Программно-аппаратный комплекс, корзина и стеллаж для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами автоматизированной линии поверхностного монтажа электронных плат Российский патент 2023 года по МПК B65G1/137 H05K13/02 G06Q10/08 

Область техники

Изобретение относится к области электроники, к оборудованию для складского хранения, автоматизированного учета и выдачи катушек с электронными компонентами для автоматизированных линий поверхностного монтажа электронных плат и может быть использовано для автоматизации складского хранения, автоматизированного учета и выдачи электронных компонентов (резисторов, конденсаторов, диодов, индуктивностей, интегральных микросхем и т.д.) поставляемых в лентах на стандартных катушках, широко используемых в настоящее время при современном производстве электронных плат на автоматизированных линиях поверхностного монтажа электронных плат.

Уровень техники

Технология поверхностного монтажа электронных плат, сокращенно SMT (от англ. Surface Mount Technology, или Технология монтажа на поверхность (по-русски, - ТМП), зародилась в 1960-х годах и спустя 20 лет стала широко применяться в производстве электроники.

С развитием автоматизации (с 2000-х годов) поверхностный монтаж печатных плат стал доминировать в производстве электронной техники.

В настоящее время технология поверхностного монтажа электронных плат является бесспорным лидером и трудно найти современное устройство, которое бы не было выполнено с применением этой технологии.

Аббревиатура и термин SMD (от англ. - Surface Mount Device) означает компонент или устройство, монтируемое на поверхность.

Таким образом, под SMD понимают именно электронные компоненты (электронные детали), а не технологию в целом.

Суть технологии поверхностного монтажа электронных плат SMT заключается в том, чтобы точно устанавливать миниатюрные электронные компоненты SMD на поверхность печатной платы в соответствующих автоматизированных станках автоматизированных линий производства печатных плат.

По сравнению с технологией монтажа компонентов в отверстия (так называемой ТНТ - Through Hole Technology), технология поверхностного монтажа SMT печатных плат обладает рядом основных преимуществ:

отпадает надобность в сверлении отверстий в плате под выводы компонентов;

есть возможность установки компонентов с двух сторон печатной платы;

обеспечивается высокая плотность монтажа электронных компонентов и, как следствие, экономия материалов и уменьшение габаритов готовых изделий;

возможна более глубокая автоматизация массового сравнительно дешевого выпуска различных печатных плат;

обеспечивается снижение себестоимости и повышение качества и массовости производства электронных изделий.

Известно, что частично автоматизированный участок поверхностного монтажа электронных плат обычно обеспечивает производительность монтажа до 3.500 электронных компонентов /час, полностью автоматизированный сборочный участок с производительностью до 10.500 комп/час для выпуска мелких/средних серий продукции, а автоматизированная линия для крупносерийных производств с полностью автоматизированным сборочным участком обеспечивает производительность монтажа до 108.000 комп/час при выпуске крупных серий продукции.

Таким образом, использование технологии поверхностного монтажа электронных плат SMT требует очень большое количество разнообразных электронных компонентов, что обуславливает высокие требования к условиям хранения, подбора и оперативной выдачи электронных компонентов.

Так как SMD электронные компоненты (резисторы, конденсаторы, микросхемы и т.п.) имеют весьма маленькие размеры (часто меньше размеров спичечной головки), то на подавляющее большинство SMD-компонентов не наносят маркировку, поэтому различные по назначению элементы легко спутать, поскольку все они внешне очень похожи друг на друга.

Электронные компоненты в станки автоматизированных линий поверхностного монтажа подают посредством пластиковых несущих лент стандартной шириной 8, 12, 16, 24 мм, в которых электронные компоненты размещаются в соответствующих выемках, а сами ленты сматываются в катушки обычно стандартным диаметром 178(7'') мм, 381(15'') мм и др., которые обычно размещаются непосредственно около автоматизированных линий поверхностного монтажа или расположенных вблизи линий поверхностного монтажа складах.

Производители электроники обычно используют тысячи различных деталей (компонентов), которые им необходимо хранить, учитывать и при необходимости оперативно точно выдавать обычно посредством множества различных катушек с требуемыми электронными компонентами

Типичный комплект электронных деталей одной несложной печатной платы обычно состоит из множества (более 50) различных артикулов электронных компонентов, поэтому хранение, оперативное и точное извлечение различных требуемых компонентов из запасов для разнообразных печатных плат является технически весьма сложной и трудоемкой в решении задачей.

Поэтому точность инвентаризации и учета, а также оперативность выдачи электронных компонентов с мест хранения имеет решающее значение и для качества печатных плат, и для эффективности их производства на автоматизированных линиях поверхностного монтажа.

В связи с этим актуальна задача повышения эффективности складского хранения, автоматизированного учета и оперативной выдачи большого количества катушек с разнообразными электронными компонентами для автоматизированных линий поверхностного монтажа электронных плат.

