum ar fi duritate dar și
proprietățile conductive neceasare. De asemenea, procesul termic de solidificare al pastei prin
încălzire se produce într -o atmosferă de azot. Rolul azotului în acest proces este de a oferii pastei
conductoare un anumit grad de duritate dar și un aspect luc ios al acesteia.
Una dintre mașinile folosite în cadrul acestui proces poate fi “VisionXS” produs de către Rehm
Thermal Systems Gmbh (figura 2.15). [9]

Fig. 2.15: “VisionXS”

În urma ace stui proces pasta conductoare se solidifică iar componentele electronice rămân fixate
pe plăci. De asemenea, în funcție de profilul de temperaturî la care acestea sunt încălzite și mai apoi răcite,
pastei conductoare i se ofertă diferite proprietăți mecani ce dar și electrice. Aliajul din care este cumpusă
pasta conductoare poate avea proprietăți conductive cu anumite particularități în funcție de acest profil de
temperatură, tocmai de aceea aceste profiluri de temperatură sunt special create și testate pentru fiecare
produs în parte, în funcție de necesitatea lor.[9]

2.2.6. Procesul de inspecție optică automată al componentelor de pe plăci

Acesta este de altfel și ultimul proces de pe linia de fabricație a circuitelor imprimate (sau PCB –
uri). În cadrul acestui proces se realizează o operație de inspecție optică prin scanare cu ajutorul unei
camere de luat vederi foarte precisă. Pe baza unui program fiecare componentă este scanată și analizată în
parte.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

13
Una dintre mașinile folosite în cadrul acestui proces poate fi “Zenithe Lite AOI System” produs
de către Koh Young , reprezentată în figura 2.16 .[12]

Fig. 2.16: “Zenith Lite – Koh Young”

Camera video foarte performantă cu care este dotată mașina scanează și ofe ră imagini în detaliu
din diferite unghiuri ale componentelor cu rolul de a identifica eventuale probleme cum ar fi: poziționarea
greșită a componentelor, distrugerea acestora datorită temperaturilor ridicate aferente procesulu i de
încălzire a plăcilor sau migrarea pastei conductoare în alte zone de pe placă decât cele prestabilite, fapt
care de altfel poate duce la nefuncționalitatea circuitului, la scurt -circuite sau la o funcționare incorectă a
circuitului.[11]
O imagine det alinată a unei componente inspectate se observă în figura 2.17.

Fig. 2.17: Imagine detaliată a unei componente de pe placă

Mașina oferă posibilitatea identificării potențialelor probleme în mod automat și semnalarea l or
către un operator de clasificare a acestor probleme. Operatorul de la statia de clasificare analizeaza
imaginile si ia deciziile aferente fiecarei probleme ce poate aprea, cum ar fi: clasificarea erorii ca si eroare
falsa, clasificarea erorii ca si prob lema reala cum un impact negativ asupra functionalitati circuitului,
analizarea suplimentara la microscop a placii in

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

14
cazul in care imaginile nu sunt concludente pentru luarea unei decizii sau clasificarea placii ca find rebut.
Odata ce placile au trecut prin acest ultim proces de inspectie optica automata acestea sunt sunt
grupate si transferate catre urmatoarele statii de testare si verificare, si mai apoi asamblarea lor in
produse finite.[13]

2.3. Materiale necesare producției de circuite imp rimate

Materiile prime utilizate în producția circuitelor imprimate sunt PCB -uri (Printed Circuit Board)
prefabricate, făra componente dar ce prezintă conexiuni între părțile pe care urmează să fie montate
componente electronice, iar un alt material folo sit în cadrul procesului de fabricare al acestora sunt
componentele electronice efective ce vor fi montate pe plăci, cum ar fi rezistențe, capacitoare, diode,
tranzistoare, etc.[14]
Circuitele imprimate sunt de regulă produse în cadrul unui panel. Un pane l este o grupare de minim
doua PCB -uri. Gruparea PCB -urilor în paneluri are ca scop producerea aunei grupe de PCB -uri în același
timp, pentru a crește astfel eficiența liniei. Aceste paneluri sunt ulterior supuse unui proces de separare a
acestora, proces numit “depanelare”. Procesul presupune tăierea acestora de pe suportul pe care acestea
sunt fixate după ce toate componentele au fost montate pe ele iar circuitul este funcțional. Figura 2.18
reprezintă un panel format din 4 PCB -uri, panel nepopulat încă. [13]

Fig. 2.18: Panel format din 4 PCB -uri prefabricate

Aceste paneluri formate din mai multe PCB -uri sunt practic materialele pe baza cărora se dezvoltă
și se fabrică un circuit imprimat pe o linie de producție SMT.
De asemenea , un alt material necesar procesului de printare cu pastă sunt tuburile în care este ținută
această pasta ( figura 2.19) Mașina care efectuează acest proces presupune folosirea unor tuburi de
aproximativ 25 cm lungime și 5 cm diametru, în care se află acea stă pastă conductoare, iar aceasta necesită
schimbarea acestui tub de pastă în cazul în care acesta se golește.[10]

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

15

Fig. 2.19: Tub cu pasta conductoare

Un alt material necesar producerii circuitelor imprimate sunt componentele electronice ce
trebuiesc montate pe plăci. Aceste componente electronice variază ca și mărime dar de regulă majoritatea
lor sunt dispuse pe o bandă rulată pe un supor t sub forma unei role ( figura 2.20) . Mai sunt și excepții ăn
care datorită mărimii mari a acestora, componentele vin așezate într -un suport similar cu o tavă cu
dimensiunile de aproximativ 20 cm lungime, 10 cm lățime. De regulă aceste componente dispuse p e o
tavă sunt conectori sau bobine cu dimensiuni mai mari față de componentele obisnuite, precum rezistențe,
condensatoare, circuite integrate, LED -uri sau microprocesoare, acestea din urma fiind de regula dispuse
pe role. Totuși, există și excepții în ca zul componentelor relativ mari, precum un conector mini USB sau
un alt tip de conector similar, sunt dispuse pe o astfel de rola.[3]

Fig. 2.20: Rolă cu conectori de tip mini USB

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

16
Astfel, aceste 3 tipuri de materiale necesare producției unui circuit i mprimat sunt și cele cu care
sunt aprovizionate liniile de productie:
– PCB -urile sau panelurile prefabricate, goale,nepopulate
– Tuburile cu pastă conductoare;
– Componentele electronice care compun circuitul electric. Aprovizionarea cu aceste materiale este
gestionată de către doi operatori:
– unul care aprovizionează linia cu tuburi de pastă și plăci prefabricate goale;
– unul care aprovizionează linia cu role cu componente electronice.
Necesarul de materiele pentru fiecare produs ce urme ază a se fabrica pe o anumită linie este
planificat din timp, în așa fel încat atunci când se dorește schimbarea unui produs ce rulează pe linia de
produțtie acest lucru să se poată face în mod rapid și eficient, materialele deja fiind în apropierea
mași niilor care le vor folosi ca materie primă pentru procesele aferente producției de pe linie. De
regulă, liniile de producție nu ramân niciodată făra tuburi de pastă conductoare și de asemenea nici făra
plăci prefabricate goale, acestea din urmă a vând un numar prestabilit de bucăți cu care este alimentată
linia, cu scopul de a fi produse în funcție de un plan de producție ce cuprinde numărul de bucăți ce
trebuiesc fabricate dintr -un produs anume. [14]

2.4. Procesul de inspecție

Pentru ca procesul de inspecție să se poată desfășura, pentru a putea clasifica anumite subansable
electronice în ceea ce privește acceptabilitatea sunt necesare a se cunoaște standard de calitate, standard
ce prezintă toleranțe mai mici sau mai mari în funcție de domeniul de aplicabilitate al subansamblelor
produse.
Fie că este vorba de o inspecție vizuală, fie că este vorba de o inspecție automata realizată de o
mașină integrată in cadrul liniei de producție, standardele de calite se vor aplica la fel, cu dife rența că
inspecția vizuală va fi una aproximativă, în timp ce inspecția automata este una precisă cu valori ăi date
măsurate precis.[12]

2.4.1 Standarde de calitate în domeniul producției electronice

Standarul IPC -A-610 este o colecție de reprezentări vizuale de cerințe de calitate acceptabilă
pentru ansamblurile electronice. În trecut, standardele electronicii de asamblare conțineau mai mult
colecții de tutoriale multilaterale care vizau principii și tehnici. Criteriile din acest standard nu sunt în
mod deliberat prezentate pentru a defini acțiuni de realizare a proceselor de asamblare și nici nu sunt
elaborate pentru autorizarea de reparații/modificări sau schimbări ale unui produs al clientului. De
exemplu, existența criteriilor pentru adezivul de f ixare al componentelor nu presupune/autorizează/ cere
utilizarea adezivului de fixare, prezentarea înfășurării unui fir în sensul acelor de ceasornic pe un terminal
nu presupune/autorizează/cere ca toate terminalele/firele să fie înfășurate în aceiași dire cție.
Utilizatorii acestui standard ar trebui să fie bine informați despre cerințele aplicabile ale acestui
document și cum să fie aplicate. Dovezile obiective ale demonstrării cunoașterii acestor informații ar
trebui să fie menținute. Acolo unde dovezile obiective nu sunt disponibile, organizația ar trebui să
efectueze o verificare periodică a îndemânărilor personalului în aplicarea corectă a criteriilor vizuale. IPC –

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

17
A-610 are criterii în afara domeniului descris în IPC J -STD -001, definind cerințe de mani pulare, mecanice
și alte lucrări manuale.[9]
În 1995, IPC – Association Connecting Electronics Industries a răspuns la solicitările membrilor
săi cu un program de formare și certificare, necesar să aibă caracteristici de trasabilitate, acceptat și
recunos cut oficial de industrie. La vremea aceea, programele de certificare ale Departamentului de
Aparare (DoD), care se axau pe grupuri relativ mici de utilizatori, au fost anulate.
În acel moment, standardul IPC -A-610 “Acceptability of Electronic Assemblies”, câștiga popularitate în
industria de asamblare module electronice. Companiile aveau nevoie de un curs de instruire care le -ar fi
permis instruirea cu ușurință a mai multor specialiști, pe baza unor standarde cuprinzând cerințe de
acceptabilitate. Decât să dezvolte un curs intern, companiile au fost atrase de oferta IPC pentru a dezvolta
un program de instruire. Pentru a dezvolta primul curs, IPC a lucrat cu un consorțiu de companii din
mediul academic și de formare, care aveau experiență, în programele de c ertificare DoD. Credibilitatea
programului a fost considerată ca fiind un element de maximă importanță și astfel a fost cerută implicarea
sectorului industrial. O comisie formată din reprezentanți ai industriei (de utilizatori) au avizat și aprobat
oficial conținutul tehnic și un alt comitet (de asemenea, format din reprezentanți ai industriei) a stabilit
politicile și procedurile administrative. [4]
“Participarea la un curs realizat de industrie facilitează certificarea ISO și arată potențialilor clienți
că firma respectivă este intens preocupată de calitate” a declarat Jack Crawford, director de certificare
IPC.
Programul IPC -A-610 de formare și certificare a fost primul din cele cinci care există acum și vin
în sprijinul standardelor specifice industriei de asamblare module electronice cu cerințe de acceptabilitate,
fiecare aplică principiul de “train -the-trainer”. În primul rând, companiile își trimit candidații la statutul
de instructor la un centru de formare autorizat IPC. După finalizarea cu succes a cursului, persoanele devin
instructori certificați și, ca o parte din taxa de curs, primesc materialele necesare pentru a instrui și certifica
la nivel de utilizatori, cum ar fi de exemplu operatori, inspectori, precum și membri ai echipelor de
management. Trei dintre programele de certificare IPC cresc abilitățile de discriminare, adică – îl vezi, îl
auzi, îl citești, îl scri și îl aplici – ajutate fiind de criteriile vizuale de acceptare din IPC -A-600
“Acceptability of Printed Boards”, IPC -A-610 “Acceptab ility of Electronic Assemblies”, disponibil și în
limba română, și IPC/WHMA -A-620 “Requirements and Acceptance for Cable Wire Harness
Assemblies”. În plus față de abilitățile de discriminare, celelalte două programe oferă un alt aspect
important – probe pr actice. [4]
Programele J -STD -001 “Requirements for Sodered Electrical and Electronic Assemblies”,
disponibil și în limba română, și IPC -7711/7721 “Rework of Electronic Assemblies/Repair and
Modification of Printed Boards”, impun participanților activități p ractice de lipire și dovedirea
îndemânărilor de discriminare la analizarea propriilor activități.
Astăzi, fiecare program are patru componente:
1. Certificarea ca formator IPC de către Master Traineri IPC sau în centre de formare
profesională autorizate IP C.
2. Recertificarea ca formator IPC de către Master Traineri IPC sau în centre de formare profesională
autorizate IPC.
3. Certificarea ca specialiști de către formatori IPC de specialitate sau în centre de formare profesională
autorizate IPC.
4. Recertificarea ca specialiști de către
formatori IPC de specialitate sau în centre de formare profesională autorizate IPC.
Aceste programe au un element care nu este disponibil în altele de genul online, video sau de calculator
și anume interacțiunea direc tă cu un formator pregătit profesional, un instructor credibil, certificat, gata

