مونتاژ ربات

مروری بر کاربردهای مونتاژ رباتیک در صنعت PCBA

مونتاژ رباتی به معنای اتوماسیون کل فرآیند PCBA یا عملیات‌های کلیدی از طریق سیستم‌های رباتیک خودکار است که جنبه‌های اصلی مانند قرارگیری قطعات، لحیم‌کاری، آزمون، نصب و بسته‌بندی را پوشش می‌دهد. به عنوان یک جزء اصلی تولید هوشمند، مونتاژ رباتی به حمایت فناوری کلیدی برای بهبود کارایی تولید PCBA، تضمین ثبات محصول و انطباق با نیازهای تولید پیشرفته در کینگفیلد تبدیل شده است. کاربرد آن در تمام چرخه عمر از نمونه‌سازی تا تولید انبوه گسترده شده و تحول صنعت PCBA را از «کارمحور» به «فناوری‌محور» پیش می‌راند.

الف. سناریوهای کاربرد اصلی مونتاژ رباتیک PCBA

1. نصب قطعات با دقت بالا

مونتاژ رباتی بیشترین کاربرد را در فرآیند SMT دارد و تجهیزات اصلی آن شامل سیستم‌های خودکار مانند دستگاه‌های قراردهی (pick-and-place) و پرینترهای خمیر روی جوش است. برای دستگاه‌های بسته‌بندی شده با دقت بالا مانند قطعات فوق کوچک، BGA و QFP، ربات‌ها از طریق فناوری موقعیت‌یابی بصری، قرارگیری دقیق را انجام می‌دهند که سرعت قرارگیری به بیش از ۱۰۰٬۰۰۰ نقطه در ساعت می‌رسد و این رقم بسیار بالاتر از کارایی دستی است. این روش با نیازهای تولید کینگفیلد برای مدارهای چاپی با چگالی بالا، برد راه‌انداز Mini LED و سایر محصولات پیشرفته سازگار است و از مشکلاتی مانند عدم تراز قطعات، قرارگیری معکوس و جای‌گذاری از قطعات به دلیل نصب دستی جلوگیری می‌کند و به‌طور چشمگیری بازدهی قرارگیری را افزایش می‌دهد.

۲. لحیم‌کاری و اتصال خودکار

لحیم‌کاری رباتی یک فرآیند کلیدی برای تضمین قابلیت اطمینان اتصالات الکتریکی در PCBAs است.

فناوری‌های رایج شامل:

· ربات‌های لحیم‌کاری ریفلاو: این‌ها از طریق پروفایل‌های کنترل دقیق دما، لحیم‌کاری دسته‌ای قطعات را انجام می‌دهند و از مشکلاتی مانند اتصالات سرد لحیم، اتصالات اضافی و آسیب ناشی از دمای بیش‌ازحد که در لحیم‌کاری دستی رایج است، جلوگیری می‌کنند.

· ربات‌های لحیم‌کاری موج انتخابی: این‌ها از طریق نازل‌های قابل برنامه‌ریزی، لحیم را به‌صورت دقیق پاشش می‌دهند و برای قطعات سوراخ‌دار مناسب هستند، با محصولات مونتاژ ترکیبی (SMT+THD) سازگارند و سازگاری لحیم‌کاری را بهبود می‌بخشند.

· ربات‌های لحیم‌کاری لیزری: این ربات‌ها در سناریوهای با دقت و قابلیت اطمینان بالا استفاده می‌شوند، منطقه تحت تأثیر حرارتی کوچکی دارند و برای لحیم‌کاری اتصالات بسیار ریز و قطعات حساس به حرارت مناسب هستند.

