Så här väljer du en pick and place-maskin

Så här väljer du en plocka och placera maskin

En Pick and Place-maskin är det andra steget i en pasta, plats, återflödesmontering. Funktionen "Plats" följer funktionen "lödpasta" (stencil-skrivare). "Plats" -operationen väljer och levererar en komponent över bordet och släpper den i position. Den enklaste formen av plocka och placera operation är för hand, det vill säga att man manuellt plockar en komponent från en behållare och med hjälp av ett par pincett och ett förstoringsglas placerar det på brädet och fullbordar operationen med en hand- hölls lödstryk.

Denna metod fungerar bra om du bara gör enstaka styrelser. Övriga saker att tänka på - storleken på komponenterna (stor eller liten) - påverkar tiden som krävs för att placera och lödda. Fina tonkomponenter är en annan fråga, där mer precision och noggrannhet krävs, och den mänskliga faktorn kommer in i spel. Arbetet blir då mer tråkigt och tidskrävande.

För det första kommer vi att fokusera på maskinassisterade manuella system för användare som är intresserade av att gå från ett par brädor om dagen till mycket högre produktionsvolymer. Helautomatiska system är komplexa så att vi täcker dem separat.

PRODUKTIONSVOLYM

Låt oss börja med att adressera produktionsområden för olika typer av maskinassisterade manuella system. För jämförelse, eftersom alla kretskort varierar i storlek och komplexitet, talar vi om volymer när det gäller komponenter per timme eller CPH. Detta hjälper dig att bestämma vilken nivå av automatisering du behöver.

På den mycket låga sidan av skalan - med hjälp av ett manuellt handsystem - är den enda kostnaden lämpliga handverktyg för icke-maskinstyrd manuell placering. Vid spektrumets höga ände är dessa maskiner ofta modulära eller anpassade för höghastighets obevakad drift. Köpare på denna marknad ser sannolikt mer ut på avkastning än initialkostnad.

Fig 1: Exempel på manuell huvud och armstöd för stöd

Manuellt och halvautomatiskt system

Ett manuellt plocknings- och placeringssystem är önskvärt för små växande operationer som behöver öka sina handhållna produktionsvolymer stegvis samtidigt som de förbättrar kvaliteten, vilket reducerar omarbetande eller avvisande. Placeringsnoggrannheten är dock fortfarande begränsad av operatörens förmåga. Fördelar med ett maskinassisterat manuellt system är:

• Mindre operatörströtthet

• Färre placeringsfel

• Bättre kontroll

• Förbättrat avkastning, mindre omarbetande

Ett maskinassisterat manuellt system kan utrustas med funktioner som ett XY indexbord med vakuumhäftningshuvud eller penna; ergonomisk fixturering för att lindra operatörströtthet; och ytterligare fixturer för θ (rotation) och Z (höjd) positionering utöver X och Y.

Fig 2: Komponentbrickor och matare

Vissa maskiner erbjuder en valfri flytande löddämpare som appliceras strax innan du lägger komponenten på brädet om en stencil-skrivare inte har använts. Ytterligare alternativ inkluderar:

• Komponenthanteringsfack

• Liquid Dispenser

• Bandmatare

• Matarställningar

• Vision Assist-alternativ

• Valfria stativ

I de flesta fall kan maskinstyrda manuella system köpas med bara de nödvändiga nödvändigheterna, och önskvärda alternativ kan läggas till senare som de behövs.

Fig 3: En visuell assistent manuell maskin

Semi-automatiska system

Idag finns det väldigt få semiautomatiska maskiner som fortfarande tillverkas på grund av den ökande överkomligheten hos några av de mer automatiserade systemen på marknaden. De introducerades ursprungligen vid en tidpunkt då språnget från manuella till helautomatiska system bara var för dyrt och var tillgängligt med vissa funktioner för att hjälpa till med manuell drift.

Mer korrekt refererade till som "förstärkta manuella" system, semi-automatiska plocka och placera maskiner innehåller vanligtvis ett datorgränssnitt med ett visionssystem som visar var komponenterna går, men själva placeringen är fortfarande gjort manuellt. Den här typen av maskin hjälper operatören att placera ultrafina stigningskomponenter mer noggrant för applikationer med låg volym, en operation som är mycket svår att uppnå med en enkel maskinassisterad manuell maskin.