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

18
să încerce să rezolve problemele de înțelegere a cerințelor din standarde. Deși utilizarea și aplicarea acestor
standarde IPC nu impune participarea la programe IPC de instrui re și certificarea corespunzătoare, din ce
în ce mai mulți beneficiari ai modulelor electronice pretind producătorilor să facă dovada că au absolvit
un program de certificare pentru a se asigura că produsele lor au trecut prin riguroase verificări de
calitate.[4]
De când au fost aplicate programele IPC, în lume există peste 7600 de instructori certificați și care, la
rândul lor, au instruit și certificat mai mult de 120000 de specialiști. Aceste programe sunt utilizate în
aproape fiecare țară din lume care are o industrie producătoare de module electronice. [9]
Întrucât standardele IPC sunt elaborate și aprobate prin conses, acestea sunt recunoscute și
apreciate în întreaga lume a electronicii.
Aplicarea și recunoașterea cerințelor din aceste standarde de c ătre producatori, clienți și furnizori permite
acestora să se înțeleagă între ei, de oriunde ar fi, prin folosirea aceluiași limbaj tehnic.
Dată fiind acceptarea pe scară internațională a acestor standarde, folosirea lor în procesul de
producție vă spriji nă în atragerea de noi clienți de pe piața și în menținerea celor prezenți prin satisfacerea
cerințelor lor cu mult mai bine. Standardele de calitate sunt împărțite în mai multe secțiuni.[4]

1. Acceptabilitate

• IPC-A-610 E RO "Acceptabilitatea Ansamblur ilor Electronice" (IPC -A-610 E "Acceptability of
Electronic Assemblies", versiunea în engleză) este cel mai folosit document pentru cerințe de
acceptabilitate. Este un document esențial și care nu trebuie să lipsească din activitatea celor care execută
inspecțiile lipiturilor, realizate automat sau manual și care te atenționează de cazurile reale când trebuie
să se intervină asupra aplicațiilor pentru unele remedieri. Un standard care este de nelipsit din
departamentele de asigurare a calității și din cele de producție. Noua versiune IPC -A-610 E prezintă în
cele 809 poze și ilustrații criteriile de acceptabilitate necesare realizării ansamblurilor electronice. Ultima
versiune, E, în cele 400 pagini, conține 165 de noi criterii sau update -uri. Standardul este sincronizat cu
documentul IPC J -STD -001, un alt document esențial pentru materiale și procese de lipire. Principalele
subiecte prezentate sunt:
• Orientarea componentelor și cerințele lipiturilor pentru terminale de componente în găuri
• Ansambluri cu fir e discrete prin wrapare
• Cerințele lipiturilor pentru componente lipite pe suprafață (SMD)
• Asamblări mecanice în electronică
• Curățare, marcare, acoperiri de protecție la condițiile de mediu
• Cerințe de acceptabilitate pentru plăcile cu circuite impri mate ale aplicațiilor electronice
• Criteriile lipiturilor realizate cu aliaje fără plumb în tehnologia Lead Free
• IPC J -STD -001E RO "Cerințe pentru Ansamblurile Electrice și Electronice Lipites" (IPC J -STD –
001E "Requirements for Soldered Electrical and E lectronic Assemblies", versiunea în engleză), la fel ca
și documentul anterior, IPC -A-610 E, este aprobat ca standard ANSI și adoptat de catre DoD. J -STD –
001E reprezintă cel mai recunoscut document în care sunt descrise cerințele de bază pentru materiale ș i
procese de lipire. Noua versiune, E, aparută ca și cea pentru IPC -A-610 în Aprilie 2010, aduce un suport
pentru noile tehnologii de asamblare Lead Free, conține criterii pentru materiale, metode și proceduri de
verificare astfel încât interconectările pr in lipire să fie realizate corespunzător. [9]
• IPC/WHMA -A-620A "Requirements and Acceptance for Cable and Wire Harness Assemblies",
un standard cu 599 de poze și ilustrații care în 19 capitole descrie criterii pentru pregătirea firelor, lipirea
pe termina le, sertizare, sudură fire cu ultrasunete, îmbinări de fire, cabluri coaxiale, wrapare, ecrane de
cabluri și multe altele despre cabluri și conectori, toate în 368 de pagini. [4]

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

19

2. Tehnologii Avansate

• IPC J -STD -012 "Implementation of Flip Chip and Chi p Scale Technology", un document care
furnizează informații despre introducerea tehnologiilor Flip Chip și Chip Scale necesare la producerea de
module multicip, carduri I/C, carduri de memorie și ansambluri montate pe suprafață de foarte mare
densitate.
• IPC-SM-784 "Guidelines for Chip -on-Board Technology Implementation", prezintă tipuri de
cipuri, alegerea substratului, probleme de proiectare și metode de transfer termic pentru aplicațiiChip -on-
Board (COB). Găsiți informații despre materiale de montaj, i nclusiv adezivi, despre fire și diverse tehnici
de lipire.
• IPC/EIA J -STD -026 "Semiconductor Design Standard for Flip Chip Applications" , se adresează
cerințelor de proiectare semiconductoare Flip Chip, pentru standardizare, în alegerea tipului de subst rat
semiconductor, de materiale, de metode și testare la asamblare. Nu sunt uitate legăturile care există între
aceste aspecte și asigurarea fiabilității. Pentru vizualizare cuprins clic aici. [4]
• IPC/EIA J -STD -028 "Performance Standard for Construction of Flip Chip and Chip Scale
Bumps", stabilește standardele specifice corespunzătoare unor diverse tipuri de terminații astfel încât
acestea să fie adaptate unor procese particulare de interconectare. Pentru vizualizare cuprins clic aici.[9]
• IPC-7095B "Design and Assembly Process Implementation for BGAs", realizarea de aplicații
electronice cu componente Ball Grid Array (BGA) si Fine -Pitch Ball Grid Array ridică cerințe deosebite
pentru proiectare, a samblare, inspecție și proceduri de înlocuire circuite. În acest document veți găsi multe
informații folositoare pentru activitatea practică.

3. Curățare

• IPC-M-108 "Cleaning Guides and Handbooks Manual", cuprinde un set de unsprezece documente
esenția le pentru inginerii de proces care iau decizii privind curățarea aplicațiilor. Setul de documente
include:
• IPC-5701 "Users Guide for Cleanliness of Unpopulated Printed Boards",
• IPC-5702 "Guidelines for OEMs in Determining Accept Levels of Cleanliness o f Unpopulated
Printed Boards",
• IPC-5704 "Cleanliness Requirements for Unpopulated Printed Boards",
• IPC-7526 "Stencil and Misprinted Board Cleaning Handbook – FREE DOWNLOAD",
• IPC-9201A "Surface Insulation Resistance Handbook",
• IPC-9202 "Material and Process Characterization/Qualification Test Protocol for Assessing
Electrochemic",
• IPC-9203 "Users Guide to IPC -9202 and the IPC -B-52 Standard Test Vehicle",
• IPC-CH-65B "Guidelines for Cleaning of Printed Boards&Assemblies",
• IPC-T-50J "Terms and Def initions for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits",
• IPC TR -583 "An In -Depth Look At Ionic Cleanliness Testing",
• IPC-WP-008 "Setting Up Ion Chromatography Capability".[9]

4. Componente

• IPC/JEDEC J -STD -020D -1 "Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid
State Surface Mount Devices", prezintă metoda de testare pentru stabilirea nivelului de clasificare a

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

20
dispozitivelor încapsulate montate pe suprafața și care sunt sensibile la secvența termică de asamblare din
cauza ap ei absorbite în rașinile de încapsulare.
• IPC J -STD -033C "Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface
Mount Devices",prin aplicarea cerințelor din acest standard se va realiza un proces de lipire SMT mai
robust prin evitare a degradării componentelor prin expunere necontrolată la umiditatea din atmosferă. [23]

5. Cerințe Generale

• IPC-SM-785 "Guidelines for Accelerated Reliability Testing of Surface Mount Attachments",
folosit la evaluarea și extrapolarea rezultatelor din aceste teste pentru condiții reale de utilizare a
aplicațiilor electronice.
• IPC-9701A "Performance Test Methods and Qualification Requirements for Surface Mount Solder
Attachments", face o evaluare, prin aplicarea unor teste specifice, a cât de bine sun t fixate în lipiturile lor
componentele SMD. Este explicată fizica defectării unei lipituri SMT și legatura care se poate stabili între
performanțele testelor și fiabilitatea îmbinărilor realizate prin lipire pe suprafața în condițiile de
exploatare. [23]
• IPC-7525B "Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standards", sunt
stabilite linii directoare la proiectare de șabloane pentru tipărire pastă de lipire și glue la SMT, inclusiv
fabricația lor. [9]
• IPC-T-50J "Terms and Definitions for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits", un
document de care cu siguranță aveți nevoie, un standard de definiții a peste 500 de termeni și cu multe
ilustrații. [23]
• IPC-9191 "General Guidelines for Implemen tation of Statistical Process Control (SPC)", face o
schiță a filozofiei SPC, a strategiei de aplicare, a mijloacelor și tehnicilor folosite la conexiunea dintre
controlul procesului și capabilitatea de realizare a cerințelor finale ale produsului. Sunt re flectate
principiile SPC așa cum sunt reprezentate de ISO/DIS 11462 -1. [23]
• IPC-9194 "Implementation of Statistical Process Control (SPC) Applied to Printed Board
Assembly Manufacture Guideline", interpretează cerințele generale din IPC -9191 reflectate d irect la
fabricația de aplicații realizate pe plăci cu circuite imprimate. Sunt stabilite liniile directoare pentru
introducerea tehnicilor SPC in operațiile de fabricație pentru continuă îmbunătățire a proceselor și
reducerea pierderilor. [23]

6. Materia le

• IPC J -STD -004B.A1 "Requirements for Soldering Fluxes", despre cerințele care sunt necesare
pentru calificarea și clasificarea fluxurilor decapante pe bază de colofoniu, rășină sintetică, substanțe
organice și anorganice inclusiv "low -residue" pentru procese de lipire "no -clean" [9]
• IPC J -STD -005A "Requirements for Soldering Pastes", despre cerințele care sunt folosite la
calificarea și clasificarea pastei de lipire. Sunt descrise metodele aplicate pentru definirea conținutului de
metal, aflarea vâs cozității, umectabilității, proprietăților de aderență și a altor parametri.[23]
• IPC J -STD -006B "Requirements for Electronic Grade Solder Alloys and Fluxed and Non -Fluxed
Solid Solders for Electronic Soldering Applications" , aflați care sunt cerințele p entru conținutul de
impurități în diversele aliaje folosite la lipire precum și multe date tehnice legate de temperaturile de topire
pentru aceste materiale.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

21
• IPC-HDBK -830 "Guidelines for Design, Selection and Application of Conformal Coatings", vine
in ajutorul proiectantilor si utilizatorilor de acoperiri de protectie la conditiile de mediu pentru alegerea in
cunostinta de cauza a materialului potrivit cu aplicatia si mediul. [9]

7. Proces tehnologic

• J-STD -001E "Cerinte pentru Ansamblurile Electrice si Electronice Lipite", este singurul document
international recunoscut pentru descrierea de criterii de acceptabilitate atat pentru procese cat si materiale
de lipire. Ultima versiune din Aprilie 2010 include si noile tehnologii Lead Free. [9]
• IPC_DPMO -202 – IPC 7912A/9261A "End Item and In -Process DPMO Set", despre metodologia
de calcul a parametrului "Defects per Million Opportunities", cel care face diferenta intre multi
producatori.

8. Reparatii si Reprocesari

• IPC-7711B/7721B "Refacerea, Modific area si Reparatia Ansamblurilor Electronice", reprezinta
tot ce aveti nevoie ca sa cunoasteti cum sa se faca activitatile de reparatii ale aplicatiilor electronice defecte
si refaceri ale lipiturilor cu un minim impact asupra fiabilitatii.[23]

9. Evaluare a Solderabilitatii

• IPC J -STD -002B "Solderability Tests for Component Leads, Terminations, Lugs, Terminals and
Wires", sunt descrise metodele pentru evaluarea solderabilitatii terminalelor de componente, fire solide si
multifilare. Sunt descrise defecte si criterii de acceptare.
• IPC J -STD -003A "Solderability Tests for Printed Boards", despre verificarea solderabilitatii
pentru cablajele imprimate, metode de incercare, definirea defectelor si a criteriilor de acceptare. [9]

2.4.2 Inspecția vizuală

În cadrul procesului tehnologic de fabricare al plăcilor electronice, ca de altfel în mai toate
industriile, intervine și procesul de inspecție vizuală, process mai mult sau mai puțin folosit în funcție în
principal de de gradul de automatizare al liniilor ș i echiamentelor prezente. [4]
Inspecția vizuală se realizează de personal calificat și instruit în ceea ce privește standardele de
calitate. În cadrul firmelor ce produc plăci electronice populate, inspecția vizuală apare cel mai adesea la
final, înainte de ambalare și expediere. Cu toate acestea, inspecția vizuală se cere a fi aplicată și între
procesele tehnologice sau înaintea începerii producției și de fiecare data la schimbarea produsului fabricat
în linie. Aceste inspecții au rolul de a detecta defectele majore ce pot fi găsite cu ușurință de către un
personal calificat. Se ia o astfel de măsură pentru a preveni un număr mare de defecte ce poate fi produs
și care poate fi depistat de prima mașină de inspecție automata. Se previne as tfel situația în care toate
plăcile produse în line, până la prima mașină de inspecție, să fie defecte. [3]
Cu toate că există mașini automate de inspecție, acestea sunt specializate pe un anumit tip de
inspecție și nu pe unul general care să ia în consid ereare toate aspectele de calitate acceptate sau
neacceptate de către clientul final. Astfel, un inspector vizual, în caz că este nevoie poate inspecta placa
sub microscop, având astfel un randament mai bun decât o inspecție superficiala, cu ochiul liber. Pentru a
facilita aceste inspecții posturile de lucru sunt prevăzute cu microscop. La posturile de lucru dedicate
inspecției vizuale plăcile sunt studiate foarte amănunțit, putând fi astfel descoperite defecte pe care o

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

22
mașină automata nu le -ar depista. Ai ci putem enumera zgârâieturi ale plăcilor, diferite pete de ulei,
vaselină provenite de la echipamentele automate din linia de producție, etc.[6]
O concluzie în ceea ce privește inspecția vizuală este aceea că momentan, oricât a evoluat
tehnologia, mașina încă nu poate înlocui în toatalitate munca depusă de om în cadrul procesului
tehnologic.

