Como selecionar uma máquina pick and place

Como selecionar um Pick and Place Machine

Uma máquina Pick and Place é o segundo passo em uma operação de colar, colocar e refluir. A função “Local” segue a função “pasta de solda” (impressora de estêncil). A operação de 'lugar' seleciona e entrega um componente sobre a placa e o coloca em posição. A forma mais simples de operação de pegar e colocar é manual, ou seja, escolher manualmente um componente de uma caixa e, com o auxílio de uma pinça e uma lente de aumento, posicioná-lo na placa e concluir a operação com uma mão. realizada ferro de solda.

Este método funciona bem se você estiver apenas fazendo placas ocasionais. Outras coisas a serem consideradas - o tamanho dos componentes (grandes ou pequenos) - afetam o tempo necessário para colocar e soldar. Componentes de afinação fina são outro problema, onde mais precisão e precisão são necessárias, e o fator humano entra em ação. O trabalho torna-se mais tedioso e demorado.

Primeiro, nos concentraremos em sistemas manuais assistidos por máquina para usuários interessados em ir de um par de pranchas por dia a volumes de produção muito maiores. Os sistemas totalmente automáticos são complexos o suficiente para que os cobrimos separadamente.

VOLUME DE PRODUÇÃO

Vamos começar abordando as faixas de produção para vários tipos de sistemas manuais assistidos por máquina. Para fins de comparação, uma vez que todas as placas de circuito variam em tamanho e complexidade, falaremos sobre volumes em termos de componentes por hora ou CPH. Isso ajudará você a decidir em qual nível de automação você precisará.

No lado muito baixo da escala - usando um sistema manual manual - a única despesa são as ferramentas manuais apropriadas para posicionamento manual não assistido por máquina. Na extremidade superior do espectro, essas máquinas são geralmente modulares ou personalizadas para operação desacompanhada de alta velocidade. Compradores neste mercado provavelmente estão olhando mais para o ROI do que o custo inicial.

Fig 1: Exemplo de cabeça manual e apoio de braço para apoio

Sistemas manuais e semi-automáticos

Um sistema de coleta e colocação manual é desejável para operações pequenas e em crescimento que precisem aumentar seus volumes de produção manuais incrementalmente, ao mesmo tempo em que também melhora a qualidade, reduzindo assim o retrabalho ou rejeita; no entanto, a precisão do posicionamento ainda é limitada pela capacidade do operador. Benefícios de um sistema manual assistido por máquina incluem:

• Menos fadiga do operador

• Menos erros de posicionamento

• Melhor controle

• Melhor rendimento, menos retrabalho

Um sistema manual assistido por máquina pode ser equipado com recursos como uma mesa de indexação XY com cabeçote de coleta a vácuo ou caneta; Fixação ergonômica para ajudar a aliviar a fadiga do operador; e fixação adicional para posicionamento de θ (rotação) e Z (altura) além de X e Y.

Fig 2: Bandejas e alimentadores de componentes

Algumas máquinas oferecem um dispensador de pasta de solda líquida opcional, que é aplicado imediatamente antes de colocar o componente na placa se uma impressora de estêncil não tiver sido usada. Opções adicionais incluem:

• Bandejas de Manuseio de Componentes

• Dispensador de Líquido

• Alimentadores de fita

• Racks Alimentadores

• Opção Vision Assist

• Suportes opcionais

Na maioria dos casos, os sistemas manuais assistidos por máquina podem ser adquiridos apenas com as necessidades básicas, e as opções desejáveis podem ser adicionadas posteriormente, conforme necessário.

Fig 3: Uma máquina manual assistida por visão

Sistemas semiautomáticos

Hoje existem muito poucas máquinas semiautomáticas ainda sendo feitas por causa da crescente disponibilidade de alguns dos sistemas mais automatizados no mercado. Eles foram originalmente introduzidos em um momento em que o salto de sistemas manuais para totalmente automáticos era muito dispendioso e foram disponibilizados com alguns recursos para auxiliar a operação manual.

