Как работают машины Pick And Place: Полный рабочий цикл объясняется

Спецификации не создают платы. Это делают контуры управления.

Если вы когда-нибудь наблюдали за линией SMT и думали: “Это просто робот, который быстро двигается”, то вы упустили часть, которая решает, будет ли ваш продукт качественным или бракованным. Современная машина для подбора и установки - это, по сути, согласованный математический механизм: она преобразует координаты CAD в координаты машины, корректирует смещение с помощью зрения, проверяет подборы с помощью вакуумной обратной связи и повторяет этот цикл тысячи раз в час, в то время как линия спокойно пытается саботировать его трением ленты, деформированными печатными платами, изношенными соплами и плохими библиотечными данными.

Каков же реальный рабочий цикл? И куда на самом деле уходят секунды?

Принцип работы станка для подбора и размещения оборудования специально скучен

Принцип работы машины для подбора и размещения, говоря простым языком, таков: “измеряй → принимай решение → перемещай → проверяй → повторяй”. Сексуальные детали (высокоскоростные головки, линейные двигатели, модные камеры) имеют значение. Но настоящая магия - это скучные вещи: преобразования координат, калибровка, пороговые значения и обработка ошибок.

Вот суровая правда, которую я не вижу в брошюрах поставщиков: большинство проблем с размещением - это не “машина не может попасть в прокладки”. Это проблемы, связанные с данными, поступающими сверху, и дисциплиной, возникающей снизу, - вариации упаковки компонентов, привычки настройки питателя, выбор сопла, а также то, относится ли ваша команда к библиотеке видений как к живому существу или как к одноразовому флажку.

Полный рабочий процесс машины для комплектации и размещения: операционный цикл, который можно реально проверить

Я изложу “полный рабочий процесс машины для подбора и размещения” так, как его проверяет линейный инженер - шаг за шагом, с включением некрасивых деталей.

1) Импорт программ и сопоставление библиотек (где рождаются сбои)

Центроидный файл в. Герберы в. Применена библиотека пакетов.

Если определение пакета неверно (размер корпуса, размах выводов, точка захвата, вращение), машина все равно разместит детали. Просто при масштабировании она разместит их неправильно. Так появляются “загадочные дефекты”, которые впоследствии проявляются как шумы при АОИ или дефекты при заливке.

И да, это все еще часть операционного цикла, потому что машина будет продолжать платить за эту ошибку каждый цикл.

2) Индексация подающих устройств и представление компонентов

Подающие устройства продвигают ленту. Карман представляет компонент в месте захвата.

Все выглядит просто, пока вы не проведете измерения. Тяга ленты, угол отрыва ленты, допуски карманов и качество сращивания - все это меняет то, насколько стабильно сидит компонент при опускании насадки. Вам нужна стабильная презентация. Идеальное представление бывает редко.

Вот почему качество и обслуживание питателей - это не “приятные мелочи”. Это время цикла и выход продукции.

3) Пикап: насадка опущена, вакуум включен, проверка пикапа

Головка перемещается к точке захвата. Ось Z опускается. Задействуется вакуум. Ось Z вверх.

Затем наступает момент, о котором большинство людей забывает: верификация подборки. Контроллер следит за вакуумным давлением (и иногда за расходом), чтобы подтвердить “деталь прикреплена”. Слабое уплотнение или треснувшая насадка могут иногда проходить, а иногда не проходить, что является худшим видом отказа, поскольку разрушает доверие к вашей сигнализации.

Короткое предложение: случаются ошибки.

4) Зрение: предварительное выравнивание, коррекция центра тяжести, вращение

Теперь машина проверяет, что она выбрала на самом деле.

Для многих деталей камера снимает изображение и вычисляет смещения: смещение X/Y, поворот тета, иногда даже перекос. Если вы используете видение “на лету”, это происходит во время движения головы, что экономит время, но повышает чувствительность к смещению освещения и калибровке камеры.

Хотите неудобный вопрос? Как часто вы перепроверяете пороги видения после смены катушек или поставщиков?

