Hvordan velge en plukke og plassere maskin

Slik velger du en plukke og plassere maskin

En Pick and Place-maskin er det andre trinnet i en lime-, plass-, reflow-monteringsoperasjon. "Plasser" -funksjonen følger funksjonen "loddemasse" (stencil-skriver). "Sted" -operasjonen velger og leverer en komponent over bordet og setter den i posisjon. Den enkleste form for plukk- og plassoperasjon er for hånd, det vil si manuelt å plukke en komponent fra en kasse og ved hjelp av et par pincet og et forstørrelsesglass, plassere det på brettet og fullføre operasjonen med en hånd- holdt loddejern.

Denne metoden fungerer bra hvis du bare gjør sporadiske plater. Andre ting å vurdere - størrelsen på komponentene (stor eller liten) - påvirker tiden som kreves for håndplassering og lodding. Fine pitch-komponenter er et annet problem, der det kreves mer presisjon og nøyaktighet, og den menneskelige faktoren kommer inn i spill. Arbeidet blir da mer kjedelig og tidkrevende.

Først vil vi fokusere på maskinassistente manuelle systemer for brukere som er interessert i å gå fra et par brett om dagen til mye høyere produksjonsvolumer. Fullautomatiske systemer er komplekse nok til at vi dekker dem separat.

PRODUKSJONS VOLUME

La oss starte med å adressere produksjonsområder for ulike typer maskinassisterte manuelle systemer. Til sammenligning, siden alle kretskort varierer i størrelse og kompleksitet, snakker vi om volumer når det gjelder komponenter per time, eller CPH. Dette vil hjelpe deg å bestemme hvilket nivå av automatisering du trenger.

På den svært lave siden av skalaen - ved hjelp av et manuell håndsystem - er den eneste utgiften det aktuelle håndverktøyet for ikke-maskinstyrt manuell plassering. Ved den høye enden av spekteret er disse maskinene ofte modulære eller tilpasset for høy hastighet uten tilsyn. Kjøpere i dette markedet ser sannsynligvis mer ut på avkastning enn opprinnelig pris.

Fig. 1: Eksempel på manuell hode og armlen for støtte

Manuelle og halvautomatiske systemer

Et manuell plukk- og plasseringssystem er ønskelig for små, voksende operasjoner som må øke sine håndholdte produksjonsvolumer gradvis samtidig som kvaliteten forbedres, og dermed redusere omarbeidelse eller avvisning. Imidlertid er nøyaktigheten av plassering fortsatt begrenset av operatørens evne. Fordeler med et maskinassistent manuell system inkluderer:

• Mindre operatør tretthet

• Færre plasseringsfeil

• Bedre kontroll

• Forbedret utbytte, mindre omarbeid

Et maskinassistert manuell system kan utstyres med funksjoner som et XY indekseringstabell med vakuumopptakshod eller penn; ergonomisk festing for å lette operatørens tretthet; og ekstra fixturing for θ (rotasjon) og Z (høyde) posisjonering i tillegg til X og Y.

Fig. 2: Komponentbakker og matere

Noen maskiner tilbyr en valgfri flytende loddemasse dispenser, som påføres like før du legger komponenten på brettet hvis en stencil-skriver ikke er brukt. Ekstra alternativer inkluderer:

• Komponenthåndteringsbrett

• Væske Dispenser

• Tape Feeders

• Feeder Racks

• Vision Assist-alternativet

• Valgfrie stativ

I de fleste tilfeller kan maskinstyrte manuelle systemer kjøpes med bare de bare nødvendighetene, og ønskelige alternativer kan legges til senere som de trengs.

Fig. 3: En visjonassistert manuell maskin

Semi-automatiske systemer

I dag er det svært få semiautomatiske maskiner som fremdeles er laget på grunn av økende pris på noen av de mer automatiserte systemene på markedet. De ble opprinnelig introdusert på et tidspunkt da spranget fra manuelle til helautomatiske systemer bare var for dyrt, og ble gjort tilgjengelig med noen funksjoner for å hjelpe manuell drift.