Mais corretamente referidos como sistemas “aprimorados manuais”, máquinas de coleta e colocação semiautomáticas normalmente incluem uma interface de computador com um sistema de visão que mostra onde os componentes vão, mas a colocação em si ainda é feita manualmente. Esse tipo de máquina ajuda o operador a posicionar componentes de passo ultrafino com mais precisão para aplicações de baixo volume, uma operação que é muito difícil de realizar usando uma máquina manual simples assistida por máquina.

Fácil de usar

A maioria das máquinas pick and place irá lidar com uma grande variedade de tamanhos de placas, com uma mesa de trabalho projetada para acomodar placas de até 16 ”x 24”. Há também facilidade de controle sobre os componentes, o que ajuda na precisão, juntamente com uma simples curva de aprendizado. Na maioria dos casos, nenhum treinamento é necessário.

Não negligencie os requisitos elétricos. Certifique-se de que a máquina que você compra será plug-and-play em seu ambiente sem puxar uma nova fiação ou então planejar um adaptador / transformador.

MÁQUINAS AUTOMÁTICAS DE PICK AND PLACE

Começaremos falando sobre dois aspectos da capacidade da máquina - precisão e repetibilidade, e os métodos de centralização Pick and Place.

PRECISÃO E REPRODUTIBILIDADE

Para máquinas de produção, geralmente recomendamos a procura por uma máquina com precisão de +/- .001 ”e capacidade de passo fino de 12 mil em uma base repetida. Máquinas menos caras geralmente não atendem a essa especificação, então é algo que você deve conhecer.

A maioria das máquinas de baixo custo também não vem de fábrica com um computador ou software que poderia ajudar com os aspectos de repetibilidade, se não a precisão. Enquanto alguns podem oferecer tecnologia avançada - a maioria não oferece.

MÉTODOS DE PICK AND PLACE CENTERING

Existem quatro (4) métodos para coleta e posicionamento:

• Nenhum mecanismo de centragem

• Centralização a laser

• Mecânico (garras)

• Visão centrada

1. Método 1: Nenhum mecanismo de centralização além de depender do ponto de captação do componente para posicionamento. Em outras palavras, a peça não é centralizada fisicamente após ser apanhada pela cabeça da ferramenta e, se for retirada do centro da ferramenta, ficará descentrada quando colocada na placa. Obviamente, este não é um método de posicionamento muito preciso porque não há tolerância definível. Você pode esperar encontrar esse método usado por amadores ou instrutores, mas certamente não em qualquer tipo de ambiente de produção de precisão. Também não há muitas opções disponíveis e a confiabilidade a longo prazo é questionável.

• uma. Prós: baixo custo.

• b. Contras: baixa precisão, repetibilidade e confiabilidade a longo prazo, sem opções ou peças sobressalentes.

• c. Faixa de tamanho: sem tolerâncias definíveis

Fig 4: Centralização mecânica

2. Método 2: Mandíbulas ou dedos de centragem mecânica Neste método, o componente é recolhido e movido para a sua posição central nos eixos X e Y na cabeça de levantamento. Normalmente, esse método é fácil de configurar e pode ser repetido com precisão de +/- 001 ”. Esse método de centralização é geralmente encontrado em máquinas de baixa a média faixa.

• uma. Prós: Fácil de aprender e configurar; Repetivel; um dos métodos mais rápidos atualmente disponíveis; um verdadeiro sistema “on-the-fly”; baixo custo.

• b. Contras: toca fisicamente o componente que pode não ser apropriado para certos tipos de peças, especialmente aquelas com fios delicados.

• c. Faixa de tamanho: 0201 pacotes até 35 mm quadrados.

3. Método 3: Centralização a laser Neste método, o componente é recolhido em linha com um feixe de laser que detecta a posição central do componente na cabeça da ferramenta e recalcula o ponto zero da peça de acordo com sua posição nos eixos X, Y e posição de rotação em relação à cabeça para um posicionamento preciso na placa.

Fig 5: Quadrado mecânico (versão anterior)

• uma. Prós: sem toque; on-the-fly (semelhante ao método mecânico).

