CC BY
45Компоненты и технологии, № 6'2004
Эффективность в квадрате:
автоматы установки компонентов поверхностного монтажа компании ASSEMBLEON новой серии Xм
Серьезная конкуренция на рынке вынуждает современных производителей электроники быстро реагировать на изменение спроса, постоянно улучшать потребительские свойства своих продуктов, разрабатывать новые изделия в кратчайшие сроки и производить широкую номенклатуру изделий небольшими партиями. Новая серия автоматов установки компонентов поверхностного монтажа X" является эффективным решением для быстроменяющегося мира электроники. Автоматы серии X" поставляются голландской компанией ASSEMBLEON, входящей в группу компаний PHILIPS. Автоматы позволяют производить быстрое программирование, гибкое конфигурирование и переналадку производственных линий.
Вадим Гаршин, Геннадий Егоров
Новая серия автоматов установки компонентов поверхностного монтажа Xй является развитием очень популярной во всем мире серии автоматов компании ASSEMBLEON на GEM-платформе. Новая серия разработана с использованием последних наиболее прогрессивных технических решений. Большие объемы продаж автоматов данной серии позволили производителю снизить их себестоимость, что дает возможность пользователям использовать автоматы высшего класса при небольших инвестициях. Серия Xй включает четыре автомата: Opal Xй, Topaz X(i)n, Emerald X(i)n, Sapphire Xй, отличающихся производительностью и спектром
устанавливаемых компонентов. Потребитель может сконфигурировать производственную линию на базе автоматов серии XII для сборки своих конкретных изделий. Эта линия сможет устанавливать любые компоненты: от ЧИП до QFP, от компонентов сложной формы до flip chip. Автоматы Opal Xй, Topaz Xй, Emerald XII имеют одинаковые размеры корпуса. За счет этого производственная линия может быть переконфигурирована в кратчайшие сроки для обеспечения требуемой производительности и исходя из устанавливаемой элементной базы.
Автоматы серии XII разработаны специально для обеспечения минимального времени от момента
а) Автомат Opаl-X":
• производительность макс. 11600 комп./ч;
• наращиваемая производительность;
• ЧИП 0201 — микросхема 45x45 мм с малым шагом выводов;
• соединители длиной до 100 мм;
• централизованная сетевая база данных;
• 100 типономиналов из ленты и 120 матричных поддонов;
• удаленное диагностирование.
б) Автомат Emerald X(if:
• производительность макс. 6800 комп./ч;
• ЧИП 0201 — микросхема 54x54 мм с малым шагом выводов;
• компоненты сложной формы, flip-chip;
• соединители длиной до 100 мм;
• централизованная сетевая база данных;
• 148 типономиналов из ленты и 120 матричных поддонов;
• проверка правильной установки питателей;
• удаленное диагностирование.
в) Автомат Topaz X(i)II:
• производительность макс. 20000 комп./ч;
• ЧИП 0201 — микросхема 45x45 мм с малым шагом выводов;
• соединители длиной до 100 мм;
• централизованная сетевая база данных;
• 160 типономиналов из ленты и 120 матричных поддонов;
• проверка правильной установки питателей;
• удаленное диагностирование.
г) Автомат Sapphire XII:
• производительность макс. 38700 комп./ч;
• ЧИП 0201 — микросхема 32x32 мм;
• централизованная сетевая база данных;
• 80 типономиналов из ленты;
• удаленное диагностирование.
Рис. 1. Краткие характеристики автоматов установки компонентов серии XI
Компоненты и технологии, № 6'2004
ввода данных САПР до запуска нового изделия в производство. Рабочая программа для сборки нового изделия может подготавливаться вне линии или непосредственно на автомате для последующей сборки. Централизованная сетевая база данных обеспечивает удаленное хранение рабочих программ для нескольких автоматов. Это гарантирует безошибочную загрузку требуемой программы и файлов описания компонентов во время производственного процесса.
Автоматы серии X" имеют сверхпрочную виброгасящую станину. Станина автоматов представляет собой массивную цельнолитую конструкцию. Благодаря этому подавляются вибрации, возникающие в процессе работы автомата. При проектировании станины проводится компьютерный анализ напряжений и деформаций, возникающих в конструкции, с целью минимизирования влияния этих деформаций на точность установки компонентов.
