หุ่นยนต์เดลต้าเพิ่มประสิทธิภาพและปรับปรุงกระบวนการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างไร

หุ่นยนต์เดลต้าเป็นหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ใช้ในการจัดการรายการอาหารสำหรับบรรจุภัณฑ์ ยาสำหรับคนไข้และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการประกอบ ความแม่นยำและความเร็วสูงของหุ่นยนต์ทำให้เหมาะกับการใช้งานเหล่านี้ จลนศาสตร์แบบขนานช่วยให้เกิดการเคลื่อนไหวที่รวดเร็วและแม่นยำ ขณะเดียวกันก็สร้างรูปลักษณ์ที่เหมือนแมงมุม ซึ่งค่อนข้างแตกต่างจากหุ่นยนต์แขนกล

รูปที่ 1: การใช้แขนเชื่อมโยงหุ่นยนต์ในสายการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พร้อมเอฟเฟกต์แสง - ภาพสต็อก (แหล่งรูปภาพ: Phuchit • Getty Images)

โดยปกติแล้ว หุ่นยนต์เดลต้าจะติดตั้งบนเพดาน (แต่ไม่เสมอไป) เพื่อมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนย้ายสายการประกอบและบรรจุภัณฑ์จากด้านบน พวกมันมีปริมาณการทำงานที่น้อยกว่าแขนกลมาก และรวมไปถึงความสามารถที่จำกัดมากในการเข้าถึงพื้นที่จำกัดอีกด้วย ซึ่งอาจกล่าวได้ว่า ความแข็งและความสามารถในการทำซ้ำเป็นสินทรัพย์ในกระบวนการที่มีความแม่นยำสูงของชิ้นงานที่ละเอียดอ่อน รวมถึงการประกอบเซมิคอนดักเตอร์

หุ่นยนต์เดลต้าในบริบทต่าง ๆ

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมจัดอยู่ในประเภทกว้าง ๆ เช่น หุ่นยนต์เคลื่อนที่ หุ่นยนต์ควบคุมแบบอนุกรม หรือหุ่นยนต์ควบคุมแบบขนาน

หุ่นยนต์เคลื่อนที่ รวมถึงยานพาหนะภาคพื้นดินอัตโนมัติ (AGV) และรถยกอัตโนมัติที่ได้รับการตั้งโปรแกรมให้เคลื่อนย้ายวัสดุไปรอบ ๆ โรงงานและคลังสินค้าเป็นหลัก

หุ่นยนต์จัดอยู่ในประเภท หุ่นยนต์อนุกรม มีสายโซ่ของการเชื่อมโยงทางจลนศาสตร์ที่เชื่อมต่อฐานที่อยู่กับที่กับเอฟเฟกต์ปลาย หุ่นยนต์เหล่านี้รวมถึงแขนที่ประกบและหุ่นยนต์คาร์ทีเซียน เนื่องจากความแข็งแกร่งและความแม่นยำของตำแหน่งของการเชื่อมโยงแต่ละรายการขึ้นอยู่กับการเชื่อมโยงก่อนหน้านี้ ผู้ควบคุมแบบอนุกรมจะมีความแม่นยำและเข้มงวดลดลง ยิ่งการเชื่อมโยงอยู่ห่างจากฐานมากเท่าไร แม้ว่าจะมีข้อยกเว้น แต่ลักษณะทางสัณฐานวิทยานี้มีแนวโน้มที่จะจำกัดความแม่นยำของหุ่นยนต์ 6 แกนให้เหลือเพียงไม่กี่มิลลิเมตร … และหลังจากเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งใหม่อย่างรวดเร็วและหยุดทำงาน เอฟเฟ็กเตอร์ส่วนปลายของหุ่นยนต์ดังกล่าวจะสั่นอยู่ระยะหนึ่งก่อนที่จะหยุดทำงาน