Известен комплекс стеллажей для хранения и автоматизированного учета изделий, включающий ''n стеллажей, размещенных в закрытых шкафах и объединенных в единую информационную сеть, связанную с удаленным сервером, выполненным, например, в виде персонального компьютера. В стеллажах на полках размещены контейнеры для хранения различных изделий (например, запасных частей и материалов). Контейнеры снабжены электронными метками, которые идентифицируют тип изделий, находящихся в них. Каждый стеллаж снабжен пультом ввода информации, содержащим мобильный считыватель меток, и предназначенным для сбора данных о состоянии и движении изделий, находящихся в контейнерах. Передача информации на удаленный сервер осуществляется при помощи устройства передачи данных. Кроме того, каждый шкаф снабжен дверью, на наружной стороне которой установлен электромеханический замок и электронный считыватель контроля доступа к стеллажу. В состав комплекса также входит электронный ключ оператора [RU №65030, G06F17/60, 2007 г.].

Недостатки устройства по RU №65030 связаны с организацией сбора данных об идентифицируемых типах изделий, находящихся в контейнерах. Для сбора указанных данных и передаче их в пульт ввода информации оператор должен или ввести эти данные вручную с помощью клавиатуры пульта или также вручную посредством мобильного электронного считывателя считать код, записанный в электронных метках и идентифицирующий содержимое данного контейнера. В обоих случаях на эту операцию затрачивается достаточно много времени, что приводит к увеличению общего времени передачи информации на удаленный сервер и соответствующему снижению оперативности автоматизированного учета изделий. Кроме того, участие оператора в процедуре идентификации изделия с помощью мобильного электронного считывателя не исключает вероятности ошибки оператора, что снижает объективность автоматизированного учета изделий.

Известна интеллектуальная система хранения более 1100 7-дюймовых (178 мм) катушек SMT, которая оснащен датчиками и светодиодными индикаторами, а также программным обеспечением Locator, которая включает: тележку; по меньшей мере один узел разделителя, установленный внутри тележки и обеспечивающий множество слотов для хранения, каждый из указанных слотов для хранения имеет размер, структуру и конфигурацию для размещения в нем по меньшей мере одной катушки SMT; множество световодов, каждый из которых поддерживается в соответствующем одном из множества пазов, и каждый из световодов включает в себя опорную конструкцию, которая сконструирована и расположена для удержания по меньшей мере одной из катушек SMT внутри опорной конструкции, и каждая из указанное множество световодов выполнено с возможностью перемещения между вложенным положением и положением высвобождения, что позволяет загружать катушку SMT в слот и извлекать катушку SMT из слота для хранения, когда он находится в положении освобождения; каждый из указанного множества световодов включает в себя первую точку входа света для обеспечения входа света от двухцветного светодиодного индикатора, когда световод находится в убранном положении, и вторую точку входа света для обеспечения входа света от двухцветного светодиода индикатор, когда световод перемещается в положение отпускания, и каждый из указанного множества световодов дополнительно включает в себя противоположный внешний конец, конструкция которого позволяет загораться, когда свет направляется либо через первую точку входа света, либо через вторую точку входа света, тем самым визуально указывающее местоположение и состояние катушки SMT. Оператор просто сканирует штрих-код на катушке и вставляет катушку в пустой слот внутри тележки, в которой световод используется в каждом слоте для индикации состояния каждого слота с использованием двухцветных светодиодов. Система автоматически сообщает о положении детали своему контроллеру, а затем на сервер через соединение Wi-Fi. Чтобы получить детали, пользователь быстро вводит номер детали или список нескольких деталей в компьютер, и загорается светодиод, указывающий расположение каждой детали в тележке. Когда пользователь выбирает детали, система определяет номера деталей, которые были удалены, на планшете или экране. Тележка мобильна, совместима с электростатическими разрядами, имеет высоту 5% футов и площадь основания менее 5 ½ квадратных метров, что составляет небольшую долю от размера роботизированных башен, обычно используемых в промышленности, и при этом имеет в пять раз большую пропускную способность [WO2016138523 (А1), B65G1/137; G06Q10/08; H05K7/00, 2016.09.01, приоритет по US201562121896P 2015.02.27].

В устройстве по WO2016138523

световод имеет две точки входа света, одну, когда катушка находится в установленном положении, и другую точку входа света, когда световод перемещается, в положение освобождения, указывающее на то, что катушка SMT извлечена из паза в разделителе.

тележка включает в себя множество дверей, которые могут перемещаться для блокировки катушек SMT и предотвращения извлечения катушек SMT из тележки, в то же время позволяя световоду функционировать, чтобы указывать состояние катушек SMT, причем двери имеют электронно/механические замки для блокировки дверей в закрытом положении

тележка включает 14 рядов (по 7 с каждой стороны) для хранения бобин (катушек) поверхностного монтажа в одной упаковке

тележка связана с контроллером компьютера и/или планшета, что позволяет компьютеру или планшету взаимодействовать с тележкой для целей выбора, детали/компоненты, которые необходимо извлечь из тележки, и для отслеживания запасов деталей/компонентов в тележке,

