Comment choisir une machine à emporter

Comment choisir une machine à emporter

Une machine Pick and Place est la deuxième étape d'une opération d'assemblage de pâte, de placement et de refusion. La fonction «Place» suit la fonction «pâte à braser» (imprimante à stencil). L'opération 'Place' sélectionne et distribue un composant sur la carte et le laisse tomber en position. L’opération la plus simple consiste à sélectionner manuellement un composant d’une corbeille et, à l’aide d’une pince à épiler et d’une loupe, à le positionner sur le tableau et à le terminer à la main. tenue de fer à souder.

Cette méthode fonctionne bien si vous ne faites que des conseils occasionnels. D'autres éléments à prendre en compte - la taille des composants (petits ou grands) - ont une incidence sur le temps requis pour placer et souder à la main. Les composants de hauteur fine sont un autre problème, où plus de précision et d'exactitude sont nécessaires, et où le facteur humain entre en jeu. Le travail devient alors plus fastidieux et prend beaucoup de temps.

Nous nous intéresserons tout d’abord aux systèmes manuels assistés par machine pour les utilisateurs souhaitant passer de quelques cartes par jour à des volumes de production beaucoup plus élevés. Les systèmes entièrement automatiques sont suffisamment complexes pour être traités séparément.

VOLUME DE PRODUCTION

Commençons par aborder les gammes de production pour différents types de systèmes manuels assistés par machine. À des fins de comparaison, étant donné que la taille et la complexité de toutes les cartes de circuit imprimé varient, nous parlerons de volumes en termes de composants par heure, ou CPH. Cela vous aidera à décider du niveau d'automatisation dont vous aurez besoin.

Sur le côté très bas de la balance - en utilisant un système manuel manuel - la seule dépense est constituée par les outils manuels appropriés pour le placement manuel non assisté par machine. Dans la partie supérieure du spectre, ces machines sont souvent modulaires ou personnalisées pour un fonctionnement sans surveillance à grande vitesse. Les acheteurs de ce marché recherchent probablement davantage le retour sur investissement que le coût initial.

Fig 1: Exemple de tête et d'accoudoir manuels pour le soutien

Systèmes manuels et semi-automatiques

Un système de pick-and-place manuel est souhaitable pour les petites entreprises en croissance qui doivent augmenter progressivement leurs volumes de production portables tout en améliorant également la qualité, réduisant ainsi les reprises ou les rejets; Cependant, la précision du placement reste limitée par les capacités de l'opérateur. Les avantages d'un système manuel assisté par machine incluent:

• Moins de fatigue de l'opérateur

• Moins d'erreurs de placement

• Meilleur contrôle

• Rendement amélioré, moins de reprise

Un système manuel assisté par machine peut être équipé de fonctions telles qu'une table d'indexation XY avec une tête d'aspiration ou un stylo; fixation ergonomique pour aider à soulager la fatigue de l'opérateur; et une fixation supplémentaire pour le positionnement de θ (rotation) et Z (hauteur) en plus de X et Y.

Figue 2: Plateaux et alimenteurs de composants

Certaines machines offrent en option un distributeur de pâte à souder liquide, qui est appliqué juste avant de placer le composant sur la carte si aucune imprimante à stencil n’a été utilisée. Les options supplémentaires incluent:

• Plateaux de manutention de composants

• Distributeur de liquide

• Doseurs de bande

• Racks d'alimentation

• Option d'aide à la vision

• Stands optionnels

Dans la plupart des cas, les systèmes manuels assistés par machine peuvent être achetés avec le strict nécessaire, et des options souhaitables peuvent être ajoutées ultérieurement, si nécessaire.

Fig 3: Une machine manuelle assistée par vision

Systèmes semi-automatiques

Aujourd'hui, très peu de machines semi-automatiques sont encore fabriquées en raison de l'accessibilité croissante de certains des systèmes les plus automatisés du marché. Ils ont été introduits à une époque où le passage des systèmes manuels aux systèmes entièrement automatiques étaient trop onéreux et étaient proposés avec certaines fonctionnalités facilitant le fonctionnement manuel.