หุ่นยนต์ควบคุมแบบอนุกรมประเภทหนึ่งที่ใช้ในหลาย ๆ การใช้งานเช่นเดียวกับหุ่นยนต์เดลต้าคือแขนหุ่นยนต์ข้อต่อแบบเลือกปฏิบัติตามหรือหุ่นยนต์ SCARA พวกมันมีกลไกค่อนข้างเรียบง่ายโดยมีข้อต่อแบบหมุนวนสองอันเรียงกันเพื่อให้แกนของพวกมันขนานกันและแกนเชิงเส้นที่สาม ข้อต่อแบบหมุนวนทั้งสองให้ตำแหน่ง XY ในระนาบเดียว ในขณะที่แกนเชิงเส้นตรงที่สามให้การเคลื่อนที่ในทิศทาง Z แม้ว่าพวกเขาจะขาดความแม่นยำแบบเดลต้าโรบ็อต แต่ SCARA ก็มีราคาค่อนข้างต่ำและสามารถทำงานได้ค่อนข้างรวดเร็วแม้ในพื้นที่จำกัด

รูปที่ 2: เดลต้าโรบ็อตคือหุ่นยนต์ควบคุมแบบขนานชนิดหนึ่งที่มีรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานสามรูปทั้งหมดเชื่อมต่อกับร่างกายแข็งเดียวที่ส่วนท้ายของเอนด์เอฟเฟคเตอร์ ฐานของสี่เหลี่ยมด้านขนานแต่ละอันจะทำงานในระดับอิสระเดียวเมื่อเทียบกับฐานของหุ่นยนต์ โดยทั่วไปแล้ว หุ่นยนต์เดลต้าจะติดตั้งบนเพดานเพื่อลำเลียงหรือชิ้นงานจากด้านบน (แหล่งรูปภาพ: Wikimedia Commons)

ตรงกันข้ามกับหุ่นยนต์อนุกรม หุ่นยนต์จัดประเภทเป็น หุ่นยนต์แบบขนาน (รวมถึงหุ่นยนต์เดลต้า) มีการเชื่อมต่อทางจลนศาสตร์หลายตัวที่เชื่อมต่อเอนด์เอฟเฟ็กเตอร์กับฐาน สัณฐานวิทยาดังกล่าวทำให้มีโครงสร้างที่แข็งแรง แข็งแกร่ง และเบากว่าประเภทหุ่นยนต์อนุกรม โครงสร้างน้ำหนักเบาแต่แข็งแกร่งช่วยให้หุ่นยนต์เดลต้าเร่งความเร็วได้อย่างรวดเร็วเพื่อส่งมอบรอบการทำงานที่สั้นมาก อีกประเภทหนึ่งของหุ่นยนต์แบบขนานคือ Stewart platform หรือ hexapod สิ่งเหล่านี้ให้ความแข็งแกร่ง ความแม่นยำและความรวดเร็วสูงสุด ซึ่งมักจะแก้ไขการสั่นไหวแบบเรียลไทม์ในแอปพลิเคชันออปติคัลที่มีความแม่นยำ

รูปที่ 3: แสดงให้เห็นในที่นี้คือเซลล์ทำงานที่มีการมองเห็นซึ่งใช้หุ่นยนต์เดลต้า หุ่นยนต์ SCARA และหุ่นยนต์เคลื่อนที่ หุ่นยนต์เดลต้าเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมและได้รับการจัดอันดับ IP-67 (ที่มาของภาพ: KUKA)

โดยทั่วไปแล้ว สี่เหลี่ยมด้านขนานแต่ละอันบนหุ่นยนต์เดลต้าจะถูกสั่งงานโดยมอเตอร์ไฟฟ้าแบบหมุนผ่านการสั่งงานเชิงเส้น (หุ่นยนต์เดลต้าต้นทุนต่ำจาก Igus ซีรีส์ Drylin ใช้โครงแบบลิเนียร์ไดร์ฟที่ใช้กันน้อยกว่า) การประกบกันของสี่เหลี่ยมด้านขนานจำกัดเอฟเฟกต์สุดท้ายให้เคลื่อนไหวแบบแปลเท่านั้น ซึ่งให้องศาการเคลื่อนไหวเดียวกันกับเครื่องคาร์ทีเซียนแบบสามแกน แต่มีโครงสร้างที่แข็งและเบากว่ามาก ข้อได้เปรียบเพิ่มเติมของการกำหนดค่านี้คือมวลของมอเตอร์ขับเคลื่อนจะอยู่ในฐาน (โดยทั่วไปจะติดตั้งบนเพดาน) ดังนั้นชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ทั้งหมดจึงเป็นองค์ประกอบโครงสร้างแบบพาสซีฟน้ำหนักเบา หุ่นยนต์เดลต้าบางตัวมีแกนหมุนเพิ่มเติมติดตั้งเป็นชุดที่เอนด์เอฟเฟ็กเตอร์เพื่อให้มีการเคลื่อนไหวสี่ ห้า หรือหกแกน

