Cum optimizează și eficientizează roboții delta procesele de producție a produselor electronice

Roboții delta sunt roboți de dimensiuni relativ mici, utilizați la manipularea produselor alimentare pentru ambalare, a produselor farmaceutice pentru capsulare și a produselor electronice pentru asamblare. Precizia și viteza mare a roboților îi fac ideali pentru aceste aplicații. Cinematica lor paralelă permite această mișcare rapidă și precisă, conferindu-le în același timp un aspect de păianjen, care este foarte diferit de cel al roboților cu brațe articulate.

Figura 1: Utilizarea brațului robotic de legătură în linia de producție de electronice cu efect de iluminare. - fotografie stock (Sursă imagine: Phuchit • Getty Images)

Roboții delta sunt de obicei (deși nu întotdeauna) montați pe tavan pentru a funcționa de sus cu liniile mobile de asamblare și de ambalare. Aceștia au un volum de lucru mult mai mic decât un braț articulat și o capacitate foarte limitată de a accesa spații închise. Cu toate acestea, rigiditatea și repetabilitatea lor sunt avantajoase în procesarea de înaltă precizie a pieselor delicate – inclusiv a semiconductorilor asamblați.

Roboții delta în context

Roboții industriali sunt în general clasificați ca fiind roboți mobili, manipulatori în serie sau manipulatori paraleli.

Roboții mobili includ vehicule terestre autonome (AGV) și stivuitoare automate care sunt programate în principal pentru a deplasa materiale în fabrici și depozite.

Roboții clasificați ca manipulatori în serie au un lanț de legături cinematice care conectează o bază fixă la un efector final; acești roboți includ brațele articulate și roboții cartezieni. Deoarece rigiditatea și acuratețea pozițională a fiecărei legături depinde de legătura anterioară, manipulatorii în serie sunt din ce în ce mai puțin preciși și mai rigizi cu cât legătura este mai îndepărtată de bază. Deși există și excepții, această morfologie tinde să limiteze precizia roboților cu șase axe la câțiva milimetri ... iar după ce se deplasează rapid într-o nouă poziție și se opresc, efectorii finali ai unor astfel de roboți vor oscila pentru o perioadă de timp înainte de a se stabiliza.

Un tip de manipulator în serie utilizat în multe dintre aceleași aplicații ca și roboții delta este brațul robotic articulat cu asamblare selectivă sau robotul SCARA. Din punct de vedere mecanic, aceștia sunt destul de simpli, având două articulații rotative aliniate astfel ca axele lor să fie paralele între ele și cu o a treia axă liniară. Cele două articulații rotative asigură poziționarea X-Y într-un singur plan, în timp ce a treia axă liniară asigură mișcarea pe direcția Z. Deși nu au precizia roboților delta, roboții SCARA sunt relativ ieftini și pot executa sarcini destul de rapid, chiar și în spații restrânse.

Figura 2: Un robot delta este un tip de manipulator paralel cu trei paralelograme, toate conectate la un singur corp rigid de la capătul efectorului final. Baza fiecărui paralelogram este acționată cu un singur grad de libertate în raport cu baza robotului. Roboții delta sunt, de obicei, montați pe tavan pentru a funcționa din partea de sus cu benzile transportoare sau piesele de lucru. (Sursa imaginii: Wikimedia Commons)

Spre deosebire de manipulatorii în serie, roboții clasificați ca manipulatori paraleli (inclusiv roboții delta) au mai multe legături cinematice care leagă efectorul final de bază. O astfel de morfologie permite obținerea unei structuri mult mai puternice, mai rigide și mai ușoare decât la tipurile de roboți în serie. Structura lor ușoară, dar rigidă, permite roboților delta să accelereze rapid pentru a oferi cicluri de funcționare foarte scurte. Un alt tip de manipulator paralel este platforma Stewart sau hexapodul; acesta oferă rigiditate, precizie și viteză maxime – deseori pentru a corecta vibrațiile în timp real în aplicațiile optice de precizie.