3. اتوماسیون قرارگیری و مونتاژ

برای قطعات سوراخ‌دار که نیاز به قرارگیری دستی دارند، سیستم مونتاژ رباتیک از طریق ترکیب بازوی رباتیک و جیگ‌ها، قرارگیری خودکار را انجام می‌دهد:
این سیستم امکان تغییر انعطاف‌پذیر بین انواع مختلف دستگاه‌ها را فراهم می‌کند و با استفاده از منطق برنامه‌پذیر، به نیازهای قرارگیری محصولات مختلف PCBA تطبیق می‌یابد؛ این سیستم مشکلاتی مانند کارایی پایین، شدت کار بالا و آسیب به تجهیزات ناشی از نیروی نامنظم درج دستی را حل می‌کند و به‌ویژه برای سناریوهای تولید انبوه Kingfield در بوردهای کنترل صنعتی و بوردهای توان مناسب است.

4. آزمون خودکار و کنترل کیفیت

ادغام عمیق فناوری‌های مونتاژ رباتیک و بازرسی، حلقه بسته «مونتاژ-بازرسی» را ایجاد می‌کند:

· ربات بازرسی بصری: به‌صورت خودکار مشکلاتی مانند عدم ترازی در قرارگیری، عیوب لحیم‌کاری و قطعات گم‌شده را با استفاده از الگوریتم‌های بینایی ماشین هوش مصنوعی شناسایی می‌کند. سرعت بازرسی 5 تا 10 برابر سریع‌تر از بازرسی دستی است و نرخ تشخیص اشتباه کمتر از 0.1٪ دارد.

· ربات آزمون مدار درجا (ICT): به‌صورت خودکار آزمون عملکرد الکتریکی را روی مونتاژهای PCB انجام می‌دهد و داده‌ها را به‌صورت زنده به سیستم MES آپلود می‌کند تا قابلیت ردیابی کیفیت فراهم شود؛

· ربات بازرسی پرتو ایکس: با استفاده از بازرسی نفوذ اشعه ایکس، عیوب پنهان اتصالات لحیمی در سطح پایین BGA، CSP و سایر تراشه‌های بسته‌بندی‌شده را تشخیص می‌دهد و کیفیت محصولات با قابلیت اطمینان بالا را تضمین می‌کند.

5. بسته‌بندی پسین و مونتاژ نهایی

در فرآیندهای پسین مونتاژ PCB، مونتاژ رباتیک مسئول عملیاتی مانند بسته‌بندی پوسته، قرارگیری و خارج‌کردن کانکتورها و لحیم‌کاری کابل است: ربات‌های همکاری‌کننده به‌صورت همزمان با انسان برای انجام فرآیندهای پیچیده‌ای مانند مونتاژ پوسته‌های سنگین و لحیم‌کاری دقیق کابل‌ها همکاری می‌کنند و انعطاف‌پذیری و دقت را متعادل می‌سازند؛ با نیازهای سفارشی‌سازی شده کینگفیلد سازگار است، امکان تغییر سریع محصولات متنوع و با دسته‌های کوچک را فراهم می‌کند و چرخه تحویل محصول را کوتاه می‌کند.

II. مزایای اصلی مونتاژ رباتیک

1. بهبود کارایی: عبور از بطری‌نک‌های بهره‌وری دستی

ربات‌ها می‌توانند 24 ساعت در شبانه‌روز بدون خستگی یا اختلال عاطفی کار کنند. ظرفیت یک خط مونتاژ تک رباتی 3 تا 5 برابر خط تولید دستی است. برای سفارش‌های حجیم، «تولید بدون نیروی انسانی» از طریق همکاری چندین ربات قابل دستیابی است که این امر به‌طور قابل توجهی چرخه تولید را کوتاه کرده و به کینگ‌فیلد کمک می‌کند تا به سرعت به نیازهای تحویل مشتری پاسخ دهد.

