基于四軸機(jī)器手的手機(jī)終端主板全自動(dòng)測試解決方案

（惠州城市職業(yè)學(xué)院，惠州 516025）

0 引言

手機(jī)主板都是采用集成電路，其制造都是由SMT設(shè)備來完成。目前SMT段的設(shè)備主要包括自動(dòng)上料、自動(dòng)絲印機(jī)、AOI、貼片機(jī)、回流焊和自動(dòng)分板機(jī)。上述設(shè)備通用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高，已形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。SMT后段即分板后形成一小塊的手機(jī)主板，目前行業(yè)內(nèi)普遍的情況是采用人工測試，人工取放板進(jìn)行單機(jī)測試。人工測試導(dǎo)致在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中流程不順暢，造成生產(chǎn)環(huán)節(jié)的不連續(xù)性，影響產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。使用全自動(dòng)測試設(shè)備可以減少換線的影響，產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)可以充分發(fā)揮設(shè)備的性能，對生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率的提升具有積極意義。

1 問題分析

手工作業(yè)產(chǎn)線主要由單機(jī)儀器搭建的測試工站，操作員工將分板機(jī)流出的拼板一塊塊取走，放置在測試夾具中掃碼測試，測試完成后取出放到皮帶上流到下游工序，若是一站式測試，則可直接放置在收集的托盤中。手機(jī)主板尺寸結(jié)構(gòu)都存在差異，很難像SMT段那樣實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)。同時(shí)，每個(gè)手機(jī)使用的頻段不同，功能不同，對應(yīng)的測試也不同，這也是造成難于標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)原因。以上的流程造成了生產(chǎn)效率低下，檢測效果難以保證。即使有些公司使用機(jī)器人進(jìn)行全自動(dòng)測試，但由于成本高，回報(bào)率低和換線效率低等因素制約了全自動(dòng)測試在行業(yè)內(nèi)的推廣。

圖1 手工作業(yè)產(chǎn)線

2 局部設(shè)計(jì)方案

2.1 排板機(jī)設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)有產(chǎn)線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 產(chǎn)線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

排版機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮2個(gè)因素，一個(gè)是對接分板機(jī)與全自動(dòng)PT測試，另一個(gè)是要實(shí)現(xiàn)大緩存，排版機(jī)設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 排版機(jī)設(shè)計(jì)方案

2.2 收板機(jī)設(shè)計(jì)方案

全自動(dòng)收板機(jī)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 收板機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

全自動(dòng)收板機(jī)設(shè)備功能定義：

1）送空托盤和回收良品托盤需要有緩存區(qū)，用AGV傳送托盤時(shí)設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，AGV設(shè)備對接使用是可選項(xiàng)。

2）PT測試后用自動(dòng)收板機(jī)收板，并用AGV對接托盤入庫。

3）二次不良的板需要從小皮帶流出并人工處理。

4）在托盤上貼RFID，收板機(jī)收板時(shí)將板號(hào)信息和托盤ID綁定。

5）全自動(dòng)收板機(jī)收板效率必須與整條線的產(chǎn)能匹配。

6）設(shè)備必須有異常處理機(jī)制。（如短時(shí)間可修復(fù)用緩存，長時(shí)間用人工暫時(shí)收板等）。

7）托盤入庫發(fā)料后托盤ID需要解綁復(fù)用。

收版機(jī)設(shè)計(jì)方案如圖3所示。

圖3 收版機(jī)設(shè)計(jì)方案

3 整體機(jī)構(gòu)解決方案

3.1 整機(jī)設(shè)計(jì)方案

3G產(chǎn)品SMT產(chǎn)能為400～500pcs/h，4G產(chǎn)品SMT產(chǎn)能為350～400pcs/h，根據(jù)產(chǎn)能情況及夾具數(shù)量，設(shè)計(jì)出整體的機(jī)構(gòu)方案如圖4所示。

圖4 整機(jī)設(shè)計(jì)方案

各組成部分的作用：

1）上定位相機(jī)：對皮帶流入的板進(jìn)行靜態(tài)識(shí)別定位。

2）直交四軸機(jī)械手1：把皮帶上的板放入送料模組上的粗定位夾具內(nèi)。

3）送料模組：把粗定位板送至指定的點(diǎn)。

4）直交四軸機(jī)械手2、3：取出夾具內(nèi)的板，并把粗定位夾具內(nèi)的板放入測試夾具內(nèi)。

5）可移動(dòng)測試架：一套完整的測試工站，可在線外搭建并校準(zhǔn)好，使用時(shí)，直接推入推入固定測試架，提高換線效率；每條線體最大安放8組可移動(dòng)測試架；測試架可安放CMW500或IQ測試儀器。另外，可移動(dòng)測試架，連接顯示器、掃描儀等就可以作為手工測試平臺(tái)使用。

