(A Robot’s Place in SMT)
Scott Zerkle YAMAHA Motor IM America公司

SMT工艺中的问题

在SMT行业中，一个始终不变的就是改变。标准不断更新，为了节省空间元件不断变小。除了不断的改变，这个行业还面临着必须继续处理很多无法改变的东西和必须更新的东西。一个有代表性的PCB制造商建立生产线，在印刷电路板上涂布锡膏，把元件放置到锡膏上，然后进行回流。印刷电路板的尺寸、放置在PCB上的常见元件，需要的生产线速度，这些问题都必须考虑。

考虑这些问题之后，购买了能够处理大部分SMT工艺的生产线，但是，几乎在所有情况中，总有一个元件不能用车间里的自动化工艺处理。这个问题并不是选择生产线的工程师的责任，也不是选择的供应商的宣传有弄虚作假。这个问题困扰着几乎所有PCB制造商，其原因在于，如果购买专门处理这个元件的机器，这台机器用过一次后可能就不再使用，或者，如果这个元件是插孔元件，它可能很快被SMT元件取代，从经济效益的角度看是不划算的。

制造商在建立他们的生产线时都希望生产线符合组装要求，往往认为他们的生产线的设备是足够的，但是，在组装时，经常出现元件超出组装设备规格的情况，但是，这些元件用量少，没有理由购买新的专用设备。例如，PCB制造商需要放置很大连接器，这些连接器的尺寸超出SMT机器的规格。有些制造商在产品中使用插装元件，但没有必要为这些元件购买插装机。

那些不常用的元件，元件制造商不大可能为了能够在自动化生产线上进行组装而做成标准封装，异形元件则超出标准SMT机器可以处理的范围。对于SMT制造商，除了在放置元件时要解决元件尺寸和类型变化的难题外，他们还必须考虑如何经济有效地地解决这些 超出规格 元件的放置问题。由于这种情况不多，很难说明花很多钱购买处理这些元件的专门机器是合理的。相反的是，制造商发现，手工处理这些元件更加经济有效，也更现实。制造方面的这些困难不是因为工程设计考虑不周，也不是选择的供应商在考虑客户要求时的疏忽引起的。一旦出现这些问题，制造商就会认识到，即使他们购买的SMT生产线能够满足大部分工艺的需要，但是,总有超出规格的元件。

解决这些问题的常见方案

目前，解决这类问题的最常见办法是使用手工操作台。在操作台上，用手工放置这些很大的连接器、异形元件或插装元件。这时，我们希望这个手工操作工艺可以和自动化生产线的其他机器一样高效率地精确地生产。但是，我们都知道，这是不可能的。手工生产不可能和自动化生产一样，人会疲劳、在工作时需要停顿和休息。管理员工的费用持续增加。使用机器人时，在一般情况中，购买机器人是资本投资，在三到五年内可以收回成本，此后的成本就是维护方面的成本。而雇用操作人员的成本是持续的，并且逐年增加。

由于这些特别的元件都有自己独特的挑战，对于处理超出设备规格的制造问题，第二个常见办法是外包。处理这种制造问题的专业公司会对他们提供的服务提出很高的价格，虽然制造公司习惯于自己控制生产质量，但是，在决定外包一个工艺时，必须放弃对生产质量的控制。在某些情况下，把产品中的一个单元交给一个专业车间进行部分组装也许是唯一的选择，但是，成本以及质量不在你的控制之中，将使你很难下决心外包。

如果最后项目客户的交货期很短，由于外包可能会导致延迟交货，那么，把业务外包的公司就有失去这个项目的危险。必须花费很多时间和精力寻找一个能够完成这种工作的外包伙伴。在外包时，除了适时检查外包伙伴完成工作的情况之外，还必须检查质量。在考虑外包的成本时，为外包支付的价格只是外包总成本中的一个部分。

