Полтора часа в скоростном экспрессе, отделяющие Токио от города Хамаматсу, пролетят незаметно. Вы окажетесь в городе, известном самым вкусным угрем в Японии и промышленной зоной, аналогичной Силиконовой долине в Калифорнии. Именно здесь и расположено подразделение огромного концерна Yamaha Motor Group, компании i-PULSE — известного производителя самых современных сегодня автоматов для поверхностного монтажа.
Серия М состоит из универсальных машин (модели М4е, M4s, M2) и высокоскоростного установщика чип-компонентов М4а.
Монолитная чугунная станина новых автоматов серии М (рис. 1), изготовленная по оригинальной методике, обеспечивает высокую точность позиционирования и снижение остаточных вибраций в автомате. Поверхность каждой станины доводится вручную мастером и снабжается именной табличкой (рис. 2)
Такого качества обработки изделия невозможно достичь при помощи машинных механизмов или станков. Посредством ручного шабрения металла специальным инструментом Kisage, с виду напоминающим стамеску, достигается точность (неровность поверхности металла) 0,001 миллиметра!
Установочная головка универсальных автоматов имеет 3, 4 и 6 шпинделей соответственно. Каждый шпиндель имеет собственный привод для перемещения по высоте (ось Z). Высота захвата и высота размещения компонента могут быть установлены индивидуально для каждой точки захвата и размещения так, чтобы компоненты различной высоты одновременно захватывались несколькими насадками. Это позволяет бережно и точно устанавливать компоненты, имеющие тенденцию к сдвигу и смещению, а также хрупкие компоненты.
На автоматах используются практически все типы питателей: ленточные питатели для лент разной ширины 8, 12, 16, 24 и 32 мм (с шагами индексации 2 и 4 мм для компонентов в корпусах 0201 и 0402), питатели для компонентов в россыпи, одиночные и много-пенальные питатели, питатели для поддонов с ИМС, включая устройства с загрузкой до 40 поддонов (JEDEC) и их автоматической подачей в рабочую зону.
Простая конструкция ленточного питателя имеет высокую надежность и скорость перемещения ленты. Использование сплайсера (устройства для стыковки лент) позволяет без остановки переходить на новую катушку, присоединяя ее к концу заканчивающейся ленты, или работать с отрезками лент. Питатель жестко монтируется на машину, что исключает вероятность неточного захвата компонента.
Рис. 1
Рис.2
Использование интеллектуальных питателей (с ID) позволяет программному обеспечению автомата контролировать местонахождение питателя, тем самым корректируя программу установки. Конструкция держателя катушки ленточного питателя обеспечивает удобный доступ для проверки наименования компонента с помощью считывателя штрих-кода (без снятия фидера из установочной позиции).
Рис.3
Рис.4
На автоматы (рис. 3) может одновременно устанавливаться до 120 питателей (ленты 8 мм) — по 60 на каждую из сторон. Это один из самых высоких показателей для машин такого класса. Использование устройства-тележки для одновременной загрузки питателей (рис. 4) позволяет заменять одновременно 60 ленточных питателей.
Рис.5
Все это значительно снижает время переналадки и повышает производительность, что особенно важно в условиях среднесерийного производства с большой номенклатурой изделий.
Двухмоторная синхронная система (рис. 5) перемещения установочной головки по оси Y снижает остаточные вибрации машины при остановке головки. Этим же достигается высокая скорость перемещения головки и высокая точность позиционирования. Кроме того, для решения проблемы тепловых изменений геометрических размеров приводных механизмов при работе (что может нарушить точность позиционирования) применяется система принудительного воздушного охлаждения моторов приводов и несущей рамы установочной головки (рис. 6).
На автомат можно установить фиксированные камеры нижнего обзора трех типов для установки микросхем с мелким шагом. Фиксированная камера используется для так называемого распознавания «на лету», что увеличивает скорость размещения крупных компонентов (микросхем). Использование камер позволяет устанавливать компоненты с точностью не хуже 30 микрон.
ПП надежно фиксируется по краям, при этом дополнительно может применяться фиксация по отверстиям на плате и(или) фиксация платы снизу, специальными регулируемыми шпильками (пинами), установленными на подъемном столике.
Конвейер автомата имеет три зоны (входную, выходную и непосредственно зону размещения), что позволяет держать в установке одновременно 3 ПП и значительно снижает время их транспортировки.
Для обучения автоматов в ручном режиме, определения типа насадки, обучения работе с питателями и паллетами микросхем, а также для коррекции смещения ПП по реперным знакам применяются две камеры технического зрения, расположенные на противоположных сторонах установочной головки.
Как правило, для повышения скорости размещения производители автоматов такого уровня уделяют большое внимание увеличению числа установочных головок и системе быстрой смены насадок (например, револьверного типа). Увеличение числа установочных шпинделей ведет к значительному увеличению габаритных размеров и массы самой установочной головки, а также к увеличению потребления сжатого воздуха (иногда до 350 л/мин). В свою очередь, применение револьверной системы смены насадок «на лету» ведет к усложнению
и утяжелению механизмов на установочной головке. И тот, и другой методы приводят к увеличению массы перемещаемой головки, что отрицательно влияет на скорость размещения.