Рис. 5. Основной стопор и фиксирующий штырь
зоне автомата во время сборки с помощью магнитных штырей. Сервоуправление обеспечивает возможность автоматической компенсации толщины печатной платы. Для этого толщина платы задается в рабочей программе сборки.
Рис. 3. Компьютерный расчет напряжений и деформации станины
Конвейер автоматов серии X" имеет три зоны: входную, рабочую и выходную. Следовательно, в автомате может одновременно находиться до трех плат. В каждой из зон плата останавливается с помощью стопоров. Входной и выходной стопоры образуют входной и выходной буферы печатных плат, что позволяет уменьшить время ожидания автомата и повысить коэффициент его использования. Также для уменьшения времени ожидания процесс забора компонентов начинается до фиксации печатной платы (предварительный забор). Для включения автоматов в линию конвейер разработан в соответствии с требованиями стандарта SMEMA.
Автоматы оборудованы подъемным столиком с сервоуправлением. Его назначение — поддержка печатной платы в рабочей
Для обеспечения необходимой точности плата в процессе сборки должна быть надежно зафиксирована в рабочей зоне автомата. Для фиксации платы может использоваться несколько способов: по базовым отверстиям на плате с помощью штырей и по краям платы. В автоматах серии X" использована новая система фиксации по краям платы — Sandwich. Ее отличительной особенностью является то, что плата прижимается к верхним планкам конвейера с помощью пластин, расположенных параллельно конвейеру и закрепленных в его рейках. Эта система позволяет работать без традиционных поддерживающих штырей, особенно с платами малой ширины. Фиксация печатной платы по краям позволяет также компенсировать ее деформацию и снизить требования по допустимому короблению печатных плат.
Установочный модуль автоматов серии X” снабжен сервоприводами по осям X, Y, Z (высота) и R (угол поворота). Приводы по осям X, Y и Z выполнены на основе шариково-винтовых пар с серводвигателями переменного тока. Преимущества шариково-
винтовых пар по сравнению с ременными приводами заключаются в повышенной нагрузочной способности, долговечности, высокой надежности при работе на повышенных скоростях.
В автоматах серии X" применена схема с двойным приводом по оси Y (Н-схема). По сравнению со схемой с одним приводом по оси Y (Т-схема) Н-схема позволяет исключить возможность возникновения погрешностей, связанных с колебаниями незакрепленной стороны портала, установленной на направляющей.
Для определения положения платы в рабочей зоне автоматов используется система коррекции по реперным знакам. Для этого автоматы оборудуются камерой, расположенной на установочном модуле, с помощью которой производится считывание специальных маркеров, нанесенных на плату, — реперных знаков. Автоматы перед началом сборки каждой платы считывают реперные знаки и определяют линейное и угловое отклонение положения платы в автомате от запрограммированного. Затем это отклонение учитывается при установке компонентов. Программное обеспечение автоматов позволяет распознавать реперные знаки любой формы, а также при необходимости осуществлять корректировку по локальным реперным знакам, как для отдельных компонентов, так и для отдельных участков платы. Программное обеспечение автоматов позволяет работать как с двумя, так и с четырьмя реперными знаками. Работа с четырьмя реперными знаками позволяет осуществлять компенсацию нелинейных искажений, которые могут возникать при изготовлении плат.
Для оптимального распознавания реперных знаков используется система освещения, состоящая из пяти источников света, которая обеспечивает эффективное освещение пря-
Компоненты и технологии, № 6'2004
мым и рассеянным светом. В состав системы освещения входят светодиоды белого света и инфракрасного излучения.
В реальных производственных условиях иногда встречаются платы с поврежденными или загрязненными реперными знаками. В таких случаях камера обычно не может распознать реперный знак. Оператору приходится выгружать плату из автомата и восстанавливать или очищать знак. В автоматах серии X11, если реперный знак не был распознан, оператор имеет возможность указать его расположение в режиме обучения и продолжить сборку без выгрузки платы.
Рис. 10. Считывание поврежденного реперного знака
Камера может использоваться также и для считывания отбраковочных маркеров на мультиплицированных платах и, кроме того, служить устройством обучения при создании рабочих программ на автоматах.
Для центрирования компонентов автоматы серии X11 оборудованы системой технического зрения (СТЗ) на основе камеры с линейной матрицей. Система технического зрения определяет линейное и угловое смещение компонента на захвате, и это смещение затем учитывается при установке. СТЗ на основе камеры с линейной матрицей позволяет центрировать компоненты «на лету» во время прохождения установочного модуля над камерой. Момент считывания изображения синхронизирован с сигналом обратной связи с сервоприводов перемещения установочного модуля. Таким образом, изображение на камере ставится в соответствие компоненту на определенной головке.
