Specializarea: Mecatronică [303342]

UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE

Specializarea: Mecatronică

PROIECT DE DIPLOMA

Sibiu

2018UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE

Specializarea: [anonimizat]

2018

Cuprins

Introducere 3

[anonimizat]…………………………………………………………………………………………………….3

Capitolul 1 : tipuri de acționări 8

1.1 Acționări electrice……………………………………………………………………………………………….8

1.1.1 Raportarea mărimilor mecanice la arborele motorului……………….9

1.1.2 Acționări cu mașina asincronă……………………………………………………………….10

1.2 Acționări hidraulice 12

1.2.1 Generalități privind sistemele hidraulice de acționare……………….12

1.2.2 Mediul hidraulic…………………………………………………………………………………………13

1.2.3 Proprietățile lichidelor hidraulice……………………………………………………14

1.2.4 Principii de bază în hidraulică………………………………………………………………..15

1.3 Acționări pneumatice 17

1.3.1 introducerea în pneumatică……………………………………………………………………17

1.3.2 Proprietățile sistemelor cu aer comprimat………………………………………18

1.3.3 sistemul pneumatic de bază………………………………………………………………..19

Capitolul 2 : [anonimizat] 22

2.1 principalele tehnologii de depanelare …………………………………………………….22

2.2 prezentarea stației inițiale a pcb-urilor …………………………………………………24

2.1.1 prezentarea unei analize de stress measurement…………………………….27

Capitolul 3 : [anonimizat] 31

3.1 [anonimizat]……………………… …………………………………………………31

3.1.1 structura de principiu a automatelor programabile……………………..32

3.2 alegerea și verificarea cilindrului pneumatic al stației………………..37

3.2.1 parametrii constructivi și funcționali…………………………………………………..37

3.2.2 dimensionarea cilindrului……………………………………………………………………………..41

3.2.3 verificarea cilindrului……………………………………………………………………………………42

3.2.4 debitul și consumul de aer……………………………………………………………………………..45

3.3 [anonimizat]……………………………………..47

3.3.1 Noțiuni de bază despre senzori……………………………………………………………………..47

3.3.2 prezentarea stației finale de separare a Pcb-urilor…………………………..49

3.3.2.1 Poziționare pcb………………………………………………………………………………………49

3.3.2.2 [anonimizat]……………………………………………………….51

3.3.2.3 blocare, confirmare poziții…………………………………………………………….53

3.3.2.4 Integrare scanner……………………………………………………………………………54

3.3.2.5 carcasarea echipamentului…………………………………………………………….55

3.3.3 alimentarea și controlul mașinii…………………………………………………………………58

Concluzii…………………………………………………………………………………………………………………………70

bibliografie…………………………………………………………………………………………………………………..71

Rezumat

Tehnologia din ultima vreme continuă să ne uimească prin producțiile de serie bine puse la punct. Am aruncat o privire la ceea ce înseamnă producția de serie grupată (mai multe produse pe un panou) și am observat că este mai bine să produci produse mai mici legate între ele până la un anumit punct, deoarece se economisește timp, bani și simplifică mai mult sau mai puțin procesul de producție. Așa am ajuns la o stație de separare pentru PCB-uri, care a rămas în urmă din punct de vedere al tehnologiei în ciuda dezvoltării / automatizării producției.

Am prezentat în ceea ce urmează structura acestei stații din toate punctele de vedere și optimizările care se pot aduce acestui proces de separare, desigur că îmbunătățiri se pot aduce în orice moment. Analizând mai bine acest proces și văzând că opreatorul trebuie să acționeze mașina de la o pedală aflată sub mașină, trebuia să scaneze piesa cu un scaner manual, aceste operații necesitau timp și lucru în plus, iar timpul este din ce în ce mai prețios în zilele noastre, s-a construit o nouă mașină de producție care elimină pedala și scanerul manual din sistem. În plus se implementează trei senzori inductivi pentru confirmarea corectă a poziției adaptorului, și un buton capacitiv de deblocare a mașinii, comandate de un controler logic programabil, iar în locul scanerului manual s-a introdus un scaner automat integrat în mașină.

Lately, the technology keeps amazing us through the fascinating serial productions. I had a closer look at the multi-panel production and I have noticed that is better to create smaller products linked together until a specific process, because it saves money, time and it, more or less, simplifies the production process. In this way, I have reached the challenge to modify a depaneling station for printed circuit board, which has been left behind regarding the development/ automation of the production.

In the paper, I have tried to present the structure of this station from all points of view and to write down all the optimizations that can be brought to this separation process, taking into consideration the continuous development. After better analyze of the process, I observed that the operator had to push the pedal under the working table, he or she had to scan the board with a manual scanner. All these operations took time and over work, and nowadays the time is very precious for us. The paper shows the building of a new machinery that does not include the pedal anymore or the manual scanner in the system. Moreover, the machine has three inductive sensors to confirm the correct position of the adapter and a capacitive button for unlocking the machine, which are operated by a programmable logic controller and substituting the manual scanner is an automatic scanner integrated in the machine.

Motivul alegerii temei

Tema lucrării abordate este “Oprimizarea unei stații de separare pentru PCB-uri”, care se rezumă la aducerea unui plus în ceea ce privește automatizarea procesului de producție, prin structura mașini, dar și prin economisirea timpului în urma modificării.

Am ales această temă din dorința de a schimba unele lucruri în procesul de producție în care lucrez, și am decis să încep cu această stație de separare pentru PCB-uri. . Încă din momentul în care am început să ma gândesc la această lucrare, mi-am planificat să proiectez un nou sistem ca fiind rezultatul cunoștiințelor dobândite în facultate, rezolvând o problemă cu care majoritatea operatorilor din producție se confruntă. La început am vrut doar o modificare în ceea ce privește acționarea greoaie a mașinii și am făcut o modificare: am înlăturat pedala de acționare, dar pentru mine nu a fost de ajuns. M-am gândit că dacă aș putea implementa câțiva senzori pentru confirmarea corectă a poziției, aș putea face mașina să acționeze singură ghilotina. În cele din urmă am reușit. Motivul pentru care doream această schimbare era acela de a scuti operatorii de operații în plus și de a economisii timp în favoarea lor pentru a îndeplinii sarcinile mai ușor.

În acest sens mi-am propus să rezolv urmatoarele cerințe:

– siguranța operatorului să fie pe primul loc;

– precizia elemenelor componente să fie de ordinul +/- 0,5 mm;

– sursa de acționare să fie un singur motor pneumatic;

– cursa de acțiune a ghilotinei să fie cât mai mică posibilă.

Introducere

Circuit imprimat sau PCB (Printed Circuit Board) este o placă cu cablaj imprimat care are rolul de a susține mecanic și de a conecta electric un ansamblu de componente electrice și electronice, pentru a realiza un produs final funcțional, care poate fi: un simplu variator de luminozitate a unui bec, o antenă realizată pe cablaj sau echipamente mult mai complicate precum calculatoare și echipamente de comunicații radio. O placă de cablaj imprimat brut, este realizată dintr-un strat izolator, de grosime care poate varia de la câteva zecimi de mm până la ordinul câtorva mm, pe care se află o folie de cupru reprezentând un simplu strat sau două reprezentând un dublu strat. Stratul izolator are în general grosimea de 1,6 mm, dar această valoare nu reprezintă un standard, deoarece depinde de foarte mulți factori, în general mecanici și tehnologici. Uzual ca izolator se folosește materialul cunoscut sub numele de FR4.

Circuitul imprimat final se realizează prin metode foto și chimice. Un circuit imprimat poate fi cu simplă față, dublă față, sau multistrat. Circuitele imprimate multistrat sunt realizate prin suprapunerea succesivă a mai multor circuite dublu strat, separate între ele printr-un strat izolator, de obicei din material identic cu cel al cablajului brut. Trecerea transversală de la un strat la altul se realizează cu ajutorul pinilor.

Pentru realizarea plăcuțelor de PCB se folosesc următoarele materiale:

FR4 (prescurtare de la Flame Retardant 4) este un material din fibră de sticlă din care sunt fabricate PCB-uri având grosimea de 1,6 mm sau 0,8 mm.

FR408 este tot un material din fibră de sticlă cu o preformanță mai bună decât FR4.

PCB-urile care lucrează la frecvențe ridicate sunt fabricate din materiale din plastic, cu caracteristici speciale, cum ar fi:

Rogers 4000

Teflon

Duroid

Polymide

Polyimide este un material plastic cu un înalt punct de topire folosit în fabricarea circuitelor flexibile. Pentru a evita încălzirea componentelor se folosesc miezuri de aluminiu sau de cupru.

Dimensiunile PCB-urilor în cea mai mare parte sunt standardizate, în general producătorii considerând acea dimensiune standardizată și un maxim admis de aceștia. Această mărime este importantă și pentru producțiile în serie. În această situație, se caută potrivirea a câtor mai multe plăci pe un tablou de comandă pentru a fi economisit cât mai mult spațiu în vederea reducerii costurilor.

Figura 1.1 Dimensiuni standard pentru PCB-uri de serie

Trebuie de asemenea ținut cont și de lățimea și spațierea canalelor care se execută prin procedee chimice și fotografice în vederea producerii PCB-urilor, acceste procese solicită atât o minimă grosime cât și o minimă spațiere între canale. Dacă un canal este făcut mai mic decât este necesar, nu se va putea realiza o conexiune. De asemenea dacă două canale sunt mai aproape decât este impus, există șansa apariției unui scurt-circuit. Acești parametri sunt specificați ca „regulile x/y”, unde x reprezintă lățimea minimă și y spațierea minimă.

De exemplu: regula 8/10 indică 8 mm lățimea minimă și 10 mm spațierea minimă. Aceste reguli se aplică la orice metal de pe PCB, incluzând pad-urile ce determină spațierea și grosimea liniilor pentru PCB.

O regulă de proces modern tipic are valoarea de 8/8, dar și valori mici precum 2/2 sunt valabile.

Dimensionarea pad-urilor ridică câteva probleme, care ar putea sa fie, posibilitatea de sudură și posibilitatea de prelucrare manuală. Posibilitatea de sudură este doar o problemă de îndemânare, deci nu necesită considerație specială, însă posibilitatea de prelucrare manuală ține de riscul de distrugere a pad-ului în procesul de găurire. Dacă un orificiu este puțin în afara centrului, pad-ul poate fi stricat la o margine, conducând la un scurt-circuit.

Proprietățile circuitelor PCB

Fiecare traseu constă dintr-o parte plană, îngustă a foliei de cupru care rămâne după gravare. Rezistența sa , determinată de lățimea, grosimea și lungimea acestuia, trebuie să fie suficient de scăzută pentru curentul pe care îl va purta conductorul. Este posibil ca traseele de alimentare și de sol să fie mai largi decât traseele de semnal. Într-o placă cu mai multe straturi, un întreg strat poate fi în cea mai mare parte cupru solid pentru a acționa ca un plan de masă pentru ecranare și revenire la putere. Pentru circuitele cu microunde , liniile de transmisie pot fi amplasate într- o formă plană, cum ar fi bandă de sau microstrip, cu dimensiuni controlate cu grijă pentru a asigura o impedanță consistentă.

Materiale utilizate – RoHS Compatibil cu PCB

Uniunea Europeană interzice utilizarea plumbului (printre alte metale grele) în articolele de consum, o componentă legislativă numită RoHS, pentru restricționarea substanțelor periculoase. PCB-urile care urmează să fie vândute în UE trebuie să fie compatibile cu RoHS, ceea ce înseamnă că toate procesele de fabricație nu trebuie să implice utilizarea de plumb, toate lipiturile folosite trebuie să fie fără plumb și toate componentele montate pe placă trebuie să fie fără plumb, mercur, cadmiu și alte metale grele.

Fabricarea

Fabricația pornește de la datele de fabricație generate prin proiectarea asistată de calculator și informațiile componentelor. Datele de fabricație sunt citite în software-ul CAM (Computer Aided Manufacturing). CAM efectuează următoarele funcții:

Introducerea datelor de fabricație.

