Jak działają maszyny Pick and Place: Wyjaśnienie pełnego cyklu operacyjnego

Specyfikacje nie budują płyt. Robią to pętle sterowania.

Jeśli kiedykolwiek obserwowałeś linię SMT i pomyślałeś “to tylko robot, który szybko się porusza”, przegapiłeś część, która decyduje o tym, czy wysyłasz dobry produkt, czy złom. Nowoczesna maszyna typu pick and place jest w zasadzie skoordynowanym silnikiem matematycznym: konwertuje współrzędne CAD na współrzędne maszyny, koryguje dryft za pomocą wizji, zatwierdza kilofy za pomocą próżniowego sprzężenia zwrotnego i powtarza tę pętlę tysiące razy na godzinę, podczas gdy linia po cichu próbuje sabotować ją tarciem taśmy, wypaczonymi płytkami drukowanymi, zużytymi dyszami i złymi danymi biblioteki.

Jaki jest więc rzeczywisty cykl operacyjny? I gdzie tak naprawdę trafiają sekundy?

Zasada działania maszyny pick and place jest celowo nudna

Zasada działania maszyny typu “pick and place” w prostych słowach brzmi: "zmierz → zdecyduj → przesuń → zweryfikuj → powtórz". Seksowne elementy (szybkie głowice, silniki liniowe, wymyślne kamery) mają znaczenie. Ale prawdziwą magią są nudne rzeczy: transformacje współrzędnych, kalibracja, progi i obsługa błędów.

Oto twarda prawda, której nie widzę w broszurach dostawców: większość problemów z rozmieszczaniem nie wynika z tego, że “maszyna nie może trafić w podkładki”. Są to problemy związane z wcześniejszymi danymi i późniejszą dyscypliną - zmiennością pakowania komponentów, nawykami konfiguracji podajników, wyborem dysz i tym, czy zespół traktuje bibliotekę wizji jak żywą istotę, czy jak jednorazowe pole wyboru.

Kompletny przepływ pracy maszyny typu pick and place: cykl operacyjny, który można faktycznie skontrolować

Przedstawię “kompletny przepływ pracy maszyny typu pick and place” w sposób, w jaki kontroluje go inżynier liniowy - krok po kroku, z uwzględnieniem brzydkich części.

1) Import programu i mapowanie biblioteki (gdzie rodzą się awarie)

Plik centroid w. Gerbery w. Zastosowano bibliotekę pakietów.

Jeśli definicja opakowania jest nieprawidłowa (rozmiar korpusu, rozpiętość ołowiu, punkt odbioru, obrót), maszyna nadal będzie umieszczać części. Po prostu umieści je nieprawidłowo w skali. W ten sposób powstają “tajemnicze wady”, które później pojawiają się jako szum AOI lub wady reflow.

I tak, jest to nadal część cyklu operacyjnego, ponieważ maszyna będzie płacić za ten błąd w każdym kolejnym cyklu.

2) Indeksowanie podajnika i prezentacja komponentów

Podajniki przesuwają taśmę do przodu. Kieszeń umieszcza element w miejscu odbioru.

Wygląda to prosto, dopóki się tego nie zmierzy. Opór taśmy, kąt zerwania taśmy maskującej, tolerancje kieszeni i jakość splotu zmieniają to, jak konsekwentnie komponent siedzi, gdy dysza opada. Wymagana jest stabilna prezentacja. Rzadko można uzyskać idealną prezentację.

Właśnie dlatego jakość i konserwacja podajnika nie są “przyjemnymi rzeczami”. To czas cyklu i wydajność.

3) Odbiór: dysza w dół, podciśnienie włączone, weryfikacja odbioru

Głowica przesuwa się do punktu odbioru. Oś Z w dół. Podciśnienie włącza się. Z w górę.

Następnie przychodzi część, o której większość ludzi zapomina: weryfikacja pobrania. Sterownik obserwuje ciśnienie podciśnienia (a czasami przepływ), aby potwierdzić “podłączenie części”. Słabe uszczelnienie lub pęknięta dysza mogą czasami przejść pomyślnie, a innym razem zawieść, co jest najgorszym rodzajem awarii, ponieważ niszczy zaufanie do alarmów.

Krótkie zdanie: pomyłki się zdarzają.

4) Wizja: wstępne wyrównanie, korekta środka ciężkości, obrót

Teraz maszyna sprawdza, co faktycznie wybrała.

W przypadku wielu części kamera rejestruje obraz i oblicza przesunięcia: przesunięcie X/Y, obrót theta, a czasem nawet pochylenie. Jeśli uruchamiasz wizję “w locie”, dzieje się to podczas ruchu głowicy, co oszczędza czas, ale zwiększa wrażliwość na dryf oświetlenia i kalibrację kamery.

