ピックアンドプレースマシンを選択する方法

ピックアンドプレースマシンを選択する方法

ピック・アンド・プレイス・マシンは、ペースト・プレース・リフロー・アセンブリーの第2ステップです。 「配置」機能は、「はんだペースト」機能（ステンシルプリンタ）に続きます。 「場所」操作は、ボード上のコンポーネントを選択して配信し、それを定位置にドロップします。 ピック・アンド・プレイス操作の最も簡単な形態は手作業によるものです。すなわち、ビンから部品を手動でピッキングし、ピンセットと虫眼鏡を使ってボード上に配置し、保持されたはんだごて。

この方法は、時々ボードを使用している場合にうまく機能します。 考慮すべき他の事項 - コンポーネントのサイズ（大小） - 場所やはんだを手渡すのに必要な時間に影響します。 細かいピッチ成分は、より高い精度と精度が要求され、人間の要素が作用する別の問題である。 その作業は、より退屈で時間がかかるようになります。

まず、1日2枚のボードからより多くの生産量を得ることに関心のあるユーザー向けの機械支援マニュアルシステムに焦点を当てます。 完全自動システムは複雑で、個別にカバーすることができます。

生産量

さまざまなタイプの機械支援マニュアルシステムの製造範囲に取り組んで始めましょう。 比較のために、すべての回路基板のサイズと複雑さが異なるため、1時間あたりの部品数、つまりCPHについてボリュームについて説明します。 これにより、必要なオートメーションのレベルを決定するのに役立ちます。

手動ハンドシステムを使用するスケールの非常に低い側で、唯一の費用は、機械以外の手作業による手動配置のための適切なハンドツールです。 スペクトルのハイエンドでは、これらのマシンは、無人で高速に動作するように、モジュラーまたはカスタマイズされていることがよくあります。 この市場のバイヤーは、初期費用よりも投資収益率（ROI）が高くなる可能性があります。

図1：サポートのための手動ヘッドとアームレストの例

手動および半自動システム

手作業のピック・アンド・プレイスシステムは、ハンドヘルドの生産量を徐々に増やしながら品質を向上させる必要がある小規模で成長する作業には望ましいものであり、したがって再加工または不良品を削減します。 しかし、配置の正確さは依然としてオペレータの能力によって制限される。 機械支援手動システムの利点は次のとおりです。

• オペレータの疲れを少なくする

• 配置エラーの減少

• 優れた制御

• 歩留まりの向上、再加工の削減

機械支援の手動システムには、真空ピックアップヘッドまたはペンを備えたXYインデックステーブルなどの機能を装備することができます。 オペレーターの疲労を和らげるための人間工学的固定具; XとYに加えて、θ（回転）とZ（高さ）の位置決めのための追加の固定があります。

図2：コンポーネントトレイとフィーダ

一部の機械ではオプションの液体はんだペーストディスペンサーが用意されています。このディスペンサーは、ステンシルプリンターを使用していない場合にコンポーネントをボードに置く直前に適用されます。 その他のオプションは次のとおりです。

• コンポーネント処理トレイ

• 液体ディスペンサー

• テープフィーダ

• フィーダラック

• ビジョンアシストオプション

• オプションのスタンド

ほとんどの場合、機械支援のマニュアルシステムは裸の必需品だけで購入でき、望ましいオプションは後で必要に応じて追加できます。

図3：視覚補助式手動機械

半自動システム

今日、市場でより自動化されたシステムのいくつかの手頃な価格のために、まだ半自動機械はほとんど作られていません。 もともとは、手動から完全自動システムへの飛躍があまりにもコストがかかり、手動操作を支援するためにいくつかの機能を利用できるようになった当初に導入されました。

より正確には、「強化された手動」システムと呼ばれる、半自動ピックアンドプレース機械は、コンポーネントがどこに行くのかを示すビジョンシステムを備えたコンピュータインターフェースを含むが、配置自体は手動で行われる。 このタイプの機械は、少量の用途に対してより精密なピッチ部品をより正確に位置決めするのに役立ち、単純な機械補助手動機械を使用して達成することは非常に困難である。

