工業(yè)機(jī)器人在PCB行業(yè)的應(yīng)用解讀

隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與升級(jí)、新勞動(dòng)合同法的實(shí)施，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變帶來(lái)的城市生活成本上升，以及80、90后員工隊(duì)伍管理難度和流動(dòng)性大等因素，PCB廠商正經(jīng)受著越來(lái)越嚴(yán)重的用工短缺與勞動(dòng)力成本上升的挑戰(zhàn)，及隨之帶來(lái)的對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)品質(zhì)量和盈利能力的影響。與此同時(shí)，隨著機(jī)器人性能的提升和價(jià)格的下降，以“自動(dòng)化設(shè)備+工業(yè)機(jī)器人操作”取代傳統(tǒng)的“自動(dòng)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(shì)。

一、工業(yè)機(jī)器人的種類及特點(diǎn)

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

自20世紀(jì)60年代初第一代機(jī)器人在美國(guó)問(wèn)世以來(lái)，工業(yè)機(jī)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(dòng)化裝備。

工業(yè)機(jī)器人主要由本體（包含機(jī)械軀干部分、電機(jī)、減速機(jī)）和電控（包括驅(qū)動(dòng)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(jī)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(jī)器人有三種，包括：SCARA（四軸平行關(guān)節(jié)機(jī)器人）、DELTA（并聯(lián)機(jī)器人）和六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人（包括六軸以上的多關(guān)節(jié)機(jī)器人及衍生的雙臂機(jī)器人）。

工業(yè)機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)歸納有以下三點(diǎn)：

1、可編程。生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性自動(dòng)化。工業(yè)機(jī)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(guò)程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)（FMS）中的一個(gè)重要組成部分。

2、擬人化。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)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(jī)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(fù)載傳感器、視覺(jué)傳感器、聲覺(jué)傳感器、語(yǔ)言功能等。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。

3、通用性。除了專門設(shè)計(jì)的專用的工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機(jī)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(jī)器人在PCB行業(yè)應(yīng)用案例

工業(yè)機(jī)器人早期主要應(yīng)用于汽車制造業(yè)，在汽車生產(chǎn)過(guò)程中完成焊接、裝配、搬運(yùn)、噴涂等工作，這些環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)器人的精度、速度要求并不高。但PCB行業(yè)情況相對(duì)復(fù)雜，機(jī)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(cè)等功能上，要替代人工配合PCB板加工設(shè)備和檢測(cè)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(wú)孔板和多孔板等，導(dǎo)致了對(duì)前端執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求較多；還有對(duì)定位精度的要求和對(duì)工作節(jié)拍的要求，所以在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用時(shí)對(duì)機(jī)器人技術(shù)和集成技術(shù)的要求也較高。我們經(jīng)過(guò)近兩年在行業(yè)里的摸索和實(shí)踐，努力幫助客戶解決問(wèn)題，滿足客戶的需求，也積累了行業(yè)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。目前，針對(duì)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(jī)、鉆靶機(jī)（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(diǎn)介紹三種機(jī)器人有代表性的應(yīng)用案例：

1、六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人用于AOI檢測(cè)工序

傳統(tǒng)的AOI掃描機(jī)器都是靠人工放板、翻板和收板，一個(gè)人看管兩臺(tái)機(jī)器，每天做著重復(fù)單調(diào)的動(dòng)作，而且剛制作好的線路板還會(huì)散發(fā)出刺鼻的氣味對(duì)人體帶來(lái)一定的傷害，AOI掃描機(jī)器散發(fā)的紅外光也是一個(gè)隱形的殺手。我們用一臺(tái)六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人，替代工人負(fù)責(zé)兩臺(tái)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(dá)到1塊/min（其中包括AOI機(jī)器掃描時(shí)間）。若能進(jìn)一步將與收放板機(jī)配合的上下料運(yùn)輸線，連接上AGV做固定線路轉(zhuǎn)運(yùn)，就可以實(shí)現(xiàn)上下工序的完全自動(dòng)化生產(chǎn)了。

2、scara機(jī)器人用于線路板線圈檢測(cè)工序

目前多層板線圈短路的整套檢測(cè)設(shè)備市面上還寥寥無(wú)幾，大多數(shù)檢測(cè)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(cè)設(shè)備上面然后開(kāi)啟設(shè)備檢測(cè)，孔徑小的PCB板子需要人工拿著設(shè)備（探頭）去對(duì)每一個(gè)線圈進(jìn)行檢測(cè)。我們利用SCARA機(jī)器人可以完成配合檢測(cè)設(shè)備的上下料和對(duì)位放置，實(shí)現(xiàn)一次性對(duì)大孔徑的板子所有的線圈經(jīng)行檢測(cè)；對(duì)小孔徑的板子，我們利用SCARA設(shè)備執(zhí)行端固定探頭，通過(guò)視覺(jué)定位，用探頭對(duì)每一個(gè)線圈進(jìn)行檢測(cè)，我們的設(shè)備也有效地避免了人工操作時(shí)因?yàn)榫€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(cè)測(cè)效率，并避免因漏檢導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題。

3、DELTA機(jī)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(gè)一個(gè)撿起來(lái)并放到吸塑盤里面，由于FPC軟而且薄在撿的時(shí)候很不方便因此效率會(huì)大大降低，Delta800加上一套視覺(jué)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(dá)到60片/min，完全可以取代人工去進(jìn)行分揀裝盤。

三、工業(yè)機(jī)器人在PCB行業(yè)代替人工的優(yōu)勢(shì)

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

1、減少用工，加快工作節(jié)拍，提高工作效率。機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)較高速度的重復(fù)性操作，可以遠(yuǎn)高于人工的工作節(jié)拍，從而帶來(lái)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(jī)器人可以利用編程及視覺(jué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(duì)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(shí)連續(xù)作業(yè)及在黑燈環(huán)境下作業(yè)；

8、可以使制造過(guò)程柔性化。未來(lái)PCB行業(yè)將會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越多小批量的訂貨，使用工業(yè)機(jī)器人可以大大提升生產(chǎn)的柔性，實(shí)現(xiàn)訂單的快速交付。

9、品牌形象和信譽(yù)的提升。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用使得PCB廠家的自動(dòng)化水平得以進(jìn)一步提升，帶動(dòng)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(jìn)步，提高了廠家在行業(yè)內(nèi)的整體競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

四、工業(yè)機(jī)器人在PCB行業(yè)應(yīng)用前景

目前工業(yè)機(jī)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(wèn)題。PCB行業(yè)很多作業(yè)線是非標(biāo)產(chǎn)品，在機(jī)器人應(yīng)用過(guò)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(duì)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(jī)器人的智能化，同時(shí)還要考慮為廠家培訓(xùn)一批可以操作和維護(hù)機(jī)器人的員工。

未來(lái)工業(yè)機(jī)器人在PCB行業(yè)的應(yīng)用將呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：

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(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)較為困難，需投入大量資金進(jìn)行改造，但可以就具備條件的單站和單線進(jìn)行分步改造，待取得明顯收效后，再逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

2、從單純機(jī)器人的應(yīng)用到與AGV等其他智能裝備相結(jié)合的應(yīng)用?，F(xiàn)有個(gè)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(shí)施以機(jī)器人和AGV結(jié)合實(shí)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(jī)器人及AGV的應(yīng)用。

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