دستگاه pick and place چیست و چه کاربرد هایی دارد؟
دستگاه pick and place ، ماشین هایی هستند که ماموریت آن ها انتقال قطعات و محصولات در خطوط تولید است. استفاده از این ماشین ها در خطوط تولید باعث بالاتر رفتن ایمنی( خط تولید لوازم الکترونیکی ، برقی و شیمیایی) بالاتر رفتن سرعت و دقت ( همانند همه فرآیند های اتوماسیون تولید) و کیفیت محصولات نهایی شده است.
تا کنون در این سایت در خصوص ماژول حرکت خطی ، بال اسکرو و غیره با جزییات نحوه انتخاب آن ها صحبت کرده ایم. سپس در مقاله قبل در خصوص انواع دستگاه های CNC و بخصوص دستگاه CNC رومیزی به عنوان یک کاربرد بسیار رایج از محورهای حرکت خطی صحبت کردیم.
برخی از منابع دستگاه های pick and place را زیر مجموعه ماشین آلات CNC دانسته اند و برخی دیگر خیر. در هر صورت اگر این ماشین آلات زیر مجموعه دستگاه های CNC هم نباشند، جهت کنترل و در محل قرار دادن قطعات از کامپیوتر استفاده می کنند و از لحاظ منطق کاری بسیار شبیه به دستگاه های CNC هستند.
دستگاه های pick and place هم از سه محور حرکت خطی برای انتقال محصولات استفاده می کنند. ( طراحی مکانیزم حرکت خطی). این دستگاه ها سه کاربرد اصلی در خطوط تولید محصول دارند:
رایج ترین و معروف ترین کاربرد این دستگاه در مونتاژ قطعات SMD روی مدارهای چاپی است. در قسمت بعدی مقاله بصورت مفصل در خصوص این دستگاه صحبت شده است. کاربرد های دستگاه pick and place که می تواند در خطوط تولید هر محصولی استفاده شود، اتوماسیون بسته بندی و اتوماسیون مراحل مونتاژ دستگاه ها است.
دستگاه مونتاژ قطعات SMD (دستگاه SMT)
قبل از اینکه به شرح دستگاه بپردازیم نیاز است تا در خصوص قطعات SMD و فناوری SMT صحبت کنیم. قطعات SMD قطعاتی هستند که بصورت سطحی روی برد چاپی نصب می شوند. کلمه SMD مخفف Surface mount Device است. این قطعات در مقابل قطعاتی قرار می گیرند که پایه دار هستند و برای نصب روی مدار های چاپی نیاز به ایجاد سوراخ در مدار است.
اما کلمه SMT به فناوری نصب سطحی اشاره دارد. این کلمه مخفف Surface Mount Technology است. هنگامی که در خصوص فناوری نصب سطحی صحبت می کنیم، منظور تمام مراحل این فناوری است. برای مثال فناوری خمیر مدارهای چاپی، فناوری لحیم کردن قطعات SMD روی مدارهای چاپی و غیره.
در این مقاله از تمام تکنولوژی SMT فقط به نحوه قرار دادن قطعات الکترونیکی روی مدار های چاپی می پردازیم. در گذشته مونتاژ قطعات روی مدار چاپی بصورت دستی انجام می شد. این فرآیند زمان بر و با دقت پایین بود. اما با استفاده از سیستم های حرکت خطی امروزه این فرآیند بصورت اتوماسیون و با دقت بالا انجام می شود.
دستگاه های pick and place قطعات چاپی را از خشاب های Feeder دستگاه با مکش هوا بر می دارند و در محل تعیین شده آن روی برد قرار می دهند.
دستگاه های SMT با برند های متفاوت و امکانات متفاوت تولید می شوند. در ادامه برخی از ویژگی های اصلی که در انتخاب دستگاه تاثیر گذار است را بصورت تیتر وار ذکر می کنیم:
- تعداد کلگی دستگاه: کلگی های دستگاه قطعات را از فیدر بر می دارند و در محل تعیین شده روی برد قرار می دهند. هر چه تعداد این کلگی ها بیشتر باشد سرعت گذاشتن قطعه روی مدار بالاتر است. دستگاه های کوچک و رومیزی یک و یا دو کلگی دارند، اما دستگاه های بزرگ حدود 8 و یا بیشتر کلگی دارند.
- تعداد خشاب feeder: خشاب های feeder محل تغذیه قطعات برد های الکترونیکی هستند. در دستگاه های صنعتی متداول است که حدود 50 خشاب برای برد های مختلفی که می خواهند در دستگاه SMT مونتاژ شوند در نظر بگیرند.
- سایز قرار گیری مدار چاپی: مدار های چاپی که در دستگاه SMT قرار می گیرند می توانند اندازه های متفاوتی داشته باشند. اما معمولا یک محدوده برای دستگاه های مختلف وجود دارد. برای مثال یک دستگاه بزرگ می تواند بردهای PCB در ابعاد 50 سانتی متر در 30 سانتی متر را با دقت 01mm مونتاژ کند.
- سرعت بار گذاری : سرعت بارگذاری همان تعداد قطعه ایست که در یک ساعت دستگاه می تواند مونتاژ کند. اگرچه دستگاه هایی وجود دارند که با سرعت 32 هزار قطعه در ساعت بارگذاری می کنند، اما دستگاه صنعتی معمولی بصورت میانگین بین 15 تا 20 هزار قطعه در ساعت بارگذاری می کنند.
