Из многообразия рассмотренного промышленного оборудования не было уделено достаточного внимания устройствам — счётчикам SMD-компонентов. Эти электромеханические и электронные устройства в базовом варианте помогают с высокоскоростным подсчётом общего количества SMD в упаковочной ленте или отсчётом требуемого числа для конкретной технологической операции. В случае интеллектуальных счётчиков также выявление отсутствующих, дефектных или неверно спозиционированных компонентов.
Счётчиков SMD-компонентов много, причём разных видов, способов подсчёта и разной степени интеллектуальности (соответственно, стоимости). Статья в формате «вопрос-ответ» задаст несколько важных вопросов на тему SMD-счётчиков, а также сама на них ответит. Приятного чтения!
Время чтения: 18 минуты
Счётчики SMD компонентов? Это очень просто!
На сайте supereyes.ru было опубликовано (и будет опубликовано в дальнейшем) немало материала, посвящённого технологии поверхностного монтажа электронных компонентов (SMT) — современной и пока совершенной технологии разработки и изготовления электронной техники. От «классического» монтажа радиокомпонентов в отверстия (THT) они отличаются повышенной скоростью сборки печатных плат, повышенной плотностью и, главное, «неугомонной» тягой к тотальной автоматизации всех процессов: от проектирования до финального тестирования после сборки. В материалах полностью раскрыты вопросы, непосредственно касающиеся технологии поверхностного монтажа, используемых ею электронных компонентов (SMD), а также применяемого оборудования.
Что такое SMD-компоненты и как они упаковываются?
Surface-mount devices (SMD) — специализированные электронные компоненты, применяемые в технологии поверхностного монтажа (Surface-mount technology, SMT). Очевидное их отличие от выводных «товарищей» для технологии монтажа в отверстия (Through-Hole Technology, THT), — меньшие габариты, вес, материалоёмкость, стоимость.
Не менее важна такая особенность SMD — они непосредственно создавались для высокоскоростного автоматизированного монтажа (размещения, пайки и контроля), являющегося всей «фишкой» технологии SMT.
Номенклатура нынешних SMD поистине необъятна, а охватить её всю невозможно. Далее в таблице будут рассмотрены часто применяющиеся и встречающиеся виды, их краткое описание с изображением:
 |
Резисторы | Резисторы, как SMD, так и выводные, самые распространённые. Назначение резистора — снижение (ограничение) силы тока в цепи и снижение (гашение) напряжения. Базовые характеристики — сопротивление и максимальная рассеиваемая мощность. Резистор любого типоразмера выпускается с любым сопротивлением, а максимальная рассеиваемая мощность определяется его габаритными размерами, она прямо пропорциональна им. |
 |
Конденсаторы | Не менее распространены. У них есть определённое значение электрической ёмкости, то есть способны сохранять (запасать) электроэнергию, отдавая её в цепь при необходимости, «стараясь» поддерживать уровень напряжения неизменным. Конденсаторы также применяются в частотозависимых цепях генераторов, фильтров, а также в качестве разделительного, пропуская переменный ток, но блокируя постоянный. |
 |
Катушки индуктивности (дроссели) | Как конденсаторы, катушки индуктивности способны сохранять электроэнергию, но делают это не в виде электрического заряда, а в виде магнитного поля. При необходимости отдавая накопленную энергию, катушка «старается» поддерживать уровень силы тока в цепи неизменным. Также применяются в частотозависимых цепях. Популярная область применения в технике — импульсные источники питания: |
 |
Диоды | Обладая свойством односторонней проводимости, диоды служат для выпрямления переменного напряжения и детектирования (демодуляции) высокочастотных сигналов. Также диоды применяются в качестве коммутирующих элементов в различных цепях: |
 |
Светоизлучающие диоды | Сегодня светоизлучающие диоды (светодиоды) очень востребованы. Они служат эффективным источником излучения в видимом диапазоне, а также в смежных областях спектра (инфракрасном и ультрафиолетовом). Применяются в качестве сигнальных индикаторов, быть в составе светодиодных матриц дисплеев, а также имея значительную мощность, служат источниками света с мощностью от единиц до сотен ватт. |