5) Ввод платы, фиксация и получение фидуцированных точек (реальный сброс координат)

Печатная плата поступает на конвейер. Она зажимается или поддерживается. Машина находит фидуциалы.

Фидуциалы - это не “красиво”. Это опорные точки станка. Контроллер использует их для расчета смещения и поворота платы, чтобы координаты размещения в САПР соответствовали физической печатной плате, находящейся в машине в данный момент.

Именно здесь ваш вопрос “как работает станок для подбора и установки” превращается в чистую геометрию. Без ориентиров (или с плохими ориентирами) вы размещаете вслепую.

6) Размещение: профиль движения, контроль Z, сила размещения и время оседания.

Голова перемещается над координатой размещения. Z вниз. Часть размещена. Z вверх.

Но под словом “место” скрывается очень многое. Машина должна контролировать высоту размещения, контакт и время освобождения, чтобы деталь оставалась на пасте и не смещалась. Если вы надавите слишком сильно, вы размажете пасту или перевернете детали. Если надавить слишком слабо, детали могут прилипнуть к соплу и “упасть позже”, а это уже хаос.

И да, время успокоения - это реальность. Голове нужна крошечная пауза, чтобы вибрация не превратилась в ошибку размещения на высокой скорости.

7) Проверки после размещения и обработка исключений (где ваша пропускная способность исчезает)

Если машина считает, что что-то пошло не так, она не просто пожимает плечами. Она что-то делает:

• Повторный выбор
• Отправить деталь в корзину для отбраковки
• Пауза для оператора
• Отметьте размещение как “подозрительное”
• Запуск остановки при резком увеличении числа ошибок

Каждое исключение добавляет время. А исключения накапливаются. Один плохой ролик может затянуть всю смену.

8) Повторить: оптимизировать траекторию движения головки, минимизировать перемещение, сбалансировать питатели

Это процесс SMT pick and place в масштабе: контроллер оптимизирует траектории движения и старается, чтобы головка выполняла полезную работу, а не перемещалась по столу.

Но схема подачи все равно доминирует. Расположите детали с высоким уровнем использования далеко друг от друга, и вы просто вынуждены будете дольше перемещаться. Поместите детали нестандартной формы в “неправильную” зону, и вы заплатите за это более медленными циклами обработки.

9) Выход платы на последующий процесс (доводка, AOI, SPI)

Доска уходит. Входит следующая доска. Цикл начинается заново.

И вот тут я высказываю свое мнение: если вы не разрабатываете линия и только “купить машину”, вы будете продолжать винить россыпь в проблемах, вызванных настройкой принтера, чистотой трафарета, состоянием пасты и передачей конвейера.

Если вы планируете полную линию, прочитайте, как обычно строятся линии “под ключ”, а не просто продаются. Подход "решения для SMT-линии под ключ", как правило, позволяет раньше выявить узкие места, особенно в отношении стратегии подачи и интеграции инспекции. (Машина для подбора и размещения оборудования)

Время цикла машины для комплектации и размещения: математика, которой люди избегают

Время цикла - это не то же самое, что “максимальное количество компонентов в час” (CPH). Эти показатели обычно измеряются в идеальных условиях: мелкие компоненты, оптимизированная компоновка, минимальные накладные расходы на зрение, отсутствие ошибок при подаче, отсутствие смены сопел, отсутствие повторных попыток.

Давайте займемся настоящей математикой.

Если машина рассчитана на 50,000 CPH, Теоретическое время на размещение составляет:

• 3 600 секунд в час ÷ 50 000 размещений в час = 0,072 секунды на одно размещение

Теперь предположим, что у вашей доски есть 350 мест. Чисто теоретическое время размещения:

• 350 × 0.072 = 25,2 секунды

Но ваше реальное время на борту не 25,2 секунды, потому что вы также платите за это:

• Время поиска
• Загрузка/разгрузка конвейера
• Время проработки нестандартных деталей
• Смена форсунок
• Изменчивость индексации питателя
• Повторные попытки и отказы

Вот почему время цикла работы машины для подбора и размещения товара должно измеряться на Ваш BOM, Ваш доска, Ваш План кормления.