2.4.3. Inspecția automata

Așa cum s -a descries și în cadrul subcapitolelor anterioare,linia de producție SMT prezintă și
echipamente automate și specializate în in specția plăcilor electronice. Această inspecție este una
specializată pe un anumit process sau pe un anumit tip de inspecție. [11]
Prima mașină automata de inspecție este cea de după echipamentul de printere cu pastă
conductoare. Această mașină este de re gulă oligatoriu inserată în lanțul automat de productție al plăcilor
electronice. Această mașină inspectează depozitul de pastă depus pe placă. Cu anumite setări de toleranțe,
mașina afișează mesaje de eroare dupa inspectarea plăcilor. Programele precum și posibilitatea de
personalizare pentru fiecare produs, sunt foarte complexe. Pentru a putea seta corespunzător aceste tipuri
de echipamente, inginerul de proces va trebui sa fie destul de bine specializat în ceea ce privește
standardele de calitate. Mașina de inspectat pasta de cositor, ca și majoritatea acestor tip de mașini
reușesște să creeze imagini 3D ( figura 2.21), cu ajutorul unor proiecții speciale ce crează umbre pe placă.
Aceste umbre , în funcție de unghiurile în care sunt propagate, precum și î n funcție de înălțimile pe care
sunt proiecte, sunt citite ulterior ca și nuanțe de culoarea gri. Aceste nuanțe sunt interpretate de către
progamul mașinii urmând apoi a crea imaginile și interpretările necesare clasificării eventualelor defecte
de pe plac ă.[12]

Fig. 2.21: Imagine a unui pad inspectat

Mașinile, prin intermediul unui protocol de comunicare ethernet sunt capable să transmită spre
mașina de printare anumite informații necesare ajustării si corectării procesului. Aceste informații sunt de
obicei formate din coordinate corespunzătoare care să permită alinierea corectă a depozitului de pasta pe
padul gol al plăcii electronice nepopulate.
Printre producătorii acestor tip de inspecție, dedicate verificării pastei de cositor applicate se
numără Koh Young, folosit foarte des în firmele cu acest domeniu de activitate din țara noastră. Acest tip
de echipament se poate observa în figura 2.22. Printre alți producători mai amintim Yamaha, Parmi, Cyber
Optics. Aceste echipamente sunt denumite generig SPI ( Solder Paste Inspection).[4]

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

23
O altă mașină de inspecție intercalată între echipamentele de producție specifice liniilor SMT este
cea situată după mașina de plantat componente. Această mașină nu se regăsește pe toate liniilde de
producție, de obicei fiind opțională. Situată după mașina de plantat componente, aceasta are rolul de a
inspecta calitatea și acuratețea plantării componentelor. Este utilă pentru ca poate și ea transmite setări de
repoziționare a componentelor. Aceste setări sunt transmise în timp real, mașinii de plantat componente,
putând face corecțiile necesare amplasării componentelor.[11]

Fig. 2.22: Koh Young 8030 SPI

Ultima mașină de inspecție inclusă obligatoriu în cadrul unei linii de tip SMT, este mașina de ti p
AOI ( After Oven Inspection). După cum reiese și din denumirea generică a acestui tip de echipament,
aceasta va inspecta componentele care deja au trecut prin procesul de lipire pe placă. Această inspecție
este foarte complexă, pentru ca vor trebui prede finite o multitudine de componente de diferite form
geometrice, culori, etc. Mașina este capabilă să inspecteze atât componentele cât și calitatea lipiturilor
acestora pe placă. Programele sunt foarte complexe, la fel și editarea librăriilor predefinite al e
componetelor. Pentru o inspecție corectă și complete, utilizatorul ei și în special inginerul de process
trebuie să cunoască extrem de bine toate setările și programele cu care această mașină lucrează. Am
încercat prin intermediul figurilor figurile urm ătoare să se înțeleagă o puțină parte din procesul de
inspecție automata. Imaginile sunt achiziționate de pe o mașină Koh Young Zenith Lite, în urma unei

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

24
inspecții a unei plăci de test folosită în general pentru calibrarea echipamentului. Pe lângă desenul
componentei rezultat în urma inspecției, se poate vedea în imagine și programul de lucru, cu diferite valori
inspectate.[12]

Fig. 2.23: Imagine de ansamblu a plăcii inspectate

În figura de mai sus este prezentată imaginea de ansamblu a plăcii, rezultată în urma inspecției.
Componentele inspectate au fost încadrate cu imagini albastre, urmând ca în urma selectării unei
componente să fie prezentate și caracteristicile acesteia, eventual defectele daca este cazul. Cele două
cercuri ce se văd în col țul dreapta jos reprezintă punctele de reper ale plăcii după care programul se
orientează făcând inspecția. Aceste puncta sunt denumite ”Fiducials” fiind utile în cadrul fiecărui process
automat pentru poziționare și ca puncta de referință pentru coordonat ele componentelor plantate pe
plăci.[4]

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

25

Fig. 2.24: Rezultatul inspecției unui condensator ceramic

Fig. 2.25: Eroare la crearea unei imagin 3D a unui condensator tip Tantal

În figura 2.24 se poate vizualiza o inspecție corectă, iar în figura 2.25 se observă o eroare de inspecție.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

26

Fig. 2.26: Eroare de insuficiență cositor în urma inspectării unui circuit integrat

Fig. 2.27: Circuit integrat inspectat fără defecte

În figura 2.26 și 2.27 sunt inspectate circuite integrate. Figura 2.26 reprezintă o eroare de
insuficiență cositor iar figura 2.27 reprezintă o inspecție fără eroare.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

27

Fig. 2.28: Eroare de toleranță a lungimii unui transistor în capsulă DPACK

Fig. 2.29: Eroare în inspecția unei componente d etip BGA

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

28
Figura 2.28 reprezintă o eroare de toleranță iar figura 2.29 reprezintă eroare de dimensiune a
unui circuit integrat tip BGA. În figura 2.30 se poate observa o inspecție a unui condensator nealiniat pe
placă, puțin rotit.

Fig. 2.30: Eroare de poziționare a unui condensator de tip DRUM

După cum se poate observa și în imaginile prezentate mai sus, mașinile de inspecție automate sunt
capable să detecteze defecte pe care un inspector vizual nu le -ar putea detecta, sau chiar dacă le -ar putea
detec ta sub microscop, nu ar putea da date precise asemenea echipamentelor automatizate. După cum de
astfel se observă, detaliile de inspecție sunt foarte precise iar datele și erorile apărute se pot interpreta
astfel încât să se intervină în procesul de produ cție pentru remedierea defectelor. [11]

2.5. Procesul de transport în cadrul unei linii SMT

Procesul de transport în cazul producției de plăci electronice este unul secundar ce nu se regăsește
în produsul final. Cu toate aceste, acest proces joacă un ro l foarte important, asigurând pe lângă principala
caracteristică, aceea de transport, și un suport în vederea inspectării vizuale a plăcilor între diferite procese
tehnologice. Astfel, cu ajutorul echipamentelor de transport, placa se poate opri între proc ese și se poate
vizualiza corectitudinea și acuratețea procesuluii precedent.[21]
Echipamentele de transport utilizate în liniile de producție SMT sunt de tipul bandă transportoare.
Spre deosebire de benzile transportoare utilizate în alte domenii de act ivitate, inclusiv cele situate în
magazinele mari în apropierea caselor de marcat, placa electronica are ca puncta de contact doar marginile
plăcilor, drept urmare sistemul transportor este prevăut cu două curele, una pe fiecare parte a sistemului.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

29
Așa cu m este amintit și în partea introductivă, aceste sisteme transportoare sunt denumite în
industria de producție și asamblare a subansamblelor electronice, conveyoare. Termenul vine din limba
engleză, unde ”conveyor” este tradus ”transportor”. Termenul a fos t preluat și este cunoscut astăzi în multe
industrii. Termenul de conveyor are același înțeles, însă detaliile constructive diferă în funcție de domeniul
de activitate în care este folosit.
În producția de ansamble și subansamble electronice părțile conve yorului care intră în contact cu
placa electronică aflată în plin process tehnologic, sunt obligatoriu construite din materiale izolatoare
ESD, care nu pot provoca descărcări electrostatice. Acest criteriu referitor la materialele constructive
folosite est e unul de importanță majoră în ceea ce privește acceptabilitatea în astfel de industrii.[21]
După tipul constructiv și implicit pentru tipul de placă transportată, aceste se impart în două
categorii: conveyoare cu lanț transportor și conveyoare prevăzute cu curele. Acestea din urmă au în
construcție curele cu secțiune circulară sau curele cu secțiune aplatizată ( bandă). Ambele tipuri de
conveyoare au lățimea ajustabilă pentru a se putea folosi pentru fiecare dimensiune de placă. Acestea au
o parte fixă și o parte care se deplasează ajungând la o lățime cu 1 -2mm mai mare decât placa transportată.
Această diferență de 1 -2 mm în plus este necesară pentru a împiedica blocarea plăcii în timpul
transportului datorită poziționării prea fixe a plăcilor pe sistemul de transport. Sistemul ajustabil al lățimii
conveyorului poate fi manual sau automat. Sistemul manual se ajustează cu ajutorul unei role ce transmite
mișcarea către un ax melcat care se va deplasa la lățimea corespunzătoare. Sistemul automat este realizat
soft si transmis prin tren de impulsuri către un motor pas cu pas. Astfel, se transmite automat o lățime
corespunzătoare plăcii prin intermediul softului de lucru al conveyorului. Softul aferent conveyorului
transformă dimensiunea setată in mm de către op erator în numărul de impulsuri necesare deplasării
motorului la lățimea corespunzătoare.[22]
Conveyoarele cu lanț transportor sunt utilizate pentru plăcile electronice care necesită a fi montate
pe un suport rezistent atât la temperature ridicate dar și r ezistente chimic la contactul cu anumite rășini
sau lacuri ce vin în contact cu el în urma anumitor etape ale procesului tehnologic. Acești suporți sunt de
forma unor rame cu decupaje pentru integrarea plăcilor ce au componente voluminoase ( figura 2.31). [21]

Fig. 2.31: Supot pentru plăcile electronice

Pe acești suporți sunt prinse plăcile electronice înaintea unui anumit process tehnologic, de regulă
înaintea mașinilor de lipit cu val de cositor. Astfel, acestea asigură stabilitatea plăcilor în timpul lipirii cu
cositor topit. Unele rame au doar decupajele aferente anumitor pini ai componentelor ce urmează a fi
lipite. Având doar acele decupaje, valul de cositor nu are posibilitatea de a dezlipi componentele SMD
aflate pe placă.[21]

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

30
Conveyoarele cu lanț mai sunt utilizate de asaemenea și pentr transportul plăcilor grele ce nu
forțează motorul sistemului. Astfel, este folosit un angrenaj mecanic format dintr -un ansamblu motor –
redactor turație și transmisie a rotașiei către lanț prin roti dințate .[22]
În figura de mai jos este reprezentată o structură uzuală de conveyor cu lanț transportor.

Fig. 2.32: Conveyor cu lanț pentru transportul ramelor

Conveyoarele cu transport tip curea sunt cele mai utilizate în aria de producție SMT. Curelele
reprezintă principala componență a conveyoarelor, ce intră în contact cu plăcile electronice. Din acest
motiv, ele sunt fabricate dintr -un material ce nu se încarcă electrostatic. După cum se știe, o încărcare
electrostatică poate avea consecințe grave pent ru componentele electronice. Tensiunea de descărcare
electrostatica ajunge la ordinul de mii de volți, tensiune ce distruge componenta electronica. Din acest
motiv, în criteriile de acceptabilitate a echipamentelor din industria asambării plăcilor și suban samblelor
electronice este obligatoriu inclusă condiția ca elementele constructive ce vin în contact cu plăcile și
subansamblurile să fie realizate din materiale ce nu se încarcă electrostatic ( figura 2.33). [21]
Deși echipamentele principale de producție sunt capabile să transmit placa de la unul la altul fără
a mai fi nevoie de conveyoare intermediare, în configurarea unei linii de producție toate echipamentele
principale de producție sunt precedate și succedate de conveyoare. Unul dintre princi palele motive pentru
care se intercalează un conveyor între echipamente este acela de a putea vizualiza plăcile după fiecare
proces principal. Mai toate conveyoarele sunt prevăzute cu funcție de inspecție unde placa cel mai adesea
se oprește la mijlocul co nveyorului și va pleca mai departe după ce operatorul va termina de inspectat
placa și i se va confirma acest lucru cu ajutorul unui buton. Placa se poate vizualiza și în timpul
transportului, fiind o inspecție superficială.
Marea majoritate a conveyoru lui mai au incluse în construcție și un regulator de turație al
motorului ce susține partea transportoare. Astfel, se poate ajusta viteza de transport a conveyorului pentru
a putea inspecta placa și în timpul transportului fără a mai fi nevoie să fie opri te sau pentru sincronizarea
vitezei acestuia cu echipamentele învecinate.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

31

Fig. 2.33: Cureaua transportoare a unui conveyor

Astăzi industria de fabricare a plăcilor și a subansamblelor electronice a evoluat foarte mult. Liniile
SMT prezintă foarte mu lte echipamente dedicate. Am amintit pe cele mai commune care sunt prezente pe
toate liniile. De asemenea, producătorii de echipamente specializate în astfel de producție sunt suficienți
încât să satisfacă toate cerințele unei linii de producție, indiffere nt de procesele de producție suplimentare
care apar de la o linie de producție la alta. În ultimul timp datorită cerințelor dar și concurenței, multe
company producătoare de astfel de echipamente pot face configurații după cerințele fiecărui client care
urmează a achiziționa echipamente în vederea unei linii de producție din acest domeniu.[4]

