Sådan vælges en pick and place-maskine

Sådan vælges en pick and place-maskine

En Pick and Place-maskine er det andet trin i en pasta, sted, reflow assembly operation. Funktionen "Place" følger funktionen "loddepasta" (stencil printer). 'Sted'-operationen vælger og leverer en komponent over bord og lægger den i position. Den enkleste form for pick-and-place-operation er hånden, det vil sige manuelt at vælge en komponent fra en kasse og ved hjælp af et par pincet og et forstørrelsesglas placere det på brættet og fuldføre operationen med en hånd- holdt loddejern.

Denne metode fungerer godt, hvis du kun gør lejlighedsvis bestyrelser. Andre ting at overveje - størrelsen af komponenterne (stor eller lille) - påvirker den tid, der kræves for at placere og lodde. Fine pitch komponenter er et andet problem, hvor mere præcision og nøjagtighed er påkrævet, og den menneskelige faktor kommer i spil. Arbejdet bliver så mere kedeligt og tidskrævende.

For det første vil vi fokusere på maskinassisterede manuelle systemer til brugere, der er interesserede i at gå fra et par bestyrelser om dagen til meget højere produktionsmængder. Fuldautomatiske systemer er komplekse nok til at dække dem separat.

PRODUKTIONS VOLUME

Lad os begynde med at adressere produktionsområder til forskellige typer maskinassisterede manuelle systemer. Til sammenligning, da alle kredsløb varierer i størrelse og kompleksitet, taler vi om mængder i forhold til komponenter pr. Time eller CPH. Dette vil hjælpe dig med at bestemme hvilket niveau af automatisering du skal bruge.

På den meget lave side af skalaen - ved hjælp af et manuel håndsystem - er den eneste udgift det passende håndværktøj til ikke-maskinstyret manuel placering. I den høje ende af spektret er disse maskiner ofte modulære eller tilpasset til høj hastighed uden opsyn. Købere på dette marked ser sandsynligvis mere ud på ROI end de oprindelige omkostninger.

Fig. 1: Eksempel på manuel hoved og armlæn til understøtning

Manuel og halvautomatiske systemer

Et manuel pick-and-place-system er ønskeligt til små, voksende operationer, der skal øge deres håndholdte produktionsmængder trinvist, samtidig med at kvaliteten forbedres, hvilket reducerer omarbejdning eller afvisning. Placeringernes nøjagtighed er dog stadig begrænset af operatørens evne. Fordele ved et maskinassisteret manuel system inkluderer:

• Mindre operatør træthed

• Færre placeringsfejl

• Bedre kontrol

• Forbedret udbytte, mindre omarbejde

Et maskinassisteret manuel system kan udstyres med funktioner som et XY indekseringsbord med vakuumhoved eller pen; ergonomisk armatur for at lette operatørens træthed; og yderligere fastgørelse til θ (rotation) og Z (højde) positionering udover X og Y.

Fig. 2: Komponentbakker og matere

Nogle maskiner tilbyder en valgfri flydende loddepasta dispenser, som påføres lige før komponenten på brættet, hvis en stencil printer ikke er blevet brugt. Yderligere muligheder inkluderer:

• Komponenthåndteringsbakker

• Liquid Dispenser

• Tape Feeders

• Feeder Racks

• Vision Assist-indstilling

• Valgfri stande

I de fleste tilfælde kan maskinstyrede manuelle systemer købes med bare de bare nødvendigheder, og ønskelige muligheder kan tilføjes senere, da de er nødvendige.

Fig. 3: En vision-assisteret manuel maskine

Semi-automatiske systemer

I dag er der kun få par halvautomater, der stadig fremstilles på grund af den stigende overkommelighed af nogle af de mere automatiserede systemer på markedet. De blev oprindeligt introduceret på et tidspunkt, hvor springet fra manuelle til fuldautomatiske systemer var lige for dyrt, og blev stillet til rådighed med nogle funktioner til at hjælpe den manuelle drift.

