تجميع الروبوتات

نظرة عامة على تطبيقات التجميع بالروبوتات في صناعة اللوحات الإلكترونية (PCBA)

يشير التجميع بالروبوتات إلى أتمتة عملية PCBA بالكامل أو العمليات الرئيسية من خلال أنظمة روبوتات آلية، ويغطي جوانب أساسية مثل تركيب المكونات، واللحام، والاختبار، والإدخال، والتغليف. وباعتباره المكوّن الأساسي للتصنيع الذكي، أصبح التجميع بالروبوتات دعماً تكنولوجياً رئيسياً لشركة Kingfield لتحسين كفاءة إنتاج اللوحات الإلكترونية (PCBA)، وضمان اتساق المنتجات، والتأقلم مع متطلبات التصنيع عالي المستوى. وتمتد تطبيقاته عبر دورة حياة المنتج بأكملها من النموذج الأولي إلى الإنتاج الضخم، مما يسهم في تحويل صناعة PCBA من نموذج "كثيف العمالة" إلى نموذج "كثيف التكنولوجيا".

أولاً: سيناريوهات التطبيق الأساسية للتجميع بالروبوتات في صناعة PCBA

1. تركيب المكونات عالية الدقة

يُستخدم تجميع الروبوتات على نطاق واسع في عملية SMT، وتشمل المعدات الأساسية أنظمة آلية مثل آلات الرفع والوضع وأجهزة طباعة عجينة اللحام. بالنسبة للأجهزة المعبأة عالية الدقة مثل المكونات الفائقة الصغر، BGA وQFP، فإن الروبوتات تحقق وضعًا دقيقًا من خلال تقنية تحديد المواقع بالرؤية، وتصل سرعة الوضع إلى أكثر من 100,000 نقطة في الساعة، مما يفوق كفاءة العمل اليدوي بكثير. كما أنه متوافق مع احتياجات إنتاج Kingfield للوحات الدوائر الكثيفة عالية الكثافة (PCBs)، ولوحات مشغلات Mini LED، وغيرها من المنتجات الراقية، ويتفادى المشكلات مثل عدم محاذاة المكونات أو تركيبها بشكل معكوس أو نسيان تركيبها الناتجة عن التركيب اليدوي، ما يؤدي إلى تحسين كبير في نسبة العائد من عمليات التركيب.

2. اللحام والاتصال الآلي

اللحام بالروبوتات هو عملية رئيسية لضمان موثوقية الاتصالات الكهربائية في لوحات الدوائر المطبوعة (PCBAs).

تشمل التقنيات الشائعة:

· روبوتات لحام إعادة التدفق: تُحقِّق هذه الوسائل لحام المكونات على شكل دفعات من خلال ملامح تحكم دقيقة في درجة الحرارة، مما يتفادى مشاكل مثل وصلات اللحام البارد، والتوصيلات العابرة (الجسور)، والأضرار الناتجة عن السخونة الزائدة التي تحدث عادةً في اللحام اليدوي.

· روبوتات لحام الموجة الانتقائية: تقوم هذه الروبوتات برش القصدير بدقة من خلال فوهات قابلة للبرمجة للمكونات ذات الفتحات، وتتكيف مع منتجات اللوحات المطبوعة المجمعة هجينياً (SMT+THD)، وتحسّن اتساق اللحام.

· روبوتات لحام الليزر: تُستخدم في السيناريوهات التي تتطلب دقة وموثوقية عالية، وتتميز هذه الروبوتات بمنطقة صغيرة متأثرة بالحرارة، وهي مناسبة لحام الوصلات الصغيرة جداً والمكونات الحساسة للحرارة.

3. أتمتة الإدخال والتجميع

بالنسبة للأجهزة ذات الفتحات التي تتطلب إدخالاً يدوياً، فإن نظام التجميع الروبوتي يحقق الإدخال الآلي من خلال دمج الذراع الروبوتية مع المثبتات:
يُمكنه دعم التبديل المرن بين أنواع متعددة من الأجهزة، والتكيف مع متطلبات الإدخال لمنتجات PCBA المختلفة من خلال المنطق القابل للبرمجة؛ ويحل مشكلات مثل انخفاض الكفاءة، وشدة الجهد اليدوي العالية، وتلف الأجهزة الناتجة عن قوة إدخال غير متساوية في عملية الإدخال اليدوي، وهو مناسب بشكل خاص لمجال كينغفيلد في سيناريوهات الإنتاج الضخم مثل لوحات التحكم الصناعية ولوحات الطاقة.

