鮮 飛 周 理 張 巍 楊 巍 劉江濤

（1.武漢華中數(shù)控股份有限公司，湖北 武漢 430223；2.武漢華景康光電科技有限公司，湖北 武漢 430205）

0 引言

某公司的主要產(chǎn)品包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)等，產(chǎn)品上大量應(yīng)用接插件元件，尤其是異型插件元件，包括按鍵、連接器、數(shù)碼管、電源插座、功率器件等。目前，主要依賴手工完成插件安裝，因此主要存在以下問(wèn)題。

（1）人工環(huán)節(jié)較多，一致性較差。插件元件高度較高（最高達(dá)到8 cm），對(duì)攝像機(jī)焦距的要求不同，且焊點(diǎn)和元件形狀與貼片元件存在差異?，F(xiàn)有的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（automated optical inspection，AOI）設(shè)備不能滿足檢測(cè)插件元件要求，也不能雙面同時(shí)檢測(cè)，且插件焊接過(guò)程中自動(dòng)化程度較低，大多都依賴于人工完成，因此一致性較差，如圖1所示。

圖1 插件波峰焊生產(chǎn)線人工操作環(huán)節(jié)

（2）焊接缺陷率較高。常規(guī)的波峰焊屏蔽載具開槽較深，形成遮蔽效應(yīng)，易導(dǎo)致焊接缺陷，生產(chǎn)品質(zhì)難以得到可靠的保證，如圖2 所示。目前，插件焊接不良率較高，缺陷率＞5?，超過(guò)表面組裝技術(shù)（surface mounted technology，SMT）焊接不良率1個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖2 屏蔽載具

（3）安裝效率低。某公司大量使用某一型號(hào)插件按鍵元件，通常在一個(gè)按鍵板卡上分布著四五十個(gè)插件按鍵，人工安裝工作強(qiáng)度大，效率低。

1 改善方案

為了解決上述問(wèn)題，需要提升插件工序自動(dòng)化程度和檢測(cè)質(zhì)量，對(duì)插件工序的不足進(jìn)行改善。經(jīng)過(guò)不斷調(diào)研，結(jié)合自身產(chǎn)品特點(diǎn)，引入相應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備，包括異形插件機(jī)、智能插件工作臺(tái)、選擇性波峰焊、雙面插件AOI 等，由這幾個(gè)設(shè)備共同組成一條智能插件選擇性波峰焊生產(chǎn)線。隨著這條智能插件選擇性波峰焊生產(chǎn)線的投入使用，插件元件組裝焊接質(zhì)量水平大幅提升。

1.1 異形插件機(jī)

異型插件機(jī)利用激光識(shí)別元件引腳最前端，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、無(wú)誤的插入。異形插件機(jī)的吸嘴和供料器都需要針對(duì)異形插件元件外形進(jìn)行定制。吸嘴可以分為吸著吸嘴和夾持吸嘴2 種。而供料器不同于貼片機(jī)供料器，針對(duì)異型插件元件主要有管狀、振動(dòng)盤、托盤3 種供料器。為了充分發(fā)揮異型插件機(jī)的效率，只選擇了管狀和托盤2 種供料器，安裝時(shí)需要固定在機(jī)器上，不能隨時(shí)更換，不同形狀尺寸的物料不能使用。

與生產(chǎn)部門確認(rèn)了需插件物料的類型，共計(jì)10 種。這10 種異型插件元件用于該公司產(chǎn)品按鍵板、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（industrial personal computer，IPC）主板、伺服驅(qū)動(dòng)控制板、伺服驅(qū)動(dòng)顯示板等，均為插件元件用量較大的板卡，按2 萬(wàn)套數(shù)控裝置及配套伺服裝置日產(chǎn)量測(cè)算，1 年安裝數(shù)量達(dá)到200 萬(wàn)套以上，使用機(jī)器進(jìn)行自動(dòng)化插件將有效地提升效率和質(zhì)量。

1.2 智能插件工作臺(tái)