Mere korrekt benævnt "forbedrede manuelle" systemer, semi-automatiske pick-and-place maskiner omfatter typisk en computer interface med et vision system, der viser, hvor komponenterne går, men selve placeringen er stadig færdig manuelt. Denne type maskine hjælper operatøren med at placere ultrafine stigningskomponenter mere præcist til applikationer med lav volumen, en operation, der er meget vanskelig at opnå ved hjælp af en simpel maskinassisteret manuel maskine.

Brugervenlighed

De fleste pick og place maskiner vil håndtere et forholdsvis bredt udvalg af brætstørrelser, med et arbejdsbord designet til at rumme brædder op til 16 "x 24". Der er også nem kontrol over komponenterne, som hjælper med nøjagtighed sammen med en simpel læringskurve. I de fleste tilfælde er der ingen uddannelse nødvendig.

Undgå at overse elektriske krav. Sørg for, at den maskine du køber vil plug-and-play i dit miljø uden at trække i nye ledninger eller planlægge på en adapter / transformer.

AUTOMATISK PICK OG PLACERING MASKINER

Vi vil begynde med at tale om to aspekter af maskinens kapacitet - nøjagtighed og repeterbarhed, og Pick og Place centreringsmetoder.

Nøjagtighed og genopløselighed

For produktionsmaskiner anbefaler vi typisk at kigge efter en maskine med en nøjagtighed på +/- .001 "og ned til en fin pitchevne på 12 mil på en gentagen basis. Mindre dyre maskiner opfylder ofte ikke denne spec, så det er noget at være opmærksom på.

De fleste billige maskiner vil heller ikke komme som standard med en computer eller software, der kan hjælpe med repeterbarhedsaspekterne, hvis ikke nøjagtigheden. Mens nogle kan tilbyde forbedret teknologi - de fleste gør det ikke.

PIK OG PLACER CENTERINGSMETODER

Der er fire (4) metoder til afhentning og placering:

• Ingen centreringsmekanisme

• Laser centrering

• Mekaniske (kæber)

• Visionscentrering

1. Metode 1: Ingen centreringsmekanisme andet end at basere på komponentens afhentningspunkt for placering. Med andre ord er delen ikke fysisk centreret efter at være blevet hentet af værktøjshovedet, og hvis den vælges centreret på værktøjet, vil den være udenfor, når den placeres på bordet. Dette er naturligvis ikke en meget præcis placeringsmetode, fordi der ikke er nogen definerbar tolerance. Du kan forvente at finde denne metode, der bruges af hobbyister eller instruktører, men bestemt ikke i nogen form for præcisionsproduktionsmiljø. Der er heller ikke mange muligheder, og den langsigtede pålidelighed er tvivlsom.

• en. Fordele: Lav pris.

• b. Ulemper: Lav nøjagtighed, repeterbarhed og langsigtet pålidelighed, ingen muligheder eller reservedele.

• c. Størrelsesområde: Ingen definerbare tolerancer

Fig. 4: Mekanisk centrering

2. Metode 2: Mekaniske centrerende kæber eller fingre I denne metode samles komponenten op og flyttes til sin midterposition i X- og Y-akserne på opsamlingshovedet. Denne metode er typisk let at konfigurere og gentage inden for +/-. 001 "nøjagtighed. Denne centreringsmetode findes almindeligvis i lav-til-midtergående maskiner.

• en. Fordele: Let at lære og sætte op; gentagelig; en af de hurtigste metoder, der for øjeblikket er til rådighed et ægte "on-the-fly" system; lavpris.

• b. Ulemper: Fysisk berører komponenten, som måske ikke passer til bestemte typer af dele, især dem med sarte ledninger.

• c. Størrelsesområde: 0201 pakker op til 35 mm firkantede.

3. Metode 3: Lasercentrering I denne metode samles komponenten inline med en laserstråle, der registrerer komponentens midterposition på værktøjshovedet og beregner nulpunktets nulpunkt i henhold til dets position i X, Y-akserne og rotationsposition i forhold til hovedet for en nøjagtig placering på brættet.

Fig. 5: Mekanisk kvadrering (ældre version)

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

• b. Ulemper: Det er mindre pålideligt. Der er begrænsninger på de typer dele, det kan håndtere, såsom meget tynde komponenter (Hvis .050 tynd, skal de muligvis nulstilles på grund af delvariationer, selv fra samme leverandør); kræver længere opsætningstid, da Z-aksen (deltykkelse) skal defineres; dyrere end mekanisk centrering, men omtrent det samme som Vision.