4. الاختبار الآلي ومراقبة الجودة

يؤدي الدمج العميق لتكنولوجيات التجميع والتفتيش الروبوتية إلى تكوين حلقة مغلقة من "التجميع-التفتيش":

· روبوت الفحص البصري: يحدد تلقائيًا المشكلات مثل عدم انتظام التركيب، وعيوب اللحام، وفقدان المكونات باستخدام خوارزميات الرؤية الاصطناعية. وسرعة التفتيش أسرع بـ 5 إلى 10 مرات من التفتيش اليدوي، مع معدل إيجابي كاذب أقل من 0.1٪؛

· روبوت اختبار الدائرة الداخلية (ICT): يقوم تلقائيًا باختبار الأداء الكهربائي للوحات الدوائر المطبوعة (PCBAs)، وتحميل البيانات إلى نظام إدارة تنفيذ الإنتاج (MES) في الوقت الفعلي لتتبع الجودة؛

· روبوت فحص الأشعة السينية: يكتشف عيوب الوصلات اللحامية المخفية في وصلات اللحام السفلية لأجهزة BGA وCSP والأجهزة المعبأة الأخرى باستخدام فحص الاختراق بالأشعة السينية، ويضمن جودة المنتجات عالية الموثوقية.

5. التغليف الخلفي والتركيب النهائي

في العمليات الخلفية للوحات الدوائر المطبوعة (PCBA)، يتولى الروبوتات التجميع لتنفيذ عمليات مثل تغليف الغلاف، وإدخال الموصلات وفصلها، ولحام الكابلات: تعمل الروبوتات التعاونية جنبًا إلى جنب مع البشر لإكمال عمليات معقدة مثل تجميع الأغلفة الثقيلة ولحام الكابلات الدقيقة، مع تحقيق توازن بين المرونة والدقة؛ وتتكيف مع احتياجات Kingfield المخصصة، وتدعم التبديل السريع للمنتجات المتعددة الأنواع وبكميات صغيرة، وتقلل من دورات تسليم المنتج.

ثانيًا. المزايا الأساسية للتجميع بالروبوتات

1. تحسين الكفاءة: التغلب على اختناق الإنتاج اليدوي

يمكن للروبوتات العمل على مدار 24 ساعة دون تعب أو اضطراب عاطفي. تبلغ سعة خط التجميع الآلي الواحد 3 إلى 5 أضعاف سعة خط الإنتاج اليدوي. بالنسبة للطلبات الكبيرة، يمكن تحقيق "الإنتاج غير المأهول" من خلال تعاون عدة روبوتات، مما يقلص دورة الإنتاج بشكل كبير ويساعد شركة كينغفيلد على الاستجابة السريعة لاحتياجات تسليم العملاء.

2. ضمان الجودة: تحسين استمرارية المنتج باستمرار
يتميز تجميع الروبوتات بتكرار أفضل واستقرار تشغيلي مقارنة بالتجميع اليدوي، حيث يتحكم في معدلات العيوب مثل الانحرافات في التركيب وعيوب اللحام لتظل ضمن حدود عيب واحد من بين مليون. ومن خلال البرمجة الرقمية وتثبيت المعايير، فإنه يضمن اتساقًا تامًا في معايير إنتاج كل لوحة دوائر مطبوعة (PCBA)، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للصناعات ذات المتطلبات العالية جدًا بالنسبة إلى الموثوقية، مثل الإلكترونيات الخاصة بالسيارات والمعدات الطبية، وبالتالي يعزز سمعة كينغفيلد من حيث الجودة.

3. تحسين التكلفة: خفض طويل الأمد للتكاليف الإجمالية للإنتاج

على الرغم من أن الاستثمار الأولي في الروبوتات مرتفع، إلا أنه على المدى الطويل يمكنه تقليل التكاليف بشكل كبير:

• تكاليف العمالة: تقليل الاعتماد على العمال المهرة، مما يخفض تكاليف التوظيف والتدريب والإدارة؛

• تكاليف الخسائر: تقليل تلف المكونات ورفض لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الناتج عن التشغيل اليدوي، ما يقلل من معدلات فقدان المواد;

• تكاليف الإدارة: الرقابة الفورية على بيانات الإنتاج من خلال نظام MES تُحسّن جدولة الإنتاج وتقلل الهدر في الطاقة الإنتاجية.

4. إنتاج مرِن: قابل للتكيف مع الاحتياجات المتنوعة والمخصصة.

