Sestava robotov

Pregled uporabe robotske sestave v industriji PCBA

Robotska sestava pomeni avtomatizacijo celotnega procesa PCBA ali ključnih operacij s pomočjo avtomatiziranih robotskih sistemov, ki zajemajo osnovne vidike, kot so postavljanje komponent, lotenje, testiranje, vstavljanje in pakiranje. Kot osrednji del inteligentne proizvodnje je robotska sestava postala ključna tehnološka podpora za podjetje Kingfield pri izboljševanju učinkovitosti proizvodnje PCBA, zagotavljanju doslednosti izdelkov in prilagoditvi potrebam visoko zmogljive proizvodnje. Njena uporaba sega skozi celoten življenjski cikel, od izdelave prototipov do serijske proizvodnje, ter spodbuja preobrazbo industrije PCBA iz »delovno intenzivne« v »tehnološko intenzivno«.

I. Osnovni scenariji uporabe robotske sestave PCBA

1. Visoko natančno montažo komponent

Robotizirana sestava se najpogosteje uporablja v procesu SMT, kjer spadajo jedrni sistemi, kot so avtomatizirani sistemi za postavljanje komponent in tiskanje lemeža. Pri visoko natančno pakiranih napravah, kot so ultra-majhne komponente, BGA in QFP, roboti dosežejo natančno postavitev s pomočjo tehnologije vizualnega pozicioniranja, pri čemer hitrost postavljanja presega 100.000 točk na uro, kar je znatno višje od ročne učinkovitosti. Rešitev je združljiva s potrebami Kingfielda po izdelavi visoko gostotnih tiskanih vezij, plošč Mini LED gonilnikov in drugih visoko razvijenih izdelkov, ter preprečuje težave, kot so napačna poravnava komponent, obrnjena ali izpuščena namestitev, hkrati pa znatno izboljšuje donosnost postavljanja.

2. Avtomatizirano varjenje in povezovanje

Robotizirano lutanje je ključni proces za zagotavljanje zanesljivosti električnih povezav na tiskanih vezjih (PCBA).

Glavne tehnologije vključujejo:

· Roboti za prelivno lemljenje: Ti omogočajo zalivanje komponent v serijah prek natančnih profilov nadzora temperature in tako preprečujejo težave, kot so hladni zvarni spoji, mostičenje in poškodbe zaradi pregrevanja, ki so pogoste pri ročnem zavarjanju.

· Roboti za selektivno valovno lemljenje: Ti natančno pršijo litino skozi programirljive šobe za komponente z vstavitvenimi vodovi, prilagodljivi so hibridni sestavi (SMT+THD) izdelkom PCBA ter izboljšujejo enotnost zavarjanja.

· Roboti za lasersko lemljenje: Uporabljajo se v visoko točnih in visoko zanesljivih scenarijih, imajo majhno cono toplotnega vpliva in so primerni za zalivanje majhnih zvarnih spojev ter komponent, občutljivih na toploto.

3. Avtomatizacija vstavljanja in sestavljanja

Za vstavitvene naprave, ki zahtevajo ročno vstavljanje, avtomatsko vstavljanje v robotski sestavni sistem dosežemo s kombinacijo robotskih rok in pritrdil.
Podpira fleksibilno preklapljanje med več vrstami naprav in se prilagaja zahtevam vstavljanja različnih izdelkov PCBA s pomočjo programirljive logike; rešuje težave, kot so nizka učinkovitost, visoka intenzivnost dela in poškodbe naprav zaradi neenakomernega pritiska pri ročnem vstavljanju ter je zlasti primeren za Kingfield v masovnih proizvodnih scenarijih, kot so industrijske nadzorne plošče in napajalne plošče.

4. Avtomatizirano testiranje in nadzor kakovosti

Globoko integracija tehnologij robotske sestave in pregleda omogoča zaprt zanki »sestava-pregled«:

· Robot za vizualni pregled: Samodejno prepoznava težave, kot so napačna postavitev, napake pri lotanju in manjkajoče komponente, s pomočjo algoritmov umetne inteligence za obdelavo slik. Hitrost pregleda je 5–10-krat višja kot pri ročnem pregledu, ob stopnji lažnih pozitivov manj kot 0,1 %;

· Robot za preizkus v tokokrogu (ICT): Samodejno izvaja preizkus električnih lastnosti tiskanih vezij (PCBA) ter podatke v realnem času pošilja v sistem MES za sledljivost kakovosti;

· Robot za rentgenski pregled: Za odkrivanje skritih napak na spajkah na spodnjih spajkah BGA, CSP in drugih paketiranih napravah uporablja rentgensko penetracijsko kontrolo, s čimer zagotavlja kakovost izdelkov z visoko zanesljivostjo.

5. Končno pakiranje in finalna sestava

V končnih fazah procesa PCBA robotska sestava opravlja operacije, kot so pakiranje ohišij, vstavljanje in odstranjevanje konektorjev ter lotenje kablov: Kolerativni roboti delujejo skupaj s človekom za izvedbo kompleksnih postopkov, kot sta sestava težkih ohišij in natančno lotenje kablov, pri čemer uravnava fleksibilnost in natančnost; prilagodljivost prilagoditvenim potrebam podjetja Kingfield, podpira hitro preklapljanje med več različicami in majhnimi serijami izdelkov ter skrajša cikle dostave izdelkov.

