Explicitare titlu [308603]

Introducere

Explicitare titlu

Prezenta lucrare are menirea de a prezenta implementarea unei tehnologii noi ([anonimizat] a [anonimizat]) într-o [anonimizat].

Contextul implementării este dat de achiziționarea unei întregi linii de producție dedicată unui nou client de talie mondială din industria energetică și aerospațială. Noua linie de producție și asamblare urmează a susține producția în volume mari de contoare de gaz și curent pentru compania americană.

[anonimizat]: depunerea de pastă de cositor (DEK), inspecția 3D a pastei de cositor depusă (Koh-Young), plasarea componentelor SMD (SiPlace), cuptor (OmniMAX), inspecție vizuală automatizată a componentelor plasate (KohYoung), depanelizarea plăcilor (ASYS), inserția manuală a componentelor cu terminale prin găuri și inspecția acestora înainte de lipire ([anonimizat]), lipirea cu val (Electrovert) și lipirea selectivă cu val (ERSA), robotul de lipire (MTA MPS700), ajustarea manuală a lipiturilor, testarea plăcilor și asamblarea finală.

Domeniu de exploatare

Robotul MTA MPS700 [anonimizat]-val sau cu tradiționala lipire selectivă cu val de cositor. Având ca soluție tehnologică lipirea din partea inferioară a [anonimizat]700 [anonimizat].

Capul de cositorire este echipat cu un element de încălzire de mare putere și cu un alimentator de fir de cositor de mare precizie. [anonimizat]. Un sistem de 4 axe asigură mișcarea rapidă și precisă a capului de cositorire.

Necesitate

Implementarea acestui nou echipament și totodată proces în cadrul companiei Plexus vine ca urmare a imposibilității de a [anonimizat], [anonimizat]-urile unor terminale sunt poziționate mai aproape decât permisivitatea maximă a [anonimizat] a crea scurtcircuite între terminalele dorite și cele din proximitatea acestora fiind imens.

[anonimizat], [anonimizat] o linie automatizată și nu acceptă procese manuale în afara celor de asamblare.

Departamentul de inginerie al companiei a ales robotul MTA MPS700 ca soluție pentru acest proiect, o [anonimizat]-[anonimizat] o soluție necesară din punct de vedere al manipulării ansamblelor.

Majoritatea soluțiilor disponibile pe piață oferă lipirea terminalelor din partea superioară a ansamblelor, spre deosebire de MPS700. [anonimizat], [anonimizat]. O soluție de lipire din partea superioară implica ori o manipulare manuală a ansamblelor după procesul anterior, ori o masă automatizată pentru această manipulare, generând costuri adiționale care s-a preferat a fi alocate în achiziția acestui echipament.

Beneficiar

Beneficiarul echipamentului este compania SC Plexus Services RO SRL, cu sediul în Oradea, Bihor, Romania.

Plexus oferă soluții de realizare a produselor printr-un model unic de conștientizare a valorii de realizare a produsului. Acest model de servicii, axat pe clienți, integrează perfect servicii de conceptualizare, design, comercializare, fabricație, realizare și susținere a produselor inovatoare pentru a oferi soluții complete pentru clienți din regiunile Americii, Europa și Asia-Pacific.

Compania este lider al industriei în deservirea de programe pentru clienți cu volum mediu-mic, de complexitate ridicată, caracterizat prin flexibilitate, cerințe unice și de reglementare. Serviciile oferite clienților sunt împărțite în mai multe sectoare de piață, regăsite în diviziile companiei: Rețelistică/Comunicații, Medical, Industrial/Comercial, Apărare/Securitate/Aerospațiale.

Plexus este prezentă în Oradea din anul 2009, iar în luna iunie a anului 2013 activitatea a fost mutată în parcul industrial Eurobusiness, deschizând o unitate de producție de ansamble electronice și, ulterior, în 2017, un centru de design. În prezent, compania are un număr aproximativ de 1500 de angajați.

Producător

Producătorul echipamentului MPS700 este Unitechnologies SA, localizată în Elveția. Cu peste 50 de ani de experiență, Unitechnologies SA dezvoltă și realizează echipamente de producție de mare precizie pentru o largă varietate de industrii. Acestea includ industria electronică, optoelectronică, automotive, producătoare de ceasuri și medicală.

Prin brandul mta®, Unitechnologies comercializează global echipamente destinate proceselor de micro-dispersare și lipire selectivă, bazate pe platforme standardizate. Ca și rezultat, paleta de produse include sisteme simple manuale, roboți semi-automați, dar și unități de producție complet automatizate.