Enkel användning

De flesta plocka och placera maskinerna hanterar ett ganska brett utbud av brädstorlekar, med ett arbetsbord utformat för att rymma brädor upp till 16 "x 24". Det finns också enkel kontroll över komponenterna, vilket hjälper till med noggrannhet tillsammans med en enkel inlärningskurva. I de flesta fall krävs ingen träning.

Utse inte elektriska krav. Se till att den maskin du köper kommer plug-and-play i din miljö utan att dra in nya kablar eller planera på en adapter / transformator.

AUTOMATISKA PICK AND PLACE MASKINER

Vi ska börja med att prata om två aspekter av maskinens kapacitet - noggrannhet och repeterbarhet, och plocka och placera centreringsmetoder.

NÄKERHET OCH REPARATIVITET

För produktionsmaskiner rekommenderar vi typiskt att leta efter en maskin med noggrannhet på +/- .001 "och ned till fin tonhöjd på 12 mil på upprepad basis. Mindre dyra maskiner uppfyller ofta inte denna spec, så det är något att vara medveten om.

De flesta billiga maskiner kommer inte heller att bli vanliga med en dator eller programvara som kan hjälpa till med repeterbarhetsaspekterna om inte noggrannheten. Medan vissa kan erbjuda förbättrad teknik - de flesta gör det inte.

PICK AND PLACE CENTERINGSMETODER

Det finns fyra (4) metoder för hämtning och placering:

• Ingen centreringsmekanism

• Lasercentrering

• Mekaniska (käftar)

• Visionscentrering

1. Metod 1: Ingen centreringsmekanism annat än att förlita sig på komponentens upptagspunkt för placering. Med andra ord är delen inte fysiskt centrerad efter att ha tagits upp av verktygshuvudet, och om den plockas utanför mitten på verktyget kommer den att vara utanför mitten när den placeras på brädet. Detta är uppenbarligen inte en mycket korrekt placeringsmetod eftersom det inte finns någon definierbar tolerans. Du kan förvänta dig att hitta den här metoden som används av hobbyister eller instruktörer, men absolut inte i någon typ av precisionsproduktionsmiljö. Det finns inte heller många alternativ och långsiktig tillförlitlighet är tveksamt.

• en. Fördelar: Låg kostnad.

• b. Nackdelar: Låg noggrannhet, repeterbarhet och långsiktig pålitlighet, inga alternativ eller reservdelar.

• c. Storleksintervall: Inga definierbara toleranser

Fig 4: Mekanisk centrering

2. Metod 2: Mekaniska centrerande käkar eller fingrar I denna metod plockas komponenten upp och flyttas in i sitt mittläge i X- och Y-axlarna på upptagningshuvudet. Vanligtvis är denna metod enkel att ställa in och repetera inom +/- 001 "noggrannhet. Denna centreringsmetod finns generellt i låg- till mellannivåmaskiner.

• en. Fördelar: Lätt att lära och ställa upp; repeterbar; en av de snabbaste metoder som för närvarande finns tillgängliga ett sant "on-the-fly" -system; låg kostnad.

• b. Nackdelar: Fysiskt berör den komponent som kanske inte är lämplig för vissa typer av delar, särskilt de med känsliga ledningar.

• c. Storleksintervall: 0201 paket upp till 35 mm kvadrat.

3. Metod 3: Lasercentrering I denna metod samlas komponenten inline med en laserstråle som detekterar komponentens mittposition på verktygshuvudet och räknar om nollpunkten för delen enligt dess position i X, Y-axlarna och rotationsposition i förhållande till huvudet för en korrekt placering på brädet.

Fig 5: Mekanisk kvadrering (äldre version)

• en. Fördelar: Touchless; on-the-fly (liknande mekanisk metod).

