CC BY
76190
www.finestreet.ru
технологии
оборудование
Лазер в сравнении с видео.
Преимущества и недостатки различных систем центрирования компонентов в современных монтажных автоматах
Владимир ЛИСОВ
e-mail: [email protected]
Продолжающаяся миниатюризация предъявляет все более строгие требования к точности центрирования компонентов. В дополнение к точности решающими факторами для систем центрирования являются также скорость распознавания компонентов, гибкость и невосприимчивость к влиянию окружающей среды.
В современных автоматах для установки SMD-компонентов применяются две основные системы центрирования: базирующиеся на применении лазерной технологии и основанные на применении видеокамер. Каждая из систем имеет свои достоинства и недостатки, которые оказывают немаловажное влияние на качество, скорость и надежность процесса установки компонентов. Как для лазерных систем, так и для камерных точность установки находится в прямой зависимости от разрешающей способности и качества оптики. Однако их возможности, особенно для камерных систем, могут значительно изменяться, в зависимости от того или иного применения.
Типы камерных систем
В современных автоматах для поверхностного монтажа используют три типа камерных систем: с фиксированной камерой, с подвижной камерой и закрепленной на установочной головке перемещаемой камерой. Фиксированная камера устанавливается неподвижно на раме в рабочей зоне автомата, и для осуществления центрирования установочная головка с захваченным компонентом должна «пролететь» над этой камерой, за счет чего происходит изменение траектории перемещения от места захвата компонента к месту установки. Подвижная камера установлена на раме автомата и перемещается только по оси Xтаким образом, чтобы установочная головка «пролетала» над камерой не меняя траектории движения от места захвата компонента к месту его установки. Если камера находится на установочной головке и имеет возможность перемещения, центрирование производится во время перемещения головки без изменения траектории.
Обработка изображений
Вторым параметром, по которому можно разделить камерные системы на две подгруппы, является возможность обработки изображения только одного компонента или сразу нескольких компонентов. Две диаграммы (рис. 1 и 2) показывают зависимость скорости и гибкости автоматов от применения различных типов камерных систем. Как и для большинства других систем, здесь работает общее техническое правило: «или быстрая, или гибкая». Точность распознавания является прямым показателем разрешающей способности (количество пикселей) и размера изображения. Отсюда следует логический вывод, что видеосистема, которая измеряет несколько компонентов одновременно, то есть все параметры одного большого изображения, является менее точной, чем видеосистема, измеряющая индивидуально параметры одного компонента. На практике различные типы камерных систем часто используются вместе на одном автомате. Например, некоторые производители устанавливают на автомат видеосистему, распознающую одновременно несколько компонентов для достижения максимальной скорости, и видеосистему для распознавания индивидуально компонентов с мелким шагом. Однако при более тщательном рассмотрении такое разделение также может иметь недостатки: например, при установке компонентов 0201 (дюйм) и/или высокой плотности монтажа точности стандартной видеосистемы может оказаться недостаточно.
Лазерная система
На рис. 3 показано отличие разрешающей способности стандартных видеокамер, ис-
Рис. 1. «Гибкость» при применении различных типов камерных систем
Рис. 2. «Скорость» при применении различных типов камерных систем
пользуемых некоторыми производителями, с разрешением 50 мкм, и лазерной системы JUKI с разрешающей способностью 16,7 мкм. Большая разрешающая способность лазерной системы позволяет лучше распознавать
оборудование I технологии
191
Камера; разрешение 50 мкм, изображение компонента 0201 по шкале серого <---------------
Лазер: разрешение 16,7 мкм, двоичное изображение компонента 0201
Рис. 3. Разрешающая способность лазерной и камерной систем
компонент, а, следовательно, точнее его устанавливать. И это является одним из основных преимуществ лазерных систем в сравнении с камерными.
Еще одно преимущество лазерных систем — возможность осуществлять 3Б-изме-рения компонентов. Это позволяет компенсировать возможные отклонения высоты компонентов.
Поскольку лазерная система очень компактна, она монтируется непосредственно на установочной головке, что позволяет осуществлять измерения компонента (центрирование) непосредственно во время перемещения головки. Таким образом, скорость — еще одно преимущество лазерных систем центрирования.