А если вы работаете со смешанными сборками или прототипами, вы почувствуете это еще сильнее - смена, комплектация и наладка занимают доминирующее положение. Именно поэтому прототипы и мелкосерийные линии - это отдельная категория, а не сноска. (Машина для подбора и размещения оборудования)

Компоненты, которые имеют значение: питатель, сопло, зрение (и те детали, которые продавцы слишком упрощают)

Людям нравится перечислять компоненты, словно это каталог. Полезный способ заключается в следующем: что может выйти из строя и как быстро оно выходит из строя?

• Питатель: Определяет согласованность представления компонентов. Плохие подающие устройства создают ошибки, перекосы и тратят время на повторные попытки.
• Насадка: Определяет надежность подбора и стабильность укладки. Износ, загрязнение и неправильный выбор форсунки тихо убивают производительность.
• Система технического зрения: Определяет, корректирует ли машина реальность или повторяет неверные предположения. Дрейф освещения и грязная оптика приводят к “случайным” ошибкам, которые не являются случайными.

Современные исследования в области сборки продолжают опираться на одни и те же столпы - визуальное позиционирование, планирование траектории и координация силы и положения, поскольку именно эти три составляющие решают, будет ли автоматизированная сборка оставаться точной при высокой скорости. ([PMC

][3])

Соответствие требованиям и безопасность: часть, о которой забывают закупки

Если вы находитесь в ЕС (или продаете продукцию в ЕС), соблюдение требований безопасности оборудования не является чем-то необязательным. Правовая база переходит от “красивой документации” к “докажи это”. Постановление (ЕС) 2023/1230 обновляет структуру оборудования и ужесточает требования к безопасности, документации и современным системам управления. (EUR-Lex)

Почему это важно для статьи об операционном цикле? Потому что ограждения, блокировки и конструкция безопасного движения могут изменить взаимодействие операторов с питателями, доступ к техническому обслуживанию и шаги по восстановлению после ошибки. Конструкция безопасности определяет время простоя.

Давление реального мира: автоматизация растет, а SMT находится в зоне взрыва

Вот одна статистика, которая имеет значение, потому что она объясняет, почему бизнес стоит за более быстрыми и надежными циклами: В 2023 году в Китае на 10 000 работников будет приходиться 470 промышленных роботов, обогнав Германию, согласно отчету IFR, опубликованному агентством Reuters. (Reuters) В собственном релизе IFR это описывается как стремительное изменение плотности автоматизации фабрик по всему миру. (IFR Международная федерация робототехники)

А в Европе компании EMS сообщили. €57.3B в 2023 году доходы от производства PCBA (рост 11%) по результатам большого опроса, обобщенного сайтом Global Electronics Association, который также отметил давление на запасы и консолидацию. (electronics.org)

Перевод: больше плат, больше вариантов, более сжатые сроки изготовления, меньше отговорок. Ваш операционный цикл по подбору и размещению не может быть “достаточно хорошим”. Он должен быть объяснимым и контролируемым.

Контрольные точки операционного цикла, которые следует измерять (а не спорить о них)

Если вам нужна практическая модель поддержки - запчасти, обучение, ожидания отклика, - не засоряйте ее письмами о закупках. Сделайте это частью плана. “Обучение и послепродажная поддержка” должны рассматриваться как страховка на время безотказной работы, а не как маркетинговая копия. (Машина для подбора и размещения оборудования)

Вопросы и ответы

Как работает машина для подбора и размещения в SMT?

Машина для подбора и размещения работает в SMT, считывая данные о размещении печатной платы, используя камеры для выравнивания платы и каждого компонента, подбирая детали из питателей с вакуумными соплами, корректируя смещения и помещая детали на паяльную пасту с помощью управляемых движений, а затем повторяя этот замкнутый цикл до тех пор, пока плата не будет полностью заполнена. После этого печатная плата отправляется на пайку, где формируются паяные соединения. Скорость машины имеет значение только в том случае, если этапы подбора, обзора и работы с ошибками остаются стабильными на протяжении всего BOM.