Следует отметить, что при работе любого автомата поверхностного монтажа по грамотно составленной программе размещения смена рабочих насадок происходит достаточно редко, а вот перемещение головки от питателя к фиксированной камере нижнего обзора и после этого к месту установки на посадочное место — часто.
Рис.6
Рис.7
В современных автоматах компании i-PULSE реализован принципиально новый метод центрирования всех типов устанавливаемых чип-компонентов «налету» (рис. 7). (Разработка и внедрение систем видеоцентрирования SMD-компонентов «на лету» — одна из сфер исследований компании i-PULSE.) Этот метод заключается в следующем. Камера видеоцентрирования (сканирующего типа) установлена непосредственно на установочной головке и перемещается под насадками. Такая система сканирования со специальной светодиодной
подсветкой (рис. 8) обеспечивает высокоскоростное распознавание и выравнивание корпусов SMD-компонентов во время перемещения установочной головки по наикратчайшей траектории от точки захвата до точки размещения компонента на плате без перемещения к фиксированной камере нижнего обзора.
Новый метод сканирования позволил значительно повысить скорость размещения компонентов. Кроме того, снижены массогабаритные показатели установочной головки, что положительно влияет на энергопотребление; а малое количество шпинделей (3, 4 или 6) на установочной головке снизило потребление сжатого воздуха до уровня 35-40 л/мин.
Рис.8
Рис.9
Рис. 10
Исследования компании i-PULSE в области систем видеоцентрирования и систем лазерного центрирования, имеющих более высокую разрешающую способность, показали преимущество видеосистем, как наиболее гибких и быстродействующих. Несмотря на то, что в теории чем выше разрешающая способность системы центрирования, тем выше точность размещения, на практике получается обратное — видеоцентрирование ставит компоненты точнее, чем лазерное центрирование (пример тому — автоматы серии КЕ компании JUKI).
Следует, однако, отметить, что применение лазерного центрирования идеально подходит для автоматов низкой производительности (например, модельный ряд автоматов поверхностного монтажа швейцарской компании ESSEMTEC).
Все автоматы компании i-PULSE имеют программное обеспечение с удобным интерфейсом, работающее под управлением Windows XP. Это ПО предоставляет пользователю графическую информацию и отображает данные управления процессом во время работы автомата.
Особо отметим систему сохранения и восстановления данных, использующуюся в автоматах. Все действия оператора (нажатия на кнопки, изменения настроек программ и пр.), результаты работы и нештатные ситуации при работе автомата регистрируются в режиме реального времени и записываются на жестком диске. Это позволяет шаг за шагом выявить и быстро устранить причину появления сбоя в работе автомата.
Для снижения времени переналадки и достижения максимальной производительности предлагается комплект программ, работающих в режиме off-line на отдельном компьютере и включающих в себя следующие возможности:
- редактирование и оптимизация программ;
- оптимизация мест установки питателей;
- тактовая симуляция процесса установки;
- равномерное распределение нагрузки в программах для автоматов в линии;
- конвертирование CAD-данных в машинный формат.
При подключении автомата(ов) к локальной компьютерной сети предприятия становится возможным управление автоматом(и) через сеть.
Из автоматов серии М наиболее интересной для отечественного потребителя является модель М4е (рис. 9), ориентированная на европейский рынок. Эта машина идеологически и конструктивно выполнена в формате машины М2 (рис. 10) и практически полностью повторяет возможности топовой модели.
Отличительными особенностями машины М4е являются:
- самое оптимальное соотношение «цена-качество»;
- 3-шпиндельная установочная головка;
- производительность по IPC9850 — 12 500 СРН (для 1608С), 11 500 СРН (для SOIC16) и3700СРН(дляОЕР100);
- сканирование компонента «на лету»;
- 32 насадки (максимально);
- возможность использования интеллектуальных питателей;
- камеры нижнего обзора для сканирования компонентов Fine Pitch «на лету» (точность размещения 35 микрон);
- работа со всеми видами питателей;
- возможность одновременной загрузки до 120 питателей.
В отличие от других моделей серии автомат М4а позиционируется производителем как модульная машина класса Chip Shooter и этим определяются ее технические данные:
- 4-шпиндельная установочная головка;
- производительность 14 700 СРН (для 1608С) и 11 500 СРН (дляЭОЮб) (в соответствии со стандартом IPC9850);
- максимальная загрузка до 60 питателей (с фронтальной части аппарата);
- сканирование компонента «на лету»;
- работа со всеми видами питателей (кроме интеллектуальных).
При этом все конструктивные элементы машины, качество и идеология исполнения полностью совпадают с моделями М2 и М4е.
Таким образом, четко вырисовывается концепция модульного построения автоматического сборочного оборудования, выпускаемого компанией i-PULSE, с возможностью его объединения в гибкие сборочные линии.