Plus correctement appelés systèmes «manuels améliorés», les machines de placement semi-automatiques incluent généralement une interface informatique avec un système de vision indiquant l'emplacement des composants, mais le placement lui-même est toujours effectué manuellement. Ce type de machine aide l'opérateur à positionner plus précisément les composants à pas ultra fin pour les applications à faible volume, opération très difficile à effectuer avec une simple machine manuelle assistée par machine.

Facilité d'utilisation

La plupart des machines pick and place acceptent une assez grande variété de tailles de planches, avec une table de travail conçue pour accueillir des planches allant jusqu'à 16 x 24 po. Il est également facile de contrôler les composants, ce qui facilite la précision, avec une courbe d'apprentissage simple. Dans la plupart des cas, aucune formation n'est requise.

Ne négligez pas les exigences électriques. Assurez-vous que la machine que vous avez achetée sera plug-and-play dans votre environnement sans tirer de nouveau câblage ou planifier un adaptateur / transformateur.

MACHINES AUTOMATIQUES DE DÉMARRAGE ET DE PLACEMENT

Nous commencerons par parler de deux aspects des capacités de la machine: la précision et la répétabilité, ainsi que les méthodes de centrage du pick and place.

PRÉCISION ET RÉPÉTIBILITÉ

Pour les machines de production, nous recommandons généralement de rechercher une machine avec une précision de +/- 0,001 ”et une capacité de pas fin de 12 mil sur une base répétée. Les machines moins chères ne répondent souvent pas à cette spécification, il faut donc en être conscient.

De plus, la plupart des machines à faible coût ne seront pas livrées en standard avec un ordinateur ou un logiciel, ce qui pourrait aider les aspects de répétabilité sinon de précision. Bien que certains puissent offrir une technologie améliorée, la plupart ne le font pas.

METHODES DE CENTRAGE DE CHOIX ET DE PLACE

Il y a quatre (4) méthodes de ramassage et de placement:

• Aucun mécanisme de centrage

• Centrage laser

• Mécanique (mâchoires)

• Centrage de la vision

1. Méthode 1: Aucun mécanisme de centrage autre que celui reposant sur le point de prélèvement du composant pour son placement. En d'autres termes, la pièce n'est pas physiquement centrée après avoir été saisie par la tête d'outil. Si elle est décentrée de l'outil, elle sera décentrée lorsqu'elle sera placée sur le plateau. Ce n'est évidemment pas une méthode de placement très précise car il n'y a pas de tolérance définissable. Vous pouvez vous attendre à trouver cette méthode utilisée par les amateurs ou les instructeurs, mais certainement pas dans un type d'environnement de production de précision. Il n'y a pas beaucoup d'options disponibles non plus, et la fiabilité à long terme est discutable.

• une. Avantages: faible coût.

• b. Inconvénients: faible précision, répétabilité et fiabilité à long terme, aucune option ni pièce de rechange.

• c. Gamme de taille: Pas de tolérances définissables

Fig 4: Centrage mécanique

2. Méthode 2: Mâchoires ou doigts de centrage mécaniques Dans cette méthode, le composant est saisi et placé en position centrale sur les axes X et Y de la tête de lecture. En règle générale, cette méthode est facile à configurer et peut être répétée avec une précision de +/- 0,001 ”. Cette méthode de centrage est généralement utilisée dans les machines de gamme moyenne à basse.

• une. Avantages: facile à apprendre et à configurer; répétable; une des méthodes les plus rapides actuellement disponibles; un véritable système «à la volée»; à bas prix.

• b. Inconvénients: touche physiquement le composant, ce qui peut ne pas convenir à certains types de pièces, en particulier celles comportant des conducteurs délicats.

• c. Gamme de taille: 0201 paquets jusqu'à 35 mm carrés.

3. Méthode 3: Centrage laser Dans cette méthode, le composant est capté en ligne avec un faisceau laser qui détecte la position centrale du composant sur la tête de l'outil et recalcule le point zéro de la pièce en fonction de sa position sur les axes X, Y et position de rotation par rapport à la tête pour un placement précis sur le plateau.

Fig 5: quadrillage mécanique (ancienne version)

• une. Avantages: sans contact; à la volée (semblable à la méthode mécanique).

• b. Inconvénients: c'est moins fiable. Il existe des limitations sur les types de pièces qu’elle peut gérer, telles que les composants très minces (si minces 0,050, il peut être nécessaire de les réinitialiser en raison de variations des pièces, même du même fournisseur); nécessite un temps d'installation plus long, car l'axe Z (épaisseur de la pièce) doit être défini; plus coûteux que le centrage mécanique, mais à peu près le même que Vision.

