Autor: Bartłomiej Juszczyk

Testowanie odgrywa kluczową rolę w procesie wytwarzania produktów, oprogramowania i wielu innych rozwiązań. Jest to szczególnie istotne w branży automatyzacji i robotyzacji procesów produkcyjnych, bo wpływa na jakość, niezawodność i wydajność końcowych produktów. Czym jest testowanie na liniach produkcyjnych? Jak wyglądają wybrane procesy na liniach montażu urządzeń elektronicznych? Na te pytania odpowiemy w poniższym artykule.

Co to jest testowanie na liniach produkcyjnych?

To proces, który ma na celu weryfikację, ocenę i zabezpieczenie jakości oraz zgodności z określonymi wymaganiami. Umożliwia wykrycie ewentualnych problemów, zanim produkty trafią do klientów. Obecnie testowanie na liniach produkcyjnych nie jest już jedynie opcjonalnym etapem w całym procesie produkcji. Jest to fundamentalny element. Daje gwarancję, że wytworzone produkty są zgodne z oczekiwaniami i spełniają określone wymagania jakościowe.

Testy funkcjonalne i elektryczne

Istnieje wiele różnych rodzajów testów, które można przeprowadzać na liniach produkcyjnych. Oczywiście w zależności od rodzaju produktu i branży. Po zakończeniu poszczególnych faz montażu, produkt lub jego komponenty muszą przejść testy. Trzeba sprawdzić czy działają poprawnie. Testy mogą obejmować sprawdzanie funkcjonalności, test izolacji (HiPOT), pomiar parametrów elektrycznych, a także wykrywanie ewentualnych wad lub uszkodzeń.

Testowanie szczelności obudowy

Urządzenia, które są narażone na niekorzystny wpływ czynników zewnętrznych, muszą zostać poddane testom szczelności. Chodzi głownie o obudowy. Jak wygląda to w praktyce? Ten rodzaj testu wykonuje się na stanowisku z odpowiednio dopasowanym gniazdem lub komorą zapewniającą szczelność. Głównym przyrządem pomiarowym jest programowalny detektor nieszczelności z pomiarem przecieku metodą spadku ciśnienia. Dodatkowo stanowisko może być wyposażone w dodatkowe zasoby. M.in. stację znakowania lub przyklejania kodu oraz pola lub kontenery. Do nich trafią sztuki, które nie przeszły testu.

Ochrona przed ESD, czyli elektrycznością statyczną

Uszkodzenia elementów i układów elektronicznych wynikające z wyładowań elektrostatycznych dostrzegalne są często dopiero pod mikroskopem elektronowym. Dają o sobie znać, jeśli nie przy pierwszej próbie uruchomienia urządzenia to po jakimś niezbyt długim okresie jego eksploatacji. Dla producenta to potencjalnie duży koszt związany z serwisem gwarancyjnym.

Dlatego powinny być przestrzegane zasady ochrony przed ESD. W celu uniknięcia uszkodzeń i zapewnienia integralności komponentów elektronicznych stosuje się odpowiednie środki ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi.

Czym jest ESD?

Skrót pochodzi od angielskiego terminu „electrostatic discharge”. Oznacza gwałtowny przepływ prądu elektrycznego pomiędzy dwoma obiektami o różnych potencjałach elektrycznych. W warunkach przemysłowych jest on wytwarzany przez ruch lub tarcie. Niewielkie napięcia, które nie powodują widocznych wyładowań, mogą uszkadzać wrażliwe elementy.

Wymagania odnośnie wdrażania ochrony przed ESD zebrano w postaci normy DIN EN 61340-5-1. Definiuje ona warunki niezbędne do tworzenia, wdrażania i utrzymywania programu ochrony przed elektrycznością statyczną.

Całościowe spojrzenie na zagadnienie wymaga przemyślenia nie tylko procedur i środków wewnątrz zakładu, ale również wyboru odpowiedniego dostawcy linii czy maszyn produkcyjnych. Dostawca musi znać pojęcie strefy chronionej (EPA – electrostatic protected area). Może ona obejmować od pojedynczej stacji do całego budynku.

