方貴本，李 鋒

（南寧富桂精密工業(yè)有限公司，廣西 南寧530000）

一種PCB自動分板及自動測試設(shè)備

方貴本，李 鋒

（南寧富桂精密工業(yè)有限公司，廣西 南寧530000）

以一種印刷電路板（PCB）生產(chǎn)線改造為例，分析對比改造前后該PCB生產(chǎn)線分板及測試的工藝流程。結(jié)合該PCB來料連板的特點以及技術(shù)要求，給出了此種PCB生產(chǎn)線自動分板及自動測試的總體設(shè)計方案。實際生產(chǎn)表明，該自動分板及自動測試的設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單合理，自動化程度高，減少生產(chǎn)安全隱患，節(jié)約人工成本的同時，提高生產(chǎn)效率。

PCB；自動；分板；測試

印刷電路板（PCB）是電子元器件的支撐體，是重要的電子部件。PCB分板和測試則是在大批量電子組裝生產(chǎn)工藝上的一步重要工序。傳統(tǒng)生產(chǎn)組裝方式靠人工操作，全靠經(jīng)驗操作，消耗人力，生產(chǎn)效率不高，技術(shù)不標(biāo)準(zhǔn)。提高生產(chǎn)的自動化程度，減輕勞動強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，是本次研發(fā)的根本目標(biāo)。

1 研發(fā)內(nèi)容

1.1 常規(guī)的PCB組裝生產(chǎn)工藝

傳統(tǒng)常規(guī)的PCB組裝生產(chǎn)工藝如圖1所示。PCB整塊6連板由人工放入流水線，再由下工站作業(yè)員取整塊連板手工放入分板設(shè)備中進(jìn)行分板，然后人工取出各單小板放入Tray盤，流轉(zhuǎn)至下一工站及取出邊料收集至邊料收集箱；下工站作業(yè)員再對Tray內(nèi)各單小板逐一進(jìn)行條碼掃描后，一一放入測試治具內(nèi)進(jìn)行測試。所述的分板設(shè)備為沖壓式分板機(jī)，人工取放PCB時存在一定的安全隱患，且分板時產(chǎn)生的粉屑對作業(yè)員的身體健康也有一定的影響。此傳統(tǒng)的生產(chǎn)組裝方式生產(chǎn)效率不高，勞動強(qiáng)度大，且人力成本高。

圖1 常規(guī)的PCB組裝生產(chǎn)工藝

1.2 實現(xiàn)自動化測試的方案

針對先前技術(shù)存在的不足，本文旨在于設(shè)計出一款基于PCB板來料排列實現(xiàn)自動化測試的設(shè)備，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。新的研發(fā)技術(shù)避免了先前的問題點，其生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。進(jìn)行優(yōu)化后可實現(xiàn)：

（1）設(shè)計PCB板集裝箱推板機(jī)替代人工送料；

（2）使用1#ROBOT取代人工裂板分料，減少生產(chǎn)安全隱患；

（3）設(shè)計復(fù)合模具裂板，將分裂后的產(chǎn)品和邊料留于模具上；

（4）利用多組真空吸盤，把邊料和產(chǎn)品分開收集[1]；

（5）2#ROBOT自動取放產(chǎn)品測試，測試良品/不良品分開智能放置Tray；

（6）設(shè)計自動測試治具替代老式手動測試治具；

（7）利用Tray盤交換機(jī)替代人工；

（8）Tray盤交換機(jī)方便多個Tray自動分開，無需人力交換Tray.