Другими важными преимуществами лазерных систем являются простота программирования и невосприимчивость к воздействию окружающей среды. В условиях реального производства эти характеристики
играют значительную роль. Очевидным недостатком лазерной системы, по сравнению с камерной, является то, что лазерная система может измерять только компоненты прямоугольной формы, но не может измерять плоские поверхности.
JUKI применяет и лазер, и видеокамеру
Для того чтобы максимально эффективно осуществлять центрирование, JUKI использует в своих машинах оба типа систем центрирования, как лазерную, так и камерную, и оптимизирует их под конкретную задачу. Запатентованная лазерная система осуществляет независимое центрирование четырех наконечников одновременно. Когда необходимо установить большой компонент, захват осуществляется только каждым вторым на-
конечником, таким образом можно измерять компонент двойной ширины. Поскольку лазер, имеющий возможность измерять компонент с высокой точностью и действительно «на лету», обеспечивает высокую производительность, целью применения видеосистемы является обеспечение максимальной гибкости. Главная часть камерной системы JUKI — уникальная среди автоматов-установщиков гибкая система подсветки FlexLight с тремя направлениями подсветки и тремя длинами волн. Эта система позволяет измерять компоненты практически любой формы, с любой отражающей способностью. Использование разделения изображения позволяет устанавливать компоненты больших размеров (75x75 мм или 50x150 мм). Для увеличения производительности при установке компонентов с мелким шагом в машинах JUKI предусмотрена опция одновременного видеоцентрирования несколькими наконечниками (MNVC — Multi-Nozzle Vision Centering).
Система независимого лазерного центрирования нескольких наконечников одновременно используется на всех машинах JUKI для установки чип-компонентов. Видеосистема используется в машинах KE-2055R и KE-2060R.
Четыре модели автоматов JUKI, выпускающиеся в настоящий момент, обеспечивают гибкость при построении технологической линии любой сложности.
FX-1R — автомат для установки чип-компонентов (рис. 5)
• Две головки по четыре наконечника на каждой. Независимое перемещение по оси X с помощью линейного двигателя. Одновременное лазерное центрирование «на лету» (MNLA — Multi-Nozzle Laser Align).
• Устанавливаемые компоненты:
0201 — 26,5x11 мм (20x20 мм).
• Производительность:
25 000 комп./час IPC 9850.
• Питатели: 80x8 мм (макс.).
• Точность установки: 50 мкм (лазерное центрирование).
KE-2050R — автомат для установки чип-компонентов (рис. 7)
• Одна головка с четырьмя наконечниками. Одновременное лазерное центрирование «налету» (MNLA).
• Устанавливаемые компоненты:
0201 — 26,5x11 мм (20x20 мм).
• Производительность:
13 200 комп./час IPC 9850.
• Питатели: 80x8 мм (макс.).
• Точность установки: 50 мкм (лазерное центрирование).
KE-2055R — автомат для установки чип-компонентов и микросхем с мелким шагом (рис. 6)
• Одна головка с четырьмя наконечниками. Одновременное лазерное центрирование «на лету» (MNLA). Видеоцентрирование микросхем с мелким шагом.
• Устанавливаемые компоненты:
0201 — 26,5x11 мм (20x20 мм).
192
технологии оборудование
Производительность:
1З 2ОО комп./час IPC 985О.
Питатели: 80x8 мм (макс.).
Точность установки: 5О мкм (лазерное центрирование).
40 мкм (видеоцентрирование).
KE-2O6OR — высокоточный автомат
(рис. 7)
• Одна головка с четырьмя наконечниками. Одновременное лазерное центрирование «на лету» (MNLA).
• Одна головка с одним наконечником для FinePitch-компонентов (FMLA Focus Modular Laser Alignment). Лазерное и видеоцентрирование.
• MNVC — Одновременное видеоцентрирование всеми наконечниками Multi-Nozzle Vision Centering (опция).
• Устанавливаемые компоненты:
0201 — 50x150 мм (74x74 мм).
• Производительность:
- 12 500 комп./час IPC 9850;
- 3400 комп./час MNVC (FinePitch-компоненты).
• Установка микросхем с шагом выводов до 0,4 мм стандартно (до 0,2 мм — опция)
• Питатели: 80x8 мм (макс.).
• Точность установки: 50 мкм (лазерное центрирование).
• 30 мкм (видеоцентрирование). ■