• c. Størrelsesområde: Kan ikke centrere dele under 0402 pakker eller større end 35 mm firkantede.

4. Metode 4: Visionscentrering Her er der to typer, Look-Down og Look-Up. Look-down-visionen vil se toppen af komponenten, inden du vælger den til sin pick-up-placering. Det beregner derefter dets center, sammenligner det med dets billedfil fra den lagrede database, så henter komponenten og transporterer den til sin position på tavlen.

• en. Fordele: Sande berøringsfri centrering; kan håndtere ulige og delikate komponenter; Look-Down Vision Centreringsplacering er nøjagtig til +/-. 004 ".

• b. Ulemper: Typisk længere opsætningstider på grund af behovet for at undervise visionssystemet, hvordan man identificerer delbilleder, der er gemt i maskinens database; en langsommere metode til centrering på grund af det tidsskive, der kræves til behandling Vision er dyrere end den mekaniske metode; For Look-Down-visionen kan delen flytte fra sin afhentningspunkt til sin placering på brættet.

• c. Størrelsesområde: 0402 - 15 mm

Fig. 6: Opslag og nedadgående vision centrering

Look-up Vision-metoden er den mest nøjagtige centreringsmetode til rådighed. Komponenten hentes først fra opsamlingsområdet, flyttes til en kamerastation, der ser på bunden af komponenten, og beregner dens midterposition.

• en. Fordele: Sande berøringsfri centrering, håndterer delikate komponenter; nøjagtig ned til +/- .001 "positioneringsevne

• b. Ulemper: Typisk en længere opsætningstid på grund af behovet for at lære visionssystemet at identificere billedet, der er gemt i maskinens database; en langsommere metode til centrering på grund af behandlingstid Vision er dyrere end den mekaniske metode.

• c. Størrelsesområde: 01005 - 50 mm (kan se mindre og mere detaljeret)

Den pick-up og centreringsmetode du vælger vil have stor indflydelse på kvaliteten og hastigheden af dine produktionsbehov, sammen med hvordan du relaterer denne nøjagtighed tilbage til maskinen. Men det er bare begyndelsen.

Som med enhver kompleks maskine, vil der være afvejninger mellem omkostninger og kapaciteter, hvoraf nogle specifikt vedrører produktionsnøjagtighed og udbytte. Vi vil adressere næste:

1. Mekaniske positioneringsmetoder

2. Maskinkonstruktion

3. Loddepasta væskedispensering

4. Komponentfødere

For at gennemgå, når du starter evalueringsprocessen, er der to faktorer, der skal tages i betragtning, som bestemmer hvilken kategori der passer til din maskinebehov. Den primære faktor er CPH (komponenter pr. Time), og den sekundære faktor er maskinens kapacitet. Selvom det er konstruktivt at starte med at forstå, hvordan produktionshastighederne påvirker typen og ydeevnen for en pick-and-place-maskine, henvises der til de to foregående kapitler for disse intervaller.

Maskinkapacitet er den anden afgørende faktor for at hjælpe med at vælge den rigtige auto-pick-and-place-maskine til dine behov. I dette kapitel behandler vi tre aspekter af maskinens kapacitet, der har direkte indflydelse på den endelige bordkvalitet og produktionsudbytte.

COMPONENT POSITIONING SYSTEMS

Fig. 7: Komponent Pickup Strip

Når hver komponent er hentet og centreret i værktøjet ved hjælp af en af metoderne beskrevet i det foregående kapitel, skal den derefter placeres nøjagtigt på brættet i en XY-position. Der er tre metoder, der ofte bruges til positionering:

• Positionering uden feedback system (åbent kredsløbssystem)

• Positionering med roterende kodere (lukket kredsløbssystem)

• Positionering med lineære indkodere (lukket kredsløbssystem)

Metode 1: Ingen tilbagestilling af tilbagestilling I dette system kører motoren delen til et sted på brættet, der er defineret i programmet ved hjælp af antallet af trin i hver XY-akse, men der er ingen måde at fortælle om det rent faktisk ender i den rigtige placere. Disse systemer bruger stepper motorer til positionering.