Chcesz zadać niewygodne pytanie? Jak często weryfikujesz swoje progi widzenia po zmianie kołowrotka lub dostawcy?

5) Wprowadzanie, zaciskanie i pozyskiwanie punktów odniesienia (rzeczywiste resetowanie współrzędnych).

Płytka drukowana jest wprowadzana na przenośnik. Zaciska się lub podpiera. Maszyna znajduje punkty odniesienia.

Fiducials nie są “ładne”. Są to punkty zakotwiczenia maszyny. Kontroler używa ich do obliczania przesunięcia i obrotu płytki, aby współrzędne umieszczenia CAD odpowiadały fizycznej płytce drukowanej znajdującej się obecnie w maszynie.

W tym miejscu pytanie “jak działa maszyna typu pick and place” staje się czystą geometrią. Bez fiducials (lub ze złymi fiducials), umieszczasz na ślepo.

6) Umieszczanie: profil ruchu, kontrola Z, siła umieszczania i czas osiadania

Głowa przesuwa się nad współrzędną umieszczenia. Z w dół. Część umieszczona. Z w górę.

Ale “miejsce” kryje w sobie wiele. Maszyna musi kontrolować wysokość umieszczenia, kontakt i czas zwolnienia, aby część pozostała na paście i nie przesunęła się. Zbyt mocne naciśnięcie powoduje rozmazanie pasty lub przechylenie części. Zbyt lekki, a części mogą przykleić się do dyszy i “spaść później”, co jest chaosem.

I tak - czas uspokojenia jest realny. Głowica potrzebuje niewielkiej przerwy, aby powstrzymać wibracje przed przekształceniem się w błąd pozycjonowania przy dużej prędkości.

7) Kontrole po umieszczeniu i obsługa wyjątków (gdzie przepustowość znika)

Jeśli maszyna uzna, że coś poszło nie tak, nie wzrusza tylko ramionami. Robi coś:

• Ponowny wybór
• Wyślij część do pojemnika na odrzuty
• Pauza dla operatora
• Oznacz umieszczenie jako “podejrzane”
• Wyzwalanie zatrzymania w przypadku wzrostu poziomu błędów

Każdy wyjątek wydłuża czas. A wyjątki się kumulują. Jedna zła rolka może przeciągnąć całą zmianę.

8) Powtórz: zoptymalizuj ścieżkę głowicy, zminimalizuj skok, wyważ podajniki

Jest to proces pobierania i umieszczania SMT na dużą skalę: kontroler optymalizuje ścieżki ruchu i stara się, aby głowica wykonywała użyteczną pracę zamiast przemieszczać się po stole.

Ale układ podajników nadal dominuje. Umieszczenie części o wysokim zużyciu daleko od siebie wymusza dłuższą podróż w nieskończoność. Umieszczenie części o nieparzystych kształtach w “niewłaściwej” strefie skutkuje wolniejszymi cyklami produkcyjnymi.

9) Wyjście płytki do dalszego procesu (reflow, AOI, SPI)

Tablica wychodzi. Wchodzi następna tablica. Cykl rozpoczyna się ponownie.

W tym miejscu wyrażam swoją opinię: jeśli nie zaprojektujesz linia i tylko “kupić maszynę”, będziesz nadal obwiniał placer za problemy spowodowane konfiguracją drukarki, czystością szablonu, stanem pasty i przekazywaniem przenośnika.

Jeśli planujesz pełną linię, przeczytaj, w jaki sposób linie “pod klucz” są zwykle określane, a nie tylko sprzedawane. Podejście "gotowe rozwiązania dla linii SMT" ma tendencję do wcześniejszego ujawniania wąskich gardeł, zwłaszcza w zakresie strategii podajników i integracji inspekcji. (Maszyna Pick and Place)

Czas cyklu maszyny typu pick and place: matematyka, której ludzie unikają

Czas cyklu to nie to samo, co “maksymalny CPH” (komponenty na godzinę). Specyfikacje są zwykle mierzone w idealnych warunkach: małe komponenty, zoptymalizowany układ, minimalny narzut wizyjny, brak błędów podajnika, brak zmian dysz, brak ponownych prób.

Zróbmy prawdziwą matematykę.

Jeśli urządzenie ma moc znamionową 50 000 CPH, Teoretyczny czas na umieszczenie wynosi:

• 3 600 sekund/godzinę ÷ 50 000 przyłożeń/godzinę = 0,072 sekundy na umieszczenie

Teraz powiedzmy, że twoja tablica ma 350 miejsc pracy. Czysty teoretyczny czas umieszczenia:

• 350 × 0.072 = 25,2 sekundy

Ale rzeczywisty czas na pokładzie nie wynosi 25,2 sekundy, ponieważ również za to płacisz:

• Kluczowy czas wyszukiwania
• Załadunek/rozładunek przenośnika
• Czas wizji dla niestandardowych części
• Zmiany dysz
• Zmienność indeksowania podajnika
• Ponowne próby i odrzucenia

Dlatego właśnie “czas cyklu maszyny pick and place” musi być mierzony na podstawie twój BOM, twój zarząd, twój plan podajnika.