ภาพรวมของแอปพลิเคชันหุ่นยนต์เดลต้า

หุ่นยนต์เดลต้าถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการหยิบและวางสำหรับการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ตลอดจนบรรจุภัณฑ์อาหารและยา เมื่อหุ่นยนต์เดลต้าทำงานบนสายพานลำเลียงหรือแท่นประกอบแบบเคลื่อนที่หนึ่งตัวหรือมากกว่า สิ่งของต่าง ๆ จะถูกลำเลียงหรือขนส่งเข้าไปในปริมาณการทำงานของหุ่นยนต์ จากนั้นระบบวิชันซิสเต็มจะระบุตำแหน่งและทิศทางที่แน่นอนของชิ้นส่วนต่าง ๆ เพื่อนำทางหุ่นยนต์ไปยังตำแหน่งและวิธีจับหรือใช้งานชิ้นส่วนนั้น

รูปที่ 4: หุ่นยนต์เดลต้าที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวมอเตอร์นี้เคลื่อนที่ได้ 200 รอบต่อนาทีในสามองศาอิสระ (DOF) บวกกับแกนหมุน ตัวควบคุมสามารถสั่งแกนของหุ่นยนต์เหล่านี้ด้วยเวลาตอบสนอง 2 มิลลิวินาทีเพื่อซิงโครไนซ์กับสายพานลำเลียงและงานอื่นๆ ในความเป็นจริงหุ่นยนต์เดลต้าอีกตัวคือ Quattro; มันมีสี่แทนที่จะเป็นสามสี่เหลี่ยมด้านขนานที่เชื่อมต่อฐานกับเอฟเฟ็กเตอร์ส่วนท้ายเพื่อให้มีความแข็งสูงและความแม่นยำของตำแหน่งด้วยความเร็วสูง (ที่มาของภาพ: Omron Automation)

ดังนั้น หุ่นยนต์เดลต้าอาจหยิบสิ่งของแล้วย้ายไปยังตำแหน่งที่ต้องการ ลำดับต่อไป อาจวางรายการลงในตำแหน่งเป้าหมายและการวางแนว ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์เดลต้าอาจหยิบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่วางอยู่บนสายพานแบบสุ่มและประกอบเข้ากับแผงวงจรที่แสดงต่อเซลล์ทำงานผ่านสายพานลำเลียงที่สอง

หุ่นยนต์เดลต้าหลายตัวมักจะทำงานพร้อมกันในแนวเดียวกันโดยมีสายพานลำเลียงที่เคลื่อนที่ต่อเนื่องขนานกันสองตัวสำหรับการหยิบและวางทันที ระบบควบคุมแบบรวมศูนย์ประสานระบบของการติดตั้งดังกล่าวโดยต้องอาศัยวิชันซิสเต็มอย่างมากเพื่อแจ้งขั้นตอนการควบคุมหุ่นยนต์ การดำเนินการหยิบและวางแต่ละครั้งอาจใช้เวลาเพียงเสี้ยววินาทีจึงจะเสร็จสมบูรณ์

ด้วยหุ่นยนต์เดลต้าหลายตัวที่ทำงานพร้อมกัน ทำให้สามารถประกอบและบรรจุหีบห่อได้อย่างรวดเร็ว

เดลต้าใช้สำหรับการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะ

การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อาศัยหุ่นยนต์เดลต้าสำหรับการขนส่งและการจัดการแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และส่วนประกอบ การประกอบ PCB และการประกอบอุปกรณ์