 |
Кварцевые резонаторы | Работа любого цифрового устройства невозможна без чёткого тактирования (синхронизации) всех компонентов, входящих в него. К примеру, работа центрального процессора невозможна без внешнего тактового сигнала, собственно задающего скорость его работы. Тоже относится к микроконтроллерам, интерфейсам связи и т. д. Тактовый синхронизирующий сигнал выдаёт тактовый генератор, а эталоном частоты служит электромеханический компонент — кварцевый резонатор, имеющий чётко выраженный резонанс на определённой частоте. Кварцевые резонаторы отличаются высокой стабильностью частоты, надёжностью, но они хрупкие. |
 |
Транзисторы | Востребованным активным компонентом является, конечно же, транзистор. Являясь основой или, если хотите фундаментом, электроники, транзистор способен коммутировать, генерировать, усиливать электрические сигналы. |
 |
Микросхемы | Интегральные микросхемы представляют собой множество микроскопических резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов, выполненных на единой кремниевой основе. В современных микросхемах число транзисторов достигает миллиардов. Применяются микросхемы повсеместно. Наиболее распространёнными представителями в современной потребительской электронике являются центральный и графический процессор, драйверы силовых транзисторов импульсных источников или преобразователей питания, а также различные усилители звука. |
 |
Предохранители | Для защиты электрических цепей от перегрузки служат предохранители. Они имеют чувствительный элемент, к примеру, тонкую калиброванную проволоку, перегорающую при превышении проходящего через неё тока, обрывая тем самым перегруженную цепь. Встречаются полупроводниковые самовосстанавливающиеся предохранители, резко увеличивающие своё сопротивление для защиты цепи. |
 |
Разъёмы | Разъёмы предназначены для обеспечения разъёмных электрических соединений между различными приборами, блоками одного прибора, а также внутри прибора между платами. Могут быть сильноточными силовыми, для подключения к источнику питания, слаботочными сигнальными, низкочастотными, высокочастотными и т. д. |
Все SMD поставляются, будучи упакованными в бумажную или пластиковую ленту с ячейками определённого размера, имеющую перфорационные отверстия с определённым шагом. Она наматывается на катушку определённого диаметра и ширины. Также некоторые могут упаковываться в жёсткие лотки, пеналы или поставляться россыпью (последнее скорее исключение, нежели правило).
Чаще всего используют катушки диаметров 7 дюймов (180 миллиметров). SMD-резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы поставляются именно таким образом. Более крупные элементы, к примеру, микросхемы, могут поставляться на катушках диаметром 13 дюймов (330 миллиметров).
В зависимости от габаритов или высоких требований к плотности упаковки, ширина ленты от 8 до 68 миллиметров (в исключительных случаях и более). Вместимость катушек достигает 20000 единиц и даже больше. В среднем на одной катушке располагается от 500 до 5000 компонентов.
Что такое счётчик SMD-компонентов?
Как ясно из названия, это ручное, полуавтоматическое, автоматическое или интеллектуальное устройство, предназначенное для подсчёта общего количества компонентов на ленте (катушке), а также отсчёта необходимого числа, определения отсутствующих, повреждённых, неверно спозиционированных элементов, некоторых других задач.
В основе принципа работы приборов лежит высокоскоростная протяжка ленты и подсчёт количества пройденных через механический или электронный датчик перфорационных отверстий. Шаг с количеством этих отверстий на один компонент жёстко заданы, а простой их подсчёт позволяет быстро определить количество SMD на ленте, вернее сказать, не самих элементов, а ячеек для них.
Для определения именно наличия компонента в ячейке простой протяжки ленты становится недостаточно и требуется применять оптические или рентгенографические методы.