• b. Contras: É menos confiável. Há limitações nos tipos de peças que ele pode manipular, como componentes muito finos (se .050 thin, eles podem precisar ser redefinidos devido a variações de peças, mesmo do mesmo fornecedor); requer maior tempo de setup, já que o eixo Z (espessura da peça) deve ser definido; mais caro do que o Mechanical Centering, mas quase o mesmo que o Vision.

• c. Faixa de tamanho: não é possível centralizar peças abaixo de 0402 embalagens ou maior que 35 mm quadradas.

4. Método 4: Centralização da visão Aqui, existem dois tipos, Look-Down e Look-Up. A visão look-down exibirá a parte superior do componente antes de buscá-lo para seu local de coleta. Em seguida, calcula seu centro, compara-o ao arquivo de imagem do banco de dados armazenado, depois pega o componente e o transporta para sua posição no quadro.

• uma. Prós: verdadeira centralização sem toque; pode lidar com componentes de formas estranhas e delicadas; O posicionamento de centralização da visão é preciso para +/- 004 ”.

• b. Contras: Tempos de instalação normalmente mais longos devido à necessidade de ensinar ao sistema de visão como identificar imagens de peças que são armazenadas no banco de dados da máquina; um método mais lento de centralização devido ao tempo necessário para o processamento; A visão é mais cara que o método mecânico; Para a visão de baixo para cima, a peça pode passar do seu ponto de captação para o seu posicionamento no quadro.

• c. Faixa de tamanho: 0402 - 15 mm

Fig 6: Centralização da visão de look-up e look-down

O método de consulta é o método de centralização mais preciso disponível. O componente é pego pela primeira vez a partir da área de captação, movido para uma estação de câmera que olha para a parte inferior do componente e calcula sua posição central.

• uma. Prós: verdadeira centralização sem toque, manipula componentes delicados; precisão até capacidade de posicionamento de +/- .001 ”

• b. Contras: Normalmente, um tempo maior de configuração devido à necessidade de ensinar ao sistema de visão como identificar a imagem, armazenada no banco de dados da máquina; um método mais lento de centralização devido ao tempo de processamento; A visão é mais cara que o método mecânico.

• c. Faixa de tamanho: 01005 - 50 mm (pode ver menor e mais detalhes)

O Pick-Up e o Método de Centralização que você escolher terão grande influência na qualidade e velocidade de suas necessidades de produção, além de como relacionar essa precisão com a máquina. Mas isso é apenas o começo.

Como acontece com qualquer máquina complexa, haverá compensações entre custo e capacidade, algumas das quais se relacionam especificamente com a precisão e o rendimento da produção. Vamos abordar a seguir:

1. Métodos de posicionamento mecânico

2. Construção de máquinas

3. Distribuição de fluido de pasta de solda

4. Alimentadores de componentes

Para revisar, ao iniciar o processo de avaliação, há dois fatores que devem ser lembrados, que determinam qual categoria atende às necessidades da sua máquina. O primeiro fator principal é o CPH (componentes por hora) e o fator secundário é a capacidade da máquina. Embora seja construtivo começar entendendo como as taxas de produção afetam o tipo e o desempenho de uma máquina pick-and-place, consulte os dois capítulos anteriores para esses intervalos.

A capacidade da máquina é o segundo fator decisivo para ajudar a escolher a máquina de coleta e colocação automática correta para suas necessidades. Neste capítulo, abordaremos três aspectos da capacidade da máquina que têm um impacto direto na qualidade final da placa e no rendimento da produção.

SISTEMAS DE POSICIONAMENTO DE COMPONENTES

Fig 7: Tira de Captura do Componente

Depois que cada componente é coletado e centralizado na ferramenta por um dos métodos descritos no capítulo anterior, ele deve ser posicionado precisamente na placa, em uma posição XY. Existem três métodos comumente usados para posicionamento:

• Posicionamento sem sistema de feedback (sistema de malha aberta)

• Posicionamento com encoders rotativos (sistema de malha fechada)

• Posicionamento com encoders lineares (sistema de malha fechada)

Método 1: Sem realimentação de posicionamento Neste sistema, o motor aciona a peça para um local no painel definido no programa pelo número de etapas em cada eixo XY, mas não há como saber se ele realmente acaba na direita Lugar, colocar. Esses sistemas usam motores de passo para posicionamento.