• c. Gamme de taille: ne peut pas centrer les pièces en dessous de 0402 colis ou de plus de 35 mm carrés.

4. Méthode 4: Centrage de la vision Ici, il existe deux types, Look-Down et Look-Up. La vision par le bas permet de voir le haut du composant avant de le récupérer pour son point de départ. Il calcule ensuite son centre, le compare à son fichier image à partir de la base de données stockée, puis prend le composant et le transporte à sa position sur le tableau.

• une. Avantages: vrai centrage sans contact; peut gérer des composants de forme irrégulière et délicats; L'emplacement de centrage de la vision par le bas est précis à +/- 004 ”.

• b. Inconvénients: temps d'installation généralement plus longs en raison de la nécessité d'apprendre au système de vision à identifier les images des pièces qui sont stockées dans la base de données de la machine; une méthode de centrage plus lente en raison de la tranche de temps requise pour le traitement; La vision est plus coûteuse que la méthode mécanique; Pour une vision de face, la pièce peut passer de son point de ramassage à son emplacement sur le plateau.

• c. Gamme de taille: 0402 - 15 mm

Fig 6: Centrage de la vision par le haut et le bas

La méthode Look-Up Vision est la méthode de centrage la plus précise disponible. Le composant est d'abord saisi à partir de la zone de capture, puis déplacé vers une station de caméra qui examine le bas du composant et calcule sa position centrale.

• une. Avantages: Véritable centrage sans contact, gère les composants délicats; précision de positionnement jusqu'à +/- 0,001 ”

• b. Inconvénients: généralement, un temps d'installation plus long en raison de la nécessité d'apprendre au système de vision à identifier l'image stockée dans la base de données de la machine. une méthode de centrage plus lente en raison du temps de traitement; La vision est plus coûteuse que la méthode mécanique.

• c. Gamme de taille: 01005 - 50 mm (peut voir plus petit et plus en détail)

La méthode de ramassage et de centrage que vous choisissez aura une grande influence sur la qualité et la rapidité de vos besoins de production, ainsi que sur la manière de relier cette précision à la machine. Mais ce n'est que le début.

Comme pour toute machine complexe, il y aura des compromis entre coût et capacités, dont certains concernent spécifiquement la précision de la production et le rendement. Nous aborderons ensuite:

1. Méthodes de positionnement mécaniques

2. Construction de machines

3. Distribution de pâte à souder

4. Composants

Pour réviser, lorsque vous démarrez le processus d’évaluation, vous devez garder à l’esprit deux facteurs qui déterminent la catégorie qui correspond aux besoins de votre machine. Le premier facteur principal est CPH (composants par heure) et le facteur secondaire est la capacité de la machine. Bien qu'il soit constructif de commencer par comprendre comment les cadences de production affectent le type et les performances d'une machine pick-and-place, veuillez vous reporter aux deux chapitres précédents pour ces gammes.

La capacité de la machine est le deuxième facteur déterminant pour vous aider à choisir la machine de prélèvement et placement automatique adaptée à vos besoins. Dans ce chapitre, nous aborderons trois aspects de la capacité des machines qui ont un impact direct sur la qualité finale des cartes et le rendement de production.

SYSTÈMES DE POSITIONNEMENT DE COMPOSANTS

Fig 7: Bande de prélèvement de composants

Une fois que chaque composant est saisi et centré dans l’outil par l’une des méthodes décrites dans le chapitre précédent, il doit être positionné précisément sur le tableau, dans une position XY. Il existe trois méthodes couramment utilisées pour le positionnement:

• Positionnement sans système de retour (système à boucle ouverte)

• Positionnement avec encodeurs rotatifs (système en boucle fermée)

• Positionnement avec codeurs linéaires (système en boucle fermée)

Méthode 1: pas de boucle de retour de positionnement Dans ce système, le moteur entraîne la pièce à un emplacement sur la carte défini dans le programme en fonction du nombre d'étapes dans chaque axe XY, mais il est impossible de savoir si elle se termine réellement à droite. endroit. Ces systèmes utilisent des moteurs pas à pas pour le positionnement.