• en. Fordele: Lav pris

• b. Ulemper: upålidelig nøjagtighed; Anbefales ikke til produktion af høj kvalitet

Metode 2: Placering med roterende encoder I denne metode er en koder monteret direkte på motorakslen og leverer positionsfeedback til styresystemet; Det rapporterer dog kun motorens position, og ikke den faktiske position af xy-aksen. Dette afhænger af resten af de mekaniske komponenter, der udgør maskinen. Disse maskiner kan bruge stepper eller servomotorer. (og normalt forbundet med omkostninger)

• c. Fordele: Lav pris; dette system er meget udbredt på entry level maskiner

• d. Ulemper: Typisk positioneringsnøjagtighed på +/- .005 "

Metode 3: Positionering med lineær encoder I denne metode er lineære skalaer monteret på maskinens XY akses bord og en encoder er monteret på den fjernlys, der vil bære komponenterne. Denne metode vil rapportere sin aktuelle position tilbage til styresystemet og foretage korrektioner til den position, der eventuelt programmeres til inden for et par mikron af den faktiske X & Y-placering for komponentplaceringen (som typisk er 12.800 trin - eller trin - for hver tommer af rejse). De bedste maskiner i denne kategori bruger servomotorer.

• e. Fordele: Meget høj nøjagtighed, inden for +/- .0005 "; meget gentagelig

• f. Ulemper: Dyrere, men nødvendige til produktion af høj værdi

BEMÆRK: Kvaliteten af encoderen (positions feedback sensor) er et vigtigt element i hele systemet og påvirker nøjagtigheden.

Fig. 8: All-svejset konstruktion

MASKINSKONSTRUKTION

Når du vælger en pick-and-place-maskine, skal du være opmærksom på, at dens konstruktion vil diktere sin effektive CPH-rækkevidde og fodaftryk, herunder overvejelser for antallet af komponentfødere, det kan rumme.

1. All-svejset stål: Den mest nøjagtige maskine har en ramme, der er konstrueret af solidt svejset strukturelt stålrør. Dette giver en betydelig stabilitet, der er nødvendig til nøjagtig positionering og højhastighedshastighed af X & Y-akser. Denne byggemetode anbefales til ALLE produktionsmiljøer, og den forbliver stabil uden at kræve løbende kalibrering.

2. Bolt-sammenramme: Ekstruderet aluminium eller formet metalpladeramme kommer med en lavere indledende nøjagtighed end en svejset ramme og skal køre langsommere, fordi den ikke kan klare de hurtige inertiaforskydninger af X-Y-akselbevægelsen. Endvidere vil det sandsynligvis gå ud af kalibreringen ofte, hvilket vil påvirke arbejdstiden, nedetid og udbytte negativt. (Lavere omkostninger afspejler normalt en svagere konstruktion.)

SOLDERPASTE / FLUID DISPENSERING

Enhver pick-and-place-maskine skal kunne tilbyde væskedispenseringssystemer. Mest almindelige væsker omfatter loddepastaer, klæbemidler, smøremidler, epoxier, flydende stoffer, lim, fugemasser og mere. Dette er en værdifuld løsning, når du bygger prototyper eller engang PCB samlinger, der ikke garanterer prisen for en dedikeret printer stencil eller folie.

Fig. 9: Arbejdsdæk med komponentfødere

COMPONENT FEEDERS

Hvis maskinens produktion vil blive dedikeret til et lille antal komponenter og jobtype, er det meget nemt at identificere antallet og typen af feedere. Men det er normalt ikke tilfældet med kontraktsamlingsbutikker, da de ikke ved, hvilken type bestyrelse og hvor mange forskellige komponenter det næste job vil kræve. Nogle OEM'er har også brug for fleksibilitet til en bred vifte af bordkonfigurationer, især hvis de har til hensigt at bruge den samme maskine til prototyper og flere forskellige produktionspaneler. Så det er nyttigt i disse tilfælde at overveje en maskine med det største antal feederpositioner og muligheder, der kan rumme det fodaftryk, dit rum kan håndtere.