2. تضمین کیفیت: بهبود مداوم سازگاری محصول
مونتاژ رباتیک دارای تکرارپذیری برتر و ثبات عملیاتی نسبت به مونتاژ دستی است و نرخ معایبی مانند انحراف در جایگذاری و نقص‌های لحیم‌کاری را به کمتر از یک مورد در میلیون کنترل می‌کند. این فرآیند از طریق برنامه‌نویسی دیجیتال و سفت‌شدن پارامترها، اطمینان حاکمیت از استانداردهای تولید کاملاً یکسان برای هر PCBA را فراهم می‌آورد و آن را به‌ویژه مناسب صنایعی با نیاز بسیار بالا به قابلیت اطمینان، مانند الکترونیک خودرو و تجهیزات پزشکی می‌سازد و بدین ترتیب اعتبار کینگفیلد در زمینه کیفیت را تقویت می‌کند.

3. بهینه‌سازی هزینه: کاهش بلندمدت هزینه‌های کلی تولید

اگرچه سرمایه‌گذاری اولیه در ربات‌ها زیاد است، اما در بلندمدت می‌توانند به‌طور قابل‌توجهی هزینه‌ها را کاهش دهند:

• هزینه نیروی کار: وابستگی به کارگران ماهر را کاهش می‌دهد و هزینه‌های استخدام، آموزش و مدیریت را پایین می‌آورد؛

• هزینه ضایعات: آسیب به قطعات و دور ریختن برد مدار چاپی (PCB) ناشی از عملیات دستی را کاهش می‌دهد و نرخ ضایعات مواد اولیه را پایین می‌آورد;

• هزینه‌های مدیریت: پایش بلادرنگ داده‌های تولید از طریق سیستم MES، زمان‌بندی تولید را بهینه کرده و ضایعات ظرفیت را کاهش می‌دهد.

4. تولید انعطاف‌پذیر: قابلیت سازگاری با نیازهای متنوع و سفارشی.

سیستم‌های مدرن مونتاژ رباتیک امکان برنامه‌ریزی و تغییر سریع را فراهم می‌کنند. برای کسب‌وکار سفارشی PCBA در کینگ‌فیلد، پارامترهای خط تولید می‌توانند در عرض 1 تا 2 ساعت تنظیم شوند بدون اینکه نیاز به تغییرات بزرگ در تجهیزات باشد، که این امر امکان تولید کارآمد سفارشات «دسته‌های کوچک، تولید چندمرحله‌ای» را فراهم کرده و واکنش‌پذیری نسبت به بازار را بهبود می‌بخشد.

5. ارتقای ایمنی: کاهش ریسک‌های ایمنی در تولید

فرآیند تولید PCBA شامل خطرات بالقوه‌ای مانند لحیم‌کاری، دمای بالا و مواد شیمیایی است. مونتاژ رباتیک می‌تواند جایگزین نیروی انسانی شده و فرآیندهای پرخطر را انجام دهد و از این طریق احتمال آسیب‌های شغلی را کاهش دهد. در عین حال، ربات‌های همکاری‌کننده دارای قابلیت تشخیص برخورد هستند و می‌توانند به‌صورت ایمن در کنار انسان کار کنند و تعادل مناسبی بین کارایی تولید و ایمنی عملیاتی برقرار کنند.

III. ویژگی‌های فنی و ارزش کاربردی مونتاژ ربات کینگفیلد

با تکیه بر تخصص فنی و نیازهای مشتریان خود در صنعت PCBA، کینگفیلد راه‌حل مونتاژ ربات با رویکرد «سفارشی‌سازی + هوشمندی + یکپارچه‌سازی» توسعه داده است:

• سازگاری سفارشی: بهینه‌سازی پارامترهای مونتاژ ربات برای تطبیق با ویژگی‌های محصولات PCBA در صنایع مختلف;

• یکپارچه‌سازی هوشمند: ادغام بازرسی بصری مبتنی بر هوش مصنوعی، سیستم مدیریت تولید MES و فناوری دوقلوی دیجیتال برای دستیابی به پایش بلادرنگ، ردیابی داده‌ها و بهینه‌سازی هوشمند فرآیند تولید;