• une. Avantages: faible coût

• b. Inconvénients: précision peu fiable; non recommandé pour une production de haute qualité

Méthode 2: Positionnement avec codeur rotatif Dans cette méthode, un codeur est monté directement sur l'arbre du moteur et fournit un retour d'information de position au système de commande; Cependant, il ne signale que la position du moteur et non la position réelle de l'axe xy. Cela dépend du reste des composants mécaniques qui composent la machine. Ces machines peuvent utiliser des moteurs pas à pas ou des servomoteurs. (et généralement associé au coût)

• c. Avantages: faible coût; ce système est largement utilisé sur les machines d'entrée de gamme

• ré. Inconvénients: précision de positionnement typique de +/- 0,005 ”

Méthode 3: Positionnement avec codeur linéaire Dans cette méthode, les balances linéaires sont montées sur la table des axes XY de la machine et un codeur est monté sur le faisceau de guidage qui transportera les composants. Cette méthode communique au système de commande sa position réelle et corrige, si nécessaire, la position programmée à quelques microns de la position réelle de X et Y pour le placement du composant (qui est généralement de 12 800 incréments ou étapes pour chaque pouce de voyage). Les meilleures machines de cette catégorie utilisent des servomoteurs.

• e. Avantages: très haute précision, à +/- 0,0005 ”; très répétable

• F. Inconvénients: plus coûteux, mais nécessaire pour une production de grande valeur

REMARQUE: La qualité du codeur (capteur de retour de position) est un élément important de l'ensemble du système et affecte la précision.

Fig 8: Construction entièrement soudée

CONSTRUCTION DE MACHINES

Lors de la sélection d'une machine pick-and-place, vous devez savoir que sa construction dictera sa portée et son encombrement CPH effectifs, en tenant compte du nombre de départs de composants pouvant être pris en charge.

1. Acier tout soudé: La machine la plus précise aura un cadre en tube d’acier de construction soudé massif. Ceci fournit une stabilité importante nécessaire pour un positionnement précis et un mouvement à grande vitesse des axes X et Y. Cette méthode de construction est recommandée pour TOUS les environnements de production et elle restera stable sans nécessiter d'étalonnage en cours.

2. Cadre boulonné : le cadre en aluminium extrudé ou en tôle formée aura une précision initiale inférieure à celle d'un cadre soudé et devra fonctionner plus lentement, car il ne peut pas supporter les déplacements rapides par inertie du mouvement de l'axe X-Y. En outre, il est probable que l'étalonnage soit fréquemment mal étalonné, ce qui aura un impact négatif sur le temps de travail, les temps d'arrêt et le rendement. (Le coût inférieur reflète généralement une construction plus faible.)

DISTRIBUTION DE PATE A SOUDER / LIQUIDE

Toute machine pick and place doit être capable de proposer des systèmes de distribution de fluide. Les liquides les plus courants comprennent les pâtes à braser, les adhésifs, les lubrifiants, les époxydes, les fondants, la colle, les mastics, etc. Il s'agit d'une option intéressante lors de la construction de prototypes ou d'assemblages de circuits imprimés uniques ne garantissant pas le coût d'un pochoir ou d'une feuille d'impression.

Fig 9: Pont de travail avec alimenteurs de composants

ALIMENTATEURS DE COMPOSANTS

Si la production de la machine est dédiée à un petit nombre de composants et de types de travaux, il est très facile d'identifier le nombre et le type de distributeurs. Cependant, ce n'est généralement pas le cas des ateliers d'assemblage à forfait, car ils ne savent pas quel type de panneau et combien d'éléments différents seront nécessaires pour le prochain travail. Certains constructeurs ont également besoin de flexibilité pour une large gamme de configurations de cartes, en particulier s'ils ont l'intention d'utiliser la même machine pour des prototypes et plusieurs cartes de production différentes. Il est donc utile dans ces cas de considérer une machine avec le plus grand nombre de positions d’alimentation et d’options pouvant prendre en charge l’empreinte que votre espace peut gérer.