Printre partenerii globali ai Unitechnologies SA se numără: ETA Swatch Group, Patek Philippe, Timex, Vacheron Constantin, Magneti Marelli, ABB, Draeger Medical, Siemens, Novartis, Alcatel, Corning, Lasertron, Bosch, Continental, General Motors, Philips, Sennheiser, etc.

Stadiul actual

Exemple semnificative pe plan global

Oferta globală pentru roboții de cositorire a devenit una bogată în ultimii ani, marile companii țintind treptat spre automatizarea completă a proceselor. În funcție de industrie și bugetele alocate, companiile au exclus treptat lipirea manuală a componentelor pe plăcile electronice, eliminând astfel factorul uman din ecuația producției.

Odată cu această tendință de tehnologizare, toți producătorii importanți de pe piața echipamentelor de manufacturare a ansamblelor electronice au lansat diferite variații de roboți de cositorire, de la cele mai simple soluții posibile și până la soluții integrate complet într-o linie de producție automatizată.

Spre exemplu, compania germană ERSA oferă companiilor robotul ERSA SR500 (fig. 2.1), care are în dotare un vârf de cositorire de 150W (ERSA i-TOOL), o precizie a axelor de +/- 0,02 mm, sistem automat de măsurare a înălțimii vârfului pentru a asigura o precizie ridicată, este capabil de a realiza lipiri la punct și prin tragere. Minusul sistemului ERSA în layout-ul liniei de producție Honeywell este incapabilitatea acestuia de a fi integrat într-o linie de producție automatizată prin conexiuni SMEMA (Surface Mount Equipment Manufacturers Association), factor decisiv în abandonarea acestui sistem.

Un alt exemplu disponibil pe piață este robotul Weller WTBR1000 (fig. 2.2), care are specificații tehnice foarte asemănătoare cu opțiunea aleasă de Plexus; WTBR1000 este echipat și cu conexiuni SMEMA și poate fi implementat într-o linie automatizată de producție, dar neajunsul acestui echipament în acest proiect este faptul că tehnologia de cositorire pe baza căruia este dezvoltat este din partea superioară, neavând o opțiune disponibilă de cositorire din partea inferioară.

În fine, ultima soluție disponibilă pe piață pe care o voi prezenta în cadrul acestui eseu este cea propusă de OKI International, prin brandul lor Metcal (fig 2.3). Avantajul sistemului constă în faptul că folosește aceleași vârfuri de cositorire precum stațiile standard de cositorire Metcal – folosite în exclusivitate în companiile Plexus (fapt ce ar reduce enorm costurile privind piesele de schimb). Deși este un sistem simplist și cu o interfață simplă, orientate spre utilizator, imposibilitatea de a implementa robotul celor de la Metcal într-o linie automatizată a fost, și în acest caz, factorul decisiv.

Caracteristici și performanțe

Echipamentul MTA MPS 700, prezentat în figura 2.4, este considerat ca fiind complementar sau alternativ tehnologiilor de lipire cu val, cu mini-val sau cu tradiționala lipire selectivă cu val de cositor. Având ca soluție tehnologică lipirea din partea inferioară a ansamblelor manufacturate, MPS700 beneficiază de accesibilitate și îndeplinește cerințele producției de volume ridicate de calitate, fiabilitate și timp de execuție.

Capul de cositorire (fig. 2.5) este echipat cu un element de încălzire de mare putere și cu un alimentator de fir de cositor de mare precizie. Pozițiile de cositorire sunt ajustate cu ajutorul unui sistem video compact, poziționat în apropierea capului de cositorire. Un sistem de 4 axe asigură mișcarea rapidă și precisă a capului de cositorire.

Principalele caracteristici ale echipamentului MPS700 sunt:

Cadru de construcție sudat

Robot cartezian în 4 axe

Arie de lucru de 700 x 700 mm

Conveior de lățime ajustabilă, care îndeplinește standardele electrice și mecanice ale SMEMA, asigurând integrare rapidă și facilă în linia de producție

Sistem integrat de indexare și clampare, care localizează plăcile și le fixează în poziția de lucru

Realiniere automată și rapidă a punctelor de cositorire cu ajutorul unui sistem performant de recunoaștere a imaginilor

Avantajele echipamentului MPS700:

Vârful de cositorire are capacitatea de a cositori puncte inaccesibile altor echipamente

Nu este necesară aplicarea de flux înainte procesului de lipire

Schimbarea aliajului de cositor este extrem de facilă – se schimbă rola de cositor

Mentenanță aproape inexistentă: nu există rezervoare de cositor, zgură sau reziduuri de flux de curățat

