Règles de codeur flottantes en acier pour SMT
Qu’est-ce qu’un codeur ?
Un codeur linéaire se compose d’une tête de lecture de mesure de position associée à une règle (une règle graduée avec précision). La tête de lecture mesure directement la position des graduations régulièrement espacées de la règle et exporte ces informations en tant que signal analogique ou numérique. Le signal est ensuite converti en une lecture de la position par un affichage numérique (DRO) ou un contrôleur de mouvement. Les règles de codage linéaire peuvent être longues et sont sensibles aux variations thermiques.
Codeurs et comportement thermique
Le comportement thermique des règles de codage est un aspect important à prendre en compte au moment de sélectionner un système de codage. Les règles de codage Renishaw sont soit thermiquement indépendantes du substrat (flottantes), soit thermiquement dépendantes du substrat (étalonnées).
Les règles de codage flottantes se dilatent et se contractent approximativement avec le même coefficient de dilatation thermique (CTE) que le matériau dont elle est fabriquée et a donc un CTE connu, ce qui peut permettre l’utilisation efficace d’une compensation active de sa température.
Technologie de montage en surface (SMT)
Les machines SMT prélèvent des composants électroniques (comme des composants passifs, des puces retournées et des boîtiers plats avec broches sur les quatre côtés) et les placent à un emplacement donné sur une carte de circuit imprimé (PCB) avant le soudage par refusion. Une carte PCB est un stratifié multicouche dont le coefficient de dilatation thermique (CTE) dans le plan (x-y) est généralement compris entre 6 et 14 ppm/K, selon les exigences de l’application. Un placement précis à quelques dizaines de microns près est essentiel pour garantir que les composants établissent un bon contact électrique avec la carte PCB.
Une machine SMT type comprend : un convoyeur pour le transfert des cartes PCB, un portique sur l’axe X monté sur deux rails parallèles entraînés par un moteur (axe Y), un module de tête de prélèvement et de placement et un système d’alimentation automatique des composants. Le module de tête comporte de nombreuses buses d’aspiration individuelles pour saisir les composants et est monté sur un chariot entraîné par une vis sans fin qui se déplace horizontalement le long du portique, comme le montre la figure 2.
Chaque buse peut se déplacer vers le haut ou vers le bas (axe Z) et pivoter dans le plan de la carte PCB afin d’orienter correctement chaque composant avant son placement. Des systèmes de vision sont utilisés pour vérifier que chaque composant a le bon angle de rotation.
Figure 2 : Machine SMT montrant un module de tête entraîné par vis sans fin avec buses d’aspiration (en rouge), caméra de composants (en bleu), caméra fiduciale (en jaune) et panneau PCB (en vert).Lorsqu’une carte PCB entre dans une machine SMT, elle entre en contact avec une butée de carte qui sert également de référence machine. Une fois la carte immobilisée, elle est maintenue en place. Avant de lancer la procédure de prélèvement et de placement, deux ou trois repères situés aux coins de chaque carte PCB sont traditionnellement utilisés pour déterminer l’orientation, la position et la dilatation ou la contraction linéaire de la carte.
Des codeurs linéaires sont montés sur les axes X et Y afin d’assurer un renvoi précis de données de position à l’automate de la machine.
Exemple d’applications
Prenons l’exemple d’une machine SMT à bâti en acier située dans une usine où la température ambiante augmente de 5 ºC pendant un cycle de production.
La machine possède un axe X de 2 m de long et un axe Y (axe longitudinal) de 3 m de long. Les composants pour montage en surface (SMD) sont montés sur un panneau PCB standard de 610 mm x 457 mm. Trois coins sont marqués avec des repères globaux afin de corriger les décalages du panneau et de fournir un point de référence (0,0).
Dans ce cas, une règle linéaire flottante est choisie pour les mesures de précision et montée sur les axes de la machine. Ces règles ont un CTE connu et peuvent être compensées thermiquement à l’aide d’un capteur de température, tel qu’un thermocouple, fixé à la règle. Chaque règle de codage a une position de référence fixe qui correspond à la référence (origine) de la machine, comme le montre la figure 1.
Le comportement thermique du matériau PCB est tel que la température de la carte PCB suit et est approximativement égale à la température de la règle, en supposant un équilibre thermique avec l’air. L’absence de déphasage entre les graphiques température/temps de la règle et de la carte PCB permet la compensation du facteur d’échelle de la dilatation thermique linéaire de la carte PCB. Par conséquent, la différence de dilatation thermique entre la règle de codage et la carte PCB est proportionnelle à la différence de CTE entre le matériau de la règle et le stratifié de la carte PCB.
Comme le montre la figure 3, une grande précision de positionnement peut être obtenue avec une compensation thermique faible ou nulle, car le décalage de CTE entre la règle en acier et le matériau de la carte PCB est réduit. Cela minimise l’impact de l’erreur dans la température mesurée de la règle.
Par exemple, la règle RTLC de Renishaw est une règle en acier inoxydable avec un CTE de 10 ppm, qui se situe au milieu de la plage de CTE typique des cartes PCB.
Une carte PCB avec un CTE X-Y de 10 ppm serait compensée thermiquement par la dilatation linéaire de la règle, ce qui permettrait des opérations de placement de haute précision ne nécessitant que la prise en compte des décalages en rotation et en translation de la carte. Une autre carte PCB avec un CTE supérieur à 14 ppm serait encore largement compensée par la dilatation de la règle Un léger décalage entre le CTE de la règle et celui de la carte PCB permet de minimiser les erreurs lors de l’application de la compensation thermique active.
Les règles flottantes en acier qui se dilatent à peu près au même rythme que le panneau PCB devraient permettre une précision de placement nettement supérieure à celle obtenue avec des règles coûteuses à faible CTE.
Résumé
Les systèmes de codage à règle flottante, tels que le codeur QUANTiC™ de Renishaw avec règle RTLC, permettent aux concepteurs d’optimiser la précision de placement et le rendement de leurs machines de prélèvement et de placement. De plus, les règles flottantes en acier constituent une bonne alternative aux règles à faible dilatation dans les applications SMT. Ces systèmes de codage à règle permettent également une compensation active du comportement thermique de la règle, ce qui garantit dans ce cas une bonne métrologie.
Les équipes d’assistance technique de Renishaw aideront les clients à déterminer si une règle de codage à substrat maîtrisé ou une règle de codage flottante est la mieux adaptée à leurs besoins en matière de métrologie.
Pour plus d’informations sur les systèmes de codage Renishaw, veuillez consulter www.renishaw.fr/opticalencoders