Figura 3: Aici este prezentată o celulă de lucru cu funcții de vedere care utilizează roboți delta, roboți SCARA și roboți mobili. Robotul delta este din oțel inoxidabil și are un grad de protecție IP-67. (Sursa imaginii: KUKA)

În mod obișnuit, fiecare paralelogram de pe un robot delta este acționat de un motor electric rotativ prin intermediul unei acționări liniare. (Roboții delta cu costuri reduse din seria Igus Drylin folosesc o configurație mai puțin obișnuită de acționare liniară). Cuplarea paralelogramelor limitează efectorul final doar la mișcarea de translație. Aceasta conferă aceleași grade de mișcare ca o mașină carteziană cu trei axe, dar cu o structură mult mai rigidă și mai ușoară. Un avantaj suplimentar al acestei configurații este că masa motoarelor de acționare este localizată în bază (care, de obicei, este montată pe tavan), astfel că toate părțile mobile ale robotului sunt elemente structurale ușoare și pasive. Unii roboți delta au axe rotative suplimentare montate în serie la efectorul final pentru a asigura o mișcare pe patru, cinci sau șase axe.

Prezentarea generală a aplicațiilor robotului delta

Roboții Delta sunt utilizați pe scară largă în aplicațiile de preluare și plasare pentru asamblarea produselor electronice, precum și pentru ambalarea produselor alimentare și farmaceutice. Atunci când un robot delta funcționează deasupra uneia sau mai multor benzi transportoare sau platforme mobile de asamblare, articolele sunt transportate sau altfel transferate în volumul de lucru al robotului. Apoi, un sistem de vedere identifică locațiile și orientările exacte ale pieselor pentru a ghida robotul cu privire la locul și modul în care trebuie să prindă sau să acționeze în alt mod asupra piesei.

Figura 4: Acest robot delta cu servomotor funcționează cu până la 200 de cicluri pe minut în trei grade de libertate (DOF) plus o axă de rotație. Un controler poate comanda axele acestor roboți cu un timp de răspuns de 2 msec pentru a se sincroniza cu benzile transportoare și alte sarcini. De fapt, un alt robot delta este Quattro; acesta are patru paralelograme în loc de trei, care conectează baza cu efectorul final pentru a oferi rigiditate ridicată și precizie de poziționare la viteze mari. (Sursa imaginii: Omron Automation)

Astfel, robotul delta poate ridica un obiect și apoi îl poate muta în locația dorită. Apoi, ar putea să așeze obiectul în locul și orientarea țintă. De exemplu, un robot delta poate prelua componente electronice orientate aleatoriu pe o bandă transportoare și le poate asambla pe o placă de circuite prezentată în celula de lucru prin intermediul unei alte benzi transportoare.

Mai mulți roboți delta lucrează adesea simultan de-a lungul unei linii cu două benzi transportoare paralele în mișcare continuă pentru preluare și plasare din mers. Sistemele de control centralizat coordonează sistemele unor astfel de instalații – bazându-se în mare măsură pe vederea artificială pentru a transmite informații pentru rutinele de control al roboților. Finalizarea fiecărei operațiuni individuale de preluare și plasare poate dura doar o fracțiune de secundă.

Asamblarea și ambalarea foarte rapide sunt posibile cu mai mulți roboți delta care funcționează simultan.

Utilizări delta specifice producției de produse electronice

Producția de produse electronice se bazează pe roboți delta pentru transportul și manipularea plăcilor cu circuite imprimate (PCB) și a componentelor, pentru asamblarea PCB și pentru asamblarea dispozitivelor.

PCB-urile sunt stratificate cu substraturi neconductoare și straturi de cupru. Configurațiile circuitelor sunt, de obicei, tipărite pe placă prin litografie; apoi, restul stratului de cupru este eliminat prin decapare chimică. Apoi se aplică măști neconductoare pentru cositor, pentru a preveni formarea de punți de cositor între componentele poziționate îndeaproape și traseele de cupru. Asamblarea PCB implică plasarea și apoi lipirea componentelor prin găuri sau cu tehnologie de montare pe suprafață (SMT). PCB-urile mai vechi foloseau numai componente pentru orificii, dar acest lucru este acum mai puțin comun. Componentele pentru orificii au firele introduse în placă prin orificii și sunt lipite pe partea opusă pentru o mai mare rezistență mecanică, dar acest proces suplimentar le face mai dificil de asamblat. Nu este de mirare că componentele SMT domină acum componentele mai mici; acestea sunt mult mai potrivite pentru producția de volum cu un grad ridicat de automatizare. Acestea fiind spuse, o anumită montare prin orificii este adesea necesară pentru componente mai mari, cum ar fi condensatoarele, transformatoarele și conectorii.