Ajustarea fină individuală a parametrilor de cositorire pentru fiecare lipitură

Abilitatea de a procesa o gamă largă de dimensiuni de PCB-uri

Specificații:

Dimensiune maximă a paletului sau a plăcii electronice (PCB): 700 x 700 mm

Greutatea maximă a paletului sau a PCB-ului: 20 kg

Puterea vârfului de cositorire: 150 W

Temperatura vârfului de cositorire: ajustabilă până la 450oC și mod standby

Acuratețea temperaturii: ± 5°C

Diametrul firului de cositor: 0,3 – 1,2 mm

Robot cartezian: 4 axe: X, Y, Z și T (opțional)

Viteză normală: X= 0,7 m/s Y = 1 m/s Z = 0,5 m/s T =3,14 rad/s

Accelerație normală: X = 10 m/s2 Y = 10 m/s2 Z = 5 m/s2 T = 14 rad/s2

Repetabilitatea poziționării: ± 20 μm

Tipul conveiorului: curea

Lungimea conveiorului: 1500 mm

Lățimea conveiorului: 50 – 700 mm

Înălțimea conveiorului: 930 mm ± 50 mm (SMEMA)

Viteza conveiorului: 0,3 m/s

Interfețe: SMEMA / Ethernet / Port USB

Alimentare electrică: 3×400 VAC – 50 Hz

Consum electric: 2 kVA

Presiune aer: max. 6 bar

Dimensiuni: 1500 x 1750 x 1350 mm

Greutate: ~900 kg

Cotele de gabarit ale robotului MPS700:

Tendințe

Tendința generală a industriei, de automatizare, se regăsește perfect în echipamentul MPS 700, a cărui misiune este de a realiza automatizat un proces realizat anterior de om. Această automatizare implică standardizarea anumitor pași, timpi și secvențe, lucru imposibil înainte.

Odată realizat un program pentru un anumit ansamblu, trecerea, schimbarea de programe se realizează simplu, doar selectând programul necesar din softul disponibil pe calculatorul echipamentului, Motion Editor (fig. 2.7).

Editarea secvențelor programului se realizează prin deschiderea ferestrei Edit sequence (fig. 2.8), opțiune care permite editarea tuturor parametrilor afișați în imagine. Definirea acestor parametri se regăsește în subcapitolul 4.1, secțiunea b.

Prezentarea problemei de soluționat

Necesar pentru soluționare

Așa cum precizam la începutul lucrării, contextul implementării robotului MTA MPS700 este dat de achiziționarea unei întregi linii de producție dedicată unui nou client. Noua linie de producție și asamblare urmează a susține producția în volume mari de contoare de gaz și curent pentru compania americană.

Gama de ansamble produse pentru acest nou client este una largă, fiecare tip de ansamblu final (contor) – atât cel electric, cât și cel pentru gaz – având mai multe variații în proces. În schimb, în ceea ce privește componentele ce urmează a fi lipite cu ajutorul robotului de cositorire, această gamă se restrânge la două variații în proces, două soluții tehnice ale ansamblului.

Varianta 1 de ansamblu

Pentru acest ansamblu, robotul de cositorire trebuie să asigure lipirea conform standardului IPC A-610, revizia curentă G, clasa 2, a terminalelor marcate cu portocaliu în figura 3.1. Terminalele din partea inferioară reprezintă 3 terminale ale unui conector cu lamele de cupru, prezentat în figura 3.2, iar terminalul din partea superioară aparține unui varistor.

În cazul celor trei terminale ale conectorului cu lamele de cupru, acestea nu pot fi cositorite în cadrul aceluiași proces (lipire selectivă cu val) precum celelalte terminale datorită unor paduri apropiate de padurile acestor terminale (distanță mai mică de 2 mm), limitarea procesului de lipire selectivă cu val nepermițând realizarea în condiții optime și cu o repetabilitate ridicată a acestor lipituri. De asemenea, terminalul din partea superioară, al varistorului, se află în apropierea unor componente chip, existând un risc ridicat de atingere a acestora cu nozzle-ul folosit la lipirea selectivă cu val.

Varianta 2 de ansamblu

Pentru acest ansamblu, robotul de cositorire trebuie să asigure lipirea conform standardului IPC A-610, revizia curentă G, clasa 2, a terminalelor marcate cu portocaliu în figura 3.3. Terminalele din partea inferioară reprezintă 6 terminale ale celor trei bobine montate pe partea opusă a plăcii (fiecare bobină are 4 piciorușe, din care unul nu este lipit, gaura nefiind metalizată, unul este lipit la procesul de lipire selectivă, iar celelalte două se lipesc cu ajutorul robotului), iar terminalul din partea superioară aparține unui varistor (identic atât ca și componentă cât și ca și poziție, plăcile folosite pe aceste ansamble fiind identice).