• b. Nackdelar: Det är mindre tillförlitligt. Det finns begränsningar på de typer av delar den kan hantera, till exempel mycket tunna komponenter (Om .050 tunn, kan de behöva återställas på grund av delvariationer, även från samma leverantör); kräver längre inställningstid, eftersom Z-axeln (deltjocklek) måste definieras; dyrare än mekanisk centrering, men ungefär samma som Vision.

• c. Storleksintervall: kan inte centrera delar under 0402-paket eller större än 35 mm kvadrat.

4. Metod 4: Visionscentrering Här finns två typer, Look-Down och Look-Up. Nedre syn kommer att se toppen av komponenten innan du plockar upp den för hämtningsplatsen. Det beräknar sedan sitt centrum, jämför det med sin bildfil från den lagrade databasen, plockar sedan upp komponenten och transporterar den till sin position på brädet.

• en. Fördelar: True touchless centrering; kan hantera udda och delika komponenter; Look-Down Vision Centering-placering är korrekt till +/-. 004 ".

• b. Nackdelar: Vanligtvis längre inställningstider på grund av behovet av att lära visionssystemet hur man identifierar delbilder som lagras i maskinens databas; en långsammare metod för centrering på grund av tidsskivan som krävs för bearbetning; Visionen är dyrare än den mekaniska metoden; För Look-Down-visionen kan delen flytta från sin pickup-punkt till placeringen på brädet.

• c. Storleksintervall: 0402 - 15 mm

Fig 6: Look-up och down-down vision centrerar

Look-up Vision-metoden är den mest exakta centreringsmetoden som finns tillgänglig. Komponenten hämtas först från hämtningsområdet, flyttas till en kamerastation som ser längst ned på komponenten och beräknar mittläget.

• en. Fördelar: Sant, beröringsfri centrering, hanterar känsliga komponenter; exakt ner till +/- .001 "positioneringskapacitet

• b. Nackdelar: Vanligtvis en längre inställningstid på grund av behovet av att undervisa visningssystemet hur man identifierar bilden, lagrad i maskinens databas; en långsammare metod för centrering på grund av bearbetningstiden; Visionen är dyrare än den mekaniska metoden.

• c. Storleksintervall: 01005 - 50 mm (kan se mindre och mer detaljerad)

Den pick-up och centreringsmetod du väljer kommer att ha stor inverkan på kvaliteten och hastigheten på dina produktionsbehov, tillsammans med hur man relaterar denna noggrannhet till maskinen. Men det är bara början.

Liksom med någon komplex maskin kommer det att finnas avvägningar mellan kostnad och kapacitet, av vilka vissa specifikt avser produktionsnoggrannhet och avkastning. Vi kommer att adressera nästa:

1. Mekaniska positioneringsmetoder

2. Maskinkonstruktion

3. Solderpasta vätskedispensering

4. Komponentmatare

Att granska när man börjar utvärderingsprocessen finns det två definierande faktorer att tänka på som avgör vilken kategori som passar din maskinbehov. Den första huvudfaktorn är CPH (komponenter per timme), och sekundärfaktorn är maskinens förmåga. Även om det är konstruktivt att börja med att förstå hur produktionshastigheten påverkar typ och prestanda hos en pick-and-place-maskin, hänvisar du till de föregående två kapitlen för dessa intervall.

Maskinkapacitet är den andra avgörande faktorn för att hjälpa till att välja rätt bilval och platsmaskin för dina behov. I det här kapitlet ska vi ta upp tre aspekter av maskinens kapacitet som direkt påverkar slutkvalitets- och produktionsutbyte.

KOMPONENTPOSITIONERINGSYSTEM

Fig 7: Komponentupptagningsremsa

Efter varje komponent plockas upp och centreras i verktyget med en av de metoder som beskrivs i föregående kapitel, måste den placeras exakt på brädet, i en XY-position. Det finns tre metoder som vanligtvis används för positionering:

• Positionering utan återkopplingssystem (öppen slinga)

• Positionering med roterande kodare (slutet loop system)

• Positionering med linjära kodare (slutet loop system)

Metod 1: Ingen återkopplingsslinga för positionering I detta system körs motorn till en plats på kortet som definieras i programmet med antalet steg i varje XY-axel, men det går inte att berätta om det faktiskt hamnar i rätt plats. Dessa system använder steppmotorer för positionering.