Verificarea datelor

Compensarea pentru abaterile în procesele de fabricație (de exemplu, scalarea pentru a compensa distorsiunile în timpul laminării)

Depaneling-ul

Ieșirea instrumentelor digitale (modele de cupru, fișiere de găurit, inspecție și altele)

Depaneling

Câteva plăci de circuite imprimate mici (de același tip sau diferite) pot fi grupate împreună pentru prelucrare ca panou. Asamblorii adesea montează componente pe panouri, mai degrabă decât PCB-uri individuale, deoarece acest lucru este eficient. Panoul este eventual rupt în PCB-uri individuale de-a lungul perforațiilor sau canelurilor din panou. Astăzi depanelingul este adesea realizat de lasere care taie placa fără contact. Depanarea prin laser reduce stresul asupra circuitelor fragile, îmbunătățind randamentul unităților fără defecte.

Legenda de tipărire

O legendă este adesea imprimată pe una sau pe ambele fețe ale PCB-ului. Acesta conține denumirile componentelor, setările comutatoarelor, punctele de testare și alte indicații utile pentru asamblarea, testarea, întreținerea și, uneori, utilizarea plăcii de circuite. Există trei metode de tipărire a legendei.

Serigrafie epoxidică de cerneală a fost metoda stabilită. A fost atât de comun încât legenda este adesea denumită „mătase” sau “silk screen”.

Imaginile fotografice lichide sunt o metodă mai exactă decât prin tipărirea prin serigrafie.

Cerneala cu jet de cerneală este nouă, dar din ce în ce mai folosită. Jetul de cerneală poate imprima date variabile, unice pentru fiecare unitate PWB, cum ar fi textul sau un cod de bare cu un număr de serie.

Popularea PCB-urilor

În ansamblu, placa este încărcată (sau "umplută") cu componente electronice pentru a forma un ansamblu de circuite imprimate funcționale (PCA), denumit uneori "ansamblu de plăci de circuite imprimate" (PCBA). În tehnologia prin gaură, conductele componente sunt inserate în găuri înconjurate de plăcuțe conductive; găurile țin componentele în poziție. În tehnologia de suprafață(SMT), componenta este plasat pe PCB , astfel încât pinii sunt aliniați cu conductoare tampoane suprafețele PCB-ului. Pasta de lipire, care a fost aplicată anterior pe plăcuțe, ține componentele în loc temporar; dacă componentele de montare pe suprafață sunt aplicate pe ambele fețe ale plăcii, componentele din partea de jos sunt lipite pe placă. Indiferent de tehnica folosită adică prin gaură sau pe suprafață, componentele sunt apoi lipite, odată răcit și solidificat lipitorul menține componentele în loc permanent și le conectează electric la placă.

Deseori, construcția prin orificiu și montare pe suprafață trebuie combinată într-un singur ansamblu, deoarece unele componente necesare sunt disponibile numai în pachete de montare pe suprafață, în timp ce altele sunt disponibile numai în pachete prin gaură. Sau, chiar dacă toate componentele sunt disponibile în pachete prin gaură, ar putea fi de dorit să profitați de dimensiunile, greutățile și reducerile de costuri obținute prin utilizarea unor dispozitive disponibile pentru montarea pe suprafață. Un alt motiv pentru a utiliza ambele metode este acela că montarea prin gaură poate asigura forța necesară pentru componentele susceptibile să suporte stresul fizic (cum ar fi conectorii care sunt în mod frecvent îmbinați și dezafectați sau care se conectează la cabluri care se așteaptă să imprime o solicitare substanțială la conectorul și conectorul PCB interfață), în timp ce componentele care se așteaptă să rămână neatinse vor ocupa mai puțin spațiu folosind tehnici de montare pe suprafață.

După ce placa a fost populată, aceasta poate fi testată în mai multe moduri:

În timp ce alimentarea este oprită, inspecția vizuală , inspecția optică automată . Instrucțiunile JEDEC pentru plasarea, lipirea și inspecția componentelor PCB sunt utilizate în mod obișnuit pentru a menține controlul calității în acest stadiu al fabricării PCB. În timp ce alimentarea este oprită, analiza semnelor analogice, testarea alimentării cu energie electrică. În timp ce alimentarea este activată, testul în circuit, unde se pot efectua măsurători fizice (de exemplu tensiunea). În timp ce alimentarea este activată, testul funcțional , doar verificând dacă PCB-ul face ceea ce a fost proiectat să facă.

Atunci când plăcile nu reușesc testul, tehnicienii pot înlătura și înlocui componentele defecte, o sarcină cunoscută sub numele de reparație.

Protecția și ambalarea

PCB-urile destinate mediilor extreme au adesea o acoperire conformă , care se aplică prin scufundare sau pulverizare după ce componentele au fost lipite. Blocul previne coroziunea și curenții de scurgere sau scurgerea datorată condensului. Cele mai vechi straturi conformale erau ceara; acoperișurile conformale moderne sunt, de obicei, picături de soluții diluate de cauciuc siliconic, poliuretan, acrilic sau epoxidic.

O altă tehnică pentru aplicarea unei acoperiri conforme este aceea ca plasticul să fie pulverizat pe PCB într-o cameră de vid. Principalul dezavantaj al acoperirilor conforme este faptul că deservirea plăcii este extrem de dificilă.

Multe PCB-uri asamblate sunt sensibile din punct de vedere static și, prin urmare, trebuie să fie plasate în saci antistatici în timpul transportului. La manipularea acestor plăci, utilizatorul trebuie să fie împământat (legat la împământare printr-o brățară conectată la un EBP sau ground). Tehnicile de manipulare necorespunzătoare pot transmite o încărcătură statică acumulată prin placă, deteriorând sau distrugând componentele.

Defecțiunea nu poate afecta imediat funcția, dar poate duce mai târziu la o defecțiune timpurie, poate produce defecțiuni intermitente sau poate cauza o îngustare a gamei de condiții de mediu și electrice în care placa funcționează corect.

Chiar și plăcile goale sunt uneori statice sensibile adică, traseele au devenit atât de fine încât este foarte posibil ca printr-o simplă atingere cu o încărcătură electrostatică să schimbe caracteristicile sale funcționale. Acest lucru este valabil mai ales în cazul PCB-urilor netradiționale, cum ar fi MCM-urile și PCB-urile cu microunde.

Manipularea PCB-ului (handing)

Aici apare și fenomenul ESD(electrostatic discharge) în care procesul de producție trebuie să respecte anumite condiții de descărcare electrostatică prin care placa nu trebuie să sufere o descărcare rapidă in cazul unei încărcări electrostatice.

Podeaua trebuie sa asigure o conductivitate crescută având o rezistența cât mai mică și trebuiesa fie conectată la împământare, la fel și operatorul/tehnicianul trebuie să fie conectat la împământare printr-o încălțăminte specială conductivă pentru a evita unele încărcări electrostatice.Toate mașinile care au contact direct asupra PCB-ului de asemenea trebuie să fie confecționate din materiale ESD in zona de contact cu PCB-ul. Conectarea la împămîntare a mașinilor/echipamentelor este de asemenea obligatorie, în primul rând din motive de ESH iar ăn al doilea rând din motive ESD.

Operatorul/tehnicianul care lucrează de pe scaun(ESD) trebuie să fie conectat obligatoriu la o brățată conductivă care la rândul ei trebuie conectată la un EBP. Neconectarea brățării la mâna operatorului poate atrage o încărcare electroststică deoarece acesta poate pierde contactul cu solul și implicit cu împământarea.

Prin urmare manipularea unui PCB poate fi destul de dificilă prin impunerea unor condiții stricte de handing, dar dacă sunt asigurați acești pași putem să înlăturăm 90⁒ din cauzele defectării unui PCB.

Capitolul 1:Tipuri de acționări

În industrie principalele tipuri de acționări care se folosesc sunt:

Acționări electromecanice

Acționări hidraulice

Acționări pneumatice.

Acționări electromecanice

Componenta de bază a sistemelor de acționare electromecanică este convertorul electromecanic, motorul electric cu mișcare de rotație sau de translație. Motorul electric preia energia electrică și o transformă în energie mecanică, lucru mecanic, forțe și deplasări, cupluri de rotație și unghi de rotație. Parametrii fizici care apar în procesele industriale sunt: deplasarea, viteza și accelerația. Majoritatea surselor de mișcare sunt motoare electrice de rotație. Relațiile fizice arată: [1]

Ω

în care R este raza de rotație, Ω este rotația unghiulară dată în rad/s, N-numărul de rotații pe secundă și n – numărul de rotații pe minut. Din punct de vedere dinamic trebuie luate în considerație și variațiile forței, rotației, cuplului, puterii și curentului în funcție de timp. Motorul electric de acționare dezvoltă un cuplu mecanic de rotație, momentul de rotație M. La nivelul procesului industrial apare cuplul de torsiune rezistent Figura 1.2 [1]

Figura1.2: Mașina electrică de acționare și procesul industrial

În regim staționar, când există egalitate M= , turația va avea o valoare constantă. În cazul în care dispare echilibrul între cele două cupluri mecanice va apare o componentă dinamică dată de inerțiile pieselor aflate în mișcare. [1]

În funcție de componenta derivativă din expresie, în procesul industrial putem avea accelerarea mișcării când M>Mr , sau frânarea mișcării atunci când M<

În regim staționar M=Mr , M=P/Ω iar Mr=Pr/Ω. În aplicațiile practice pentru a determina cuplul mecanic la arborele mașinii electrice de acționare se poate utiliza relația: [1]

În care P este exprimat în kW, iar n în rot/min.

Figura1.3: Comanda acționării electrice

O acționare electromecanică se bazează pe un dispozitiv de comandă (DC) prin intermediul căruia se prescrie valoarea dorită pentru mărimea vitezei Ω din proces, figura 6. Acționarea electromecanică, AEM are în componența sa mașina electrică de acționare, motorul electric, actuatorul. Grupul de elemente DC-AEM le găsim în practică sub forma moto-reductoarelor cu drivere specifice, servomotoarele de curent continuu etc. Sistemele de ultimă oră sunt concepute spre a fi interfațate ușor cu microcontrolere, cu controlere logice programabile (PLC) sau cu alte structuri de calculator. Acționările moderne nu pot fi concepute fără o gândire sistemică, mecatronică, fără să aibă în vedere cele trei componente de bază: mecanica, electronica și informatica. Soluțiile viitorului din domeniul acționărilor vor fi tot mai complexe astfel că va fi tot mai dificil să le „separăm” în componentele din care sunt concepute.

