探討工業(yè)機器人在PCB行業(yè)的應(yīng)用

PCB行業(yè)是技術(shù)密集型和資金密集型行業(yè)，但也依然是勞動密集型行業(yè)，大量的自動化設(shè)備是需要人工操作和流水線作業(yè)的，一個中等規(guī)模的PCB企業(yè)就有數(shù)千名員工。隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與升級、新勞動合同法的實施，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變帶來的城市生活成本上升，以及80、90后員工隊伍管理難度和流動性大等因素，PCB廠商正經(jīng)受著越來越嚴重的用工短缺與勞動力成本上升的挑戰(zhàn)，及隨之帶來的對生產(chǎn)計劃、產(chǎn)品質(zhì)量和盈利能力的影響。與此同時，隨著機器人性能的提升和價格的下降，以“自動化設(shè)備+工業(yè)機器人操作”取代傳統(tǒng)的“自動化設(shè)備+人工操作”的生產(chǎn)模式將成為PCB行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的趨勢。

一、工業(yè)機器人的種類及特點

工業(yè)機器人是一種通過重復(fù)編程和自動控制，能夠完成制造過程中某些操作任務(wù)的多功能、多自由度的機電一體化自動機械裝備和系統(tǒng)，它結(jié)合制造主機或生產(chǎn)線，可以組成單機或多機自動化系統(tǒng)，在無人參與下，實現(xiàn)搬運、焊接、分揀、裝配和噴涂等多種生產(chǎn)作業(yè)。

自20世紀60年代初第一代機器人在美國問世以來，工業(yè)機器人的研制和應(yīng)用發(fā)展迅速，在生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛，已成為現(xiàn)代制造業(yè)重要的高度自動化裝備。

工業(yè)機器人主要由本體(包含機械軀干部分、電機、減速機)和電控(包括驅(qū)動和控制系統(tǒng))兩部分構(gòu)成，其作用是利用末端的執(zhí)行機構(gòu)代替人手抓取物品或工具，完成不同的任務(wù)。目前主流的工業(yè)機器人有三種，包括：SCARA(四軸平行關(guān)節(jié)機器人)、DELTA(并聯(lián)機器人)和六軸多關(guān)節(jié)機器人(包括六軸以上的多關(guān)節(jié)機器人及衍生的雙臂機器人)。

工業(yè)機器人最顯著的特點歸納有以下三點：

1、可編程。生產(chǎn)自動化的進一步發(fā)展是柔性自動化。工業(yè)機器人可隨其工作任務(wù)和環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)(FMS)中的一個重要組成部分。

2、擬人化。工業(yè)機器人在機械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業(yè)機器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業(yè)機器人對周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。

3、通用性。除了專門設(shè)計的專用的工業(yè)機器人外，一般工業(yè)機器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。

二、工業(yè)機器人在PCB行業(yè)應(yīng)用案例

工業(yè)機器人早期主要應(yīng)用于汽車制造業(yè)，在汽車生產(chǎn)過程中完成焊接、裝配、搬運、噴涂等工作，這些環(huán)節(jié)對機器人的精度、速度要求并不高。但PCB行業(yè)情況相對復(fù)雜，機器人在PCB行業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在各工序的上下料、翻轉(zhuǎn)、分揀、定位及檢測等功能上，要替代人工配合PCB板加工設(shè)備和檢測設(shè)備的操作。由于PCB板的多樣性和復(fù)雜性，有單層板、雙層板、多層板、柔性板、軟硬結(jié)合板、無孔板和多孔板等，導(dǎo)致了對前端執(zhí)行機構(gòu)要求較多；還有對定位精度的要求和對工作節(jié)拍的要求，所以在工業(yè)機器人應(yīng)用時對機器人技術(shù)和集成技術(shù)的要求也較高。我們經(jīng)過近兩年在行業(yè)里的摸索和實踐，努力幫助客戶解決問題，滿足客戶的需求，也積累了行業(yè)應(yīng)用的經(jīng)驗。目前，針對PCB行業(yè)中的很多工序環(huán)節(jié)，我們都有成熟的解決方案，如AOI、曝光機、鉆靶機(OPE、XZ)、銀漿灌孔、文字噴墨、棕化預(yù)疊、成品裝盤、OSP、成品清洗、DOME片反包膜、LCD組裝等。

下面重點介紹三種機器人有代表性的應(yīng)用案例：

1、六軸多關(guān)節(jié)機器人用于AOI檢測工序

傳統(tǒng)的AOI掃描機器都是靠人工放板、翻板和收板，一個人看管兩臺機器，每天做著重復(fù)單調(diào)的動作，而且剛制作好的線路板還會散發(fā)出刺鼻的氣味對人體帶來一定的傷害，AOI掃描機器散發(fā)的紅外光也是一個隱形的殺手。我們用一臺六軸多關(guān)節(jié)機器人，替代工人負責兩臺AOI的放板、翻板和收板，每班可以完成七百多塊PCB硬板的收放，綜合效率可以達到1塊/min(其中包括AOI機器掃描時間)。若能進一步將與收放板機配合的上下料運輸線，連接上AGV做固定線路轉(zhuǎn)運，就可以實現(xiàn)上下工序的完全自動化生產(chǎn)了。