Typer af feeders omfatter:

1. Cut strip holders er normalt forbundet med lav volumen verden.

2. Matrixbakkeholdere bruges til komponenter, der ikke er tilgængelige på bånd.

3. Tube feeders dispensere komponenter leveret i rør.

4. Elektriske bånd (og spole) feedere er normalt dyrere i første omgang, men tilbyder den bedste langsigtede investering. Elektriske båndfødere er tilgængelige som enkelt enheder i forskellige størrelser og dækker sortimentet af 0201 komponenter op til 56 mm store komponenter. Mange producenter tilbyder nu en multiple feeder (kendt som bank feeder). Disse er tilgængelige for 8 mm tape og kan leveres med op til tolv 8 mm føderbaner pr. Enhed.

Fig. 10: Båndføder

Da komponenter er pakket i mange forskellige former, f.eks. Diskrete komponenter på bånd, quad pakker, matrixbrætter, rør, skærestrimler mv., Vil dit valg af feedere afhænge af din produktion, men også på eventuelle størrelsesrestriktioner, du måtte have. Et godt udgangspunkt er at købe de mest feeders, du kan få i det fodaftryk, du har til rådighed.

SOFTWARE

Når man overvejer at købe en Pick and Place-maskine, er en af de vigtigste overvejelser softwaregrænsefladen. Der er tre primære mål for et godt operativsystem til brugere i det lave til midten af volumenområdet, defineret som op til 8.000 CPH:

1. Maksimering brugervenlighed

2. Giver bred fleksibilitet

3. Optimering af ydeevne

Fig. 11: Maskinens jordplade

Brugervenlighed

Fordi små til mellemstore monteringsoperationer ofte skal skifte projekter, er nemme opsætning og brug en meget vigtigere faktor end den er til stor volumenoperation, hvor en enkelt opsætning kan klare et løb på hundredtusinder af komponenter. Arbejdsforretningen skal være fleksibel nok til at skifte mellem en bred vifte af bestyrelsesstørrelser og komponentvalg hurtigt for at imødekomme forskellige produktionsbehov. Maskinen skal også kunne håndtere en bred vifte af komponentstørrelser, fra meget lille til meget stor uden belastning på opsætning og test.

Til gengæld består store produktionsmaskiner ofte af flere moduler af pick-and-place-systemer, placeret i line, hvor de mest er nødvendige for fine pitch-dele, chip shooters eller valgfrie opgaver. Dette gør det muligt for højvolumenproducenten at tilpasse en linje for at optimere produktionshastighed, effektivitet og kvalitet. I disse miljøer kan en længere opsætning tolereres, fordi den vil blive lavet i produktionseffektivitet.

For det første nogle grundlæggende spørgsmål:

1. Er modellen du ser på kommer med en computer eller bare softwaren? Dette er hverken godt eller dårligt, da nogle brugere foretrækker at installere softwaren på deres egne pc'er. Men et fuldt integreret system sikrer, at der ikke er problemer med softwarekompatibilitet, og dette kan strømline installationen og opsætningen.

2. Kører maskinen på en velkendt grafisk brugerflade (GUI) som Windows ™ eller et proprietært system? De fleste operatører vil straks være fortrolig med den intuitive grænseflade af Windows-konventioner, en nøglefaktor for at accelerere brugervenlighed, især for en ny maskine. En proprietær GUI kan kræve en længere læringskurve.

Færdighedssæt af operatøren bør forstærkes af maskinleverandøren med:

1. God dokumentation

2. Praktisk træning eller videoer

3. Et værktøj til at undervise maskinens fælles komponenter og gentagne rutiner

For maskiner, der håndterer over 8000 CPH, forventer en højere læringskurve, fordi kompleksiteten stiger betydeligt.

Fleksibilitet

Et vigtigt redskab til at lede efter det, der giver den brugerdefinerede assembler stor fleksibilitet er en Universal CAD Translator-funktion (UCT). UCT giver brugerne mulighed for at importere pick-and-place-data til maskinens database for at hjælpe med at oprette programmet og skalere det. Når et projekt er påbegyndt, vælger brugeren programmet at køre fra et arkiveret sæt af filer. Dette tillader hurtig overgang fra et bord til et andet, da al programmering er gemt.

