高品質運動控制技術助力中國3C電子制造業騰飛

文:劉恒2017年第4期

    現階段是中國3C電子產業黃金發展時期,全球70%的電子制造業在中國,國產手機、平板電腦、智能穿戴行業的快速崛起,更令3C電子制造業的發展如火如荼。特別是手機產業,近年來HUAWEI、OPPO、VIVO、小米等民族品牌迅速占領市場,且在全球手機品牌中占了半壁江山,成為了中國3C電子產業的驕傲。

    在產業迅猛發展的同時,國內勞動成本的飆升正在慢慢蠶食中國制造業的優勢,一些傳統制造業已經開始搬離中國,轉向東南亞其他國家。中國3C電子制造業亟待一場徹底的革命——自動化升級、降低人均成本、提高生產效率是唯一的出路;其中,機器取代人工是必然趨勢。隨著3C電子制造業對機器人、高端CNC的需求急速上升,使得工業個人計算機(IPC)、通用運動控制器(GMC)、伺服傳動系統的市場需求量也相應提升。

臺達集團-中達電通運動控制產品開發處總監李文建

定制化運動控制產品受青睞

    應用于3C電子制造產業的運動控制技術主要分為:計算機總線控制器、Soft開放式控制器(例如OpenCNC、嵌入式控制器)以及嵌入式通用控制器GMC等,它們分別針對不同的應用市場。并且得益于計算機、DSP等IT技術的發展以及龐大的市場需求,使得現階段控制器市場飛速發展,成為了自動化領域的主導產品之一。

    同時國內運動控制器廠商的技術研發正逐漸從泛用型轉變為行業專用型,即采用定制化產品開發路線,例如針對CNC行業有專用的CNC控制器;針對PC市場有專用的IPC控制器,針對機器人市場有專用的機器人控制器等等。這類產品的一個共同點是,各種控制器都逐步向網絡化、軟件化的發展方向。

    針對3C電子制造產業的具體應用,目前對運動控制產品和系統需求量較大的制造環節包括:金屬加工(如雕銑、拋光);玻璃打磨、拋光;非標設備(即為達到某種功能而特別研制的電子設備);生產組裝線(完成產品組裝);搬運、上下料設備(如機械手)等。

    在這些3C電子生產制造環節上,對運動控制技術和產品的具體要求也各不相同。例如,金屬和玻璃加工屬于CNC加工范疇,該行業需求的不再是通用CNC,而是專用CNC解決方案,包括拋光機、雕銑機、高光機等。其次,非標設備和組裝線對控制器的要求是網絡化、智能化,不再只是單一產品線,而是要求能夠聯網,方便工程管理。此外,自動搬運、上下料是電子制造業非常關鍵的環節,其對控制器的需求是柔性化、專業化,能夠適應不同的工作場合需要。

整體運動控制方案提升企業競爭力

    針對3C電子制造行業,臺達目前重點推出新產品包括:新型伺服驅動器ASDA-A3系列、高端CNC系統解決方案(雕銑機、拋光機等)、PC-Based運動控制解決方案(側重EtherCAT通訊)、通用運動控制器HMC系列(側重機器人控制)、高精高速直線馬達等。

    例如,為了滿足3C電子產業機械設備高性能、多功能、節能與小型化的需求趨勢,臺達伺服驅動器ASDA-A3系列的速度響應頻率可達3kHz,馬達搭載24bit高解析絕對式編碼器,內建進階自動增益調適與系統分析接口、加入全新擺振抑制與系統建模功能、并具備回生能源的再利用能力,可提供高響應、精準定位、細致平穩、靈活精巧的特性,以新一代的伺服技術讓設備達到更佳的效能,提升精密機械的精度以及整體性能。另外,該系統伺服驅動器與馬達采用精巧外型設計,面寬、長度縮小約20%(與臺達上一代產品相比),為客戶節省設備安裝的空間與重量,實現設備小型化,適用于精密雕刻機、TFT面板切割、IC封裝機、電子組裝或檢測設備、機械手臂、工業機械人、包裝設備、貼標設備、半導體設備等典型3C電子應用場所。

    而在電子印刷電路板生產過程中的重要環節——貼片工藝中,主要通過具備各種功能的SMT器件高精準地貼裝在FPC相對應的固定位號上來完成工作(位號由貼片程序通過坐標圖、位號圖、BOM主板裝配料單預先做好)。過去由于成本的考慮以及自動化技術的普及程度不高,這部分工作多由人工操作完成,但往往造成產品合格率不高、質量穩定性差等問題。采用臺達SCARA工業機器人工作站解決方案取代傳統的人工、進行FPC的撕膜及貼付作業,能夠有效降低產品出現廢品的概率,提升產品質量和生產效率。

    針對FCB生產的工藝特點,臺達提供的解決方案由三臺臺達SCARA工業機器人DRS40L系列、I/O轉接板、人機界面(HMI)、光源等組成。其中,臺達SCARA工業機器人DRS40L系列具有優越的速度、精度、線性度和垂直度等性能,能夠提供免感知器的順應控制功能,可順應電子制造中柔性電路板的偏差,快速精準地完成貼片作業,大幅地降低因為操作員疲勞工作而帶來的廢品率,幫助企業提升生產效率,并降低人工成本。

    在該項目的每一套機器人工作站解決方案中,一臺機器人在建立放料載板的使用者坐標系的基礎上,對FPC進行抓取和工位放置,并撕取FPC的背膠膜,再由另外兩臺機器人進行貼片工作。三臺機器人對每件FPC進行抓取的時間只需要1.5s,撕膜機器人的定位精度為±0.1mm,而進行貼片工作的兩臺機器人定位精度更可高達±0.05mm。

    特別值得一提的是,臺達提供的是一整套的行業解決方案,并且通過臺達自己的DMCNET總線或市場通用EtherCAT總線將臺達不同的控制類產品有效地串聯起來,形成控制回路。由于該方案應用的所有的產品都出自臺達,保證系統的一致性、兼容性和可靠性,并提升系統的調試和工作效率,再加上臺達完善、及時的售后服務系統,為客戶創造最大生產效益、提高競爭力。

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