• en. Fördelar: Låg kostnad

• b. Nackdelar: Otillförlitlig noggrannhet; rekommenderas inte för högkvalitativ produktion

Metod 2: Positionering med roterande kodare Med denna metod monteras en givare direkt på motoraxeln och levererar positionsåterkoppling till styrsystemet. Det rapporterar emellertid bara motorns position, och inte den faktiska positionen för xy-axeln. Detta är beroende av återstoden av de mekaniska komponenter som utgör maskinen. Dessa maskiner kan använda stepper eller servomotorer. (och brukar vara förknippade med kostnaden)

• c. Fördelar: Låg kostnad; detta system används i stor utsträckning på entrémaskiner

• d. Nackdelar: Typisk positioneringsnoggrannhet på +/- .005 "

Metod 3: Positionering med linjär kodare I den här metoden monteras linjära skalor på maskinens XY-axelbord och en kodare är monterad på färdbommen som ska bära komponenterna. Denna metod kommer att rapportera dess faktiska position tillbaka till styrsystemet och göra korrigeringar till den position som programmeras, om det behövs, till inom några mikron av den faktiska X & Y-platsen för komponentplaceringen (vilket typiskt är 12.800 steg - eller steg - för varje tums resor). De bästa maskinerna i denna kategori använder servomotorer.

• e. Fördelar: Mycket hög noggrannhet, inom +/- .0005 "; Mycket repeterbar

• f. Nackdelar: Dyraare, men nödvändiga för högvärdesproduktion

OBS! Kodarens kvalitet (lägesåterkopplingssensorn) är ett viktigt element i hela systemet och påverkar noggrannheten.

Fig 8: Allsvetsad konstruktion

MASKINSTRUKTION

När du väljer en pick-and-place-maskin bör du vara medveten om att dess konstruktion kommer att diktera sitt effektiva CPH-intervall och fotavtryck, inklusive överväganden för antalet komponentmatare som den kan rymma.

1. Allsvetsat stål: Den mest exakta maskinen har en ram som är konstruerad av solidsvetsat stålrör. Detta ger en signifikant stabilitet som är nödvändig för exakt positionering och höghastighetsrörelse av X- och Y-axlar. Denna konstruktion metod rekommenderas för alla produktionsmiljöer, och den kommer att förbli stabil utan att det krävs kontinuerlig kalibrering.

2. Bult-tillsammans ram: Extruderad aluminium eller formad plåtram kommer att ha en lägre initial noggrannhet än en svetsad ram och kommer att behöva springa långsammare, eftersom den inte klarar av de snabba tröghetsskiftningarna i X-Y-axelrörelsen. Vidare kommer det sannolikt att gå ut ur kalibreringen ofta, vilket kommer att påverka arbetstid, driftstopp och avkastning negativt. (Lägre kostnader återspeglar vanligtvis en svagare konstruktion.)

LÖSPAKNING / FLÖDDISPENSATION

Varje plocknings- och platsmaskin ska kunna erbjuda vätskedispenseringssystem. De vanligaste vätskorna är löddämnen, lim, smörjmedel, epoxier, flussmedel, lim, tätningsmedel och mer. Detta är ett värdefullt alternativ när man bygger prototyper eller enstaka PCB-enheter som inte garanterar kostnaden för en dedikerad skrivarstensil eller folie.

Fig 9: Arbetsdäck med komponentmatare

COMPONENT FEEDERS

Om maskinens produktion kommer att tillägna sig ett litet antal komponenter och typ av jobb, är det väldigt lätt att identifiera antal och typ av matare. Men det är vanligtvis inte fallet med kontraktsaffärsbutiker, eftersom de inte vet vilken typ av styrelse och hur många olika komponenter nästa jobb kommer att kräva. Vissa OEM-användare behöver också flexibilitet för ett brett spektrum av kartongkonfigurationer, speciellt om de tänker använda samma maskin för prototyper och flera olika produktionskort. Så det är användbart i dessa fall att överväga en maskin med det största antalet matarpositioner och alternativ som kan rymma det fotavtryck som ditt utrymme kan hantera.