Concluziile stadiului actual

Deși am precizat anterior că lipirea manuală nu a fost acceptată de client în cadrul acestui proiect, trebuie precizat faptul că lipirea terminalelor conectorului de cupru nu putea fi realizată cu uneltele standard folosite de compania Plexus pentru procesul de lipire manuală. Ciocanul de lipit Metcal MX-H1-AV, folosit cu stația de lipire Metcal MX-5200 și un vârf de lipit din seria STTC-8xx (cu o temperatură de 800oF ~ 426,6oC) nu poate facilita lipirea terminalelor în cauză, puterea de 80 W fiind insuficientă pentru a asigura încălzirea și implicit lipirea în timp util (se dorește un timp de lipire de maxim 10 secunde/lipitură, conform standardelor și regulațiilor inernaționale privind acceptabilitatea ansamblelor electronice – IPC-A-610, revizia curentă G), testările realizate rezultând într-un timp de aproximativ 60 secunde necesare pentru a realiza o lipire cu două vârfuri, proces neacceptat, nepermis și imposibil de realizat de un singur operator.

Cerințe

Lipiturile ce urmează a fi realizate de robotul de cositorire MPS 700 (figurile 3.1, 3.3) sunt toate din categoria Terminalelor în găuri (conform standardului de acceptabilitate a produselor electronice IPC-A-610, revizia curentă G.

Toate produsele clientului fac parte din Clasa 2 de ansamble electronice (Clasa 1 – ansamble electronice de larg consum, jucării, electrocasnice, etc, Clasa 2 – ansamble electronice de o fiabilitate ridicată, construite pentru a funcționa în aceleași condiții pentru o perioadă de minim 15 ani, Clasa 3 – produse pentru industria medicală, automotive, siguranță, militară, etc.). Cerințele standardului IPC pentru Terminale în Găuri sunt:

Observăm că, în cazul ideal, întreaga gaură prin care este inserat terminalul ce urmează a fi lipit este umplută în proporție de 100% cu cositor, acesta fiind vizibil pe ambele părți ale plăcii (partea sursă este partea de unde se introduce cositorul, în cazul nostru partea unde vârful de cositorit al robotului atinge terminalul si padul, iar partea de destinație reprezintă partea unde trebuie să ajungă cositorul, în general aceasta fiind partea unde se află corpul componentei).

Această condiție de acceptabilitate pentru o lipitură de Clasa 2 nu este aplicabilă în cazul ansamblelor prezentate în subcapitolul 3.1, deoarece este valabilă strict în cazul componentelor cu 14 sau mai multe terminale. În cazurile de față, avem componente cu 10 terminale (conectorul de cupru), 4 sau 2 terminale, așadar acceptabilitatea este dată de următorul criteriu:

Inspecția umplerii cu cositor pe verticală a găurilor după lipire se realizează la echipamentul cu raze X, fiind necesară o inspecție a tuturor terminalelor de acest fel, lipite atât la robotul de cositorire, cât și la echipamentele cu lipire cu val și lipire selectivă cu val. În funcție de client și/sau proiect, inspecția se poate realiza fie aleatoriu, tehnicienii alegând un ansamblu dintr-un număr predefinit în procedurile fiecărui client, fie individual, toate ansamblele fiind testate cu raze X. Pentru ansamblele prezentate în cadrul acestei lucrări, inspecția va fi realizată individual per ansamblu.

O altă cerință dificilă a acestui proiect a constat în volumul mare de ansamble necesare a fi produse. Compania Plexus este definită în industrie ca o companie de producție low volume, high mix, adică loturi mici cantitativ, dar de o diversitate ridicată. Acest detaliu înseamnă că, cel puțin până la acest proiect, în cadrul Plexus nu s-a pus accentul atât de mult pe durata ciclului de producție, însă în urma calculelor făcute de departamentele interne a rezultat o durată a ciclului de producție per proces de sub 200 s pentru un palet format din 4 ansamble.

Posibilități concrete

Având colectate toate datele prezentate anterior, cerința celor de la MTA, producătorii echipamentului MPS 700, a fost de a trimite mostre de componente și plăci la sediul lor, pentru a realiza încercări de realizare și optimizare a procesului, politica companiei fiind de a livra echipamente pregătite și optimizate deja pentru aplicațiile clienților săi.

Odată trimise mostrele din Oradea, MTA a confirmat posibilitatea realizării procesului dorit de Plexus pentru ansamblele noului client, singura mențiune fiind durata ciclului obținut de inginerii MTA de aproximativ 220 s pentru un palet.