Dodatkowo dostawca powinien stosować elementy zabezpieczające takie jak listwy uziemiające na stacjach, opaski antystatyczne, kable uziemiające, podkładki, antystatyczne systemy transportowe, łańcuchy dla pojazdów intralogistycznych i inne.

Dlaczego testowanie na liniach produkcyjnych jest tak ważne?

Po pierwsze ocena jakości. Testy pozwalają sprawdzić czy produkt spełnia określone w projekcie standardy. Po drugie, testowanie zapobiega ewentualnym defektom. Wykrycie wad i problemów pozwala na ich wyeliminowanie na etapie produkcji. Po trzecie, testowanie na liniach produkcyjnych to optymalizacja całego procesu produkcji. Pozwala na monitorowanie wydajności i skuteczności całej linii produkcyjnej.

Przemysł elektroniczny stosuje wiele procesów do wytwarzania urządzeń. Procesy te mają istotny wpływ na jakość i wydajność produkcji. Automatyzacja procesów pozwala na obniżenie kosztów produkcji i zmniejszenie liczby błędów. Dynamiczny rozwój technologii i rosnące wymagania rynku wymuszają na producentach urządzeń elektronicznych inwestycje w doskonalenie procesów montażowych, zwiększające wydajność oraz ograniczające ryzyko dostarczenia wadliwych produktów.

Zrobotyzowany montaż mechaniczny

Montaż mechaniczny modułu lub urządzenia z półproduktów warto zrobotyzować. Często są to operacje pick & place z montażem w obudowie gotowych PCB oraz dodatkowych elementów, takich jak podkładki, uszczelnienia czy tulejki dystansowe. Sprawdzają się tutaj roboty typu SCARA. Zaletą takiego rozwiązania jest precyzja, powtarzalność i szybkość. Odpowiedni projekt grippera robota pozwala na dopasowanie do rodzaju produktu i zintegrowanie różnych operacji w niewielkiej przestrzeni. Gripper wyposażany jest w manipulatory, systemy wizyjne do naprowadzania lub weryfikacji oraz wkrętaki i systemy podawania wkrętów. Stanowiska zrobotyzowane można zaprojektować tak aby działały niezależnie lub w linii z systemem transportowym. Odpowiednia ilość zrobotyzowanych stacji oraz właściwie oprogramowanie zarządzania ruchem paletek transportowych pozwala na optymalizację produkcji w czasie.

Nanoszenie klejów i uszczelniaczy

W zależności od rodzaju komponentów składowych i przeznaczenia produktu, konieczne jest dozowanie i nanoszenie substancji o różnych właściwościach. Mogą to być kleje, uszczelniacze, masy termo i elektroprzewodzące. W linii montażu elementów do nagrzewnic PTC zastosowano dozowanie kleju termoprzewodzącego z kompensacją rzeczywistego położenia komponentu na paletce. Rozwiązanie oparte na systemie wizyjnym, serwonapędzie i wadze, umożliwia poprawne naniesienie warstwy z precyzją ±0,0125g i średnicą kropli ok. 1,9mm. Prawidłowy skład kleju zapewnia system igieł dozujących z tubą mieszającą o stałym stosunku mieszania. Tłoki dozujące, sterowane serwonapędem, podają substraty do tuby mieszającej. Połączenie jest stablizowane na stacji utrwalania termicznego przez podgrzanie komponentu do temperatury około 100-120°. Drugi system automatycznego nanoszenia kleju, obsługuje boczne ścianki komponentu z precyzją dozowania ± 0,005g.