Typer av matare inkluderar:

1. Klippbandhållare är vanligtvis förknippade med lågvolymvärlden.

2. Matrisbrickhållare används för komponenter som inte är tillgängliga på tejp.

3. Rörmatare levererar komponenter som levereras i rör.

4. Elektriska tejp (och spolar) matare är vanligtvis dyrare i början men erbjuder den bästa långsiktiga investeringen. Elektriska bandmatare finns som enstaka enheter i olika storlekar och täcker intervallet 0201 komponenter upp till 56 mm stora komponenter. Många tillverkare erbjuder nu en multipelmatare (känd som bankmatare). Dessa är tillgängliga för 8 mm band och kan komma med upp till tolv 8 mm matarbanor per enhet.

Fig 10: Bandmatare

Eftersom komponenterna är förpackade i många former, t.ex. diskreta komponenter på tejp, fyrkartspaket, matrisbrickor, rör, snittremsor, etc., kommer ditt val av matare att vara beroende av din produktion men också på eventuella storlekar begränsningar du kan ha. En bra utgångspunkt är att köpa de flesta matare du kan få i det fotavtryck du har tillgängligt.

PROGRAMVARA

När man överväger att köpa en Pick and Place-maskin, är en av de viktigaste övervägandena mjukvarubränssnittet. Det finns tre primära mål för ett bra operativsystem för användare i lågt till mellanvolymen, definierat som upp till 8000 CPH:

1. Maximera användarvänlighet

2. Ger bred flexibilitet

3. Optimera prestanda

Fig 11: Maskinens markplåt

Enkel användning

Eftersom små och medelstora monteringsoperationer ofta måste byta projekt, är det enkelt att installera och använda en viktigare faktor än för en stor volymoperation där en enda installation kan hantera en körning av hundratusentals komponenter. Arbetsförmedlaren måste vara flexibel för att byta mellan ett brett sortiment av brädstorlekar och komponentval snabbt för att möta en mängd olika produktionskrav. Maskinen måste också kunna hantera ett brett spektrum av komponentstorlekar, från mycket små till mycket stora, utan belastning på installation och testning.

Däremot består stora produktionsmaskiner ofta av flera moduler av plocknings- och placeringssystem, placerade in-line där de behövs mest för fina pitch delar, chip shooters eller frivilliga uppgifter. Detta gör att högvolymproducenten kan anpassa en linje för att optimera produktionshastighet, effektivitet och kvalitet. I dessa miljöer kan en längre inställning tolereras, eftersom den kommer att bestå i produktionseffektivitet.

Först några grundläggande frågor:

1. Ser modellen du tittar på med en dator, eller bara programvaran? Det här är inte bra eller dåligt, eftersom vissa användare föredrar att installera programvaran på sina egna datorer. Men ett helt integrerat system försäkrar att det inte kommer att finnas problem med programkompatibilitet, och detta kan effektivisera installationen och installationen.

2. Kör maskinen på ett känt grafiskt användargränssnitt (GUI) som Windows ™ eller ett proprietärt system? De flesta operatörer känner omedelbart till det intuitiva gränssnittet för Windows-konventioner, en viktig faktor för att öka användbarheten, särskilt för en ny maskin. En proprietär GUI kan kräva en längre inlärningskurva.

Färdighetssätt hos operatören bör kompletteras av maskinleverantören med:

1. Bra dokumentation

2. Praktisk träning eller video

3. Ett verktyg för att undervisa maskinens gemensamma komponenter och repetitiva rutiner

För maskiner som hanterar över 8 000 CPH, förvänta sig en högre inlärningskurva eftersom komplexiteten ökar betydligt.

Flexibilitet

Ett viktigt verktyg för att leta efter det ger den anpassade monteraren stor flexibilitet är en Universal CAD Translator-funktion (UCT). UCT tillåter användare att importera pick-and-place-data till maskinens databas för att hjälpa till att skapa programmet och skala det. När ett projekt påbörjas väljer användaren programmet att springa från en arkiverad uppsättning filer. Detta tillåter snabb övergång från ett kort till ett annat eftersom all programmering är memorerad.