Soluția propusă

Caracteristici, performanțe și funcționare

Caracteristicile principale ale robotului MTA MPS700, amintite și în subcapitolul 2.2, sunt următoarele:

Cadru de construcție sudat

Robot cartezian în 4 axe

Arie de lucru de 700 x 700 mm

Conveior de lățime ajustabilă, care îndeplinește standardele electrice și mecanice ale SMEMA, asigurând integrare rapidă și facilă în linia de producție

Sistem integrat de indexare și clampare, care localizează plăcile și le fixează în poziția de lucru

Realiniere automată și rapidă a punctelor de cositorire cu ajutorul unui sistem performant de recunoaștere a imaginilor

Dimensiune maximă a paletului sau a plăcii electronice (PCB): 700 x 700 mm

Greutatea maximă a paletului sau a PCB-ului: 20 kg

Puterea vârfului de cositorire: 150 W

Temperatura vârfului de cositorire: ajustabilă până la 450oC și mod standby

Acuratețea temperaturii: ± 5°C

Diametrul firului de cositor: 0,3 – 1,2 mm

Robot cartezian: 4 axe: X, Y, Z și T (opțional)

Viteză normală: X= 0,7 m/s Y = 1 m/s Z = 0,5 m/s T =3,14 rad/s

Accelerație normală: X = 10 m/s2 Y = 10 m/s2 Z = 5 m/s2 T = 14 rad/s2

Repetabilitatea poziționării: ± 20 μm

Tipul conveiorului: curea

Lungimea conveiorului: 1500 mm

Lățimea conveiorului: 50 – 700 mm

Înălțimea conveiorului: 930 mm ± 50 mm (SMEMA)

Viteza conveiorului: 0,3 m/s

Interfețe: SMEMA / Ethernet / Port USB

Alimentare electrică: 3×400 VAC – 50 Hz

Consum electric: 2 kVA

Presiune aer: max. 6 bar

Dimensiuni: 1500 x 1750 x 1350 mm

Greutate: ~900 kg

Capacitatea de a integra echipamentul într-o linie automatizată, criteriu decisiv în alegerea echipamentului, este realizată prin integrarea unei interfețe programabilă cu ajutorul unui calculator, interfață prin care se realizează programarea robotului, ajustarea și optimizarea parametrilor.

Odată selectat un program din lista din figura 2.7, softul Motion Editor permite următoarele operații:

Editarea listei de operații ale programului

Fiecare program de cositorire este împărțit în mai multe secvențe, și anume operații individuale pe care echipamentul le realizează succesiv (fig. 4.1).

Selectând tabul List, putem observa toate operațiile setate pentru un program anume. Numele este dat de tipul operației (Soldering – operație de lipire, implicit adăugare fir și contact cu vârful de cositorire, Cleaning – operație de curățare a vârfului de cositorire). Coloana Referential reprezintă referința de pe placă a componentei/terminalului/găurii, mai exact o identificare a ce urmează a fi lipit. Coloana Process reprezintă tipul de proces pe care robotul îl va realiza, și anume Specific, unde coordonatele și parametri sunt definite specific pentru punctul respectiv de lipire, sau pot fi relaționate cu al unui alt punct.

Prin căsuțele marcate la începutul rândurilor se realizează selecția operațiilor ce vor fi realizate, existând posibilitatea de a sări peste anumite operații, sau de a produce un palet parțial (programul fiind realizat pentru un palet de 4 plăci, există posibilitatea de a deselecta operațiile pentru plăcile numerotate 2, 3 și 4, pentru a realiza spre exemplu o singură placă de test).

Editarea parametrilor unei operații

Fiecare operație listată într-un program are un set de parametri (fig. 4.2), care pot fi modificați sau nu, în funcție de tipul de proces (specific sau predefinit).

Sectiunea Action afișează toți parametri operației selectate, dintre care vom explica cei mai relevanți pentru prezenta lucrare:

Properties – proprietățile generale ale operației. Imaginea prezintă tipul operației (cositorire, curățare, etc), Action name reprezintă numele dat secvenței de creatorul programului, iar marcarea căsuței Active arată utilizatorului faptul că secvența este activă și va fi realizată de robot în acest program.

