Sestava robotů

Přehled aplikací robotické montáže v odvětví PCBA

Robotická montáž označuje automatizaci celého procesu PCBA nebo klíčových operací prostřednictvím automatických robotických systémů, které zahrnují základní aspekty jako umisťování součástek, pájení, testování, vsazování a balení. Jako klíčová součást inteligentní výroby se robotická montáž stala důležitou technologickou podporou pro společnost Kingfield při zvyšování výrobní efektivity PCBA, zajištění konzistence produktů a přizpůsobení potřebám vyspělé výroby. Její uplatnění zasahuje do celého životního cyklu od prototypování po sériovou výrobu a podporuje transformaci odvětví PCBA z „pracovně náročného“ na „technologicky náročné“.

I. Základní aplikační scénáře robotické montáže PCBA

1. Montáž součástek s vysokou přesností

Robotická montáž se nejčastěji používá v procesu SMT, přičemž základní zařízení zahrnuje automatizované systémy, jako jsou stroje pro osazování a tiskárny pájecí pasty. Pro vysoce přesné komponenty, jako jsou ultra-malé součástky, BGA a QFP, roboti dosahují přesného umístění pomocí technologie vizuálního pozicování, přičemž rychlost umisťování dosahuje více než 100 000 bodů za hodinu, což výrazně převyšuje ruční výkon. Tato technologie odpovídá výrobním požadavkům společnosti Kingfield na vysokohustotní desky plošných spojů, řídicí desky Mini LED a další náročné výrobky, eliminuje problémy jako je nesprávné zarovnání součástek, opačné nebo chybějící osazení způsobené ruční prací a výrazně zvyšuje výtěžnost osazování.

2. Automatizované svařování a propojení

Robotické pájení je klíčovým procesem pro zajištění spolehlivosti elektrických spojů na deskách plošných spojů (PCBA).

Mezi běžné technologie patří:

· Roboty pro zpětné pájení: Tyto systémy umožňují sériové pájení součástek pomocí přesných profilů teplotního řízení, čímž se vyhnete problémům, jako jsou studené pájené spoje, můstkování a poškození přehřátím, které jsou běžné u ručního pájení.

· Roboty pro selektivní vlnové pájení: Tyto systémy přesně nanášejí pájku prostřednictvím programovatelných trysiek pro průchozí součástky, přizpůsobují se hybridní montáži (SMT+THD) výrobkům PCBA a zlepšují konzistenci pájení.

· Roboty pro laserové pájení: Používají se v oblastech vyžadujících vysokou přesnost a spolehlivost, mají malou tepelně ovlivněnou zónu a jsou vhodné pro pájení malých pájených spojů a teplotně citlivých součástek.

3. Automatizace vkládání a montáže

U průchozích součástek, které vyžadují ruční vkládání, systém robotické montáže umožňuje automatizované vkládání prostřednictvím kombinace robotických ramen a upínačů:
Podporuje flexibilní přepínání mezi více typy zařízení a přizpůsobuje se požadavkům na vkládání různých produktů PCBA prostřednictvím programovatelné logiky; Řeší problémy jako nízká účinnost, vysoká pracnost a poškození zařízení způsobené nerovnoměrnou silou při ručním vkládání a je obzvláště vhodné pro Kingfield ve scénářích sériové výroby, jako jsou průmyslové řídicí desky a napájecí desky.

4. Automatizované testování a kontrola kvality

Hluboká integrace technologií robotické montáže a inspekce vytváří uzavřenou smyčku „montáž-inspekce“:

· Robot pro vizuální kontrolu: Automaticky identifikuje problémy, jako je nesprávné umístění, vadné pájení a chybějící součástky, pomocí algoritmů AI pro strojové vidění. Rychlost kontroly je 5 až 10krát vyšší než u ruční kontroly, přičemž míra falešných pozitiv je nižší než 0,1 %;

· Robot pro kontinuální testování (ICT): Automaticky provádí testování elektrických vlastností desek plošných spojů a data v reálném čase nahrává do systému MES pro sledování kvality;

· Robot pro rentgenovou kontrolu: Detekuje skryté vady pájených spojů na spodní straně BGA, CSP a dalších komponent s pouzdrem pomocí průchodové rentgenové kontroly, čímž zajišťuje kvalitu vysoce spolehlivých výrobků.

5. Závěrečné balení a finální montáž

V závěrečných procesech montáže DPS robotické systémy zajišťují operace jako je montáž skříně, vkládání a odstraňování konektorů a pájení kabelů: Spolupracující roboty pracují společně s lidmi a zvládají složité procesy jako je montáž těžkých skříní a přesné pájení kabelů, čímž dosahují rovnováhy mezi flexibilitou a přesností; Přizpůsobení specifickým požadavkům společnosti Kingfield, podpora rychlého přepínání mezi více druhy a malými sériemi výrobků a zkrácení dodacích lhůt.

