Złożenie robota

Przegląd zastosowań montażu robotycznego w przemyśle PCBA

Montaż robotyczny odnosi się do automatyzacji całego procesu PCBA lub kluczowych operacji za pomocą zautomatyzowanych systemów robotycznych, obejmujących podstawowe aspekty takie jak umieszczanie komponentów, lutowanie, testowanie, wstawianie i pakowanie. Jako kluczowy element inteligentnej produkcji, montaż robotyczny stał się głównym wsparciem technologicznym dla Kingfield w poprawie efektywności produkcji PCBA, zapewnieniu spójności produktów oraz dostosowaniu się do potrzeb zaawansowanej produkcji. Jego zastosowanie obejmuje cały cykl życia produktu – od prototypowania po masową produkcję, przyczyniając się do transformacji branży PCBA z modelu „intensywnego pod względem pracy” do modelu „intensywnego pod względem technologii”.

I. Kluczowe scenariusze zastosowania montażu robotycznego PCBA

1. Montaż komponentów o wysokiej precyzji

Zrobotyzowana assemblacja jest najpowszechniej stosowana w procesie SMT, a podstawowym sprzętem są systemy automatyczne, takie jak maszyny pick-and-place oraz drukarki pasty do lutowania. W przypadku urządzeń pakowanych o wysokiej precyzji, takich jak komponenty ultra-miniaturyzowane, BGA i QFP, roboty osiągają dokładne umieszczanie za pomocą technologii pozycjonowania wizyjnego, z prędkością umieszczania przekraczającą 100 000 punktów na godzinę, co znacznie przewyższa wydajność ręczną. Rozwiązanie to odpowiada potrzebom produkcji Kingfield dotyczącym PCB o dużej gęstości, płytek sterujących Mini LED oraz innych produktów wysokiej klasy, eliminując problemy takie jak nieprawidłowe ustawienie komponentów, odwrotne montowanie czy pominięcie elementów spowodowane montażem ręcznym, znacząco poprawiając współczynnik poprawnego montażu.

2. Automatyczne lutowanie i połączenia

Zrobotyzowane lutowanie jest kluczowym procesem zapewniającym niezawodność połączeń elektrycznych w PCBA.

Najpopularniejsze technologie to:

· Roboty do lutowania przepływowego: Te urządzenia umożliwiają lutowanie komponentów metodą zbiorczą poprzez precyzyjne profile kontroli temperatury, unikając problemów takich jak zimne złącza lutownicze, mostkowanie i uszkodzenia spowodowane przegrzaniem, które często występują przy ręcznym lutowaniu.

· Roboty do lutowania falowego selektywnego: Te urządzenia dokładnie natryskują lut przez programowalne dysze dla komponentów przejściowych, dostosowując się do hybrydowej produkcji (SMT+THD) płytek drukowanych i poprawiając spójność procesu lutowania.

· Roboty do lutowania laserowego: Stosowane w przypadku zastosowań wymagających wysokiej precyzji i niezawodności, te roboty charakteryzują się małym obszarem oddziaływania cieplnego i nadają się do lutowania bardzo małych złączy oraz komponentów wrażliwych na ciepło.

3. Automatyzacja montażu i wklejania

W przypadku komponentów przejściowych wymagających ręcznego montażu, systemy montażowe robota realizują automatyczne wstawianie poprzez wykorzystanie ramion robota i oprzyrządowania:
Obsługuje elastyczne przełączanie między różnymi typami urządzeń i dostosowuje się do wymagań montażu różnych produktów PCBA za pomocą programowalnej logiki; rozwiązuje problemy związane z niską wydajnością, dużym obciążeniem pracowników oraz uszkodzeniami urządzeń spowodowanymi nierównomiernym naciskiem podczas ręcznego montażu, szczególnie nadaje się do Kingfield w scenariuszach produkcji masowej, takich jak płyty sterowania przemysłowego i płyty zasilające.