Pentru a găsi soluția cea mai potrivită pentru o automatizarea trebuie cunoscuți foarte bine parametrii procesului (adesea mecanici) ca apoi să putem decide modalitatea de realizare a mișcărilor, sursele de mișcare, tipul de motor sau actuator, traductoarele sau senzorii cu care controlăm procesul și soluția informatică cea mai simplă și fiabilă. Toate acestea spre a asigura fiabilitatea întregului sistem de automatizare, reducerea consumului de energie, îmbunătățirea randamentelor și a efectelor negative asupra mediului și a operatorului uman. [1]

Raportarea mărimilor mecanice la arborele motorului

În aplicațiile practice se operează cu putere, cuplu, turații, frecvențe etc. O mașină electrică de acționare (MEA), după ce este alimentată la tensiunea nominală de lucru specificată în documentație, poate porni în gol sau în sarcină. Când pornește în gol la axul său va apare un cuplu rezistent determinat de frecările în lagărele motorului, frecările rotorului cu aerul din zona întrefierului (spațiul dintre rotor și stator), de elicea care are rolul de a ventila și răci motorul, figura 1.4. [1]

Figura 1.4 : Mașina electrică de acționare și mărimile procesului

Prin urmare și la mersul în gol mașina electrică consumă energie iar la cuplul rezistent care apare corespunde o valoare a turației de pe caracteristica naturală a mașinii. Cel mai adesea motorul ca sursă de mișcare este urmat de un mecanism de reglare (MR), de o cutie de viteze, de un reductor. În afară de mașinile de rectificat unde vitezele de așchiere trebuie să fie foarte mari și unde după motor nu avem reductor ci avem un amplificator de turație, în cele mai multe cazuri avem nevoie de reducerea turației, la fel ca și la automobil. [1]

Sistemele moderne de mașini-unelte au la bază sisteme mecatronice care au simplificat foarte mult partea mecanică, cinematică reglajul parametrilor finali ai procesului, aceștia asigurându-se electronic și informatic, reglarea turației prin reglarea frecvenței tensiunii de alimentare a motorului. Referința fiind, adesea, prescrisă printr-un semnal PWM. [1]

Dacă analizăm structura clasică: motor urmat de mecanism de reglare (MR) observăm că la axul motorului, a mașinii electrice de acționare avem turație mare și cuplu mic. Puterea motorului va putea fi calculată ca produsul dintre turația mare și cuplul mic. După mecanismul de reglare vom avea turație mai mică decât cea a motorului, în schimb vom avea cuplul mecanic mai mare decât cel de la axul motorului. Cu cât scade turația, respectiv cu cât crește cuplul mecanic depinde de raportul de transfer . [1]

Acționări cu mașina asincronă

Mașina asincronă cu mișcare de rotație este motorul cel mai utilizat în acționările industriale datorită avantajelor pe care le are: simplitate constructivă, fiabilitate ridicată, prețul scăzut și, începând cu anii 1980 acest tip de motor a beneficiat de apariția microcontrolerului care a permis elaborarea de sisteme complexe de tip invertor prin care se poate realiza rapid și ușor reglarea turației acestui tip de mașină, precum și o mulțime de drivere care permit programarea în limite largi și controlul parametrilor de ieșire: turație și cuplu, Denumirea de asincron vine de la diferența dintre frecvența de rotație a rotorului și frecvența câmpului magnetic învârtitor. Acest tip de motor se construiește în variante: cu rotorul bobinat și cu rotorul în scurtcircuit. Motorul asincron cu rotorul în scurtcircuit este mai simplu și mai fiabil deoarece nu are sistemul de perii colectoare, în schimb are raportul putere gabarit mai mic decât motorul cu rotorul bobinat. Acesta din urmă are putere mai mare. Un motor asincron se alimentează prin conectarea la rețeaua trifazată cu ajutorul unor elemente care formează circuitele de protecție și alimentare.[2]

Aici găsim siguranțe fuzibile, relee de protecție magneto-termice, întreruptoare manuale, contactoare sau relee, relee de protecție termică. Pentru automatizarea acționărilor cu reglarea turației motorului aici va trebui să avem un sistem invertor. Invertorul permite interfațarea cu sistemul de automatizare prin intrările digitale și analogice pe care le are. Invertorul se poate conecta în rețele de calculatoare prin protocoale de comunicație consacrate. Invertoarele pot fi interconectate ușor cu controlerele logice programabile, figura1.5. [2]

Figura 1.5: Structura unui sistem de acționare electrică

Comenzile externe pot fi setate direct de la nivelul invertorului sau prin sistemul de automatizare: microcontroler sau controler logic programabil. Cuplul electromagnetic dezvoltat de motor poate fi exprimat în mod simplificat cu ajutorul relației lui Kloss: [2]

Acționări hidraulice

1.2.1 Generalități privind sistemele hidraulice de acționare

Prin sistem hidraulic de acționare se înțelege acel sistem în care transmiterea energiei de la sursă la consumator se realizează prin intermediul unui curent de lichid sub presiune.

După ponderea energiei potențiale sau a celei cinetice în cadrul energiei totale, există:

-sisteme hidrostatice (volumice) – la care predomină energia potențiala datorată presiunii statice; ele prezintă o caracteristică mecanică rigidă și au o largă utilizare în acționarea mașinilor și utilajelor industriale;

-sisteme hidrodinamice – la care predomină energia cinetică; ele prezintă o caracteristică mecanică elastică și au o utilizare redusă în industrie.[3]

Figura 1.6: Structura generală a unui sistem hidrostatic

ME – sursă primară de energie mecanică;

GH – generator hidraulic;

MHR – motor hidraulic rotativ (sau liniar MHL);

ACR – aparataj de comandă și reglare;

AA – aparataj auxiliar;

OL – organul de lucru antrenat.[4]

Avantajele și dezavantajele acționărilor hidraulice [5]

Mediul hidraulic

Mediul hidraulic este suportul material prin care se transmite energia hidraulică de la sursă la consumator. Deoarece el vine în contact cu mașinile hidraulice, cu aparatajul și cu personalul de deservire, iar in timpul funcționării instalației este supus unor variații importante de presiune, temperatură și viteză, el trebuie să răspundă următoarelor cerințe generale:

bune proprietăți lubrefiante și înaltă rezistență mecanică a peliculei de lichid;

stabilitate ridicată a proprietăților fizico-chimice, în special a vâscozității, în domeniul temperaturilor normale de lucru (30-70 °C) și la variații ale presiunii (0 x100 bar.);

să nu degaje vapori la temperaturi obișnuite de lucru;

să nu conțină, să nu absoarbă și să nu degaje aer peste cantitatea admisă de prescripțiile tehnice;

să nu fie coroziv sau toxic;

să aibă un cost cât mai redus.[6]

Medii hidraulice utilizate în acționările hidraulice:

Uleiuri minerale:

se obțin din țiței, prin extragerea unor hidrocarburi grele, parafinice, naftenice și aromatice;

pot fi aditivate pentru îmbunătățirea indicelui de viscozitate, evitarea spumării, îmbunătățirea capacității de ungere și îmbunătățirea stabilității la îmbătrânire;

au o vâscozitate cinematică de 12-72 cSt la 50 °C, punct de congelare cuprins între -35 și -25 °C;

pot fi utilizate pentru presiuni de pana la 300 bar.

Uleiuri sintetice:

polimeri ai oxidului de siliciu;

se utilizează atunci când se cere o mare stabilitate a vâscozității și inerție chimică;

au o viscozitate cinematică de 0,65-1000 cSt la 25 °C.

Apă:

se utilizează din considerente de cost redus și protecție a mediului;

are un modul de elasticitate volumică cu 50% mai mare decât a uleiurilor deci o compresibilitate redusă;

principalele dezavantaje: corozivă, temperatura maximă de utilizare 100 °C, lubrifiere redusă, viscozitate redusă;

pentru reducerea inconvenientelor se introduc emulsii.

Metal lichid:

aliaj eutectoid de 77%Na si 33%K care se utilizează la temperaturi înalte;

punct de congelare -5 °C și punct de fierbere 850 °C; [6]

Proprietățile lichidelor hidraulice:

Densitatea:

se definește ca masa unității de volum;

este dependentă de presiune și temperatură.

Greutatea specifică:

Modulul de compresiune volumică:

la creșterea presiunii, corespunzător cu scăderea volumului, densitatea crește;

inversul modului de compresiune volumică reprezintă modulul de elasticitate;

este puternic influențat de cantitatea de aer pătrunsă în lichid și nedizolvată.[7]

Vâscozitatea:

capacitatea unui lichid de a opune rezistență la curgere ca rezultat a interacțiunii mecanice dintre particulele constituente.

Dinamică:

Cinematică:

1 St = 100 cSt = 1 cm2/s.

vâscozitatea lichidelor scade rapid cu temperatura și crește într-o mai mică măsură cu presiunea.

νt- vâscozitate la t °C;

t – temperatura;

n – coeficient dependent de vâscozitate.[7]

Capacitatea de dizolvare a gazelor:

capacitatea de dizolvare a gazelor este proporțională cu presiunea până la 300 bar;

gazele dizolvate nu au influență asupra proprietăților lichidului.

Capacitatea de separare a aerului:

Separarea aerului poate duce la apariția unor fenomene cum ar fi:

cavitația: apare datorită vitezei mari de deplasare a lichidului și a unei presiuni locale scăzute, la pompe pe aspirație, în filtre, la coturi etc.

spumarea: spuma se formează la suprafața lichidelor datorită separării aerului.

Punctul de congelare:

temperatura la care lichidul nu mai curge sub greutatea proprie.

Punctul de inflamabilitate:

temperatura la care lichidul se aprinde în prezența unei flăcări.

Temperatura de autoaprindere:

temperatura la care lichidul se aprinde dacă o picătură de lichid cade pe o suprafață încălzită.

Comportarea față de materialele cu care intră în contact:

lichidele hidraulice nu trebuie să atace suprafețele cu care intră în contact: metalice, sintetice (etanșări, furtunuri, conducte), etc. [7]

Principii de bază în hidraulică

Presiunea

datorată forțelor externe(legea lui Pascal):

1 bar = 1 daN/cm2

hidrostatică:

transmisia forțelor de presiune:

principiul conservării forțelor:

[8]

Figura1.7: Principiul conservării forțelor

Debitul

Legea continuității:

Figura1.8: Debitul

Numărul lui Reynolds:

v- viteza de deplasare;

d- diametrul conductei;

ν – vâscozitatea cinematică.

Recritic ≈ 2300

Recritic < 2300 – regim laminar; Recritic > 2300 – regim turbulent.[8]

Acționări pneumatice

1.3.1 Introducerea în pneumatică

Un sistem cu agent fluid de lucru transmite și controlează energia prin utilizrea unui luchid sau a unui gaz sub presiune. În cazul sistemelor pneumatice, fluidul sub presiune este aerul atmosferic. Acesta este aspirat din atmosferă și comprimat prin reducerea volumului, mărindu-i astfel presiunea. Energia înmagazinată în aerul comprimat este folosită, în principal pentru acționarea motoarelor pneumatice liniare (cilindri cu piston sau membrană), oscilante sau cu rotație parțială sau rotative. Aplicațiile de acest tip, caracterizate printr-un flux energetic important, intră în categoria acționărilor pneumatice.[9]

Aerul comprimat poate fi folosit și pentru transmiterea și prelucrarea informațiilor în vederea realizării comenzilor pneumatice. Deși, în prezent controlul electronic prin automate programabile sau alte echipamente de comandă este folosit în mod curent, în special atunci când volumul de date este relativ mare, este încă necesară cunoașterea funcționării componentelor pneumatice care pot materializa funcții logice. Folosirea eficientă a acționărilor și comenzilor pneumatice necesită o cunoaștere aprofundată a componentelor pneumatice disponibile și a funcțiilor acestora, pentru a asigura integrarea lor într-un sistem de lucru performant.[9]

Ce poate face pneumatica?