система вычисляет приблизительное количество деталей/компонентов, оставшихся на барабане SMT, исходя из диаметра ленты, оставшейся на барабане, шага компоненты на ленте, толщина ленты и предполагаемое использование на момент ее выпуска.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является комплекс стеллажей для хранения и автоматизированного учета изделий, содержащий стеллажи с полками, размещенные в закрытых шкафах и объединенные в информационную сеть, связанную с удаленным сервером, при этом каждый шкаф снабжен дверью с установленными на ней средствами контроля доступа к стеллажам, а на стеллажах размещены контейнеры с изделиями и пульт ввода информации, содержащий микроконтроллер, соединенный посредством устройства передачи данных с удаленным сервером, клавиатуру и дисплей; и электронный ключ оператора, для повышения оперативности и объективности автоматизированного учета находящихся на стеллажах изделий, стеллаж снабжен вертикальными перегородками с образованием матричной структуры ячеек, в которой каждый контейнер находится в одной ячейке, и оптическими средствами контроля доступа оператора к контейнерам, связанными с микроконтроллером, к которому подключены средства контроля доступа к стеллажам [RU 95318 B65G1/02 Опубл/ 27.06.2010 Бюл. №18 (прототип)]

При этом по RU 95318

оптические средства контроля доступа оператора к контейнерам выполнены в виде первого и второго световых барьеров, расположенных ортогонально относительно друг друга и содержащих излучатели и приемники излучения, размещенные на противоположных сторонах шкафа;

излучатели первого и второго световых барьеров размещены с возможностью генерирования соответственно первой и второй совокупностей лучей, расположенных в общей плоскости, которая находится перед контейнерами;

излучатели каждого светового барьера выполнены с возможностью генерации параллельных лучей;

лучи в первой и второй совокупностях лучей ориентированы ортогонально друг другу;

световые барьеры включают излучатели и приемники инфракрасного излучения., а

устройство передачи данных размещено в пульте ввода информации.

Недостатками RU 95318 (прототипа), WO2016138523 и большинства известных аналогов является наличие на стеллажах продольных полок с ячейками для катушек со светодиодной индикацией и возможностью определения оператором ячейки хранения путем сканирования штрих-кода ячейки. При этом в большинстве аналогичных устройств отсутствует автоматизированный контроль и учет наличия катушки в ячейке, так как датчики наличия катушки в ячейках известных стеллажей и средств хранения обычно не связаны с системами учета.

Технический результат

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения является повышение эффективности, хранения, автоматизированного учета и точной выдачи катушек с электронными компонентами автоматизированной линии поверхностного монтажа электронных плат.

Сущность изобретения

Поставленные задачи технически решаются и требуемый технический результат достигается тем, что программно-аппаратный комплекс для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат, согласно изобретения содержит

управляющий модуль в виде программного продукта, располагающийся в управляющей информационной сети на сервере предприятия, обеспечивающий автоматизированный учет катушек с электронными компонентами и интеграцию комплекса с программами складского учета и ERP системами предприятия и

исполнительные модули в виде расположенных на стационарных или мобильных стеллажах корзин с катушками с электронными компонентами,

содержащих

прикрепленные к основаниям корзин с шинами съемные секции, содержащие программируемые платы с возможностью подключения к управляющей информационной сети,

ячейки для хранения катушек с электронными компонентами и

средства соединения секций с другими съемными секциями в корзине, шиной корзины и управляющей информационной сетью.

При этом ячейки для хранения катушек с электронными компонентами в секциях корзин снабжены

средствами контроля наличия/отсутствия катушек с электронными компонентами в каждой из ячеек в виде емкостных датчиков,

средствами индикации наличия определенных катушек в ячейках, средствами связи с платами секций и управляющей информационной сетью и сервером предприятия.

Кроме этого ячейки для хранения катушек с электронными компонентами в секциях корзин выполнены с возможностью размещения в них по одной катушке с электронными компонентами и содержат

боковые стенки, задние стенки и наклоненные к задним стенкам основания,

шарнирно закрепленные перед задними стенками рычаги

с возможностью перемещения при нахождении катушек в ячейках и обеспечением воздействия на емкостные электроды на плате секции и возвращения в исходное положение при отсутствии катушек в ячейках,

с возможностью фиксации посредством соответствующих емкостных датчиков событий наличия/отсутствия в соответствующих ячейках катушек с электронными компонентами и автоматизированного учета их местоположения и содержания электронных компонентов в ней управляющей информационной сетью.

Поставленные задачи технически решаются и требуемый технический результат достигается также тем, что корзина для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат, согласно изобретения содержит

основание корзины с шиной и интерфейсом CAN с возможностью подключения к управляющей информационной сети и серверу предприятия, средства крепления секций с ячейками для хранения катушек с электронными компонентами к основанию корзины,

по крайней мере одну устанавливаемую на основание корзины съемную секцию, содержащую программируемую плату секции с размещенными на плате секции ячейками для хранения катушек с электронными компонентами и средствами соединения с другими съемными секциями в корзине, с шиной на основании корзины и управляющей информационной сетью

При этом ячейки для хранения катушек с электронными компонентами в съемных секциях корзины содержат

средства контроля наличия/отсутствия катушек с электронными компонентами в каждой из ячеек в виде емкостных датчиков

средства индикации наличия определенных катушек в ячейках,

средства связи с платами секций и управляющей информационной сетью и сервером предприятия.

Каждая из ячеек располагаемых на плате корзины секций выполнена с возможностью размещения в ней одной катушки с электронными компонентами и содержит

боковые стенки, заднюю стенку и наклоненное к задней стенки основание,

шарнирно закрепленный перед задней стенкой рычаг, выполненный

с возможностью перемещения при нахождении катушки в ячейке с обеспечением воздействия на соответствующий электрод на плате секции и возвращения в исходное положение с изменением воздействия на емкостный электрод на плате секции при отсутствии катушки в ячейке и

с возможностью фиксации посредством соответствующих емкостных датчиков событий наличия/отсутствия в соответствующих ячейках катушек с электронными компонентами и автоматизированного учета их местоположения и содержания электронных компонентов в ней.