4. Automatyczne testowanie i kontrola jakości

Głęboka integracja technologii montażu i inspekcji robotycznej tworzy zamkniętą pętlę «montaż-inspekcja»:

· Robot do inspekcji wizyjnej: Automatycznie wykrywa problemy, takie jak nieprawidłowe ustawienie, wady lutowania i brakujące komponenty, przy użyciu algorytmów wizji AI. Szybkość inspekcji jest 5–10 razy większa niż przy kontroli ręcznej, przy współczynniku fałszywych pozytywów mniejszym niż 0,1%;

· Robot do testowania elektrycznego (ICT): Automatycznie wykonuje testy elektryczne płytek PCB, przesyłając dane w czasie rzeczywistym do systemu MES w celu śledzenia jakości;

· Robot do inspekcji rentgenowskiej: Wykrywa ukryte wady złącz lutowniczych na dolnych połączeniach lutowniczych urządzeń typu BGA, CSP oraz innych za pomocą penetracji promieniami X, zapewniając jakość produktów o wysokiej niezawodności.

5. Pakowanie końcowe i montaż końcowy

W procesach końcowych płytek PCB roboty zajmują się operacjami takimi jak pakowanie obudów, wstawianie i wyjmowanie złącz oraz lutowanie kabli: Roboty współpracujące działają równolegle z ludźmi, realizując skomplikowane procesy, takie jak montaż ciężkich obudów i precyzyjne lutowanie kabli, zapewniając równowagę między elastycznością a dokładnością; Dostosowując się do indywidualnych potrzeb Kingfield, obsługują szybkie przełączanie się między różnymi odmianami i małymi partiami produktów, skracając cykle dostawy produktów.

II. Kluczowe zalety montażu robota

1. Poprawa efektywności: Przekraczanie wąskiego gardła produktywności ręcznej

Roboty mogą pracować 24 godziny na dobę bez zmęczenia ani zakłóceń emocjonalnych. Wydajność pojedynczej linii montażowej z robotami jest 3-5 razy wyższa niż u linii produkcyjnej obsługiwanej ręcznie. Dla dużych zamówień możliwe jest osiągnięcie „produkcji bezobsługowej” poprzez współpracę wielu robotów, co znacząco skraca cykl produkcji i pozwala Kingfield szybko odpowiadać na potrzeby klientów dotyczących dostaw.

2. Gwarancja jakości: Ciągłe doskonalenie spójności produktu
Montaż robotyczny cechuje się lepszą powtarzalnością i stabilnością pracy w porównaniu z montażem ręcznym, ograniczając współczynnik wadliwości, takich jak odchylenia w montażu czy wady lutowania, do jednej na milion. Dzięki cyfrowemu programowaniu i ustalonym parametrom zapewnia całkowitą spójność standardów produkcji każdej płytki PCBA, co czyni ją szczególnie odpowiednią dla branż o bardzo wysokich wymaganiach dotyczących niezawodności, takich jak elektronika samochodowa i urządzenia medyczne, wzmacniając tym samym renomę Kingfielda w zakresie jakości.

3. Optymalizacja kosztów: Długoterminowe obniżenie ogólnych kosztów produkcji

Chociaż początkowe inwestycje w roboty są wysokie, w dłuższej perspektywie mogą one znacząco zmniejszyć koszty:

• Koszty pracy: Zmniejszenie zależności od wykwalifikowanych pracowników, co obniża koszty rekrutacji, szkoleń i zarządzania;

• Koszty strat: Redukcja uszkodzeń komponentów i odpadów płytek PCB spowodowanych pracą ręczną, obniżenie wskaźnika strat materiałowych;

• Koszty zarządzania: Monitorowanie w czasie rzeczywistym danych produkcyjnych za pośrednictwem systemu MES optymalizuje harmonogram produkcji i zmniejsza marnowanie mocy produkcyjnej.