II. Klíčové výhody robotické montáže

1. Zlepšení efektivity: Průlom v úzkém hrdle ruční produktivity

Roboty mohou pracovat 24 hodin denně bez únavy nebo emocionálních vlivů. Kapacita jedné robotické montážní linky je 3 až 5krát vyšší než u ruční výrobní linky. U velkých objednávek lze dosáhnout „nevídané výroby“ prostřednictvím spolupráce více robotů, čímž se výrazně zkrátí výrobní cyklus a pomůže společnosti Kingfield rychle reagovat na dodací potřeby zákazníků.

2. Zajištění kvality: Trvalé zlepšování konzistence výrobků
Robotizovaná montáž nabízí vyšší opakovatelnost a provozní stabilitu ve srovnání s ruční montáží, přičemž omezí míru výrobních vad, jako jsou odchylky v umístění a chyby v pájení, na méně než jednu vadu na milion. Díky digitálnímu programování a fixaci parametrů zajišťuje naprostou shodu výrobních norem každého PCBA, což ji činí ideální pro odvětví s extrémně vysokými požadavky na spolehlivost, jako jsou automobilová elektronika a lékařské přístroje, a posiluje tak pověst Kingfieldu v oblasti kvality.

3. Optimalizace nákladů: Dlouhodobé snižování celkových výrobních nákladů

I když počáteční investice do robotů je vysoká, dlouhodobě mohou výrazně snížit náklady:

• Náklady na pracovní sílu: Snížení závislosti na kvalifikovaných pracovnících, čímž se snižují náklady na nábor, školení a řízení;

• Náklady na ztráty: Snížení poškozování součástek a vyřazování desek plošných spojů způsobené ruční manipulací, čímž se snižují materiálové ztráty;

• Náklady na správu: Sledování výrobních dat v reálném čase prostřednictvím systému MES optimalizuje plánování výroby a snižuje ztráty kapacity.

4. Flexibilní výroba: přizpůsobivá různorodým a individuálním požadavkům.

Moderní robotické montážní systémy podporují rychlé programování a přestavbu. U zákaznické PCBA výroby společnosti Kingfield lze parametry výrobní linky upravit během 1–2 hodin bez rozsáhlých úprav zařízení, což umožňuje efektivní výrobu zakázek typu „malé série, více dávek“ a zvyšuje reakční schopnost na trhu.

5. Zvýšení bezpečnosti: snižování rizik výrobní bezpečnosti

Výrobní proces PCBA zahrnuje potenciální rizika, jako je pájení, vysoké teploty a chemikálie. Robotická montáž může nahradit lidskou práci při realizaci vysoce rizikových procesů a snížit tak riziko pracovních úrazů. Zároveň kolaborativní roboty disponují funkcí detekce kolizí a mohou bezpečně spolupracovat s lidmi, čímž vyvažují výrobní efektivitu a provozní bezpečnost.

III. Technické vlastnosti a aplikační hodnota sestavy robotů Kingfield

Na základě svých technologických znalostí a potřeb zákazníků v odvětví PCBA vyvinula společnost Kingfield řešení pro sestavu robotů typu „na míru + inteligentní + integrované“:

• Přizpůsobená adaptace: Optimalizace parametrů robotické montáže pro výrobky PCBA v různých odvětvích;

• Inteligentní integrace: Propojení AI vizuální kontroly, systému řízení výroby MES a technologie digitálního dvojčete umožňuje sledování v reálném čase, stopovatelnost dat a inteligentní optimalizaci výrobního procesu;

• Komplexní služba: Poskytování kompletních procesních služeb od výběru robotů, nastavení výrobní linky, programování a ladění až po následnou údržbu, pomáhá zákazníkům rychle zavést automatizovanou výrobu a snižuje technické bariery. Prohloubeným využitím technologie robotické montáže dosahuje Kingfield dvojnásobného zlepšení výrobní efektivity a kvality produktu a zároveň poskytuje zákazníkům „efektivní, spolehlivé a přizpůsobené“ řešení PCBA, posilňuje svou klíčovou konkurezní výhodu v oblasti vysoce hustých, vysoce spolehlivých a přizpůsobených řešení PCBA a podporuje inteligentní výrobní modernizaci odvětví.

