Klimaüberwachung von Lotpastenlagerung

Die Klimabedingungen der Lotpastenlagerung überwacht Turck Beierfeld mit einem System aus dem eigenen Haus – mit IM18-CCM50-Schaltschrankwächtern, CMTH-Condition-Monitoring-Sensoren und Daten-Dashboards über Turck Cloud Solutions

Am Standort Beierfeld konnte Turck jetzt eine kürzlich vorgestellte Innovation direkt umsetzen und das Handling von Lotpasten in der Elektronikfertigung automatisieren. Dort betreibt das Unternehmen neben anderen Produktionslinien auch eine SMT-Fertigung für Leiterplatten. Beim SMT-Verfahren wird Lotpaste von Druckern sehr dünn (<150 Mikrometer) auf die Leiterplatten aufgebracht. Die so bedruckte Leiterplatte wird daraufhin mit den Bauteilen bestückt und im anschließenden Reflow-Verfahren verlötet.

Klimabedingungen der Lotpasten beeinflussen Qualität

Um die bestmögliche Qualität der Lötverbindung zu erreichen, muss die Lotpaste in einem bestimmten Temperaturbereich lagern. Die Paste darf im Durchschnitt nur bei 23 bis 27 Grad Celsius verarbeitet werden – bei einer Luftfeuchtigkeit von 40 bis 60 Prozent (je nach Hersteller). Nach dem Bedrucken der Leiterplatten dürfen wiederum nicht mehr als acht Stunden vergehen, bis die Leiterplatten im Ofen verlötet werden.

In jedem der vier Kühlschränke überwacht ein IM18-CCM50 die jeweilige Temperatur und den Türschluss
Vor dem Drucker werden die Lotpasten eingesetzt, der CMTH-Sensor erfasst daneben die Umgebungsbedingungen
CMTH erfasst in den Lotpastendruckern Temperatur&Luftfeuchte und überträgt Werte an seinen IO-Link-Master
Schaltschranklos verbinden das IP67-Netzgerät und der IP67-Switch die Sensoren mit dem MES
Mit grafischem Dashboard ist der Zustand der Kühlschränke und der weiteren Arbeitsplätze sofort erkennbar
IO-Link-Master TBEN-S bringt die Daten des Sensors ins Produktionsnetzwerk – dank IP67 ohne Schaltschrank
„Gehirn“ des Systems: Der Linux-basierte IM18-CCM schlägt per Ethernet die Brücke von der OT in die IT

Manuelles Tracking der Lotpasten

Gemeinsam mit seinem Team und Projektleiterin Linda Galle hat Christian Seliger, verantwortlich für den Geschäftsbereich Research and Development am Standort Beierfeld, die automatisierte Erfassung und Dokumentation des Pasten-Handlings geplant und umgesetzt. Die Überwachung des Klimas der Kühlschränke wurde mit Turcks Condition-Monitoring-System IM18-CCM50 umgesetzt. Je einer dieser Schaltschrankwächter mit integriertem Linux-Rechner befindet sich in jedem der fünf Kühlschränke. Sie erfassen mit ihren integrierten Sensoren den Abstand zur Kühlschranktür und die Temperatur im Schrank. Die Erfassung der Luftfeuchte beherrschen die Geräte auch, allerdings spielt das in dieser Applikation keine Rolle, da nur geschlossene Pastenbehälter in den Kühlschränken stehen.

Die Temperatur und die Luftfeuchte in den Druckern sind hingegen durchaus relevant, sodass dort der kombinierte Temperatur-Feuchte-Sensor CMTH diese Variablen erfasst. Jeder der drei separat stehenden Lotpastendrucker verfügt über einen dieser Condition-Monitoring-Sensoren, ein weiterer erfasst die Bedingungen am Werkplatz, auf dem die Pasten zur Akklimatisation gelagert werden. Jeder CMTH-Sensor ist an einem kompakten TBEN-S-IO-Link-Master angeschlossen, der die Daten ins Produktionsnetzwerk überträgt. Der gemanagte IP67-Switch TBEN-L5-SE-M2 bindet alle IM18-CCM50 in das Produktions-Netzwerk ein.

Die IM18-CCM50 sind mit ihrem offenen Linux-Betriebssystem zur Installation OEM-eigener Software ausgelegt, sodass Anwender ihre eigenen Softwarelösungen implementieren können. Sie bilden das Gehirn des Systems, das speichert und kommuniziert – mit den Sensoren, dem Netzwerk und der Turck Cloud. Zur Überwachung der Kühlschränke sind auf der Condition-Monitoring-Plattform lediglich Netzwerktreiber sowie Skripte zum Einsammeln der Sensordaten installiert. Die Daten der integrierten Sensoren wie auch der CMTH-Sensoren überträgt das IM18-CCM50 direkt per Ethernet in die Turck Cloud.

Übersichtliche Dashboards in der Turck Cloud zeigen Klimabedingungen

Diese erste Projektphase des Lotpasten-Trackings stellt heute automatisiert sicher, dass die Temperaturen in den Kühlschränken, am Akklimatisations-Arbeitsplatz sowie in den Druckern den Vorgaben entsprechen. Die Zeitpunkte der Ein- und Auslagerung der Pasten werden derzeit noch manuell durch Scannen der QR-Codes auf den Behältern erfasst. Wenn Feuchte oder Temperatur ansteigen, erkennen die Mitarbeiter dies auf dem Dashboard in der Turck Cloud. Neben den aktuellen Werten lassen sich dort auch Langzeittrends erkennen. Eine Trenderkennung und Korrelationen zwischen den Datenreihen könnten in Zukunft durch das anzubindende MES analysiert werden.

„Die jetzt umgesetzte Condition-Monitoring-Lösung auf Basis des IM18-CCM war nur der erste Schritt auf dem Weg zu einer vollautomatisierten Überwachung der Lagerung und Verwendung von Lotpasten. Im Folgeprojekt werden wir unser MES anbinden und so die Digitalisierung und Automatisierung unserer Produktion komplettieren. So können wie die Qualität auch bei maximaler Auslastung auf höchstem Niveau halten und unnötige Kosten durch überlagerte Lotpasten vermeiden“, zieht Christian Seliger eine erste Zwischenbilanz.

Ausblick: RFID-gestütztes lückenloses Lotpasten-Tracking

In der zweiten Ausbaustufe wird das Tracking der Pasten direkt mit RFID-Tags auf jeder Dose umgesetzt, was gleichzeitig die Erfassung der korrekten Akklimatisation vor der Öffnung der Behälter ermöglicht. Da die IM18-CCM-Geräte dann direkt mit dem MES kommunizieren, das die Produktionsaufträge für die Drucker steuert, kann das System unmittelbar prüfen, ob der eingesetzte Pastenbehälter korrekt gelagert und akklimatisiert wurde, bevor die Leiterplatten bedruckt werden oder im Falle verletzter Bedingungen eine Verwendung sperren. Wenn alle Daten im MES vorliegen, könnten auch weitere Informationen daraus gewonnen werden, um beispielsweise Schwachstellen und Fehlerquellen aufzudecken.

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