Fig. 12: Skærm af Universal CAD Translator (UCT) Software Program

En anden funktion at søge efter er en master feeder og komponent database. Når operatøren gemmer komponentdata, er den der for evigt og kan tilgås og importeres til enhver ny konfiguration af kortkonfigurationen. Denne database vokser, når du tilføjer komponenter, så over tid vil du bruge mindre tidsprogrammering og mere tidsproduktion. Ofte vil databasen huske opgørelse, så som du bruger komponenter, vil det resterende lager altid være tilgængeligt for at tjekke. Dette er en fantastisk funktion til planlægning og lagerplanlægning.

Sørg for at se, om det system, du overvejer, kun gemmer data til bestemte bestyrelser frem for en hel komponentdatabase. Hvis det er tilfældet, vil det kun huske specifikke kortkomponentdata, og det vil ikke vise alle tilgængelige opgørelser.

Fig. 13: Skærm af offline simulering til optimering

Optimering

Visse hjælpeprogrammer leveres ofte med en veludformet maskine til hjælp til opsætning og programmering af systemet. En af de vigtigste værktøjer, der påvirker optimeret ydelse, er offline software.

Offline software gør det muligt for brugeren at simulere pluk og placere maskinens rutine i et fjernt miljø til programmering. Den kan installeres på enhver computer og ligner maskinens GUI. Det giver brugeren mulighed for at manipulere programmet til at sortere funktioner og ændre programlinjer for den mest effektive brug og hastighed, f.eks. Ved at sammenlægge lige-lignende komponenter i samme rækkefølge, minimere værktøjsændringer og den tid det tager at udføre disse funktioner. Det kan også oprette bordreferencer til multi-boards, før de kører på maskinen.

For at fremskynde jobovergangen skal softwareinterface omfatte underrutiner til almindelige operationer, såsom opsætning af matrixbakker, identifikation af strimler og undervisning til vision centrering. Udvidelse på sidste punkt bør billedfortolkning være klar og ligetil; Hvis det ikke er - og maskinen har svært ved at genkende en komponent - kan resultatet være en fejlplaceret komponent, hvilket resulterer i en masse unødvendig omarbejde. En veldesignet software grænseflade vil fange en række billedkvaliteter for hver komponenttype, som alle er repræsentative for en acceptabel del, og gemmer den som en godkendt fil. Dette forbedrer hastigheden, repeterbarheden og effektiviteten og den endelige bordkvalitet.

Andre overvejelser

Lige så vigtige som de fysiske egenskaber ved en kvalitet pick og place maskine er de "bløde" funktioner. Sørg for at tjekke på:

1. Tilgængelighed på stedet eller fabriksuddannelse?

2. Fjerndiagnostik - kan din leverandør give dette via online support?

3. Kritiske softwareopdateringer - Får de gratis eller med en pris?

4. Er softwaregrænsefladen tilgængelig til anmeldelse før salg?

VENDOR SUPPORT

Når du vurderer enhver type SMT-maskine, skal du overveje fabriksstøtte som et af de vigtigste aktiver i dit køb. Den bedste måde at lære, hvordan et selskab behandler sine kunder, er ord for mund. Tal med flere kunder for at finde ud af, hvor godt de er sammen med maskinen, sælgeren og den støtte, de yder. Hvor er fremstillingsvirksomheden? Kan de hjælpe med at fejle justeringsproblemer over telefonen? Tilbyder de field service? Har de reservedele på lager til omgående forsendelse? Selv om der ikke er meget brugt marked til manuelle, maskinassisterede eller forbedrede manuelle pick- og place-maskiner, er det stadig en god idé at spørge din leverandør om deres ældre maskiner på marken, og hvis der er vej ned, er reservedele tilgængelig, og om deres evne til at tilpasse en reservedele, hvis maskinen bliver forældet. Spørg, hvad produktets forventede livscyklus er. Industristandarden er syv år. Husk, at der er forskel på en sand producent og en udstyrsleverandør eller distributør.