• خدمات یکپارچه: ارائهٔ خدمات فرآیند کامل از انتخاب ربات، راه‌اندازی خط تولید، برنامه‌نویسی و عیب‌یابی تا نگهداری پس از فروش، که به مشتریان کمک می‌کند تا به سرعت تولید خودکار را پیاده‌سازی کنند و موانع فنی را کاهش دهند. از طریق کاربرد عمیق فناوری مونتاژ ربات، کینگفیلد نه تنها به بهبود دوگانه در بهره‌وری تولید و کیفیت محصول دست یافته است، بلکه راه‌حل‌های «کارآمد، قابل اعتماد و سفارشی» PCBA را به مشتریان ارائه می‌دهد و رقابت‌پذیری هسته‌ای خود را در زمینهٔ PCBA با تراکم بالا، قابلیت اطمینان بالا و سفارشی تقویت می‌کند و تحول تولید هوشمند صنعت را پیش می‌برد.

مرور گام‌به‌گام فرآیند مونتاژ رباتیک برد مدار چاپی (PCB)

مونتاژ رباتیک برد مدار چاپی فرآیندی خودکار است که مکانیک دقیق، موقعیت‌یابی تصویری و کنترل هوشمند را در خود ترکیب می‌کند. محور اصلی آن حول یک چرخه بسته از «موقعیت‌یابی دقیق - دستکاری قطعات - مونتاژ دقیق - بازرسی کیفیت» می‌چرخد. در ادامه، گام‌های استاندارد به‌صورت مرحله‌ای و مطابق با منطق تولید صنعتی واقعی ارائه شده است:

1. مراحل اولیه آماده‌سازی:

· تمیزکاری و موقعیت‌یابی برد مدار چاپی (PCB): ربات با استفاده از یک ماژول بارگیری خودکار، برد PCB را دریافت می‌کند. ابتدا برد تحت فرآیند پلاسما کردن یا تمیزکاری با فرش قرار می‌گیرد تا روغن و گرد و غبار از روی پد‌های لحیم‌کاری برداشته شود. سپس، برد PCB روی یک حامل ثابت می‌شود و سیستم مختصات PCB با استفاده از تشخیص بصری نقاط مرجع کالیبره می‌شود تا دقت مرجع مونتاژ تضمین شود.

· پیش‌تنظیم پارامتر و بارگیری برنامه: بر اساس اسناد طراحی PCB، پارامتر‌هایی مانند مختصات قطعات، مشخصات بسته‌بندی و توالی مونتاژ در سیستم کنترل بارگیری می‌شوند. ربات با استفاده از برنامه‌نویسی آفلاین یا حالت تدریس، مسیر حرکت خود را پیش‌تنظیم می‌کند تا از خطر تداخل جلوگیری کند.

· آماده‌سازی مواد: قطعات نصب سطحی روی نوار نقاله‌ها، صفحه‌ها یا قفسه‌های لوله‌ای قرار می‌گیرند. پس از آنکه ماژول تشخیص مواد مدل و جهت‌گیری صحیح قطعه را تایید کرد، قطعات به ایستگاه برداشت ربات منتقل می‌شوند.