II. Ključne prednosti robotske sestave

1. Izboljšanje učinkovitosti: Preboj kritične točke ročne produktivnosti

Roboti lahko delujejo 24 ur na dan brez utrujenosti ali motenj zaradi čustev. Kapaciteta ene same robotske sestavne linije je 3- do 5-krat večja kot pri ročni proizvodnji. Pri velikih naročilih lahko sodelovanje več robotov omogoči »brezčloveško proizvodnjo«, kar bistveno skrajša proizvodni cikel in pomaga podjetju Kingfield hitro izpolniti strankeve zahteve po dobavi.

2. Zagotavljanje kakovosti: Varno izboljševanje enakomernosti izdelkov
Robotizirana sestava ponuja višjo ponovljivost in obratovalno stabilnost v primerjavi s sestavo s strani človeka, pri čemer se stopnje napak, kot so odstopanja pri nameščanju in napake pri lotkanju, omejijo na manj kot eno na milijon. S pomočjo digitalnega programiranja in fiksiranja parametrov zagotavlja popolno enakost proizvodnih standardov vsakega PCBA, kar jo posebej primerno počne za industrije z izjemno visokimi zahtevami glede zanesljivosti, kot so avtomobilska elektronika in medicinska oprema, s čimer okrepi ugled Kingfielda glede kakovosti.

3. Optimizacija stroškov: Dolgoročno zmanjšanje skupnih proizvodnih stroškov

Čeprav so začetni stroški naložbe v robote visoki, lahko na dolgi rok znatno zmanjšajo stroške:

• Stroški dela: Zmanjšanje odvisnosti od usposobljenih delavcev, kar zmanjša stroške najemanja, usposabljanja in upravljanja;

• Stroški izgub: Zmanjšanje poškodb komponent in odpisa tiskanih vezij zaradi ročnega delovanja, kar zmanjša stopnjo izgube materiala;

• Stroški upravljanja: Spremljanje podatkov o proizvodnji v realnem času prek sistema MES optimizira načrtovanje proizvodnje in zmanjša odvečno zmogljivost.

4. Prilagodljiva proizvodnja: prilagodljiva raznovrstnim in individualnim potrebam.

Moderne robotske sestavne sistemi omogočajo hitro programiranje in prenastavitev. Pri prilagojenem PCBA poslovanju Kingfield se lahko parametri proizvodne linije prilagodijo v 1–2 urah brez obsežnih sprememb opreme, kar omogoča učinkovito proizvodnjo naročil »majhna serija, več serij« ter izboljša odzivnost na trgu.

5. Nadgradnja varnosti: Zmanjševanje tveganj za varnost pri proizvodnji

Proizvodni proces PCBA vključuje potencialna tveganja, kot so lotkanje, visoke temperature in kemikalije. Robotska sestava lahko nadomesti človeško delo pri visokotveganih postopkih in zmanjša tveganje za poškodbe pri delu. Hkrati pa imajo sodelujoči roboti funkcijo zaznavanja trkov in lahko varno delujejo skupaj z ljudmi, kar uravnoveša učinkovitost proizvodnje in operativno varnost.

III. Tehnične značilnosti in uporabna vrednost sestave robota Kingfield

Na podlagi svojega tehnološkega znanja in potreb strank v industriji PCBA je podjetje Kingfield razvilo rešitev za »prilagojeno + inteligentno + integrirano« sestavo robotov:

• Prilagoditev po meri: Optimizacija parametrov sestavljanja robotov za prilagoditev značilnostim izdelkov PCBA v različnih panogah;

• Inteligentna integracija: Integracija AI vizualnega nadzora, sistema za upravljanje proizvodnje MES in tehnologije digitalnega dvojčka za doseg realnega spremljanja, sledljivosti podatkov in inteligentno optimizacijo proizvodnega procesa;

• Integrirana storitev: Ponujanje celotnega procesa storitev, od izbire robotov, namestitve proizvodne linije, programiranja in odpravljanja napak do vzdrževanja po prodaji, kar pomaga kupcem hitro uresničiti avtomatizirano proizvodnjo ter zmanjšati tehnične ovire. S poglobljeno uporabo tehnologije sestave robotov Kingfield dosegel dvojno izboljšanje proizvodne učinkovitosti in kakovosti izdelkov ter kupcem ponuja »učinkovite, zanesljive in prilagojene« rešitve PCBA, s čimer okrepi svojo jedrno konkurenčnost na področju visoko gostote, visoke zanesljivosti in prilagojenih rešitev PCBA ter spodbuja nadgradnjo inteligentne proizvodnje v industriji.

