Cómo seleccionar una máquina de selección y colocación

Cómo seleccionar una máquina de selección y colocación

Una máquina de Pick and Place es el segundo paso en una operación de ensamblaje de flujo, colocación y reflujo. La función “Colocar” sigue a la función “pegar con soldadura” (impresora de plantillas). La operación 'lugar' selecciona y entrega un componente sobre el tablero y lo coloca en su posición. La forma más simple de operación de selección y colocación es a mano, es decir, recoger manualmente un componente de un contenedor y, con la ayuda de un par de pinzas y una lupa, colocarlo en el tablero y completar la operación con una mano sostenido soldador.

Este método funciona bien si solo haces tablas ocasionales. Otras cosas a considerar, el tamaño de los componentes (grandes o pequeños), afectan el tiempo requerido para colocar y soldar a mano. Los componentes de tono fino son otro problema, donde se requiere más precisión y exactitud, y el factor humano entra en juego. El trabajo se vuelve más tedioso y lento.

Primero, nos centraremos en los sistemas manuales asistidos por máquina para los usuarios interesados en pasar de un par de tableros al día a volúmenes de producción mucho más altos. Los sistemas totalmente automáticos son lo suficientemente complejos como para que los cubramos por separado.

VOLUMEN DE PRODUCCIÓN

Comencemos por abordar los rangos de producción para varios tipos de sistemas manuales asistidos por máquina. A efectos de comparación, dado que todas las placas de circuito varían en tamaño y complejidad, hablaremos de volúmenes en términos de componentes por hora o CPH. Esto le ayudará a decidir qué nivel de automatización necesitará.

En el lado muy bajo de la escala, utilizando un sistema manual manual, el único gasto son las herramientas manuales adecuadas para la colocación manual no asistida por la máquina. En el extremo superior del espectro, estas máquinas a menudo son modulares o personalizadas para el funcionamiento sin supervisión de alta velocidad. Los compradores en este mercado probablemente están buscando más en el ROI que el costo inicial.

Fig. 1: Ejemplo de reposacabezas manual y apoyabrazos

Sistemas manuales y semiautomáticos.

Un sistema de selección y colocación manual es deseable para operaciones pequeñas y en crecimiento que necesitan aumentar sus volúmenes de producción de mano de manera incremental al mismo tiempo que mejora la calidad, lo que reduce el retrabajo o los rechazos; sin embargo, la precisión de la colocación todavía está limitada por la capacidad del operador. Los beneficios de un sistema manual asistido por máquina incluyen:

• Menos fatiga del operador

• Menos errores de colocación.

• Mejor control

• Mayor rendimiento, menos retrabajo.

Un sistema manual asistido por máquina puede equiparse con características tales como una tabla de indexación XY con cabezal de recogida de vacío o pluma; fijación ergonómica para ayudar a aliviar la fatiga del operador; y fijación adicional para posicionamiento rotation (rotación) y Z (altura) además de X e Y.

Fig 2: bandejas de componentes y alimentadores

Algunas máquinas ofrecen un dispensador de pasta de soldadura líquida opcional, que se aplica justo antes de colocar el componente en la placa si no se ha utilizado una impresora de plantillas. Las opciones adicionales incluyen:

• Bandejas de manejo de componentes

• Dispensador de líquidos

• Alimentadores de cinta

• Bastidores de alimentación

• Opción de asistencia de visión

• Stands Opcionales

En la mayoría de los casos, los sistemas manuales asistidos por máquina se pueden comprar solo con las necesidades básicas, y las opciones deseables se pueden agregar más adelante a medida que se necesiten.

Fig 3: Una máquina manual asistida por visión.

Sistemas semiautomaticos

Hoy en día hay muy pocas máquinas semiautomáticas que se están fabricando debido a la creciente asequibilidad de algunos de los sistemas más automatizados del mercado. Fueron introducidos originalmente en un momento en que el salto de los sistemas manuales a los totalmente automáticos era demasiado prohibitivo y estaba disponible con algunas características para ayudar a la operación manual.