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

32
Capitolul 3
Sistem de transport de tip conveyor

3.1 Design machetă

Proiectul s -a realizat cu ajutorul unui microcontroler Atmega disponibil pe o placă de dezvoltare
de tip Arduino Uno. Plăcuța Arduino Una este folosită ca element central de comandă al sistemului,
înlocuind automatul programabil folosit în industria electronică. Modulul Arduino este foarte fiabil pentru
acest proiect deoarece permit e dezvoltarea întregului sistem de transport, dar și posibilitatea adăugarii de
funcții și elemente de intrare și /sau ieșire în vederea realizării unui sistem mult mai complex cu multe
îmbunătățiri în ceea ce privește situația reală din producția de plăci electronice populate cu componente .
Conveyor -ul realizat în prezenta lucrare se poate extinde în ceea ce privește funcțiile implementate
sau logica de funcționare în cazul erorilor, lipsei plăcilor sau alte situații care în mod normal sunt
implementate după ce echipamentul este testat în producție și în situații reale. De asemenea, la acest tip
de conveyor se poate utiliza împarțirea parții transportoare în doua segmente, fiind comandate de doua
motoare diferite. Un avantaj al acestui aspect îl reprezint ă faptul că poate lucra cu două plăci în același
timp, una dintre ele fiind în stadiul de inspecție vizuală, motiv pentru care în acel moment segmentul de
transport aferent inspecției este oprit. Pe cel de al doilea segment, depinde de caz se poate prelua sau
trimite placa electronică spre echipamentele vecine.
Macheta conveyorului a fost realizată plecând atât ca funcționalitate cât și aspect de la
conveyoarele industriale produse de compania coreeana YJ Link. S -au luat în considerare situațiile reale
regăsite în procesul de producție al plțcilor electronice. Pentru ca proiectul să poată fi mai ușor de
interpretat s -a realizat o machete miniaturală a unui conveyor, utilizând materiale ușor de prelucrat. Ținând
cont de multe aspecte mecanice cât și de mater ialele folosite, ansamblul motor curele transportoare nu
funcționează corespunzator atât electric cât și mecanic. În practic industrială motorul respectiv este
prevăzut cu reductor dar în unele cazuri și cu un regulator de turație care poate inversa și sen sul de
transport, adaptându -se după cerințele liniei de producție. Simularea transportului plăcii se va realiza cu
manual, punând și luând plăcile de sub senzorii de detecție.
Realizarea practică a machetei a urmărit o asemănare cu echipamentele folosite în industrie. S -au
folosit materiale ușor de procurat de la magazinele de bricolaj. Pentru scheletul acesteia au fost folosite
baghete de brad pătrate în secțiune, îmbinate între ele cu ajutorul holtzșuruburilor si a unui lipici puternic
și rapid. După rea lizarea scheletului din lemn s -a relizat așa -zisa carcasă a echipamentului utilizând carton
presat. Cartonul a fost atașat de scheletul de lemn cu ajutorul unor cuițe mici folosite de obicei în domeniul
modelismului, dar și cu ajuutorul lipiciului, același utilizat și la îmbinarea baghetelor de lemn.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

33

Fig. 3.1: Macheta sistemului de transport

După aplicarea cartonului pe scheletul de lemn s -au montat cei doi suporți pentru senzori realizațti
din platbandă de aluminiu pentru o ușoară prelurare. Ghidajele pentru cureaua transportoare sunt role
rotative cu rulmenți poziționate pe baghetă de lemn. Peste aceste role au fost montate curelele sistemului
de transport.Motorul a fost prins la capătul baghetelor de lemn care reprezinta banda transportoare. Acesta
este prins de machetă cu ajutorul unei bucăți de tablă de lauminiu, perforatlă, de asemenea pentru o mai
ușoară prelucrare în regim de amator. Figura 3.1 reprezintă machete conveyorului realizată la o scară
aproximativ 1: 5, având ca model un conve yor YJ Link, reprezentat în figura 3.2.
Macheta a fost glăurită pentru aplicarea butoanelor și a ecranului LCD dar și pentru trecerea
conexiunilor electrice de la exterior la interior, unde se află partea electronică. În partea din față machete
este prevăz ută cu două uși ce se deschid pentru a avea acces la modulul Arduinio și la interconexiunile
cu breadboard -ul. Așadar, după cum am și precizat, în interiorul machetei se află partea electronica și
elementele de legătură electrice. Partea electronica este compusă din modulul Arduino care reprezintă
înlocuirea PLC -ului. Motorul este comandat prin intermediul unui releu aflat pe o plăcuță de circuit
imprimat, aflată de asemenea în interiorul machetei. Modulul releu prezintă două leduri. Cel de culoare
roșie r eprezintă ledul martor pentru tensiunea de 5 volți iar ledul verde indică starea de pornit a motorului.
Toate conexiunile au fost realizate cu fire convenționale prevăzute cu pini pentru folosirea
breadbordului. Atât pe breadboard cât și pe modulul Arduin o, firele de legătură au fost rigidizate cu
ajutorului baghetelor de plastic topit. Această măsura împiedică deconectarea firelor în timpul
manipulărilor și transportului.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

34

Fig. 3.2: Conveyor industrial YJ Link

3.2 Design hardware

Reprezentarea diagramei electrice, sau schema bloc a fost realizată cu ajutorul programului
Fritzing ( figura 3.3) . Datorită librăriei extinse de module și shield -uri electronice pentru Arduino, acest
program este util și foarte ușor de folosit. Sursa de a limentare folosită este o sursă de current continuu de
12V, o sursă liniară stabilizată. Stabilizarea a fost necesară pentru a nu depăși tensiunea de 12 volți pe
care modulul Arduino o poate suporta.

Fig. 3. 3: Schema de montaj realizata in Fritzing

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

35

3.1.1 Placa de comandă a sistemului

Arduino este o companie open -source care produce atât plăcuțe de dezvoltare bazate pe
microcontrolere, cât și partea de software destinată funcționării și programării acestora. Pe lângă acestea
include și o comunitate uri așă care se ocupă cu creația și distribuirea de proiecte care au ca scop crearea
de dispozitive care pot sesiza și controla diverse activități sau procese în lumea reală.[17]
Proiectul este bazat pe designul plăcilor cu microcontroler produse de câțiva fu rnizori, folosind diverse
tipuri de microcontrolere. Aceste plăci pun la dispoziția utilizatorului pini I/O, digitali și analogici, care
pot fi interfațați cu o gamă largă de plăcuțe numite scuturi (shield -uri) și/sau cu alte circuite. Plăcile au
interfețe de comunicații seriale, inclusiv USB pe unele modele, pentru a încărca programe din calculatorele
personale. Pentru programarea microcontrolerelor, Arduino vine cu un mediu de dezvoltare integrat (IDE)
bazat pe proiectul Processing, care include suport pe ntru limbaje de programare ca C și C++.
Primul Arduino a fost lansat în 2005, având ca țintă asigurarea unei soluții ieftine și simple pentru
începători și profesioniști spre a crea dispozitive capabile să interacționeze cu mediul, folosind senzori și
sisteme de acționare. Cele mai comune exemple sunt dispozitivele pentru utilizatorii începători precum:
roboții simpli, termostatele și/sau detectoarele de mișcare.
Plăcuțele Arduino sunt disponibile comercial sub formă preasamblată sau sub forma unor kituri de
asamblat acasă (do -it-yourself). Specificațiile schemelor sunt disponibile pentru orice utilizator, permițând
oricui să fabrice plăcuțe Arduino. Adafruit Industries estimase la mijlocul anului 2011 că peste 300.000
de plăcuțe oficiale Arduino au fost produse[2], iar în 2013 700.000 de plăcuțe oficiale erau în posesia
utilizatorilor.[20]
Arduino a început în 2005 ca un proiect al unui student al Institutului de Interacțiune a Designului
din Ivrea, Italia. La acea vreme studenții foloseau o plăcuță de dezvoltare BASIC Stamp care costau 100
de dolari, ceea ce era considerat foarte scump pentru studenți. Massimo Banzi, unul dintre fondatori, era
student la Ivrea.[19] Numele "Arduino" provine de la un bar din Ivrea, locul unde o parte din fondatori
obișnuiau să se întâlnească.
Studentul columbian Hernando Barragán a creat platforma de dezvoltare Wiring care a servit ca bază
pentru Arduino. După finalizarea platformei Wiring, mai multe versiuni, mai light și mai ieftine [19], au
fost create și puse la di spoziția comunităților open -source. Din echipa inițială Arduino au făcut parte
Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino și David Mellis.[18]
O plăcuță Arduino este compusă dintr -un microcontroler Atmel AVR sau ARM de 8, 16 sau 32 –
biți (deși începând cu 2015 s -au folosit microcontrolere de la alți producători) cu componente
complementare care facilitează programarea și încorporarea în alte circuite. Un aspect important la
Arduino este că acesta dispune de conectori standard, care permit utilizatorului să conecteze plăcuța cu
procesorul la diferite module interschimbabile numite shield -uri. Unele shield -uri comunică cu Arduino
direct prin pinii digitali sau analogici, dar altele sunt adresabile individual prin magistrala serială I²C
permi țând utilizarea mai multor module în paralel. Până în anul 2015 plăcuțele Arduino oficiale au folosit
microcontrolere Atmel din seria megaAVR, în special ATmega8, ATmega168, ATmega328,
ATmega1280 și ATmega2560, iar în 2015 au fost adăugate microcontrolere de la alți producători. O
multitudine de alte procesoare au fost folosite de dispozitive compatibile Arduino. Multe plăcuțe includ
un regulator liniar de 5 V și un oscilator cu cuarț de 16 MHz (sau un rezonator ceramic în unele variante),
deși anumite plăc uțe, cum ar fi LilyPad, funcționează la 8 MHz și nu necesită regulator, datorită
restricțiilor de formă. Un microcontroler instalat pe Arduino vine preprogramat cu un bootloader care
simplifică încărcarea programelor pe memoria flash a cipului, în comparaț ie cu alte dispozitive care
necesită programatoare externe. Acest aspect face Arduino o soluție simplă, permițând programarea de pe

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

36
orice computer ordinar. În prezent, bootloader -ul optiboot este bootloader -ul implicit instalat pe Arduino
.[19]
La nivel c onceptual, când se folosește mediul de dezvoltare integrat Arduino, programarea tuturor
plăcuțelor se face prin conexiune serială. Implementarea acesteia diferă în funcție de versiunea hardware.
Unele plăcuțe Arduino au implementate convertoare de nivel lo gic pentru a realiza conversia între nivelele
logice RS -232 și cele TTL. Plăcuțele Arduino din prezent sunt programate prin USB, având integrate
circuite integrate de conversie USB -serial, cum ar fi FTDI FT232. Unele modele mai noi, folosesc un cip
AVR sep arat programat să funcționeze ca un convertor USB -serial, care poate fi reprogramat printr -un
port ICSP dedicat. Alte variante, cum ar fi Arduino Mini și versiunea neoficială Boarduino, folosesc
adaptoare detașabile USB -serial, cabluri, Bluetooth sau alte metode.
Placa Arduino dispune de un număr mare de pini digitali și analogici, cât și o memorie extinsă.
Este raspandită în proiecte de automatizare, precum imprimante 3D sau CNC -uri. Aranjarea pinilor și a
funcțiilor acestora o face compatibilă cu shieldur ile existente, cât și aplicațiile dezvoltate pentru celelalte
plăci. Placa are în centru microcontrollerul ATmega 328, produs de firma Atmel ( firmă preluată in 2017
de Microchip ). Sunt disponibili 25 pini, dintre care 3 sunt capabili de generare semnale PWM, 6 pini de
intrare analogici cât și 4 interfețe seriale.
Programele Arduino pot fi scrise în orice limbaj de programare cu un compilator capabil să
producă un cod mașină binar. Atmel oferă un mediu de dezvoltare pentru microcontrolerele sale, AVR
Studi o și mai nou, Atmel Studio.
Proiectul Arduino oferă un mediu integrat de dezvoltare (IDE), care este o aplicație cross -platform,
scrisă în Java. Acesta își are originile în mediul de dezvoltare pentru limbajul de programare Processing
și în proiectul Wiri ng. Este proiectat pentru a introduce programarea în lumea artiștilor și a celor
nefamiliarizați cu dezvoltarea software. Include un editor de cod cu funcții ca evidențierea sintaxelor,
potrivirea acoladelor și spațierea automată și oferă mecanisme simple cu un singur click, pentru a compila
și a încărca programele în plăcuța Arduino. Un program scris în IDE pentru Arduino se numește sketch.
[20]
Arduino IDE suportă limbajele de programare C și C++ folosind reguli speciale de organizare a codului.
Arduino I DE oferă o librărie software numită Wiring, din proiectul Wiring, care oferă multe proceduri
comune de intrare și ieșire. Un sketch tipic Arduino scris în C/C++ este compus din două funcții care sunt
compilate și legate cu o parte de program main(), într -un program executabil cu o execuție ciclică:
• setup(): o funcție care este rulată o singură dată la începutul programului, când se inițializează
setările.
• loop(): o funcție apelată în mod repetat până la oprirea alimentării cu energie electrică a plăcuț ei.
După compilarea și legarea cu GNU toolchain inclus, de asemenea, în IDE, mediul de dezvoltare
Arduino trimite comandă către programul avrdude pentru a converti codul executabil într -un fișier text
codat hexazecimal, care poate fi încărcat în placa Ardu ino de un program de încărcare.
Schema electronică a fost realizată tot cu ajutorul programului Fritzing, fiind reprezentaă în figura
3.4.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

37

Fig. 3. 4: Schema electrică a sistemului.

3.1.2 Alegerea părților componente

Pentru partea de comandă a sistemului proiectat sunt necesare mai multe module. Alegerea lor va
fi prezentată în paginile următoare precum și motivele alegerii lor.