- دوربین جهت الاین کردن قطعات: هنگامی که قطعات در خشاب ها قرار دارند ممکن است به هر دلیلی در راستای مورد نظر جهت قرار گیری روی برد نباشند. دستگاه های تمام اتوماتیک برای هر کدام از کلگی ها یک دوربین در نظر می گیرند. این دوربین با استفاده از پردازش تصویر راستایی که باید قطعه قرار بگیرد را تشخیص می دهد و اصطلاحا قطعه را الاین می کند. برخی از دستگاه ها که بصورت نیمه اتوماتیک در بازار وجود دارند. برای الاین کردن از انسان کمک می گیرند. نحوه کار به این صورت است که دستگاه بصورت اتوماتیک قطعات را بر می دارد و بالای سر محل قرار گرفتن روی برد می آورد سپس بصورت دستی اپراتور دستگاه راستای مورد نظر را به قطعه می دهد.
در زیر یک دستگاه رومیزی pick and place برای قطعات SMD نشان داده شده است. دستگاه نشان داده شده 15 فیدر جهت قرار دادن قطعات و یک کلگی دارد.
همانطور که در عکس مشخص است ساختار این دستگاه بسیار مشابه با دستگاه CNC رومیزی است. محورهای حرکتی این دستگاه با استفاده از تسمه و پولی ساخته شده است و شفت و بلبرینگ های خطی جهت راهنما های محور ها استفاده شده است. تفاوت این دستگاه با دستگاه CNC در کلگی آن است. در دستگاه های CNC به جای کلگی که قطعات را بر می دارد اسپیندل موتور قرار داده می شود.
خط اتوماتیک بسته بندی
خط اتوماتیک بسته بندی محصولات یکی از محل های رایج برای استفاده از دستگاه pick and place است. این خط شامل تعداد زیادی از عملگرهای پنوماتیکی، کانوایرها جهت انتقال بسته بندی ها و محصولات و در نهایت یک دستگاه سه محوره pick and place جهت قرار دادن محصولات درون کارتن های بسته بندی است.
فیلم زیر مراحل باز کردن کارتن ها توسط ماژول های پنوماتیکی ، انتقال آن به محل مورد نظر توسط کانوایرها و در موقعیت قرار گرفتن آن توسط جک پنوماتیکی را نشان می دهد. در نهایت یک دستگاه سه محوره pick and place محصولات را در کارتن قرار می دهد.
استفاده از این دستگاه در صنایع مختلف که نیاز به بسته بندی دارند، نقش زیادی در اتوماسیون دارد. بر خلاف دستگاه های SMT این دستگاه ها را بصورت آماده نمی توان خریداری کرد و باید خط تولیدی بصورت کامل ، مخصوص کار شما طراحی شود.
ممکن است خط تولید شما بگونه ای باشد که محصولات را از یک محل مشخص بردارید و در محل ثابتی قرار دهید. در این صورت می توان از عملگرهای پنوماتیکی برای حرکت خطی pick and place استفاده کرد. اما در بسیاری از موارد نیاز است که محل های برداشتن محصولات متفاوت باشد. در نتیجه باید از سرو موتور و یا استپر موتور و ماژول هایی مانند بال اسکرو و تسمه پولی برای تبدیل حرکت دورانی به خطی استفاده کرد.
صنایع پیشرفته تر از بازوهای رباتیک pick and place استفاده می کنند. استفاده از بازوهای رباتیک این مزیت را دارد که با قرار دادن دوربین دید تصویری روی بازو می توان راستای محصولات را هم درست کرد.
در شکل زیر یک بازوی pick and place نمایش داده شده است.
هر صنعتی که نیاز به بسته بندی محصولات داشته باشد می تواند از ماژول های pick and place به عنوان بخشی از فرآیند اتوماسیون صنعتی خود استفاده کند. اما استفاده از این خط اتوماتیک در صنایع مواد غذایی، صنایع بسته بندی دارویی، کارخانه جات تولید لوازم بهداشتی رایج تر است.
ربات های pick and place در خطوط مونتاژ
دستگاه SMT که در قسمت اول مفصل تشریح شد، زیر مجموعه ای از ربات هایی هستند که در خطوط مونتاژ قطعات را مونتاژ می کنند. اما استفاده از ربات در خطوط مونتاژ بسیار گسترده است. فیلم ربات هایی که در خطوط تولید اتومبیل استفاده می شود را احتمالا دیده اید. این ربات ها علاوه بر قرار دادن قطعات روی شاسی ماشین ها (بجز وظیفه pick and place) سایر کارهای خطوط مونتاژ مانند پیچ کردن، جوش دادن و غیره را نیز انجام می دهند.
جمع بندی
در این مقاله سه مورد از کاربرد های دستگاه pick and place جهت اتوماسیون صنعتی در خطوط تولید را ذکر کردیم. موارد اشاره شده در بالا تنها مثال های معروفی از کاربرد این دستگاه در صنعت است.
دستگاه ها و ماشین آلاتی که در خطوط تولید استفاده می شوند اغلب در درون خود از ماژول های pick and place استفاده می کنند. بدلیل اینکه دستگاه ها باید مخصوص و مطابق با نیاز کارخانه جات طراحی شوند، ماژول های pick and place استفاده شده در این دستگاه ها هم بصورت مخصوص طراحی و ساخته می شوند.
اکثر دستگاه ها pick and place که بصورت مخصوص طراحی و ساخته می شوند، از ادغام ماژول های حرکت خطی در یکدیگر است. در صورتیکه علاقمند بودید می توانید نحوه طراحی این مازول های حرکت خطی را در مقالات قبلی سایت بخوانید.( طراحی مکانیزم حرکت خطی)