Ячейки для хранения катушек в секции закреплены на соединяемой с шиной корзины программируемой плате секции, содержащей

прикрепленные к плате упругие металлические пластины,

подключенные к микроконтроллеру и соединенные с системой измерения емкостные электроды с возможностью измерения изменений емкости электродов при отклонениях упругих металлических пластин при нахождении катушек в ячейках,

микроконтроллер с возможностью циклического измерения емкости всех электродов, над которыми расположены упругие металлические пластины,

Каждая ячейка в секции оснащена RGB светодиодом с возможностью индицирования различными цветами

состояния ячейки,

наличия в ячейке соответствующей катушки,

необходимости определенных действий с ячейкой,

ее аварийные и служебные состояния

при этом RGB светодиоды подключены к микроконтроллеру с возможностью управления командами информационной сети, гибкого изменения сценариев отображения информации как для каждой ячейки, так и для всей секции в целом.

Ширина ячеек для хранения катушек с электронными компонентами в съемных секциях выполнена соразмерной ширине катушек с электронными компонентами, например с размером 10, 15, 20, 25 или 35 мм, а

высота ячеек для хранения катушек с электронными компонентами в съемных секциях выполнена соразмерной диаметру катушек с электронными компонентами, например с размером 178 или 381 мм.

Поставленные задачи технически решаются и требуемый технический результат достигается также тем, что стеллаж для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат, согласно изобретения содержит по крайней мере одну, детально описанную выше корзину для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат, содержащую

основание корзины с шиной и интерфейсом CAN с возможностью подключения к управляющей информационной сети и серверу предприятия и с крепежными элементами для установки на основание корзины секций с ячейками для хранения катушек с электронными компонентами,

по крайней мере одну устанавливаемую на основание корзины съемную секцию, содержащую плату секции с размещенными на плате секции ячейками для хранения катушек с электронными компонентами и средствами присоединения платы секции к другим съемным секциям и к и шине на основании корзины.

При этом стеллаж может быть оснащен

звуковым оповещателем с возможностью привлечения внимания к конкретной секции при необходимости действий по установке/удалении катушек в ячейках или в аварийных ситуациях

расположенным над стеллажом маяком с возможностью привлечения внимания к отдельным зонам хранения для ускорения процесса поиска требуемой секции и ячеек, при необходимости действий по установке/удалении катушек в ячейках или в аварийных ситуациях,

и изготовлен

в стационарном исполнении или в мобильном исполнении, например, в виде тележки с возможностью ее перемещения.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого стеллажа для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами в корзинах 1, которые могут располагаться как на подвижном основании (на тележке), так и могут быть установлены на полках стационарного стеллажа или на тележке с устройствами индикации 2, соединенные шиной 5 интерфейсом CAN 5 через шлюз 3 с протоколом Ethernet 4 с управляющей информационной сетью предприятия 6.

Каждая тележка или каждый стеллаж может содержать в себе «n» корзин хранения и учета электронных компонентов 1₁…1_n, «m» и дополнительных устройств индикации (маяков) 2₁…2_m, объединенных линиями связи и информационного обмена 5 посредством промышленной шины CAN, обеспечивающей связь и информационный обмен с управляющей информационной сетью предприятия 6 посредством шлюза 3, преобразующего протокол CAN шины 5 в протокол Ethernet 4, а также позволяющий использовать беспроводное подключение по протоколу WiFi.

На Фиг. 2 представлена структурная блок-схема подключаемой к шине 5 с протоколом CAN корзины 1, которая состоит преимущественно из четырех секций 7, соединенных между собой по внутренней SPI шине 12 через установленные в каждой секции разъемы 8.

На Фиг. 3 представлена структурная блок-схема секции, входящей в состав корзины и выполняемой в двух вариантах, ведущих и ведомых секций.

В каждой корзине могут содержаться преимущественно три ведомые секции и одна ведущая. Печатные платы - основания ведомых и ведущих секций исполняются одинаково, но на платах ведущих секций дополнительно монтируются преобразователи интерфейсов (трансиверы) 9 шины 5 CAN и вторичные источники электропитания 10.

В каждой из секций установлен микроконтроллер 11, обеспечивающий управление логикой работы устройства. Встроенное программное обеспечение микроконтроллеров ведомых и ведущих секций одинаково, при запуске устройства вариант исполнения (функциональность) каждой секции в корзине определяется автоматически.

В каждой секции 7 предусмотрены «к» мест хранения стандартных катушек с электронными компонентами, снабженных емкостными датчиками наличия катушек 14₁…14_k, а так же RGB светодиодами со световодами 15₁…15_k, обеспечивающими индикацию в процессе работы устройства. Кроме того, в каждой секции устанавливается пьезоизлучатели 13, обеспечивающие при необходимости звуковую сигнализацию.

На фиг. 4-7 показаны общие виды конструкции секции, входящей в состав корзины

На фиг. 8-13 представлены фото разных видов натурных образцов заявляемых секций корзин, стационарных и мобильных стеллажей для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат.