Mer korrekt referert til som "forbedrede manuelle" systemer, semi-automatiske plukke og plassere maskiner inkluderer vanligvis et datagrensesnitt med et visjonssystem som viser hvor komponentene går, men plasseringen selv er fremdeles gjort manuelt. Denne typen maskin hjelper operatøren til å plassere ultrafine stigningskomponenter mer nøyaktig for applikasjoner med lav volum, en operasjon som er svært vanskelig å oppnå ved hjelp av en enkel maskinassistert manuell maskin.

Brukervennlighet

De fleste plukk- og plassmaskiner vil håndtere et ganske bredt utvalg av brettstørrelser, med et arbeidsbord utformet for å få plass til brett på opptil 16 "x 24". Det er også enkel kontroll over komponentene, som hjelper til med nøyaktighet, sammen med en enkel læringskurve. I de fleste tilfeller er det ingen trening nødvendig.

Ikke overser elektriske krav. Pass på at maskinen du kjøper vil plugge og spille i ditt miljø uten å trekke inn nye ledninger eller planlegge på en adapter / transformator.

AUTOMATISK PICK AND PLACE MASKINER

Vi vil begynne med å snakke om to aspekter av maskinens evne - nøyaktighet og repeterbarhet, og valg og plassering senteringsmetoder.

NØYAKTIGHET OG REPARASJON

For produksjonsmaskiner anbefaler vi vanligvis å lete etter en maskin med nøyaktighet på +/- .001 "og ned til fin pitchevne på 12 mil på en gjentatt basis. Mindre dyre maskiner oppfyller ofte ikke denne spesifikasjonen, så det er noe å være klar over.

De fleste lavprismaskiner vil heller ikke komme som standard med en datamaskin eller programvare som kan hjelpe til med repeterbarhetsaspekter hvis ikke nøyaktigheten. Mens noen kan tilby forbedret teknologi - de fleste gjør det ikke.

PIK OG PLASSER SENTERINGSMETODER

Det er fire (4) metoder for henting og plassering:

• Ingen sentreringsmekanisme

• Laser sentering

• Mekanisk (kjever)

• Visjonssentrering

1. Metode 1: Ingen sentreringsmekanisme annet enn å stole på komponentens oppsamlingspunkt for plassering. Med andre ord er delen ikke fysisk sentrert etter at den er tatt opp av verktøyhodet, og hvis den blir plukket ut midt på verktøyet, vil den være utenfor sentrum når den plasseres på bordet. Dette er åpenbart ikke en veldig nøyaktig plasseringsmetode fordi det ikke er noen definerbar toleranse. Du kan forvente å finne denne metoden som brukes av hobbyister eller instruktører, men absolutt ikke i noen form for presisjonsproduksjonsmiljø. Det finnes heller ikke mange alternativer, og langsiktig pålitelighet er tvilsom.

• en. Fordeler: Lav pris.

• b. Cons: Lav nøyaktighet, repeterbarhet og langsiktig pålitelighet, ingen alternativer, eller reservedeler.

• c. Størrelsesområde: Ingen definerbare toleranser

Fig. 4: Mekanisk sentrering

2. Metode 2: Mekanisk sentrering av kjever eller fingre I denne metoden blir komponenten plukket opp og flyttet inn i midtposisjonen i X- og Y-aksene på opptakshodet. Vanligvis er denne metoden enkel å sette opp og repeteres innenfor +/-. 001 "nøyaktighet. Denne sentreringsmetoden er vanligvis funnet i lav-til mid-range maskiner.

• en. Pros: Lett å lære og sette opp; repeterbare; en av de raskeste metodene som er tilgjengelige for øyeblikket; et sant "on-the-fly" -system; lav pris.

• b. Cons: Fysisk berører komponenten som kanskje ikke passer for bestemte typer deler, spesielt de med delikate ledninger.

• c. Størrelsesområde: 0201 pakker opp til 35 mm firkant.

3. Metode 3: Lasersentering I denne metoden blir komponenten samlet inn i en laserstråle som registrerer komponentens senterposisjon på verktøyhodet og beregner nullpunktet til delen i henhold til sin posisjon i X, Y-aksene og rotasjonsstilling i forhold til hodet for en nøyaktig plassering på brettet.

Fig. 5: Mekanisk kvadrering (eldre versjon)

• en. Pros: Touchless; on-the-fly (ligner mekanisk metode).

