匠心与技术——为 PCB 行业打造的机器人产品

文:文 / 埃夫特智能装备股份有限公司2023年第三期

  1 行业简介

  PCB(Printed  Circuit  Board),中文名称为印制 电路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,也 是电子元器件电气相互连接的载体。几乎每种电子设备, 小到电子手表、计算器,大到计算机、通信电子设备、军 用武器系统,只要有电子元件和集成电路,为了使各个元 件之间的电气互连,都要使用PCB。

  PCB的下游应用领域十分广泛,除了传统的计算机、 通信及消费电子领域,近几年以Tesla为代表的新能源汽 车发展迅速,为PCB行业注入了新的活力。2022年8月 11日,中国汽车工业协会发布数据显示,1 - 7月新能源 汽车产销量分别为327 . 9万辆和319 .4万辆,  同比均增长 1 . 2倍,其中纯电动汽车产销分别完成257 .4万辆和251 .8 万辆,同比均增长1倍。汽车电动化带动了汽车电子化程 度的显著提升,相应也带动  PCB 需求增加。新能源汽车 PCB用量为传统汽车的5 - 8倍。同时车用FPC(Flexible Printed Circuit挠性电路板,PCB的一种)取代线束已经 成为趋势,  未来FPC在汽车上的应用也会逐渐增加,  预计 单车用量将超过100片,2022年全球汽车用FPC市场规模 将达70亿元。

  PCB看似薄薄的一片,实则是由多层材料经过复杂的 工艺制作而成。PCB生产具有规范而严格的工艺流程,大 致上可以把生产中涉及到的设备分为工艺制程设备、连线 设备和检测设备三大类。覆铜板、合成树脂等各类原材料 及半成品在现场生产中,依据工序在切割,钻孔,电镀, 蚀刻,涂敷等多种工艺制程设备之间流转。自20 世纪 30 年代诞生以来,  经过80多年的发展,  PCB生产工艺逐步优 化,不仅设计和制程更加先进,在生产中的移栽方式也由 传统的人工搬运逐步转向效率更高、性能更佳的专用自动 化连线设备。其中多关节型工业机器人也以占地小、高速 高节拍、易于集成等诸多优点广泛应用于连线设备中。

  2 PCB行业工业机器人应用需求

  在PCB整体工艺制程中,曝光、显影、棕化、蚀刻、 AOI工艺段使用多关节工业机器人投放板最为普及。自动 化连线设备大多集成了多关节工业机器人,业内用户及系 统集成商的需求主要集中在下列几个方面:

  (1)高节拍、高速度

  目前中国大陆约有一千五百家PCB企业,主要分布在 珠三角、长三角和环渤海等电子行业集中度高的沿海发达 地区,行业竞争激烈。如何改善各环节生产效率,拉动整 线产能提升是不可回避的环节。就目前的技术条件来看影 响节拍和速度的5点因素分别是板件尺寸、机器人运动空 间、吸盘变化、设备机架稳定性以及工位数量。

  (2)高防护、无掉屑、无漏油

  除了生产效率之外,良品率也是PCB厂家关注的重 点。工业机器人由于其机械结构在运动过程中各运动部件 之间会产生摩擦,进而有可能发生润滑油和碎屑掉落的现 象,这无疑会破坏PCB品质造成用户损失。

  (3)高性价比

  工业机器人是连线设备的关键“部件”,在满足负载 和节拍的情况下保持成本优势和低故障率将进一步优化用户的项目投入和日常维护成本,达到降本增效的目的。

  (4)高易用性

  从有效利用材料、降低综合成本的角度出发,PCB 正向着大尺寸的方向发展,   目前超大面积的PCB尺寸为 1250mm*730mm。为了能够稳定抓取和搬运,通常系 统集成商会在“抓手”上设计大量真空吸盘,电磁阀和传 感器的数量也相应增加了。在机器人设计中需要考虑方便 安装新增的外部信号,在方案设计和调试方面,支持离线 仿真技术的工业机器人可以方便的在虚拟环境中进行方案 调试和设计优化。

  3  以国产品牌之力,专心服务于PC B制造 领域

  埃夫特是国内专注于工业机器人本体研发和制造的 厂家,是中国工业机器人第一梯队企业。公司拥有深 厚的技术底蕴和丰富的行业应用经验,  针对PCB制造流 程中需要多次周转及频繁上下料的特点推出负载7kg至 25kg,工作半径700mm - 1800mm的多款工业机器人 产品,广泛应用于曝光、显影、棕化、蚀刻、AOI等多个 PCB工艺段。