使いやすさ

ほとんどのピック・アンド・プレイス・マシンは、ボードを16インチx 24インチまで収容できるように設計された非常に多様なボード・サイズを扱います。 コンポーネントの制御も簡単で、精度の向上に役立ち、簡単な学習曲線が得られます。 ほとんどの場合、トレーニングは必要ありません。

電気的要求を見落とさないでください。 購入したマシンが新しい配線を引っ張らずに、あるいはアダプター/変圧器を使用しないであなたの環境でプラグ・アンド・プレイすることを確認してください。

自動ピックアンドプレース機

まず、精度と再現性、ピック・アンド・プレイスのセンタリング方法の2つの側面について説明します。

正確さと反復性

プロダクションマシンでは、通常、精度が+/- 0.001インチ、繰返し精度が12ミルまでのマシンを探すことをお勧めします。 安価なマシンは、この仕様を満たしていないことが多いため、注意する必要があります。

ほとんどの低コストのマシンには、正確さではないにしても、再現性の面で役立つコンピュータまたはソフトウェアが標準装備されていません。 一部の企業は高度な技術を提供するかもしれませんが、ほとんどの企業ではそうではありませ

ピックアンドプレイスセンタリングの方法

ピックアップと配置の方法は4つあります。

• センタリング機構なし

• レーザーセンタリング

• 機械的（顎）

• ビジョンセンタリング

1. 方法1：コンポーネントのピックアップポイントに配置する以外のセンタリングメカニズムがない 。 言い換えれば、部品は工具ヘッドによってピックアップされた後に物理的にセンタリングされず、工具上の中心から離れてピックされると、ボード上に置かれたときに中心から外れます。 定義可能な公差がないため、これは明らかに正確な配置方法ではありません。 あなたは趣味やインストラクターによって使用されるこの方法を見出すことが期待できますが、確かにどんなタイプの精密生産環境でもそうではありません。 利用可能なオプションは多くなく、長期的な信頼性に疑問があります。

• a。 利点：低コスト。

• b。 短所：低精度、再現性と長期信頼性、オプションやスペアパーツはありません。

• c。 サイズ範囲：定義可能な公差はありません

図4：メカニカルセンタリング

2. 方法2： メカニカルセンタリングジョーまたはフィンガこの方法では、コンポーネントがピックアップされ、ピックアップヘッドのX軸およびY軸の中心位置に移動されます。 通常、この方法は設定が容易で、±0.01インチの精度で繰り返しが可能です。 このセンタリング方法は、一般に、低〜中範囲の機械に見られる。

• a。 長所：学習してセットアップが簡単です。 繰り返し可能; 現在入手可能な最速の方法の1つです。 真の「オンザフライ」システム。 低価格。

• b。 短所：特定のタイプの部品、特に繊細なリードの部品には適していない部品に物理的に触れます。

• c。 サイズ範囲：0201パッケージ、最大35 mm角。

3. 方法3：レーザーのセンタリングこの方法では、コンポーネントがツールヘッド上のコンポーネントの中心位置を検出し、X、Y軸の位置に従って部品のゼロ点を再計算するレーザービームでインラインでピックアップされ、基板上の正確な配置のためにヘッドに対する回転位置を決定する。

図5：機械的二乗（古いバージョン）

• a。 長所：タッチレス; オンザフライで（機械的方法に類似）。

• b。 短所：それは信頼性が低いです。 非常に薄い部品（薄い.050の場合は、部品のバリエーションのために同じベンダーからでもリセットする必要があるかもしれません）など、取り扱うことができる部品の種類には制限があります。 Z軸（部品の厚さ）を定義する必要があるため、セットアップ時間が長くかかります。 Mechanical Centeringよりも高価ですが、Visionとほぼ同じです。