• b. Cons: Det er mindre pålitelig. Det er begrensninger på hvilke typer deler den kan håndtere, for eksempel svært tynne komponenter (Hvis .050 tynn, må de kanskje nullstilles på grunn av delvariasjoner, selv fra samme leverandør); krever lengre oppsettstid, siden Z-aksen (deltykkelse) må defineres; mer kostbart enn mekanisk sentrering, men omtrent det samme som Vision.

• c. Størrelsesområde: Kan ikke sentrere deler under 0402 pakker eller større enn 35 mm firkant.

4. Metode 4: Visionsentering Her er det to typer, Look-Down og Look-Up. Look-down-visningen vil vise toppen av komponenten før du plukker opp den for oppsamlingsstedet. Det beregner deretter senteret, sammenligner det med bildefilen fra den lagrede databasen, henter deretter komponenten og transporterer den til sin posisjon på brettet.

• en. Fordeler: Sann berøringsfri sentrering; kan håndtere oddeformede og delikate komponenter; Look-Down Vision Centering plassering er nøyaktig til +/-. 004 ".

• b. Ulemper: Vanligvis lengre oppsett ganger på grunn av behovet for å lære visjonssystemet hvordan man identifiserer delbilder som er lagret i maskinens database; En langsommere metode for sentrering på grunn av tidsskive som kreves for behandling; Visjon er dyrere enn den mekaniske metoden; For Look-Down-visjonen, kan delen bevege seg fra oppsamlingspunktet til plassering på brettet.

• c. Størrelsesområde: 0402 - 15 mm

Fig. 6: Oppsummering og synkronisering

Look-Up Vision-metoden er den mest nøyaktige sentreringsmetoden som er tilgjengelig. Komponenten hentes først fra oppsamlingsområdet, flyttet til en kamerastasjon som ser på bunnen av komponenten, og beregner midtpunktet.

• en. Fordeler: Sann berøringsløs sentrering, håndterer delikate komponenter; nøyaktig ned til +/- .001 "posisjoneringsevne

• b. Ulemper: Vanligvis en lengre oppsettstid på grunn av behovet for å lære visjonssystemet hvordan man identifiserer bildet, lagret i maskinens database; en langsommere metode for sentrering på grunn av behandlingstid; Visjon er dyrere enn den mekaniske metoden.

• c. Størrelsesområde: 01005 - 50 mm (kan se mindre og mer detaljert)

Pick-up og senteringsmetoden du velger, vil ha stor innflytelse på kvaliteten og hastigheten på produksjonsbehovene dine, sammen med hvordan du forholder deg til denne nøyaktigheten tilbake til maskinen. Men det er bare begynnelsen.

Som med en kompleks maskin, vil det bli avvik mellom kostnad og kapasitet, hvorav noen spesifikt vedrører produksjonsnøyaktighet og avkastning. Vi vil adressere neste:

1. Mekaniske posisjoneringsmetoder

2. Maskinkonstruksjon

3. Loddepasta-væskedispensering

4. Komponentmateriell

For å vurdere når du starter evalueringsprosessen, er det to grunnleggende faktorer å huske på som bestemmer hvilken kategori som passer til din maskinbehov. Den første hovedfaktoren er CPH (komponenter per time), og den sekundære faktoren er maskinens evne. Selv om det er konstruktivt å begynne med å forstå hvordan produksjonshastighetene påvirker typen og ytelsen til en plukkmaskin, vennligst se de to foregående kapitlene for disse områdene.

Maskinkapasitet er den andre definerende faktoren ved å velge riktig bilvalg og plasseringsmaskin for dine behov. I dette kapittelet vil vi ta opp tre aspekter av maskinens evne som har direkte innvirkning på sluttkvalitets- og produksjonsutbytte.

KOMPONENTPOSISJONSSYSTEMER

Fig. 7: Komponentoppsamlingsstrimmel

Etter at hver komponent er hentet og sentrert i verktøyet ved hjelp av en av metodene beskrevet i forrige kapittel, må den da plasseres nøyaktig på brettet, i en XY-posisjon. Det er tre metoder som ofte brukes til posisjonering:

• Plassering uten tilbakemeldingssystem (åpningssystem)

• Plassering med roterende kodere (lukket loop system)

• Plassering med lineære kodere (lukket loop system)

Metode 1: Ingen tilbakestilling av tilbakestilling I dette systemet kjører motoren delen til et sted på brettet som er definert i programmet ved antall trinn i hver XY-akse, men det er ingen måte å fortelle om det egentlig ender opp til høyre sted. Disse systemene bruker stepper motorer for posisjonering.