La început, utilizarea aerului comprimat a fost exclusiv legată de mediile de lucru cu pericol de explozie sau incendiu. Pe măsură ce echipamentele pneumatice s-au diversificat, miniaturizat și perfecționat, acționările și comenzile pneumatice și-au extins considerabil aria de aplicații. În prezent,aproape că nu mai există domeniu al industriei în care sistemele pneumatice să nu ocupe un loc important. De asemenea trebuie subliniat faptul că, în timp ce în unele domenii acționările pneumatice intră în competiție cu cele electrice și hidraulice, în anumite condiții de lucru ele sunt utilizate în exclusivitate, fiind practic de neînlocuit.[9]

Scurta listă de aplicații prezentată mai jos servește doar pentru a evidenția versatilitatea acționărilor pneumatice și varietatea operațiilor in care pot fi utilizate, într-o industrie în continuă dezvoltare: [10]

acționarea robineților din instalațile de aer, apă sau alte produse chimice;

manevrarea porților grele sau calde;

dascărcarea căricioarelor în construcții, oțelării, mine și industria chimică;

tasatea cimentului și asfaltului în locații;

acționarea utilajelor pentru topirea și prelucrarea metalelor;

pulverizarea substanțelor în agricultură;

pulverizarea vopselelor;

acționarea mașinilor și echipamentelor agricole;

acționarea ghilotinelor și mașinilor de debitat;

acționarea și alimentarea mașinilor unelte;

acționarea roboților și manipulatoarelor;

automatizarea montajului și controlului;

răcirea și curățarea pieselor.[10]

Proprietățile sistemelor cu aer comprimat

Avantajele principale care determină larga utilizare a sistemelor pneumatice în industrie sunt menționate pe scurt în continuare:

Disponibilitatea sursei de aer comprimat

Cea mai mare parte a interprinderilor și instalațiilor industriale au fie un sistem centralizat pentru alimentarea cu aer comprimat a locurilor de muncă, fie compresoare locale pentru situații de utilizare mai speciale.[10]

Stocarea

Dacă este necesar, aerul comprimat este ușor de îmagazinat în cantități mari, în rezervoare special destinate acestui scop. Pe lângă alte funcții, rezervorul asigură alimentarea sistemului cu aer comprimat pentru o anumită perioadă de timp, atunci când compresorul este oprit.[11]

Simplitatea cunstrucției și controlului

Componentele pneumatice au o construcție simplă și sunt ușor de utilizat pentru obținerea sistemelor înalt automatizate. Parametrii funcționali pot fi reglați e domenii largi și cu mijloace relativ simple. Traseele conductelor sunt mai simple, deoarece nu sunt necesare conducte de retur (aerul uzat este evacuat în atmosferă). [11]

Gabaritul și greutatea

Componentele pneumatice pot fi miniaturizate, deoarece secțiunile de curgere necesare sunt relativ mici (aerul are vîscozitate foarte scăzută). Conductele au diametre mici și pot fi realizate din materiale nemetalice (nylon, poliuretan), mai ușoare. De asemenea densitatea aerului este foarte mică.

Alegerea mișcării

Motoarele pneumatice pot realiza atît mișcări liniare, cât și mișcări de rotație alternative sau continue, cu viteze rglabile.

Costul

Instalațiile pneumatice necesită o investiție relativ scăzută, datorită costurilor modeste ale componentelor. Cheltuielile de exploatare sunt scăzute datorită duratei îndelungate de exploatare operativă, fără a necesita întrețineri.

Fiabilitatea

Componentele pneumatice au o viață operativă lungă, care se traduce printr-o înaltă fiabilitate a sistemului.[11]

Rezistența la mediu

Fucționarea elementelor pneumatice este puțin influențată de mediile cu temperaturi înalte, cu praf, cu umiditate ridicată sau substanțe corozive, ce pot deteriora alte sisteme.

Puritatea mediului ambiant

Sistemele pneumatice menșin mediul curat și cu un tratament corespunzător al aerului evacuat pot realiza un grad de curățenie specific standardului “camerei curate”(clean room).

Siguranța în funcționare

Sistemele cu aer comprimat nu prezintă risc de incendiu sau de explozie în spațiile periculoase. Motoarele pneumatice nu produc căldură și suportă suprasarcini, până la oprirea completă, fără să se deterioreze.[11]

Timpul de răspuns

Un actuator pneumatic are un timp de răspuns mai lung decât unul hidraulic. Acesta este determinat de timpul necesar pentru umplerea conductelor și a camerelor cu aer comprimat.

Zgomotul

La evacuarea în atmosferă, aerul comprimat produce un zgomot specific. Acesta poate fi micșorat prin amplasarea unor amortizoare fonice în orificiile de evacuare.[12]

Sistemul pneumatic de bază

În sistemele pneumatice de acționare, elementele finale sau de execuție sunt motoarele pneumatice liniare (cilindri cu piston sau membrană), motoarele oscilante sau motoarele rotative.

Acestea au rolul de a transforma energia aerului comprimat în lucru mecanic util, pe care îl transmit prin intermediul organelor de ieșire (tije sau arbori) mecanismelor acționate, pentru efectuarea diferitelor operații specifice proceselor industriale. [13]

Motoarele pneumatice dezvoltă forțe, respectiv momente, direct proporționale cu presiunea de alimentare, în timp ce vitezele organelor de ieșire sunt dependente de debitul de aer.

Pentru controlul mișcărilor realizate și parametrilor furnizați la ieșire sunt necesare alte elemente (distribuitoare, drosele, regulatoare de presiune,etc.), care controlează sensul de mișcare și reglează presiunea și debitul de aer la valorile necesare motoarelor. În plus, aerul furnizat de compresor trebuie „tratat” înainte de utilizare cu ajutorul unor echipamente speciale pentru eliminarea apei și impurităților mecanice, reglarea și menținerea constantă a presiunii și,dacă este necesar, pentru lubrifiere.

Structura de bază a unui sistem pneumatic de acționare poare fi exemplificată cu ajutorul schemei din figura 1.9 de mai jos, în care sunt evidențiate cele două părți principale ale sistemului:

partea (subsistemul) de producere, preperare și distribuție a aerului comprimat;

partea (subsistemul) de utilizare a aerului. [13]

Figura1.9: Sistemul pneumatic de bază

Părțile componente și funcțiile lor principale sunt:

Compresorul

Aerul aspirat la presiunea atmosferică este comprimat și înmagazinat în rezervor, de unde este furnizat la presiune mai mare sistemului pneumatic. Compresorul transformă așadar energia mecanică în energie pneumatică.[14]

Motorul electric

Furnizează puterea mecanică compresorului. Transformă energia electrică în energie mecanică.

Releu de presiune

Controlează motorul electric în funcție de presiunea în rezervor. El este reglat să oprească motorul electric dacă presiunea în rezervor atinge valoarea maximă prestabilită și să în pornească, dacă presiunea scade la valoarea minimă reglată.

Supapa de sens unic

Permite trecerea aerului comprimat de la compresor la rezervor și împiedică întoarcerea aerului, când compresorul este oprit.

Rezervorul

Înmagazinează aerul comprimat și atenuează pulsațiile de presiune. Volumul său este stabilit în funcție de capacitatea compresorului. Cu cât volumul este mai mare și intervalul de timp după care repornește compresorul este mai lung.

Manometrul

Indică presiunea aerului comprimat din rezervor.

Purjorul automat

Evacuează periodic toată apa condensată și acumulată în rezervor fără a necesita intervenție din exterior.

Supupa de suguranță

Este o supapă normal închisă. Evacuează aerul comprimat dacă presiunea în rezervor crește peste valoarea prereglată pentru deschidere.

Uscîtorul cu ciclu frigorific (cu refrigerare)

Răcește aerul comprimat până la o temperatură puțin mai mare decâtpunctul de congelare și condensează cae mai mare partea vaporilor de apă din aerul comprimat. Condensul este evacuat periodic în mod automat. Astfel se evită prezența apei de condens în sistem.[14]

Filtrul de linie

Este filtrul poziționat pe conducta principală. Acesta trebuie să aibă o cădere de presiune cât mai mică și o capacitate mare de reținere a impurităților din aerul comptimat. Apa și impuritățile reținute sunt evacuate periodic, automat sau manual.

Filtrul menține în limitele admise cantitățile de praf, vapori de apă și de particule de uleiconșinute în aerul comprimat.[15]

Capitolul 2: Studiul și prezentarea stației inițiale de separare pentru PCB-uri

2.1 Principalele tehnologii de depanelare

Depaneling-ul este un pas în procesul de producție al ansamblului electronic cu volum mare. Pentru a crește capacitatea de producție a plăcilor de fabricație cu circuite imprimate (PCB) și a liniilor de montare pe suprafață (SMT), PCB-urile sunt deseori proiectate astfel încât să fie compuse din mai multe PCB-uri individuale mai mici care vor fi utilizate în produsul final. Acest PCB se numește panou sau multibloc. Panoul mare este spart sau "depanelat" ca o anumită etapă în proces în funcție de produs, se poate întâmpla imediat după procesul SMT , după testul în circuit (TIC), după lipirea elementelor prin gaură sau chiar chiar înainte de finalul ansamblului.

Ruperea în mână

Această metodă este potrivită pentru circuite rezistente la tensiuni (de exemplu, fără componente SMD). Operatorul rupe simplu PCB-ul, de obicei de-a lungul unei linii de canal V pregătite, cu ajutorul unui dispozitiv adecvat.

Pizza cutter (cuțitul de pizza)

Este o lamă rotativă, uneori se rotește cu propriul său motor. Operatorul mișcă un PCB pre-marcat de-a lungul unei linii de canal V, de obicei cu ajutorul unui dispozitiv special de fixare. Această metodă este adesea folosită numai pentru tăierea panourilor mari în panourimai mici. Echipamentul este ieftin și necesită doar ascuțirea lamei și ungerea la nivel de întreținere.

Strivirea

Strivirea este un proces în care PCB-urile simple sunt scoase din panou prin utilizarea unui dispozitiv special de fixare. Este un dispozitiv de fixare cu două părți, cu lame ascuțite pe o parte și suporturi pe cealaltă parte. Capacitatea de producție a unui astfel de sistem este mare, dar corpurile de lucru sunt destul de costisitoare și necesită o ascuțire regulată.

Routerul

Un ruter de depanelare este o mașină similară cu ruterul de lemn. Foloseste un bit de ruter pentru a îndepărta materialul în exces al PCB-ului. Un mare dezavantaj ar fi că duritatea materialului plăcii de imprimat acoperă bitul, care trebuie înlocuit periodic.

Traseul cere ca panourile simple să fie conectate folosind filele dintr-un panou. Bitul îndepărtează întregul material al filei. Produce mult praf care trebuie aspirat. Este important ca sistemul de vid să fie ESD. De asemenea, fixarea PCB-ului trebuie să fie strânsă – de obicei se utilizează un jgheab de aluminiu sau un sistem de fixare în vid.

Cei doi parametri cei mai importanți ai procesului de rutare sunt: viteza de avans și viteza de rotație. Acestea sunt alese în funcție de tipul de biți și diametru și trebuie să rămână proporționale (adică creșterea vitezei de avans trebuie să se facă împreună cu creșterea vitezei de rotație).

Routoarele generează vibrații de aceeași frecvență ca viteza lor de rotație (și armonice mai mari), care ar putea fi importante dacă există componente sensibile la vibrații pe suprafața plăcii. Avantajul lor este că sunt capabili să taie arcele și să se rotească la unghiuri ascuțite. Dezavantajul lor este capacitatea redusă.

Fierăstrăul

Un ferăstrău este capabil să taie panouri la viteze mari de alimentare. Poate taia atat PCB-urile cu caneluri V, cat si cele fără caneluri V. Nu taie mult material și, prin urmare, generează cantități mici de praf. Dezavantajul este că are abilitatea de a tăia numai linii drepte și stres mai mare decât prin rutare.

Leserul (din Martie2010)

Decuparea cu laser este oferită acum ca o a treia metodă de către unii producători de echipamente. Depanelarea cu laser UV utilizează o sursă de laser Nd: YAG cu lungimea de undă de 355 nm (ultraviolet), pompată cu diodă. La această lungime de undă, laserul este capabil să taie, să găsească și să structureze pe substraturi rigide și flexibile. Fasciculul laser, capabil să taie lățimea sub 25μm, este controlat de oglinzi de scanare cu înaltă precizie, cu o precizie repetată de +/- 4 μm.

O varietate de materiale de substrat pot fi tăiate cu o sursă laser UV, inclusiv FR4 și substraturi similare bazate pe rășini, poliimidă, ceramică, PTFE , PET, aluminiu, alama și cupru.

Avantajele ar fi că au precizie, stres mecanic scăzut și capabilități flexibile de contur și tăiere.

Dezavantajele ar fi că investiția inițială de capital este adesea mai mare decât tehnologiile tradiționale de depanare, de asemenea, grosimea optimă a plăcii este recomandată să nu fie mai mare de 1mm.

Sursele de laser CO2 au fost, de asemenea, utilizate pentru depanare, dar sunt considerate depășite, deoarece tehnologia cu laser UV oferă tăieturi mai curate, stres termic mai puțin și capacități de precizie mai ridicate.