Какие счётчики SMD компонентов бывают?
 |
Одной из первых разновидностей были устройства с ручной перемоткой ленты с одной катушки на другую, оснащённые обычными «классическими» механическими счётчиками. Лента вручную протягивалась через зубчатое колесо, шаг зубьев которого равен шагу перфорационных отверстий на ней. Зубчатое колесо имело механическую связь с осью, которая подсчитывала число протянутых SMD. В электромеханических разновидностях протяжка шла от электрического двигателя. Устройства были чрезвычайно простыми и надёжными, но морально устарели. Сегодня практически не используются, поэтому мало где встречаются. |
 |
Простейшие устройства для подсчёта SMD в настоящее время — электронные ручные счётчики. Как в случае своих предков, лентопротяжка ручная, но подсчёт осуществляется электронной схемой, получающей информацию от механического или оптического датчика, вырабатывающего электрический импульс при прохождении ленты на расстояние между соседними перфорационными отверстиями. Определения наличия, целостности, позиционирования SMD в ячейках у них, как правило, нет. Применяются для отсчёта небольшого количества элементов из катушки (порядка единиц или десятков) в условиях склада или рабочего места. |
 |
Электронные автоматические счётчики полностью в автоматическом режиме способны осуществить лентопротяжку в любом направлении, выполнить подсчёт общего количества, отсчёт необходимого, а также простейшее оптическое определение пустых ячеек. Их более совершенные интеллектуальные «братья» способны в высокоскоростном режиме производить фотосъёмку каждой ячейки для оптической визуальной инспекции, позволяющей определить пустые ячейки, дефектные компоненты, а также детали с неверным позиционированием, которое будет критично на этапе автоматической сборки платы. Сегодня они популярнее остальных, так как в них достаточный функционал и они недорогие. Способны работать с катушками и лентами практически всех типоразмеров, могут подключаться к ПК, принтеру. |
 |
Они используют рентгеновское излучение, позволяющее либо с помощью всего одного снимка произвести подсчёт всех компонентов на катушке вовсе без перемотки ленты, либо произвести рентгенографическое исследование содержимого каждой ячейки с её перемоткой. Оборудование данного класса наиболее производительное, точное, а также позволяет производить исследование содержимого ячеек (внутренней структуры SMD) для полного исключения дефектных образцов, деталей с неверно нанесённой маркировкой и т. д. Применяется в условиях крупносерийного производства ответственных электронных приборов. |
Из каких элементов состоит SMD-счётчик?
| Рукоятка | Рукоятка нужна для транспортировки оборудования, так как небольшой вес, габариты, настольное исполнение большинства автоматических счётчиков делают их легко переносимыми, например, между складом и производственным помещением. |
| Оптический датчик | Оптический датчик, состоящий из светочувствительного элемента (фотодиода или фототранзистора) и излучателя (светодиода видимого или инфракрасного диапазона) производит регистрацию перемещения ленты между соседними перфорационными отверстиями. Сигнал с датчика поступает на электронную схему внутри счётчика. |
| Дисплей | Предназначен для вывода результата подсчёта и информационных сообщений. |
| Электронная схема | Получает информацию с оптических датчиков и панели управления, производит общее управление оборудованием: датчиками, двигателями, осуществляет связь с компьютером, принтером и т. д. Реализуется, как правило, на микроконтроллере или микропроцессоре. |
| Подкатушник | Предназначен для установки катушки с лентой, её фиксацию и механическую передачу крутящего момента от двигателя подкатушника к катушке. |
| Мотор протяжки | Мотор лентопротяжки устанавливается на одном подкатушнике или на обоих. В первом случае счётчик может вести подсчёт только в одном направлении, во втором – в обоих. Мощность и крутящий момент двигателей прямо отвечают за скорость протяжки (то есть за скорость подсчёта) и за её максимальную ширину. Скорость и крутящий момент двигателей регулируются электронной схемой во избежание обрыва ленты. |
| Блок питания | Блок питания даёт все необходимые напряжения. |
| Фиксирующий винт | Фиксирующие винты предназначены для жёсткой фиксации регулируемых держателей катушки. |
| Интерфейс для подключения к ПК | Современные счётчики обычно оборудованы интерфейсом USB для связи с компьютером, но могут и/или оснащаться всё ещё распространённым в промышленной сфере последовательным интерфейсом RS-232/485. |