Las máquinas de selección y colocación semiautomáticas, que se conocen más correctamente como sistemas “manuales mejorados”, suelen incluir una interfaz de computadora con un sistema de visión que muestra dónde van los componentes, pero la ubicación en sí misma se realiza manualmente. Este tipo de máquina ayuda al operador a colocar los componentes de paso ultra fino con mayor precisión para aplicaciones de bajo volumen, una operación que es muy difícil de realizar utilizando una máquina manual simple asistida por máquina.

Facilidad de uso

La mayoría de las máquinas pick and place manejarán una variedad bastante amplia de tamaños de tablas, con una mesa de trabajo diseñada para acomodar tablas de hasta 16 "x 24". También hay una facilidad de control sobre los componentes, lo que ayuda en la precisión, junto con una simple curva de aprendizaje. En la mayoría de los casos, no se requiere entrenamiento.

No pase por alto los requisitos eléctricos. Asegúrese de que la máquina que compre se pueda conectar y usar en su entorno sin necesidad de conectar un nuevo cableado o planear un adaptador / transformador.

MAQUINAS AUTOMÁTICAS DE PICK Y PLACE

Comenzaremos hablando de dos aspectos de la capacidad de la máquina: la precisión y la repetición, y los métodos de centrado Pick and Place.

EXACTITUD Y REPETIBILIDAD

Para las máquinas de producción, generalmente recomendamos buscar una máquina con una precisión de +/- .001 ”y una capacidad de paso gradual de 12 mil en una base repetida. Las máquinas menos costosas a menudo no cumplen con esta especificación, así que eso es algo a tener en cuenta.

La mayoría de las máquinas de bajo costo tampoco incluirán una computadora o software que pueda ayudar con los aspectos de repetibilidad, si no la precisión. Mientras que algunos pueden ofrecer tecnología mejorada, la mayoría no lo hace.

MÉTODOS DE CENTRO DE RECOGIDA Y LUGAR

Hay cuatro (4) métodos para recoger y colocar:

• Sin mecanismo de centrado

• Centrado laser

• Mecánica (mandíbulas)

• Centrado de la vision

1. Método 1: Ningún mecanismo de centrado que no sea el punto de recogida del componente para la colocación. En otras palabras, la pieza no está centrada físicamente después de ser recogida por el cabezal de la herramienta, y si se la escoge descentrada en la herramienta, estará descentrada cuando se coloque en el tablero. Obviamente, este no es un método de colocación muy preciso porque no hay una tolerancia definible. Puede esperar encontrar este método utilizado por aficionados o instructores, pero ciertamente no en ningún tipo de entorno de producción de precisión. Tampoco hay muchas opciones disponibles, y la fiabilidad a largo plazo es cuestionable.

• a. Pros: bajo costo.

• segundo. Contras: baja precisión, repetibilidad y fiabilidad a largo plazo, sin opciones, o piezas de repuesto.

• do. Rango de tamaño: No hay tolerancias definibles

Fig 4: Centrado mecánico.

2. Método 2: mandíbulas o dedos de centrado mecánico En este método, el componente se levanta y se mueve a su posición central en los ejes X e Y en el cabezal de recogida. Normalmente, este método es fácil de configurar y repetible con una precisión de +/-. 001 ". Este método de centrado se encuentra generalmente en máquinas de rango bajo a medio.

• a. Pros: Fácil de aprender y configurar; repetible uno de los métodos más rápidos disponibles actualmente; un verdadero sistema “sobre la marcha”; bajo costo.

• segundo. Contras: toca físicamente el componente que puede no ser apropiado para ciertos tipos de piezas, especialmente aquellas con conductores delicados.

• do. Rango de tamaño: 0201 paquetes hasta 35 mm cuadrados.

3. Método 3: centrado por láser En este método, el componente se recoge en línea con un rayo láser que detecta la posición central del componente en el cabezal de la herramienta y recalcula el punto cero de la pieza según su posición en los ejes X, Y y Posición de rotación con respecto a la cabeza para una colocación precisa en el tablero.

Fig. 5: Escuadrado mecánico (versión anterior)

• a. Pros: sin contacto; sobre la marcha (similar al método mecánico).

• segundo. Contras: Es menos confiable. Existen limitaciones en cuanto a los tipos de piezas que puede manejar, como componentes muy delgados (si es un .050 delgado, es posible que deban reiniciarse debido a variaciones en las piezas, incluso del mismo proveedor); requiere un tiempo de configuración más largo, ya que se debe definir el eje Z (espesor de la pieza); Más costoso que el centrado mecánico, pero más o menos lo mismo que la visión.

