Zmontáž robotov

Prehľad aplikácií robotickej montáže v odvetví PCBA

Robotická montáž označuje automatizáciu celého procesu PCBA alebo kľúčových operácií prostredníctvom automatizovaných robotických systémov, ktoré zahŕňajú základné aspekty ako umiestňovanie súčiastok, spájkovanie, testovanie, vkladanie a balenie. Ako kľúčová súčasť inteligentnej výroby sa robotická montáž stala dôležitou technologickou podporou pre spoločnosť Kingfield pri zvyšovaní efektivity výroby PCBA, zabezpečovaní konzistencie produktov a prispôsobení sa požiadavkám vysokošpecializovanej výroby. Jej uplatnenie zahŕňa celý životný cyklus od prototypovania až po sériovú výrobu a podporuje transformáciu odvetvia PCBA z „prácenaáročného“ na „technologicky náročné“.

I. Kľúčové aplikačné scenáre robotickej montáže PCBA

1. Montáž súčiastok s vysokou presnosťou

Robotická montáž sa najčastejšie používa v procese SMT, pričom kľúčové zariadenia zahŕňajú automatizované systémy, ako sú umiestňovacie stroje a tlačiarne pasty na spájkovanie. U zariadení s vysokou presnosťou, ako sú ultra-malé komponenty, BGA a QFP, roboty dosahujú presné umiestňovanie pomocou technológie vizuálneho pozicionovania, pričom rýchlosť umiestňovania dosahuje viac ako 100 000 bodov za hodinu, čo výrazne prevyšuje ručnú efektivitu. Tento proces je kompatibilný s výrobnými požiadavkami spoločnosti Kingfield na vysokohustotné dosky plošných spojov, ovládacie dosky pre Mini LED a iné náročné výrobky, zabraňuje problémom, ako je nesprávne zarovnanie súčiastok, opačné alebo chýbajúce umiestnenie spôsobené ručným umiestňovaním, a výrazne zvyšuje výťažok pri umiestňovaní.

2. Automatizované zváranie a prepojovanie

Robotické spájkovanie je kľúčovým procesom na zabezpečenie spoľahlivosti elektrických spojení na doskách plošných spojov (PCBA).

Medzi najrozšírenejšie technológie patria:

· Roboty pre spájkovanie reflow: Tieto zabezpečujú spájkovanie súčiastok vo várke prostredníctvom presných profilov riadenia teploty, čím sa vyhýbajú problémom, ako sú studené spájky, premostenie alebo poškodenie prehriatím, ktoré sú bežné pri ručnom spájkovaní.

· Roboty pre selektívne vlnové spájkovanie: Tieto roboty presne nanášajú spájku cez programovateľné trysky pre prechodové komponenty, prispôsobujú sa hybridnej montáži (SMT+THD) produktov PCBA a zlepšujú konzistenciu spájkovania.

· Roboty pre laserové spájkovanie: Používajú sa v oblastiach vysokej presnosti a spoľahlivosti, majú malú tepelne ovplyvnenú zónu a sú vhodné na spájkovanie malých spájkov a komponentov citlivých na teplo.

3. Automatizácia vkladania a montáže

Pre prechodové zariadenia, ktoré vyžadujú ručné vkladanie, dosahuje robotický montážny systém automatizované vkladanie kombináciou robotických ramien a prípravkov:
Podporuje flexibilné prepínanie medzi viacerými typmi zariadení a prispôsobuje sa požiadavkám na vkladanie rôznych PCBA produktov prostredníctvom programovateľnej logiky; Rieši problémy, ako je nízka efektivita, vysoká pracovná náročnosť a poškodenie zariadení spôsobené nerovnomernou silou pri ručnom vkladaní, a je obzvlášť vhodné pre Kingfield v scenároch sériovej výroby, ako sú riadiace dosky a napájacie dosky.