• en. Fordeler: Lav pris

• b. Cons: Upålitelig nøyaktighet; Anbefales ikke for produksjon av høy kvalitet

Metode 2: Plassering med rotasjonsgiver Ved denne metoden er en koder montert direkte på motorakselen og leverer posisjon tilbakemelding til styringssystemet; Det rapporterer imidlertid bare motorposisjonen, og ikke den faktiske posisjonen til xy-aksen. Dette er avhengig av resten av de mekaniske komponentene som utgjør maskinen. Disse maskinene kan bruke stepper eller servomotorer. (og vanligvis forbundet med kostnad)

• c. Fordeler: Lav pris; dette systemet er mye brukt på entry level maskiner

• d. Cons: Typisk posisjoneringsnøyaktighet på +/- .005 "

Metode 3: Plassering med lineær encoder I denne metoden er lineære skalaer montert på maskinens XY-aksestabell, og en encoder er montert på reisebjelken som skal bære komponentene. Denne metoden vil rapportere sin faktiske posisjon tilbake til kontrollsystemet og gjøre korreksjoner til stillingen som programmeres om nødvendig til innenfor noen få mikroner av faktisk X & Y-plassering for komponentplasseringen (som typisk er 12.800 trinn - eller trinn - for hver tommers reise). De beste maskinene i denne kategorien bruker servomotorer.

• e. Fordeler: Meget høy nøyaktighet, innen +/- .0005 "; veldig repeterbar

• f. Cons: Mer kostbart, men nødvendig for høyverdig produksjon

MERK: Kvaliteten til koderen (posisjon tilbakemeldingssensoren) er et viktig element i hele systemet og påvirker nøyaktigheten.

Fig. 8: All-sveiset konstruksjon

MASKINSKONSTRUKSJON

Når du velger en pick-and-place-maskin, bør du være oppmerksom på at konstruksjonen vil diktere sitt effektive CPH-område og fotavtrykk, inkludert overveielser for antall komponentmatere som den kan huse.

1. All-sveiset stål: Den mest nøyaktige maskinen vil ha en ramme som er konstruert av solid sveiset strukturelt stålrør. Dette gir betydelig stabilitet som er nødvendig for nøyaktig posisjonering og høyhastighetsbevegelse av X & Y-akser. Denne konstruksjonsmetoden anbefales for alle produksjonsmiljøer, og den forblir stabil uten at det kreves kontinuerlig kalibrering.

2. Bolt-sammenramme: Ekstrudert aluminium eller formet stålplate vil komme med lavere innledende nøyaktighet enn en sveiset ramme og må løpe sakte fordi den ikke klarer å håndtere de hurtige tröghetsforskyvningene på X-Y akselbevegelsen. Videre vil det trolig gå ut av kalibrering ofte, noe som vil påvirke arbeidstid, nedetid og avkastning negativt. (Lavere kostnader gjenspeiler vanligvis en svakere konstruksjon.)

LØSESTOFF / FLUID DISPENSERING

Enhver plukk- og plassmaskin skal være i stand til å tilby væskedispenseringssystemer. Mest vanlige væsker inkluderer loddemasse, lim, smøremidler, epoksy, fluss, lim, tetningsmidler og mer. Dette er et verdifullt valg når du bygger prototyper eller engangs PCB-samlinger som ikke garanterer kostnadene for en dedikert skriverstablett eller folie.

Fig. 9: Arbeidsdekk med komponentmatere

COMPONENT FEEDERS

Hvis maskinens produksjon vil være dedikert til et lite antall komponenter og type jobb, er det veldig enkelt å identifisere antall og type matere. Det er imidlertid ikke vanlig med kontraktsforretninger, siden de ikke vet hvilken type brett og hvor mange forskjellige komponenter den neste jobben krever. Noen OEM'er trenger også fleksibilitet for et bredt spekter av bordkonfigurasjoner, spesielt hvis de har tenkt å bruke samme maskin for prototyper og flere forskjellige produksjonsbrett. Så det er nyttig i slike tilfeller å vurdere en maskin med størst antall materposisjon og muligheter som kan ta imot fotavtrykk som rommet ditt kan håndtere.