تدعم أنظمة التجميع الروبوتية الحديثة البرمجة السريعة والتغيير. بالنسبة لنشاط Kingfield المخصص في مجال PCBA، يمكن تعديل معايير خط الإنتاج خلال 1-2 ساعة دون الحاجة إلى تعديلات كبيرة في المعدات، مما يمكّن من إنتاج فعال للطلبات ذات "الكميات الصغيرة والدُفعات المتعددة" وتحسين الاستجابة للسوق.

5. ترقية السلامة: تقليل مخاطر السلامة في الإنتاج

يتضمن عملية إنتاج PCBA مخاطر محتملة مثل اللحام ودرجات الحرارة العالية والمواد الكيميائية. يمكن لتجميع الروبوتات أن يحل محل العمل اليدوي لإتمام العمليات عالية الخطورة، وبالتالي تقليل خطر الإصابات في مكان العمل. وفي الوقت نفسه، تمتلك الروبوتات التعاونية وظائف كشف الاصطدام ويمكنها العمل بأمان مع البشر، ما يوازن بين كفاءة الإنتاج وسلامة التشغيل.

ثالثاً: الميزات التقنية والقيمة التطبيقية لتجميع روبوت كينغفيلد

بالاستناد إلى خبرتها التكنولوجية واحتياجات العملاء في صناعة PCBA، طوّرت شركة كينغفيلد حل تجميع روبوتات بنهج "مخصص + ذكي + متكامل":

• الت adaptation المخصصة: تحسين معايير ت ensيم الروبوتات لتناسب خصائص منتجات PCBA في قطاعات صناعية مختلفة؛

• التتكامل الذكي: دمج تفحص الذكاء الاصطناعي البصري، ونظام إدارة الإنتاج MES، وتكنولوجيا النموذج الرقمي twin لتحقيق الرقابة الفورية، وتعقب البيانات، والتحسين الذكي للعملية الإنتاجية؛

• خدمة متكاملة: تقديم خدمات شاملة تغطي كامل العملية بدءًا من اختيار الروبوت، وتجهيز خط الإنتاج، والبرمجة، واختبار التشغيل، وحتى الصيانة اللاحقة، مما يساعد العملاء على تنفيذ الإنتاج الآلي بسرعة وتقليل الحواجز التقنية. ومن خلال التطبيق المتقدم لتكنولوجيا تجميع الروبوتات، لا يحقق كينغ فيلد فقط تحسنًا مزدوجًا في كفاءة الإنتاج وجودة المنتج، بل يوفّر للعملاء حلول PCBA "فعّالة وموثوقة ومخصصة"، مما يعزز قدرته التنافسية الأساسية في مجال PCBA عالي الكثافة وعالي الموثوقية والمخصص، ويدفع بتحديث التصنيع الذكي في القطاع.

نظرة عامة خطوة بخطوة على عملية تجميع لوحة الدوائر الإلكترونية (PCB) باستخدام الروبوت

تجميع اللوحات المطبوعة إلكترونيًا بالروبوتات هو عملية آلية تدمج بين الميكانيكا الدقيقة، والتحديد البصري، والتحكم الذكي. وتدور محورها حلقة مغلقة من "التحديد الدقيق - معالجة المكونات - التجميع الدقيق - فحص الجودة". فيما يلي تقسيم قياسي خطوة بخطوة يتماشى مع المنطق الصناعي الفعلي للإنتاج:

1. الاستعدادات الأولية:

· تنظيف وتحديد موقع لوحة الدوائر (PCB): يتم تزويد الروبوت باللوحة الدوائر المطبوعة (PCB) من خلال وحدة تحميل أتمتة. أولاً، تخضع اللوحة لتنظيف بالبلازما أو إزالة الغبار باستخدام فرشاة من أجل إزالة الزيت والغبار عن مناطق التصهير. بعد ذلك، تُثبت اللوحة على حامل، ويتم معايرة نظام الإحداثيات الخاص باللوحة باستخدام التعرف البصري على نقاط مرجعية لضمان دقة مرجعية التجميع.

· إعداد المعلمات واستيراد البرنامج: استناداً إلى وثائق تصميم اللوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، يتم استيراد معايير مثل إحداثيات المكونات، المواصفات الخاصة بالعبوة، وترتيب التجميع إلى نظام الت управления. ويقوم الروبوت بإعداد مسار حركته مسبقاً من خلال البرمجة دون اتصال أو الوضع التعليمي لتجنب مخاطر الت interference.

