陳翠娟 楊 歡 傅顯輝（深圳市森力普電子有限公司，廣東 深圳 518100）

PCBA測(cè)試生產(chǎn)線自動(dòng)化改造方案

陳翠娟 楊 歡 傅顯輝
（深圳市森力普電子有限公司，廣東 深圳 518100）

針對(duì)目前傳統(tǒng)PCBA測(cè)試生產(chǎn)線自動(dòng)化升級(jí)改造存在的通用性不強(qiáng)、成本較高的問(wèn)題，提出了在保留現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守全自動(dòng)測(cè)試生產(chǎn)線的低成本、快速、高效地升級(jí)改造，該方案可廣泛應(yīng)用于PCBA 測(cè)試生產(chǎn)線。

自動(dòng)化改造；自動(dòng)測(cè)試；印制電路板裝配件（板）測(cè)試

印制電路板（PCB）是電子產(chǎn)品中電路元件的支撐件，并提供電路元件和元件之間的電氣連接［1］?？誔CB 板經(jīng)過(guò)表面組裝技術(shù)（SMT）上件和直插式元件插裝，已經(jīng)焊接、組裝好電子元件的PCB即印制電路板裝配（PCBA）板。

隨著表面貼裝技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)電子組裝測(cè)試技術(shù)也提出了更高的要求。目前在電子組裝測(cè)試領(lǐng)域中使用的測(cè)試技術(shù)常用的有手工視覺(jué)檢查（MVI）、自動(dòng)光學(xué)測(cè)試（AOI）、在線測(cè)試（ICT）［2］、功能測(cè)試（FT）等［3］［4］。

現(xiàn)有的生產(chǎn)線測(cè)試工位大部分采用人工取放板的方式進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)測(cè)試工位或者每臺(tái)測(cè)試設(shè)備必須配備相應(yīng)的操作人員，自動(dòng)化程度不高、測(cè)試速度慢、人工成本高，從而降低了整體生產(chǎn)效率，導(dǎo)致生產(chǎn)成本的上升。

目前的全自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，都是基于自身設(shè)備的自動(dòng)化，選擇此類設(shè)備面臨三個(gè)問(wèn)題，一是采購(gòu)成本增加；二是現(xiàn)有的測(cè)試設(shè)備需要淘汰；三是新設(shè)備的使用有一個(gè)培訓(xùn)、熟練的過(guò)程。因此開(kāi)發(fā)用于PCBA的自動(dòng)測(cè)試裝置，實(shí)現(xiàn)PCBA測(cè)試自動(dòng)化和測(cè)試設(shè)備通用化，提高PCBA 測(cè)試的效率和降低成本［5］。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用激光傳感器加機(jī)械裝置對(duì)PCBA進(jìn)行高精度定位和安全防護(hù)，結(jié)合現(xiàn)有的ICT在線測(cè)試儀及FT功能測(cè)試設(shè)備，采用SMEMA標(biāo)準(zhǔn)接口［6］，兼容常用上板機(jī)、移板機(jī)、蓋章機(jī)、貼標(biāo)機(jī)等。所有的測(cè)試設(shè)備及其它外接設(shè)備只需連接通訊端口就可以方便快速地組建無(wú)人值守全自動(dòng)測(cè)試生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有的測(cè)試生產(chǎn)線進(jìn)行低成本改造。所有的測(cè)試設(shè)備可以固定于測(cè)試機(jī)構(gòu)的底部框架內(nèi)，以減少占地面積，方便生產(chǎn)線的布局。如圖1所示。

圖1 整體示意圖

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

采用測(cè)試夾具固定，使用小型氣缸驅(qū)動(dòng)PCBA傳送軌道上下移動(dòng)定位的方式，該設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備采用測(cè)試夾具上下移動(dòng)的方式，由于測(cè)試夾具的重量一般有5 kg ～ 15 kg，需要使用大缸徑的氣缸和更多的氣源來(lái)驅(qū)動(dòng)測(cè)試夾具上升和下降，也不利于測(cè)試機(jī)構(gòu)的小型化，更關(guān)鍵的的問(wèn)題是長(zhǎng)期反復(fù)使用，氣缸容易磨損導(dǎo)致定位不準(zhǔn)，維護(hù)成本高。并于測(cè)試夾具上方安裝一激光傳感器A（圖2），對(duì)PCBA板精確定位。還設(shè)計(jì)了四個(gè)傾斜度傳感器B（圖2），分別安裝在PCBA下方四個(gè)角落，用以檢測(cè)PCBA板是否與測(cè)試夾具接觸平整，進(jìn)一步地驗(yàn)證激光傳感器的定位是否精確。 實(shí)現(xiàn)對(duì)PCBA的安全防護(hù)和檢測(cè)，確保不損壞PCBA板。