4. Elastyczna produkcja: dostosowana do zróżnicowanych i niestandardowych potrzeb.

Nowoczesne robotyczne systemy montażowe wspierają szybkie programowanie i przełączanie linii. W przypadku niestandardowego biznesu PCBA firmy Kingfield parametry linii produkcyjnej można dostosować w ciągu 1-2 godzin bez konieczności wprowadzania dużych modyfikacji urządzeń, co umożliwia efektywną produkcję zamówień typu „mała seria, wiele partii” oraz poprawia reaktywność na rynku.

5. Ulepszenie bezpieczeństwa: minimalizacja ryzyka w zakresie bezpieczeństwa produkcji

Proces produkcji PCBA wiąże się z potencjalnymi zagrożeniami, takimi jak lutowanie, wysokie temperatury i substancje chemiczne. Montaż robotyczny może zastąpić pracę ludzką przy realizacji procesów o wysokim stopniu ryzyka, ograniczając tym samym ryzyko wypadków przy pracy. Jednocześnie roboty współpracujące są wyposażone w funkcję wykrywania kolizji i mogą bezpiecznie pracować obok ludzi, zapewniając równowagę między efektywnością produkcji a bezpieczeństwem operacyjnym.

III. Cechy techniczne i wartość aplikacyjna złożenia robotów Kingfield

W oparciu o swoją wiedzę technologiczną i potrzeby klientów w branży PCBA, Kingfield opracował „zindywidualizowane + inteligentne + zintegrowane” rozwiązanie do montażu robotów:

• Dostosowanie niestandardowe: Optymalizacja parametrów montażu robotycznego pod kątem cech produktów PCBA w różnych branżach;

• Integracja inteligentna: Łączenie wizyjnej kontroli opartej na sztucznej inteligencji, systemu zarządzania produkcją MES oraz technologii cyfrowego bliźniaka w celu osiągnięcia monitorowania w czasie rzeczywistym, śledzenia danych i inteligentnej optymalizacji procesu produkcyjnego;

• Zintegrowana usługa: Zapewnienie kompleksowych usług od doboru robota, przez konfigurację linii produkcyjnej, programowanie i debugowanie, po serwis i konserwację, pomagając klientom szybko wdrożyć produkcję automatyczną i obniżając barierę techniczną. Dzięki głębokiemu zastosowaniu technologii montażu robotycznego Kingfield osiąga podwójną poprawę efektywności produkcji oraz jakości produktu, oferując klientom „efektywne, niezawodne i dostosowane” rozwiązania PCBA, wzmocnionej przewagą konkursową w obszarze wysokiej gęstości, wysokiej niezawodności i niestandardowych rozwiązań PCBA, napędzając rozwój inteligentnej produkcji w branży.

Krok po kroku: proces montażu płytek PCB przez roboty

Zrobotyzowana montaż płytek PCB to proces automatyzowany, który integruje precyzyjną mechanikę, pozycjonowanie wizyjne oraz inteligentną kontrolę. Jego rdzeń opiera się na zamkniętej pętli „precyzyjne pozycjonowanie – manipulacja komponentami – precyzyjna montaż – kontrola jakości”. Poniżej przedstawiono ustandaryzowany, krok po kroku opis zgodny z rzeczywistą logiką produkcji przemysłowej:

1. Przygotowania wstępne:

· Czyszczenie i pozycjonowanie płyty PCB Robot otrzymuje płytkę PCB za pośrednictwem modułu automatycznego załadowania. Najpierw odbywa się czyszczenie plazmowe lub usuwanie kurzu szczotką, aby usunąć olej i kurz z powierzchni lutowniczych. Następnie płytka PCB jest mocowana na nośniku, a jej układ współrzędnych kalibrowany przy użyciu wizyjnego rozpoznawania punktów odniesienia w celu zapewnienia dokładności odniesienia montażowego.

· Ustawienie parametrów i import programu: Na podstawie dokumentacji projektowej płytki PCB do systemu sterowania importowane są parametry takie jak współrzędne elementów, wymiary obudów oraz kolejność montażu. Robot ustala swoją ścieżkę ruchu poprzez programowanie off-line lub metodę teach-in, aby uniknąć ryzyka kolizji.