Les types d’alimentateurs comprennent:

1. Les supports de bandes coupées sont généralement associés au monde des faibles volumes.

2. Les supports de bacs matriciels sont utilisés pour les composants qui ne sont pas disponibles sur la bande.

3. Les distributeurs de tubes distribuent les composants fournis en tubes.

4. Les chargeurs de bandes électriques (et de bobines) sont généralement plus coûteux au départ, mais constituent le meilleur investissement à long terme. Les alimenteurs électriques à bande sont disponibles en unités individuelles dans une variété de tailles et couvrent la gamme de 0201 composants jusqu’à 56 mm. De nombreux fabricants proposent désormais un chargeur multiple (connu sous le nom de chargeur de banque). Ils sont disponibles pour les bandes de 8 mm et peuvent être livrés avec un maximum de douze pistes d’alimentation de 8 mm par unité.

Fig 10: chargeur de bande

Étant donné que les composants sont emballés sous de nombreuses formes, par exemple, des composants discrets sur bande, des packs quad, des plateaux matriciels, des tubes, des bandes coupées, etc., le choix de votre chargeur dépendra de votre production mais également des éventuelles restrictions de taille. Un bon point de départ consiste à acheter le plus grand nombre d’alimentateurs que vous pouvez obtenir dans l’empreinte disponible.

LOGICIEL

Lors de l’achat d’une machine Pick and Place, l’interface logicielle est l’une des considérations les plus importantes. Un bon système d’exploitation destiné aux utilisateurs de bas à moyen volume a trois objectifs principaux: jusqu’à 8 000 CPH:

1. Maximiser la facilité d'utilisation

2. Fournir une grande flexibilité

3. Optimiser les performances

Fig 11: plaque de maintien au sol de la machine

Facilité d'utilisation

Etant donné que les opérations d'assemblage de petit à moyen volume doivent souvent changer de projet, la facilité d'installation et d'utilisation est un facteur beaucoup plus important que pour les opérations à grand volume où une seule installation peut gérer des centaines de milliers de composants. L'assembleur d'atelier doit être suffisamment agile pour pouvoir basculer rapidement parmi une large gamme de tailles de panneaux et de sélections de composants afin de répondre à une grande variété de demandes de production. La machine doit également être capable de gérer une large gamme de tailles de composants, des plus petites aux plus grandes, sans contrainte de configuration et de test.

En revanche, les grosses machines de production sont souvent constituées de plusieurs modules de systèmes de placement, placés en ligne, là où ils sont le plus nécessaires pour les pièces à pas fin, les lanceurs de copeaux ou les tâches facultatives. Cela permet au producteur de gros volumes de personnaliser une ligne afin d'optimiser la vitesse de production, l'efficacité et la qualité. Dans ces environnements, une configuration plus longue peut être tolérée, car elle sera compensée par l'efficacité de la production.

Tout d'abord, quelques questions de base:

1. Le modèle que vous envisagez vient-il avec un ordinateur ou uniquement avec le logiciel? Ce n'est ni bon ni mauvais, car certains utilisateurs préfèrent installer le logiciel sur leur propre PC; Cependant, un système entièrement intégré garantit l'absence de problèmes de compatibilité logicielle, ce qui peut simplifier l'installation et la configuration.

2. La machine fonctionne-t-elle sur une interface utilisateur graphique connue telle que Windows ™ ou un système propriétaire? La plupart des opérateurs seront immédiatement familiarisés avec l’interface intuitive des conventions Windows, facteur essentiel pour accélérer l’utilisation, en particulier pour une nouvelle machine. Une interface graphique propriétaire peut nécessiter une courbe d’apprentissage plus longue.

Le fournisseur de la machine doit compléter les ensembles de compétences de l'opérateur avec:

1. Bonne documentation

2. Travaux pratiques ou vidéos

3. Un utilitaire pour apprendre à la machine les composants communs et les routines répétitives

Pour les machines prenant en charge plus de 8 000 CPH, attendez-vous à une courbe d'apprentissage plus longue car la complexité augmente de manière significative.

La flexibilité

Un utilitaire important à rechercher qui donne à l'assembleur personnalisé une grande flexibilité est la fonction de conversion universelle de CAO (UCT). Le composant UCT permet aux utilisateurs d'importer les données de sélection dans la base de données de la machine pour aider à créer le programme et à le redimensionner. Lorsqu'un projet est démarré, l'utilisateur sélectionne le programme à exécuter à partir d'un ensemble de fichiers archivé. Cela permet de passer rapidement d’une carte à l’autre puisque toute la programmation est mémorisée.