Осуществление изобретения

Предлагаемые по заявляемому изобретению программно-аппаратный комплекс, корзина и стеллаж для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат предназначены для использования в программно-аппаратных комплексах хранения учета и выдачи электронных компонентов (резисторов, конденсаторов, диодов, индуктивностей, интегральных микросхем и т.д.) поставляемых в лентах на стандартных катушках (tape and reel) для линий поверхностного монтажа электронных плат.

Программно-аппаратный комплекс, состоит из двух основных функциональных частей (блоков):

управляющего модуля в виде программного продукта, развернутого в локальной управляющей информационной сети на сервере предприятия, который обеспечивает интеграцию комплекса с программами складского учета электронных компонентов, а также ERP системами предприятия (например 1С) и управляет исполнительным модулем,

и исполнительных модулей хранения катушек электронных компонентов (объектов хранения), непосредственно в которых располагаются катушки с электронными компонентами в соответствующих ячейках соответствующих секций корзин, располагаемых на стационарных или мобильных стеллажах.

В исполнительных модулях размещены предлагаемой конструкции корзины - средства хранения катушек в соответствующих ячейках со средствами контроля наличия/отсутствия и идентификации катушек в ячейках, информационными индикаторами, управляющей электроникой и линиями информационной связи с управляющей информационной сети управляющего модуля.

Посредством соответствующего программного обеспечения информация о каждом учитываемом объекте хранения (наименование, дата производства, вид и количество компонентов на каждой катушке и т.п.), собирается, обрабатывается и хранится в базах данных программно-аппаратного комплекса на сервере предприятия с обеспечением обмена данными с системами учета предприятия (ERP системами).

Применение программно-аппаратного комплекса в целом с использованием предлагаемых конструктивных решений исполнительных модулей обеспечивает оптимизацию работы склада предприятия в части автоматизированного учета и выдачи электронных компонентов в процессе производства электронных плат на линиях поверхностного монтажа электронных плат с использованием большой номенклатуры применяемых электронных компонентов, облегчая поиск необходимых единиц хранения, минимизируя риск ошибок из-за влияния человеческого фактора.

Вся логика работы программно-аппаратного комплекса в целом обеспечивается управляющим модулем, исполнительные модули выполняют базовые функции автоматизированного учета, хранения и выдачи катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа печатных плат в корзинах и на стеллажах предлагаемой конструкции.

Программно-аппаратный комплекс в целом может гибко настраиваться под потребности конкретного предприятия без необходимости перепрограммирования исполнительных модулей, а только путем модификации программного обеспечения системы управления.

Программно-аппаратный комплекс легко масштабируется благодаря применению стандартного интерфейса CAN (от англ. Controller Area Network - сеть контроллеров), который является стандартом промышленных сетей, ориентированных, прежде всего, на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков посредством последовательного, широковещательного, пакетного режима передачи данных.

Основными конструктивными единицами исполнительных модулей являются заявляемые оригинальной конструкции корзины для хранения катушек с электронными компонентами линий поверхностного монтажа электронных плат, в которых образованы места хранения катушек с электронными компонентами в соответствующих ячейках секций оригинальной конструкции, а также оригинальной конструкции стационарные и/или мобильные стеллажи, на которых располагаются указанные корзины.

Каждая корзина для хранения катушек с электронными компонентами посредством расположенной в основании корзины шины с интерфейсом CAN

подключается к единой управляющей информационной сети и серверу предприятия;

периодически автоматически опрашивается сервером и сообщает свое текущее состояние, что позволяет оперативно получать информацию о занятых/свободных отделениях для хранения катушек с компонентами

при необходимости получает команды от сервера на включение в определенных местах светодиодов соответствующего цвета и на генерацию звуковых сообщений

Корзины для хранения катушек с электронными компонентами могут располагаться на стационарных стеллажах или на мобильных стеллажах в виде подвижных тележек.

Подвижные тележки могут получать питание от перезаряжаемых аккумуляторов, емкости которых подбирают достаточными как минимум на две рабочие смены, и оснащаются беспроводным интерфейсом WiFi с возможностью подключения к серверу через локальную сеть.

В процессе эксплуатации каждая корзина посредством соответствующих линий связи периодически опрашивается сервером и сообщает серверу свое текущее состояние, что позволяет оперативно получать информацию о занятых/свободных отделениях для хранения катушек с компонентами и при необходимости выдачи определенных требуемых катушек подавать в соответствующие корзины команды от сервера на включение светодиодов соответствующего цвета и/или на генерацию звуковых сообщений о месте нахождения корзины с требуемыми электронными компонентами.

Характерной особенностью предлагаемой конструкции корзин для хранения катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат является размещение катушек в ячейках секций с наклонной поверхностью основания и возможностью надавливания своим весом на закрепленные в основании ячеек подвижные, шарнирно закрепленные рычаги, преимущественно вертикально ориентированные в свободных ячейках с возможностью механического сопряжения с упругими металлическими пластинами на печатных платах оснований секций при наличии катушек в соответствующих ячейках.

При размещении катушек с электронными компонентами в ячейках секции корзины соответствующие рычаги отклоняются от преимущественно вертикального положения и воздействуют на металлические пластины на печатных платах оснований секций с образованием зазоров между металлическими пластинками и расположенными на печатных платах секций емкостными электродами, подключенными к системам измерения, подключенными в свою очередь к микроконтроллерам.

