MPS700 în linia de producție a SC Plexus [626204]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI
TEHNOLOGICĂ
INGINERIE ECONOMICĂ ȘI MANAGEMENTUL AFACERILOR

Proiect la disciplina
Mașini și sisteme de fabricație integrate

Integrarea robotului de cositorire MTA
MPS700 în linia de producție a SC Plexus
Services RO SRL

Coordonator științific: Prof.dr.ing. Ganea Macedon
Masterand: [anonimizat]. Pop S. Radu
Grupa 1111
An universitar 2019 -2020

1
1. Introducere

1.1 Explicitare titlu
Prezenta lucrare are menirea de a prezenta implementarea unei tehnologii noi (cositorirea cu
ajutorul unui robot dedicate, pentru a înlocui procesul de hand soldering – lipirea manual ) într -o linie de
producție SMT, în cadrul companiei SC Plexus Services R O SRL.
Contextul implementării este dat de achiziționarea unei întregi linii de pro ducție dedicată unui nou
client de talie mondial ă din industria energetică și aerospațială . Noua linie de producție și asamblare
urmează a susține producția în volume m ari de contoare de gaz și curent pentru compania americană.
Linia de producție este împărțită în următoarele procese, fiecare cu echipamente industriale
dedicate: depunerea de pastă de cositor (DEK), insp ecția 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 (inserția este facută de operatori, iar inspecția
cu AAD ), lipirea cu val ( Electrovert ) și lipirea selectivă cu val ( ERSA ), robotul de lipire ( MTA MPS700 ),
ajustarea manuală a lipiturilor, testarea plăcilor și asam blarea finală.

1.2 Domeniu de exploatare
Robotul MTA MPS700 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 part ea 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 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.

1.3 Necesitate
Implementarea acestui nou echipament și totodată proces în cadrul companiei Plexus vine ca urmare
a imposibilității de a cositori anumite terminale ale ansamblelor cu niciuna din tehnologiile deja existente
– atât în cazul lipirii cu val, cât și în cazul lipirii selective cu val, pad -urile unor terminale sunt poziționate
mai aproape decât permisivitatea maximă a proceselor respective, riscul de a crea scurtcircuite între
terminalele dorite și cele din proximitatea acestora fiind im ens.

2
Abordarea normală în acest caz ar fi lipirea manuală, proces standard în cadrul co mpaniei, dar
refuzat de client , care dorește o linie automatizată și nu acceptă procese manuale în afara celor de
asamblare.
Departamentul de inginerie al co mpaniei a ales robotul MTA MPS700 ca soluție pentru acest proiect,
o soluție nu tocmai ieftină, pe piață găsindu -se diferite soluții tehnologice de roboți de cositorire încadrate
în bugete diferite, dar 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. Necesitatea unui sistem care să lipească din partea inferioară se
bazează pe procesul anterior din linia de producție, cel de lipire selectivă cu val, proces bazat pe același
principiu – lipire din partea inferioară. O soluție de lipire din partea superioară implica ori o manipulare
manuală a ansamblelor după procesul anterior, ori o masă automatizată pentru ac eastă manipulare,
generând costuri adiționale care s -a preferat a fi alocate în achiziția acestui echipament.

1.4 Beneficiar
Beneficiarul echipamentului este compania SC Plexus Services RO SRL, cu sediul în Oradea, Bihor,
Romania.
Plexus oferă soluții de rea lizare 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 produselo r 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 flexibili tate, 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 preze ntă 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 numă r aproximativ de 1500 de angajați.

1.5 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.

3
Prin brandul mta® , Unitechnologies comercializează global echipamente destinate proceselor de
micro -dispersare și lipire s electivă, 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 Gr oup, Patek Philippe, Timex,
Vacheron Constantin, Magneti Marelli, ABB, Draeger Medical, Siemens, Novartis, Alcatel, Corning,
Lasertron, Bosch, Continental, General Motors, Philips, Sennheiser, etc.

2. Stadiul actual

2.1 Exemple semnificative pe plan global
Ofer ta 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 r oboți 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 cosi torire 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 d e 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.

4

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.

Figura 2.1 – ERSA SR500
Figura 2.2 – Weller WT BR 1000

5
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 si stem 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.