• uma. Prós: baixo custo

• b. Contras: precisão não confiável; não recomendado para produção de alta qualidade

Método 2: Posicionamento com codificador rotativo Neste método, um codificador é montado diretamente no eixo do motor e fornece feedback de posição para o sistema de controle; no entanto, ele apenas informa a posição do motor e não a posição real do eixo xy. Isso depende do restante dos componentes mecânicos que compõem a máquina. Essas máquinas podem usar motores de passo ou servomotores. (e geralmente associado ao custo)

• c. Prós: baixo custo; este sistema é amplamente utilizado em máquinas de nível de entrada

• d. Contras: Precisão de posicionamento típica de +/- .005 ”

Método 3: Posicionamento com codificador linear Neste método, as escalas lineares são montadas na tabela de eixos XY da máquina e um codificador é montado no feixe móvel que transportará os componentes. Esse método reportará sua posição real de volta ao sistema de controle e fará correções na posição programada, se necessário, dentro de alguns mícrons do local X & Y real para o posicionamento do componente (que é tipicamente 12.800 incrementos - ou etapas - para cada polegadas de viagem). As melhores máquinas da categoria usam servomotores.

• e. Prós: Muito alta precisão, dentro de +/- .0005 ”; muito repetitivo

• f. Contras: Mais caro, mas necessário para produção de alto valor

NOTA: A qualidade do encoder (o sensor de feedback de posição) é um elemento importante em todo o sistema e afeta a precisão.

Fig 8: Construção totalmente soldada

CONSTRUÇÃO DE MÁQUINAS

Ao selecionar uma máquina pick-and-place, você deve estar ciente de que sua construção determinará sua faixa CPH efetiva, incluindo considerações sobre o número de alimentadores de componentes que ela pode acomodar.

1. Todo o aço soldado: A máquina mais precisa terá um quadro que é construído de tubo de aço estrutural soldado sólido. Isso proporciona uma estabilidade significativa necessária para o posicionamento preciso e o movimento em alta velocidade dos eixos X & Y. Esse método de construção é recomendado para QUALQUER ambiente de produção e permanecerá estável sem exigir calibração contínua.

2. Estrutura aparafusada: A estrutura de alumínio extrudado ou de chapa metálica formada terá uma precisão inicial menor do que uma estrutura soldada e precisará ser executada mais lentamente, pois não pode lidar com as mudanças rápidas de inércia do movimento do eixo X-Y. Além disso, ele provavelmente ficará fora da calibração com frequência, o que afetará negativamente o tempo de trabalho, o tempo de inatividade e o rendimento. (Menor custo geralmente reflete uma construção mais fraca.)

PASTA DE SOLDA / DISPENSA DE FLUIDO

Qualquer máquina pick and place deve ser capaz de oferecer sistemas de distribuição de fluidos. Os líquidos mais comuns incluem pastas de solda, adesivos, lubrificantes, epóxis, fluxos, cola, selantes e muito mais. Esta é uma opção valiosa ao construir protótipos ou montagens únicas de placas de circuito impresso que não garantam o custo de um estêncil ou folha de impressão dedicada.

Fig 9: Plataforma de trabalho com alimentadores de componentes

ALIMENTADORES DE COMPONENTES

Se a produção da máquina for dedicada a um pequeno número de componentes e tipo de trabalho, é muito fácil identificar o número e o tipo de alimentadores. No entanto, esse não é geralmente o caso das oficinas de montagem de contrato, pois elas não sabem que tipo de placa e quantos componentes diferentes o próximo trabalho exigirá. Alguns OEMs também precisam de flexibilidade para uma ampla gama de configurações de placas, especialmente se pretenderem usar a mesma máquina para protótipos e várias placas de produção diferentes. Portanto, é útil nesses casos considerar uma máquina com o maior número de posições do alimentador e opções que podem acomodar a área ocupada pelo espaço.