• c。 サイズ範囲：0402パッケージ以下または35mm角以上のパーツをセンタリングすることはできません。

4. 方法4：ビジョンセンタリングここでは、ルックダウンとルックアップの2種類があります。 ルック・ダウン・ビジョンは、ピックアップ位置のためにコンポーネントをピックアップする前にコンポーネントの上部を表示します。 次に、中心を計算し、格納されたデータベースのイメージファイルと比較して、コンポーネントをピックアップし、ボード上のその位置に移送します。

• a。 長所：真のタッチレスセンタリング。 奇妙な形の繊細なコンポーネントを扱うことができます。 ルックダウンビジョンセンタリング配置は+/-。004 "と正確です。

• b。 短所：ビジョンシステムに機械のデータベースに保存されている部品画像を識別する方法を教える必要があるため、通常はセットアップ時間が長くなります。 処理に必要な時間スライスによるセンタリングのより遅い方法; ビジョンは機械的方法よりも高価です。 Look-Downビジョンの場合、部品はピックアップポイントからボード上の配置に移動することがあります。

• c。 サイズ範囲：0402 - 15 mm

図6：ルックアップおよびルックダウンビジョンセンタリング

Look-Up Vision法は、利用可能な最も正確なセンタリング方法です。 コンポーネントは、ピックアップ領域から最初にピックアップされ、コンポーネントの下部を見ているカメラステーションに移動され、その中心位置が計算されます。

• a。 長所：真のタッチレスセンタリング、繊細なコンポーネントを扱う。 +/- .001 "までの正確な位置決め機能

• b。 短所：通常、ビジョンシステムに機械のデータベースに保存されている画像を識別する方法を教える必要があるため、セットアップ時間が長くなります。 処理時間によるセンタリングのより遅い方法; ビジョンは機械的方法よりも高価です。

• c。 サイズの範囲：01005 - 50 mm（より小さく、詳細を見ることができます）

選択したピックアップとセンタリング方法は、この精度をマシンに戻す方法と一緒に、生産ニーズの品質とスピードに大きな影響を与えます。 しかし、それはほんの始まりです。

どのような複雑な機械でも、コストと能力との間にはトレードオフがあり、そのうちのいくつかは特に生産の正確さと歩留まりに関係します。 私たちは次のように対処します：

1. 機械的位置決め方法

2. 機械の建設

3. はんだペーストの液体ディスペンス

4. コンポーネントフィーダ

評価プロセスを開始するときに、レビューするには、マシンに必要なカテゴリを決定する2つの決定要因があります。 第1の主な要因はCPH（時間当たりの構成要素）であり、第2の要因は機械能力である。 生産速度がピック・アンド・プレース機械のタイプと性能にどのように影響するかを理解することから建設的ですが、前の2つの章を参照してください。

機械能力は、お客様のニーズに合わせて適切な自動ピックアンドプレースマシンを選択する上で重要な第2の要因です。 この章では、最終基板の品質と生産の歩留まりに直接的な影響を及ぼす機械機能の3つの側面について説明します。

コンポーネント位置決めシステム

図7：コンポーネントピックアップストリップ

前の章で説明した方法のいずれかを使用して、各コンポーネントをピックアップしてツールの中央に配置した後、ボード上のXY位置に正確に配置する必要があります。 一般的に3つの方法があります。

• フィードバックシステムなしでの位置決め（開ループシステム）

• ロータリーエンコーダによる位置決め（閉ループシステム）

• リニアエンコーダによる位置決め（閉ループシステム）

方法1：位置帰還ループなしこのシステムでは、モータはプログラム内で定義されたボード上の位置に各XY軸のステップ数で部品を駆動しますが、実際に右に終わるかどうかを判断する方法はありません場所。 これらのシステムは、ステッピングモータを使用して位置決めを行います。