· إعداد المواد: يتم تحميل المكونات المثبتة على السطح (SMD) على أحزمة ناقلة أو صواني أو رفوف أنبوبية. وبعد أن تؤكد وحدة كشف المواد أن نموذج المكون والتوجه صحيحين، تنقل المكونات إلى محطة التقاط الروبوت.

2. تجميع اللب: التقاط المكونات - تحديد المواقع - التجميع

الخطوة 1: التقاط المكونات: يتم تزويد الذراع الروبوتية بفوهة شفط أو ماسك، وتحول الأداة تلقائيًا إلى الأداة المناسبة وفقًا لحجم المكون. وتستخدم نظام رؤية لتحديد موقع واتجاه المكونات على الرف، ثم تقوم بالتقاط المكونات بدقة، تجنبًا للتلف أو السقوط.
الخطوة 2: تصحيح اتجاه المكونات: بعد التقاطها، تخضع المكونات لعملية تحديد ثانوية بواسطة وحدة فحص الرؤية لتصحيح أي انحراف أو زاوية دوران، مما يضمن المحاذاة الدقيقة بين الدبابيس ومناطق اللوحة (PCB)، وهو ما يناسب بشكل خاص المكونات ذات التغليف عالي الكثافة مثل BGA وQFP.
الخطوة 3: التركيب الدقيق: يتحرك الروبوت على طول مسار مُعد مسبقًا إلى الموضع المقابل للوحة في اللوحة المطبوعة (PCB) ويضع المكون بسلاسة أو يدخله في فتحة اللوحة. في عملية التركيب السطحي (SMT)، بعد تثبيت المكون على اللوحة، يقوم الفوهة المفرغة بإطلاق الضغط. وفي عملية التركيب من خلال الثقوب (THT)، يساعد الذراع الروبوتي في إدخال دبابيس المكون بالكامل لضمان تلامس جيد.
الخطوة 4: اللحام والتجفيف: بالنسبة لتجميع SMT، تُنقل اللوحة المطبوعة (PCB) المجمعة إلى فرن إعادة التسخين حيث يتم تجفيف معجون اللحام عند درجات حرارة عالية لتحقيق الاتصال الكهربائي بين المكونات واللوحة. يمكن تزويد الروبوت بوحدة لحام عبر الإنترنت لإتمام لحام الموجة أو اللحام النقطي للمكونات من خلال الثقوب.

3. فحص الجودة: التحقق الفوري وإزالة العيوب

· الفحص البصري عبر الإنترنت (AOI): بعد تجميع الروبوت، تقوم معدات الفحص AOI بمسح اللوحة المطبوعة إلكترونيًا تلقائيًا، ومقارنة الصورة مع الصور القياسية، وتحديد العيوب مثل المكونات الناقصة أو المكونات غير الصحيحة أو عدم المحاذاة أو وصلات اللحام الباردة، بدقة فحص تصل إلى مستوى الميكرون.

· اختبار الأداء الكهربائي: من خلال وحدات اختبار السرير الإبرة أو وحدات اختبار المسبار الطائر، يتم اختبار المعامل الكهربائية لدائرة اللوحة المطبوعة مثل التوصيل والعزل، وذلك للقضاء على الأعطال المخفية.

· معالجة العيوب: تُحدد المنتجات المعيبة تلقائيًا وتُنقل إلى محطة إعادة العمل، في حين تنتقل المنتجات المؤهلة إلى العملية التالية، لتحقيق حلقة مغلقة آلية من "التجميع-الفحص-الفرز".

4. العمليات اللاحقة: معالجة المنتج النهائي وإمكانية تتبع البيانات

• تنظيف وحماية لوحة الدوائر المطبوعة (PCB): تتم إزالة الغبار من المنتجات المؤهلة وتطبيق طلاء واقٍ، يليه فحص بصري مرة أخرى للتأكد من عدم وجود شوائب متبقية أو عيوب في التجميع.

• تفريغ التلقائي والتغليف: تقوم الروبوتات بإزالة لوحات الدوائر المطبوعة المجمعة من الحاملات وتكدسها بشكل منظم على دفعات في صناديق أو خطوط نقل، تمهيدًا لعمليات التغليف اللاحقة.

• تسجيل البيانات وإمكانية التتبع: تُجمع معايير التجميع طوال العملية وتُزامَن مع نظام إدارة تنفيذ الإنتاج (MES) لتوليد تقارير الإنتاج، مما يدعم إمكانية تتبع دورة حياة المنتج بالكامل ويسهل تحسين العمليات والتحكم في الجودة.