Unitatea de comandă

Unitatea de comandă utilizată este formată dintr -o placă de dezvoltare de tip Arduino UNO R3
bazată pe microcontrolerul ATmega328/p, menționată și în celelalte capitole și detaliată în figura 3.1.
Datorită simplității și accesibilității sale, Arduino a fost utilizat în mii de proiecte și aplicații
diferite. Software -ul Ardu ino este ușor de folosit pentru începători dar suficient de flexibil pentru
utilizatorii avansați, rulând pe diferite platforme: Mac, Windows și Linux. Profesorii și studenții îl folosesc
pentru a construi instumente științifice ieftine, pentru a dovedi pr incipiile chimiei și fizici sau pentru a -i
introduce pe studenți în programare și robotică. Există multe alte microcontrollere și platforme de
microcontrollere disponibile: Parallax Basic Stamp, Netmedia BX24, Phidget, MIT Handyboard și multe
altele ce ofe ră funcționalități similare. Arduino simplifică de asemenea procesul de lucru cu
microcontrollere dar oferă și alte avantaje precum:
• Cross -Platform: Software -ul Arduino rulează pe sistemele de operare Windows, Macintosh și
Linux, majoritatea celorlalte s isteme fiind limitate la sistemul de operare Windows produs de către
Microsoft.[19]
• Software Open Source și extensibil: Software -ul Arduino este publicat ca și instrument Open
Source, disponibil pentru extensie de către programatorii experimentați. Limb ajul poate fi extins prin
bibiliotecile C++ iar cei ce doresc să înțeleagă detaliile tehnice pot face saltul de la Arduino la limbajul
de programare AVR C pe care acesta se bazează.[19]

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

38
• Hardware Open Source și extensibil: Schițele plăcilor Arduino sunt p ublicate sub licență Creative
Commons astfel încât designerii de circuit experimentați pot să producă propria lor versiune a modulului,
să o extindă și să o îmbunătățească.
• Ieftin: plăcile Arduino sunt relativ ieftine în comparație cu alte platforme de m icrocontroller.
Versiunea cea mai puțin costisitoare a modulului Arduino ( figura 3.5) poate fi asamblată manual, iar
modulele Arduino pre -asamblate costă mai puțin de 100 RON.

Fig. 3. 5: Arduino UNO R3 dispunere pini

Componenta principală a plăcii de dezvoltare Arduino Uno R3 este microcontroller -ul Atmel
picoPower ATmega328/P[20], figura 3.6, un CMOS de putere redusă de 8 octeți, microcontroller bazat
pe arhitectura RISC îmbunătățită de către AVR. Executând instrucțiuni puternice într -un sin gur ciclu de
ceas, Atmega328/P realizează transferuri apropiate de 1 MIPS per MHz. Acest lucru permite
proiectanțiilor să optimizeze dispozitivul pentru consumul de energie față de viteza de procesare. Miezul
Atmel AVR combină un set bogat de instrucțiuni cu 32 de registre de lucru cu scop general. Toate cele 32
de registre sunt conectate direct la unitatea aritmentică și logică (ALU), permițând accesarea a două
registre independente într -o singură instrucțiune executată într -un singur ciclu de ceas. Arhite ctura
rezultată este mai eficientă în ceea ce privește codul, atingând în același timp viteze de până la zece ori
mai rapide decât microcontrolerele CISC convenționale.
Modelul Atmega328/P oferă următoarele caracteristici: 32 Kilobiți de memorie flash pro gramabilă cu
capabilități Read -While -Write, 1 Kilobit EEPROM, 2 Kilobiți SRAM, 23 de linii I/O (Intrări/Ieșiri), 32
de registre de lucru cu scop general, Real Time Counter (RTC), trei timere/contoare flexibile cu moduri
de comparație, un timer Watchdog pro gramabil cu oscilator intern, un port serial SPI și cinci moduri
selectabile de economisire a energiei:
• Modul IDLE oprește CPU -ul permițând în continuare funcționarea SRAM, Timere/ Contoare,
portul serial SPI și a sistemului de întreruperi.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

39
• Modul Power -Down salvează conținutul regiștriilor, dar blochează oscilatorul, dezactivând toate
celelalte funcții ale CIP -ului până la următoarea întrerupere sau resetare hardware.
• Modul Power -Save, în acest mod cronometrul asincron continuă să funcționeze, permițâ nd
utilizatorului să mențină o bază de temporizare în timp ce restul aparatului este in sleep.
• Modul ADC Noise Reduction oprește CPU -ul și modulele I/O cu excepția cronometrului asincron
și a ADC -ului pentru a minimiza zgomotul de comutare în timpul conv ersiilor ADC.
• Modul Standby, în acest mod cristalul oscilatorului funcționează în timp ce restul aparatului este
în sleep – acest lucru permite pornirea foarte rapidă combinată cu un consum de curent redus. [20]

Fig. 3. 6: Schema bloc – microcontroll er-ul Atmel picoPower ATmega328/P

Schema bloc a unei plăci electronice este reprezentaă în figura 3.6
Arduino UNO R3 oferă 14 intrări/ieșiri digitale (din care 6 pot fi utilizate ca ieșiri PWM (Pulse –
Width Modulation), 6 intrări analogice și un port serial. De asemenea, conține un oscilator de 16 MHz, o

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

40
conexiune USB precum și o intrare de tip jack pentru o sursă de alimentare externă ce asigură o putere de
alimentare mai mare, față de alimentarea prin USB. [19]
Pinii digitali sunt bidirecțio nali, sensul de circulație al datelor (de intrare sau ieșire) realizându -se
prin folosirea funcțiilor pinMode() pentru stabilirea direcției de circulație a informației, digitalRead()
pentru citirea unei intrări digitale, respectiv digitalWrite() pentru scr ierea unei ieșiri digitale. Fiecare pin
acceptă un curent de maxim 20mA.
O parte din pini sunt realizați astfel încât să poată realiza și funcții standard speciale:
• Porturi seriale (R -reciver, T -transmitter):
– 0 (RX) și 1 (TX). Pentru a primii (RX) și a transmite (TX) TTL date seriale. Acești pini sunt
conectați la pinii corespunzători ai cipului Atmega8U2 USB -la-SSL Serial.
• Întrerupătoare externe (funcția folosită pentru întreruperi este attachInterrupt()):
– 2 (întrerupe 0);
– 3 (întrerupe 1);
• SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Acești pini suportă protocolul de comunicare SPI,
care, momentan, deși are oferit suport hardware, nu este inclus în limbajul de programare folosit de
Arduino;
• LED 13: este un LED încorporat pe plăcuța de dezvol tare, conectat totodată la pinul digital 13.
Când pinul ia valoarea 1 logic LED -ul este aprins;
• TWI: A4 (SDA) și A5 (SCL). Suportă comunicarea TWI utilizând biblioteca Wire.
Pe lângă intrările/ieșirile digitale, Arduino UNO R3 oferă și 6 pini analogici fiecare cu o rezoluție
de 10 biți, rezultând 1024 valori diferite.
Alimentarea sistemului – placa de dezvoltare poate fi alimentată atât prin intermediul USB, cât și
prin intermediul unei surse externe de putere. Sursa de putere este selectată în mod auto mat. La
rândul ei, sursa externă de alimentare poate fii atât o sursă dotată cu o punte pentru a redresa curentul
alternativ în curent continuu, cât și o baterie. Sistemul poate fi alimentat extern, la o tensiune cuprinsă
între 7 și 12 V.[18 ]. Nu se recomandă utilizarea unei tensiunii mai mici de 7V pentru sursa externă
deoarece tensiunea la bornele pinilor microcontrolerului ar putea să scadă sub 5 V. Acest lucru se întâmplă
din cauza electronicii folosită pentru stabilizarea nivelului de te nsiune.
Memoria – Atmega328/P ce stă la baza Arduino -ului are o memorie flash de 32kB utilizată la stocarea
codului sursă (dintre care 8kB sunt rezervați pentru bootloader), 2kB SRAM și 1KB de EEPROM (pentru
scrierea acestei memorii se folosește librăria EEPROM).
Programarea microcontrollerului se face cu ajutorul pachetului software oferit de către Arduino
cel din figura 3.7, mai exact Arduino IDE [14] (eng. Integrated Development Environment) ce conține un
editor de text pentru scrierea de coduri, o zonă de mesaje, o consolă de text, o bară de intrumente cu
butoane pentru funcții comune și o serie de meniuri. Se conectează la hardware -ul Arduino și Genuino
pentru a încărca programe și pentru a comunica cu ele.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

41

Fig. 3.7: Software Arduino IDE

Programele scrise folosind software -ul Arduino IDE sunt numite schițe (en. Sketches). Acestea
sunt scrie în editorul de text și sunt salvate cu extensia .ino (începând cu versiunea 1.0). Se poate vedea
interfața programului în figura 3.7.
Editorul are caracteristici pentru tăiere/lipire și pentru căutarea/înlocuirea textului. Zona de mesaje oferă
feedback în timp ce salvează și exportează iar în același timp afișează erorile. Consola afișează textul de
output de către Arduino IDE, inclusiv mesaje de eroare complete și alte informații. Colțul din dreapta jos
al ferestrei afișează placa și portul serial configurat. [28]
Arduino IDE folosește compilatorul gcc (eng. GNU Compiler Collection) înfășurat într -un mod
non-standard deoarece nu se utilizează nici un makefile. Deci, suportă limbajul de programare C/C++.
Componentele limbajului de programare Arduino pot fi consultate în tabelul 3.8. Există un singur fișier
.ino per proiect sau schiță care este pre -procesat de către IDE în sine, care dealtfel este scris în Java, și
transformat într -un fișier .cpp. Pre -procesarea este întradevăr foarte limitată, se adaugă un antet și un cod.
Apoi acest fișier împreună cu celălalte fișiere sursă din interiorul directorului unde f ișierul .ino se află,
sunt copiate într -un folder temporar unde fiecare cod sursă .cpp este compilat singular (compilatorul fiind
lansat de către Arduino IDE) și legat. Toate fișierele sunt întotdeauna re -compilate și nu există nici o
încercare de a nu com pila un fișier care nu s -a schimbat după ultima compilare. Există o propietate a IDE –
ului numită verbose care poate fi activată pentru a urmări toată această activitate de compilare în fereastra
de consolă a IDE -ului Arduino ( figura 3.8). [20]
În timp ce Arduino -ul nostru nu poate rula coduri scrise în alte limbaje de programare este posibil
să utilizăm spre exemplu Python pentru a comunica cu dispozitivul prin intrarea serială a acestuia.

Structura Variabile Funcții
Sintaxe
Controlul structurii
Operatori aritmetici
Operatori de comparare
Operatori logici Constante
Tipuri de date
Scop Intrari/Ieșiri Digitale
Intrari/Ieșiri Analogice
Matematice
Comunicare serială
Definite de utilizator

Fig. 3. 8: Componentele limbajului Arduino IDE

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

42
Dintre toate componentele specificate mai sus, se menționează câteva structuri, variabile și funcții
ce au fost folosite la programarea unității de comandă pentru sistemul de acces controlat iar astfel se poate
observa și asemănarea cu C/C++:
• Rezultatul unei instrucțiuni cu un operator de comparare este fie adevărat, fie fals:
– x = = y (x este egal cu y)
– x != y (x nu este egal cu y)
• Când se citește sau scrie pe un pin digital există doar două valori posibile:
– HIGH
– LOW
• pinMode (pin, mode): configurează pinul specificat pentru a se comporta fie ca o intrare (INPUT)
fie ca o ieșire (OUTPUT); pin reprezintă numărul pinului care se folosește.
• digitalWrite (pin, value) – atribuim o valoare (HIGH sau LOW) unui pin digital.
• input_pullup – monitorizează starea unui switch/buton prin stabilirea unei comunicări seriale între
Arduino și PC prin USB.
• Serial.println(“Mesaj”) – afișează pe monitorul serial un mesaj presetat
• Serial.begin(9600) – pentru a începe comunicația serială cu PC -ul prin USB
Interfața om -mașină a sistemului este asigurată de către monitorul serial (Arduino Serial Monitor)
din software -ul Arduino IDE menționat și descris mai sus și ilustrat în figura 3.9. Monitorul serial poate
fi de mare ajutor la depanarea schițelor, c ontrolul Arduino -ului de la tastatura unui PC sau afișarea
diferitelor mesaje dintr -un program. [28]
Monitorul serial este o fereastră de tip pop -up separată care acționează ca un terminal separat ce comunică
prin primirea și transmiterea datelor seriale. Datele seriale sunt trimise printr -un singur fir (dar, de obicei,
în cazul nostru este transmis prin USB) și constră într -o serie de 1 și 0 -uri trimise prin fir. Datele pot fi
transmise în ambele direcții. Interfața Arduino IDE Serial Monitor este reprezen tată țn figura 3.9.

