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Uflex – 实现自动化平台多功能及简易重设

在智慧工厂、中国制造2025、工业4.0的号召下,中国电子制造业也纷纷加快全面自动化的步伐,各大OEM及EMS厂家除了投资在大型设备如贴片机、印刷机、回流焊炉外,在面对一些简单如异型元件的组装、上螺丝、点胶及检测这些人工操作的工序时,往往碰到自动化的困难。 

传统自动化平台的缺点 

虽然市场上有不少自动化工具,可以为厂家解决异型元件的组装、上螺丝、点胶及检测的工序,但这些平台纵使具备三条机械臂,也只能完成三种简单工序,往往会占用厂房面积,实际使用率不高,经济效益并不令人满意。 

若果OEM厂家在接到新的订单,需要进行新的工序,需要把传统自动化平台,交由设备生产厂家重新设置,去满足新的工序要求。 

那么,设备厂家则要对这台机器从大脑到手臂来个“大手术”,不单重新设计工具爪;更加重要的,就是更换指挥机械臂的电脑操作程式,并要按客户的具体要求重新调试。换句话说,这跟重新买一台机器的差别,就是保留了框架而已,因而成本高昂,费时费力费钱。 

传统的自动化设备需要升级,才能真正为OEM厂家,提供从功能到电脑操作程式都比现在更灵活及多功能的方案。 

自动化平台面临的挑战 

综合而言,自动化平台若要为厂家实现真正的全面自动化,则要解决以下三大难题:

  1. 取代由人工作业的各种各样工序;
  2. 需要在同一个自动化平台上,灵活地应对不同的工艺装配方案;
  3. 能够精准地控制机器动作的准确性、工艺流程和装配力量,来应对复杂元件的装配。 

以下有两个案例。图1是组装LCD显示屏,具有48只针脚,在组装时需要控制针脚的平行度和插入的准确性、插入的高度和力量。

图1:LCD显示屏的组装 

图2是组装重量高达450克的大型复杂元件,需要采用特定的方式来取料和装配。

环球仪器在美国总部的设备开发团队,经过不断的研究,终于研发出新一代的自动化设备Uflex,去年推出后大受市场欢迎。

新一代Uflex自动化平台功能多样化 

Uflex自动化平台与传统设备比较,最大突破就是从大脑到工具如吸嘴和夹爪都可以改变,随时“变身”来顺应市场需要。

首先,Uflex的功能较传统自动化平台为多,除了异型元件的组装、上螺丝、点胶及检测外,它可进行拾取及贴装、剪脚及视觉检测等等。

虽然Uflex的功能增加了,但实际上只是配备三条或者四条不同功能的机械臂,令机身的设计十分紧凑,减少占用厂房面积。每条机械臂末端的工具均可以置换,以满足不同的生产工序。

图3:Uflex可兼容一整系列的标准/OEM生产工具,与及各式各样的送料器。

现场可以切换操作程式 

至于如何将对内置于机器上面的“大脑”动手呢?

环球仪器充分利用云端技术,将所有重置驱动程式及工艺策略都预先上传至云端,厂家可以在需要时直接从云端下载,实行在车间现场替Uflex自动化平台动“换脑”。

图4:厂家可自行下载环球仪器预先上传的电脑程式

当OEM厂家想要更换工序时,先更换机械臂末端的工具,然后实时下载硬件重置驱动程式来重设机器,再针对所需进行的工艺,下载相应的策略。基本上,厂家可按需要,任意切换程式。

现时可供下载的八大重置驱动程式,包括贴装头、轴针、吸嘴、夹具、相机、点胶、螺丝转动、送料器、量度及输送方式。一旦下载,就可以下载相应的工艺软体程式,包括拾取、贴装、点胶、Z轴的运动、推动、蘸浸、堆叠、延迟、插件及弯曲成型,操作人员继而可以为产品自行编程,满足生产需要。

待将机器的特定数据与操作员的伺服器进行同步后,就完成Uflex的大变身,可以生产下一个产品了。

在具体操作上,环球仪器本身具备庞大的工具库,如各种吸嘴,厂家不用担心找不到合适的工具。环球仪器也考虑到厂家想采用已有的工具,在设计上Uflex完全可以兼容第三方工具,绝对适合作为已有自动化生产线的补充设备。