Zgrzewanie podczerwienią

Zgrzewanie podczerwienią to czysty proces montażu elementów z tworzyw sztucznych, wykorzystujący specjalną ruchomą głowicę z lampą i odblaskową powierzchnią wewnętrzną. Głowica jest nasuwana na plastikowy kołek, który pozycjonuje mocowane elementy. Odblaskowe wnętrze głowicy powoduje skupienie energii promieniowana podczerwonego z lampy na plastikowym kołku i podgrzanie go. Tworzywo staje się miękkie, więc w środku dociska go końcówka, która spłaszcza i formuje kołek mocując elementy.

Maszyny i linie ELPLC SA

Specjalizujemy się w projektowaniu i budowaniu maszyn, kompletnych zrobotyzowanych linii montażowych oraz tworzeniu oprogramowania dla przemysłu. Oferujemy nasze kompetencje dla wielu branż. Dostarczamy rozwiązania Przemysłu 4.0 / Smart Factory.

Wymagania jakie pojawiają się w układach wykorzystujących CO2 jako czynnik chłodzący, nie omijają także przewodów klimatyzacyjnych. Jedną z metod jest produkcja przewodu z gumy AEM [2] wzmocnionej oplotem stalowym, który w środku zawiera karbowaną, elastyczną rurkę ze stali nierdzewnej. Tak wykonany przewód może pracować z ciśnieniem roboczym 170 bar w temperaturze -40÷150°C. Zapewnia zerową przepuszczalność, wysoką wytrzymałość ciśnieniową i temperaturową oraz spełnia specyfikację DIN 74106.

Linia do produkcji przewodu gumowego ze stalowym wężem falistym w środku

Początek procesu – precyzyjne cięcie węża falistego

Wąż falisty ze stali nierdzewnej jest dostarczany w zwojach na bębnach o różnych średnicach burty. Długość węża na pojedynczym bębnie to 400÷1100m. Transport komponentu do cięcia zapewniają rozwijarki wraz z pomocniczym układem podającym, który reguluje naciąg i tym samym minimalizuje wpływ rozciągnięcia materiału na rzeczywistą długość uciętego kawałka. Cięcie bezwiórowe musi być wykonane precyzyjnie z obu stron w określonym punkcie fali, co jest badane za pomocą systemu wizyjnego. Specyfikacja producenta określa zakresy długości oraz średnicy zewnętrznej wyciętego kawałka. System rolek podających zapewnia optymalną odległość od głowicy tnącej i odpowiednie napinanie węża, aby ograniczyć możliwość jego deformacji.

Montowanie nypli, spawanie i pasywacja elektrochemiczna

Odcinki węża falistego o odpowiedniej długości trafiają następnie do automatycznej stacji obustronnego montażu nypli. Wykonane są one także ze stali nierdzewnej. Odbywa się tutaj proces spawania orbitalnego TIG w atmosferze argonowej. Po wygaszeniu łuku elektrycznego i opróżnieniu atmosfery ochronnej, następuje automatyczny powrót obrotnika z komponentem do pozycji bazowej. Detal przejeżdża na kolejną stację w celu przeprowadzenia pasywacji elektrochemicznej spoin. Napęd elektryczny wprawia komponent w ruch obrotowy a układ pneumatyczny przysuwa głowice czyszczące spoiny. Pasywacja elektrochemiczna jest szczególnie skuteczna w przypadku spoin ze stali nierdzewnej i zapewnia optymalną odporność na korozję. Nadmiar cieczy stosowanej w procesie jest odbierany przez system kwasoodpornych zbiorniczków. Mierzony i sprawdzany jest szereg parametrów takich jak: droga montażu nypli, prędkość rotacji elektrody podczas spawania orbitalnego, natężenie prądu spawania, prędkość obrotu głowic pasywacji czy konduktancja kąpieli pasywującej.