圖2 機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 機(jī)械動(dòng)作流程

整個(gè)測(cè)試裝置通過(guò)PLC集中控制，全程除了當(dāng)PCBA板的安全防護(hù)檢測(cè)未通過(guò)時(shí)需要人工操作外，其余動(dòng)作全部由PLC控制裝置自動(dòng)完成（包括所有的測(cè)試設(shè)備及其它外圍儀器設(shè)備），大量節(jié)省勞動(dòng)力和提高生產(chǎn)效率。圖3為整個(gè)機(jī)械動(dòng)作流程圖。

圖3 機(jī)械動(dòng)作流程圖

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件是基于PLC（可編程控制器）設(shè)計(jì)的，使用方便，編程簡(jiǎn)單，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)， 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少［7］。

2.1 PLC系統(tǒng)

硬件設(shè)計(jì)以三菱PLC FX1N-60MR為核心，包括儲(chǔ)存器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等組成［8］。輸入部分主要為A/D采集電路。輸出部分包括顯示器、外圍擴(kuò)展設(shè)備接口電路。外圍設(shè)備接口電路主要用來(lái)連接和驅(qū)動(dòng)外圍的機(jī)械設(shè)備。通過(guò)控制對(duì)應(yīng)的繼電器的通斷，來(lái)控制對(duì)應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。為了提高兼容性，使用SMEMA標(biāo)準(zhǔn)接口，方便擴(kuò)展設(shè)備。硬件電路的整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 電路結(jié)構(gòu)圖

2.2 PCBA板定位及安全防護(hù)系統(tǒng)

整個(gè)硬件系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分就是PCBA的定位及安全防護(hù)。PCBA板的定位采用KEYENCE的TOF激光傳感器（如圖5中的701），具有響應(yīng)速度快，檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。當(dāng)PCBA板定位完成后，還專門設(shè)計(jì)了PCBA板的安全防護(hù)檢測(cè)裝置（如圖6所示）。安全防護(hù)檢測(cè)裝置采用四個(gè)紅外線距離傳感器（如圖6中的704）加機(jī)械裝置（如圖6中的502）的設(shè)計(jì)，用來(lái)檢測(cè)PCBA板是否傾斜，同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證激光傳感器對(duì)PCBA板的定位是否精準(zhǔn)，防止壓床下壓時(shí)損壞PCBA板。

圖5 激光傳感器（圖1 A處的局部放大圖）

圖6 安全防護(hù)檢測(cè)裝置（圖1 B處的局部放大圖）

3 控制軟件設(shè)計(jì)

采用PLC作為控制處理器，使用觸摸屏作為人機(jī)交互界面。PLC集中控制所有測(cè)試過(guò)程，如PCBA傳輸速度和方向、壓床氣壓、測(cè)試儀器及外接設(shè)備的運(yùn)行及反饋信息等。

軟件設(shè)計(jì)的原則是易用性、高度自動(dòng)化、安全性，在實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人值守過(guò)程的同時(shí)，確保被測(cè)PCBA的安全及外接設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)。軟件包括四大功能模塊：參數(shù)設(shè)置模塊、動(dòng)作控制模塊、設(shè)備監(jiān)測(cè)模塊（報(bào)警模塊）及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