Fig. 3. 9: Arduino IDE Serial Monitor pe COM1 (USB)

În telecomunicații și transmisii de date, comunicarea serială este procesul de trimitere a datelor bit
cu bit, secvențial, pe un canal de comunicație sau pe o magistrală de date. A cest lucru este în contrast cu
comunicația paralelă, unde mai mulți biți sunt trimiși în ansamblu pe o legătură cu mai multe canale
paralele. [19]
Comunicarea serială este utilizată pentru toate comunicațiile pe distanțe lungi și pentru majoritatea
rețelel or de calculatoare, unde costurile cablurilor și costurile de sincronizare fac comunicarea paralelă
impractică. Comunicațiile seriale devin din ce în ce mai întâlnite chiar și la distanțe mai scurte, deoarece
îmbunătățirea integrității semnalului și a vite zei de transmisie în noile tehnologii seriale au început să
depășească avantajul simplificării magistralei paralele și să depășească dezavantajele sale. Legăturile de

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

43
comunicare pe care computerele – sau părți ale computerelor – le folosesc sunt fie serial e fie paralele,
figura 3.10. O legătură paralelă transmite simultan mai multe fluxuri de date de -a lungul mai multor canale
(de exemplu fire sau circuite imprimate). În timp ce o legătură serială transmite numai un singur flux de
date. Deși o legătură seri ală poate părea inferioară celei paralele deoarece transmite mai puține date pe un
ciclu de ceas, adesea este cazul în care legăturile seriale pot fi mai rapide decât cele paralele. Mai mulți
factori contribuie la o dezvoltare mai rapidă a comunicației ser iale precum:
• crosstalk -ul (interferența între două canale) este o problemă minoră în cazul comunicării seriale,
deoarece există mai puțini conductori în proximitate.
• în multe cazuri, comunicarea serială este mai ieftină de implementat, multe circuite i ntegrate au
interfețe seriale spre deosebire de cele paralele astfel încât au și mai puțini pini și prin urmare costul de
fabricare este mai mic.
• legătură serială necesită mai puține cabluri de interconectare (de exemplu fire sau fibre optice) și
prin ur mare ocupă mai puțin spațiu; spațiul suplimentar permite o izolare mai bună a canalului de
interferențe. Comunicarea serial și paralelă este reprezentată țn figura 3.10. [27]

Fig. 3. 10: Comunicarea serială și paralelă

De-a lungul anilor, zeci de protocoale seriale au fost create pentru a satisface nevoile specifice ale
sistemelor încorporate. USB (magistrala serială universală) și Ethernet, sunt câteva dintre cele mai
cunoscute interfețe seriale computerizate. Alte interfețe seriale foarte frecven te sunt SPI și I2C. Fiecare
dintre aceste interfețe seriale poate fi sortată într -una din cele două grupuri: sincronă sau asincronă. O
interfață serială sincronă împerechează întotdeauna liniile de date cu un semnal de ceas, astfel încât toate
dispozitivel e de pe o magistrală sincronă împart un ceas comun. Acest lucru conduce la un transfer mai
direct, adesea mai rapid dar necesită cel puțin un cablu suplimentar între dispozitivele de comunicare.
Exemple de interfețe sincrone includ SPI și I2C.[18] Asincron înseamnă că datele sunt transferate fără
suport de la un semnal de ceas extern. Această metodă de transmisie este perfectă pentru minimizarea
firelor necesare și a pinilor de intrare/ieșire (I/O), dar înseamnă că trebuie făcute eforturi suplimentare
pentr u a transfera și primi datele în mod fiabil. Este atât de comună încât atunci când majoritatea oamenilor
spun "comunicare serială", ei vorbesc despre acest protocol, asincron. Protocolul serial fără ceas este
utilizat pe scară largă în electronica încorpor ată, dacă se dorește adăugarea unui modul GPS, unul
Bluetooth, un LCD sau multe alte dispozitive externe practic vorbim de protocolul serial fără ceas
(asincron). [28]
Protocolul serial asincron are un număr de reguli încorporate – aceste reguli sunt defapt mecanisme
care ajută la asigurarea unui transfer de date robust și fără erori ( figura 3.1 1). Aceste mecanise sunt:

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

44
• Biții de date;
• Biții de sincronizare;
• Paritatea;
• Rata de transfer.

Fig. 3.1 1: Pachet de date

Prin varietatea acestor mecanisme de semnalizare se va descoperi că nu există o modalitate
singulară de a transmite datele serial. Protocolul este extrem de configurabil, partea critică este aceea de
a ne asigura că ambele dispozitive sunt configurate să folosească același protoc ol. [24]
Rata de transfer specifică cât de repede sunt trimise datele printr -o linie serială, de obicei această
valoare fiind exprimată în bps (biți pe secundă). Ratele de transfer pot fi setate la orice valoare în limita
rezonabilului – singura cerință es te ca ambele dispozitive să funcționeaze la aceeași rată. Una dintre cele
mai frecvente rate de transfer, în special pentru lucruri simple în care viteza nu este critică, este de 9600
bps (octeți pe secundă). Alte viteze standard sunt: 1200, 2400, 4800, 19 200, 38400, 57600 și 115200. Cu
cât este mai mare rata de transfer cu atât datele sunt transmise/primite mai rapid, dar există anumite limite
la care datele pot fi transmise. De obicei, nu se pot vedea viteze care depășesc 115200 bps (octeți pe
secundă) – este destul de rapid pentru majoritatea microcontrollelor iar ridicând viteza prea mult vor apărea
erori atunci când datele sunt primite deoarece ceasurile și perioadele de eșantionare nu pot ține pasul.
Fiecare bloc (de obicei un octet) de date transmise este de fapt trimis într -un pachet de date sau cadru de
biți. Cadrele sunt create prin adăugarea de biți de sincronizare și biți de paritate la datele trimise la fel ca
în figura 3.12.
Partea cea mai importantă a fiecărui pachet serial sunt datele transpo rtate. Cantitatea de date pe
care fiecare pachet o poate transmite poate fi setată la orice valoare între 5 și 9 octeți, mărimea standard a
unui pachet de date este de 8 octeți dar și celelalte valori au utilitatea lor; un pachet de date pe 7 octeți
poate fi mai eficient decât unul pe 8 mai ales dacă se transferă doar caractere ASCII care sunt pe 7 octeți.
Biții de sincronizare sunt doi sau trei octeți speciali transferați cu orice pachet de date serial, ei
sunt octeții de start și octeții de sfârșit, ace ști octeți marcând începutul și sfârșitul unui pachet. Octetul de
start este indicat de o linie de date inactivă care merge de la 1 la 0 în timp ce bitul de oprire va trece înapoi
în starea inactivă, ținând linia la 1. [25]

Dispozitive de intrare

În intr oducerea acestui capitol s -a stabilit ca se dorește crearea unui echipament automat de
transport al PCB -urilor, ca urmare trebuie să existe anumite reguli implementate in procesul de producție,
reguli ce vor trebui să se regăsească și în logica de funcțio nare a conveyor -ului. Prin aceste reguli fac
referire la situațiile în care plăcile electronice vor trebui inspectate sau situațiile în care echipementul va
trebui să anunțe prin semnal acustic o eventuală abatere de la ciclul normal de funcționare.
Pentru partea de detecție a a PCB -urilor se vor folosi senzori fotoelectrici de tip Omron utilizați în mod
normal în aceste aplicații. [34]
Senzorul E3S -LS3 produs de compania Omron oferă soluții profesionale și precise pentru
detectarea unei prezențe, fii nd utilizate în mod curent în industria producției de plăci electronice. Acest

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

45
tip de senzor, fie că este vorba de cel enunțat mai sus și folosit în lucrarea de față, fie că este vorba de alți
producători, este folosit pe marea majoritate a echipamentelor de producție electronică. În ultimii ani, în
componența echipamentelor din industria de producție a plăcilor electronice se observă o tendință de
înlocuire a senzorilor fotoelectrici cu cei ultrasonici, aceștia din urmă având avanatajul că nu sunt sensibil i
la culorile sau relexiile plăcilor ce urmează a fi detectate. [6]
Constructiv, senzorul reprezintă un circuit electronic format dintr -un emitor și un receptor de tip
fototranzistor cu colector în gol, NPN ( figura 3.12). Ca și mod de funcționare, acesta se bazează pe
emiterea unei lumini care va fi reflectată spre receptorul cu colector în gol în momentul în care lumina
emisă se lovește de placă sau un oarecare obiect interpus pe direcția luminii. Astfel, se receptează lumina
de către fototranzistorul int ern urmând a se deschide joncțiunea emitor colector. [33]

Fig. 3.12: OMRON E3S -LS3

Dispozitive de ieșire

Dispozitivele de ieșire în cadrul lucrării de față sunt motorul, buzzerul pentru atenționare acustică
și afișajul LCD care afișează statusul conveyorului cât și mesajele de eroare.
Motorul folosit este unul de curent continuu, alimentat la 12 volți. Acesta are rolul principal vizibil
într-un echipament de transport. Acesta nu poate executa însa mișcarea dacă nu primște instrucțiunile d e
tipul cînd și cât să fie pornit. Din păcate, datorită multiplelor probleme de proiectare mecanică, aliniament,
ghidaje pentru curele, folosirea rulmenților, precum și a elementelor de construcție de tipul hobby,
neavând posibilitatea unor materiale indus triale profesionale, în varianta finală nu s -a utilizat motorul ci
se va vedea pe un led martor momentul cand este oprit și pornit . Prin punerea în funcțiune a motorului au
aparut probleme în ceea ce privește stabilitatea curelelor pe rolele de ghidaj, da r mai ales prin introducerea
semanalelor parazite în circuitul electronic. S -a încercat folosirea condensatoarelor pentru filtraj dar
semnalele parazite nu au fost ameliorate astfel încat să nu fie afectată funcționalitatea
microcontrolereului. [35]
Motoru l este cuplat fizic pe locul unde trebuie, având un ax cu doua role ce angreneaza curelele.
Este deconectat electric, motiv pentru care a fost simulat modul de functionare cât și eventualele erori
prin transportul manual al plăcilor de test folosite.
Pentru a stabili o bună comunicare între operator și sistemul automat, unitățile de afișare joacă un
rol important. Și astfel sunt o parte importantă a sistemelor încorporate. Unitățile de afișare mari sau mici,
lucrează pe același principiu de bază. Pe lângă unitățile de afișare complexe precum afișajele grafice și
dispozitivele 3D, trebuie luat în considerare lucrul cu afișaje simple, cum ar fi unitățile de 16×1 și 16×2.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

46
Afisajul LCD 1602 va avea 32 de caractere în total, 16 în prima linie și alte 16 pe lini a a doua.
Aici se înțelege că în fiecare caracter există 5×10 pixeli, astfel încât pentru a afișa un caracter, toți cei 50
de pixeli trebuie să lucreze împreună. [28]
În LCD 1602 există 16 pini, dacă există o lumină de fundal, în cazul în care nu există lu mină de fundal,
vor exista doar 14 pini. Dintre cei 14 pini există 8 pini de date (7 -14 sau D0 -D7), 2 pini de alimentare (1
& 2 sau VSS & VDD sau GND & + 5v), al 3 -lea pentru controlul contrastului (V0) și 3 pini de control
(RS & RW & E), la fel ca în figu ra 3.1 3. [19]

Fig. 3.1 3: Dispunere pini afișaj LCD 1602

Spre deosebire de plăcile normale de dezvoltare, interfața unui LCD cu un Arduino este destul de
ușoară. Trebuie doar să fie definite numerele de pin și va fi gata să afișeze date pe ecranul LCD.
Arduino IDE permite utilizatorului să utilizeze LCD -ul în modul de 4 biți. Acest tip de comunicare permite
utilizatorului să reducă utilizarea pinilor pe placa de dezvoltare, spre deosebire de alte plăci de dezvoltare,
nu trebuie să fie progr amată separat pentru utilizarea acestuia în modul de 4 biti, deoarece Arduino este
configurat pentru a comunica în mod 4 biți. [28]
Pentru a avertiza operatorul în ceea ce privește semanlarea unei situații anormale legate de ciclul
normal de funcționare, este utilizat un buzzer activ. Un buzzer activ generează sunetul în sine, avand
încorporat un generator de frecvență. Deci, se poate porni și opri cu doar un pin Arduino, la fel cum se
pornește și se oprește un LED. [29]

3.3 Proiectare și imp lementare software

Implementarea software a sistemului a fost realizată cu ajutorul plăcuței de dezvoltare Arduino
respectând schema logică de funcționare. De asemenea, plecând de la schema bloc a sistemului ( figura
3.14 ) , unde sunt redate eleméntele de intrare și ieșire s -au setat intrările și ieșirile folosite în partea
software.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

47

Fig. 3.1 4: Scema bloc a machetei

În softul sistemului au fost folosite temporizări și întreruperi. Temporizările sunt folosite la
inițializarea sistemului. Întreruperile sunt folosite la erorile sistemului. Astfel, o eroare apare cauzată de o
întrerupere a ciclului normal de funcționare, ducând la apariția mesajului de eroare cât și la avertizarea
acustică.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

48

Fig. 3.1 5: Schema logica a sistemului transportor

În figura 3.1 5 este prezentată schema logică de funcționare a conveyorului. Schema logică
prezentată în figura de mai sus a fost realizată pe blocuri funcționale. Schema logică este în strânsă legătură
cu scrierea programului microcontroler, fiind de fap t partea ce precede scrierea softului.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

49
Diagramele de secvențe descriu interacțiunile dintre două sau mai multe entități și ordinea în care
mesajele sunt schimbate între acestea. Sun folosite în special pentru a reprezenta
Interacțiunile dintre obiecte, în cazul nostrum interacțiunile dintre părțile componente ale machetei , așa
cum se observă în figura 3.16.