Каков рабочий цикл машины для подбора и размещения оборудования?

Рабочий цикл машины для подбора и установки - это повторяющаяся последовательность действий, состоящая из подачи питателя, подбора компонентов и проверки вакуума, выравнивания с помощью технического зрения, выравнивания печатной платы по фидуциальным точкам, установки с контролируемым перемещением по оси Z и освобождением, а также обработки исключений, пока все установки не будут завершены и плата не перейдет на следующий этап SMT-процесса. Если вы не можете соотнести время простоя с одним из этих этапов, значит, ваша система регистрации слишком слаба.

Что больше всего влияет на время цикла работы машины для подбора и размещения?

На время цикла машины для подбора и размещения в основном влияют накладные расходы, не связанные с размещением, - получение фидуциалов, перемещение по конвейеру, время обзора сложных деталей, смена сопел, надежность питателя и логика повторных попыток - поскольку эти этапы добавляют постоянные или скачкообразные задержки, которые увеличиваются на всех платах, даже если заголовок CPH выглядит высоким. Быстрые головки не спасают от плохих питателей. Они усиливают боль.

Каковы основные компоненты оборудования для подбора и размещения (подающее устройство, сопло, система технического зрения)?

Ключевыми компонентами машин для подбора и размещения являются питатели, которые последовательно подают детали, сопла, создающие надежный вакуумный захват и стабильный выпуск, и система технического зрения, которая измеряет смещение и вращение для коррекции реальных отклонений, чтобы контроллер движения машины мог точно разместить каждую деталь на целевых площадках. Рассматривайте все это как систему, а не как три предмета для покупки. Одно слабое звено будет определять количество брака.

Как уменьшить количество ошибок при размещении в полном рабочем процессе машины для комплектации и размещения?

Сокращение ошибок при размещении в полном рабочем процессе машины для комплектования и размещения означает укрепление цепочки "данные - оборудование": правильные библиотеки CAD, проверенные точки подбора, стабильная настройка подающего механизма, чистые и согласованные сопла, последовательное освещение и калибровка камеры, а также дисциплинированная практика поддержки фидуциалов и плат, чтобы корректировки машины отражали реальность каждый цикл. Кроме того, еженедельно проводите аудит исключений. Ошибки имеют свои закономерности.

Какой самый быстрый способ повысить производительность без покупки нового оборудования?

Повышение производительности без покупки новой машины означает сокращение “мертвого времени”, которого можно избежать: оптимизируйте расположение питателей с учетом расстояния перемещения, сократите переналадку с помощью комплектации и стандартизированных тележек, устраните повторяющиеся неисправности питателей и настройте использование системы технического зрения таким образом, чтобы только те детали, которые требуют полного обзора, платили штраф за время, а все остальное работало со стабильными смещениями. Если вы работаете с большими объемами, проектируйте линию с самого первого дня. Модель высокоскоростной линии массового производства отличается от других не просто так. (Машина для подбора и размещения оборудования)

Готовы составить карту реального времени цикла вместо того, чтобы спорить о спецификациях?

Если хотите, мы можем перевести вашу спецификацию и данные о плате в бюджет времени цикла (размещение и накладные расходы), а затем решить, нужна ли вам установка, ориентированная на прототипы, или высокоскоростная компоновка. Начните с наших ожиданий по обслуживанию, чтобы вы знали, как выглядит поддержка, когда что-то ломается в 2 часа ночи (Машина для подбора и размещения оборудования)

И если вы хотите получить прямой ответ от человека, а не от брошюры, свяжитесь с нами, указав количество плат, топ-20 деталей по размещению и целевое время выполнения заказа. (Машина для подбора и размещения оборудования)

[3]: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10302618/ ” Обзор технологии интеллектуальной сборки малогабаритного электронного оборудования - PMC “