A jeśli prowadzisz mieszane serie lub prototypy, odczujesz to jeszcze bardziej - dominuje dyscyplina związana z wymianą, kompletowaniem i konfiguracją. Właśnie dlatego prototypy i linie małoseryjne są osobną kategorią, a nie przypisem. (Maszyna Pick and Place)

Komponenty, które mają znaczenie: podajnik, dysza, wizja (i części, które sprzedawcy nadmiernie upraszczają)

Ludzie uwielbiają wymieniać komponenty jak w katalogu. Użytecznym sposobem jest: co może zawieść i jak szybko to się dzieje?

• Podajnik: Określa spójność prezentacji komponentów. Złe podajniki powodują błędne kliknięcia, przekrzywienia i marnowanie czasu na ponowne próby.
• Dysza: Określa niezawodność pobierania i stabilność umieszczania. Zużycie, zanieczyszczenie i niewłaściwy wybór dyszy po cichu zabijają wydajność.
• System wizyjny: Określa, czy maszyna koryguje rzeczywistość, czy powtarza złe założenia. Dryf oświetlenia i brudna optyka powodują “losowe” błędy, które nie są losowe.

Współczesne badania nad montażem wciąż opierają się na tych samych filarach - pozycjonowaniu wizualnym, planowaniu trajektorii i koordynacji siły/pozycji - ponieważ te trzy elementy decydują o tym, czy zautomatyzowany montaż pozostaje dokładny i szybki. ([PMC

][3])

Zgodność z przepisami i bezpieczeństwo: część zamówień, o której się zapomina

Jeśli prowadzisz działalność w UE (lub sprzedajesz do UE), zgodność z wymogami bezpieczeństwa maszyn nie jest opcjonalna. Podstawa prawna zmienia się z “ładnej dokumentacji” na “udowodnij to”. Rozporządzenie (UE) 2023/1230 aktualizuje ramy maszynowe i zaostrza oczekiwania dotyczące bezpieczeństwa, dokumentacji i nowoczesnych systemów kontroli. (EUR-Lex)

Dlaczego ma to znaczenie dla artykułu o cyklu operacyjnym? Ponieważ osłony, blokady i konstrukcja bezpiecznego ruchu mogą zmienić sposób interakcji operatorów z podajnikami, dostępem do konserwacji i krokami odzyskiwania po błędzie. Projekt bezpieczeństwa kształtuje czas przestoju.

Presja w świecie rzeczywistym: automatyzacja rośnie, a SMT znajduje się w strefie wybuchu

Oto jedna statystyka, która ma znaczenie, ponieważ wyjaśnia presję biznesową stojącą za szybszymi, bardziej niezawodnymi cyklami: Chiny osiągną 470 robotów przemysłowych na 10 000 pracowników w 2023 r., wyprzedzając Niemcy, zgodnie z raportem IFR opublikowanym przez Reuters. (ReutersW swoim komunikacie IFR określa to jako gwałtowną zmianę w gęstości automatyzacji fabryk na całym świecie. (IFR Międzynarodowa Federacja Robotyki)

W Europie firmy EMS zgłosiły €57.3B w 2023 r. przychodów z PCBA (wzrost o 11%) w dużej ankiecie podsumowanej przez witrynę Global Electronics Association, która również zasygnalizowała presję na zapasy i konsolidację. (electronics.org)

Tłumaczenie: więcej płytek, więcej wariantów, krótsze czasy realizacji, mniej wymówek. Cykl operacyjny pick-and-place nie może być “wystarczająco dobry”. Musi być wytłumaczalny i możliwy do kontrolowania.

Punkty kontrolne cyklu operacyjnego, które należy mierzyć (a nie spierać się o nie)

Jeśli chcesz uzyskać praktyczny model wsparcia - akcje, szkolenia, oczekiwania dotyczące reakcji - nie ukrywaj tego w e-mailach dotyczących zamówień. Uczyń to częścią planu. “Szkolenie i wsparcie posprzedażowe” powinno być traktowane jak ubezpieczenie dostępności, a nie marketingowe copy. (Maszyna Pick and Place)

Najczęściej zadawane pytania

Jak działa maszyna typu pick and place w SMT?

Maszyna typu pick and place działa w technologii SMT, odczytując dane dotyczące rozmieszczenia PCB, wykorzystując kamery do wyrównania płytki i każdego komponentu, pobierając części z podajników z dyszami próżniowymi, korygując przesunięcia i umieszczając części na paście lutowniczej z kontrolowanym ruchem, a następnie powtarzając ten cykl w zamkniętej pętli, aż płytka zostanie w pełni wypełniona. Następnie płytka PCB przechodzi do procesu reflow, w którym tworzone są połączenia lutowane. “Szybkość” maszyny ma znaczenie tylko wtedy, gdy etapy pobierania, widzenia i obsługi błędów pozostają stabilne w całym zestawie BOM.