Montowanie węża stalowego w przewodzie gumowym

Tak przygotowany wąż stalowy można wmontować do wnętrza węża gumowego o dostosowanej długości. Wykonuje się też specjalny otwór w gumie zabezpieczony później silikonową opaską. Na końcu zakłada się D-ringi na stalowych nyplach. Maszyna zapewnia montaż bez odkształceń i zarysowań elementów oraz na odpowiednim poziomie czystości. Złożony detal jest przedmuchiwany a ewentualne zanieczyszczenia trafiają do odpowiedniej komory. Wysunięcie nypli z węża gumowego jest kontrolowane za pomocą profilometru. Sprawdzana jest również obecność D-ringów i mierzona jest droga oraz opcjonalnie siła montażu węża stalowego w gumowym.

Podmontaż opasek i zaciskanie końcówek bloczek i konektor

Każdy kompletny przewód składa się z dwóch końcówek i odcinka zmontowanego wcześniej węża. Na części gumowej zakładane są opaski, które są zaciskanie w kolejnej stacji. Końcówki są wygięte w zadany kształt i są zwieńczone bloczkiem oraz konektorem. Operacja montażu polega na wsunięciu końcówek od strony na nyple i zaciśnięcia konektorów wokół połączenia z nyplami. Załadunek odbywa się ręcznie, natomiast montaż i rozładunek automatycznie. Możliwa jest integracja z manipulatorem lub robotem odbierającym zmontowane przewody.

Zaciskanie opasek ze stali nierdzewnej

Przewód jest manualnie wstępnie pozycjonowany. Maszyna automatycznie rozsuwa opaski podmontowane na wcześniejszej stacji. Pozycja opasek wynika z referencji produktu. Następuje weryfikacja prawidłowości położenia opaski i wykonanie operacji zaciskania. Opcjonalnie kontroluje się owalizację.

Maszyny do kompletacji przewodów i testu przepływu

Przewody klimatyzacji grupowane są w wiązki o różnej liczebności np. dwuczęściowe lub pięcioczęściowe. Stacja kompletacji umożliwia montaż przez jednoczesne wciśnięcie przewodów o odpowiedni kołnierz. Po tej operacji wykonywany jest przedmuch i automatyczny test przepływu suchym filtrowanym powietrzem bez mgły olejowej. Ma on sprawdzić czy nie nastąpiło zwężenie przekroju któregoś z przewodów składowych lub jego całkowite zatkanie.

Przypisy

[2] AEM – kauczuk etylenowo-akrylowy

Maszyny i linie ELPLC SA

Specjalizujemy się w projektowaniu i budowaniu maszyn, kompletnych zrobotyzowanych linii montażowych oraz tworzeniu oprogramowania dla przemysłu. Oferujemy nasze kompetencje dla wielu branż. Dostarczamy rozwiązania Przemysłu 4.0 / Smart Factory.

Klimatyzacja w samochodzie kojarzy się z komfortowym użytkowaniem pojazdu, szczególnie w okresie letnim. Gwarancją jej poprawnego funkcjonowania jest nie tylko regularne serwisowanie ale też jakość wykonania poszczególnych elementów układu: kompresora, parownika, chłodnicy i przewodów. Przewody klimatyzacyjne powinny zapewnić szczelność obiegu czynnika chłodzącego oraz właściwą odporność ciśnieniową i temperaturową.

Krótko o czynnikach chłodzących

Do roku 2017 dużą popularnością cieszył się czynnik R-134a ze względu na dobre właściwości termodynamiczne i wysoką temperaturę samozapłonu (770°C). Niestety okazało się, że jego współczynnik GWP [1] wynosi aż 1430. Poskutkowało to dyrektywą 2006/40/WE, która zakazała stosowanie czynnika w nowo produkowanych pojazdach od 1 stycznia 2017 roku. R134a został zastąpiony czynnikiem R1234yf o wartości współczynnika GWP=4 i bardzo zbliżonej efektywności chłodzenia, niestety kosztem niebezpiecznie niższej temperatury samozapłonu (ok 405°C). Wytypowano również alternatywne ekologiczne związki, które mogą być zastosowane w samochodowych instalacjach klimatyzacyjnych. Wiodącą alternatywą jest tutaj paradoksalnie CO2 (R744), zaliczający się do tzw. naturalnych czynników chłodniczych. Jest nietoksyczny, niepalny, bezbarwny, obojętny i nie wykazuje negatywnego wpływu na warstwę ozonową. Stawia jednak większe wymagania jeśli chodzi o ciśnienia i temperatury występujące w elementach układu klimatyzacji.