Position – parametri folosiți pentru definirea poziției unui punct de cositorire. Editarea acestor parametri va modifica poziția în care robotul va executa operația selectată (poziția pe axele X, Y și Z poate fi modificată cu o precizie de 10 µm, iar rotația cu o sutime de grad). Butoanele din partea inferioară reprezintă:

Move to – mutarea capului de cositorire în poziția respectivă

Z Up – ridicarea capului de cositorire în poziția 0 (poziție de mentenanță definită)

Toolbox – deschiderea unui meniu de ajustări mecanice

Teach – permite modificarea parametrilor în timp real (fig. 4.3)

Approach limits – editarea vitezei de deplasare și a accelerației, procentual

Robot Z release – editarea înălțimii la care realizează robotul trecerea între operații. Maximum – robotul coboară la înălțimea minimă posibilă la trecerea între operații, pentru siguranță. Height – este definită înălțimea la care coboară robotul pentru trecerea între operații (o optimizare a înălțimii la aceste treceri prin calcularea înălțimii maxime la care se poate mișca liber capul de cositorire poate duce la optimizarea favorabilă a duratei ciclului de producție). None – capul de cositorire nu coboară în timpul mișcării de la o operație la alta.

Parameters – permite definirea unui proces specific (bifare opțiune Define specific process) sau alegerea operațiunii de la care vor fi preluați parametri de cositorire.

Actions:

Pre-Heating Time – timpul în care vârful încălzește componenta înainte de a adăuga cositor, măsurat în secunde

Wire Feeding

Time: durata în care firul de cositor este adăugat cu viteza definită în cadrul parametrului Speed, măsurată în secunde

Speed: viteza cu care se realizează alimentarea cu fir de cositor, măsurată procentual, din viteza maximă posibilă

Cogs count: numărul minim de dinți măsurați în timpul alimentării cu fir de cositor (mișcarea firului se realizează cu ajutorul unei roți dințate). Dacă numărul nu este atins, programul va genera o eroare.

Melting and Wire Feedback:

Melting time: durata în care vârful încălzește componenta/terminalul după adăugarea cositorului, măsurată în secunde

Wire Feedback time: timpul de retragere a rolei de cositor cu viteza definită în cadrul parametrului Speed, măsurat în secunde

Wire Feedback speed: viteza cu care se realizează retragerea firului de cositor, măsurată procentual din viteza maximă posibilă

De asemenea, se poate observa în figura 4.1 că primele operații sunt denumite Vision, urmate de referințe (numărul plăcii din palet, respectiv numerotarea punctului). Acestea sunt operații de recunoaștere vizuală a locațiilor, recunoaștere realizată cu ajutorul unei camere Cognex. Modul de funcționare al recunoașterii vizuale este următorul: capul de cositorire, pe care este atașată și camera Cognex, se deplasează în punctele definite în program (puncte care au coordonatele definite în secțiunea Edit sequence – figura 4.2), unde realizează o fotografie concentrată pe punctul respectiv ce urmează a fi cositorit, imagine ce este parametrizată instant într-o imagine bicoloră după un anumit prag de luminozitate.

În cazul în care în zona captată în imagine există intemperii (cositor ajuns pe landuri de la alte procese, FOD – en: foreign object debris, ro: resturi de obiecte străine, etc.), softul Motion Editor va avertiza utilizatorul echipamentului printr-o eroare și va opri succesiunea de operații până la luarea la cunoștință a neconformității de către utilizator. După luarea la cunoștință a erorii, în cazul în care au putut fi captate cel puțin 3 imagini parametrizate cu succes, succesiunea de operații va decurge normal, echipamentul triangulând toți parametrii în funcție de cei parametrizați cu succes.

Performanțele echipamentului se observă în calitatea lipiturilor, verificată la un pas de inspecție vizuală a calității din proces, și de asemenea la echipamentul cu raze X. În cazul unor defecte repetate la oricare din cei doi pași, se efectuează o analiză a procesului și, bazat pe un plan stabilit anterior, se realizează îmbunătățiri în proces în vederea reducerii defectelor.

De asemenea, performanța echipamentului este măsurată prin durata ciclului de producție, măsurată de echipament de la oprirea panelului în modul de lucru și până la ieșirea panelului din echipament. În momentul de față, durata ciclului este de aproximativ 184 secunde, dar se dorește reducerea acestui timp până la aproximativ 160 secunde. Această reducere va fi realizată printr-o serie de măsuri luate în această privință, cum ar fi: reducerea înălțimii de deplasare a robotului între operații, schimbarea firului de cositor cu unul cu o cantitate mai mare de flux în interior (cantitatea de flux influențează lipitura prin facilitarea adeziunii cositorului la land și/sau terminal: fluxul se topește la o temperatură mai mică decât cositorul, îndepărtând oxizii formați pe land și terminal și facilitând aderența cositorului topit la lipitura ce va fi realizată – vezi figura 4.4) și reducerea numărului de operații de cositorire realizate pentru un singur terminal (în prezent – figura 4.1 – programul este realizat cu 3 operații de lipire pentru terminalele conectorului de cupru, datorită dimensiunii mari a terminalului și a firului de cositor folosit, având o cantitate redusă de flux în compoziție).

