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工业机器人在 PCB行业的应用

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供稿:中国工控网 2016/5/6 15:36:22

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  • 关键词: 工业机器人 PCB行业
  • 摘要:随着机器人性能的提升和价格的下降,以“自动化设备+工业机器人操作”取代传统的“自动化设备+人工操作”的生产模式将成为PCB行业转型发展的趋势。本文介绍了工业机器人在 PCB行业的应用。

   PCB行业是技术密集型和资金密集型行业,但也依然是劳动密集型行业,大量的自动化设备是需要人工操作和流水线作业的,一个中等规模的PCB企业就有数千名员工。

   PCB行业是技术密集型和资金密集型行业,但也依然是劳动密集型行业,大量的自动化设备是需要人工操作和流水线作业的,一个中等规模的PCB企业就有数千名员工。随着产业转移与升级、新劳动合同法的实施,经济结构转变带来的城市生活成本上升,以及80、90后员工队伍管理难度和流动性大等因素,PCB厂商正经受着越来越严重的用工短缺与劳动力成本上升的挑战,及随之带来的对生产计划、产品质量和盈利能力的影响。与此同时,随着机器人性能的提升和价格的下降,以“自动化设备+工业机器人操作”取代传统的“自动化设备+人工操作”的生产模式将成为PCB行业转型发展的趋势。

一、工业机器人的种类及特点

    工业机器人是一种通过重复编程和自动控制,能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统,它结合制造主机或生产线,可以组成单机或多机自动化系统,在无人参与下,实现搬运、焊接、分拣、装配和喷涂等多种生产作业。

   自20世纪60年代初第一代机器人在美国问世以来,工业机器人的研制和应用发展迅速,在生产中应用日益广泛,已成为现代制造业重要的高度自动化装备。

   工业机器人主要由本体(包含机械躯干部分、电机、减速机)和电控(包括驱动和控制系统)两部分构成,其作用是利用末端的执行机构代替人手抓取物品或工具,完成不同的任务。目前主流的工业机器人有三种,包括:SCARA(四轴平行关节机器人)、DELTA(并联机器人)和六轴多关节机器人(包括六轴以上的多关节机器人及衍生的双臂机器人)

   工业机器人最显着的特点归纳有以下三点:

  1.可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作任务和环境变化的需要而再编程,因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用,是柔性制造系统(FMS)中的一个重要组成部分。

  2.拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分,在控制上有电脑。此外,智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”,如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

  3.通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外,一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如,更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。


   二、工业机器人在PCB行业应用案例

   工业机器人早期主要应用于汽车制造业,在汽车生产过程中完成焊接、装配、搬运、喷涂等工作,这些环节对机器人的精度、速度要求并不高。但PCB行业情况相对复杂,机器人在PCB行业的应用主要体现在各工序的上下料、翻转、分拣、定位及检测等功能上,要替代人工配合PCB板加工设备和检测设备的操作。由于PCB板的多样性和复杂性,有单层板、双层板、多层板、柔性板、软硬结合板、无孔板和多孔板等,导致了对前端执行机构要求较多;还有对定位精度的要求和对工作节拍的要求,所以在工业机器人应用时对机器人技术和集成技术的要求也较高。我们经过近两年在行业里的摸索和实践,努力帮助客户解决问题,满足客户的需求,也积累了行业应用的经验。目前,针对PCB行业中的很多工序环节,我们都有成熟的解决方案,如AOI、曝光机、钻靶机(OPE、XZ)、银浆灌孔、文字喷墨、棕化预叠、成品装盘、OSP、成品清洗、DOME片反包膜、LCD组装等。

   下面选取三种机器人有代表性的应用案例介绍如下:

  1、六轴多关节机器人用于AOI检测工序

   传统的AOI扫描机器都是靠人工放板、翻板和收板,一个人看管两台机器,每天做着重复单调的动作,而且刚制作好的线路板还会散发出刺鼻的气味对人体带来一定的伤害,AOI扫描机器散发的红外光也是一个隐形的杀手。我们用一台六轴多关节机器人,替代工人负责两台AOI的放板、翻板和收板,每班可以完成七百多块PCB硬板的收放,综合效率可以达到1块/min(其中包括AOI机器扫描时间)。若能进一步将与收放板机配合的上下料运输线,连接上AGV做固定线路转运,就可以实现上下工序的完全自动化生产了。