Fig. 3.1 6: Diagrama logică a conveyorului

3.4 Funcționalitatea și testarea machetei

Într-un mod obișnuit, și la prima vedere rolul sistemului de transport al plăcilor electronice utilizat
pe liniile de producție SMT este acela de a prelua placa, aflată în diferite stadii de producție, de la
echipamenul precedent și a o transfera spre echipamentul următor. În procesul de producție lucr urile nu
se pot simplifica atât de mult deoarece intervin mai multe cazuri în care placa nu urmeaza traseul normal.
Astfel, apar plăci inspectate vizual care vor prezenta defecte și este posibil ca ele sa fie clasificate ca și
rebut făra a mai aștepta fina lizarea procesului de producție. Dacă o placă este preluată de pe banda
transportoare manual , automatul programabil folosit în industrializare, sau placa Arduino folosită în
proiectul prezent va știi că a fost preluată o placa dar aceasta nu a ajuns pe se nzorul de ieșire, detectând
astfel o cauză anormală in ciclul normal de funcționare. În acest moment se va afișa un mesaj de eroare
pe display -ul machetei. Este unul din exemplele apărute în situațiile reale.
Primul ciclu de funcționare la punerea sub te nsiune este ciclul de inițializare. Astfel, la pornirea
echipamantului, motorul va porni pentru a verifica dacă sistemul de transport al plăcilor este gol. Dacă
senzorul de ieșire nu va detecta nicio prezență, motorul va funcționa un timp prestabilit cu a jutorul unui
timer, după care se va opri intrând în modul de așteptare placă de la echipamentul precedent. Dacă însa
va detecta o placă, motorul se va opri când placa ajunge sub senzorul de ieșire, moment în care va aștepta
semnal de la mașina următoare. D acă primește semnal că poate să trimită placa, motorul va porni din nou
până ce placa va ieși de pe conveyor. În situația reală, motorul se va opri după ce placa iese din raza de
acțiune a senzorului. Aici va trebui intorodus un mic timer care să mai menți nă motorul pornit pentru a
evita situația de blocare a plăcilor între echipamente, datorită faptului că placa electronică nu a ieșit
complet de pe echipamentul precedent în momentul preluării acesteia de către echipamentul următor.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

50
Dupa inițialiazare echip amentul va intra în modul automat de lucru. Astfel dacă butonul de
inspecție nu este activat și curelele transportoare sunt libere, senzorul de ieșire nedetectând prezența unei
plăci , mașina asteaptă comanda de primire placă de la echipamentul de intrare, Smema In. Astfel, se va
apăsa butonul ce simulează smema in și motorul se va pune în funcțiune până în momentul în care placa
ajunge pe senzorul de ieșire. Acolo se va opri ți se va aștepta semanlul de trecere mai departa, venit de la
echipamentul următo r care îi va confirma faptul că este liber și va putea prelua placa aflată pe conveyorul
nostru. Dacă nu se apasă butonul Smema OUT, placa va rămâne în așteptare pe senzorul de ieșire până ce
va primi semnalul de plecare. Dacă în acest moment conveyorul nu primește semnalul de trecere mai
departe și placa este luată manual de sub senzor, conveyorul va intra în eroare. Eroarea în astfel de caz
este aceea de PCB căzut de pe conveyor, pentru că nu a fost respectat circuitul normal de funcționare și
nu se va șt ii ce s -a întâmplat cu placa ajunsă sub senzor dar netrecută mai departe. De asemenea, dacă sub
senzorul de ieșire este sesizată o placă ce nu a fost preluată de la echipamentul anterior, deci nu a fost
primit semnalul de smema in, conveyorul va afișa mesa jul de eroare placă necunoscută.
Modul de inspecție permite oprirea plăcii sub primul senzor unde se simulează o inspecție vizuală
suplimentara a plăcii. Astfel, la activarea butonului de inspecție placa se va opri și nu va trece mai departe
spre senzorul de ieșire până ce nu i se va confirma terminarea inspecției cu ajutorul butonului de inspecție
completă. Ciclul este repetitiv la fiecare placă dacă butonul de inspecție este activat. Când se va activa,
conveyorul va reveni la ciclul de funcționare normal ă în care așteapta semanlul de primire placă, preia
placa, o transportă până la ieșire și acolo așteaptă semanlul de echipament liber, pentru a o transmite spre
mașina următoare.
Macheta conveyorului folosește patru butoane din care unul este de tipul comu tator cu reținere
este folosit pentru activarea funcției de inspecție, funcție ce permite plăcii să fie oprită pe banda
transportoare în vederea unei inspecții vizuale. Când această funcție este activată, placa se va opri sub
primul senzor, când acesta o d etectează, oprind astfel motorul. Se simulează astfel necesitatea unei
inspecții suplimentare vizuale a plăcilor electronice. După ce inspecția a avut loc și se dorește continuarea
procesului de producție, se apasș al doilea buton de tipul push fară reține re. Acest buton are rolul de
confirmare a inspecției, placa fiind astfel transportată spre al doilea senzor aflat la ieșirea conveyorului.
Celelalte două butoane de tipul push făra reținere sunt amplasate unul în stanga, unul în dreapta
machetei. Aceste bu toane sunt folosite pentru a simula situația practică a echipamentului, echipament
interconectat între altele folosite pe linia de producție. Aici este vorba de semnale primite de
echipamentele aflate înainte și după conveyor, regulă valabilă pentru toate tipurile de echipamente
utilizate în industria electronică. Pentru a putea explica mai bine protocolul de comunicare Smema trebuie
să amintim echipamentele utilizate în producția plăcilor electronice, parcurgând pașii de la o placă goală
( PCB) până la o p lacă populată și inspectată corespunzător. Astfel, linia este compusă din echipamente
principale care participă sau verifică procesul de producție. Între aceste echipamente se află sisteme de
transport de tip conveyor care transportă plăcile de la un echip ament la altul. În ceea ce privește o linie de
producție de tipul SMT (Sourface mounted technology) echipamentele principale ce o compun sunt
următoarele:
1. Echipamentul de înmagazinare a plăcilor goale și distribuirea plșcilor pe rând, în linia de produc ție
( exemplu de producatori: ASSYS, NUTEK, YJ LINK, JOT).
2. Mașina de printat etichete care este responsabilă cu imprimarea unui cod de bare liniar sau de tip
matrice în care se regăsesc unele informații ala produsului. Acest tip de echipament poate fi c u imprimare
cu tonner pe o etichetă adezivă care ulterior, automat, va fi lipită pe placă. De asemenea, tendința actuală
este aceea de a înlocui acest tip de echipament cu cele ce fac gravură laser a codului de bare. ( IPTE,
NUTEK, JOT, YJ LINK, etc)

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

51
3. Mașina de aplicat pastă de cositor pe padurile plăcilor. Este mașina care aplică pastă de cositor pe
plăci cu ajutorul unor matrițe de tip stencil care au decupaje laser ce coincid ca și coordonate cu pad -urile
de pe placa goală. Pasta de cositor este un ame stec format din particule foarte mici de cositor amestecate
cu flux. ( DEK, VERSAPRINT).
4. Mașina de inspecție a printării cu pastă de cositor de tip SPI ( Solder Paste Inspections) cu ajutorul
unei camere și a unor proiecții luminoase inspectează volumul de pastă pus pe plăci. Modelele noi sunt
capabile să transmită informații de ajustare a parametrilor de printrare către mașina ce printeaza cu pastă
de cositor ( OMRON, KOH YOUNG, CYBER OPTICS).
5. Mașina de plantat componente electronice ( Pick & Place) este, poate, cel mai important
echipament din respectivul proces de producție. Este mașina care se ocupă de montarea componentelor
electronice la coordonatele programului. Componentele sunt așezate pe diferiți suporți de tip rolp, baghetă
sau tavă. Acestea sunt ridicate cu ajutorul vacuumului, sunt transporatate la coordonatele de plantare.
Ajunse în acest punct, mașina întrerupe vacuumul lăsând componenta pe padurile acoperite cu pastă de
cositor ( FUJI NXT, SPLACE, MICRONIK).
6. Cuptorul care topește past a de cositor, eliminș surplusul de flux prin evaporare apoi urmeazș
întarirea lipiturilor de cositor. Această mașină este împarțită pe mai multe zone de temperatură, cu o pantă
de creștere treptat, menținere pentru punctul de topire apoi răcirea treptată. În funcție de tipul
componentelor folosite se crează un profil de temperatură, fiind reprezentat de un grafic ce are ca și
variabile timpul ( care depinde de viteza de deplasare a plăcii pe fiecare zonă) și temperatură. Ultimele
zone sunt prevăzute cu vent ilatoare pentru răcire ( BTU International, ROHM, ERSA).
7. Mașina de inspecție a componentelor. Este mașina ce inspectează șezarea componentelor pe placă,
montarea corecta a lor în ceea ce privește tipul de componentă, orientarea, acuratețea de poziționar e pe
padurile de lipire, etc. Modelele noi sunt capabile să transmită către mașina de plantat componente
coordonate de ajustare a plantării în cazul în care apar componente deplasate. De asemenea, această
mașină este capabilă să clasifice plăcile inspectat e ca fiind „ GOOD” sau „NOT GOOD”. Astfel de
clasificare este utilă în cazul folosirii unei magazii de stocare a plăcilor procesate care poate stoca într -o
parte plăcile bune iar în altă parte plăcile cu anumite defecte ( OMRON, VISCOM, KOH YOUNG ).
8. Echipamentul de înmagazinare, așa cum este descris și mai sus este capabil să înmagazineze plăcile
bune sau pe cele cu defecte. De obicei este ultimul echipament aflat pe o linie de producție a plăcilor
electronice ( YJ LINK, JOT, ASSYS).
Pe lângă aceste ech ipamente principale mai pot apărea anumite echipamente auxiliare în funcție
de tipul de plăci fabricate, timpul de componente, etc. Toate aceste echipamente principale sunt de obicei
interconectate între ele cu echipamentele de tip conveyor. ( YJ LINK, JOT , NUTEK, ASSYS, E -CUBE,
IPTE). Comunicarea între toate componentele liniei de producție se realizează cu un protocol standard,
denumit Smema . Legăturile electrice ai acestui protocol se regăsesc în figura 3.17. Este un protocol apărut
in anul 1984 și este compus din doi conectori care comunică unul cu mașina dinainte si al doilea cu mașina
de după. Prin acest protocol se transmite starea mașinii către urmatoarea sau se preia starea mașinii de la
cea precedentă. Astfel, echipamentul din aval primește un semn al în PLC în momentul când aceasta este
pregatită să trimită placa mai departe, daca este procesată. Dacă echipamentul din aval este pregătit să
preia placa îi confirmă pe alți pini din conectorii tip smema. Aceste transmiteri de stări și confirmari sunt
contacte realizate cu relee, contacte ce întrerup sau nu un semnal din PLC, semnal care este folosit în
logica de funcționare a echipamentelor. Această comunicare este utilizată de la primul pâna la ultimul
echipament. Primul echipament nu are semanl IN iar ultimul nu are semnal OUT.
Butoanele prezente pe macheta realizată pentru lucrarea de fața simulează acel contact ce ajunge
in PLC -ul echipamentelor industriale. Butoanele IN și OUT sunt legate ca elemente de intrare in lucrare,
chiar dacă în realitate, e chipamentele industriale preiau semnal de la masina precedenta pe o intrare in

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

52
PLC și trimit un semnal spre urmatoarea mașină printr -o ieșire. Aceste semnale sunt transmise prin relee
pentru că unele echipamente lucrează cu semnal pe partea de plus 24 volț i, altele pe partea de minus 24
de volți. Se realizează astfel și o izolare galvanică între echipamente, izolare necesară mai ales daca
echipamentele sunt produse de producători diferiți ce pot utiliza semnal diferite ca și polaritate

Fig. 3.1 7: Conexiunea conectorilor SMEMA (Previous Smema, Next Smema)

Macheta a fost concepută să lucreze într -un mod asemănător echipamentelor industriale, urmărinc
concepția de funcționare a producătorului coreean YJ Link.
La alimentarea machetei aceasta pornește într -un ciclu d inițializare care simulează verificarea
benzii transportoare: Această verificare este necesară pentru a evita situația în care două plăci pot ajunge
să se aglomereze. Această situație, dacă nu se făcea ciclul de inilțializare -verif icare, se producea când o
placă a rămas pe segmentul de transport în momentul opririi echipamentului, iar a doua ar fi venit de la
echipamentul precedent. Astfel, la inițializare motorul este pornit timp de 15 secunde, timp suficiente în
care banda ar fi f ăcut o tură completă. Dacă un este sesizată nicio prezență pe senzorul de ieșire,
echipamentul va intra în modul de așteptare placă. Dacă va detecta prezența unei plăci, aceasta va rămâne
sub senzorul de ieșire până ce conveyor -ul va primi comanda de trimi tere către echipamentul următor. Căt
timp este placă pe senzorul de ieșire, echipamentul un va prelua altă placă, chiar dacă a priit semnal de
preluare.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

53
Modul automat de lucru al machetei este modul în care macheta lucrează, preluând semnale de la
echipam entul precedent si de la cel următor. Astfel, în momentul când macheta este în starea de așteptare
și fără a avea placă sub senzorul de ieșire, aceasta primește semnal de la mașina precedentă. În acest
moment, motorul pornește, preluând placa pe bandă și t ransportând -o până sub senzorul de ieșire. Placa
va rămâne sub sensor până când va permite semnal că poate transmite placa spre echipamentul următor.
În acest moment, motorul pornește din nou pentru a preda mai departe placa. În acest mod de lucru,
conveyo rul poate avea două alarme. Alarmele sunt afișate pe LCD dar și anunțate prin intermediului
alarmei acustice produce de buzzer. Prima alarmă apare în momentul în care placa aflată sub senzorul de
ieșire este îndepărtată manual, îndepărtare ce nu a fost urm are a faptului că echipamentul urmator i -a trimis
semnal. Aici apare eroarea ”Drop PCB”. Situația este interpretată de către Arduino că placa a căzut de pe
conveyor, putând fi astfel și o problemă de lățime, astfel încât lățimea părșii transportoare să fie mai mare
decât lățimea plăcii. Al doilea mesaj de eroare apare dacă senzorul de ieșire sesizează o placa ce nu a
ajuns sub el ca urmare a preluării plăcii de la echipamentul anterior prin confirmarea semalului pe intrare.
Astfel apare eroarea ”PCB unknow ” ( figura 3.18).
Modul de inspecție este selectat din comutatorul cu reținere, comutator ce va fase comutarea între
modul de inspecție și modul automat de lucru. Astfel, în modul de inspecție, placa este preluată de la
echipamentul anterior prin aceeași metodă, dar un mai este transportată până la ieșire ci doar până sub
primul sensor unde se presupune că placa se va inspecta manual sau poate chiar monta manual o
componentă pe care mașinile automate nu o pot pune pe placă din anumite motive ( poate compon enta
respectivă să necesite o preformare prealabilă). După ce operația a fost executată, operatorul confirmă
acest lucru cu ajutorul butonului de ”Inspect complete ” aflat în dreapta ecranului LCD. Dupa confimare,
motorul pornește ducând placa sub ultimul senzor, spre ieșire, de unde va trece mai departe dupa primirea
semnalului. Aceleași erori ca și în cazul modului automat de lucru apar și în cazul modulul de inspecție,
dar de data aceasta primul sensor va fi cel care va depista o deviație de la ciclul no rmal de funcționare.
Pentru simulare și testare au fost folosite plăcuțe demo produse de Micronik. Senzorii fiind speciali
concepuți să reflecte mai bine de pe suprafața PCB -ului, utilizarea altor obiecte sau doar a mâinii sub
senzori un este recomandată, senzorii nemailucrând corespunzători, chiar dacă se vor fase ajustări din
semireglabilul de sensibilitate aflat pe senzori.

