Comment fonctionnent les machines Pick And Place : Cycle de fonctionnement complet expliqué

Les spécifications ne construisent pas les cartes. Ce sont les boucles de contrôle qui le font.

Si vous avez déjà observé une ligne SMT et pensé “c'est juste un robot qui se déplace rapidement”, il vous manque la partie qui décide si vous expédiez un bon produit ou un rebut. Une machine de prélèvement et de placement moderne est essentiellement un moteur mathématique coordonné : elle convertit les coordonnées CAO en coordonnées machine, corrige les dérives par la vision, valide les prélèvements grâce au retour d'information par le vide et répète cette boucle des milliers de fois par heure, tandis que la ligne tente tranquillement de la saboter par des frottements de ruban, des circuits imprimés déformés, des buses usées et des données de bibliothèque erronées.

Quel est donc le véritable cycle de fonctionnement ? Et où vont réellement les secondes ?

Le principe de fonctionnement de la machine "pick and place" est ennuyeux à dessein

Le principe de fonctionnement d'une machine pick and place, en termes simples, est le suivant : “mesurer → décider → déplacer → vérifier → répéter”. Les éléments sexy (têtes à grande vitesse, moteurs linéaires, caméras sophistiquées) sont importants. Mais la vraie magie réside dans les choses ennuyeuses : les transformations de coordonnées, l'étalonnage, les seuils et la gestion des erreurs.

Voici la dure vérité que je ne vois pas dans les brochures des fournisseurs : la plupart des problèmes de placement ne sont pas dus au fait que la machine n'arrive pas à toucher les tampons. Ce sont des problèmes de données en amont et de discipline en aval - variation de l'emballage des composants, habitudes de réglage des chargeurs, sélection des buses, et le fait que votre équipe traite la bibliothèque de vision comme une chose vivante ou comme une case à cocher unique.

Flux de travail complet d'une machine de prélèvement et de dépose : le cycle d'exploitation que vous pouvez réellement auditer

Je vais présenter le “flux de travail complet d'une machine de prélèvement et de placement” de la même manière qu'un ingénieur de ligne le vérifie - étape par étape, en incluant les parties disgracieuses.

1) Importation de programmes et mise en correspondance de bibliothèques (c'est là que naissent les échecs)

Fichier centroïde en. Gerbers dans. Bibliothèque de paquets appliquée.

Si la définition de votre paquet est erronée (taille du corps, portée, point de prise, rotation), la machine placera quand même les pièces. Elle les placera simplement de manière erronée à l'échelle. C'est ainsi que l'on obtient des “défauts mystérieux” qui se manifestent plus tard sous forme de bruit AOI ou de défauts de refusion.

Et oui, cela fait toujours partie du cycle d'exploitation, car la machine continuera à payer pour cette erreur à chaque cycle.

2) Indexation de l'alimentateur et présentation des composants

Les chargeurs font avancer la bande. La pochette présente le composant à un emplacement de prélèvement.

Cela semble simple jusqu'à ce que vous le mesuriez. La traînée du ruban, l'angle de décollement du ruban de couverture, les tolérances des poches et la qualité des épissures sont autant d'éléments qui modifient la régularité de la position d'un composant lorsque la buse descend. Vous voulez une présentation stable. Il est rare d'obtenir une présentation parfaite.

C'est la raison pour laquelle la qualité et la maintenance des margeurs ne sont pas des éléments “agréables à avoir”. Il s'agit du temps de cycle et du rendement.

3) Pick : buse baissée, aspirateur en marche, vérification du pick-up

La tête se déplace vers le point de prélèvement. Axe Z vers le bas. Le vide s'enclenche. Z vers le haut.

Vient ensuite la partie que la plupart des gens oublient : la vérification du prélèvement. Le contrôleur surveille la pression du vide (et parfois le débit) pour confirmer que la pièce est attachée. Un joint faible ou une buse fissurée peut passer parfois et échouer d'autres fois, ce qui est le pire type d'échec car il détruit la confiance dans vos alarmes.

En bref : il y a des erreurs d'aiguillage.

4) Vision : pré-alignement, correction du centre de gravité, rotation

La machine vérifie maintenant ce qu'elle a réellement choisi.

Pour de nombreuses pièces, la caméra capture une image et calcule les décalages : décalage X/Y, rotation thêta, parfois même biais. Si vous utilisez la vision “à la volée”, ces calculs sont effectués pendant que la tête se déplace, ce qui permet de gagner du temps mais accroît la sensibilité à la dérive de l'éclairage et à l'étalonnage de la caméra.