Fig 12: Skärm av Universal CAD Translator (UCT) Program Program

En annan funktion att leta efter är en mastermatare och komponentdatabas. När operatören lagrar komponentdata finns den för evigt och kan nås och importeras till någon ny konfiguration av styrkonfigurationen. Den här databasen växer när du lägger till komponenter, så över tiden spenderar du mindre tidsprogrammering och mer tidframställning. Ofta kommer databasen att komma ihåg inventering, så som du använder komponenter, kommer det återstående lagret alltid att vara tillgängligt för att kontrollera. Detta är en utmärkt funktion för schemaläggning och lagerplanering.

Var noga med att se om det system du funderar bara lagrar data för specifika brädor snarare än en hel komponentdatabas. Om så är fallet kommer det bara att komma ihåg specifika komponenter i styrkomponenten, och det kommer inte att visa all tillgänglig lager.

Fig 13: Skärm av offline simulering för optimering

Optimering

Vissa verktyg är ofta försedda med en väl utformad maskin för att hjälpa till med att installera och programmera systemet. En av de viktigaste verktygen som påverkar optimerad prestanda är offline-programvara.

Offlineprogrammet gör det möjligt för användaren att simulera plocknings- och platsmaskinens rutin i en avlägsen miljö för programmering. Den kan installeras på vilken som helst dator och ser ut som maskinens GUI. Det gör det möjligt för användaren att manipulera programmet för att sortera funktioner och modifiera programlinjer för effektivast möjliga användning och hastighet, exempelvis genom att aggregera likartade komponenter i samma sekvens, minimera verktygsändringar och den tid det tar att utföra dessa funktioner. Det kan också skapa styrreferenser för flera brädor innan de körs på maskinen.

För att påskynda jobbyte bör programgränssnittet innehålla delrutiner för vanliga operationer som att konfigurera matrisbrickor, identifiera bandmatare och undervisa för visioncentrering. Utvidgning på sista punkten bör bildtolkning vara tydlig och okomplicerad; Om det inte är - och maskinen har svårt att känna igen en komponent - kan resultatet bli en felplacerad komponent, vilket resulterar i mycket onödigt omarbetande. Ett väl utformat programgränssnitt kommer att fånga en rad bildkvaliteter för varje komponenttyp som är alla representativa för en acceptabel del och lagra den som en godkänd fil. Detta förbättrar hastighet, repeterbarhet och effektivitet samt slutkvalitet.

Andra överväganden

Precis lika viktigt som de fysiska egenskaperna hos en kvalitetsplocknings- och placeringsmaskin är de "mjuka" funktionerna. Se till att kolla på:

1. Tillgänglighet på plats eller fabriksutbildning?

2. Fjärrdiagnostik - kan din leverantör tillhandahålla detta via online-support?

3. Kritiska programuppdateringar - Kommer de gratis eller till en kostnad?

4. Finns mjukvarubränssnittet tillgängligt för försäljning före försäljning?

VENDOR SUPPORT

Vid utvärdering av vilken typ av SMT-maskin som helst, överväga fabriksstöd som en av de viktigaste tillgångarna i ditt köp. Det bästa sättet att lära sig hur ett företag behandlar sina kunder är muntligt. Prata med flera kunder för att ta reda på hur lyckliga de är med maskinen, säljaren och det stöd de tillhandahåller. Var är tillverkningsanläggningen? Kan de hjälpa till att felsöka anpassningsproblem via telefonen? Erbjuder de fälttjänst? Har de reservdelar på lager för omedelbar leverans? Även om det inte finns en stor del av en begagnad marknad för manuella, maskinassisterade eller förstärkta manuella plocknings- och platsmaskiner, är det fortfarande en bra idé att fråga din leverantör om sina äldre maskiner på fältet och om det är undervägar, är reservdelar tillgänglig och om deras förmåga att anpassa en reservdel om maskinen blir föråldrad. Fråga vad produktens förväntade livscykel är. Industristandarden är sju år. Kom ihåg att det finns en skillnad mellan en sann tillverkare och en utrustningstillverkare eller distributör.