| Вход питания | Большинство настольных счётчиков рассчитано на питание непосредственно от сети переменного тока 230 вольт. Редкие модели оборудованы внешними блоками питания. Блоки питания, как встроенные, так и внешние выполняются в герметичных корпусах и рассчитаны на промышленную эксплуатацию. |
| Интерфейс для подключения к принтеру | Обычно принтеры подключаются по интерфейсу USB. Принтер может быть как обычный «бумажный» для печати документации, так и специализированный принтер для печати штрих-кодов или разнообразных информационных наклеек. |
| Направляющий шкив | Направляющий шкив совместно с зубчатым колесом образуют узел лентопротяжки. Его задача — высокоскоростное, равномерное, безрывковое движение ленты. |
| Выключатель питания | Выключатель питания располагается, как правило, в легкодоступном месте для оперативного отключения протяжки ленты или всего устройства при нештатной ситуации. |
| Регулируемые упоры ленты | Поддерживают нужную траекторию движения ленты, исключая риск её изгиба, залома или обрыва. |
| Регулируемый держатель катушки | Регулируемый держатель катушки позволяет «настроить» счётчик на работу с катушками разных диаметров. |
| Металлическая рама | Металлическая рама, используемая в большинстве счётчиков, обеспечивает общую жёсткость конструкции, устраняет дребезг, вибрацию, повышает точность измерения. |
| Зубчатое колесо | Приводимое в движение отдельным двигателем для протяжки (двигатели подкатушников нужны для размотки и подмотки; в движении ленты непосредственно для отсчёта они не принимают участие) |
| Панель управления | Служит для ввода параметров и общего управления оборудованием. Чаще встречаются более надёжные «классические» кнопочные панели (сенсорные применяются довольно редко). |
Как выбрать счётчик SMD компонентов?
Ручные счётчики
Они имеют скромный функционал, требуют ручной протяжки ленты, неспособны определять пустые ячейки и тем более не умеют делать оптическую инспекцию. Кроме того, ручные счётчики дорогие, их цена сравнима с недорогими моделями автоматических устройств. Применяемость ограничена работой в условиях склада для нечастого подсчёта небольшого объёма лент либо отсчёта единиц или десятков компонентов для ручного монтажа в условиях производства.
Также ручные счётчики, как правило, ограничены несколькими возможными для измерения ширинами лент и не похвастают широким диапазоном, присущим автоматическим счётчикам. Но для работы ручного счётчика ленте не обязательно быть намотанной на катушку: возможно измерение даже сравнительно коротких отрезков.
Автоматические счётчики
Автоматические же счётчики, сегодня самые часто применяемые, лишены недостатков ручных и умеют автоматически измерять число SMD на катушках в одном или обоих направлениях, отсчитывать нужно количество, а также делать оптическую визуальную инспекцию для определения пустых ячеек, дефектных или неверно спозиционированных элементов.
Как правило, автоматические измерители поддерживают катушки всех распространённых типоразмеров и ленты всех распространённых ширин. Возможность подключения к компьютеру для ведения централизованного учёта, а также интерфейсы для подключения принтера позволяют автоматическим счётчикам глубоко интегрироваться в общую информационную систему предприятия. Скорость работы современных моделей достигает сотен деталей в секунду. Их применяют как в условиях склада небольшой лаборатории, так и в цехах крупных производственников.
Рентгенографические счётчики
Совершенные и производительные модели счётчиков с рентгенографическим исследованием занимают достойное место среди высокопроизводительного оборудования крупносерийной сборки.
Они показывают удивительную скорость подсчёта (до десятков тысяч компонентов в секунду без размотки ленты) и недостижимую другими типами счётчиков глубину инспекции, позволяющую определить даже дефекты внутренней структуры, не говоря о других, «простых» режимах контроля. Высокая стоимость устройств и их техническая сложность ставят ограничение на сферу применения, ограниченную только предприятиями с массовыми тиражами выпуска, для которых «сродни смерти» остановка конвейера из-за бракованной партии комплектующих или неверно нанесённой маркировки.
Если нашим «дедам» неразвитость технологий и товарный дефицит «прощали многое», например, примитивность электроники, её небольшие тиражи и стоимость, то сегодня «так жить нельзя». Изобилие товаров, конкуренция и требования к высокоскоростной разработке и выпуску требуют тотальной автоматизации всех производственных процессов, включая подсчёт электронных компонентов. Только современные автоматические счётчики оперативно и с высокой точностью помогают поддерживать информацию о запасах в актуальном виде и применять в производственных линиях комплектующее нормального качества в достаточном количестве.