Figura 5: Plăcile electronice se deplasează pe o bandă transportoare printr-o celulă de lucru pentru asamblare. (Sursa imaginii: Getty Images)

Pentru ambele tipuri de atașare a componentelor PCB, sistemul de vedere artificială care completează un robot delta poate verifica variația și orientarea componentelor înainte de instalarea pe placă. Pentru un randament ridicat, capul robotizat de preluare și plasare poate fi proiectat pentru a procesa mai multe componente în același timp. De asemenea, un efector final robotizat poate aplica pasta de lipit, iar un altul poate aplica căldură pentru a conecta electric componentele instalate. În caz contrar, componentele pot fi atașate printr-o tehnică de lipire în val... deși mașinile pentru această operațiune sunt costisitoare și sunt mai potrivite pentru producția de volume foarte mari. Și mai costisitor este modul în care componentele prea mari pentru mașinile de inserție sunt adesea asamblate manual pe plăcile de semiconductori. De asemenea, este posibil să fie necesară aplicarea manuală a cositorului în locuri greu accesibile dintre componente.

În cazul acestora din urmă, roboții delta pot înlocui operațiunile manuale de plasare a componentelor mai mari și de lipire între componente.

De asemenea, roboții delta pot fi mult mai puțin costisitori și mult mai ușor de configurat decât mașinile de tip cartezian pentru preluare și plasare. La urma urmei, acestea din urmă sunt mari și grele – asemănătoare cu mașinile-unelte CNC. Sistemele carteziene sunt dificil de mutat, iar după ce sunt mutate pot necesita o recalibrare costisitoare și care necesită mult timp. În schimb, roboții delta sunt suficient de mici și de ușori pentru a fi mutați destul de des. După instalarea în noua locație, aceștia doar execută o rutină simplă de autocalibrare și apoi își reiau funcționarea.

Figura 6: Unii roboți delta utilizează cinci axe pentru a orienta obiecte de toate tipurile. Modelul IRB 365 prezentat aici poate sorta, alimenta, prelua, reorienta și plasa produse de 1 kg cu 120 de preluări pe minut – satisfăcând cerințele unităților de producție care au nevoie de randament și eficiență ridicate. Comandat de un controler compact de robot delta numit OmniCore, sistemul oferă un control performant al mișcării, conectivitate digitală și peste o mie de funcții programate. (Sursa imaginii: ABB)

Există numeroase opțiuni pentru roboții delta. Codian Robotics se specializează numai în roboți delta, spre deosebire de majoritatea producătorilor de roboți industriali care produc în principal roboți cu brațe articulate. Roboții delta ai furnizorului oferă sarcini utile cuprinse între 1,5 și 125 kg pentru a executa asamblarea de piese electronice mici până la multe modele mult mai mari. Un parteneriat cu Mitsubishi Electric asociază roboții delta Codian cu controlerele Mitsubishi.

Roboții delta de la ABB sunt produși sub marca FlexPicker. Modelul actual este IRB 360, un robot delta cu două axe rotative auxiliare în serie la efectorul final pentru mișcări pe cinci axe. Acești roboți sunt optimizați pentru operațiunile de preluare și plasare.

Fanuc produce roboți delta în două game. Seria M include roboți mici, utilizați pentru asamblarea de piese mici (cel mai adesea electronice), precum și roboți mai mari. Roboții din seria M sunt disponibili în configurații cu trei, patru și cinci axe. Roboții din seria DR-3iB sunt roboți mai mari cu patru axe, concepuți pentru operațiuni de preluare și ambalare, cu viteze de mișcare de până la 5,5 m/sec și sarcini utile de până la 8 kg.

Concluzie

Roboții delta oferă o automatizare accesibilă și flexibilă pentru producția de electronice. Aceștia oferă adesea o viteză mai mare și mai multă flexibilitate decât alți roboți și alte mașini automate de preluare și plasare.