智能插件工作臺(tái)通過(guò)激光指示燈指引操作員的每步操作插放等，新手操作員也可在15 min 內(nèi)上手操作。操作員不用再去找料對(duì)料、尋找器件插放位置，這些工作均由智能插件工作臺(tái)引導(dǎo)完成，速度大大提升。插件完成后，可通過(guò)設(shè)備進(jìn)行插件后的AOI檢測(cè)。如圖3所示。

圖3 智能插件工作臺(tái)

通過(guò)軟件將人工插件或組裝的點(diǎn)位依次編程設(shè)置好，該智能插件工作臺(tái)具有以下特點(diǎn)：①在工作中，通過(guò)自動(dòng)送料裝置送出當(dāng)前所需的器件料盤，保證取料的準(zhǔn)確性；② 通過(guò)激光頭指引印制電路板（printed circuit board，PCB）上當(dāng)前元器件所需插入的位置和極性；③保證位置和極性的準(zhǔn)確性，并大幅度提高效率，節(jié)省時(shí)間和人力。

1.3 選擇性波峰焊

選擇性波峰焊可滿足小批量、多品種混裝焊接要求，解決屏蔽載具開槽較深導(dǎo)致的插件焊點(diǎn)不良問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。另外，由于使用選擇性波峰焊進(jìn)行焊接時(shí)，每個(gè)焊點(diǎn)的焊接參數(shù)都可以單獨(dú)設(shè)置，工程師有足夠的工藝調(diào)整空間將每個(gè)焊點(diǎn)的焊接參數(shù)（助焊劑的噴涂量、焊接時(shí)間和焊接波峰高度）調(diào)至最佳，降低缺陷率，甚至有可能做到通孔器件焊接的零缺陷。同時(shí)，使用選擇性波峰焊進(jìn)行焊接時(shí)，只有需要焊接的點(diǎn)才會(huì)接觸到高溫焊料。這樣的焊接模式避免了整塊線路板在250 ℃以上的液態(tài)焊料中經(jīng)過(guò)，大大降低了在焊接過(guò)程中PCB 組裝所承受的熱沖擊，如圖4和圖5所示。

圖4 雙缸雙噴嘴選擇性波峰焊

圖5 選擇焊可實(shí)現(xiàn)單個(gè)焊點(diǎn)形狀控制

目前，某公司利用國(guó)家專項(xiàng)資金引入了一臺(tái)ERSA 雙缸雙噴嘴選擇焊，可同時(shí)焊接2 塊板卡，經(jīng)過(guò)測(cè)算效率可以達(dá)到伺服控制板每分鐘焊接一塊。該儀器正在進(jìn)行批量試用評(píng)估階段，后續(xù)將考慮引入多臺(tái)選擇焊，以期全面提升插件焊接的質(zhì)量水平。

1.4 雙面插件AOI

雙面插件AOI 可實(shí)現(xiàn)對(duì)板卡插件元件雙面同時(shí)檢測(cè)，包括極性、元件錯(cuò)、焊點(diǎn)質(zhì)量等，最大檢測(cè)元件高度可達(dá)到50 mm。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述引入的幾種自動(dòng)化設(shè)備，組成一條智能插件選擇性波峰焊生產(chǎn)線，如圖6 所示。該生產(chǎn)線建成后，插件元件的焊接自動(dòng)化和檢測(cè)水平大幅度提升，有效提升了焊接品質(zhì)和生產(chǎn)效率，目前已應(yīng)用在該公司產(chǎn)品生產(chǎn)上。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，插件焊接不良率從原先的5?降至2?以下，質(zhì)量改善效果非常明顯。另外需要注意的是，智能插件工作臺(tái)傳輸高度為750～800 mm（考慮人工插件的最佳工作高度），而其他自動(dòng)化設(shè)備傳輸高度為900 mm 左右，傳輸會(huì)存在高度差，因此，生產(chǎn)線中需要使用升降臺(tái)。

圖6 智能化插件選擇性波峰焊生產(chǎn)線