  2、SCARA机器人用于线路板线圈检测工序

   目前多层板线圈短路的整套检测设备市面上还寥寥无几,大多数检测设备都是依赖于人工,孔径大的PCB板子是人工将板子放到检测设备上面然后开启设备检测,孔径小的PCB板子需要人工拿着设备(探头)去对每一个线圈进行检测。我们利用SCARA机器人可以完成配合检测设备的上下料和对位放置,实现一次性对大孔径的板子所有的线圈经行检测;对小孔径的板子,我们利用SCARA设备执行端固定探头,通过视觉定位,用探头对每一个线圈进行检测,我们的设备也有效地避免了人工操作时因为线圈孔径小或孔径多而出现漏检。与人工操作相比可以显著提高检测测效率,并避免因漏检导致的质量问题。

  3、DELTA机器人用于FPC成品装盘工序

   FPC(柔性印刷线路板)体积小、重量轻、可弯折、可挠曲,现已广泛应用在包括手机在内的精密小型电子设备中。FPC在完成最后的冲切工序后,很多产品需要进行成品装盘,现有的FPC装盘都是靠人工用镊子一个一个捡起来并摆放到吸塑盘里面,工作效率很低。我们利用Delta800并联机器人,加上一套视觉系统,可以将传输皮带上杂乱摆放的FPC,经过照相识别正反面、位置和角度,通知机器人前端的吸盘抓取,并经再次调整角度后,按顺序摆放到吸塑盘里面,目前的装盘速度可以达到60片/min,实现了取代人工进行分拣装盘。


 三、工业机器人在PCB行业代替人工的优势

   与汽车行业及其他制造业一样,工业机器人在PCB行业代替人工给企业带来诸多的优势。

  1、减少用工,加快工作节拍,提高工作效率。机器人可以实现较高速度的重复性操作,可以远高于人工的工作节拍,从而带来工作效率的大幅提升和人工成本、管理成本的降低。

  2、提升作业精度,提高产品质量。机器人可以利用编程及视觉系统,实现准确定位和重复精度,有效地提升了产品的质量。

  3、避免作业环境对工人健康和安全的潜在威胁,节约了环境安全方面的投入。

  4、减少重复、枯燥工序对工人状态影响而导致的效率和质量的下降和事故率;

  5、优化作业流程,减少了作业空间。

  6、有效降低料耗率。

  7、可24小时连续作业及在黑灯环境下作业;

  8、可以使制造过程柔性化。未来PCB行业将会出现越来越多小批量的订货,使用工业机器人可以大大提升生产的柔性,实现订单的快速交付。

  9、品牌形象和信誉的提升。工业机器人的应用使得PCB厂家的自动化水平得以进一步提升,带动产品质量、生产效率、成本控制、响应能力、交付能力和小批量定制化等方面的进步,将大大提高厂家在行业内的整体竞争实力。


四、工业机器人在PCB行业应用前景

   目前工业机器人在PCB行业的应用还刚刚起步,还面临很多需要解决的问题。PCB行业很多作业线是非标产品,在机器人应用过程中要受到现有作业空间的局限,受到原有设备能力的限制,面对不同PCB板材质因素的影响,还要考虑应用各种传感器提高机器人的智能化,同时还要考虑为厂家培训一批可以操作和维护机器人的员工。

  未来工业机器人在PCB行业的应用将呈现以下趋势:

  1、从单站或单线应用,到多线应用。现有PCB企业想全面引入机器人实现自动化生产较为困难,需投入大量资金进行改造,但可以就具备条件的单站和单线进行分步改造,待取得明显收效后,再逐步扩大应用范围。

  2、从单纯机器人的应用到与AGV等其他智能装备相结合的应用。现有个工序生产线间的物料传送大部分为人工操作,可以分布实施以机器人和AGV结合实现物料的有序传送。

  3、现有工厂以局部应用为主,新厂建设将做整体规划,直接导入机器人及AGV的应用。

  4、通过工业机器人与物联网的结合,将使制造过程更智能化和柔性化。

图一:六轴多关节机器人应用于收放板

图二:DELTA并联机器人应用于FPC成品装盘

图三:SCARA机器人应用于上下料

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