Tipos de alimentadores incluem:

1. Os porta-fitas de corte geralmente estão associados ao mundo de baixo volume.

2. Suportes de bandeja de matriz são usados para componentes que não estão disponíveis na fita.

3. Alimentadores de tubo dispensam componentes fornecidos em tubos.

4. Alimentadores de fita (e bobina) são geralmente mais caros inicialmente, mas oferecem o melhor investimento a longo prazo. Alimentadores de fita elétrica estão disponíveis como unidades únicas em uma variedade de tamanhos e abrangem a faixa de componentes 0201 até componentes grandes de 56 mm. Muitos fabricantes agora oferecem um alimentador múltiplo (conhecido como alimentador de banco). Eles estão disponíveis para fita de 8 mm e podem vir com até doze faixas de alimentação de 8 mm por unidade.

Fig 10: Alimentador de fita

Como os componentes são embalados de várias formas, por exemplo, componentes discretos em fita, pacotes quádruplos, bandejas matriciais, tubos, tiras cortadas, etc., sua escolha de alimentadores dependerá da sua produção, mas também de quaisquer restrições de tamanho que você possa ter. Um bom ponto de partida é comprar o máximo de feeders que você pode obter na área de cobertura disponível.

PROGRAMAS

Ao considerar a compra de uma máquina Pick and Place, uma das considerações mais importantes é a interface do software. Existem três objetivos principais de um bom sistema operacional para usuários na faixa de baixo a médio volume, definidos como até 8.000 CPH:

1. Maximizando a facilidade de uso

2. Fornecendo ampla flexibilidade

3. Otimizando o desempenho

Fig 11: Placa de suporte à terra da máquina

Fácil de usar

Como as operações de montagem de pequeno a médio volume devem alternar os projetos com frequência, a facilidade de configuração e uso é um fator muito mais importante do que para operações de grande volume em que uma única configuração pode manipular centenas de milhares de componentes. O montador de oficinas deve ser ágil o suficiente para alternar entre uma ampla gama de tamanhos de placa e seleções de componentes rapidamente para atender a uma variedade de demandas de produção. A máquina também deve ser capaz de lidar com uma ampla gama de tamanhos de componentes, desde muito pequenos a muito grandes, sem sobrecarregar a configuração e os testes.

Em contraste, as grandes máquinas de produção são muitas vezes compostas por vários módulos de sistemas pick and place, posicionados em linha, onde são mais necessários para peças de passo fino, disparadores de chip ou tarefas opcionais. Isso permite que o produtor de alto volume personalize uma linha para otimizar a velocidade, a eficiência e a qualidade da produção. Nesses ambientes, uma configuração mais longa pode ser tolerada, porque será composta em eficiência de produção.

Primeiro, algumas questões básicas:

1. O modelo que você está vendo vem com um computador ou apenas com o software? Isso não é bom nem ruim, já que alguns usuários preferem instalar o software em seus próprios PCs; no entanto, um sistema totalmente integrado garante que não haverá problemas de compatibilidade de software e isso pode agilizar a instalação e a configuração.

2. A máquina funciona com uma interface gráfica de usuário (GUI) familiar, como o Windows ™ ou um sistema proprietário? A maioria dos operadores estará imediatamente familiarizada com a interface intuitiva das convenções do Windows, um fator chave na aceleração da usabilidade, especialmente para uma nova máquina. Uma GUI proprietária pode exigir uma curva de aprendizado mais longa.

Os conjuntos de habilidades do operador devem ser aumentados pelo provedor da máquina com:

1. Boa documentação

2. Treinamento prático ou vídeos

3. Um utilitário para ensinar os componentes comuns da máquina e rotinas repetitivas

Para máquinas que lidam com mais de 8.000 CPH, espere uma curva de aprendizado maior porque a complexidade aumenta significativamente.

Flexibilidade

Um utilitário importante para procurar isso que dá ao montador personalizado uma grande flexibilidade é uma função Universal CAD Translator (UCT). A UCT permite que os usuários importem os dados de pick-and-place para o banco de dados da máquina para ajudar a criar o programa e dimensioná-lo. Quando um projeto é iniciado, o usuário seleciona o programa para ser executado a partir de um conjunto arquivado de arquivos. Isso permite uma troca rápida de uma placa para outra, já que toda a programação é memorizada.