• a。 長所：低コスト

• b。 短所：信頼性の低い精度。 高品質の生産にはお勧めできません

方法2：ロータリエンコーダによる位置決めこの方法では、エンコーダはモータシャフトに直接取り付けられ、位置フィードバックを制御システムに送ります。 ただし、モータの位置のみを報告し、xy軸の実際の位置は報告しません。 これは機械を構成する残りの機械部品に依存します。 これらの機械は、ステッパーまたはサーボモーターを使用することができます。 （通常はコストに関連する）

• c。 長所：低コスト。 このシステムはエントリーレベルのマシンで広く使用されています

• d。 短所：典型的な位置決め精度+/- 0.005 "

方法3：リニアエンコーダによる位置決めこの方法では、機械のXY軸テーブルにリニアスケールが取り付けられ、エンコーダがコンポーネントを搬送する移動ビームに取り付けられます。 この方法は、実際の位置を制御システムに報告し、必要に応じて、コンポーネント配置の実際のX＆Y位置の数ミクロン以内にプログラムされた位置を修正します（通常、それぞれ12,800刻み旅行のインチ）。 このカテゴリの最良の機械は、サーボモータを使用します。

• e。 長所：+ / - .0005以内に非常に高い精度; 非常に反復可能な

• f。 短所：コストがかかりますが、高付加価値の生産に必要です

注記： エンコーダの品質（位置フィードバックセンサ）は、システム全体の重要な要素であり、精度に影響します。

図8：全溶接構造

機械構造

ピック・アンド・プレース機を選択する際には、構成がフィーダの数を考慮した有効CPH範囲とフットプリントを指示することに注意してください。

1.全溶接鋼：最も正確な機械は、固体溶接された構造鋼管で構築されたフレームを有する。 これにより、X＆Y軸の正確な位置決めと高速移動に必要な安定性が大幅に向上します。 この構築方法は、どのプロダクション環境にも推奨され、継続的なキャリブレーションを必要とせずに安定しています。

2.ボルト付きフレーム：押し出されたアルミニウムまたは成形された板金フレームは、溶接されたフレームより初期精度が低く、X-Y軸の動きの急な慣性シフトに対応できないため、よりゆっくりと動作する必要があります。 さらに、較正から頻繁に外れて、労働時間、ダウンタイムおよび歩留まりに悪影響を与える可能性があります。 （通常、コストの低下は建設の弱さを反映している）

はんだペースト/液体ディスペンス

ピック・アンド・プレイス・マシンは、流体ディスペンス・システムを提供できるものでなければなりません。 最も一般的な液体には、はんだペースト、接着剤、潤滑剤、エポキシ、フラックス、接着剤、シーラントなどがあります。 これは、専用のプリンタステンシルまたはフォイルのコストを保証しないプロトタイプまたは一回限りのPCBアセンブリを構築する際に、貴重なオプションです。

図9：部品フィーダ付きワークデッキ

コンポーネントフィーダー

機械の生産が少数の部品や仕事の種類に専念するならば、フィーダーの数と種類を特定するのは非常に簡単です。 しかし、これは通常、契約組立店ではそうではありません。なぜなら、彼らは次の仕事にどのような種類のボードといくつの異なるコンポーネントが必要かを知らないからです。 いくつかのOEMは、特にプロトタイプといくつかの異なる生産ボードに同じマシンを使用する場合、幅広いボード構成に柔軟性が必要です。 そのため、フィーダの位置とオプションが最大のマシンを検討して、スペースで処理できるフットプリントに対応できるようにすることは有益です。

フィーダの種類は次のとおりです。

1. カットストリップホルダーは、通常、低容量の世界に関連付けられています。

2. マトリックストレーホルダーは、テープでは使用できないコンポーネントに使用されます。

3. チューブフィーダは、チューブ内に供給される成分を分配する。

4. 電気テープ（およびリール）フィーダは、通常、最初はより高価ですが、長期的に最適な投資を提供します。 電気テープフィーダは、さまざまなサイズの単一ユニットとして利用でき、0201コンポーネントから最大56mmの大きなコンポーネントまでカバーできます。 多くの製造業者は、複数フィーダー（銀行フィーダーと呼ばれています）を提供しています。 これらは8mmのテープで利用でき、ユニットあたり8mmのフィーダーレーンを最大12個装備できます。