4. Automatizované testovanie a kontrola kvality

Hlboká integrácia technológií robotického montáže a kontroly tvorí uzavretú slučku „montáž – kontrola“:

· Robot pre vizuálnu kontrolu: Automaticky identifikuje problémy, ako sú nesprávne umiestnenie, chyby pri spájkovaní a chýbajúce komponenty, pomocou algoritmov umelej inteligencie pre vizuálnu kontrolu. Rýchlosť kontroly je 5–10-krát vyššia ako pri ručnej kontrole, pričom rýchlosť falošných pozitívnych výsledkov je nižšia ako 0,1 %;

· Robot pre in-circuit testovanie (ICT): Automaticky vykonáva testovanie elektrického výkonu dosiek PCB a nahráva údaje v reálnom čase do systému MES pre sledovateľnosť kvality;

· Robot pre röntgenovú kontrolu: Detekuje skryté chyby spájok na spodných spojoch BGA, CSP a iných zabalených súčiastkach pomocou röntgenovej prenikajúcej kontroly, čím zabezpečuje kvalitu vysoko spoľahlivých výrobkov.

5. Zadné balenie a konečná montáž

V zadných procesoch PCBA je robotická montáž zodpovedná za operácie, ako je balenie do puzdra, vkladanie a odstraňovanie konektorov a spájkovanie káblov: Spolupracujúce roboty pracujú spoločne s ľuďmi na dokončení komplexných procesov, ako je montáž ťažkých puzdier a presné spájkovanie káblov, pričom vyvažujú flexibilitu a presnosť; prispôsobenie sa špecifickým potrebám spoločnosti Kingfield, podpora rýchleho prepínania viacerých druhov a malých sérií výrobkov a skracovanie dodacích lehôt výrobkov.

II. Kľúčové výhody robotického montážneho systému

1. Zvýšenie efektivity: Prelomenie úzkeho hrdla ručnej produktivity

Roboty môžu pracovať 24 hodín denne bez únavy alebo emocionálnych vplyvov. Kapacita jedného robotického montážneho pásu je 3 až 5-krát vyššia ako u ručnej výrobnej linky. Pri hromadných objednávkach možno dosiahnuť „nevýrobu s prítomnosťou ľudí“ prostredníctvom spolupráce viacerých robotov, čo výrazne skracuje výrobný cyklus a pomáha spoločnosti Kingfield rýchlo reagovať na požiadavky zákazníkov týkajúce sa dodávok.

2. Zabezpečenie kvality: Kontinuálne zvyšovanie konzistencie výrobkov
Robotizovaná montáž sa vyznačuje vyššou opakovateľnosťou a prevádzkovou stabilitou v porovnaní s ručnou montážou, pričom podiel chýb, ako sú odchýlky pri umiestňovaní a chyby spájkovania, je obmedzený na menej ako jednu chybu na milión. Prostredníctvom digitálneho programovania a fixácie parametrov zabezpečuje úplnú konzistenciu výrobných štandardov každej PCBA dosky, čo ju robí obzvlášť vhodnou pre odvetvia s extrémne vysokými požiadavkami na spoľahlivosť, ako sú automobilová elektronika a lekársky prístrojový park, čím posilňuje povesť Kingfielda v oblasti kvality.

3. Optimalizácia nákladov: Dlhodobé zníženie celkových výrobných nákladov

Hoci počiatočná investícia do robotov je vysoká, dlhodobo môžu výrazne znížiť náklady:

• Náklady na pracovnú silu: Zníženie závislosti od kvalifikovaných pracovníkov, čím sa znížia náklady na nábor, školenie a riadenie personálu;

• Náklady na straty: Zníženie poškodenia súčiastok a odpadu dosiek PCB spôsobeného ručnou manipuláciou, čo vedie k nižšej miere strát materiálu;

• Náklady na správu: Real-time monitorovanie výrobných dát prostredníctvom systému MES optimalizuje plánovanie výroby a znižuje plytvanie kapacitami.