2.2 Prezentarea stației inițiale de separare a PCB-urilor

Depanelarea prin V-cut a reprezentat și reprezintă în continuare o soluție simplă și ieftină din punct de vedere al separării PCB-urilor, fiind o operație rapidă care nu necesită o îndemănare foarte mare și în urma căreia nu se obțin reziduri de șpan și praf.

Problema este că această depanelare trebuie să țină pasul cu procesele de automatizare și trebuie inregrată în rândul mașinilor cu comenzi automate, majoritatea echipamentelor utilizate în prducții de serie trebuie să sufere câteva modificări din punct de vedere electronic pentru a face munca opeatorului mai ușoară și totodată mai transparenta și mai precisă.

Analizând producția m-am oprit la acest aspect de depaneling, deoarece mi-a atras atenția prin apariția învechită a acestui echipament, depașit din punct de vedere moral cât și din punct de vedere fizic.

Acționarea echipamentului este realizată de către operator printr-o pedală care trimite un semnal electric, acțonănd electromagnetul și împingând pistonul pneumatic prins de ghilotină pentru separarea PCB-ului. Din punct de vdere al siguranței cursa ghilotinei este de doar 3 mm, iar distanța dintre lamele de tăiere este de doar 5 mm, astfel încăt operatori să nu poată fi vătămați in cazul unei acționări accidentale a pedalei.

Figura 2.1: Ghilotină manuală

Corpul ghilotinei poare fi considerat ca fiind unul universal deoarece forța de acționare nu diferă foarte mult în funcție de model, iar pentru folosirea acesteia în producții de serie se construiesc diferite adaptoare pentru a putea depanela diferite produse de diferite dimensiuni.

Reglajul se poate face din roata manuală prin care se pot apropia sau depărta cuțitele de tăiere în funcție de grosimea PCB-ului. De obicei aceste ghilotine nu sunt folosite la PCB-uri mai mari de 4 mm în grosime deoarece peste această dimensiune nu se mai asigură forța necesară de separare. Este important să se țină cont de acest lucru deoarece dacă mașina nu mai are forța necesară de separare induce tensiuni și deformații în PCB, iar stresul componentelor din acea zonă de separare este foarte mare iar riscul de a se desprinde componenta de pe traseu este aproape inrvitabil.

Figura 2.2: Ghilotină manuală cu pedală integrată

Pentru a putea realiza o verificare și o înregistrare a multipanourilor, fiecare PCB în parte are imprimat un cod QR în care apare serial number-ul, data în care a fost creat și lotul din care face parte. După separare PCB-urile sunt scanate cu un scaner manual care transmite datele către un calculator unde sunt stocate și înregistrate într-o bază de date.

Operatorul trebuie să își elibereze o mâmă pentru a putea prelua scanerul și pentru a scana piesa depanelată, fapt care duce la o pierdere de timp, la prima vedere mică dar calculată la un program de opt ore duce la o pierdere de timp remarcabilă, iar acest lucru trebuie optimizat din acest punct de vedere.

De obicei aceste ghilotine se pozitionează pe liniile de back-end, produsul care rezultă din traseul parcurs pe această linie un produs finit, deci în concluzie depanelat. Multipanourile care vin de pe liniile de front-end sunt așezate în transportoare (KLT-uri, magazii) și aduse pe linia de back-end.

Prima operație executată de operator este depanelarea, iar acest lucru se face prin preluarea multipanoului din magazie și introducerea lui pe adaptorul ghilotinei. Următorul pas este acela de a poziționa multipanelul pe adaptor, după care se împinge adaptorul până la capăt de cursă. Apoi urmează acționarea pedalei pentru a secționa multipanelul, iar în ultimă fază se retrage adaptorul, se scoate piesa depanelată, se scanează și se trimite la operația următoare.

Ghilotina trebuie să fie poziționată pe o masă de preferință matalică care să fie legată la împământare și care să fie conductivă din punct de vedere electric pe suprafața pe care este așezată ghilotina. Aceste considerente se iau din punct de vedere al sigranței operatorului, ca în cazul în care există o descărcare electrică, aceasta să nu se facă prin corpul operatorului dacă acesta intră în contact cu masa.

Într-o zonă EPA (Electrostatic Protected Area) toate echipamentele care se află în acea zonă trebuie să fie obligaoriu legate la împământare, în primul rând din motive de siguranță, și în al doilea rând din motive de ESD, adică să se asigure o descarcare electrostatică.

În această zonă (EPA) este important de asemenea ca și podeaua să fie conectată la împământare pentru a asigura o descărcare electrostatică a operatorului. Conductivitatea electitrică a pantofilor operatorului este de cel putin 1000 de ori mai mică decât cea a echipamentului, garantând descărcarea unor sarcini de curenți mari prin echipamente.

Exemplu: rezistență electrică echipament: 0,72 Ω;

rezistență prin operator: 25,36 M Ω.

Alimentatrea echipamentului se face prin spatele ghilotinei unde se racordează la aerul instalației și la energia electrică, la fel ca și masa ghilotina trebuie să fie legate la u fir de împământare.Acționarea echpamentului se face prin relee electrice și prin elemente pneumatice, important de menționat este că echipamentul nu folosește nici un fel de programator logic sau alt controler pentru a controla procesul de depaneling. În mamentul de față un multipanel poate fi taiat de la stănga la dreapta și de la dreapta la stănga fară probleme într-o astfel de ghilotină, fapt care a putea duce la o înregistrare haotică în baza de date a PCB-urilor depanelate, de aceea se crează instrucțiuni de lucru pentru fiecare operație în parte, acestea fiind așezate în dreptul feicărui echipament în parte.

După instalarea sau mutarea echipamentului trebuiesc efectuate masruători de stress pentru a vedea dacă și unde se deformează PCB-ul în timpul depanelării. Aceste măsurători de stress indică deformații de ordinul micronilor precum și direcțiile de deplasare ale deformațiilor.

În general au loc deformații maxime între 500-1000 µm/m, iar la echipamentele mai precise și mai noi valoarea maximă de deformare este de 500 µm/m, asta depinzând și de natura PCB-ului și implicit de grosimea stratului de cupru din PCB.

2.2.1 Prezentarea unei analize de stress measurement

Pentru a explica mai bine acest fenomen de stress measurement pentru depaneling am să aduc câteva fragmente dintr-un raport de specialiate realizat cu un aparat care măsoară deformațiile PCB-ului. Pe prima pagină avem numele proiectului, data execuției și executantul.

Figura 2.3: Raport de măsurarea deformațiilor, Pasul 1

Pasul următor este acela în care se prezintă mașina cu care este efectuată măsurătoarea, valorile maxime de deformare acceptate de producător, precum și standardul după care se execută acea măsurătoare.

Figura 2.4: Raport de măsurarea deformațiilor, Pasul 2

În următoarea fază se va arăta unde se poziționează timbrele de stress, care de obicei sunt situate în locul unei componente din imediata vecinătate a zonei în care se depanelează piesa.

Figura 2.5: Raport de măsurarea deformațiilor, Pasul 3

Mai departe este plasat depanelul în adaptorul ghilotinei arătând exact direcția de tăiere și se pregătește aparatul pentru măsurătoare prin conectarea timbrelor în mufele de citire a deformațiilor. Pentru acest proiect s-au efectuat două secționări de piese, depaneling 1 și depaneling 2.

Figura 2.6: Raport de măsurarea deformațiilor, Pasul 4, Prima piesă

Apoi se prezintă măsuratorile înregistrate de mașină pentru depaneling 1, fiind specificată valoarea maximă.

Figura 2.7: Raport de măsurarea deformațiilor, Pasul 5, Prima piesă

Similar se procedează și cu depanelingul 2 și avem:

Figura 2.8: Raport de măsurarea deformațiilor, Pasul 4, Prima piesă

Figura 2.9: Raport de măsurarea deformațiilor, Pasul 5, a doua piesă

Pasul final prezintă concluziile, care decid dacă echipamentul trece sau nu testul de calitate.

Figura 2.10: Rezultat final, Pasul 6

În construcția unei astfel de mașini (depaneling), trebuie ținut seama de acest aspect al stress mesurementului deoarece reprezintă testul final al mașinii care poate face diferența între o mașină de calitate sau un rebut de mașină. Pe lângă forța de tăiere trebuie ținut cont și de grosimea lamelor de tăiere, iar în momentul actual se cauta să se producă lame cât mai subțiri și cât mai rezistente fapt care duce la un stress pe componentă cât mai mic. Vom vedea în continuare în optimizarea efectuată câteva plusuri în ceea ce privește câștigul de timp și calitatea de execuție a produsului.

Capitolul 3: Studiul și optimizarea stației de separare pentru PCB-uri

3.1 Noțiuni de bază despre PLC-uri

Echipamentele cu logică programată (ELP) sau automatele programabile (AP) sau programmable logic controllers (PLC) sunt echipamente destinate conducerii automate a proceselor industriale.

Structura unui proces automatizat cu ajutorul unui automat programabil poate fi sintetizată prin schema bloc prezentată mai jos:

Figura 3.1: Structura unui proces automatizat cu ajutorul unui automat programabil

Automatul programabil realizează astfel cele două sarcini principale ale automatizării unui proces:

– măsura, care în acest caz presupune monitorizarea stării procesului prin achiziția la intrările automatului, prin intermediul senzorilor, butoanelor, limitatoarelor de cursă, etc. a variabilelor de stare din proces;

– controlul, care presupune prelucrarea informațiilor primite de la intrări și generarea comenzilor necesare spre elemente de execuție din procesul automatizat, conform unui program specific.[16]

Utilizarea logicii programate constituie o modalitate calitativ superioară de realizare a echipamentelor de comandă. În cazul ELP funcțiile care trebuie executate și succesiunea acestora sunt stabilite de programul înscris în memoria program. Se asigură o flexibilitate deosebită dispozitivelor de comandă, permițând ușoare modificări și dezvoltări ulterioare. Dacă în cazul logicii cablate orice modificare în funcționarea echipamentului de comandă implică realizarea unui nou cablaj, unor noi legături între elemente, în cazul ELP modificarea constă în simpla inserare a unor alte expresii algebrice în memoria program, fără a fi necesare modificări în cablajul inițial, realizându-se astfel economii însemnate de timp și de manoperă. Totodată, această facilitate a ELP permite tipizarea interfețelor de intrare și ieșire și a unității centrale, personalizarea unei scheme de comandă făcându-se prin programul implementat. [16]

3.1.1 Structura de principiu a automatelor programabile

O schemă bloc cu componentele tipice ale structurii unui automat programabil este prezentată în figura 3.2.

Figura 3.2: Schema bloc a unui PLC

Intrările din proces sunt realizate sub forma diverselor elemente de comandă și măsurare incluse în sistemele operaționale și auxiliare ale instalațiilor automatizate: butoane, comutatoare, limitatoare de cursă, senzori fotoelectrici, senzori de proximitate, traductoare de nivel, traductoare de deplasare incrementale sau absolute și, în ultimul timp, traductoare al căror semnal de ieșire are o variație analogică. [17]

Principalele tipuri de elemente care se conectează la intrările automatelor programabile sunt sistematizate în figura 3.3.

Figura 3.3: Principalele elemente care se conectează la intrările automatului programabil

Ieșirile dirijează acționarea elementelor de execuție de tipul releelor, contactoarelor, lămpilor de control, electro-valvelor, elementelor de afișare etc. Principalele tipuri de elemente care se conectează la ieșirile automatelor programabile sunt sistematizate în figura 3.4. O atenție deosebită trebuie acordată intrărilor și ieșirilor, deoarece în aceste zone mărimile electrice (tensiuni, curenți) vehiculate ating valori care pot afecta unitatea centrală de procesare CPU (central processing unit – microprocesorul automatului programabil), făcând necesară prezența unor circuite care să izoleze CPU de influența acestora. [17]

Figura 3.4: Principalele elemente care se conectează la ieșirile automatului programabil

Poziționarea terminalelor de intrare și ieșire poate fi diferită, în funcție de tipul automatului. În figura 3.5 sunt prezentate cele două situații care pot apărea, cu terminalele de intrare în partea inferioară și cele de ieșire în partea superioară, respectiv situația inversă, cu terminalele de intrare în partea superioară.