Avantaje, dezavantaje

Avantaje

Un prim avantaj al integrării robotului de cositorire MPS 700 în linia de producție este pasul făcut spre automatizarea proceselor, spre integrarea tehnologiei actuale într-un proces efectuat manual anterior. Această automatizare duce implicit la o mai bună trasabilitate a defectelor și de asemenea la găsirea mai efectivă a oportunităților de îmbunătățire a procesului.

Având setată în sistemele de trasabilitate internă o referință pentru fiecare terminal lipit cu ajutorul echipamentului, se pot identifica măsuri de îmbunătățire a proceselor, măsuri care duc la o calitate îmbunătățită permanent și o optimizare continuă a proceselor. Acest lucru nu putea fi realizat anterior, deoarece terminalele nu erau analizate individual după procesul de lipire manuală, și de asemenea exista factorul uman în ecuație, un factor variabil, fără parametri exacți în proces, care duce implicit la o variație a duratei ciclului de producție și a calității ansamblelor realizate.

Un alt avantaj este cel al duratei ciclului de producție, stabilit în momentul de față la aproximativ 184 secunde per panel, echivalentul a 46 secunde pentru o placă. Dificultatea realizării lipiturilor terminalelor de cupru, chiar și cu implementarea unor sisteme mai puternice de lipit (care ar fi însemnat dificultăți în gestionarea din cadrul fabricii), nu ar fi redus sub nicio formă durata ciclului de producție prin procesul de lipire manuală sub 100 secunde pentru o placă, momentan aflându-ne deci la o durată sub jumătatea celei posibile prin procesul standard, și având încă posibilitate de îmbunătățire.

Este de menționat de asemenea avantajul reducerii la minim a manipulării plăcilor, manipulare greoaie în acest caz datorită greutății conectorului de cupru și în același timp sensibilă, datorită prezenței unor componente sensibile montate deja pe placă la momentul realizării lipiturilor descrise în această lucrare (componente cum ar fi ecranul LCD, bateria montată vertical, și alte componente mai înalte care ar putea duce ușor la posibile defecte în cazul unei manipulări deficitare).

De asemenea, trecerea deloc dificilă de la o configurație la alta, prin simpla selectare a programului ce urmează a fi utilizat (definit individual pentru fiecare ansamblu), reprezintă un avantaj în privința utilizării pe termen lung a echipamentului. Deși a fost achiziționat pentru proiectul Honeywell, flexibilitatea echipamentului permite luarea în calcul a diversificării gamei de produse adaptate pentru acest proces, dorindu-se trecerea de la lipirea manuală la lipirea cu ajutorul robotului a mai multor ansamble introduse de mult timp în producție, de volume mari și operații de lipire simple și repetabile.

Dezavantaje

Un dezavantaj al robotului MTA MPS700 este, pentru moment, noutatea acestuia în compania Plexus, fiind singurul disponibil în cadrul companiei global. Acest factor aduce cu sine o serie de proceduri ce trebuiesc urmate pentru a putea începe producția folosind acest echipament: validarea echipamentului, crearea de proceduri de operare, instrucțiuni de lucru, de programare, de mentenanță, etc., toate acestea sporind volumul de muncă.

Un alt dezavantaj este metoda de livrare a instruirii pe echipament a companiei elvețiene. Deși o parte a instruirii a fost primită în Elveția, la sediul companiei Unitechnologies, în cadrul sesiunii de preacceptanță a echipamentului, iar o altă parte a fost primită în Oradea, la sediul Plexus, nivelul de instruire livrat de Unitechnologies este strict de utilizare și ajustare a proceselor deja existente, politica companiei fiind de a livra echipamentul pregătit pentru o aplicație anume. Așadar, implementarea de noi produse (amintită în secțiunea 4.2.1 a acestei lucrări) nu poate fi realizată momentan, Plexus neavând instruire în crearea de noi programe, realizată prin softul de recunoaștere a imaginilor și nu prin Motion Editor. Desigur, se dorește evoluarea și extinderea producției, așadar instruirea aceasta va fi realizată în prima parte a anului 2020.