2.2 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 tehn ologică 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.
Figura 2.3 – Metcal Robotic Soldering System

6

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 sist em de 4 axe asigură mișcarea rapidă
și precisă a capului de cositorire.

Figura 2.4 – MTA MPS 700
Figura 2.5 – Cap de cositorire Element de încălzire Cameră de proces Vârf de cositorire
Rolă de fir de cositor Sistem de alimentare cu fir
de cositor de mare precizie

7
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, asigu rând 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 recunoaș tere 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 faci lă – 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

8
Cotele de gabarit ale robotului MPS700:

2.3 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, schimb area de programe se
realizează simplu, doar selectând programul necesar din softul disponibil pe calculatorul echipamentului,
Motion Editor (fig. 2.7) .

Figura 2.6 – Cote gabaritice MTA MPS 700
Figura 2.7 – Motion Editor (selectare program)

9
Editarea secvențelor progr amului 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 .

3. Prezentarea problemei de soluționat

3.1 Necesar pentru soluționare
Așa cum precizam la începutul lucrării, c ontextul 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 robotu lui de cositorire, această gamă se restrânge
la două variații în proces, două soluții tehnice ale ansamblului.

Figura 2.8 – Editarea secvențelor programului

10
A. 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.
Figura 3.1 – Ansamblu varianta 1

11

B. Varianta 2 de ansamblu
Pentru acest ansamblu, robotul de cos itorire trebuie să asigure lipirea conform standardului IPC A –
610, revizia curentă G, clasa 2, a terminalelor marcate cu portocaliu în figura 3.3 . Terminalele di n partea
inferioară reprezintă 6 terminale ale celor trei bobine montate pe partea opusă a plăc ii (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) .

Figura 3.2 – Conector de cupru

12

3.2 Concluziile s tadiul ui 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 proces ul de lipire manuală. Ciocanul de lipit Metcal MX -H1-
AV, folosit cu stația de lipire Metcal MX -5200 și un vârf de lipit di n seria STTC -8xx (cu o temperatură de
800oF ~ 426,6oC) nu poate facilita lipirea terminalelor în cauză, puterea de 80 W fiind insufici entă 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.

Figura 3.3 – Ansamblu varianta 2

13
3.3 Cerințe
Lipiturile ce urmează a fi realizate de robotu l 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 ansambl e 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 pe ntru 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 robotul ui
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).

Figura 3.4 – Nivelul obiectiv al lipiturii pentru Terminale în Găuri
Figura 3.5 – Nivelul acceptabil al lipiturii pentru Terminale în Găuri

14
Aceas tă 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:

Inspec ția 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 ca ntitativ, 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 du rată a ciclului de producție per proces de sub 200 s pentru
un palet format din 4 ansamble .

3.4 Posibilități concrete
Având colectate toate datele prezentate anterior, cerința celor de la MTA, producătorii
echipamentului MPS 700, a fost de a trimite mostre d e 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 tri mise 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.

Figura 3.6 – Nivelul acceptabil al lipiturii pentru Terminale în Găuri

15
4. Soluția propusă

4.1 Caracteris tici, 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 puncte lor 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
 Temperatur a 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 integr area unei interfețe programabilă cu ajutorul unui calculator,
interfață prin care se realizează programarea robotului, ajustarea și optimizarea parametrilor.

16
Odată selectat un program din lista din figura 2.7, softul Motion Editor permite următoarele
operații:
a. Editarea listei de operații ale programului
Fiecare program de cositorire este împărțit în mai multe secvențe, și anume operații individuale
pe care echipamen tul 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 c e 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 r elaționate
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 posibil itatea de a deselecta operațiile pentru plăcile numerotate
2, 3 și 4, pentru a realiza spre exemplu o singură placă de test).

Figura 4.1 – Operațiile secvențiale ale unui program

17
b. 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 1 0 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 )
Figura 4.2 – Parametri unei operații

18

 Approach limits – editarea vitezei de deplasare și a accelerației, procentual
 Robot Z release – editar ea 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 co mponenta 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
Figura 4.3 – Meniul Teach
Permite curățarea vârfului de cositorit, respectiv poziționarea exactă a vârfului pent ru a simula cositorirea
în timp real (avansare sau retragere fir de cositor), dar și poziționarea capului de cositorire în diferite
poziții standard.