Микроконтроллеры секций корзины циклически измеряют емкости всех электродов, над которыми расположены металлические пластины

При отсутствии катушек с электронными компонентами в ячейках секций рычаги ячеек в секциях не меняют своего первоначального преимущественно вертикального положения и, соответственно, не отклоняют металлические пластины, что приводит к увеличению емкости электродов.

При наличии катушек с электронными компонентами в ячейках рычаги отклоняют металлические пластины, что приводит к уменьшению емкости соответствующих электродов.

Превышение измеренной емкости электродов над заданными порогами означает отсутствие катушек с электронными компонентами в ячейках секций.

Снижение емкости электродов ниже заданных порогов означает наличие катушек с электронными компонентами в соответствующих ячейках секций корзины.

Применением емкостных датчиков наличия/отсутствия катушек в ячейках секций обеспечивается пониженное энергопотребление, а так же повышается устойчивость к факторам внешней среды.

Благодаря тому, что все управление обеспечивается программными средствами управляющего модуля, расположенного в локальной сети предприятия, программно-аппаратный комплекс обладает гибкими возможностями адаптации под конкретные задачи предприятия.

Использование RGB (от англ. Red - красный, Green - зеленый, Blue - синий) световодов позволяет индицировать различными цветами состояние конкретных ячеек в корзине, необходимость действия с конкретным ячейками, аварийные и служебные состояния.

RGB светодиоды подключаются к микроконтроллерам и управляются командами от сервера, что позволяет гибко менять сценарии отображения информации как по каждой ячейке для хранения компонентов, так и в соответствующей секции и для всей корзины.

Дополнительно к RGB светодиодам в ячейках каждая корзина может оснащаться звуковыми оповещателями для привлечения внимания к конкретной корзине в случае необходимости действий по установке/снятию катушек с компонентами, либо в аварийных ситуациях

Дополнительно к отдельным RGB светодиодам и звуковым оповещателям группа корзин может оснащаться маяками, расположенным над корзинами и предназначенными для привлечения внимания к отдельным зонам хранения для ускорения процесса поиска требуемых корзин и соответствующих ячеек, а случае необходимости и действий по установке/снятию конкретных катушек с электронными компонентами, либо соответственно требуемых действий в аварийных ситуациях

Обычно часть ячеек в корзинах исполнительных модулей свободна, часть ячеек - заполнена с хранением информации о имеющихся в наличии электронных компонентах во внешней базе данных управляющего модуля.

При необходимости извлечь катушку с конкретным электронным компонентом (или комплект катушек с требуемыми компонентами) из места (мест) хранения, управляющий модуль выдает команду конкретному исполнительному модулю, при этом место хранения требуемой катушки подсвечивается светодиодным индикатором, а также подсвечивается зона хранения, что целесообразно при наличии большого числа мест хранения.

Решение о том, какой конкретно компонент необходимо извлекать может приниматься системами складского учета, ERP системами и/или оператором.

При необходимости поместить какой-либо электронный компонент на хранение, оператор сканирует штрих-код его катушки, после чего помещает катушку в любую свободную ячейку с автоматическим запоминанием места хранения.

Основной конструктивной единицей исполнительных модулей является корзина для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами.

Корзина изготавливается с преимущественной шириной в 1 м и преимущественно набирается из 4-х секций преимущественной шириной 250 мм.

Секции могут быть как одного, так и разных типов, но - каждая под катушки одного диаметра.

Под секции каждого типа (предназначенных для катушек конкретного типоразмера) используются отдельные электронные платы секций (section board, SB).

Платы секций соединяются разъемными соединенииям и фиксируются на основании корзины крепежными элементами.

Одна из плат секции в корзине (левая фиг. 2) содержит схему питания, трансивер шины системы CAN и разъемы для подключения к ней. Данная плата называется ведущей платой в корзине и отвечает за обмен информацией через шину корзины и управление как датчиками и индикаторами данной секции, так и датчиками/индикаторами других ведомых секций. Эта же плата отвечает за низковольтное питание остальных плат секций в корзине

Остальные платы секции в корзине являются ведомыми и не имеют смонтированного интерфейса с шиной CAN. Датчики и индикаторы этих плат управляются своей электроникой по командам электроники ведущей платы. Команды поступают через внутреннюю шину корзины, которая построена на стандартном интерфейсе SPI.

Блок-схема платы секции показана на чертежах. Под каждый тип секции сообразно разным размерам катушек создается отдельная топология печатной платы. Схемотехника плат секций всех типономиналов катушек одинакова.

Характерной особенностью предлагаемых решений является применение в качестве датчиков наличия/отсутствия катушек в ячейках секций распределенных емкостных датчиков.

В отличие от обычно применяемых датчиков Холла или оптических датчиков использование распределенных емкостных датчиков для фиксации наличия/отсутствия катушек в ячейках секций обеспечивает более низкое энергопотребление и не подверженность негативному воздействию электромагнитных полей, внешней засветки и пыли.