Postupný přehled procesu robotické montáže desek plošných spojů

Robotická montáž desek plošných spojů je automatizovaný proces, který integruje přesnou mechaniku, vizuální pozicování a inteligentní řízení. Jeho jádro tvoří uzavřená smyčka „přesné pozicování – manipulace s komponentami – přesná montáž – kontrola kvality“. Následuje standardizovaný, postupný rozbor v souladu s reálnou logikou průmyslové výroby:

1. Předběžné přípravy:

· Čištění a polohování desky plošných spojů: Robot přijímá desku plošného spoje prostřednictvím automatického modulu pro zavádění. Nejprve prochází plazmovým čištěním nebo odstraněním prachu kartáčem, čímž se odstraní olej a prach z pájecích plošek. Poté je deska plošného spoje upevněna na nosiči a souřadnicový systém desky je kalibrován pomocí vizuální detekce referenčních bodů, aby byla zajištěna přesnost montážních referencí.

· Předvolba parametrů a načtení programu: Na základě dokumentace návrhu desky plošného spoje jsou do řídicího systému načteny parametry jako souřadnice součástek, rozměry pouzder a posloupnost montáže. Robot přednastaví svou pohybovou dráhu prostřednictvím offline programování nebo režimu učení, aby se minimalizovalo riziko kolizí.

· Příprava materiálu: SMD součástky jsou naloženy na dopravní pásy, do zásobníků nebo trubičkových držáků. Poté, co modul detekce materiálu potvrdí správný typ součástky a její orientaci, jsou součástky dopraveny na místo, odkud robot je bere.

2. Sestavení jádra: Sejmout komponent - Pozicování - Sestavení

Krok 1: Sejmutí komponenty Robotické rameno je vybaveno vakuovou tryskou nebo upínačem a automaticky přepíná na vhodný nástroj podle velikosti komponenty. K identifikaci polohy a orientace komponent na držáku používá vizuální systém a komponenty přesně sejme, čímž zabrání poškození nebo spadnutí komponent.
Krok 2: Korekce orientace komponenty Po sejmutí procházejí komponenty sekundární identifikací pomocí modulu vizuální kontroly, který opravuje jakýkoli posun nebo úhel natočení, čímž zajišťuje přesné zarovnání pinů a plošek na desce plošných spojů (PCB), což je obzvláště vhodné pro komponenty s vysokou hustotou zapojení, jako jsou BGA a QFP.
Krok 3: Přesné montážní práce Robot se pohybuje po přednastavené dráze ke správnému místu na desce plošných spojů a součástku jemně umístí nebo zasune do otvoru. U povrchové montáže (SMT) po umístění součástky na místo kontaktu uvolní vakuový tryska tlak. U technologie s průchozími dírami robotické rameno pomáhá plně zasunout vývody součástek, aby byl zajištěn kvalitní kontakt.
Krok 4: Svařování a tuhnutí U SMT montáže je sestavená deska plošných spojů přepravena do reflow peci, kde je pájka vystavena vysokým teplotám, čímž vznikne elektrické spojení mezi součástkami a deskou. Robot může být vybaven online modulem pro pájení, který umožňuje provádět vlnové pájení nebo bodové pájení součástek s průchozími dírami.

3. Kontrola kvality: Okamžité ověření a odstranění vad

· Online vizuální kontrola (AOI): Po sestavení robotem automaticky kontrolní zařízení AOI skenuje desku plošných spojů, porovnává ji se standardními obrázky a identifikuje vady jako chybějící součástky, nesprávné součástky, nesrovnání a studené pájené spoje, přičemž přesnost kontroly dosahuje úrovně mikronů.

· Testování elektrických vlastností: Prostřednictvím modulů testování metodou bed-of-needle nebo létající sondou jsou testovány elektrické parametry obvodu desky plošných spojů, jako je vodivost a izolace, čímž jsou vyloučeny skryté závady.

· Zpracování vad Zjištěné vadné výrobky jsou automaticky označeny a přepraveny do opravárenské stanice, zatímco kvalifikované výrobky postupují do dalšího procesu, čímž se dosahuje automatizované uzavřené smyčky „sestavení-kontrola-třídění“.

4. Následné procesy: Zpracování hotového výrobku a datová stopovatelnost

• Čištění a ochrana desek plošných spojů (PCB): Kvalifikované produkty procházejí odstraňováním prachu a nanášením ochranného povlaku, následovaným vizuální kontrolou za účelem zajištění žádných zbytkových nečistot ani výrobních vad.

• Automatické vykládání a balení: Roboty odstraňují sestavené desky plošných spojů z nosičů a pečlivě je skladují po dávkách do košů nebo na dopravníky, kde čekají na následné balicí procesy.

• Záznam dat a stopovatelnost: Parametry sestavování jsou během celého procesu sbírány a synchronizovány do systému MES pro generování výrobních zpráv, čímž podporují stopovatelnost v celém životním cyklu produktu a usnadňují optimalizaci procesů a kontrolu kvality.