2. مونتاژ هسته: برداشتن قطعه - موقعیت‌یابی - مونتاژ

مرحله 1: برداشتن قطعه بازوی رباتیک مجهز به نازل خلاء یا گیره است و به‌صورت خودکار بسته به اندازه قطعه، ابزار مناسب را تغییر می‌دهد. این سیستم از یک سیستم بینایی برای شناسایی موقعیت و جهت‌گیری قطعات روی قفسه استفاده می‌کند و قطعات را به‌دقت برمی‌دارد و از آسیب یا افتادن قطعات جلوگیری می‌کند.
مرحله 2: تصحیح جهت‌گیری قطعه پس از برداشته شدن، قطعات توسط ماژول بازرسی بینایی مورد شناسایی مجدد قرار می‌گیرند تا هرگونه انحراف یا زاویه چرخش اصلاح شود و تراز دقیق پین‌ها با صفحات PCB تضمین گردد، که به‌ویژه برای قطعات بسته‌بندی شده با تراکم بالا مانند BGA و QFP مناسب است.
مرحله 3: مونتاژ دقیق ربات به‌صورت حرکت در مسیر ازپیش‌تعیین‌شده به موقعیت مربوطه‌ی پد روی برد مدار چاپی می‌رسد و قطعه را به‌آرامی روی پد قرار می‌دهد یا در سوراخ پد فرو می‌برد. در فرآیند نصب سطحی، پس از اینکه قطعه به پد متصل شد، نازل خلاء فشار را آزاد می‌کند. در فرآیند عبوری، بازوی ربات به فرو رفتن کامل پایه‌های قطعه کمک می‌کند تا تماس مناسب تضمین شود.
مرحله 4: جوشکاری و پخت برای مونتاژ SMT، برد مدار چاپی مونتاژ‌شده به کوره‌ی بازتابش منتقل می‌شود که در آن خمیر لحیم در دمای بالا پخته می‌شود تا اتصال الکتریکی بین قطعات و برد مدار چاپی ایجاد شود. ربات می‌تواند با ماژول جوشکاری آنلاین تجهیز شود تا جوشکاری موجی یا نقطه‌ای قطعات عبوری را تکمیل کند.

3. بازرسی کیفیت: تأیید لحظه‌ای و حذف نقص

· بازرسی بصری آنلاین (AOI): پس از مونتاژ رباتیک، تجهیزات بازرسی AOI به‌طور خودکار برد مدار چاپی (PCB) را اسکن می‌کند، آن را با تصاویر استاندارد مقایسه می‌کند و نواقصی مانند قطعات گم‌شده، قطعات نادرست، عدم تراز و اتصال‌های لحیم‌کاری سرد را شناسایی می‌کند، که دقت بازرسی به میکرون می‌رسد.

· تست عملکرد الکتریکی: با استفاده از ماژول‌های تست نوع بِد-آف-نیدل یا تست پروبه پروازی، پارامتر‌های الکتریکی مانند هدایت و عایق‌بندی مدار برد مدار چاپی (PCB) تست می‌شوند تا نقص‌های پنهان حذف شوند.

· بررسی نواقص: محصولات معیوب شناسایی‌شده به‌طور خودکار علامت‌گذاری شده و به ایستگاه تعمیر هدایت می‌شوند، در حالی که محصولات مطابق با استاندارد به فرآیند بعدی ارسال می‌شوند و حلقه بسته خودکار «مونتاژ-بازرسی-مرتب‌سازی» را تحقق می‌بخشند.

4. مراحل بعدی: پردازش محصول نهایی و ردیابی داده‌ها

• تمیزکاری و محافظت از برد مدار چاپی (PCB): محصولات واجد شرایط تحت فرآیند حذف گرد و غبار و پوشش کانفورمال قرار می‌گیرند و سپس مورد بازبینی بصری مجدد قرار می‌گیرند تا اطمینان حاصل شود هیچ ناخالصی یا نقص مونتاژی باقی نمانده است.

• تخلیه و بسته‌بندی خودکار: ربات‌ها برد مدار چاپی (PCB) مونتاژ شده را از حامل‌ها خارج کرده و به‌صورت منظم و دسته‌بندی‌شده در سینی‌ها یا خطوط نقاله قرار می‌دهند و منتظر مراحل بعدی بسته‌بندی می‌مانند.

• ثبت داده و ردیابی‌پذیری: پارامترهای مونتاژ در سراسر فرآیند جمع‌آوری شده و به‌صورت همزمان با سیستم MES همگام‌سازی می‌شوند تا گزارش‌های تولید ایجاد شوند، که این امر امکان ردیابی کامل چرخه حیات محصول را فراهم کرده و بهینه‌سازی فرآیند و کنترل کیفیت را تسهیل می‌کند.