PCBs เป็นชั้นที่ประกอบไปด้วยพื้นผิวที่ไม่นำไฟฟ้าและชั้นทองแดง โดยทั่วไปเค้าโครงวงจรจะพิมพ์บนกระดานด้วยการพิมพ์หิน จากนั้นชั้นทองแดงที่เหลือจะถูกกัดด้วยสารเคมี จากนั้นจึงใช้หน้ากากประสานที่ไม่นำไฟฟ้าเพื่อป้องกันการเชื่อมประสานระหว่างส่วนประกอบที่อยู่ในตำแหน่งใกล้เคียงกันและร่องรอยของทองแดง การประกอบ PCB เกี่ยวข้องกับการวางและบัดกรีส่วนประกอบเทคโนโลยี through-hole หรือ surface mount (SMT) PCB รุ่นเก่าใช้ส่วนประกอบแบบ through-hole เท่านั้น แต่ไม่ใช่เรื่องทั่วไปในปัจจุบัน ส่วนประกอบที่มีรูทะลุมีสายไฟสอดผ่านรูในบอร์ดและบัดกรีที่ด้านตรงข้ามเพื่อความแข็งแรงเชิงกลที่มากขึ้น แต่กระบวนการพิเศษนี้ทำให้ประกอบได้ยากขึ้น ไม่น่าแปลกใจที่ส่วนประกอบ SMT มีอิทธิพลเหนือส่วนประกอบขนาดเล็ก พวกมันเหมาะกว่ามากสำหรับการผลิตในปริมาณมากโดยอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม การติดตั้งผ่านรูบางส่วนยังจำเป็นสำหรับส่วนประกอบขนาดใหญ่ เช่น คาปาซิเตอร์ หม้อแปลง และคอนเนคเตอร์

รูปที่ 5: บอร์ดอิเล็คทรอนิกส์ขับเคลื่อนสายพานลำเลียงผ่านเซลล์งานประกอบ (แหล่งที่มาภาพ: Getty Images)

สำหรับการติดส่วนประกอบ PCB ทั้งสองประเภท การมองเห็นด้วยเครื่องจักรที่เสริมหุ่นยนต์เดลต้าสามารถตรวจสอบรูปแบบส่วนประกอบและการวางแนวก่อนการติดตั้งบนบอร์ด สำหรับปริมาณงานสูง หัวหยิบและวางของหุ่นยนต์อาจได้รับการออกแบบให้ประมวลผลส่วนประกอบหลายชิ้นในคราวเดียว เครื่องวางปลายแบบหุ่นยนต์อาจใช้น้ำยาบัดกรีและอีกเครื่องหนึ่งอาจใช้ความร้อนเพื่อเชื่อมต่อส่วนประกอบที่ติดตั้งด้วยไฟฟ้า มิฉะนั้น อาจติดส่วนประกอบด้วยเทคนิคการบัดกรีด้วยคลื่น … แม้ว่าเครื่องจักรสำหรับสิ่งนี้จะมีราคาแพงและเหมาะที่สุดสำหรับการผลิตในปริมาณมาก แม้แต่ค่าใช้จ่ายที่แพงขึ้นก็คือส่วนประกอบที่มีขนาดใหญ่เกินไปสำหรับเครื่องแทรกมักจะประกอบเข้ากับบอร์ดเซมิคอนดักเตอร์ด้วยตนเอง อาจจำเป็นต้องใช้บัดกรีด้วยตนเองในตำแหน่งที่ยากต่อการเข้าถึงระหว่างส่วนประกอบต่าง ๆ

ในระยะหลัง หุ่นยนต์เดลต้าสามารถแทนที่การทำงานแบบแมนนวลเพื่อวางส่วนประกอบขนาดใหญ่ขึ้นและประสานระหว่างส่วนประกอบต่างๆ