Figura 3.5: Poziționarea terminalelor de intrare și de ieșire

Poziționarea terminalelor de intrare și ieșire precum și modul de conectare al elementelor legate la acestea reprezintă de asemenea aspecte importante în utilizarea automatelor programabile. În figura 3.6 este prezentat în principiu, modul de conectare al unui element de intrare și al unui element de ieșire la un automat programabil Sismens Simatic S7 200. Se observă că elementele legate la ieșirile automatului, fiind în general sarcini rezistive sau inductive, se conectează în paralel cu surse de tensiune continuă sau alternativă. [17]

Figura 3.6: Conectarea intrărilor și ieșirilor

În figura 3.7 este prezentat modul de conectare al elementelor legate la intrările unui automat programabil. Indiferent de tipul automatului, elementele legate la intrări se conectează cu un terminal la potențialul de +24 de V, iar celălalt se conectează la -24 V, prin intermediul terminalul comun al intrărilor, notat pe figură cu COM, la care este conectat potențialul de -24 V al sursei utilizate pentru energizarea intrărilor. O mențiune specială trebuie făcută în cazul conectării la intrări a elementelor de tip senzor de proximitate, sau similare, care dispun de trei terminale, în locul celor două uzuale. În acest caz, conectarea se face conform figurii 3.8, luându-se în considerare culorile firelor care pleacă de la cele trei terminale. [17]

Figura 3.7: Modul de conectare al elementelor legate la intrări

Modul de conectare al elementelor legate la ieșirile automatului programabil este prezentat în figura 3.9. Se poate remarca faptul că se pot utiliza, atât surse de tensiune continuă cât și de tensiune alternativă, în funcție de tipul elementului conectat la ieșire, legate în serie cu acesta. În cazul ieșirilor există mai multe terminale comune, notate în figură cu COM, terminalele de ieșire și respectiv elementele legate la aceste terminale putând fi grupate câte unul la un terminal comun, (cazul terminalelor 00 și 01), câte două la un terminal comun (cazul terminalelor 02 și 03) sau mai multe la un terminal comun (cazul terminalelor 04 – 07). O atenție deosebită trebuie acordată valorii maxime a curentului care circulă prin aceste circuite la activarea ieșirii, care nu trebuie să depășească valoarea maximă admisibilă (valoare care reprezintă o caracteristică constructivă a automatului).[17]

Figura 3.8: Conectarea elementelor de tip senzor de proximitate

Figura 3.9: Modul de conectare al elementelor legate la ieșiri

Unitatea centrală de procesare CPU, constituie în fapt “creierul” automatului programabil. Printre primele CPU utilizate au fost cele pe 1 și 8 biți, la ora actuală aceste fiind înlocuite cu cele pe 16 și 32 de biți. Unitatea de programare permite introducerea și definitivarea programului în raport cu evoluția mașinii și cu modificările impuse în secvențele funcționale de bază ale acestuia. Soluțiile adoptate de către fabricanți includ mai multe variante:

– o consolă autonomă cu memorie proprie, specifică metodei de programare off-line

– o consolă portabilă, de mici dimensiuni, ce operează împreună cu automatul, utilizând memoria acestuia, (numit și dispozitiv “hand-held”), specifică metodei de programare on-line.

– calculatorul personal de tip PC, soluție ce tinde să înlocuiască variantele amintite mai sus. Transmiterea programului de la dispozitivul de programare la automatul programabil și invers, în cazul utilizării consolei de programare autonome sau a calculatorului personal se face utilizând USB-ul. [17]

Memoria automatelor programabile stochează programe și date și este în general o memorie de dimensiune mică, între 1K la automatele micro și 64 K la automatele foarte mari (actualmente se folosesc și dimensiuni mai mari ajungând la 1 MB), unde, așa cum s-a mai precizat mai sus, 1K poate însemna 1024 biți, 1024 bytes sau 1024 cuvinte (words).

Circuitele de memorie sunt realizate în tehnologie FLASH EEPROM (electrically erasable programmable read only memory), reprogramarea memorie făcându-se cu ușurință prin intermediul software-ului de programare și a unui cablu serial sau USB. De asemenea, se utilizează pe scară destul de largă și memoriile RAM non-volatile, care utilizează baterii pentru menținerea conținutului memoriei. Construcția modulară a automatelor programabile permite adăugarea cu relativă ușurință a modulelor de extensie, care măresc numărul total al terminalelor de intrare și ieșire, permițând astfel extinderea numărului de elemente legate la intrări și ieșiri fără a fi nevoie de achiziția unui automat dintr-o clasă superioară. [17]

3.2 Alegerea și verificarea cilindrului pneumatic al stației

3.2.1 Parametri constructivi și funcționali

Acești parametrii definesc dimensiunile principale și performanțele funcționale ale cilindrilor pneumatici. Sunt utilizați atât în fazele de predimensionare și alegere, cât și în faza de verificare a uui cilindru ales din catalog.

Diametrul cilindrului D(mm)

Diametrul cilindrului, sau alezajul interior al tubului, sau diametrul unui tub cilindric echivalent în cazul cilindrilor cu piston oval al unităților de tip tandem etc. Este parametrul constructiv cel mai important deoarece, definește suprafețele active ale pistonului, și implicit forțele dezvoltate de cilindru pe cele două curse.

Valorile diametrul D se aleg, de regulă, dintr-un șir de numere normalizat, R1. Uzual D=2,5… 300 mm, dar pot fi folosite valori și mai mari dacă este necesar.

Se alege standardizat diametrul D = 50mm.

Diametrul tijei, d(mm)

Diametrul tijei se alege, de asemenea, dintr-un șir de numere normalizat (R2) în funcție de diametrul cilindrului, D. Un diametru D poate fi combinat cu trei diamete d, astfel încât să aibă valorile normalizate φ = 1,08; 1,12 sau 1,20. Cu cât tija este mai groasă (φ mai mare) cu atâteste mai rezistentă la compresiune și flambaj, dar suprefața activă pe partea tijei scade.

φ =

Alegem standardizat diametrul tijei d = 20 mm, φ = 1,20.

Cursa nominală c (mm)

Cilindrii pneumatici pot avea curse de lucru mari, până la 10m, acestea fiind limitate numai de considerente tehnologice și de rezistența la flambaj. Toleranța cursei nu depășește de regulă, mai mult de 1 mm, ceea ce asigură o precizie de poziționare satisfăcătoare pentru majoritatea aplicațiilor.

Se alege cursa nominală c = 50mm

Dimensionarea orificiilor de conectare

Cilindrii pneumatici se conectează la circuitul pneumatic prin orificii filetete executate în capace, în care se montează racorduri pentru tub sau țeavă. Pentru cilindrii cu diametre mici (D≤16mm) se folosește filetul metric (M3, M5, M6 x 0.75), iar pentru diametre mai mari, filetul în țoli (G1/8, …, G1), care asigură o etanșare perfectă fără garnituri speciale.

Presiunea de lucru p (bar)

Domeniul presiunilor este stabilit între limitele … .

Presiunea de lucru este presiunea cea mai mică la care deplasarea pistonului, fără sarcină, este uniformă. Aceasta depinde, în principal, de valoarea forțelor de frecare interne,deci de calitatea etanșărilor suprafețelor, lubrifiere,etc. Presiunea maximă de lucru , este limitată de valoarea maximă disponibilă în rețelele de aer comprimat (10 … 12 bar).

Presiunea de lucru aleasă este definită între [MPa] și [MPa].

Forța teoretică

Forța teoretică se definește ca fiind forța dezvoltată de un cilindru „ideal„ (fără frecări interne, fără contrapresiune, cu etanșare perfectă), având dimensiuni identice cu cel real.

Deși corespunde unui model ideal forța teoretică este un parametru foarte important, deoarece indică limita maximă a forței pe care o poate dezvolta cilindrul la o anumită presiune.

Relațiile de calcul pentru cele două tipuri de bază – cu dublă acțiune (a) și cu simplă acțiune (b), sunt perzentate mai jos:

Pentru cilindrii cu dublă acțiune, forța teoretică este egală cu produsul dintre presiunea de alimentare și aria suprafeței active pe care acționează presiunea

Dacă suprafețele active sunt diferite de cele două curse (în cazul cilindrilor cu tijă unilaterală), valorile forțelor teoretice pe cursa de avans (1), respectiv de retragere (2), sunt date de relațiile:

și

Avem forța teoretică pentru piston:

și

În tabelul de mai jos sunt date valorile forțelor de avans și respectiv retragere (N) pentru o serie standard de cilindrii pneumatici.

Tabelul 3.1 Forța teoretică pe cele două curse

Viteza pistonului

Prin viteza părții mobile (pistonului) se înțelege viteza medie pe cursă. Aceasta este cuprinsă între intervalul și .

Viteza minimă este cea mai mică viteză la care deplasarea pistonului, fără sarcină este uniformă. Viteza maximă , este limitată de capacitatea sistemului intern de amortizare la capăt de cursă.

Viteza medie de funcționare a cilindrului este de apriximativ 500 mm/s.

Temperatura de lucru

Este temperatura fluidului de lucru și a mediului ambiant în care lucrează cilindrul. Pentru cilindrii pneumatici standard, domeniul uzual de temperatură este cuprins între -20 … +80 șC și -20 … +60 șC dacă cilindrul este echipat cu senzori magnetici.

În cazul de față temperatura de lucru a cilindrului este de 22 șC ±8 șC din motive de funcționare ale altor echipamente de lucru mai sensibile.

Forța necesară

Forța necesară este forța utilă efectivă pe care trebuie să o dezvolte cilindrul pentru realizarea operației prescrise. Gama de operații efectuate de cilindrii pneumatici este extrem de diversă. În unele aplicații, cilindrii trebuie să asigure strângerea pieselor în dispozitive cu forța necesară sau deplasarea acestora pe direcție verticală, orizontală sau înclinată.

Determinarea forței necesare presupune în toate cazurileo analză detaliată a condițiilor concrete de fincționare pe care trebuie să le îndeplinească cilindrul.

Figura 3.10: Componentele forței necesare pentru deplsări cu viteze reduse

La deplasarea sarcinii pe verticală (a), forța necesară este egală cu greutatea . Pentru depalsarea pe plan orizontal (b), forța necesară este dată numai de forța de frecare , greutatea fiind complet preluată de plan. Coeficientul de fecare depinde de tipul frecării (de alunecare sau de rostogolire) și de cuplul de materiale. Pentru metodele uzuale, coeficientul de frecare are valori de ordinul:

= 0,1 … 0,4 pentru frecarea la alunecare

= 0,1 … 0,01 pentru frecarea la rostogolire (role sai bile).

La deplasarea pe plan înclinat (c), forța necesară estedată de suma dintre componenta greutății paralelă cu planul și forța de frecare.

Pentru determinarea foței necesare în acest caz, în plan vertical, forța de împingere trebuie sa fie mai mare de 70 kg pentru a putea străpunge PCB-ul. Rezultă de aici forța necesară:

Coeficientul de încărcare

Forța teoretică, forța utilă și forța necesară pentru învingerea rezistențelor externe (greutăți, forțe de frecare, etc.), denumită pe scurt forță rezistentă, sunt reperzentate în graficul de mai jos.

Figura 3.11: Distribuția energiilor pe cursă

Suprafețele de sub dreptele corespunzătoare celor trei forțe definesc grafic lucrul mecanic teoretic, lucrul mecanic util, și respectiv lucrul mecanic rezistent.