圖2 實現(xiàn)自動化測試的PCB組裝生產(chǎn)工藝流程

2 PCB生產(chǎn)線改造的技術(shù)方案

本設(shè)計的PCB自動分板及自動測試設(shè)備如圖3所示。包含：推板機(jī)1、進(jìn)料輸送機(jī)2、分板機(jī)架3、1#六軸取放料機(jī)械手4、分板沖床5、分板模具6、交叉?zhèn)魉蜋C(jī)7、2#六軸取放料機(jī)械手8、測試機(jī)架9、PCB板測試治具10、Tray交換機(jī)11等。

圖3 PCB自動分板及自動測試設(shè)備總體組成

設(shè)備經(jīng)過改造后，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化?；竟に嚵鞒蹋号縋CB6連板來料放入集裝箱內(nèi)，推板機(jī)1分片對產(chǎn)品自動送料——機(jī)械手4自動取放料——分板沖床5自動沖壓分板——機(jī)械手4自動取放料——交叉?zhèn)魉蜋C(jī)7送料——2#六軸取放料機(jī)械手8取放料——自動掃描、測試——良品或不良品分別收集于1#tray或2#tray內(nèi)，整個過程全自動生產(chǎn)[2]。在實踐生產(chǎn)中，整線自動化節(jié)省人力達(dá)22人/天。

3 推板機(jī)

推板機(jī)如圖4所示，由進(jìn)料軌道11、出料軌道12、集板箱13、升降機(jī)構(gòu)14、配電箱15、推板機(jī)構(gòu)16組成。其工作原理為：集裝箱13內(nèi)存放有批量PCB六連板，集裝箱放入進(jìn)料軌道11上，當(dāng)進(jìn)料軌道11檢測到集裝箱13，自動把集裝箱13傳送至升降機(jī)構(gòu)14，推板機(jī)構(gòu)16把集裝箱內(nèi)PCB板一一推送至下一工站傳送帶上。每推送一片PCB板，升機(jī)構(gòu)往上移動一小格，直到集裝箱內(nèi)PCB板全部送到下工站為止，然后空集裝箱進(jìn)去出料軌道12傳出[3]。推板機(jī)全程由PLC智能控制作業(yè)，此處節(jié)省人力2人/天。

圖4 推板機(jī)結(jié)構(gòu)圖組成

4 進(jìn)料輸送機(jī)

進(jìn)料輸送機(jī)如圖5所示，包含：1#進(jìn)料軌道21、1#有料感應(yīng)器22、2#進(jìn)料軌道23、2#有料感應(yīng)器24、回彈組件25、定位組件26、寬度調(diào)節(jié)螺桿27、固定組件28.其工作原理：推板機(jī)出來的PCB 6連板，進(jìn)入1#進(jìn)料軌道，當(dāng)2#感應(yīng)器24檢測沒又有料時，PCB板再進(jìn)入到2#進(jìn)料軌道末端，感應(yīng)檢測到物料，回彈模組25回拉，定位組件26把PCB板夾緊定位。等待1#機(jī)械手抓取。第二片PCB板進(jìn)入1#進(jìn)料軌道21上方等待。當(dāng)1#號機(jī)械手把第一片PCB板抓走后，第二片板迅速補位到2#進(jìn)料軌道上方。

圖5 進(jìn)料輸送機(jī)結(jié)構(gòu)圖

技術(shù)難點：PCB板傳送到ROBOT取料點，PCB板位置不精準(zhǔn)。本提案技術(shù)改善：增加回彈模組和定位組件，二次定位PCB板。

51 #六軸取放料機(jī)械手

1#六軸取放料機(jī)械手如圖6所示。包括：600 mm行程六軸機(jī)械手43、六組產(chǎn)品吸嘴42（型號PAF-06-SI共12個）、一組邊料吸嘴41（型號PAFS-0603-SI共6個）。工作原理：PCB 6連板從上一工站流入，機(jī)械手33邊料吸嘴31真空打開，去抓取產(chǎn)品放入分板模組5內(nèi)分板，分板后機(jī)械手43去取出產(chǎn)品，產(chǎn)品吸嘴42的真空同時開啟，收集產(chǎn)品放入流轉(zhuǎn)載具內(nèi)，流轉(zhuǎn)一下工站測試；邊料吸嘴41的真空開啟，收集邊料放入流轉(zhuǎn)載具內(nèi)，送邊料收集庫。為降低設(shè)備成本，設(shè)計用一臺機(jī)械手對應(yīng)兩臺分板模具，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省人力8人/天。