図10：テープフィーダ

部品は、テープ、クワッドパック、マトリックストレイ、チューブ、カットストリップなどの個別部品など、多くの形でパッケージ化されているため、生産に依存しますが、サイズの制限もあります。 良い出発点は、利用可能なフットプリントで入手できるフィーダのほとんどを購入することです。

ソフトウェア

Pick and Placeマシンの購入を検討する場合、最も重要な考慮事項の1つはソフトウェアインターフェイスです。 低〜中ボリューム範囲のユーザーには、最大8,000 CPHと定義される優れたオペレーティングシステムの主な3つの目標があります。

1. 使いやすさの最大化

2. 幅広い柔軟性を提供

3. パフォーマンスの最適化

図11：機械の地面保持プレート

使いやすさ

小規模から中規模の組立作業ではプロジェクトを頻繁に切り替える必要があるため、単一のセットアップで何十万個ものコンポーネントを処理できる大容量の運用よりもセットアップと使用の容易性がはるかに重要です。 ジョブショップのアセンブラは、さまざまな生産要求を満たすために、広範なボードサイズとコンポーネントの選択をすばやく切り替えるだけの俊敏性が必要です。 マシンは、非常に小さいものから非常に大きいものまで、セットアップとテストに負担をかけずに、広範囲のコンポーネントサイズを処理することができなければなりません。

対照的に、大型の生産機械は、しばしば精密ピッチ部品、チップシューティング、またはオプションの作業のために必要とされるインラインで配置されたピックアンドプレースシステムのいくつかのモジュールで構成されています。 これにより、大量生産者は、生産速度、効率、品質を最適化するためにラインをカスタマイズすることができます。 これらの環境では、より効率的に製造されるため、より長いセットアップが許容されます。

まず、いくつかの基本的な質問：

1. あなたが見ているモデルにはコンピュータが付属していますか？ これは良いことも悪いこともない。何人かのユーザは自分のPCにソフトウェアをインストールすることを好みます。 ただし、完全に統合されたシステムでは、ソフトウェアの互換性の問題は発生しません。これにより、インストールと設定が合理化されます。

2. マシンは、Windows™やプロプライエタリなシステムのような使い慣れたグラフィカルユーザーインターフェイス（GUI）で動作しますか？ ほとんどすべてのオペレータは、Windowsコンベンションの直感的なインターフェイスに直ちに慣れていきます。これは、特に新しいマシンのユーザビリティを加速する重要な要素です。 独自のGUIは、より長い学習曲線を必要とすることがあります。

オペレータのスキルセットは、次のものを備えた機械提供者によって増強されるべきである。

1. 良いドキュメント

2. ハンズオントレーニングまたはビデオ

3. マシンの共通コンポーネントと繰り返しルーチンを教えるユーティリティ

8,000を超えるCPHを処理するマシンの場合、複雑さが大幅に増加するため、より高い学習曲線が必要です。

柔軟性

カスタムアセンブラに大きな柔軟性を与える重要なユーティリティは、ユニバーサルCADトランスレータ機能（UCT）です。 UCTを使用すると、ピック・アンド・プレイスのデータをマシンのデータベースにインポートして、プログラムの作成とスケーリングを支援できます。 プロジェクトが開始されると、ユーザーは、アーカイブされた一連のファイルから実行するプログラムを選択します。 これにより、すべてのプログラミングが記憶されているので、ボード間で迅速に切り替えることができます。

