PCBA測試生產(chǎn)線自動化改造方案

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）

PCBA測試生產(chǎn)線自動化改造方案

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）

針對目前傳統(tǒng)PCBA測試生產(chǎn)線自動化升級改造存在的通用性不強(qiáng)、成本較高的問題，提出了在保留現(xiàn)有測試設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動化升級改造的設(shè)計方案，實現(xiàn)無人值守全自動測試生產(chǎn)線的低成本、快速、高效地升級改造，該方案可廣泛應(yīng)用于PCBA 測試生產(chǎn)線。

自動化改造；自動測試；印制電路板裝配件（板）測試

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，對電子組裝測試技術(shù)也提出了更高的要求。目前在電子組裝測試領(lǐng)域中使用的測試技術(shù)常用的有手工視覺檢查（MVI）、自動光學(xué)測試（AOI）、在線測試（ICT）［2］、功能測試（FT）等［3］［4］。

現(xiàn)有的生產(chǎn)線測試工位大部分采用人工取放板的方式進(jìn)行測試，每個測試工位或者每臺測試設(shè)備必須配備相應(yīng)的操作人員，自動化程度不高、測試速度慢、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。

目前的全自動化測試設(shè)備，都是基于自身設(shè)備的自動化，選擇此類設(shè)備面臨三個問題，一是采購成本增加；二是現(xiàn)有的測試設(shè)備需要淘汰；三是新設(shè)備的使用有一個培訓(xùn)、熟練的過程。因此開發(fā)用于PCBA的自動測試裝置，實現(xiàn)PCBA測試自動化和測試設(shè)備通用化，提高PCBA 測試的效率和降低成本［5］。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

采用激光傳感器加機(jī)械裝置對PCBA進(jìn)行高精度定位和安全防護(hù)，結(jié)合現(xiàn)有的ICT在線測試儀及FT功能測試設(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人值守全自動測試生產(chǎn)線，實現(xiàn)對現(xiàn)有的測試生產(chǎn)線進(jìn)行低成本改造。所有的測試設(shè)備可以固定于測試機(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)

采用測試夾具固定，使用小型氣缸驅(qū)動PCBA傳送軌道上下移動定位的方式，該設(shè)計有別于傳統(tǒng)自動化測試設(shè)備采用測試夾具上下移動的方式，由于測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驅(qū)動測試夾具上升和下降，也不利于測試機(jī)構(gòu)的小型化，更關(guān)鍵的的問題是長期反復(fù)使用，氣缸容易磨損導(dǎo)致定位不準(zhǔn)，維護(hù)成本高。并于測試夾具上方安裝一激光傳感器A（圖2），對PCBA板精確定位。還設(shè)計了四個傾斜度傳感器B（圖2），分別安裝在PCBA下方四個角落，用以檢測PCBA板是否與測試夾具接觸平整，進(jìn)一步地驗證激光傳感器的定位是否精確。 實現(xiàn)對PCBA的安全防護(hù)和檢測，確保不損壞PCBA板。

圖2 機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 機(jī)械動作流程

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

圖3 機(jī)械動作流程圖

2 硬件設(shè)計

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

2.1 PLC系統(tǒng)

硬件設(shè)計以三菱PLC FX1N-60MR為核心，包括儲存器、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連接和驅(qū)動外圍的機(jī)械設(shè)備。通過控制對應(yīng)的繼電器的通斷，來控制對應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的動作。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，檢測精度高、抗干擾能力強(qiáng)的特點。當(dāng)PCBA板定位完成后，還專門設(shè)計了PCBA板的安全防護(hù)檢測裝置（如圖6所示）。安全防護(hù)檢測裝置采用四個紅外線距離傳感器（如圖6中的704）加機(jī)械裝置（如圖6中的502）的設(shè)計，用來檢測PCBA板是否傾斜，同時也進(jìn)一步驗證激光傳感器對PCBA板的定位是否精準(zhǔn)，防止壓床下壓時損壞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)檢測裝置（圖1 B處的局部放大圖）

3 控制軟件設(shè)計

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集中控制所有測試過程，如PCBA傳輸速度和方向、壓床氣壓、測試儀器及外接設(shè)備的運(yùn)行及反饋信息等。

軟件設(shè)計的原則是易用性、高度自動化、安全性，在實現(xiàn)全自動無人值守過程的同時，確保被測PCBA的安全及外接設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測。軟件包括四大功能模塊：參數(shù)設(shè)置模塊、動作控制模塊、設(shè)備監(jiān)測模塊（報警模塊）及數(shù)據(jù)存儲模塊。

圖7 軟件流程圖

軟件流程（圖7）：系統(tǒng)開機(jī)首先啟動自檢動作，然后進(jìn)入測試查詢菜單，選擇測試程序（如果初次使用或者沒有保存的測試程序，進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置菜單，新建測試程序），待測PCBA傳輸?shù)街付ㄎ恢煤?，壓床下壓，測試儀器開始工作，測試合格品傳輸?shù)较乱还の唬涣计穫鬏數(shù)街付ǖ牟涣计肥占?。測試過程中，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，并報警，待故障解除，系統(tǒng)重新運(yùn)行。

軟件設(shè)計了實時數(shù)據(jù)保存功能，方便及時查詢測試機(jī)構(gòu)、測試設(shè)備及外接其它儀器設(shè)備等整個測試生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)、故障、開關(guān)機(jī)日志及統(tǒng)計信息。

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)報警。參數(shù)設(shè)置是否合理直接影響整體測試生產(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板出板延時報警時間、PCBA板進(jìn)板延時報警時間、測試設(shè)備無響應(yīng)報警時間、條碼掃描無響應(yīng)報警時間、觸發(fā)條碼槍掃描的時間、蜂鳴器的鳴叫時間、感應(yīng)器感應(yīng)到電機(jī)停止的時間、重測動作壓床上升的時間、自動印章動作的時間、測試產(chǎn)品計數(shù)、產(chǎn)品計數(shù)清零、連續(xù)測試結(jié)果為不良產(chǎn)品時報警，以及不良品的數(shù)量、測試結(jié)果連續(xù)不良品產(chǎn)品到達(dá)設(shè)置的數(shù)量時，系統(tǒng)報警，提示操作人員檢測測試設(shè)備。

4 結(jié)論

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

綜上所述，本方案具有定位精度高、高度自動化、通用性強(qiáng)、成本低廉、改造方便的特點，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)計與制作-2 版［M］. 北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［2］電子質(zhì)量. ICT 簡介［J］. 電子質(zhì)量，2008，2：27-27.

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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