Produkcja przewodów klimatyzacyjnych

Poszczególne elementy układu klimatyzacyjnego są mocowane do różnych elementów nadwozia czy silnika. Narażone są przez to na drgania i wzajemne przemieszczanie się, zatem do ich łączenia stosuje się odcinki przewodów elastycznych. Przewody mogą występować w wiązkach o różnej liczebności z odpowiednim kołnierzem montażowym. Przewód składa się z węża gumowego, końcówek metalowych (najczęściej aluminium) oraz różnego rodzaju konektorów umożliwiających ich późniejszy montaż.

Końcówkę metalową formuje się z rurki tak aby można było ją połączyć z wężem gumowym. Lutuje się bloczki montażowe dla ułatwienia mocowania i zapewnienia szczelności. Ważnym etapem produkcji jest gięcie aluminiowych rurek do odpowiedniego kształtu. Wynika on z modelu pojazdu, rodzaju silnika itp. Niekiedy przewody wyposażane są w wymienniki ciepła dodatkowo przyspieszające schładzanie powietrza i przez to zmniejszające obciążenie silnika. Po uformowaniu metalowych rurek natryskiwany jest na nie uszczelniacz. System wizyjny weryfikuje poprawność nałożenia warstwy uszczelniającej. Kolejnym etapem jest połączenie elementów metalowych z gumowym wężem za pomocą zaciśnięcia opaskami metalowymi.

Użyty gatunek gumy powinien charakteryzować się zdolnością tłumienia drgań oraz zapewniać szczelność połączenia. Gotowe przewody przechodzą testy przepływu i szczelności. Szczelność jest ważna ze względu na wysokie normy ekologiczne, stąd ze specjalnej komory odpompowywane jest powietrze i do przewodów wtłaczany jest hel. Do wykrycia wycieku stosuje się spektrometr.

Linie montażu i testowania przewodów klimatyzacyjnych ELPLC

Na przestrzeni kilkunastu lat ELPLC zdobyło duże doświadczenie w realizacji stanowisk i całych linii dla producentów komponentów samochodowych układów klimatyzacyjnych. Obsługują one szereg procesów występujących w produkcji przewodów klimatyzacyjnych: lutowanie indukcyjne elementów aluminiowych, cięcie bezwiórowe stalowego węża falistego, spawanie orbitalne TIG z pasywacją elektrochemiczną, zaciskanie opasek, kompletowanie wiązek czy testy przepływu. Dodatkowo linie budowane przez ELPLC są wyposażone w autorski system ELPLC Smart Factory. Jedną z jego funkcjonalności jest udostępnienie pełnej historii produkcji każdej sztuki i możliwość jej analizy. Może ona odbywać się w odniesieniu do różnych kryteriów i wybranych filtrów, np. analiza efektywności w podziale na stacje lub operatorów. Jest również dostępny eksport danych. Więcej o ELPLC Smart Factory.

Przypisy

[1] GWP – Global Warming Potential – współczynnik potencjału tworzenia efektu cieplarnianego, określany przez porównanie ilości absorbowanego przez określona masę gazu ciepła do ilości ciepła zatrzymanego przez podobną masę dwutlenku węgla. GWP dla CO2 wynosi 1. Współczynnik jest przeliczany dla określonego przedziału czasowego – najczęściej 100 lat

Maszyny i linie ELPLC SA

Specjalizujemy się w projektowaniu i budowaniu maszyn, kompletnych zrobotyzowanych linii montażowych oraz tworzeniu oprogramowania dla przemysłu. Oferujemy nasze kompetencje dla wielu branż. Dostarczamy rozwiązania Przemysłu 4.0 / Smart Factory.