Une question qui met mal à l'aise ? Combien de fois revalidez-vous vos seuils de vision après avoir changé de bobine ou de fournisseur ?

5) Entrée de la carte, serrage et acquisition des repères (la véritable remise à zéro des coordonnées)

Le circuit imprimé entre sur un convoyeur. Il est serré ou supporté. La machine trouve des repères.

Les fiduciaires ne sont pas “agréables”. Ce sont les points d'ancrage de la machine. Le contrôleur les utilise pour calculer le décalage et la rotation de la carte afin que les coordonnées de placement de la CAO correspondent au circuit imprimé physique qui se trouve actuellement dans la machine.

C'est ici que votre question “comment fonctionne une machine de prélèvement et de placement” devient de la géométrie pure. Sans repères (ou avec de mauvais repères), vous placez à l'aveugle.

6) Placement : profil de mouvement, contrôle Z, force de placement et temps de stabilisation

La tête se déplace sur la coordonnée de placement. Z vers le bas. Pièce placée. Z vers le haut.

Mais il y a beaucoup de choses qui se cachent dans le terme “placement”. La machine doit contrôler la hauteur de placement, le contact et le temps de relâchement pour que la pièce reste sur la pâte et ne se déplace pas. Si vous appuyez trop fort, vous étalez la pâte ou faites basculer les pièces. Si vous appuyez trop légèrement, les pièces risquent de coller à la buse et de “tomber plus tard”, ce qui est synonyme de chaos.

Et oui, le temps de stabilisation est bien réel. La tête a besoin d'une petite pause pour éviter que les vibrations ne se transforment en erreurs de placement à grande vitesse.

7) Contrôles a posteriori et traitement des exceptions (là où votre débit disparaît)

Si la machine pense que quelque chose a mal tourné, elle ne se contente pas de hausser les épaules. Elle fait quelque chose :

• Retenter la sélection
• Envoyer la pièce dans la poubelle
• Pause pour l'opérateur
• Marquer le placement comme “suspect”
• Déclencher un arrêt en cas de pic du taux d'erreur

Chaque exception fait perdre du temps. Et les exceptions s'accumulent. Une mauvaise bobine peut faire perdre du temps à toute une équipe.

8) Répétition : optimiser la trajectoire de la tête, minimiser les déplacements, équilibrer les distributeurs

Il s'agit du processus de prélèvement et de placement SMT à grande échelle : le contrôleur optimise les trajets et s'efforce de faire en sorte que la tête effectue un travail utile au lieu de se déplacer d'un bout à l'autre de la table.

Mais c'est toujours la disposition des convoyeurs qui domine. Si vous placez les pièces à forte utilisation loin les unes des autres, vous ne ferez qu'allonger les trajets pour toujours. Placez les pièces de forme irrégulière dans la “mauvaise” zone et vous le paierez en ralentissant les cycles de vision.

9) Sortie de la carte vers le processus en aval (refusion, AOI, SPI)

L'équipe sort. Le conseil suivant entre. Le cycle recommence.

C'est là que j'ai une opinion bien arrêtée : si vous ne concevez pas la ligne et que vous vous contentez d“”acheter une machine", vous continuerez à blâmer le placeur pour les problèmes causés par la configuration de l'imprimante, la propreté du pochoir, l'état de la pâte et les transferts sur le convoyeur.

Si vous prévoyez une ligne complète, lisez comment les lignes clés en main sont généralement conçues, et pas seulement vendues. L'approche “solutions de lignes SMT clés en main” a tendance à révéler les goulets d'étranglement plus tôt, en particulier en ce qui concerne la stratégie d'alimentation et l'intégration de l'inspection. (Machine Pick and Place)

Temps de cycle des machines de prélèvement et de dépose : les mathématiques que les gens évitent

Le temps de cycle n'est pas la même chose que le “CPH maximum” (composants par heure). Les spécifications sont généralement mesurées dans des conditions idéales : petits composants, disposition optimisée, frais généraux de vision minimaux, pas d'erreurs d'alimentation, pas de changements de buse, pas de nouvelles tentatives.

Faisons de vrais calculs.

Si une machine est évaluée à 50 000 CPH, Le temps théorique par placement est donc de

• 3 600 secondes/heure ÷ 50 000 placements/heure = 0,072 seconde par placement

Supposons maintenant que votre conseil d'administration ait 350 placements. Temps de placement théorique pur :

• 350 × 0.072 = 25,2 secondes

Mais votre temps réel d'embarquement n'est pas de 25,2 secondes, car vous payez également pour :

• Temps de recherche fiduciaire
• Chargement/déchargement du convoyeur
• Temps de vision pour les pièces non standard
• Changement de buse
• Variabilité de l'indexation de l'alimentateur
• Réessais et rejets

C'est pourquoi le “temps de cycle de la machine de prélèvement et de placement” doit être mesuré sur la base des critères suivants votre BOM, votre conseil d'administration, votre plan d'alimentation.