Fig 12: Tela do programa de software Universal CAD Translator (UCT)

Outro recurso a ser procurado é um alimentador principal e um banco de dados de componentes. Depois que o operador armazena os dados do componente, ele fica lá para sempre e pode ser acessado e importado para qualquer nova configuração de placa. Esse banco de dados aumenta à medida que você adiciona componentes, por isso, com o tempo, você gastará menos tempo programando e mais tempo produzindo. Muitas vezes, o banco de dados lembrará o estoque, portanto, à medida que você usar os componentes, o estoque restante estará sempre disponível para verificação. Esse é um ótimo recurso para programação e planejamento de estoque.

Certifique-se de ver se o sistema que você está considerando armazena apenas dados para placas específicas, em vez de um banco de dados de componentes inteiro. Em caso afirmativo, ele só se lembrará de dados específicos do componente da placa e não mostrará todo o inventário disponível.

Fig 13: Tela de simulação offline para otimização

Otimização

Certos utilitários são frequentemente fornecidos com uma máquina bem projetada para auxiliar na configuração e programação do sistema. Um dos utilitários mais importantes que afetam o desempenho otimizado é o software off-line.

O software off-line permite ao usuário simular a rotina de pegar e colocar a máquina em um ambiente remoto para programação. Ele pode ser instalado em qualquer computador e se parece com a GUI da máquina. Ele permite que o usuário manipule o programa para classificar funções e modificar linhas de programa para uso e velocidade mais eficientes, por exemplo, agregando componentes do tipo semelhante na mesma sequência, minimizando as mudanças de ferramentas e o tempo necessário para executar essas funções. Também pode criar referências de placa para várias placas antes de executar na máquina.

Para acelerar a troca de trabalho, a interface do software deve incluir sub-rotinas para operações comuns, como a configuração de bandejas matriciais, a identificação de alimentadores de tiras e o ensino para a centralização da visão. Expandindo o último ponto, a interpretação da imagem deve ser clara e direta; se não for - e a máquina tiver dificuldade em reconhecer um componente - o resultado pode ser um componente mal colocado, resultando em muito retrabalho desnecessário. Uma interface de software bem projetada capturará uma gama de qualidades de imagem para cada tipo de componente que são todos representativos de uma parte aceitável e armazenará como um arquivo aprovado. Isso melhora a velocidade, a repetibilidade e a eficiência e a qualidade final da placa.

Outras considerações

Tão importante quanto as características físicas de uma máquina de coleta e colocação de qualidade são as características “suaves”. Certifique-se de verificar:

1. Disponibilidade de treinamento no local ou na fábrica?

2. Diagnóstico remoto - o seu fornecedor pode fornecer isso via suporte online?

3. Atualizações críticas de software - Eles vêm de graça ou com um custo?

4. A interface do software está disponível para revisão pré-venda?

APOIO AO FORNECEDOR

Ao avaliar qualquer tipo de máquina SMT, considere o suporte de fábrica como um dos ativos mais importantes de sua compra. A melhor maneira de aprender como uma empresa trata seus clientes é de boca em boca. Converse com vários clientes para descobrir como eles estão felizes com a máquina, o vendedor e o suporte que eles fornecem. Onde fica a fábrica? Eles podem ajudar a solucionar problemas de alinhamento pelo telefone? Eles oferecem serviço de campo? Eles têm peças de reposição em estoque para remessa imediata? Embora não exista um mercado muito usado para máquinas de coleta manual manual, assistida por máquina ou aprimorada, ainda é uma boa ideia perguntar a seu fornecedor sobre suas máquinas mais antigas no campo e, se estiver na estrada, as peças sobressalentes serão fornecidas. disponível, e sobre sua capacidade de personalizar uma peça de reposição se a máquina se tornar obsoleta. Pergunte qual é o ciclo de vida esperado do produto. O padrão da indústria é de sete anos. Lembre-se, existe uma diferença entre um fabricante verdadeiro e um fornecedor ou distribuidor de equipamentos.