• do. Rango de tamaño: no puede centrar piezas por debajo de 0402 paquetes o más de 35 mm cuadrados.

4. Método 4: Centrado de la visión Aquí, hay dos tipos, Look-Down y Look-Up. La vista hacia abajo verá la parte superior del componente antes de levantarlo para su ubicación de recogida. Luego calcula su centro, lo compara con su archivo de imagen de la base de datos almacenada, luego recoge el componente y lo transporta a su posición en el tablero.

• a. Pros: Verdadero centrado sin contacto; puede manejar componentes de forma irregular y delicados; La ubicación de Look-Down Vision Centering es precisa para +/-. 004 ".

• segundo. Contras: Normalmente, los tiempos de configuración son más largos debido a la necesidad de enseñar al sistema de visión cómo identificar las imágenes de las piezas que se almacenan en la base de datos de la máquina; un método más lento de centrado debido al segmento de tiempo requerido para el procesamiento; La visión es más costosa que el método mecánico; para la vista de Look-Down, la parte puede moverse desde su punto de recogida hasta su ubicación en el tablero.

• do. Rango de tallas: 0402 - 15 mm

Fig. 6: Centrado de la vista y de la mirada hacia abajo.

El método Look-Up Vision es el método de centrado más preciso disponible. El componente se levanta primero del área de recolección, se mueve a una estación de cámara que mira la parte inferior del componente y calcula su posición central.

• a. Pros: Verdadero centrado sin contacto, maneja componentes delicados; Precisa hasta +/- .001 "capacidad de posicionamiento

• segundo. Contras: Por lo general, un tiempo de configuración más largo debido a la necesidad de enseñar al sistema de visión cómo identificar la imagen, almacenada en la base de datos de la máquina; un método más lento de centrado debido al tiempo de procesamiento; La visión es más costosa que el método mecánico.

• do. Rango de tamaño: 01005 - 50 mm (se puede ver más pequeño y más detalles)

El método de recogida y centrado que elija tendrá una gran influencia en la calidad y la velocidad de sus necesidades de producción, junto con la forma de relacionar esta precisión con la máquina. Pero, eso es solo el comienzo.

Al igual que con cualquier máquina compleja, habrá compensaciones entre el costo y las capacidades, algunas de las cuales se relacionan específicamente con la precisión y el rendimiento de la producción. Nos ocuparemos a continuación:

1. Métodos de posicionamiento mecánico

2. Construcción de máquinas

3. Dispensador de fluidos de pasta de soldadura

4. Alimentadores de componentes

Para revisar, al iniciar el proceso de evaluación, hay dos factores definitorios a tener en cuenta que determinan qué categoría se ajusta a las necesidades de su máquina. El primer factor principal es CPH (componentes por hora) y el factor secundario es la capacidad de la máquina. Si bien es constructivo comenzar por entender cómo las tasas de producción afectan el tipo y el rendimiento de una máquina de pick-and-place, consulte los dos capítulos anteriores para esos rangos.

La capacidad de la máquina es el segundo factor definitorio para ayudar a elegir la máquina de selección y colocación automática correcta para sus necesidades. En este capítulo, abordaremos tres aspectos de la capacidad de la máquina que tienen un impacto directo en la calidad final de la placa y el rendimiento de producción.

SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO DE COMPONENTES

Fig. 7: tira de recogida de componentes

Después de que cada componente es recogido y centrado en la herramienta por uno de los métodos descritos en el capítulo anterior, debe colocarse con precisión en el tablero, en una posición XY. Hay tres métodos comúnmente utilizados para el posicionamiento:

• Posicionamiento sin sistema de retroalimentación (sistema de bucle abierto)

• Posicionamiento con encoders rotativos (sistema de circuito cerrado).

• Posicionamiento con encoders lineales (sistema de bucle cerrado).

Método 1: sin lazo de retroalimentación de posicionamiento En este sistema, el motor conduce la parte a una ubicación en la placa definida en el programa por el número de pasos en cada eje XY, pero no hay manera de saber si realmente termina en la derecha lugar. Estos sistemas utilizan motores paso a paso para el posicionamiento.