19
– 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 , măsur at 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 operați i 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 resp ectiv ce urmează a fi
cositorit, imagine ce este parametriz ată 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 ca ptate cel puțin 3 imagini parametrizate cu succes, succesiunea de operații va decurge normal,
echipament ul 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 îmbunătă țiri 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 momen tul 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 depl asare a robotului între operații,
schimbarea firului de cositor cu unul cu o cantitate mai mare de flux în interior (cantitatea de flux
influenț ează 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 pr ezent – figura 4.1 – programul este realizat cu 3 operații

20
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).

4.2 Avantaje, dezavantaje
4.2.1 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 duc e 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 echipament ului, 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 proce sul 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 d uratei 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 li pit (care ar fi însemnat
dificultăți în gestionarea din cadrul fabricii), nu ar fi redus sub nicio formă durata ciclului de producție prin
Figura 4.4 – Acțiunea fluxului din compoziția firului de cositor Fir de cositor cu
miez de flux
Land udat cu flux
topit Punte termică
realizată între vârf și
land/terminal Vârf de cositorire
Placă electronică –
PCB
Terminalul
componen tei

21
procesul de lipire manuală sub 100 secunde pentru o placă, momentan aflându -ne deci la o durată sub
jumătatea celei p osibile 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 î n
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 lip irea 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.
4.2.2 Deza vantaje
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, p olitica
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, rea lizată 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 gener ale 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, oxiz i,
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 ofer it 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.

22

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 ridi cat 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 (imp lică o curățare periodică, în
cadrul procedurii de mentenanță).

Figura 4.5 – Suport ciocan de lipit Metcal Suport ciocan de lipit
Burete de alamă
Burete umezit cu apă
deionizată
Figura 4.6 – Sistemul de curățare a vârfului Duză aer comprimat
Orificiu pentru vârful de
cositorire Sistem de exhaustare

23
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 t erminale, 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.

4.3 Layout și schițe
4.3.1 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 pe ntru 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 fin ală a ansamblelor

Figura 4.7 – Layout linie producție Honeywell A B C D E F G
H
J I K L M N O P Q

24
4.3.2 Schiță echipament MTA MPS700:

4.3.3 Ansamblu cap de cositorire:

Capac de protecție
Cap de cositorire
Sistem Cognex
Carcasă standard Sistem exhaustare
Sistem de curățare al vârfului
de cositorire Sistem conveior
Figura 4.8 – Schiță MTA MPS700 SECȚIUNE A -A
Figura 4.9 – Cap de cositorire

25
4.3.4 Sistem curățare vârf de cositorire:

4.3.5 Sistem încălzire vârf de cositorire:

Figura 4.10 – Sistem curățare vârf de cositorire SECȚIUNE A -A Filtru de aer Ventilator
Figura 4.11 – Sistem încălzire vârf de cositorire SECȚIUNE A -A Conector
Rezistență

26
4.3.6 Sistem de alimentare cu fir de cositor:

5. Aspecte economice. Concluzii

Din punct de v edere economic, noul echipament, în valoare de aproximativ 200.000 €, va f i
amortizat într -o perioadă de 3 ani. Calcu lul a fost realizat ținând cont de faptul că, pentru a realiza același
volum de producție precum noul echipament (la durat a ciclului actuală, de 184s), ar fi fost necesar un
număr de 6 operatori, pentru a acoperi 3 schimburi, și de asemenea unelte noi pen tru producție, dintre
care vârfuri de cositorire speciale, care sunt consumab ile, 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.

Roată culisantă
Ghidaj de ieșire al firului
Tub final de ghidaj
Tub anterior Rolă presantă Siguranță detectare fir
Figura 4.12 – Sistem de alimentare cu fir de cositor

27
6. Bibliografie

1. MTA MPS 700 Operating Manual
2. IPC-A-610, Acceptabilitatea Ansamblurilor Electronice, revizia G – Octombrie 2017
3. www.plexus.com
4. www.mtaautomation.com
5. www.unitechnologies.com
6. www.ok international.com/metcal
7. www.kurtzersa.com
8. www.weller -tools.com