Typer av matere inkluderer:

1. Klipp stripe holdere er vanligvis forbundet med lav volum verden.

2. Matriksskuffholdere brukes til komponenter som ikke er tilgjengelige på bånd.

3. Tube matere dispenser komponenter leveres i rør.

4. Elektrisk tape (og hjuls) feeders er vanligvis dyrere i utgangspunktet, men tilbyr den beste langsiktige investeringen. Elektriske båndmatere er tilgjengelige som enkelt enheter i en rekke størrelser, og dekker rekkevidde på 0201 komponenter opp til 56 mm store komponenter. Mange produsenter tilbyr nå en flere mater (kjent som bankmater). Disse er tilgjengelige for 8 mm tape, og kan leveres med opptil tolv 8 mm materbaner per enhet.

Fig. 10: Båndmater

Siden komponenter er pakket i mange former, for eksempel diskrete komponenter på bånd, quad-pakker, matrisser, rør, kuttstrimler osv., Vil ditt valg av matere være avhengig av produksjonen din, men også på eventuelle størrelsesbegrensninger du måtte ha. Et godt utgangspunkt er å kjøpe de fleste feeders du kan få i fotavtrykket du har tilgjengelig.

SOFTWARE

Når du vurderer kjøp av en Pick and Place-maskin, er en av de viktigste overvejelsene programvaregrensesnittet. Det er tre hovedmål for et godt operativsystem for brukere i lav til midtvolum, definert som opptil 8000 CPH:

1. Maksimerer brukervennlighet

2. Gir bred fleksibilitet

3. Optimalisering av ytelse

Fig. 11: Maskinens bakkeplate

Brukervennlighet

Fordi små og mellomstore monteringsoperasjoner må bytte prosjekter ofte, er det enkelt å sette opp og bruke en viktigere faktor enn den som brukes til større volumoperasjoner der et enkelt oppsett kan håndtere et løp på hundretusener av komponenter. Arbeidsforsamleren må være fleksibel nok til å bytte mellom et bredt spekter av brettstørrelser og komponentvalg raskt for å møte en rekke produksjonsbehov. Maskinen må også kunne håndtere et bredt spekter av komponentstørrelser, fra svært liten til veldig stor, uten belastning på oppsett og testing.

I kontrast er store produksjonsmaskiner ofte laget av flere moduler av plukk- og plasseringssystemer, plassert i linje der de mest behøves for fine pitch deler, chip shooters eller valgfrie oppgaver. Dette gjør at høyvolumprodusenten kan tilpasse en linje for å optimalisere produksjonshastigheten, effektiviteten og kvaliteten. I disse miljøene kan et lengre oppsett tolereres, fordi det blir gjort i produksjonseffektivitet.

Først noen grunnleggende spørsmål:

1. Ser modellen du ser på kommer med en datamaskin, eller bare programvaren? Dette er ikke bra eller dårlig, siden noen brukere foretrekker å installere programvaren på egne PCer; Men et fullt integrert system sikrer at det ikke kommer problemer med programvarekompatibilitet, og dette kan strømline installasjonen og oppsettet.

2. Kjører maskinen på et kjent grafisk brukergrensesnitt (GUI) som Windows ™ eller et proprietært system? De fleste operatører vil umiddelbart være kjent med det intuitive grensesnittet til Windows-konvensjoner, en nøkkelfaktor for å øke brukervennligheten, spesielt for en ny maskin. En proprietær GUI kan kreve en lengre læringskurve.

Ferdighetssettene til operatøren bør utvides av maskinleverandøren med:

1. God dokumentasjon

2. Praktisk trening eller videoer

3. Et verktøy for å undervise maskinens vanlige komponenter og repeterende rutiner

For maskiner som håndterer over 8000 CPH, forventer en høyere læringskurve fordi kompleksiteten øker betydelig.

fleksibilitet

Et viktig verktøy for å lete etter det som gir tilpasset assembler stor fleksibilitet er en Universal CAD Translator-funksjon (UCT). UCT lar brukerne importere pick-and-place-dataene til maskinens database for å bidra til å lage programmet og skalere det. Når et prosjekt er startet, velger brukeren programmet å kjøre fra et arkivert sett med filer. Dette tillater rask overgang fra ett bord til et annet siden all programmering er lagret.

