Оптимізація стратегій подачі компонентів у машинах «захоплення й розміщення»

Машина для встановлення елементів підбір типу подаючого пристрою відповідно до характеристик компонентів

Стрічкові, лоткові, трубчасті, вібраційні та масові подаючі пристрої: функціональні компроміси для точного розміщення

Правильний вибір подавача має вирішальне значення для забезпечення точності машин «pick and place» при роботі з різними типами компонентів. Системи стрічково-котушкового подавання чудово підходять для стандартних малих і середніх пасивних та активних компонентів, але стикаються з труднощами при обробці компонентів незвичайної форми або крихких корпусів. Подавачі з лотків краще захищають делікатні компоненти й забезпечують їх правильну орієнтацію — це особливо важливо для таких елементів, як BGA та QFN, які потребують спеціального оброблення. Трубчасті подавачі придатні для циліндричних деталей, поляризованих компонентів або будь-яких елементів із виводами, наприклад діодів і транзисторів, хоча операторам зазвичай доводиться перезавантажувати їх вручну, а варіанти автоматизації залишаються обмеженими. Вібраційні чашоподібні подавачі можуть обробляти практично будь-яку форму завдяки регульованим трекам, але мають недоліки: неприємний шум вібрації та нестабільна подача при зміні навантаження протягом робочого дня. Масові подавачі виправдовують себе у високопродуктивних процесах, але часто жертвують точністю розміщення — це особливо помітно при роботі з мікрокомпонентами з малим кроком виводів або дуже дрібними ІС, коли елементи заплутуються або потрапляють у неправильну орієнтацію. Коли всі системи працюють безперебійно, стрічкові системи забезпечують точність близько 0,05 мм, тоді як масові методи можуть відхилятися більше ніж на 0,1 мм при роботі з надмаленькими компонентами розміром 0201 і менше.

Як розмір, допуски, щільність упаковки та полярність впливають на вибір живильників для машин «захоплення й розміщення»

Характеристики компонентів безпосередньо визначають придатність живильників:

• Обмеження щодо розміру : мікро-чіпси 01005 (< 0,4 мм) вимагають спеціалізованих стрічкових живильників із покращеною візуальною системою вирівнювання та приводами з зубчастими колесами, що забезпечують низький рівень вібрацій.
• Порогові значення допусків : компоненти з розмірними допусками, що є суворішими за ±0,025 мм, вимагають живильників із сервоприводом та замкненою системою зворотного зв’язку за положенням, щоб забезпечити стабільне позиціонування.
• Щільність упаковки : бобіни з високою щільністю (5000+ одиниць) зменшують частоту заміни, але підвищують механічне навантаження та ризик вібрацій під час швидкого позиціонування — тому потрібні системи кріплення з демпфуванням та приводи з регулюванням натягу.
• Керування полярністю : асиметричні або поляризовані деталі (наприклад, діоди, електролітичні конденсатори) потребують перевірки орієнтації — найкраще це забезпечують живильники типу «лоток» або «трубка» із вбудованою візуальною системою або механічним ключуванням.

Неправильне підбір живильників і компонентів відповідає за 23 % помилок розміщення в умовах виробництва. Наприклад, вібраційні живильники неправильно орієнтують неоднорідні з’єднувачі в 7 разів частіше, ніж програмовані системи з тарілок, — що наголошує на тому, як стратегічний вибір живильників запобігає як втраті продуктивності, так і дорогостоящому переділу.

Стратегічне розташування живильників для максимізації продуктивності машин для підхоплення й розміщення

Зменшення часу руху головки: підтверджені даними принципи розташування, що скорочують середній рух на 18–32 %

Розташування подавачів дійсно впливає на швидкість роботи машин для підбору й монтажу компонентів. Невдалі схеми розміщення змушують головки монтажу рухатися по довших, непрямолінійних траєкторіях, що просто збільшує тривалість кожного циклу без поліпшення якості монтажу. Дослідження показують, що якщо розмістити найчастіше використовувані компоненти поруч один з одним у слотах подавачів, головки здійснюють коротші переміщення. Візьмемо, наприклад, мережі живлення. Якщо згрупувати всі ці резистори й конденсатори разом замість того, щоб розподіляти їх по різних позиціях подавачів, роботу не потрібно буде так часто «зигзагувати». Ефективні схеми розміщення організовують компоненти за зонами. Ми групуємо компоненти залежно від їх функції (елементи живлення тут, сигнальні елементи там, РЧ-компоненти — там), частоти використання та їх фактичного розташування на друкованій платі. Цей метод максимізації щільності підбору було згадано минулого року в журналі «Electronics Assembly Journal» і скорочує рухи головки на 18–32 %. Коли розташування подавачів відповідає розташуванню компонентів на самій друкованій платі (наприклад, розташування подавачів у тій самій послідовності, що й контактні площадки компонентів вздовж одного боку плати), роботи рухаються плавніше й без перешкод. Компанії, які випробували цей підхід, зазвичай відзначають зростання продуктивності від 3100 до 5400 монтажів на годину лише завдяки переупорядкуванню своїх секцій подавачів.