圖6 1#取放料機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

6 分板模具

分板模具的結(jié)構(gòu)組成如圖7所示。包括：邊料退料板61、產(chǎn)品退料板62、凹模63、導(dǎo)向軸導(dǎo)向套64、刀口65、凸模66.其工作原理：PCB 6連板放入模具內(nèi)切割，凹模63和凸模66閉合后，把產(chǎn)品切開，然后邊料退料板61和產(chǎn)品退料板62把產(chǎn)品和邊料整齊排放于下模上。技術(shù)難點：切割后產(chǎn)品位置要保證一致，普通沖孔模具易造成產(chǎn)品偏位，不易于產(chǎn)品定位流轉(zhuǎn)。解決技術(shù)做法：設(shè)計復(fù)合模上下退料板，把切割后的產(chǎn)品及邊料留在模面上，方便機(jī)械手3取走（產(chǎn)品于邊料切口存在毛刺，利于產(chǎn)品定位）。

圖7 分板模具結(jié)構(gòu)圖

7 PCB板測試治具

PCB板測試治具的結(jié)構(gòu)如圖8所示。包括有測試探針板101，產(chǎn)品放置板102，下壓模組103，上模組 104，機(jī)箱 105，測試探針 106、壓棒 107，后墻板108.其工作原理：接駁上一工站留轉(zhuǎn)載具上的PCB產(chǎn)品，放入產(chǎn)品放置板102上，治具檢測到產(chǎn)品，上模組104自動前移至品產(chǎn)上方，然后下壓模組103自動下壓，產(chǎn)品與探針板101接觸，治具對產(chǎn)品進(jìn)行測試。測試完成后，下壓模組103回彈，上模組104退回，機(jī)械手根據(jù)測試結(jié)果對良品與不良品分開收集。測試治具全程單片機(jī)自動控制[4]。

圖8 PCB板測試治具的結(jié)構(gòu)

考慮自動化連續(xù)性，測試治具設(shè)計同時可滿足6個產(chǎn)品單獨測試。測試機(jī)一臺2#機(jī)械手對應(yīng)6臺自動測試設(shè)備，充分利用機(jī)械手生產(chǎn)效率，節(jié)省人力12人/天[5]。

8 Tray交換機(jī)

Tray交換機(jī)如圖9所示。包括：空Tray有皮帶輸送軌道111、固定機(jī)構(gòu)112、正反轉(zhuǎn)馬達(dá)113、空Tray堆放擋塊 114、Tray支撐模組 115、Tray升降模組116.其工作原理：作業(yè)員批量把Tray放入Tray支撐模組115上方，當(dāng)機(jī)臺沒有Tray時，升降模組116上升，真空吸盤開啟真空吸住Tray，兩側(cè)Tray支撐模組115氣缸打開關(guān)閉，把最下放的Tray落入升降模組上，然后升降模組下降，Tray降落到皮帶輸送軌道111上，三相電機(jī)113正轉(zhuǎn)，把空Tray傳送至機(jī)臺內(nèi)，固定機(jī)構(gòu)112夾緊固定Tray。當(dāng)Tray自動裝滿產(chǎn)品后，三相電機(jī)113反轉(zhuǎn)，把空Tray傳送出機(jī)臺的流水線上。第二個Tray盤按以上方式傳送至機(jī)臺內(nèi)裝產(chǎn)品。技術(shù)方案：作業(yè)一個批量放Tray，可以滿足設(shè)備連續(xù)不斷Tray補給[6-7]。

圖9 Tray交換機(jī)

9 導(dǎo)入生產(chǎn)