Diferența dintre lucrul mecanic teoretic și cel util (suprafața a) reprezintă energia consumată pentru învingerea rezistențelor interne. Aceasta va fi cu atât mai mare cu cât randamentul cilindrului este mai scăzut. Diferența dintre lucrul mecanic util și cel rezistent (suprafața b) reprezintă rezerva de energie disponibilă pentru accelerarea părții mobile în faza de demaraj și învingerea forței produsă de contrapresiunea din camera de evacuare.

Pentru cilindrii pneumatici se definește coeficientul de încărcare prin raportul:

sau procentual

Valiarea coeficientului de încărcare se încadrează uzual între limitele 0,85 … 0,15, și depinde în principal de tipul operației pe care trebuie să o efectueze cilindrul (statică, cvastică, dinamică). Valori mai mari 0,7 … 0,85 se recomandă pentru operațiile statice , deoarece singura condiție impusă cilindrului este ca forța utilă să fie mai mare sau cel puțin egală cu forța necesară.

3.2.2 Dimensionarea cilindrului

Pentru cilindrii standard, după alegerea tipului constructiv-funcțional (simplă acțiune) în funcție de aplicație, dimensionarea constă în determinarea diametrului D.

Operații statice,cvastice, sau operații dinamice cu forțe rezistente importante

Date inițiale necesare:

presiunea de alimentare (0,5MPa)

forțele necesare rezistente (686 N)

cursa de lucru (50 mm)

Se alege coeficientul de încărcare , conform tebelului următor:

Tabelul 3.2 Alegerea coeficientului de încarcare

Se alege coeficientul de încărcare

Pentru cilindrii cu simplă acțiune ținând cont de expresia forței teoretice rezultă:

unde:

pentru cilindrii de împingere și

pentru cilindrii de tragere.

Aplicăm fomula pentru a afla și avem:

După care aflăm diametrul D:

Se alege diametrul standard D = 50 mm.

Se alege diametrul tijei standard d = 20 mm.

3.2.3 Verificarea cilindrilor

După dimensionare, cilindrul trebuie verificat în condițiile de funcționare. Verificările uzuale se referă la capacitatea de amortizare a șocurilor la cap de cursă, la rezistența la flambaj a tijei și la capacitatea de a prelua sarcini laterale. Uneori aceste mosificări impun o redimensionare a cilindrului.

Verificarea amortizării la cap de cursă

Sistemul de amortizare interntrebuie să fie capabil să absoarbă energia cinetică a părții mobile (ansamblu piston – tijă plus sarcina externă). Capacitatea de amortizare este definită prin energia cinetică maximă admisă, . Acest parametru esre indicat în documentația tehnică pentru fiecare model de cilindru.

Pentru a fincționa în condiții de siguranță este necesar ca energia cinetică a părții mobile să fie mai mică decât valoarea maximă admisă

unde:

(kg) – masa sarcinii externe

(kg) – masa pistonului

(kg) – masa tijei

(m/s) – viteza maximă pe cursă.

Pentru exemplificare, în tabelul de mai jos sunt prezentate informațiile pentru verificarea amortizării în cazul cilindrilor ISO cu diametre cuprinse între 32 și 100 mm.

Tabelul 3.3 Energia cinetică maximă admisă și masa pieselor pentru cilindrii ISO

Masa tijei este indicată prin valoarea St (kg/0,1m), corespunzătoare la 100 mm de cursă, deci:

unde c este cursa cilindrului în mm.

Verificarea amortizării se poate face și prin condiția ca viteza pe cursă să nu depășească valoarea maximă admisă,

Diagrama m/v permite o predimensionare rapidă a diametrului D, pornind de la masa sarcinii deplasate și viteza de lucru v

.

Figura 3.12: Diagrama m/v pentru verificarea amortizării

Verificarea la flambaj

Flambajul constă în deformarea unei bare zvelte (cu lungime relatin mare și secțiune mică), care apare atunci când solicitarea barei la compresiune depășește o anumită limită

În rezistența materialelor, pentru studiul flambajului sunt considerate patru cazuri de bază, în funcție de modul în care este fixată bara la cele două capete:

– un capăt încastrat, celălalt liber;

– ambele capete articulate;

– un capăt încastrat, celălaltarticulat;

– ambele capete încastrate.

Pentru toate cazurile forța de flambaj în domeniul elastic se calculează cu formula unitară:

unde: – E() – modulul de elasticitate al materialului barei (pentru oțel );

L – lungimea la flambaj

Figura 3.13: Cazurile de bază pentru flambaj

Pentru cazul de față avem ambele capete încastrate și anume:

iar forța critică la flambaj este:

3.2.4 Debitul și consumul de aer

Cantitatea de aer consumată de un actuator pneumatic este estimată în practică prin doi paremetri:

Debitul volumic mediu, Q;

Debitul volumic maxim .

Cei doi parametrii sint raportați la atmosfera normală de referință (ANR), definită conform ISO 8778 : 1990 prin temperatura relativă , presiunea atmosferică (1 bar) și umiditatea relativă de 65⁒, și sunt exprimați în (ANR) sau în unitatea practică l / min (ANR)

Figura 3.14: Definirea stărilor limită pentru calculul consumului de aer: (1) – comutarea distribuitorului principal D pentru cursa de avans; (2) – comutarea lui D pentru cursa de retragere

Calculul debitului maxim

Debitul instantaneu maxim consumat de actuator se va obține, pe cursa de avans sau retragere, în momentul în care podusul (suprafața pistonului x viteza instantanee) este maxim. De aceea, dacă vitezele pe cele două curse sunt cunoscute sau impuse prin temă,o primă verificare constă în stabilirea cursei pe care produsul are valoarea maximă.

Relația pentru calculul debitului volumic maxim, în l/min (ANR), este:

în care:

este presiunea de lucru în bari;

– suprafața pistonului;

– viteza maximă;

– debitul necesar.

Figura 3.15 Graficul pentru determinarea debitului de aer necesar

Trebuie să aflăm suprafața pistonului:

Și avem pentru pistonul de mai sus:

3.3 Optimizarea stației de separare pentru PCB-uri

3.3.1 Noțiuni de bază despre senzori

În cea mai largă definiție, un senzor este un dispozitiv, un modul sau un subsistem al cărui scop este să detecteze evenimente sau modificări în mediul său și să trimită informațiile către alte electronice, adesea un procesor de calculator . Un senzor este utilizat întotdeauna împreună cu alte sisteme electronice, de la cele mai simple sisteme la cele mai complicate.

Senzor de proximitate inductiv

Un senzor inductiv de proximitate aparține categoriei de senzor electronic de proximitate fără contact. Se folosește pentru poziționarea și detectarea obiectelor metalice. Domeniul de detectare al unui întrerupător inductiv depinde de tipul de metal detectat. Metalele feroase, cum ar fi fierul și oțelul, permit o gamă mai lungă de detectare, în timp ce metalele neferoase, cum ar fi aluminiul și cuprul, pot reduce domeniul de detectare cu până la 60%.

Senzorul constă dintr-o buclă de inducție. Curentul electric generează un câmp magnetic , care se prăbușește generând un curent care scade spre zero de la trans-ul său inițial când energia de intrare încetează. Inductanța modificărilor de buclă în funcție de materialul în interiorul acestuia și , deoarece metalele sunt mult mai eficiente decât alte materiale inductoare prezența metalului crește curentul care curge prin bucla. Această modificare poate fi detectată prin detectarea circuitelor. Aceasta indică apoi un alt dispozitiv ori de câte ori este detectat metalul. Aplicațiile comune ale senzorilor inductivi includ detectoare de metale , semafoare , spălătorii auto și o serie de procese industriale automatizate.

Figura 3.16: Senzori de proximitate inductivi

Senzor de proximitate inductiv

În domeniul ingineriei electrice, captarea senzorială (uneori capacitatea de detectare) este o tehnologie bazată pe cuplajul capacității, care poate detecta și măsura orice este conductiv sau are un dielectric diferit de aer.

Proiectarea unui sistem de detectare a capacității necesită mai întâi alegerea tipului de material de detectare (FR4, Flex, ITO, etc.). De asemenea, trebuie să înțelegeți mediul în care va funcționa dispozitivul, cum ar fi intervalul complet al temperaturii de funcționare , ce frecvențe radio sunt prezente și modul în care utilizatorul va interacționa cu interfața.

Senzorii capacitivi sunt construiți din mai multe medii diferite, cum ar fi cuprul, oxidul de staniu de indiu (ITO) și cerneala tipărită. Senzorii capacitivi de cupru pot fi implementați pe PCB standard FR4 , precum și pe materiale flexibile. ITO permite ca senzorul capacitiv să fie de până la 90% transparent (pentru soluții de un strat, cum ar fi ecrane cu ecran tactil).

Prin capacitatea de suprafață numai o parte a izolatorului este acoperită cu material conductiv. O tensiune mică se aplică acestui strat, rezultând un câmp electrostatic uniform. Când un conductor , cum ar fi un deget uman, atinge suprafața neacoperită, un condensator este format dinamic.

Din cauza rezistenței foii de suprafață, fiecare colț este măsurat pentru a avea o capacitate eficientă diferită. Regulatorul senzorului poate determina localizarea atingerii în mod indirect de la schimbarea capacitățiimăsurată din cele patru colțuri ale panoului: cu cât este mai mare schimbarea capacității, cu atât este mai aproape de atingerea colțului respectiv.

Figura 3.16: Senzor capacitiv

3.3.2 Prezentarea stației finale de separare a PCB-urilor

În cele ce urmează am să prezint stația finală de separare a PCB-urilor, care a fost adaptată pe un produs anume, având adaptorul de poziționare al PCB-ului construit după produs.

Opreația pe care trebuie să o facă această mașină este alcătuită din două faze, sau mai precis, două tăieturi.

Figura 3.17: Direcția de separare

3.3.2.1 Poziționare PCB

PCB-ul se va introduce în stație cu arculețele în jos, iar cuiburile vor fi adaptate pentru produs.

Implementări aduse:

Schimbarea pinilor, deoarece sunt necesari pini mai înalți;

Schimbarea pieselor de suport, deorece sunt necesare piese suport mai înalte;

Înălțarea ghilotinetinei;

Reconfigurarea pozițiilor a pinilor și a pieselor de suport pinii folosiți vor fi comuni și pentru un produs similar;

Reexecutarea a doua plăci de suport;

Modificarea unei plăci de suport;

Înălțarea subansamblului, adaptorului.

Figura 3.18: Modificare adaptor

Figura 3.19: Configurație pini de ghidare

Pentru o separare cât mai precisă este nevoie de o poziționare cât mai exactă a PCB-urilor de aceea pinii de ghidare trebuie să fie prezenți aproape în toate piesele ce urmează a fi separate.

3.3.2.2 Cilindru de fixare a PCB-urilor

Se implementează doi cilindrii pneumatici (downholderi pneumatici) în zona de tăiere, pentru a ține fixe PCB-urile.

Implementări aduse mașinii:

Se va monta de carcasa ghilotinei câte un subansamblu pentru coborârea cilindrului pneumatic

Acționarea va fi pneumatică, înainte de tăiere subansamblul vă coborî, după care se va acționa și pistonul pneumatic de tăiere, apoi se vor retrage la diferență de 1 secundă pistonul pneumatic de tăiere și cilindrii pneumatici de fixare a plăcii.

Figura 3.20: Cilindrii pneumatici de fixare

Rolul acestor cilindrii este de a reduce tensiunile induse de ghilotină în piesă, prin urmare se vor reduce aceste tensiuni din piesă eliminând riscul de a desprinde componentele electrice de pe acea placă.

În continuare este pezentat ansamblul cilindrului pneumatic de fixare care are în componență un piston de acționare pneumatic, două ghidaje care asigură acționarea și deplasarea corectă a ansamblului, un opritor fizic în care se oprește ansamblul la capăt de cursă și o piesă din matrial ESD care intră în contact cu PCB-ul.