Et si vous travaillez avec des produits mixtes ou des prototypes, vous le ressentirez encore plus : les changements, l'habillage et la discipline de mise en place dominent. C'est pourquoi les lignes de prototypes et de petites séries constituent une catégorie à part entière, et non une note de bas de page. (Machine Pick and Place)

Les composants qui comptent : le chargeur, la buse, la vision (et les pièces que les vendeurs simplifient à l'excès)

Les gens aiment énumérer les composants comme s'il s'agissait d'un catalogue. La méthode la plus utile est la suivante : qu'est-ce qui peut tomber en panne et à quelle vitesse ?

• Alimentateur: Détermine la cohérence de la présentation des composants. Les mauvais chargeurs sont à l'origine d'erreurs de piquage, d'inclinaisons et de nouvelles tentatives qui font perdre du temps.
• Buse: Détermine la fiabilité du ramassage et la stabilité du placement. L'usure, la contamination et le mauvais choix de buse tuent tranquillement le rendement.
• Système de vision: Détermine si la machine corrige la réalité ou répète de mauvaises hypothèses. La dérive de l'éclairage et l'encrassement des optiques provoquent des erreurs “aléatoires” qui ne le sont pas.

La recherche moderne sur l'assemblage s'appuie toujours sur les mêmes piliers - le positionnement visuel, la planification de la trajectoire et la coordination force/position - car ce sont ces trois éléments qui déterminent la précision de l'assemblage automatisé à grande vitesse. ([PMC

][3])

Conformité et sécurité : la partie oubliée des achats

Si vous êtes dans l'UE (ou si vous vendez dans l'UE), la conformité à la sécurité des machines n'est pas facultative. La base juridique passe de la “belle documentation” à la “preuve”. Règlement (UE) 2023/1230 met à jour le cadre des machines et renforce les attentes en matière de sécurité, de documentation et de systèmes de contrôle modernes. (EUR-Lex)

Pourquoi cela est-il important pour un article sur le cycle d'exploitation ? Parce que les protections, les verrouillages et la conception de mouvements sûrs peuvent modifier la manière dont les opérateurs interagissent avec les distributeurs, l'accès à la maintenance et les étapes de récupération après une erreur. La conception de la sécurité façonne les temps d'arrêt.

La pression du monde réel : l'automatisation progresse et le CMS est dans la zone d'explosion

Voici une statistique qui a son importance car elle explique la pression commerciale qui sous-tend des cycles plus rapides et plus fiables : La Chine atteindra 470 robots industriels pour 10 000 travailleurs en 2023, dépassant l'Allemagne, selon un rapport de l'IFR repris par Reuters. (Reuters) Le communiqué de l'IFR le présente comme un changement rapide de la densité de l'automatisation des usines dans le monde entier. (IFR Fédération internationale de robotique)

En Europe, les entreprises EMS ont déclaré €57.3B en 2023 pour les PCBA (croissance de 11%) dans une vaste enquête résumée par le site de la Global Electronics Association, qui a également mis en évidence les pressions exercées sur les stocks et la consolidation. (électronique.org)

Traduction : plus de cartes, plus de variantes, des délais plus courts, moins d'excuses. Votre cycle d'exploitation de prélèvement et de placement ne peut pas être “suffisant”. Il doit être explicable et contrôlable.

Points de contrôle du cycle d'exploitation à mesurer (et non à discuter)

Si vous souhaitez un modèle de soutien pratique - épargne, formation, attentes en matière de réponse - ne l'enterrez pas dans des courriels relatifs aux marchés publics. Intégrez-les au plan. “La formation et le support après-vente doivent être traités comme une assurance de disponibilité, et non comme un texte de marketing. (Machine Pick and Place)

FAQ

Comment fonctionne une machine "pick and place" dans le domaine du SMT ?