PCB線路板AOI檢測設(shè)備視頻案例

2、SCARA機器人用于線路板線圈檢測工序

目前多層板線圈短路的整套檢測設(shè)備市面上還寥寥無幾，大多數(shù)檢測設(shè)備都是依賴于人工，孔徑大的PCB板子是人工將板子放到檢測設(shè)備上面然后開啟設(shè)備檢測，孔徑小的PCB板子需要人工拿著設(shè)備(探頭)去對每一個線圈進行檢測。我們利用SCARA機器人可以完成配合檢測設(shè)備的上下料和對位放置，實現(xiàn)一次性對大孔徑的板子所有的線圈經(jīng)行檢測；對小孔徑的板子，我們利用SCARA設(shè)備執(zhí)行端固定探頭，通過視覺定位，用探頭對每一個線圈進行檢測，我們的設(shè)備也有效地避免了人工操作時因為線圈孔徑小或孔徑多而出現(xiàn)漏檢。與人工操作相比可以顯著提高檢測測效率，并避免因漏檢導(dǎo)致的質(zhì)量問題。

3、DELTA機器人用于小線路板成品裝盒工序

現(xiàn)有的FPC裝盤都是靠人工一個一個撿起來并放到吸塑盤里面，由于FPC軟而且薄在撿的時候很不方便因此效率會大大降低，Delta800加上一套視覺系統(tǒng)可以從凌亂的FPC堆里面挑出合格的然后按照要求擺放到吸塑盤里面，效果不遜于人工。他的速度可以達到60片/min，完全可以取代人工去進行分揀裝盤。

三、工業(yè)機器人在PCB行業(yè)代替人工的優(yōu)勢

與汽車行業(yè)及其他制造業(yè)一樣，工業(yè)機器人在PCB行業(yè)代替人工給企業(yè)帶來諸多的優(yōu)勢。

1、減少用工，加快工作節(jié)拍，提高工作效率。機器人可以實現(xiàn)較高速度的重復(fù)性操作，可以遠高于人工的工作節(jié)拍，從而帶來工作效率的大幅提升和人工成本、管理成本的降低。

2、提升作業(yè)精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。機器人可以利用編程及視覺系統(tǒng)，實現(xiàn)準確定位和重復(fù)精度，有效地提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。

3、避免作業(yè)環(huán)境對工人健康和安全的潛在威脅，節(jié)約了環(huán)境安全方面的投入。

4、減少重復(fù)、枯燥工序?qū)と藸顟B(tài)影響而導(dǎo)致的效率和質(zhì)量的下降和事故率；

5、優(yōu)化作業(yè)流程，減少了作業(yè)空間。

6、有效降低料耗率。

7、可24小時連續(xù)作業(yè)及在黑燈環(huán)境下作業(yè)；

8、可以使制造過程柔性化。未來PCB行業(yè)將會出現(xiàn)越來越多小批量的訂貨，使用工業(yè)機器人可以大大提升生產(chǎn)的柔性，實現(xiàn)訂單的快速交付。

9、品牌形象和信譽的提升。工業(yè)機器人的應(yīng)用使得PCB廠家的自動化水平得以進一步提升，帶動產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、成本控制、響應(yīng)能力等方面的進步，提高了廠家在行業(yè)內(nèi)的整體競爭實力。

四、工業(yè)機器人在PCB行業(yè)應(yīng)用前景

目前工業(yè)機器人在PCB行業(yè)的應(yīng)用還剛剛起步，還面臨很多需要解決的問題。PCB行業(yè)很多作業(yè)線是非標產(chǎn)品，在機器人應(yīng)用過程中要受到現(xiàn)有作業(yè)空間的局限，受到原有設(shè)備能力的限制，面對不同PCB板材質(zhì)因素的影響，還要考慮應(yīng)用各種傳感器提高機器人的智能化，同時還要考慮為廠家培訓(xùn)一批可以操作和維護機器人的員工。

未來工業(yè)機器人在PCB行業(yè)的應(yīng)用將呈現(xiàn)以下趨勢：

1、從單站或單線應(yīng)用，到多線應(yīng)用?，F(xiàn)有PCB企業(yè)想全面引入機器人實現(xiàn)自動化生產(chǎn)較為困難，需投入大量資金進行改造，但可以就具備條件的單站和單線進行分步改造，待取得明顯收效后，再逐步擴大應(yīng)用范圍。

2、從單純機器人的應(yīng)用到與AGV等其他智能裝備相結(jié)合的應(yīng)用。現(xiàn)有個工序生產(chǎn)線間的物料傳送大部分為人工操作，可以分布實施以機器人和AGV結(jié)合實現(xiàn)物料的有序傳送。

3、現(xiàn)有工廠以局部應(yīng)用為主，新廠建設(shè)將做整體規(guī)劃，直接導(dǎo)入機器人及AGV的應(yīng)用。

4、通過工業(yè)機器人與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，將使制造過程更智能化和柔性化。