4. Flexibilná výroba: prispôsobivá rôznorodým a individuálnym požiadavkám.

Moderné robotické montážne systémy podporujú rýchle programovanie a prestavbu. Pre firmu Kingfield a jej individuálne PCBA objednávky je možné upraviť parametre výrobnej linky do 1–2 hodín bez rozsiahlych úprav zariadení, čo umožňuje efektívnu výrobu objednávok typu „malá séria, viacero šarží“ a zvyšuje reakčnú schopnosť na trhu.

5. Zvýšenie bezpečnosti: zníženie rizík výrobnej bezpečnosti

Výrobný proces PCBA zahŕňa potenciálne riziká ako spájkovanie, vysoké teploty a chemikálie. Robotická montáž môže nahradiť ľudskú prácu pri vysokej rizikovosti a znížiť nebezpečenstvo pracovných úrazov. Súčasne majú spolupracujúce roboty funkciu detekcie kolízie a môžu bezpečne pracovať spolu s ľuďmi, čím sa dosahuje rovnováha medzi výrobnou efektívnosťou a prevádzkovou bezpečnosťou.

III. Technické vlastnosti a aplikačná hodnota zostavenia robotov Kingfield

Na základe svojich technologických odborných znalostí a potrieb zákazníkov v odvetví PCBA spoločnosť Kingfield vyvinula riešenie pre zostavovanie robotov typu „prispôsobené + inteligentné + integrované“:

• Prispôsobená adaptácia: Optimalizácia parametrov zostavovania robotov tak, aby vyhovovali charakteristikám produktov PCBA v rôznych odvetviach;

• Inteligentná integrácia: Integrácia AI vizuálnej kontroly, systému riadenia výroby MES a technológie digitálneho dvojčaťa umožňuje reálny dohľad, stopovateľnosť dát a inteligentnú optimalizáciu výrobného procesu;

• Komplexná služba: Poskytovanie komplexných služieb od výberu robota, nastavenia výrobnej linky, programovania a ladenia až po následnú údržbu, čím pomáhame zákazníkom rýchlo zaviesť automatizovanú výrobu a znížiť technické bariéry. Hlbokým využívaním technológie robotického montážneho zariadenia spoločnosť Kingfield nielen dosahuje dvojnásobný pokrok vo výrobnej efektivite a kvalite produktov, ale poskytuje zákazníkom „efektívne, spoľahlivé a prispôsobené“ riešenia pre PCBA, posilňuje svoju kľúčovú konkurencieschopnosť v oblasti vysokej hustoty, vysokého spoľahlivosti a prispôsobených riešení PCBA a podporuje inteligentnú výrobnú modernizáciu odvetvia.

Postupný prehľad procesu montáže dosiek PCB pomocou robota

Robotická montáž dosiek plošných spojov je automatizovaný proces, ktorý integruje presnú mechaniku, vizuálne polohovanie a inteligentnú kontrolu. Jeho jadro tvorí uzavretá slučka „presné polohovanie – manipulácia s komponentmi – presná montáž – kontrola kvality“. Nasleduje štandardizovaný, postupný rozbor zodpovedajúci logickej štruktúre skutočnej priemyselnej výroby:

1. Prípravné práce:

· Čistenie a polohovanie dosky PCB: Robot prijíma dosku PCB cez automatický modul načítania. Najprv prechádza plazmovým čistením alebo odstránením prachu štetom, aby sa odstrášlo olej a prach zo spájkovacích plôch. Potom je doska PCB upevnená na nosiči a súradnicový systém dosky PCB je kalibrovaný pomocou vizuálneho rozpoznania referenčných bodov, aby sa zabezpečila presnosť referencie pri montáži.

· Predvoľba parametrov a import programu: Na základe dokumentov dizajnu dosky PCB sa parametre ako súradnice súčiastok, špecifikácie balenia a postup montáže importujú do kontrolného systému. Robot predvolí svoju pohybovú dráhu prostredníctvom offline programovania alebo režimu učenia, aby sa predišlo riziku kolízií.