6）固定測試架：用于安裝固定其他部分。

7）防護(hù)罩殼：隔離人員，防止在設(shè)備運(yùn)行時(shí)人員身體部位伸入設(shè)備內(nèi)造成人員傷害；當(dāng)護(hù)罩打開時(shí)，設(shè)備停機(jī)警示。

8）良品出料皮帶：用于流出測試良品。

9）不良品出料皮帶：用于存放及流出不良品。當(dāng)不良的PCB板排滿皮帶時(shí)，報(bào)警，提示人工收揀。

10）控制箱：用于安裝直交機(jī)械手電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器、設(shè)備的控制等電氣元件。

3.2 整線對接方案

為了考慮設(shè)備的穩(wěn)定與可能出現(xiàn)的故障處理，對整線串聯(lián)的設(shè)備通過握手IO的方式進(jìn)行對接，同時(shí)預(yù)留手動(dòng)控制的按鈕。整線對接方案中排板機(jī)與PT的對接如圖5所示，PT與收板機(jī)的對接如圖6所示。

圖5 排板機(jī)與PT的對接

圖6 PT與收板機(jī)的對接

排板機(jī)采用大的緩存，此處處理主要為了對整線產(chǎn)量動(dòng)態(tài)預(yù)留Buffer，另一方面下游設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，可以不影響上游設(shè)備的正常運(yùn)行。這個(gè)串聯(lián)設(shè)備在分段進(jìn)行緩存，增加整線的冗余度。排板機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，采用預(yù)留人工放板的按鍵，可以在人工放板區(qū)進(jìn)行手動(dòng)放板，從而不影響PT后段設(shè)備的運(yùn)行。收板機(jī)也是采用同樣的處理方式。

4 生產(chǎn)&設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息互通

4.1 信息采集

為了提高信息化能力及更直接了解設(shè)備運(yùn)行情況，本項(xiàng)目的排板機(jī)、PT測試設(shè)備、收板機(jī)和測試夾具與MES進(jìn)行連接，結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 信息采集結(jié)構(gòu)圖

4.2 MES服務(wù)器端處理流程

圖8 設(shè)備控制軟件界面

設(shè)備在每個(gè)運(yùn)行周期節(jié)拍完成后都會(huì)與MES進(jìn)行交互，生成生產(chǎn)信息，生產(chǎn)信息包括設(shè)備序列號(hào)、產(chǎn)品二維碼、本節(jié)拍開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。針對設(shè)備出現(xiàn)故障，會(huì)自動(dòng)生成故障代號(hào)，故障信息，故障開始時(shí)間。恢復(fù)時(shí)，會(huì)自動(dòng)上傳故障恢復(fù)代號(hào)、信息，結(jié)束時(shí)間等。這樣就可以在MES端清楚地看到設(shè)備的生產(chǎn)情況，方便統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，針對性地維護(hù)或改善等。另一方面，通過將自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)在線信息接入MES，也為不斷深入實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化打出堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 實(shí)施效果

從第一條線樣機(jī)試產(chǎn)認(rèn)證，到第二條線上線試產(chǎn)，最終到第三條線正式量產(chǎn)，目前產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)良好，完成了設(shè)計(jì)規(guī)劃的功能與目標(biāo)。全自動(dòng)測試產(chǎn)線如圖9所示，全自動(dòng)測試設(shè)備采用直交四軸機(jī)械手，在成本合理的前提下，解決了換線效率低下的行業(yè)痛點(diǎn)。

圖9 全自動(dòng)測試產(chǎn)線

6 結(jié)語

鑒于滲透檢測全自動(dòng)測試設(shè)備對手機(jī)終端主板表面組裝技術(shù)后段分板后的檢測有著重要影響，大家都非常重視滲透檢測全自動(dòng)測試技術(shù)的研究，并取得了一定的成果，但目前全自動(dòng)測試技術(shù)仍是一個(gè)難題。本文使用直交四軸機(jī)器手全自動(dòng)測試設(shè)備，采用排板機(jī)與滲透檢測的對接、滲透檢測與收板機(jī)對接的方法，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測試的整線對接方案，并據(jù)此探討了全自動(dòng)測試技術(shù)的發(fā)展方向。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，整體設(shè)備機(jī)構(gòu)定位準(zhǔn)確，措施得當(dāng)，解決了換線效率低下的技術(shù)問題，也為類似問題提供了全自動(dòng)檢測的方法參考。