Fig 12: Écran du programme logiciel Universal CAD Translator (UCT)

Une autre fonctionnalité à rechercher est un chargeur principal et une base de données de composants. Une fois que l'opérateur stocke les données des composants, elles sont stockées définitivement et peuvent être consultées et importées dans n'importe quelle nouvelle configuration de carte. Cette base de données s'agrandit au fur et à mesure que vous ajoutez des composants. Ainsi, avec le temps, vous passerez moins de temps à programmer et plus de temps à produire. Souvent, la base de données se souvient de l'inventaire. Par conséquent, si vous utilisez des composants, le stock restant sera toujours disponible pour vérification. C'est une fonctionnalité intéressante pour la planification et la planification des stocks.

Assurez-vous que le système que vous envisagez de stocker stocke uniquement les données de cartes spécifiques plutôt que de la base de données d'un composant entier. Si tel est le cas, il ne retiendra que les données de composants de carte spécifiques et ne montrera pas tout l'inventaire disponible.

Fig 13: Écran de la simulation hors ligne pour l'optimisation

Optimisation

Certains utilitaires sont souvent fournis avec une machine bien conçue pour faciliter la configuration et la programmation du système. Les logiciels hors ligne sont l’un des outils les plus importants pour optimiser les performances.

Le logiciel hors ligne permet à l'utilisateur de simuler la routine de pick and place dans un environnement distant pour la programmation. Il peut être installé sur n'importe quel ordinateur et ressemble à l'interface graphique de l'ordinateur. Il permet à l'utilisateur de manipuler le programme pour trier les fonctions et modifier les lignes du programme pour une utilisation et une rapidité optimales, par exemple en agrégeant des composants de type similaire dans la même séquence, en minimisant les changements d'outil et le temps nécessaire pour exécuter ces fonctions. Il peut également créer des références de carte pour les cartes multiples avant leur exécution sur la machine.

Pour accélérer le changement de travail, l'interface logicielle doit inclure des sous-programmes pour les opérations courantes telles que la configuration des bacs matriciels, l'identification des chargeurs de bandes et l'apprentissage de la vision par centrage. S'agissant du dernier point, l'interprétation des images doit être claire et directe. Si ce n'est pas le cas - et que la machine a du mal à reconnaître un composant - le résultat pourrait être un composant mal placé, entraînant de nombreuses retouches inutiles. Une interface logicielle bien conçue capturera une gamme de qualités d’image pour chaque type de composant, qui sont toutes représentatives d’une pièce acceptable, et la stockera sous forme de fichier approuvé. Cela améliore la vitesse, la répétabilité et l'efficacité, ainsi que la qualité finale des cartes.

Autres considérations

Les caractéristiques «douces» sont tout aussi importantes que les caractéristiques physiques d'une machine pick and place de qualité. Assurez-vous de vérifier:

1. Disponibilité de formation sur site ou en usine?

2. Diagnostics à distance - votre fournisseur peut-il fournir ces informations via une assistance en ligne?

3. Mises à jour logicielles critiques: sont-elles gratuites ou payantes?

4. L’interface du logiciel est-elle disponible pour un examen préalable à la vente?

SUPPORT VENDEUR

Lors de l’évaluation de tout type de machine SMT, considérez l’assistance en usine comme l’un des atouts les plus importants de votre achat. Le meilleur moyen d'apprendre comment une entreprise traite ses clients est de bouche à oreille. Parlez à plusieurs clients pour savoir s'ils sont satisfaits de la machine, du vendeur et du support qu'ils fournissent. Où est l'usine de fabrication? Peuvent-ils aider à résoudre les problèmes d'alignement par téléphone? Est-ce qu'ils offrent un service sur le terrain? Ont-ils des pièces de rechange en stock pour une expédition immédiate? Bien que le marché des machines à cueillir à la main manuelles, assistées par machine ou améliorées soit très peu utilisé, il est toujours bon de demander à votre fournisseur quelles sont ses anciennes machines sur le terrain. disponibles, et sur leur capacité à personnaliser une pièce de rechange si la machine devient obsolète. Demandez quel est le cycle de vie attendu du produit. La norme de l'industrie est de sept ans. N'oubliez pas qu'il existe une différence entre un vrai fabricant et un fournisseur ou un distributeur d'équipement.