圖7 軟件流程圖

軟件流程（圖7）：系統(tǒng)開(kāi)機(jī)首先啟動(dòng)自檢動(dòng)作，然后進(jìn)入測(cè)試查詢菜單，選擇測(cè)試程序（如果初次使用或者沒(méi)有保存的測(cè)試程序，進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置菜單，新建測(cè)試程序），待測(cè)PCBA傳輸?shù)街付ㄎ恢煤?，壓床下壓，測(cè)試儀器開(kāi)始工作，測(cè)試合格品傳輸?shù)较乱还の?，不良品傳輸?shù)街付ǖ牟涣计肥占帯y(cè)試過(guò)程中，如出現(xiàn)PCBA板定位故障或者本身裝置以及外接設(shè)備故障，系統(tǒng)停止運(yùn)行，并報(bào)警，待故障解除，系統(tǒng)重新運(yùn)行。

軟件設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存功能，方便及時(shí)查詢測(cè)試機(jī)構(gòu)、測(cè)試設(shè)備及外接其它儀器設(shè)備等整個(gè)測(cè)試生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)、故障、開(kāi)關(guān)機(jī)日志及統(tǒng)計(jì)信息。

參數(shù)設(shè)置模塊是控制軟件的核心部分，該模塊的設(shè)計(jì)充分考慮了外接設(shè)備的通用性，操作的易用性，以及安全防護(hù)報(bào)警。參數(shù)設(shè)置是否合理直接影響整體測(cè)試生產(chǎn)線的運(yùn)行效率。包括的主要內(nèi)容有：進(jìn)入權(quán)限，防止誤修改、PCBA板進(jìn)板和出板運(yùn)行速度、PCBA板定位減速停止的速度、PCB板出板延時(shí)報(bào)警時(shí)間、PCBA板進(jìn)板延時(shí)報(bào)警時(shí)間、測(cè)試設(shè)備無(wú)響應(yīng)報(bào)警時(shí)間、條碼掃描無(wú)響應(yīng)報(bào)警時(shí)間、觸發(fā)條碼槍掃描的時(shí)間、蜂鳴器的鳴叫時(shí)間、感應(yīng)器感應(yīng)到電機(jī)停止的時(shí)間、重測(cè)動(dòng)作壓床上升的時(shí)間、自動(dòng)印章動(dòng)作的時(shí)間、測(cè)試產(chǎn)品計(jì)數(shù)、產(chǎn)品計(jì)數(shù)清零、連續(xù)測(cè)試結(jié)果為不良產(chǎn)品時(shí)報(bào)警，以及不良品的數(shù)量、測(cè)試結(jié)果連續(xù)不良品產(chǎn)品到達(dá)設(shè)置的數(shù)量時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，提示操作人員檢測(cè)測(cè)試設(shè)備。

4 結(jié)論

目前各種自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備都是基于自身設(shè)備的自動(dòng)化，其重點(diǎn)是測(cè)試功能，必須購(gòu)買全新設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化，采購(gòu)成本高。而本方案是基于對(duì)現(xiàn)有的測(cè)試生產(chǎn)線進(jìn)行改造，方案中本身不包含任何測(cè)試設(shè)備，而是使用客戶現(xiàn)有的測(cè)試設(shè)備，因此改造的成本相對(duì)低廉。方案中的測(cè)試機(jī)構(gòu)可多個(gè)組合使用，有效改善了目前手工PCBA測(cè)試及產(chǎn)能低下的現(xiàn)狀，真正實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人值守運(yùn)行。所有測(cè)試設(shè)備及其它外接設(shè)備只需通過(guò)通訊端口，典型應(yīng)用如圖8所示。

綜上所述，本方案具有定位精度高、高度自動(dòng)化、通用性強(qiáng)、成本低廉、改造方便的特點(diǎn)，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖8 典型應(yīng)用示意圖

［1］曾峰，鞏海洪，曾波. 印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)與制作-2 版［M］. 北京：電子工業(yè)出版社，2005.

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The upgrade solution for PCBA automatic test of production line

CHEN Cui-juan YANG Huan FU Xian-hui

At present， there are some problems demanding prompt solution in upgrading for PCBA automatic test in production line， such as the problem of the universal capability is not very strong and the cost is high. This paper proposed the solution based on retaining the present test equipment， which has the merits of fully automated， low cost，and high efficiency.

Automatic Reform； Automatic Test； PCBA Test

TP23

：A

：1009-0096（2015）10-0067-04