Программное обеспечение управляющего и исполнительных модулей выполняется с возможностью использования для обеспечения реализации обычно требуемых функций автоматизированного хранения, учета и выдачи электронных компонентов на линиях поверхностного монтажа электронных плат, включающих, в частности:

отслеживание местоположения всех катушек с SMD компонентами;

адресное местоположение хранения каждой катушки;

автоматическое подсвечивание сектора, в котором располагается нужная катушка;

подсвечивание секторов в правильной последовательности, согласно очередности установки в SMD автомат;

отслеживание количества электронных компонентов в каждой катушке;

анализ каждого производственного заказа и соответствующий подбор катушек (одной или нескольких) с достаточным количеством компонентов для выполнения текущей задачи;

планирование ресурсов в соответствии с производственными планами (на неделю, на месяц, на год), контроль остаточного количества катушек и компонентов, а также уведомление о необходимости пополнения запасов;

анализ доступности катушек компонентов (для нескольких производственных линий). Если, например, катушка с компонентами 1, а в системе на нее поступило несколько заказов одновременно, то программа выдает уведомление об этом, предлагая выбрать очередность выполнения задач.

В качестве отдельных программных и конструктивных решений заявляемых программно-аппаратного комплекса, корзины и стеллажей для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами автоматизированной линии поверхностного монтажа электронных плат могут использоваться известные в электронной промышленности решения, материалы и технологии.

Подробное раскрытие конструктивных особенностей и функционирования в описании и на чертежах предлагаемых программно-аппаратного комплекса, корзины и стеллажа для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат показывает реальное достижение технического результата, а именно при использовании изобретения обеспечивается повышение эффективности, хранения, автоматизированного учета и точной выдачи катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат.

Натурные испытания предлагаемых технических решений в реальных производственных условиях производства электронных изделий показали уверенное решение поставленной задачи и достижение технического результата.

Таким образом в реальных производственных условиях доказано, что все существенные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи с техническим результатом, получаемым от использования изобретения.

Конкретные конструктивные особенности предлагаемых корзины и стеллажа определены экспериментально, реализованы в виде показанных на фото фигур чертежей реальных конструкций и практически проверены в процессе натурных испытаний в реальных производственных условиях, что подтверждает возможность реализации изобретения промышленным способом прилагаемыми чертежами.

Натурные испытания предлагаемых корзин и стеллажей в реальных производственных условиях подтверждают уверенное решение поставленной задачи и достижения требуемого технического результата.

Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи с требуемым техническим результатом и являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения технического результата, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.

Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех общих и частных признаков изобретения, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения», доказанную в разделе «Осуществление изобретения» техническую осуществимость и промышленную применимость изобретения, успешное решение поставленной изобретательской задачи и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по нашему мнению, заявленные технические решения удовлетворяют всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.

Детальное раскрытие предлагаемых решений показывает причинно-следственную связь существенных признаков и технического результата, а возможность и необходимость использования предлагаемых корзины и стеллажей при реализации программно-аппаратного комплекса доказывают соответствии предлагаемых решений условию единства изобретения и возможность патентования трех изобретений в одной заявке.

Группа изобретений относится к области электроники, к оборудованию для складского хранения, автоматизированного учета и выдачи катушек с электронными компонентами (КЭК) для автоматизированных линий поверхностного монтажа электронных плат. Программно-аппаратный комплекс содержит сервер предприятия, управляющую информационную сеть, управляющий модуль и исполнительные модули, причем исполнительные модули выполнены в виде расположенных на стационарных или мобильных стеллажах для хранения и автоматизированного учета КЭК линии поверхностного монтажа электронных плат корзин с КЭК, которые содержат прикрепленные к основаниям корзин с шинами съемные секции, содержащие программируемые платы с возможностью подключения к управляющей информационной сети, ячейки для хранения КЭК и средства соединения секций с другими съемными секциями в корзине, шиной корзины и управляющей информационной сетью. Корзина содержит основание корзины с шиной и интерфейсом CAN, средства крепления секций с ячейками, съемную секцию. Стеллаж содержит корзину. Оснащен маяком с возможностью привлечения внимания. Повышается эффективность хранения, учета и точной выдачи КЭК. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Программно-аппаратный комплекс для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат, характеризующийся тем, что содержит сервер предприятия, управляющую информационную сеть, управляющий модуль и исполнительные модули, причем исполнительные модули выполнены в виде расположенных на стационарных или мобильных стеллажах для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат корзин с катушками с электронными компонентами, которые содержат прикрепленные к основаниям корзин с шинами съемные секции, содержащие программируемые платы с возможностью подключения к управляющей информационной сети, ячейки для хранения катушек с электронными компонентами и средства соединения секций с другими съемными секциями в корзине, шиной корзины и управляющей информационной сетью,

при этом ячейки для хранения катушек с электронными компонентами в секциях корзин снабжены средствами контроля наличия/отсутствия катушек с электронными компонентами в каждой из ячеек в виде емкостных датчиков, средствами индикации наличия определенных катушек в ячейках, средствами связи с платами секций и управляющей информационной сетью и сервером предприятия.

2. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что ячейки для хранения катушек с электронными компонентами в секциях корзин выполнены с возможностью размещения в них по одной катушке с электронными компонентами и содержат боковые стенки, задние стенки и наклоненные к задним стенкам основания, шарнирно закрепленные перед задними стенками рычаги с возможностью перемещения при нахождении катушек в ячейках и обеспечением воздействия на емкостные электроды на плате секции и возвращения в исходное положение при отсутствии катушек в ячейках, с возможностью фиксации посредством соответствующих емкостных датчиков событий наличия/отсутствия в соответствующих ячейках катушек с электронными компонентами и автоматизированного учета их местоположения и содержания электронных компонентов в ней управляющей информационной сетью.

3. Корзина для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат, характеризующаяся тем, что содержит основание корзины с шиной и интерфейсом CAN с возможностью подключения к управляющей информационной сети и серверу предприятия, средства крепления секций с ячейками для хранения катушек с электронными компонентами к основанию корзины, по крайней мере одну устанавливаемую на основание корзины съемную секцию, содержащую программируемую плату секции с размещенными на плате секции ячейками для хранения катушек с электронными компонентами и средствами соединения с другими съемными секциями в корзине, с шиной на основании корзины и управляющей информационной сетью,

при этом ячейки для хранения катушек с электронными компонентами в съемных секциях корзины содержат средства контроля наличия/отсутствия катушек с электронными компонентами в каждой из ячеек в виде емкостных датчиков, средства индикации наличия определенных катушек в ячейках, средства связи с платами секций и управляющей информационной сетью и сервером предприятия.

4. Корзина по п. 3, характеризующаяся тем, что каждая из ячеек, располагаемых на плате корзины секций, выполнена с возможностью размещения в ней одной катушки с электронными компонентами и содержит боковые стенки, заднюю стенку и наклоненное к задней стенки основание, шарнирно закрепленный перед задней стенкой рычаг, выполненный с возможностью перемещения при нахождении катушки в ячейке с обеспечением воздействия на соответствующий электрод на плате секции и возвращения в исходное положение с изменением воздействия на емкостный электрод на плате секции при отсутствии катушки в ячейке и с возможностью фиксации посредством соответствующих емкостных датчиков событий наличия/отсутствия в соответствующих ячейках катушек с электронными компонентами и автоматизированного учета их местоположения и содержания электронных компонентов в ней.

5. Корзина по п. 3, характеризующаяся тем, что ячейки для хранения катушек в секции закреплены на соединяемой с шиной корзины программируемой плате секции, содержащей прикрепленные к плате упругие металлические пластины, подключенные к микроконтроллеру и соединенные с системой измерения емкостные электроды с возможностью измерения изменений емкости электродов при отклонениях упругих металлических пластин при нахождении катушек в ячейках, микроконтроллер с возможностью циклического измерения емкости всех электродов, над которыми расположены упругие металлические пластины.

6. Корзина по п. 3, характеризующаяся тем, что каждая ячейка в секции оснащена RGB светодиодом с возможностью индицирования различными цветами состояния ячейки, наличия в ячейке соответствующей катушки, необходимости определенных действий с ячейкой, её аварийных и служебных состояний, при этом RGB светодиоды подключены к микроконтроллеру с возможностью управления командами информационной сети, гибкого изменения сценариев отображения информации как для каждой ячейки, так и для всей секции в целом.

7. Корзина по п. 3, характеризующаяся тем, что ширина ячеек для хранения катушек с электронными компонентами в съемных секциях выполнена соразмерной ширине катушек с электронными компонентами, например с размером 10, 15, 20, 25 или 35 мм, а высота ячеек для хранения катушек с электронными компонентами в съемных секциях выполнена соразмерной диаметру катушек с электронными компонентами, например с размером 178 или 381 мм.

8. Стеллаж для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат, характеризующийся тем, что содержит по крайней мере одну корзину для хранения и автоматизированного учета катушек с электронными компонентами линии поверхностного монтажа электронных плат, содержащую основание корзины с шиной и интерфейсом CAN с возможностью подключения к управляющей информационной сети и серверу предприятия и с крепежными элементами для установки на основание корзины секций с ячейками для хранения катушек с электронными компонентами, по крайней мере одну устанавливаемую на основание корзины съемную секцию, содержащую плату секции с размещенными на плате секции ячейками для хранения катушек с электронными компонентами и средствами присоединения платы секции к другим съемным секциям и к шине на основании корзины,

при этом ячейки для хранения катушек с электронными компонентами в съемных секциях корзин содержат средства контроля наличия/отсутствия катушек с электронными компонентами в каждой из ячеек в виде емкостных датчиков, средства индикации наличия определенных катушек в ячейках, средства связи с платами секций, управляющей информационной сетью и сервером предприятия,

а стеллаж оснащен маяком с возможностью привлечения внимания к отдельным зонам хранения для ускорения процесса поиска требуемой секции и ячеек при необходимости действий по установке/удалении катушек в ячейках или в аварийных ситуациях.

9. Стеллаж по п. 8, характеризующийся тем, что содержит по крайней мере одну корзину по любому из пп. 3-7.

10. Стеллаж по п. 8, характеризующийся тем, что оснащен звуковым оповещателем с возможностью привлечения внимания к конкретной секции при необходимости действий по установке/удалении катушек в ячейках или в аварийных ситуациях.

11. Стеллаж по п. 8, характеризующийся тем, что изготовлен в стационарном исполнении.

12. Стеллаж по п. 8, характеризующийся тем, что изготовлен в мобильном исполнении в виде тележки с возможностью её перемещения.