  以水平多工位、斜立式多工位投放设备为例,通常需要机器人臂展1300mm~1400mm,工作节拍15pin以 上。2021年埃夫特针对PCB收放板及打磨等多种应用场 景推出ER15 - 1400和ER20 - 1100的重磅产品组合,  负载 范围15~20kg,重复定位精度±0 . 03  mm,安装形式灵 活(支持地面安装、倒挂以及侧挂安装)  。新产品针对用 户需求在节拍速度、惯量、刚性、易用性、防护性能等方 面进行了全新设计,此新品组合一经推出就获得市场的良 好反响。以ER15 - 1400为例,  活跃于PCB生产的各个工 艺连线环节。

  4  PCB产业自动化:埃夫特创造纯正的技术 优势

  (1)高节拍

  卓越的运行速度带来产能的提升:采用轨迹规划,考 虑到提前处理信号的触发和等待,在信号能够满足的情况 下,把相邻两点位置连贯执行,减少了延迟等待带来的速 度丢失,配合先进的轨迹运动算法,帮助提升20% - 30% 的运动节拍。

  (2)高惯量

  傲视业界的大惯量优势:工业机器人在长期高强度运行环境下如果惯量不够,容易出现末端运动抖动、烧电机等现象。目前主流尺寸的PCB 需要13kg以上负载的机器 人,ER15 - 1400在设计中强化了机器人J4.J5.J6的惯 性力矩,分别达到2kg · m²,2kg · m²,0 . 7kg · m²,遥遥 领先于市场同级别产品的平均值,机器人运动稳定性及耐 用性均得到提升。

  (3)高刚性

  无惧硬刚:通常情况下提升机器人刚性的同时其本 身自重也会显著增加,埃夫特经过多年的积累在机器人本 体结构设计方面拥有丰富的制造经验和技术底蕴,ER15 - 1400通过拓扑优化实现更高的刚性、更轻的重量。相较 于同负载级别产品,机器人本体重量减轻19%,刚性提升 63%,进一步突破了机器人使用场景的限制,除普通的搬 运、上下料之外还可以轻松应对打磨、去毛刺、高精度装 配等应用。

  (4)高防护

  全包裹设计、高防护、多场景适应:关节独有的双密 封技术,  本体部分实现IP65的防护等级,  无惧粉尘和3分 钟内任何角度的低压水流喷射,手腕部分防护等级进一步 提升为IP67.可短时间内耐浸水(15cm - 1m,半小时以 内),也能有效避免内部润滑剂的泄漏造成损失,让客户 买的放心用的更放心。

  (5)高易用

  • 突破常规的安装面积:ER15 - 1400的底座安装尺寸 为240mm*240mm,  相对于同级别产品占地面积更小, 易于集成和安装;

  •  灵活小巧的小型化控制柜:搭配的S型控制柜尺寸 为430W*460D*244H(不包含航插),支持正放/侧放 /19英寸机架摆放方式,同时具有6个功能拓展插槽,16 进16出的数字量I/O接口,还可以拓展数字量、模拟量、 总线通讯模块(CCLINK、PROFINET等通讯协议);

  •  三维仿真编程系统ER -factor y:ER -factor y是埃 夫特根据行业经验开发的离线编程软件,适用于码垛、打 磨、激光切割、焊接、上下料等应用,可实现多机协同动 作,支持AGV、传送带、多轴外部附加轴、软PLC调试、 模型轻量化处理等仿真功能。ER - factor y在设计阶段对 整套系统集成进行编程、仿真和演算,不仅可以通过虚拟 调试缩短开发周期和降低成本,还能够降低并规避安全风 险,改善现场设备调试效率。

  (6)高可靠性

  ER15 - 1400于2022年成功通过了80000小时平均无 故障运行时间(MTBF)测试,并获得了国家机器人检测 与评定中心颁发的可靠性认证报告。MTBF作为评估产品 可靠性的重要指标,对于用户来说至关重要。尤其在竞争 激烈的3C行业,选择高可靠性产品,意味着工厂产线停 机和维修损失的降低,有利于实现更好的经济效益并增强 企业竞争力。

  大道至简,产品为王。埃夫特一贯奉行以需求为导 向,在服务用户的同时不断提升自我,保持产品和技术创 新,持续不断为客户创造长期价值。


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