Korak po korak opis procesa robotske sestave tiskanih vezij

Robotizirana sestava PCB-ja je avtomatiziran proces, ki združuje natančno mehaniko, vizualno pozicioniranje in inteligentno krmiljenje. Njegovo jedro predstavlja zaprt zank: "natančno pozicioniranje – rokovanje s komponentami – natančna sestava – pregled kakovosti". Spodaj sledi standardiziran, korak za korakom opisan postopek, usklajen z dejansko logiko industrijske proizvodnje:

1. Začetna priprava:

· Čiščenje in pozicioniranje PCB: Robot prejme tiskano vezje (PCB) prek avtomatskega modula za nalaganje. Najprej se izvede plazemsko čiščenje ali odstranjevanje prahu s ščetko, da se odstranita olje in prah z lemilnih ploščic. Nato se PCB pritrdi na nosilec, koordinatni sistem PCB pa se kalibrira s prepoznavanjem referenčnih točk s pomočjo vizualnega sistema, da se zagotovi natančnost pri sestavljanju.

· Prednastavitev parametrov in uvoz programa: Na podlagi dokumentov oblikovanja tiskanega vezja se v nadzorni sistem uvozijo parametri, kot so koordinate komponent, specifikacije ohišij in zaporedje sestavljanja. Robot prednastavi svojo pot gibanja s pomočjo programskega načrta izven procesa ali učnega načina, da se izognemo tveganjem trkov.

· Priprava materiala: Komponente za površinsko montažo se naložijo na transportne trakove, plošče ali cevaste police. Ko modul za zaznavanje materiala potrdi, da sta model komponente in njena usmerjenost pravilna, se komponente dostavijo na postajo robotovega zajemanja.

2. Sestava jedra: Vzamek komponente - Pozicioniranje - Sestava

Korak 1: Vzamek komponente Robotska roka je opremljena z vakuumskim šobnikom ali prijemalom in samodejno preklopi na ustrezno orodje glede na velikost komponente. Uporablja sistemske vizije za določitev položaja in orientacije komponent na stojalu ter natančno pobere komponente, pri čemer se izogneta poškodbam ali padcu komponent.
Korak 2: Popravek orientacije komponente Po vzemu komponente ponovno preveri modul za vizualni pregled, ki odpravi morebitne odmike ali kotne odstopanje, s čimer zagotovi natančno poravnavo med kontakti in ploščicami na tiskanem vezju (PCB), kar je posebej primerno za visoko integrirane ohišja, kot so BGA in QFP.
Korak 3: Natančna sestava Robot se premika vzdolž prednastavljene poti do ustreznega položaja ploščice na tiskanem vezju in komponento gladko postavi ali vtakne v luknjo ploščice. Pri površinski montaži po pritrditvi komponente na ploščico vakuumsko šobo spusti tlak. Pri tehnologiji vstavljanja skozi luknje robotska roka pomaga pri popolnem vstavljanju pinov komponente, da zagotovi dober električni stik.
Korak 4: Varjenje in utrjevanje Za SMT sestav je sestavljeno tiskano vezje prevaženo v peč za ponovno taljenje, kjer se lemilni krem se utrdi pri visokih temperaturah, da se doseže električna povezava med komponentami in tiskanim vezjem. Robot lahko ima vgrajen modul za spletno lemljenje, s katerim izvede valovno lemljenje ali točkovno lemljenje komponent z vstavljanjem skozi luknje.

3. Kontrola kakovosti: Preverjanje v realnem času in odstranjevanje napak

· Spletni vizualni pregled (AOI): Po sestavi s strani robota avtomatska oprema za AOI preverjanje avtomatsko skenira tiskano vezno ploščo, jo primerja s standardnimi slikami ter prepozna napake, kot so manjkajoče komponente, napačne komponente, nepravilno poravnavo in hladne lotne spoje, kjer natančnost preverjanja dosega nivo mikronov.

· Testiranje električnih lastnosti: Preverjanje električnih parametrov vezja na tiskani vezni plošči, kot so prevodnost in izolacija, se izvaja prek modulov za testiranje z igelnim ležem ali letečim sondo, s čimer se odpravijo skrite napake.

· Obravnava napak: Izdelki z napakami, ki so bili zaznani, se avtomatsko označijo in prevažijo na popravno postojanko, medtem ko kvalificirani izdelki nadaljujejo v naslednji proces, kar omogoča avtomatiziran zaprt zanko 'sestava-preverjanje-razvrstitev'.

4. Nadaljnji procesi: Obdelava končnega izdelka in sledljivost podatkov

• Čiščenje in zaščita tiskane vezne plošče (PCB): Kvalificirani izdelki prehajajo odstranjevanje prahu in konformno prevleko, nato pa še vizualni ponovni pregled, da se zagotovi odsotnost ostankov nečistoć ali napak pri sestavljanju.

• Avtomatizirano raztovarjanje in pakiranje: Roboti odstranijo sestavljene tiskane vezije iz nosilcev in jih urejeno skupinsko skladiščijo v zabojnike ali transportne trakove za nadaljnje postopke pakiranja.

• Snemanje podatkov in sledljivost: Parametri sestavljanja se zbirajo v celotnem procesu in sinhronizirajo s sistemom MES za ustvarjanje proizvodnih poročil, kar omogoča popolno sledljivost življenjske dobe izdelka ter olajša optimizacijo procesov in nadzor kakovosti.