Камера с линейной матрицей оборудована системой освещения, представляющей комбинацию переднего и бокового освещения. Переднее освещение под разными углами позволяет обеспечить оптимальное распознавание компонентов. Боковое освещение используется для распознавания компонентов с выводами под корпусом (типа БОЛ и С$Р) и выполнено в виде приподнимающегося модуля.
Камера с линейной матрицей установлена на одной линии с позициями забора компо-
Рис. 11. Система освещения камеры с линейной матрицей
Рис. 12. Переднее освещение
Рис. 13. Боковое освещение
ется к камере. Головка останавливается, и распознавание компонента производится в статическом режиме. После распознавания головка перемещается к плате, и компонент устанавливается. Во избежание появления углового смещения при работе с компонентами больших размеров возможен предварительный поворот компонента на угол установки перед распознаванием. Точность установки при распознавании компонентов СТЗ на основе ПЗС-камеры составляет ±35 мкм (3 а).
Автоматы серии X11 имеют взаимозаменяемые питатели. Автоматы могут работать с ленточными питателями, вибропитателями, питателями из россыпи, питателями из матричных поддонов. Пневмомеханические питатели совместимы с предыдущими моделями автоматов. Электронные питатели 1ТБ-типа совместимы с автоматами AX, AQ, БСМ, ЛСМ. Конструкция питателей позволяет производить их быструю замену благодаря установке питателей одной рукой.
Автоматы серии X11 оснащаются системой контроля правильности установки питателей, которая позволяет избежать аварийных ситуаций. Эта система на основе лазерного излучателя и приемника. Прерывание луча лазера приводит к немедленной остановке автомата.
Для уменьшения времени переналадки автоматы могут быть оборудованы мобильными системами смены питателей.
нентов из питателей, что позволяет экономить время на перемещение компонентов перед распознаванием. Камера может распознавать компоненты как при перемещении установочного модуля слева направо, так и справа налево.
Точность установки при распознавании компонентов СТЗ на основе камеры с линейной матрицей составляет ±50 мкм (3а) для чип-компонентов 0201-0402, ±75 мкм (3а) — для прочих чип-компонентов и микросхем в корпусе SOIC, ±60 мкм (3а) — для QFP.
Для повышения производительности автомат может быть дополнительно оборудован второй камерой с линейной матрицей, устанавливаемой у задней плиты питателей.
Для работы с компонентами, требующими особой точности установки, автоматы серии X11 могут быть оборудованы системой технического зрения на основе ПЗС-камеры. Такая система реализует способ центрирования $1ор&Оо. Это самый точный, но при этом и самый медленный способ центрирования. Захваченный головкой компонент перемеща-
Компоненты и технологии, № 6'2004
Интуитивно понятный интерфейс пользователя, разработанный на основе операционной системы Windows ЫТ, упрощает программирование и работу с автоматом. В состав программного обеспечения входит программный модуль оптимизации рабочих программ. Утилита CЛD-to-CЛD позволяет импортировать данные о топологии и корпусах компонентов из данных САПР. Автоматы могут быть легко объединены с локальной сетью предприятия. Централизованная сетевая база данных позволяет организовать коллективный доступ к информации по корпусам компонентов. Пользователь может выбирать
между локальной базой данных корпусов компонентов, установленной на автомате, и централизованной базой данных.
Для автоматов серии X11 разработано большое количество опций, в том числе:
• питатель из обрезков ленты;
• питатель из кассет россыпью;
• питатели для этикеток;
• устройство проверки копланарности выводов микросхем в корпусах QFP;
• система переналадки по 2D-коду;
• устройство программирования флэш-памяти компонентов перед установкой и др. Разнообразное программное обеспечение
позволяет создавать рабочие программы на автоматах и вне линии, использовать совместно пакеты программ различных производителей, анализировать эксплуатационные показатели, проверять комплектацию питателей, контролировать количество компонентов в режиме реального времени. Применение автоматов серии X11 является эффективным решением для создания гибких высоконадежных сборочных производств электронной аппаратуры и помогает пользователям успешно конкурировать в условиях современных быстроменяющихся требований.