Jaki jest cykl operacyjny maszyny typu pick and place?

Cykl operacyjny maszyny typu pick and place to powtarzająca się sekwencja prezentacji podajnika, pobierania komponentów i weryfikacji próżniowej, wyrównywania opartego na wizji, wyrównywania fiducial PCB, umieszczania z kontrolowanym ruchem Z i zwalniania, a także obsługi wyjątków, aż wszystkie miejsca zostaną zakończone, a płytka wyjdzie do następnego etapu procesu SMT. Jeśli nie można przypisać przestojów do jednej z tych faz, rejestrowanie jest zbyt słabe.

Co w największym stopniu wpływa na czas cyklu maszyny pick and place?

Na czas cyklu maszyny typu pick and place wpływają głównie koszty ogólne niezwiązane z pozycjonowaniem - akwizycja znaczników pomocniczych, przenoszenie przenośnika, czas widzenia złożonych części, zmiany dysz, niezawodność podajnika i logika ponawiania - ponieważ te kroki dodają stałe lub cykliczne opóźnienia, które łączą się na różnych płytach, nawet jeśli nagłówek CPH wygląda na wysoki. Szybkie głowice nie ratują przed złymi podajnikami. Potęgują ból.

Jakie są kluczowe komponenty maszyn typu pick and place (podajnik, dysza, system wizyjny)?

Kluczowymi komponentami maszyn typu "pick and place" są podajniki, które konsekwentnie podają części, dysze, które zapewniają niezawodne pobieranie próżniowe i stabilne uwalnianie, oraz system wizyjny, który mierzy przesunięcia i obroty w celu skorygowania zmienności w świecie rzeczywistym, dzięki czemu kontroler ruchu maszyny może dokładnie umieścić każdy element na docelowych podkładkach. Traktuj je jako system, a nie trzy elementy zakupowe. Jedno słabe ogniwo zdominuje wskaźnik defektów.

Jak zmniejszyć liczbę błędów umieszczania w kompletnym przepływie pracy maszyny typu pick and place?

Zmniejszenie liczby błędów umieszczania w kompletnym przepływie pracy maszyny typu pick and place oznacza zacieśnienie łańcucha od danych do sprzętu: prawidłowe biblioteki CAD, zweryfikowane punkty odbioru, stabilna konfiguracja podajnika, czyste i dopasowane dysze, spójne oświetlenie i kalibracja kamery oraz zdyscyplinowane praktyki w zakresie punktów odniesienia i obsługi płyt, aby korekty maszyny odzwierciedlały rzeczywistość w każdym cyklu. Ponadto co tydzień należy przeprowadzać audyt wyjątków. Błędy mają swoje wzorce.

Jaki jest najszybszy sposób na zwiększenie przepustowości bez kupowania nowej maszyny?

Poprawa wydajności bez konieczności zakupu nowej maszyny oznacza skrócenie “martwego czasu”, którego można uniknąć: optymalizacja układu podajników pod kątem odległości przejazdu, ograniczenie przezbrajania dzięki zestawom i znormalizowanym wózkom, wyeliminowanie powtarzających się usterek podajników i dostrojenie wykorzystania systemu wizyjnego, tak aby tylko części wymagające pełnego widzenia płaciły karę czasową, podczas gdy wszystko inne działa na stabilnych przesunięciach. Jeśli prowadzisz produkcję masową, zaprojektuj linię pod tym kątem od pierwszego dnia. Model szybkiej linii produkcji masowej jest inny nie bez powodu. (Maszyna Pick and Place)

Gotowy do mapowania rzeczywistego czasu cyklu zamiast spierać się o specyfikacje?

Jeśli chcesz, możemy przełożyć dane BOM + płytki na budżet czasu cyklu (rozmieszczenie a koszty ogólne), a następnie zdecydować, czy potrzebujesz konfiguracji skoncentrowanej na prototypie, czy układu o dużej prędkości. Zacznij od naszych oczekiwań dotyczących usług, abyś wiedział, jak wygląda wsparcie, gdy coś się zepsuje o 2 w nocy (Maszyna Pick and Place)

A jeśli chcesz uzyskać bezpośrednią odpowiedź od człowieka, a nie broszury, skontaktuj się z nami, podając liczbę płyt, 20 najlepszych części według miejsc docelowych i docelowy czas taktu. (Maszyna Pick and Place)

[3]: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10302618/ ” Przegląd technologii inteligentnego montażu małych urządzeń elektronicznych - PMC “