机器人怎样解决这些问题？

现在的机器人可以解决这些制造问题，并且提高生产线的效率。此外，和目前的人工成本相比，机器人本身的经济效益更高。机器人的成本通常是资本投资，是针对投资回报（ROI）进行经营分析的。在考虑投资回报时，你必须考虑操作人员的总体成本、他们的生产速度，以及各种质量缺陷的影响。购买一台机器人通常在三至五年就可以收回购买机器的成本，此后的成本只是维护机器的费用和电费等。在全部制造过程中，操作节奏和人工操作周期匹配的机器人的效率肯定超过人工操作。机器人是由电脑或PLC（可编程逻辑控制器）控制的自动操作机器。

机器人可以通过校准程序调整它的操作精确度，它的卖点就是操作的可重复性。妥善地维护的机器人可以运行几千小时，精度和操作节奏不会有任何变化。当一个工艺需要视觉功能时，机器人使用远超出人眼功能的摄像机系统，保证更好的精度和质量。目前市场上的SMT机器主要是用来从编带、料盘、料管中拾起元件并放置到板上。有些元件没有包装，自动化生产线必须处理这种元件的送料问题。机器人能够处理这些特殊的放置，效率高于操作人员手工。

可以把这些没有包装的元件放在料盘上。然后，机器人把料盘移到摄像系统下，找到可以放置的元件。机器人拾起和放置所有可能的元件。此后，操作人员重新整理或安排料盘上留下来的元件，再拾起和放置。这样可以避免设计这些元件的包装和送料机构的昂贵费用。有些需要放置的元件的引线和PCB表面平行，而不是垂直的。这对标准的SMT机器的能力是一个难题。使用有旋转吸嘴的机器人很容易克服这个问题。旋转吸嘴可以拾起一个元件，然后使引线旋转90度，使引线在放置时垂直于PCB。这样，既不需要人工放置台前的操作人员，也不必对元件进行昂贵的重新包装。对于SMT生产线，管装元件的送料也是常见的，但管装元件中的大元件，或特殊形状元件往往需要昂贵的专门设计。

自从在SMT工艺中使用机器人以来，人们研制了管装元件送料器，它能够管装元件送料器根据具体的元件定制，送料器中的元件处理部分是可调节的。由于这些元件送料器不太贵，因此，PCB制造商能够处理的管装元件范围更大。SMT机器是针对速度和精确性而设计的。因此，SMT机器通常只限制元件的高度，只能沿X、Y轴移和旋转，以及在Z方向的移动。

另一方面，对机器人高度的限制比较少，有更多轴移动。现在的机器人的高度增加，可以放置很高或很大的元件。增加移动轴的机器人能做拾起和放置之外的工作。机器人可以从送料器中拾起螺丝钉，把螺丝钉拧紧；在总装区组装机嗀 。在SMT中，机器人的另一个作用是寻找电镀插装（PTH）元件引线的焊端，寻找这些引线焊端经常是有视觉装置的SMT机器的难题。现在，新的摄像技术可以发现离元件实体相当远的PTH元件的引线焊端，在插入时不会损坏引线。

结 论

SMT机器本身就是机器人，一般有一组详细的规格，速度很高，能够很快地进行SMT生产，因而SMT机器人不能进行超出规格的工艺。本文讨论的机器人是这样的一种机器人，它能够处理的元件范围非常大，它的专用软件使它们能够输入各种各样的元件。机器人已表明它能够在许多工艺中增加产量，提高质量；但是，在使用这种机器人时，仍然需要操作人员给机器人提供元件。机器人在SMT生产中有一席之地，并且创造了许多新的功能；许多使用这种机器人的公司可能开始看到经常性的成本下降，产量增加，质量提高。制造商必须正确了解机器人在SMT中的作用。

Scott Zerkle是雅马哈汽车美国公司总经理。他从事表面贴装行业已有二十多年。在担任雅马哈公司的总经理之前，他曾担任SMT设备督导员、应用工程师和工程经理。