Une machine “pick and place” fonctionne en SMT en lisant les données de placement du circuit imprimé, en utilisant des caméras pour aligner le circuit et chaque composant, en prélevant les pièces dans des chargeurs avec des buses à vide, en corrigeant les décalages et en plaçant les pièces sur la pâte à braser avec un mouvement contrôlé, puis en répétant ce cycle en boucle fermée jusqu'à ce que le circuit imprimé soit entièrement rempli. Ce cycle en boucle fermée est répété jusqu'à ce que la carte soit entièrement remplie. Ensuite, le circuit imprimé passe à la refusion, où les joints de soudure se forment. La "vitesse" de la machine n'a d'importance que si les étapes de prélèvement, de vision et de traitement des erreurs restent stables sur l'ensemble de votre nomenclature.

Quel est le cycle de fonctionnement d'une machine "pick and place" ?

Le cycle de fonctionnement d'une machine pick and place est la séquence répétitive de présentation du chargeur, de prise des composants et de vérification du vide, d'alignement par vision, d'alignement fiducial du circuit imprimé, de placement avec un mouvement Z contrôlé et de relâchement, plus la gestion des exceptions, jusqu'à ce que tous les placements soient terminés et que le circuit imprimé passe à l'étape suivante du processus SMT. Si vous ne pouvez pas associer vos temps d'arrêt à l'une de ces phases, votre système d'enregistrement est trop faible.

Qu'est-ce qui affecte le plus le temps de cycle des machines de prélèvement et de mise en place ?

Le temps de cycle des machines de prélèvement et de placement est principalement affecté par les frais généraux non liés au placement - acquisition des guides, transfert par convoyeur, temps de vision pour les pièces complexes, changements de buse, fiabilité du chargeur et logique de réessai - car ces étapes ajoutent des retards fixes ou en rafale qui s'additionnent d'un tableau à l'autre, même lorsque le CPH de la ligne de tête semble élevé. Les têtes rapides ne vous sauvent pas des mauvais chargeurs. Elles amplifient la douleur.

Quels sont les principaux composants d'une machine pick and place (margeur, buse, vision) ?

Les principaux composants d'une machine de prise et de dépose sont les chargeurs qui présentent les pièces de manière cohérente, les buses qui créent une prise de vide fiable et une dépose stable, et un système de vision qui mesure les décalages et la rotation pour corriger les variations du monde réel afin que le contrôleur de mouvement de la machine puisse placer chaque composant avec précision sur les tampons cibles. Considérez ces éléments comme un système, et non comme trois articles à acheter. Un seul maillon faible dominera votre taux de défectuosité.

Comment réduire les erreurs de placement dans le cadre d'un flux de travail complet sur une machine de prélèvement et de placement ?

La réduction des erreurs de placement dans un flux de production complet de machines de prélèvement et de placement implique de resserrer la chaîne des données au matériel : bibliothèques CAO correctes, points de prélèvement vérifiés, configuration stable du margeur, buses propres et adaptées, éclairage cohérent et étalonnage de la caméra, et pratiques disciplinées en matière de repères et de support de carte afin que les corrections de la machine reflètent la réalité à chaque cycle. De même, vérifiez les exceptions chaque semaine. Les erreurs ont des caractéristiques.

Quel est le moyen le plus rapide d'améliorer le rendement sans acheter une nouvelle machine ?

Pour améliorer le rendement sans acheter de nouvelle machine, il faut réduire les “temps morts” évitables : optimiser la disposition des margeurs en fonction de la distance de déplacement, réduire les changements grâce au kitting et aux chariots normalisés, éliminer les défauts récurrents des margeurs et régler l'utilisation de la vision de manière à ce que seules les pièces nécessitant une vision complète soient pénalisées en termes de temps, tandis que toutes les autres fonctionnent avec des décalages stables. Si vous produisez de gros volumes, concevez la ligne en conséquence dès le premier jour. Le modèle de ligne de production de masse à grande vitesse est différent pour une raison. (Machine Pick and Place)

Prêt à cartographier votre temps de cycle réel au lieu de discuter des spécifications ?

Si vous le souhaitez, nous pouvons traduire votre nomenclature et les données relatives aux cartes en un budget de temps de cycle (placement par rapport aux frais généraux), puis décider si vous avez besoin d'une installation axée sur les prototypes ou d'une configuration à grande vitesse. Commencez par connaître nos attentes en matière de service, afin de savoir à quoi ressemble l'assistance lorsque quelque chose tombe en panne à 2 heures du matin (Machine Pick and Place)

Et si vous souhaitez obtenir une réponse directe d'un être humain, et non d'une brochure, contactez-nous en indiquant le nombre de cartes, les 20 pièces les plus importantes en termes de placement et le temps de production visé. (Machine Pick and Place)

[3]: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10302618/ ” Examen de la technologie d'assemblage intelligent des petits équipements électroniques - PMC “