• a. Pros: bajo costo

• segundo. Contras: precisión poco fiable; No recomendado para producciones de alta calidad.

Método 2: posicionamiento con codificador rotatorio En este método, un codificador se monta directamente en el eje del motor y entrega retroalimentación de posición al sistema de control; sin embargo, solo informa la posición del motor y no la posición real del eje xy. Esto depende del resto de los componentes mecánicos que conforman la máquina. Estas máquinas pueden utilizar motores paso a paso o servo. (y usualmente asociado con el costo)

• do. Pros: bajo costo; Este sistema es ampliamente utilizado en máquinas de nivel de entrada.

• re. Contras: precisión de posicionamiento típica de +/- .005 "

Método 3: Posicionamiento con encoder lineal En este método, las escalas lineales se montan en la tabla de ejes XY de la máquina y se monta un encoder en la viga móvil que transportará los componentes. Este método informará su posición real al sistema de control y hará correcciones a la posición programada, si es necesario, dentro de unos pocos micrones de la ubicación real de X e Y para la ubicación del componente (que generalmente es de 12,800 incrementos, o pasos, para cada uno). pulgada de viaje). Las mejores máquinas de esta categoría utilizan servomotores.

• mi. Pros: Muy alta precisión, hasta dentro de +/- .0005 ”; muy repetible

• F. Contras: más costoso, pero necesario para una producción de alto valor.

NOTA: La calidad del codificador (el sensor de realimentación de posición), es un elemento importante en todo el sistema y afecta la precisión.

Fig 8: Construcción completamente soldada.

Construcción de maquinas

Al seleccionar una máquina de pick-and-place, debe tener en cuenta que su construcción determinará su alcance y huella de CPH efectivos, incluidas las consideraciones sobre la cantidad de alimentadores de componentes que puede acomodar.

1. Acero completamente soldado: la máquina más precisa tendrá un bastidor construido con un tubo de acero estructural soldado sólido. Esto proporciona la estabilidad significativa necesaria para el posicionamiento preciso y el movimiento a alta velocidad de los ejes X e Y. Este método de construcción se recomienda para CUALQUIER entorno de producción, y permanecerá estable sin requerir una calibración continua.

2. Marco atornillado: el marco de chapa de aluminio extruido o conformado vendrá con una precisión inicial más baja que un marco soldado y deberá correr más lentamente porque no puede manejar los rápidos cambios de inercia del movimiento del eje X - Y. Además, es probable que salga de calibración con frecuencia, lo que tendrá un impacto negativo en el tiempo de trabajo, el tiempo de inactividad y el rendimiento. (Un menor costo generalmente refleja una construcción más débil).

PASTA DE SOLDADURA / DISPENSACIÓN DE FLUIDOS

Cualquier máquina de recoger y colocar debe ser capaz de ofrecer sistemas de dispensación de fluidos. Los líquidos más comunes incluyen pastas para soldar, adhesivos, lubricantes, epoxis, flujos, pegamentos, selladores y más. Esta es una opción valiosa cuando se crean prototipos o conjuntos de PCB únicos que no garantizan el costo de una plantilla o lámina de impresora dedicada.

Fig 9: Plataforma de trabajo con alimentadores de componentes.

ALIMENTADORES DE COMPONENTES

Si la producción de la máquina se dedica a una pequeña cantidad de componentes y tipo de trabajo, es muy fácil identificar la cantidad y el tipo de alimentadores. Sin embargo, ese no suele ser el caso de los talleres de ensamblaje por contrato, ya que no saben qué tipo de placa y cuántos componentes diferentes requerirá el próximo trabajo. Algunos fabricantes de equipos originales también necesitan flexibilidad para una amplia gama de configuraciones de placas, especialmente si pretenden utilizar la misma máquina para prototipos y varias placas de producción diferentes. Por lo tanto, es útil en esos casos considerar una máquina con el mayor número de posiciones de alimentador y opciones que puedan adaptarse al espacio que su espacio puede manejar.