· Przygotowanie materiałów: Elementy montowane powierzchniowo są ładowane na taśmy transportowe, tacki lub stojaki rurkowe. Po potwierdzeniu przez moduł wykrywania materiału, że model i orientacja elementu są poprawne, przesyłane są one do stacji poboru robota.

2. Montaż rdzenia: Podnoszenie komponentów - Pozycjonowanie - Montaż

Krok 1: Podnoszenie komponentów Manipulator wyposażony jest w dyszę próżniową lub chwytak i automatycznie przełącza się na odpowiednie narzędzie w zależności od rozmiaru komponentu. Wykorzystuje system wizyjny do identyfikacji położenia i orientacji komponentów na stojaku oraz precyzyjnie je podnosi, unikając uszkodzeń lub upuszczenia komponentów.
Krok 2: Korekta orientacji komponentów Po podniesieniu komponenty przechodzą wtórną identyfikację za pomocą modułu inspekcji wizyjnej w celu skorygowania ewentualnego przesunięcia lub kąta obrotu, zapewniając dokładne dopasowanie pinów do pól na płytce PCB, szczególnie odpowiednie dla komponentów o wysokiej gęstości upakowania, takich jak BGA i QFP.
Krok 3: Precyzyjne montażowe Robot porusza się wzdłuż ustalonej trajektorii do odpowiedniej pozycji pola na płytce PCB i delikatnie umieszcza komponent lub wsuwa go w otwór pola. W procesie montażu powierzchniowego po zamocowaniu elementu na polu dysza próżniowa zwalnia ciśnienie. W procesie przewlekania ramię robota wspomaga pełne wciśnięcie wyprowadzeń komponentu, aby zapewnić dobry kontakt.
Krok czwarty: Spawanie i utwardzanie Dla montażu SMT zebrana płytka PCB jest transportowana do pieca lutowego, gdzie pasta lutownicza jest utwardzana w wysokiej temperaturze, zapewniając połączenie elektryczne pomiędzy komponentami a płytką PCB. Robot może być wyposażony w moduł lutowania on-line, umożliwiający wykonywanie lutowania falowego lub lutowania punktowego komponentów przewlekanych.

3. Kontrola jakości: Weryfikacja w czasie rzeczywistym i usuwanie wad

· Wizyjna kontrola online (AOI): Po złożeniu przez robota urządzenie inspekcyjne AOI automatycznie skanuje płytkę PCB, porównując ją ze standardowymi obrazami i wykrywając wady takie jak brakujące elementy, nieprawidłowe komponenty, niecentrowanie oraz zimne złącza lutownicze, z dokładnością inspekcji na poziomie mikronów.

· Testowanie właściwości elektrycznych: Za pomocą modułów testowania metodą matrycy igieł lub sondy latającej testowane są parametry elektryczne obwodu płytki PCB, takie jak przewodność i izolacja, eliminując ukryte uszkodzenia.

· Obsługa wad: Wykryte produkty wadliwe są automatycznie oznaczane i transportowane do stanowiska poprawek, podczas gdy produkty zgodne przechodzą do następnego procesu, realizując zautomatyzowany cykl zamknięty typu „złożenie-inspekcja-sortowanie”.

4. Procesy kolejne: Przetwarzanie produktu końcowego i śledzenie danych

• Czyszczenie i ochrona płytek PCB: Kwalifikowane produkty przechodzą proces usuwania pyłu i powlekania konformalnego, po którym następuje ponowna kontrola wizualna, aby upewnić się, że nie ma pozostałości zanieczyszczeń ani wad montażu.

• Automatyczne rozładowanie i pakowanie: Roboty wyjmują zebrane płytki PCB z uchwytów i starannie układają je partiami do pojemników lub linii transportowych, oczekując na kolejne procesy pakowania.

• Rejestracja danych i śledzenie: Parametry montażu są zbierane w całym procesie i synchronizowane z systemem MES w celu generowania raportów produkcyjnych, co zapewnia pełną śledzalność cyklu życia produktu oraz ułatwia optymalizację procesów i kontrolę jakości.