· Príprava materiálu: Súčiastky pre povrchovú montáž sú naložené na dopravné pásy, do palet alebo na trubicové regály. Po potvrdení správneho modelu a orientácie súčiastok prostredníctvom modulu na detekciu materiálu sú súčiastky dopravené na stanovište pre robot pre ich zdvihnutie.

2. Základná zostava: Vyzdvihnutie súčiastok – Pozícionovanie – Zmontovanie

Krok 1: Vyzdvihnutie súčiastok Robotické rameno je vybavené vysávacou tryskou alebo upínačom a automaticky prepne na vhodný nástroj podľa veľkosti súčiastky. Používa víziový systém na identifikáciu polohy a orientácie súčiastok na držiaku a presne ich vyzdvihne, čím sa predíde poškodeniu alebo spadnutiu súčiastok.
Krok 2: Korekcia orientácie súčiastok Po vyzdvihnutí prejdú súčiastky sekundárnou identifikáciou pomocou modulu víziovej kontroly, ktorá opraví akýkoľvek posun alebo uhol rotácie, čím sa zabezpečí presné zarovnanie medzi vývodmi a ploškami na DPS, najmä vhodné pre súčiastky s vysokou hustotou zapuzdrenia, ako sú BGA a QFP.
Krok 3: Presná montáž Robot sa pohybuje pozdĺž prednastavenej dráhy na zodpovedajúcu pozíciu plošky na DPS a komponent jemne umiestni alebo vsunie do otvoru plošky. Pri povrchovej montáži, po pripevnení komponentu na plošku, vysávací tryska uvoľní tlak. Pri technológii preliezania otvorov robotické rameno pomáha úplne vsunúť vývody komponentu, aby sa zabezpečil dobrý kontakt.
Krok 4: Zváranie a tuhnutie Pre SMT montáž sa zostavená DPS prepraví do reflow pece, kde sa cínová pasta vytvrdzuje pri vysokých teplotách, čím sa dosiahne elektrické spojenie medzi komponentmi a DPS. Robot môže byť vybavený online modulom na spájkovanie, ktorý umožňuje vykonať vlnové spájkovanie alebo bodové spájkovanie komponentov preliezajúcich otvory.

3. Kontrola kvality: Previerka v reálnom čase a odstránenie chýb

· Online vizuálna kontrola (AOI): Po montáži robota automaticky skenuje kontrolné zariadenie AOI dosku PCB, porovnáva ju so štandardnými obrázkami a identifikuje chyby ako chýbajúce súčiastky, nesprávne súčiastky, nesúosnosť a studené spáje, pričom presnosť kontroly siaha na úroveň mikrometrov.

· Testovanie elektrických vlastností: Prostredníctvom testovacích modulov typu bed-of-needle alebo lietajúcej sondy sa testujú elektrické parametre obvodu dosky PCB, ako je vodivosť a izolácia, čím sa eliminujú skryté poruchy.

· Spracovanie chýb: Chybné výrobky sú automaticky označené a prepravené na stanicu opráv, kým kvalifikované výrobky postupujú do nasledujúceho procesu, čo umožňuje automatizovaný uzavretý cyklus „montáž-kontrola-triedenie“.

4. Následné procesy: Úprava hotového výrobku a dátová stopovateľnosť

• Čistenie a ochrana dosky PCB: Kvalifikované výrobky prechádzajú odstraňovaním prachu a konformným povlakom, po ktorom nasleduje vizuálna opätovná kontrola, aby sa zabezpečilo žiadne zvyškové nečistoty ani chyby pri montáži.

• Automatické vykládanie a balenie: Roboty odstraňujú namontované dosky plošných spojov z nosníkov a pekne ich zoskupujú do zásobníkov alebo na dopravníky, kde čakajú na následné balenie.

• Záznam dát a stopovateľnosť: Parametre montáže sú po celom procese zbierané a synchronizované do systému MES, čím sa generujú výrobné správy, ktoré podporujú stopovateľnosť celého životného cyklu výrobku a uľahčujú optimalizáciu procesov a kontrolu kvality.