Los tipos de alimentadores incluyen:

1. Los sujetadores de tiras de corte suelen asociarse con el mundo de bajo volumen.

2. Los soportes de bandeja de matriz se utilizan para componentes que no están disponibles en la cinta.

3. Los alimentadores de tubos dispensan los componentes suministrados en los tubos.

4. Los alimentadores eléctricos de cinta (y bobinas) suelen ser más costosos inicialmente, pero ofrecen la mejor inversión a largo plazo. Los alimentadores de cinta eléctricos están disponibles como unidades individuales en una variedad de tamaños, y cubren el rango de 0201 componentes de hasta 56 mm de componentes grandes. Muchos fabricantes ahora ofrecen un alimentador múltiple (conocido como alimentador de banco). Están disponibles para cintas de 8 mm y pueden venir con hasta doce líneas de alimentación de 8 mm por unidad.

Fig 10: alimentador de cinta

Como los componentes están empaquetados en muchas formas, por ejemplo, componentes discretos en cinta, paquetes cuádruples, bandejas de matriz, tubos, tiras cortadas, etc., su elección de alimentadores dependerá de su producción pero también de cualquier restricción de tamaño que pueda tener. Un buen punto de partida es comprar la mayor cantidad de alimentadores que pueda obtener en la huella que tiene disponible.

SOFTWARE

Al considerar la compra de una máquina Pick and Place, una de las consideraciones más importantes es la interfaz del software. Hay tres objetivos principales de un buen sistema operativo para usuarios en el rango de volumen bajo a medio, definido como hasta 8,000 CPH:

1. Maximizando la facilidad de uso

2. Proporcionando amplia flexibilidad

3. Optimizando el rendimiento

Fig 11: Placa de sujeción de tierra de la máquina

Facilidad de uso

Debido a que las operaciones de ensamblaje de pequeño a mediano volumen deben cambiar los proyectos a menudo, la facilidad de configuración y uso es un factor mucho más importante que en las operaciones de gran volumen, donde una única configuración puede manejar una serie de cientos de miles de componentes. El ensamblador del taller debe ser lo suficientemente ágil para cambiar entre una amplia gama de tamaños de tableros y selecciones de componentes rápidamente para satisfacer una variedad de demandas de producción. La máquina también debe ser capaz de manejar una amplia gama de tamaños de componentes, desde muy pequeños a muy grandes, sin una carga en la configuración y las pruebas.

En contraste, las máquinas de gran producción a menudo están compuestas por varios módulos de sistemas de recogida y colocación, colocados en línea donde más se necesitan para piezas de paso fino, tiradores de chips o tareas opcionales. Esto permite al productor de alto volumen personalizar una línea para optimizar la velocidad de producción, la eficiencia y la calidad. En estos entornos, se puede tolerar una configuración más larga, ya que se compondrá de la eficiencia de producción.

Primero, algunas preguntas básicas:

1. ¿El modelo que está viendo viene con una computadora o solo con el software? Esto no es ni bueno ni malo, ya que algunos usuarios prefieren instalar el software en sus propias PC; sin embargo, un sistema totalmente integrado garantiza que no habrá problemas de compatibilidad de software, y esto puede agilizar la instalación y la configuración.

2. ¿Se ejecuta la máquina en una interfaz gráfica de usuario (GUI) familiar, como Windows ™ o un sistema propietario? La mayoría de los operadores se familiarizarán de inmediato con la interfaz intuitiva de las convenciones de Windows, un factor clave para acelerar la usabilidad, particularmente para una nueva máquina. Una GUI propietaria puede requerir una curva de aprendizaje más larga.

El proveedor de la máquina debe aumentar los conjuntos de habilidades del operador con:

1. Buena documentacion

2. Entrenamiento práctico o videos

3. Una utilidad para enseñar a la máquina componentes comunes y rutinas repetitivas.

Para máquinas que manejan más de 8,000 CPH, espere una curva de aprendizaje más alta porque la complejidad aumenta significativamente.

Flexibilidad

Una utilidad importante para buscar que le da al ensamblador personalizado una gran flexibilidad es la función de Traductor de CAD Universal (UCT). La UCT permite a los usuarios importar los datos de recogida y colocación en la base de datos de la máquina para ayudar a crear el programa y escalarlo. Cuando se inicia un proyecto, el usuario selecciona el programa para ejecutarse desde un conjunto archivado de archivos. Esto permite un cambio rápido de una tabla a otra, ya que toda la programación está memorizada.