Figura 3.21: Ansamblu cilindru pneumatic de fixare

Cuțitele folosite pe această mașină sunt mai subțiri decât cuțitele folosite pe mașina veche aproximativ 0,33 mm, iar acestea vor fi înlocuite regulat dupa un număr de aproximativ 30.000 de tăieturi care vor fi contorizate de softul mașinii și acasta va trimite un mesaj de alertă când se apropie de numărul prescris.

Figura 3.22: Vedere laterală a cuțitelor

3.3.2.3 Blocare, confirmare poziții

Se blochează adaptorul în față iar deblocarea acestuia va fi condiționată de confirmarea senzorilor de poziție.

Implementări aduse echipamentului:

Se vor implementa 3 senzori inductivi pentru a detecta cele 3 poziții;

Se va introduce un cilindru de blocare al adaptorului;

Pentru deblocarea cilindrului va fi nevoie de un semnal exterior (Pedală). Se va debloca doar dacă sensori inductivi confirma poziția căruciorului în poziția corespunzătoare iar deblocarea se va face prin butonul capacitiv;

Prelungirea tijei de ghidare a rotației de 90 de grade pentru a putea fi detectat de inductiv;

Adăugarea unor știfturi/șuruburi pe placa de glisare pe direcția Y, pentru a fi detectate de senzorul inductiv;

Adăugarea unei bucșe pe placa de glisare pe direcția Y, pentru blocare;

Figura 3.23: Vedere blocare față, detectări poziții

3.3.2.4 Integrare scanner

Se integrează un scanner Dataman 150 pentru citirea codului prezent pe multipanel. Acest scanner face citirea automat iar în program înregistrează data (AAAA-LL-ZZ), serial number-ul panoului citit și lotul din care face parte.

Implementări aduse mașinii:

Ciritea se va face întotdeauna înaintea primei tăieri;

Se montează pe partea stângă, citirea se face înaintea primei tăieri, deoarece panoul cu PCB-uri are codul imprimmat tot pe partea stăngă.

În cazul în care panoul este plasat cu codul pe partea dreaptă, citirea este imposibilă, iar mașina nu va citi codul și nu va merge mai departe.

Figura 3.24: Vedere poziție scanner

3.3.2.5 Carcasarea echipamentului

Se vor adăuga panouri vopsite RAL7035 pe laterale, cu ușa de mentenanța lângă panoul electric.

Implementări aduse mașinii:

Adăugare panou vopsit fata

Adăugare panou vipsit lateral dreapata;

Adăugare ușa mentenanța cu reținere pe magneți pe partea stângă;

Adăugarea unei bare pătrate din fier în spatele mașinii pentru suportul monitorului;

Adăugarea a patru picioare reglabile pe înălțime pentru așezarea în poziție corectă a mașinii.

Figura 3.25: Vedere panouri laterale

Figura 3.26: Uși de acces

Mașina a fost executată, fizic de o firmă externă care produce linii de automatizare, executarea a durat 90 de zile, urmănd ca apoi să fie adusă și instalată pe linie. Inainte de a produce, mașina a fost supusă la măsurători de deformații ale PCB-urilor (stress measurement), iar rezultatele obținute în urma acestor măsurători sunt mai mici decât la o mașină clasică de separare.

O să prezint pe scurt fragmente din raportul analizei de deformați / tensiuni. Se prezintă zonele unde poziționează firele care citesc tensiunea, de obicei sunt poziționate în imediata apropiere a liniei de secționare.

Măsurătorile sunt înregistrate pe două direcții de deplasare, direcția x și respectiv direcția y, și sunt transmise mașinii de măsurarea tensiunilor și deformațiior prin intermediul mai multor canale de comunicație, în cazul de față avem 5 canale de transmitere a datelor.

Vor fi efectuate trei tăieturi V-cut 1-1; V-cut 1-2; și V-cut 2; fiecare tensometru (strain gauge) conține patru fire, două pentru direcția x și două pentru direcția y.

Figura 3.27: Poziționarea firelor de tensiune pe PCB

Apoi se efectuează testul de tensiuni și deformații încapănd cu prima separare V-cut 2, și continuând ulterior cu celelalte două tăieturi V-cut 1-1, V-cut 1-2.

Figura 3.28: Efectuarea testului de deforamții

Valorile maxime înregistrate nu trebuie să fie mai mari de 500 , valoare maximă acceptată de standardul intren al firmei. Mai jos sunt perzentate rezultatele pentru fiecare masurătoare în parte.

Tabelul 3.4: Valorile maxime înregistrate în timpul testului de deformații

După cum se poate vedea și în tabelul de mai sus valoarea maximă este de 39,7 , valoare mică în comaprație cu o mașină clasică care întrgistrează valori maxime de peste 150

Timpul o componentă importantă în ceea ce privește producția de serie, este de asemenea redus la nivel de operație în ce privește o astfel de mașină, prin faptul că mașina scanează singură piesa economisind până la 5 sec din timpul unei operați de separare. Acționarea mașinii este mai rapidă și mai precisă deoarece pistonul este comadat automat și nu de o pedală care trebuia acționată manual. În total s-a economisit aproximativ 10 s / operație.

3.3.3 Alimentarea și controlul mașinii

Mașina este comandată de un PLC Siemens Simatic S7 – 1200 alimentat de la o sursă de tensiune care în primar are tensiunea de alimentare între 115 V – 230 V cu un consum de 2,84 A (115 V), și 1,42 A (230 V), iar în secundar tensiunea este de 24 Vcc la un cunsum de 7,5 A. Mai jos este prezentată schema electrică a sursei de alimentare.

Figura 3.29: Sursa de tensiune

Figura 3.30: Schema sursei de alimentare

Controlerul logic programabil (PLC) este legat la ieșirea de 24 Vcc a sursei de tensiune, pe partea de intrări a acestuia sunt legați cei patru senzori, trei inductivi și unul capacitiv. Pentru o identificare mai ușoară a aparaturii am asociat fiecărui element în parte un cod și am să le explic în cele ce urmează.

Sursă de alimentare: T1;

PLC: A1;

Dispozitive digitale I/O: A2, A3;

Reglete electrice: X1, X2, X3, X4, X5, X6.

În cele ce urmează am să prezint schema controlerului logic programabil:

Figura 3.31: Schema de conectare a PLC-ului

În această schemă sunt prezentate legăturile PLC-ului la sursa de alimentare, lagăturile dintre intrări și ieșiri L+ și M, și legaturile PLC-ului cu X2, X3, regletele electrice.

Figura 3.32: Schema de conectare a ghilotinei

Pentru rețeaua X1 avem firele de împământere provenite din instalația ghilotinei NTE-3505 FROST, în regleta electrică alimentarea se face prin două siguranțe, una pentru regleta X2 și una pentru regleta X3.

Intrările și ieșirile din A1 și A2 sunt legate între ele și duc împreună în regleta X2 conectate în punctele 5 (intrările din dispozitivele digitale I/O), și 9 (ieșirile din dispozitivele digitale I/O). Dispozitivele digitale de intrare / ieșire oferă o varietate de opțiuni de canal, curent și tensiune, concepute pentru a automatiza chiar și cele mai solicitante aplicații.

Figura 3.33: Schema de conectare a dispozitivelor digitale I/O

Regletele sunt dispozitive intermediare de legătură care conectează difrite circuite electrice pentru a realiza o conexiune logică și clară între dispozitivele electrice. În acest scop este conectat la o sursă de alimentare și datorită conexiunii paralele interne, toate sloturile sunt alimentate cu energie. Astfel, acesta acționează ca distribuitor în contrast cu cablul de extensie pur, care de obicei oferă doar o singură conexiune. Mai jos sunt prezentate legăturile rigletelor cu dispozitivele electrice digitale:

Figura 3.34: Schema de conectare a regletei X4 cu dispozitivul digital I/O A2

Figura 3.34: Schema de conectare a regletei X4 cu dispozitivul digital I/O A3

Figura 3.35: Schema de conectare a regletei X5 cu dispozitivul digital I/O A2

Figura 3.36: Schema de conectare a regletei X5 cu dispozitivul digital I/O A3

Conectarea mașinii la aerul comprimat se face de la instalația fabricii, iar în continuare sunt prezentate legăturile cilindrilor pneumatici, în primă fază este prezentată schema pneumatică a instalației mașini.

Figura 3.37: Schema pnaumatică a instalației mașinii

Figura 3.38: Schema cilindrilor pneumatici

Figura 3.42: Schema electromagneților cilindrilor pneumatici, continuare

Concluzii

În această lucrare am urmărit să dezvolt, și să îmbunătățesc o parte a procesului de producție pornind de la o stație de separare pentru PCB-uri care necesita unele modificări în ceea ce privește efectuarea operațiilor. Împreună cu alți colegi am ales un model de mașină mai nou (ghilotină), și am început să structurăm un plan de lucru în ceea ce privește optimizarea acestui proces și așa am ajuns să implementăm folosindu-ne de tehnologia de azi în această mașină a celor mai bune și compatibile componente electrice, mecanice, pneumatice cu scopul de a ușura munca operatorilor și totodată de a reduce timpul de execuție a operaților.

Bibliografie

[1]. AUTOMATIZĂRI Autor: Prof.univ.dr. Laurean BOGDAN pag. 17-20.

[2]. AUTOMATIZĂRI Autor: Prof.univ.dr. Laurean BOGDAN pag. 41-42.

[3]. SISTEME DE ACȚIONARE HIDROPNEUMATICE – CURS – Noțiuni introductive, Generalități privind sistemele de acționare Autor: Prof. univ. dr. ing. Sever Gabriel RACZ.

[4]. SISTEME DE ACȚIONARE HIDROPNEUMATICE – CURS – Noțiuni introductive, Structura generală a unui sistem hidrostatic Autor: Prof. univ. dr. ing. Sever Gabriel RACZ.

[5]. SISTEME DE ACȚIONARE HIDROPNEUMATICE – CURS – Noțiuni introductive, Avantajele și dezavantajele acționărilor hidraulice Autor: Prof. univ. dr. ing. Sever Gabriel RACZ.

[6]. SISTEME DE ACȚIONARE HIDROPNEUMATICE – CURS – Noțiuni introductive, Mediul hidraulic Autor: Prof. univ. dr. ing. Sever Gabriel RACZ.

[7]. SISTEME DE ACȚIONARE HIDROPNEUMATICE – CURS – Noțiuni introductive, Proprietățile lichidelor hidraulice Autor: Prof. univ. dr. ing. Sever Gabriel RACZ.

[8]. SISTEME DE ACȚIONARE HIDROPNEUMATICE – CURS – Noțiuni introductive, Principii de bază în hidraulică Autor: Prof. univ. dr. ing. Sever Gabriel RACZ.

[9]. PNEUMATICA, Noțiuni de bază SMC Romania S.r.l., reperul 1.1.

[10]. PNEUMATICA, Noțiuni de bază SMC Romania S.r.l., reperul 1.2.

[11]. PNEUMATICA, Noțiuni de bază SMC Romania S.r.l., reperul 1.3.

[12]. PNEUMATICA, Noțiuni de bază SMC Romania S.r.l., reperul 1.4.

[13]. PNEUMATICA, Noțiuni de bază SMC Romania S.r.l., reperul 2.1.

[14]. PNEUMATICA, Noțiuni de bază SMC Romania S.r.l., reperul 2.2.

[15]. PNEUMATICA, Noțiuni de bază SMC Romania S.r.l., reperul 2.3.

[16]. AUTOMATIZĂRI ȘI AUTOMATE PROGRAMABILE – Îndrumar de laborator – Automate programabile. Noțiuni introductive Autor: Prof.univ.dr.ing. BREAZ Radu Eugen

[17]. AUTOMATIZĂRI ȘI AUTOMATE PROGRAMABILE – Îndrumar de laborator – Automate programabile. Structura de principiu a automatelor programabile Autor: Prof.univ.dr.ing. BREAZ Radu Eugen