Fig. 3.1 8: Mesaje afișate de ecranul LCD

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

54
Capitolul 4
Concluzii

Lucrarea de față prezintă un concept de sistem de transport folosit îndeosebi în industria de
producer a plăcilor electronice. În cee ace privește părțile electrice componente și mai precis unitatea
centrala de comandă aceasta a fost înlocuită cu o plăcuță de tip Arduino. Această înlocuire se datoreaz ă
mai multor aspect printer care amintim prețul ridicat al folosirii unui PLC atât ca și costl lui direct dar și
indirect prin prețul mediului de programare, diferit de la producător la altul, câteodată chiar diferit și între
două modele ale aceluiași prod ucător.
Sistemul prezentat se poate mult îmbunătății din toate punctele de vedere, caz în care cu siguranță
și partea hardware va trebui înlocuită. Pentru adăugarea de elemete de intrare și/sau ieșire suplimentare,
placa Arduino Uno va trebui înlocuită cu o alta ce va permite mai multe intrări și ieșiri. Îmbunătățirile pot
apărea doar după ce sistemul transportor va avea o întrebuințare precisă și după ce se va cunoaște
poziționarea lui în linia de producție reală.
De asemenea, la conceperea unui astfel de sistem, un aspect foarte important ce va trebui urmărit
este acela de Securitate și protecția muncii. Se va acorda o atenție sporită elementelor de siguranță,
sistemului constructiv electric și mecanic astfel încăt să nu pună în pericol integritatea person alului ce va
intra în contact cu echipamentul. Astfel, vor fi prevăzute butoane de oprire de urgență, dar se va avea grijă
și din construcție la evitarea riscurilor de operare, manipulare.
În momentul de față, concurența echipamentelor din aria SMT este d estul de mare, pe piață
existând deja câțiva producători ce se află mereu în concurență unul ce altul. Astfel, echipamentele au
ajuns la o performanță deosedită și se caută mereu inovații noi pentru anumite condiții și criterii de
producție. La chipamentel e principale ale liniei, principala problemă pe care se pune accent este
reducerea timpului de procesare al unei plăci electronice. La sistemele de transport de conveyor, direcția
în care se merge este simplitatea și reducerea elementelor constructive ce a duc probleme în cee ace
privește funcționalitatea. Fiind un echipament secundar, ce nu este implicat în mod direct în procesul de
producție, se urmărește a se reduce pe cât posibil timpii de staționare ai acestora. Astfel, staționarea unui
echipament de tr ansport în timpul producției poate avea un impact foarte mare în cee ace privește
productivitatea liniei. De aceea, unul dintre aspectele cele mai importante în alegerea unui system de
transport de tip conveyor este fiabilitatea lui, precum și o modalitate ușoară de operare.
În concluzie, în ceea ce privește alegerea un system de transport utilizat în industria producerii de
plăci și subansamble electronice se au în vedere atât utilitatea lui pentru alte funcții suplimentare cum af
fi funcția deinspecție , simplitatea lui în operare dar și posibilitatea de remediere rapidă a defectelor
acestuia pentru a preveni staționarea liniilor de producție.

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

55

Bibliografie

01. http://conspecte.com/Logistica/transporturile -de-materii -prime -materiale -si- marfuri.html
02. https://www.iprotectiamuncii.ro/norme -protectia -muncii/nssm -57
03. http://www.nutek -europe.com/used -stock/laser -marking -system -series -3/
04. http://www.smtnet.com /index.cfm?fuseaction=search_submit&searchstring=dek%20h
05. orizon%2003i&collection=site_catalog
06. https://www.slideshare.net/danro98/solder -paste -screen -printing
07. http://www.ia.omron.com/products/category/sensors/index.html
08. http://www.apexfa.com /product/sj -inno-tech/
09. http://www.siplace.com/en/smt
10. http://www.support.elmark.com.pl
11. http://www.senju -m.co.jp/en/product/ecosolder/lowsilver/
12. http://www.viscom.com/europe/products/solder -joint-inspection -aoi/s6056 -high-end- aoi/
13. http:/ /www.miselectronics.com/PCB -AOI-Testing.html
14. https://www.sparkfun.com/tutorials/58
15. http://morethanall.manufacturer.globalsources.com/si/6008815397891/pdtl/USB –
2.0/1066309863/Micro -USB -Connector -SMT -Reel.htm
16. http://oeeindustrystandard.oeefounda tion.org/oee -calculation/
17. http://www.teknis.co.uk/c -1134 -shelving.aspx
18. http://ndcsolutions.com/building -agvs/
19. “Arduino – ArduinoBoardMega2560”. arduino.cc.
20. “Arduino breadboard shield: $10 & 10 mins”. todbot blog.
21. “Arduino Shields for Prototyping”. tigoe.net.
22. http://www.yjlink.com
23. http://www.asys.de
24. http://electronica -azi.ro/2009/02/21/despre -programele -ipc-de-certificare/
25. Limbajul C# pentru începători ,Mediul de programare Visual Studio – Liviu Negrescu , 2008
26. Java de la 0 la expert – Ștefan Tănasă, Cristian Olaru, Ștefan Andrei , 2010
27. Programming Arduino: Getting Started with Sketches, Second Edition – Simon Monk , 2015
28. Arduino Workshop: A Hands -On Introduction with 65 Projects – John Boxall , 2016
29. Arduino: 101 Beginners Guide – Erik Savasgard , 2016
30. Digital Control of Electrical driver -Springer – Slobodan N. Vukosavic , 2002
31. Transmission and Distribution Elect rical Engineering – C.R. Bayliss and B.J. Hardy , 2000
32. Sensor Technology Handbook – Jon Wilson , 2009
33. Sensor Systems: Fundamentals and Applications Clarence W. De Silva , 2016
34. Fundamentals of Sensors for Engineering and Science – Patrick F. Dunn , 2011
35. Mechatronics: Fundamentals and Applications – Clarence W. de Silva, Farbod Khoshnoud, Maoqing
Li, Saman K. Halgamuge , 2015

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

56

Anexa 1

A1. Codul sursă aferent sistemului

/*
The circuit:
LCD RS pin to digital pin 12
LCD Enable pin to digital pin 11
LCD D4 pin to digital pin 5
LCD D5 pin to digital pin 4
LCD D6 pin to digital pin 3
LCD D7 pin to digital pin 2
LCD R/W pin to ground
LCD VSS pin to ground
LCD VCC pin to 5V
10K resistor:
ends to +5V and ground
wiper to LCD VO pin (pin 3)
*/
// include the library code:
#include <LiquidCrystal.h>
#define motorON digitalWrite(motor, LOW);
#define motorOFF digitalWrite(motor, HIGH);
#define sensorInspect 6
#define sensorOut 7
#define smemaOut 8
#define smemaIn 9
#define runButton 10
#define motor A0
#define inspectModeBtn A1
#define buzzer A2
// initialize the library by associating any needed LCD interface pin
// with the arduino pin number it is connected to
const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

57
uint8_t timerCounter = 0;
uint8_t refreshLcd = 30;
bool start = true;
bool pcbDetected = false;
bool requestPCB = false;
bool availablePCB = false;
char LCDfirstLine[16];
char LCDsecondLine[16];
bool refresh = true;
bool error = false;
bool buzzerPulse = false;
bool pcbInspect = false;
bool inspectCompleted = false;
bool InitConveyor(void) {
lcd.clear();
lcd.print("Initializing…");
bool isPCB = false;
char buffer [10];
//reset timer
timerCounter = 0;
//Motor ON
motorON;
/*daca exista pcb la pornirea conveyorului asteptam sa -l detecteze sensorul de iesire
sau daca nu exista pcb pe conveyor se asteapta terminarea timerului
*/
while (timerCounter < 15 && !isPCB) {
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(itoa(timerCounter, buffer, 10));
refresh = false;
if (digitalRead(sensorOut)) {
isPCB = true;
}
}
motorOFF;
return isPCB;
}
void initIO() {
pinMode(sen sorInspect, INPUT_PULLUP);
pinMode(sensorOut, INPUT_PULLUP);
pinMode(smemaOut, INPUT_PULLUP);
pinMode(smemaIn, INPUT_PULLUP);
pinMode(smemaOut, INPUT_PULLUP);
pinMode(runButton, INPUT_PULLUP);
pinMode(inspectModeBtn, INPUT_PULLUP);
//analog p ins used as digital
pinMode(motor, OUTPUT);

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

58
pinMode(buzzer, OUTPUT);

}
void initTimer1() {
noInterrupts(); // disable all interrupts
TCCR1A = 0;
TCCR1B = 0;
TCNT1 = 0;
OCR1A = 31250; // 31250 compare match register 16MHz/256/2Hz
TCCR1B |= (1 << WGM12); // CTC mode
TCCR1B |= (1 << CS12); // 256 prescaler
TIMSK1 |= (1 << OCIE1A); // enable timer compare interrupt
interrupts();
}
void checkSMEMA() {
if (buttonDebo unce(smemaOut))requestPCB = true;
if (buttonDebounce(smemaIn))availablePCB = true;
}
void runMode() {
//reset timer counter
timerCounter = 0;
checkSMEMA();
error = false;
if (pcbDetected && requestPCB) {
motorON;
printStatus("Motor on", "––––– >>");
while (digitalRead(sensorOut)) {
displayLcd();
delay(100);
}
motorOFF;
pcbDetected = false;
requestPCB = false;
}
else if (!pcbDetected && availablePCB) {
motorON;
printStatus("Motor on", ">> ––––– ");
while (!digitalRead(sensorOut)) {
displayLcd();
delay(100);
}
motorOFF;
pcbDetected = true;
availablePCB = false;
}
else if (pcbDetected && !digitalRead(sensorOut)) {

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

59
error = true;
print Status("Error", "PCB dropped !");
}
else if (!pcbDetected && digitalRead(sensorOut) && !requestPCB) {
error = true;
printStatus("Error", "PCB unknow!");
while (digitalRead(sensorOut)) {
displayLcd();
delay(100);
};
}
else if (!pcbInspect && !digitalRead(sensorInspect) && !requestPCB) {
error = true;
printStatus("Error", "PCB unknow!");
while (!digitalRead(sensorInspect)) {
displayLcd();
delay(100);
};
}
}
void inspectMode() {
//reset timer counter
timerCounter = 0;
checkSMEMA();
error = false;
if (buttonDebounce(runButton))inspectCompleted = !inspectCompleted;
else if (pcbDetected && requestPCB) {
motorON;
printStatus("Motor on", " ––––– >>");
while (digitalRead(sensorOut)) {
displayLcd();
delay(100);
}
motorOFF;
pcbDetected = false;
pcbInspect = false;
requestPCB = false;
}
else if (!pcbInspect && availablePCB) {
motorON;
printStatus("Motor on", ">> ––––– ");
Serial.print("SMEMA IN");
while (digitalRead(sensorInspect)) {
Serial.print(">");
displayLcd();
delay(100);

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

60
}
Serial.print("motor off");
motorOFF;
pcbInspect = true;
availablePCB = false;
}
else if (pcbInspect && inspectCompleted) {
motorON;
printStatus("Motor on", " ––>>––– ");
while (!digitalRead(sensorOut)) {
displayLcd();
delay(100);
}
motorOFF;
pcbInspect = false;
pcbDetected = true;
inspectCompleted = false;
}
else if (!pcbInspect && !digitalRead(sensorInspect) && !requestPCB) {
error = true;
printStatus("Error", "PCB unknow!");
while (!digitalRead(sensorInspect) || digitalRead(sensorOut)) {
displayLcd();
delay(100);
};
}
else if (!pcbDetected && digitalRead(sensorOut) && !requestPCB) {
error = true;
printStatus("Error", "PCB unknow!");
while (digitalRead(sensorOut)) {
displayLcd();
delay(100);
};
}
}
bool buttonDebounce(uint8_t button) {
if (!digitalRead(button)) {
delay(100);
while (!digitalRead(button)) {}
//TODO real debounce
return true;
}
return false;
}
void printStatus(char firstLine[16], char secondLine[16]) {
for (uint8_t i = 0; i < 16; i++) {

Sistem de transport al plăcilor electronice în procesul de producție

61
LCDfirstLine[i] = firstLine[i];
LCDsecondLine[i] = secondLine[i];
}
}
void displayLcd() {
if (refresh) {
lcd.clear();
lcd.print(LCDfirstLine);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(LCDsecondLine);
refresh = false;
}
}
void setup() {
initIO();
initTimer1();
lcd.begin(16, 2);
Serial.begin(9600);
pcbDetected = InitConveyor();
}
void loop() {
bool inspect = digitalRead(inspectModeBtn);
bool pcbInspect = !digitalRead(sensorInspect);
if (!inspect) {
pcbDetected ? printStatus("Running…", "PCB on Output") : printStatus("Running…", "No PCB");
runMode();
} else {
if (pcbDetected) {
printStatus("Inspect…", "PCB on Output");
} else {
pcbInspect ? printSta tus("Inspect…", "PCB on Inspect") : printStatus("Inspect…", "No PCB");
}
inspectMode();
}
displayLcd();
}
ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
timerCounter++;
refresh = !refresh;
digitalWrite(buzzer, LOW);
if (error) {
buzzerPulse = !buzzerPulse;
digitalWrite(buzzer, buzzerPulse);
}