可根据所处理的元件和工艺的特点,制作各种不同的治具和吸嘴,可处理高达500克以上和需要特殊预成型的的元器件。

图5:针对各式各样插装元件,设计与之匹配的夹爪,更换每副夹爪仅需拆卸四颗螺丝。

图6:Uflex配置三个功能头,可同时处理高达450克的变压器和大型的线圈 

图7:Uflex配置四个功能头,卧式元件的预成型和LCD显示器的整形夹取  

图8:大型异型元件的组装

Uflex这个灵活的设计,不单可以随时应对新的产品挑战,更是一个节省成本的方案。因为所有程式都是可以“按需购买”,厂家不必购置不合用的程式,令Uflex重新设置的平均成本仅为10%,远远低于其他方案则的50%。

加上所有程式可以在现场重设,相较其他方案要返回原厂工程改装,更为省时省力。

为了协助厂家应对日新月异的产品挑战,环球仪器的研发人员,不断开发新的应用程式,并上传至云端,厂家可以随时下载并使用。

Uflex减少营运成本90%

厂家可将Uflex整合至生产线中,专门应对繁复的工序,较量身定制的平台更能减省营运成本,及保障投资价值;或者取代人手工序,来加快投资回报率,提升产品上市速度,与及改善产品质素。

Uflex紧凑的机身设计,可以适应精益生产或在线生产工序。左图是Uflex平台,右图是传统平台,可见采用Uflex平台,单位面积产能可以增加四倍,投资回报率提升50%,营运成本减少90%。

图9:Uflex(左)对应其他平台的机身大小

图10:Uflex支持最大比率的工作区域,令机身更为紧凑

Uflex机身之所以能这么紧凑,宽度只有1000毫米,皆因采用了极简的架构设计,却可以支持最大比率的工作区域(X轴为630毫米,Y轴为960毫米),直接减少占地面积60%,产出可以增加四倍,单位面积产能成本降低40%!

虽然Uflex机身紧凑,但其功能却丝毫不弱。在实际案例中的应用发现,在应对重达450克的元件时,也无需降慢插装速度,也不受元件尺寸的影响。

Uflex的产品应用 

Uflex的设计主要针对需要视觉识别的中等以上尺寸的元件,特别适合多量少样的产品(普通基板最佳)、多拼板、卷带或管装或托盘包装、引脚与通孔比例为0.6毫米及硬质引脚。

换句话说,Uflex特别适合应对以下元件:大电解电容、盒式电容、有源电阻、继电器、变压器/线圈和连接器。


图11:Uflex能应对大电解电容、盒式电容、有源电阻、继电器、变压器/线圈和连接器。

至于实际产品应用,则包括:低压电源的驱动板及灯条板;白色家电中的洗衣机/烘干机控制板、空调控制板、电源板、镇流器、手机充电器等等。

图12:白色家电中的电源及控制装置组装

图13:顶部照明的镇流器组装

图14:LED内的电源装置组装

图15:手机充电器内的电源装置组装

Uflex可以完全取代人工作业,给厂家带来以下好处:

l  产出最高可增加四倍,对不同产品可保持速度不变

l  最高可以降低95%插件成本

l  在投资回报期中营运成本减少70%以上,投资回报期低于2年

l  占地面积减少60% (产能:1台Uflex相当于4名技术工人)

l  降低40%以上的单位面积产能成本(cph/平方米)

l  超凡的品质水平(一次通过率):99% vs. 95% FPY

Uflex自动化平台技术参数  

插件速度

1.2秒/元件 (群组拾取最多三个元件)

电路板尺寸(宽 x长 x 高)

50 x 75 x 0.5毫米(最小) to 630 x 508 x 12毫米(最大)

插件头

(最多)3个气动夹爪或(最多)4个真空夹爪/吸嘴

最大元件尺寸(宽 x长 x 高)

127 x 127 x 100毫米(最大)

送料器界面

700毫米宽,支持最多10个送料装置

定位系统

丝杆驱动,加速度达2G,移动速度为2米/秒

精度/重复精度

50µm精度,8µm重复精度

可实现的自动化工序

拾取及贴装(包括剪脚),点胶、拧螺丝、视觉检查、测试及其他工序

机器尺寸 (宽 x长 x 高)

1000 x 1700 x 1830毫米

作者:代翔宇——环球仪器中国市场营销经理,纪鹏——环球仪器亚洲工程和技术应用经理

 

2018年EM Award创新奖

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