在實際生產(chǎn)中，PCB六連板沖壓分板后，邊料與6個產(chǎn)品間存在毛刺。1#機(jī)械手去取料時，產(chǎn)品與邊料因毛刺沒能徹底分開，在機(jī)械手破開邊料真空吸盤收集邊料時候，毛刺會把邊料掛在產(chǎn)品上，流到下一工站，造成2#機(jī)械手取料時候出現(xiàn)異常，出現(xiàn)頻率2次/小時。嚴(yán)重影響產(chǎn)出，且需一個作業(yè)員實時在現(xiàn)場監(jiān)控，排除異常?？紤]到邊料毛刺造成高故障率，重新設(shè)計了1#機(jī)械手夾具結(jié)構(gòu)，如圖10所示的結(jié)構(gòu)。

圖101 #機(jī)械手夾具

設(shè)計后的機(jī)械手夾具，使用帶彈簧的吸盤吸取邊料，用不帶彈簧的吸盤吸取產(chǎn)品，產(chǎn)品與邊料分開收集，帶彈簧吸盤與不帶彈簧吸盤存在高度差和彈力。1#機(jī)械手去抓取沖壓后的產(chǎn)品與邊料時，利用吸盤彈黃的彈力和高度差，把產(chǎn)品與邊料錯開，在通過先后順序關(guān)閉真空，分開收集產(chǎn)品與邊料。

設(shè)變后1#機(jī)械手治具機(jī)構(gòu)合理簡單，能很好解決因毛刺造成自動化故障的問題。目前整線自動化設(shè)備已導(dǎo)入一年有余，設(shè)備運行穩(wěn)定，UPH達(dá)到1500PCS/時，日產(chǎn)出 30000PCS，節(jié)省人力 22 人/天，累計為公司節(jié)省人工成本1000000RMB/年。

10 結(jié)束語

本文研究的是一種基于PCB板來料排列實現(xiàn)自動化測試的設(shè)備，該設(shè)備已經(jīng)調(diào)試成功，并能在實際生產(chǎn)中得以應(yīng)用和表現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為制造商乃至有類似制造工藝的設(shè)備提供了一條新的研究方向。同時，具有創(chuàng)新性和實用性，值得大力推廣，提高生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟(jì)效益。

[1]濮良貴.紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計[M].北京：高等機(jī)械出版社，2006.

[2]李騰訓(xùn)，魏 崢.AutoCAD機(jī)械設(shè)計實例教程[M].北京：人民郵電出版社，2000.

[3]秦大同，謝里陽.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[4]沈建征.自動化測試管理工具的開發(fā)與實現(xiàn)[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[5]馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版設(shè)，2004.

[6]范崇洛.機(jī)械加工工藝學(xué)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2009.

[7]王蕾蕾.可視化測控組件的研制[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

[8]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研組編.理論力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1997.

[9]李 瑋.軟件自動化測試混合框架的研究與實現(xiàn)[D].北京：北京交通大學(xué)，2007.

A PCB Board and Segmentation of Automatic Test Equipment

FANG Gui-ben，LI Feng
（Nanning Fu Gui Precision Industry Co.，Ltd.，Nanning Guangxi 530000，China）

This paper discusses the process of the PCB production line and the test process before and after the transformation of a printed circuit board （PCB）production line.Combined with the characteristics and technical requirements of the PCB，this paper presents the overall design scheme of automatic PCB and automatic test.Practical production shows that the automatic plate division and the design of the automatic test simple and reasonable structure，high degree of automation，reduce production safety hidden trouble，save labor costs at the same time，but also improve production efficiency.

PCB；automatically；points plate；test

TP274.5

A

1672-545X（2017）09-0148-04

2017-06-22

方貴本（1987-），男，廣西南寧橫縣人，本科，助理工程師/自動化機(jī)械工程師，研究領(lǐng)域：非標(biāo)設(shè)備設(shè)計；自動化設(shè)備設(shè)計、安裝、調(diào)試及管理；工業(yè)4.0智能制作方向研究。