図12：Universal CAD Translator（UCT）ソフトウェアプログラムの画面

探すべきもう一つの特徴はマスターフィーダーとコンポーネントデータベースです。 オペレーターがコンポーネントデータを保存すると、永遠にそこに保存され、新しいボード構成設定にアクセスしてインポートすることができます。 このデータベースはコンポーネントを追加するにつれて増加するため、時間の経過とともにプログラミング時間を短縮し、生産時間を短縮できます。 しばしば、データベースは在庫を覚えているので、コンポーネントを使用すると、残りの在庫は常にチェックできるようになります。 これは、スケジューリングと在庫計画のための優れた機能です。

検討しているシステムが、コンポーネントデータベース全体ではなく特定のボードのデータのみを格納するかどうかを確認してください。 そうであれば、特定のボードコンポーネントのデータのみを記憶し、使用可能なすべてのインベントリを表示しません。

図13：最適化のためのオフラインシミュレーション画面

最適化

特定のユーティリティは、しばしば、システムのセットアップとプログラミングを支援するうまく設計されたマシンを備えています。 最適化されたパフォーマンスに影響を及ぼす最も重要なユーティリティの1つは、オフラインソフトウェアです。

オフラインソフトウェアを使用すると、プログラミングのためのリモート環境でピックアンドプレースマシンのルーチンをシミュレートできます。 どんなコンピュータにもインストールでき、マシンのGUIのように見えます。 類似したタイプのコンポーネントを同じシーケンスで集約し、ツールの変更を最小限に抑え、それらの機能を実行するのにかかる時間を最小限に抑えるなど、プログラムを操作して、機能をソートし、プログラムラインを変更して効率的に使用できます。 また、マシン上で実行する前にマルチボード用のボード参照を作成することもできます。

ジョブの切り替えを高速化するには、ソフトウェアインターフェイスに、マトリックストレイの設定、ストリップフィーダーの識別、ビジョンセンタリングの教示などの一般的な操作のサブルーチンを含める必要があります。 最後の点を拡大すると、画像の解釈ははっきりと明瞭でなければなりません。 そうではなく、機械が部品を認識するのに苦労している場合、その結果は誤った部品となり、不必要な再加工が多くなる可能性があります。 うまく設計されたソフトウェアインターフェイスは、許容可能な部品を代表する各コンポーネントタイプの画像品質の範囲を取得し、承認されたファイルとして保存します。 これにより、スピード、再現性と効率、最終的な基板品質が改善されます。

その他の考慮事項

品質のピック＆プレースマシンの物理的特徴と同様に重要なのは「ソフト」機能です。 次の項目を確認してください。

1. オンサイトトレーニングまたは工場トレーニングの可用性？

2. リモート診断 - ベンダーはオンラインサポートを通じてこれを提供できますか？

3. クリティカルなソフトウェアのアップデート - 彼らは無料で来るのか、それとも費用がかかりますか？

4. ソフトウェアインターフェイスは事前購入レビューに利用可能ですか？

ベンダーサポート

あらゆるタイプのSMTマシンを評価する際は、工場サポートを購入の最も重要な資産の1つとして考えてください。 企業が顧客をどのように扱うのかを知る最も良い方法は、言葉によるものです。 いくつかの顧客と話をして、マシン、売り手、そして彼らが提供しているサポートがどれほど幸せであるかを知ることができます。 製造工場はどこですか？ 電話でアラインメントの問題のトラブルシューティングに役立つことができますか？ 彼らはフィールドサービスを提供していますか？ 彼らはすぐに出荷のために在庫のスペアパーツを持っていますか？ マニュアル、マシンアシスト、または強化された手動ピック＆プレースマシンには中古市場はあまりありませんが、サプライヤーに現場の古いマシンについて質問するのは良い考えです。マシンが古くなった場合にスペアパーツをカスタマイズする機能についても説明します。 製品の予想されるライフサイクルが何であるか質問してください。 業界標準は7年間です。 真のメーカーと機器のサプライヤーまたはディストリビューターの間には違いがあることを覚えておいてください。