Dacă până acum dezavantajele prezentate au fost generale și fără o legătură directă cu procesul în sine, următorul dezavantaj va avea o strânsă legătură cu procesul, și anume sistemul de curățare al vârfului. În mod normal, în cadrul procesului de lipire manuală, vârful se curăță de reziduuri (flux ars, oxizi, etc.) cu ajutorul unor bureți umeziți cu apă deionizată sau cu bureți de alamă (vezi fig. 4.5); datorită poziției de cositorire a robotului (din partea inferioară), o metodă de curățare a vârfului prin contact direct (frecare sau atingere) nu ar fi oferit rezultatele dorite, conform echipei de dezvoltare a echipamentului MTA MPS 700, forța gravitațională împiedicând reziduurile (bilele de cositor) să rămână în bureți și cauzând căderea acestora pe capul de cositorire, ceea ce ar putea produce defecțiuni în timp.

Astfel, a fost implementată o metodă de curățare a vârfului cu aer comprimat (vezi figura 4.6). Modul de funcționare este următorul: având setată în softul Motion Editor o poziție standard de curățare, capul se deplasează în respectiva poziție, vârful este mutat în poziția specifică de curățare (poziție verticală), capul de cositorire este ridicat astfel încât vârful să pătrundă în orificiul din sistemul de curățare, unde este suflat aer comprimat la o presiune de 6 bar, pe partea opusă existând un sistem de exhaustare a aerului, reziduurile (bilele de cositor) rămânând în tăvița sistemului (implică o curățare periodică, în cadrul procedurii de mentenanță).

Sistemul de curățare se dovedește a fi ineficient pe termen mediu și lung, după o serie de 20 de paleți (80 plăci) fiind absolut necesară curățarea fizică a vârfului. Un vârf necurățat corespunzător poate duce la defecte majore în proces (reziduuri de flux ars pătrunse în lipitură, aderență slabă sau incompletă a cositorului la terminale, etc.), astfel că au fost începute deja discuțiile cu Unitechnologies pentru adaptarea unui sistem de curățare hibrid, combinând contactul cu o perie rotativă de alamă cu aerul comprimat pentru o curățare corectă a vârfului de cositorire.

Layout și schițe

Structura liniei de producție Honeywell:

A – echipament DEK pentru aplicarea de pastă de cositor

B – echipament KohYoung pentru inspecția pastei de cositor

C – echipamente SiPlace pentru plasarea componentelor SMD

D – cuptor

E – echipament XXX pentru inspecția componentelor

F – masă de rework pentru corectarea eventualelor componentelor plasate greșit

G – echipament router, pentru depanelizarea plăcilor

H – stații de inserție manuală a componentelor cu terminale prin găuri

I – echipament AAD pentru inspecția componentelor inserate

J – echipament ERSA de lipire cu val de cositor

K – stații de corectare a defectelor de nivel scăzut apărute în urma procesului anterior

L – stații de inserție manuală a componentelor cu terminale prin găuri

M – echipament ERSA de lipire selectivă cu val de cositor

N – echipament MTA MPS 700 – robot de cositorire

O – stații de corectare a defectelor de nivel scăzut apărute în urma proceselor anterioare

P – stații de testare a ansamblelor

Q – linia de asamblare finală a ansamblelor

Schiță echipament MTA MPS700:

Ansamblu cap de cositorire:

Sistem curățare vârf de cositorire:

Sistem încălzire vârf de cositorire:

Sistem de alimentare cu fir de cositor:

Aspecte economice. Concluzii

Din punct de vedere economic, noul echipament, în valoare de aproximativ 200.000€, va fi amortizat într-o perioadă de 3 ani. Calculul a fost realizat ținând cont de faptul că, pentru a realiza același volum de producție precum noul echipament (la durata ciclului actuală, de 184s), ar fi fost necesar un număr de 6 operatori, pentru a acoperi 3 schimburi, și de asemenea unelte noi pentru producție, dintre care vârfuri de cositorire speciale, care sunt consumabile, fiecare operator folosind în medie o bucată pe săptămână.

În concluzie, prin implementarea robotului de cositorire MTA MPS 700 în linia de producție se obțin o serie de avantaje, cum ar fi tehnologizarea și automatizarea proceselor, acestea aducând totodată un mai bun control asupra proceselor, a defectelor și a posibilelor îmbunătățiri.

Deși există și dezvanataje, acestea sunt minore și/sau temporare, rezolvarea lor fiind o problemă de timp și nu de imposibilitate.

Bibliografie

MTA MPS 700 Operating Manual

IPC-A-610, Acceptabilitatea Ansamblurilor Electronice, revizia G – Octombrie 2017

www.plexus.com

www.mtaautomation.com

www.unitechnologies.com

www.okinternational.com/metcal

www.kurtzersa.com

www.weller-tools.com