Fig 12: Pantalla del programa de software Universal CAD Translator (UCT)

Otra característica que se debe buscar es un alimentador principal y una base de datos de componentes. Una vez que el operador almacena los datos de los componentes, está ahí para siempre y se puede acceder a ellos e importarlos a cualquier nueva configuración de configuración de la placa. Esta base de datos crece a medida que agrega componentes, por lo que con el tiempo, dedicará menos tiempo a la programación y más tiempo a producir. A menudo, la base de datos recordará el inventario, por lo que al utilizar componentes, el stock restante siempre estará disponible para su verificación. Esta es una gran característica para la planificación y planificación de inventario.

Asegúrese de ver si el sistema que está considerando solo almacena datos para tableros particulares en lugar de una base de datos de componentes completa. Si es así, solo recordará datos de componentes específicos de la placa y no mostrará todo el inventario disponible.

Fig 13: Pantalla de simulación offline para optimización.

Mejoramiento

Algunas utilidades a menudo cuentan con una máquina bien diseñada para ayudar a configurar y programar el sistema. Una de las utilidades más importantes que afectan el rendimiento optimizado es el software sin conexión.

El software fuera de línea permite al usuario simular la rutina de la máquina de recoger y colocar en un entorno remoto para la programación. Se puede instalar en cualquier computadora y se parece a la GUI de la máquina. Le permite al usuario manipular el programa para ordenar funciones y modificar las líneas del programa para el uso y la velocidad más eficientes, por ejemplo, agregando componentes de tipo similar en la misma secuencia, minimizando los cambios de herramienta y el tiempo que lleva realizar esas funciones. También puede crear referencias de tableros para tableros múltiples antes de ejecutarse en la máquina.

Para acelerar el cambio de trabajo, la interfaz del software debe incluir subrutinas para operaciones comunes, como la configuración de bandejas de matriz, la identificación de alimentadores de tiras y la enseñanza para el centrado de la visión. Ampliando el último punto, la interpretación de la imagen debe ser clara y directa; si no lo es, y la máquina tiene dificultades para reconocer un componente, el resultado podría ser un componente fuera de lugar, lo que provocaría una gran cantidad de trabajos innecesarios. Una interfaz de software bien diseñada capturará un rango de calidades de imagen para cada tipo de componente que sea representativo de una parte aceptable, y la almacenará como un archivo aprobado. Esto mejora la velocidad, la repetibilidad y la eficiencia, y la calidad final de la placa.

Otras Consideraciones

Tan importantes como las características físicas de una máquina de selección y colocación de calidad son las características "suaves". Asegúrese de comprobar en:

1. ¿Disponibilidad de formación in situ o de fábrica?

2. Diagnóstico remoto: ¿puede su proveedor proporcionar esto a través del soporte en línea?

3. Actualizaciones críticas de software: ¿son gratuitas o tienen un costo?

4. ¿La interfaz del software está disponible para revisión previa a la venta?

APOYO A LOS VENDEDORES

Al evaluar cualquier tipo de máquina SMT, considere el soporte de fábrica como uno de los activos más importantes de su compra. La mejor manera de aprender cómo una empresa trata a sus clientes es de boca en boca. Hable con varios clientes para averiguar qué tan felices están con la máquina, el vendedor y la asistencia que brindan. ¿Dónde está la planta de fabricación? ¿Pueden ayudar a solucionar problemas de alineación por teléfono? ¿Ofrecen servicio de campo? ¿Tienen repuestos en stock para envío inmediato? Si bien no hay mucho de un mercado usado para las máquinas de recogida y colocación manual, asistida por máquina o mejorada, todavía es una buena idea preguntar a su proveedor acerca de sus máquinas más antiguas en el campo, y si en el futuro, las piezas de repuesto son disponible, y sobre su capacidad para personalizar una pieza de repuesto si la máquina se vuelve obsoleta. Pregunte cuál es el ciclo de vida esperado del producto. El estándar de la industria es de siete años. Recuerde, existe una diferencia entre un verdadero fabricante y un proveedor o distribuidor de equipos.