หุ่นยนต์เดลต้ายังมีต้นทุนต่ำกว่ามากและกำหนดค่าได้ง่ายกว่าเครื่องหยิบและวางแบบคาร์ทีเซียนมาก ท้ายที่สุดแล้ว ครึ่งหลังก็มีขนาดใหญ่และหนักซึ่งคล้ายกับเครื่องมือเครื่องจักรซีเอ็นซี ระบบคาร์ทีเซียนเคลื่อนย้ายได้ยาก และหลังจากเคลื่อนย้ายแล้วอาจต้องมีการสอบเทียบใหม่ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลานาน ในทางตรงกันข้าม หุ่นยนต์เดลต้ามีขนาดเล็กและเบาพอที่จะย้ายที่อยู่ค่อนข้างบ่อย หลังจากติดตั้งในตำแหน่งใหม่แล้ว พวกเขาเพียงแค่เรียกใช้รูทีนการสอบเทียบด้วยตนเองง่าย ๆ แล้วดำเนินการต่อ

รูปที่ 6: หุ่นยนต์เดลต้าบางตัวเคลื่อนผ่านห้าแกนเพื่อปรับทิศทางวัตถุทุกประเภท IRB 365 ที่แสดงไว้นี้สามารถจัดเรียง ป้อน หยิบ ปรับทิศทาง และวางผลิตภัณฑ์ 1 กก. ที่ 120 หยิบต่อนาที ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดของโรงงานผลิตที่ต้องการปริมาณงานและประสิทธิภาพสูง สั่งการโดยตัวควบคุมเดลต้าหุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดที่เรียกว่า OmniCore ระบบนำเสนอการควบคุมการเคลื่อนไหวที่มีประสิทธิภาพ การเชื่อมต่อแบบดิจิทัล และฟังก์ชันที่ตั้งโปรแกรมไว้มากกว่าพันรายการ (ที่มาของภาพ: ABB)

ตัวเลือกหุ่นยนต์เดลต้ามีมากมาย Codian Robotics เชี่ยวชาญเฉพาะหุ่นยนต์เดลต้าเท่านั้น ตรงกันข้ามกับผู้ผลิตหุ่นยนต์อุตสาหกรรมส่วนใหญ่ที่ผลิตหุ่นยนต์แขนกลเป็นหลัก หุ่นยนต์เดลต้าของซัพพลายเออร์มีน้ำหนักบรรทุก 1.5 ถึง 125 กก. เพื่อดำเนินการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กไปจนถึงการออกแบบที่ใหญ่กว่ามาก ความร่วมมือของ Mitsubishi Electric จับคู่หุ่นยนต์ Codian delta กับตัวควบคุมของ Mitsubishi

หุ่นยนต์เดลต้าของ ABB ผลิตภายใต้แบรนด์ FlexPicker รุ่นปัจจุบันคือ IRB 360 ซึ่งเป็นหุ่นยนต์เดลต้าที่มีแกนหมุนเสริมสองแกนในซีรีส์ที่เอฟเฟกต์สุดท้ายสำหรับการเคลื่อนที่ห้าแกน หุ่นยนต์เหล่านี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการหยิบและวาง

Fanuc ผลิตหุ่นยนต์เดลต้าในสองช่วง M-series ประกอบด้วยหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ใช้สำหรับประกอบชิ้นส่วนขนาดเล็ก (โดยทั่วไปคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์) รวมถึงหุ่นยนต์ขนาดใหญ่ หุ่นยนต์ซีรีส์ M มีให้เลือกใช้งานในการกำหนดค่าแบบสาม สี่ และห้าแกน หุ่นยนต์ซีรีส์ DR-3iB เป็นหุ่นยนต์สี่แกนขนาดใหญ่ขึ้น ออกแบบมาสำหรับการหยิบและบรรจุ โดยมีความเร็วในการเคลื่อนที่สูงสุด 5.5 ม./วินาที และน้ำหนักบรรทุกสูงสุด 8 กก.

สรุป

หุ่นยนต์เดลต้าได้มอบระบบอัตโนมัติที่ราคาไม่แพงและยืดหยุ่นสำหรับการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ พวกเขามักจะให้ความเร็วที่สูงกว่าและมีความยืดหยุ่นมากกว่าหุ่นยนต์และเครื่องหยิบและวางอัตโนมัติอื่น ๆ