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PCB收放板设备的机械手架构选型——三轴、四轴、六轴、蜘蛛手、重载六轴的适用场景

10/15 14:28
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PCB收放板设备的核心执行部件是机械手。不同架构的机械手在运动自由度、取放速度、负载能力、空间占用上差异明显,对应的适用工序也各不相同。选型时如果只看设备整体参数,忽略机械手架构的差异,容易在特定场景下出现效率不足或能力过剩的问题。

画册中展示了五种机械手架构:三轴、四轴、六轴、蜘蛛手、重载六轴。本文按架构分类,分析各自的适用场景和选型逻辑。

三轴机械手:结构简单,适合平面取放

三轴机械手由X、Y、Z三个直线轴组成,运动方式为直角坐标运动。结构简单、控制逻辑清晰、成本较低,适合平面取放场景。

行业内在用的三轴单工位方案,采用三轴机械手配合暂存工位,手臂自动调整,兼容平板和L架,可满足各种角度L架。板厚覆盖0.05–6.0mm,产速10Pcs/min,设备尺寸1700×1400×2100mm。适合内层前处理放板、内层蚀刻收板、内层棕化放板等制程。

三轴架构的局限在于运动自由度少,只能完成平面内的取放动作,对于需要倾斜取放或复杂姿态调整的场景不适用。但在规则平板载具的常规工序中,三轴架构的简单性和成本优势明显。

四轴机械手:平面取放加旋转,兼顾效率与兼容

四轴机械手在三轴基础上增加一个旋转轴,通常用于调整板件方向或配合斜立式载具取放。相比三轴,四轴可以完成更复杂的姿态调整,适应更多载具类型。

行业内在用的四轴双工位水平式方案,采用四轴机械手配合NG暂存位,板厚覆盖0.05–3.2mm,产速10Pcs/min,设备尺寸2350×2320×2250mm。四轴双工位斜立式方案采用斜立式载具45°,双工位,载具采用上下交换实现双工位,设备窄体设计适用于宽度方向有限的制程,具备读码功能可识别混料现象。板厚覆盖0.05–6.0mm,产速7Pcs/min。

四轴架构在SCARA机器人中应用广泛,水平方向灵活度高,垂直方向刚性好,适合中小型板件的快速取放。在内层前处理、内层DES、外层前处理、VCP等工序中,四轴架构是兼顾效率和兼容性的选择。

六轴机械手:全姿态调整,适配复杂载具和精密对位

六轴机械手具备六个自由度,可以完成空间内任意姿态的调整。相比三轴和四轴,六轴在取放角度、路径规划、姿态补偿上灵活性最高,适合复杂载具、精密对位、多工位协同等场景。

画册中六轴机械手覆盖了多个工序段:

内层制程: 六轴三工位水平式方案配置三个工位与暂存工位,水平式载具与倾斜式载具结合,板厚0.05mm–3.2mm,产速10Pcs/min。六轴三工位斜立式夹纸方案带拆隔纸功能,可选择启用或关闭,板厚0.3mm–6.0mm,产速7Pcs/min。

外层与防焊制程: KPRU/L-6440六轴双工位斜立式方案,斜立式载具45°和65°,手臂自动调整,兼容平板和L架,板厚0.05–6.0mm,产速8Pcs/min。KPRU/L-6640T六轴双工位L插架方案,采用夹板边方式取放板,板子之间无接触减少插花,板厚1.0–8.0mm,产速7Pcs/min。

压合与钻孔: KPRL-5000B六轴双工位钻靶上料机,定位完成后通过机械手自动上料对位,可适用于各种类型的钻靶机,手臂自动调整无需人工调整吸盘组,板厚0.1mm–6.0mm,产速5Pcs/min。X-Ray预对位机采用六轴机械手精准上料,配合X-Ray相机自动识别靶点,板厚0.1mm–6.0mm,产速5Pcs/min。

 

六轴架构的灵活性也带来更高的控制复杂度和成本。在需要精密对位、复杂载具适配、多工位协同的场景中,六轴的价值才能充分体现。

蜘蛛手:高速取放,适合后道收板

蜘蛛手(并联机械手)采用多轴联动结构,运动惯量小,响应速度快,适合高速取放场景。与串联机械手相比,蜘蛛手在速度和精度上有明显优势,但负载能力相对有限。

行业内在用的后道收板方案,采用CCD视觉与蜘蛛手配合收板,收板精度可达±1mm以内,采用仿生吸盘组兼容各种类型PCB板。不带隔纸版本板厚0.3–4.0mm,板件尺寸50×50–305×305mm,产速60Pcs/min。带隔纸版本隔纸开启时产速30Pcs/min,关闭时60Pcs/min,板件尺寸50×50–350×350mm。

蜘蛛手架构的优势在高速场景中最为突出。后道成品清洗、OSP、水平沉锡等工序对收板节拍要求高,蜘蛛手方案60Pcs/min的产速是串联机械手难以达到的。

重载六轴机械手:大尺寸厚板场景

重载六轴机械手在标准六轴基础上增强负载能力和结构刚性,适合大尺寸板件和厚板的取放。画册附件部分展示了重载六轴机械手,用于需要更高负载能力的场景。

厚板场景中,板件重量大,对机械手的负载能力和结构稳定性要求更高。重载六轴配合夹板边取放方式,可以在保证取放稳定性的同时避免板面接触损伤。

选型逻辑

机械手架构的选型,核心看三个变量:

运动自由度需求。 平面取放选三轴;需要旋转调整选四轴;需要全姿态调整或精密对位选六轴。

产速需求。 常规节拍(5–10Pcs/min)选串联机械手(三轴/四轴/六轴);高速节拍(30–60Pcs/min)选蜘蛛手。

负载需求。 常规板件选标准机械手;厚板或大尺寸板件选重载六轴。

从画册中的设备分布看,六轴机械手是覆盖工序最广的架构,从内层到外层、从压合到检测、从后道到特殊物料都有应用。三轴和四轴集中在内层制程,蜘蛛手集中在后道收板,重载六轴集中在厚板场景。不同架构各有适用边界,选型时根据工序特征匹配对应架构即可。

KPEA坤鹏伯爵集团

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坤鹏伯爵成立于2012年,是一家专注于PCB/FPC/IC载板和半导体领域的拥有智能化设备自主研发与生产制造能力的国家级高新技术企业。

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