Поєднання швидкості, гнучкості та часу безперервної роботи в системах подачі для машин з функцією «захоплення й розміщення»

Компроміс між продуктивністю та часом переналагодження: стрічкові подавачі (42 000 компонентів на годину) проти модульних систем у тарілках (налаштування швидше на 7,3 хвилини)

Щодо операцій «захоплення та розміщення», справді немає способу уникнути базової дилеми між максимальною швидкістю й гнучкістю системи. Стрічкові подавачі надзвичайно ефективні щодо продуктивності й здатні обробляти до 42 тисяч компонентів на годину під час стандартних масових завдань. Однак їхнім недоліком є значний час на підготовку при зміні продукції. З іншого боку, модульні системи з касетами в середньому скорочують тривалість переналагодження приблизно на 7 хвилин 30 секунд на кожне переналагодження згідно зі стандартом IPC-9850. Ці системи використовують зручні взаємозамінні касети, які вже завантажені компонентами. Їхнім недоліком є те, що швидкість розміщення зазвичай становить від 28 тис. до 35 тис. компонентів на годину, оскільки механізм індексації вимагає додаткового часу — приблизно 0,8–1,2 секунди на кожне захоплення компонента. Тож виробники повинні зважити, чи виправдовують швидші переналагодження трохи нижчу загальну швидкість.

Простої через подавачі: чому високошвидкісні машини «захоплення та розміщення» часто показують нижчу готовність до роботи

Надійність подавачів відіграє вирішальну роль у роботі загальної ефективності обладнання (OEE) у швидкодіючих системах «забирання й розміщення». У разі машин, що здатні виконувати понад 35 тисяч циклів на годину, проблеми, пов’язані з подавачами, виникають приблизно в 2,3 раза частіше, ніж у машин середньої швидкості. Найчастіше такі проблеми виникають через застрявання стрічки під час її подавання (приблизно 34 % випадків) або через неправильне подавання компонентів за допомогою пневматичних систем (близько 29 %). Простої, пов’язані з цими проблемами, також суттєво накопичуються й скорочують час роботи обладнання на 12–18 %. Згідно з дослідженням Інституту Понемона (Ponemon Institute), опублікованим у 2023 році, такі перерви обходяться в середньому в сімсот сорок тисяч доларів США щорічно лише через втрату виробничої продукції. Щоб запобігти цим проблемам до їх виникнення, виробникам необхідно впровадити певні профілактичні заходи, зокрема:

• Візуальна перевірка наявності та орієнтації компонентів у реальному часі перед їх захопленням
• Саморегулюючі важелі натягу, які динамічно компенсують розтягнення або прослизання стрічки
• Алгоритми передбачувального технічного обслуговування, навчені виявляти знос подавачів за 8 годин до виходу їх із ладу

Інтеграція інновацій у гнучких подавачах — наприклад, тих, що дозволяють подавати різні деталі без фізичного переобладнання — може зменшити кількість випадків невідповідності розташування на 41 %, хоча стабільна продуктивність, як правило, досягає плато приблизно на рівні 32 000 CPH через властиві обмеження систем керування рухом та чутливості

ЧаП

Яка основна роль подавачів у машинах «захоплення й розміщення»?

Подавачі є критично важливими для правильного розміщення компонентів у машинах «захоплення й розміщення», забезпечуючи точність і запобігаючи помилкам під час процесу збирання.

Чим стрічкові подавачі відрізняються від модульних систем лотків?

Стрічкові подавачі забезпечують вищу продуктивність, але вимагають значних витрат часу на підготовку; модульні системи лотків, навпаки, забезпечують швидку заміну, але мають нижчу швидкість розміщення.

Які поширені проблеми призводять до простоїв, спричинених подавачами?

Поширені проблеми включають заклинювання стрічки та неправильну подачу деталей через пневматичні системи, що може призвести до значного простою обладнання.

Чому стратегічне розташування подавачів є важливим?

Стратегічне розташування зменшує час руху головки та оптимізує продуктивність обладнання, суттєво впливаючи на загальну ефективність виробництва.