Fig. 12: Skjerm av Universal CAD Translator (UCT) Programvare

En annen funksjon å se etter er en master mater og komponent database. Når operatøren lagrer komponentdata, er den der for alltid og kan nås og importeres til et hvilket som helst nytt oppsett for brettkonfigurasjon. Denne databasen vokser når du legger til komponenter, så over tid vil du bruke mindre tidsprogrammering og mer tidsproduksjon. Ofte vil databasen huske inventar, slik at du bruker komponenter, vil gjenværende lager alltid være tilgjengelig for å sjekke. Dette er en flott funksjon for planlegging og lagerplanlegging.

Pass på å se om systemet du vurderer, bare lagrer data for bestemte brett snarere enn en hel komponentdatabase. I så fall vil det bare huske spesifikke styrekomponentdata, og det vil ikke vise all tilgjengelig beholdning.

Fig. 13: Skjerm for offline simulering for optimalisering

optimalisering

Enkelte verktøy er ofte utstyrt med en godt utformet maskin som hjelper til med å sette opp og programmere systemet. En av de viktigste verktøyene som påvirker optimalisert ytelse er frakoblet programvare.

Frakoblet programvare lar brukeren simulere plukke og plassere maskinens rutine i et eksternt miljø for programmering. Den kan installeres på hvilken som helst datamaskin og ser akkurat ut som maskinens GUI. Det lar brukeren manipulere programmet for å sortere funksjoner og modifisere programlinjer for mest effektiv bruk og hastighet, for eksempel ved å samle liknende komponenter i samme rekkefølge, minimere verktøyendringer og tiden det tar å utføre disse funksjonene. Det kan også lage brett referanser for multi-boards før du kjører på maskinen.

For å øke jobbendringen, bør programgrænseflaten inkludere underrutiner for vanlige operasjoner, for eksempel konfigurering av matrisebakker, identifisering av stikkmatere og undervisning for visjonssentering. Utvidelse på det siste punktet, bør bildefortolkning være tydelig og grei; Hvis det ikke er - og maskinen har vanskelig tid å gjenkjenne en komponent - kan resultatet være en feilplassert komponent, noe som resulterer i mye unødvendig omarbeid. Et godt utformet programvaregrensesnitt vil fange opp en rekke bildekvaliteter for hver komponenttype som alle representerer en akseptabel del, og lagrer den som en godkjent fil. Dette forbedrer hastigheten, repeterbarhet og effektivitet, og endelig styrkvalitet.

Andre hensyn

Like viktig som de fysiske egenskapene til en kvalitet plukk og plass maskin er "myke" funksjoner. Pass på å sjekke på:

1. Tilgjengelighet på stedet eller fabrikkopplæring?

2. Fjerndiagnostikk - kan leverandøren gi dette via online-støtte?

3. Kritiske programvareoppdateringer - Får de gratis eller med en kostnad?

4. Er programvaregrensesnittet tilgjengelig for salg før salg?

Leverandørstøtte

Når du vurderer hvilken som helst type SMT-maskin, vurder fabrikkstøtte som en av de viktigste eiendelene i ditt kjøp. Den beste måten å lære hvordan et selskap behandler sine kunder, er ord for munn. Snakk med flere kunder for å finne ut hvor lykkelige de er med maskinen, selgeren og støtten de gir. Hvor er produksjonsanlegget? Kan de hjelpe feilsøkingsjusteringsproblemer over telefonen? Tilbyr de felttjeneste? Har de reservedeler på lager for omgående forsendelse? Selv om det ikke er mye bruktmarkedet for manuelle, maskinassisterte eller forbedrede manuelle plukk- og plasseringsmaskiner, er det fortsatt en god ide å spørre leverandøren om deres eldre maskiner i feltet, og hvis det er nedover veien, er reservedeler tilgjengelig, og om deres evne til å tilpasse en reservedel dersom maskinen blir foreldet. Spør hva forventet livssyklus av produktet er. Industristandarden er syv år. Husk at det er forskjell mellom en sann produsent og en utstyrsleverandør eller distributør.