論插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備助推傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

黃磊 姚麗

摘要：波峰焊接作為傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集性行業(yè)，隨著智能制造技術(shù)跨越式發(fā)展以及新工藝、新方案不斷迭代，其在電子制造業(yè)的地位，呈現(xiàn)大幅度下降的趨勢(shì)，如何在新的形勢(shì)下，利用自身優(yōu)勢(shì)，跟上時(shí)代步伐，實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的再次飛躍，是擺在波峰焊接行業(yè)面前的一道難題。本論文從介紹波峰焊和插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備為出發(fā)點(diǎn)，討論傳統(tǒng)制造行業(yè)，如何利用新技術(shù)、新工藝、新方案，改善思路，優(yōu)化工藝流程，再次煥發(fā)生機(jī)。

關(guān)鍵詞：波峰焊接;插裝AOI自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備;工藝流程

隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的傳統(tǒng)行業(yè)，尤其依靠人工作業(yè)的勞動(dòng)密集性行業(yè)，越來越經(jīng)受大的考驗(yàn)，人力成本的不斷攀升、產(chǎn)品交付期的不斷壓縮、產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格、產(chǎn)品定制化需求呈現(xiàn)上升趨勢(shì)等等，如何在新的形勢(shì)下，研判定位，跟上時(shí)代的節(jié)奏，完成自我救贖，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的穩(wěn)步前進(jìn)，值得思考。

一、波峰焊

波峰焊，一種用于表面組裝的設(shè)備，已經(jīng)存在七八十年歷史，其主要應(yīng)用于通孔電子元器件的焊接，自動(dòng)化程度較高，線路板完成元器件插裝后，經(jīng)過與液態(tài)下的錫鉛合金溶液完全接觸后，實(shí)現(xiàn)元器件管腳與PCB線路板結(jié)合的目的，運(yùn)行PCB線路板的導(dǎo)軌與水平保持3°-7°的夾角，高溫的錫鉛合金溶液經(jīng)過泵的作用，形成類似于波浪的形狀的現(xiàn)象，稱之為“波峰焊”。

波峰焊曾是上個(gè)世紀(jì)大批量生產(chǎn)中的典型代表設(shè)備，為電子制造行業(yè)的發(fā)展做出了較大的貢獻(xiàn)。隨著電子元器件封裝技術(shù)的快速發(fā)展，特別是表面貼裝技術(shù)（SMT）興起，導(dǎo)致波峰焊接技術(shù)遇到極大的挑戰(zhàn)，在電子制造行業(yè)的重要性呈現(xiàn)較大下降趨勢(shì)。但在高端制造業(yè)，部分表面貼裝元器件無法解決散熱、穩(wěn)定性等方面問題，使得波峰焊技術(shù)，有著不可替代的作用。傳統(tǒng)波峰焊接生產(chǎn)線構(gòu)成如下圖一所示。

從上圖可看出，傳統(tǒng)的波峰焊接生產(chǎn)線，主要依靠人工作業(yè)，尤其產(chǎn)品管控的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，爐前檢驗(yàn)和爐后檢驗(yàn)。人工把關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量，存在諸多弊端，人作為生產(chǎn)的最大柔性工具，其工作的準(zhǔn)確度和效率，不僅與個(gè)人的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，還與當(dāng)天的心情、情緒有關(guān)，產(chǎn)品質(zhì)量控制的不確定性較大。如若缺陷的產(chǎn)品沒有得到及時(shí)反饋，設(shè)備參數(shù)就得不到適時(shí)調(diào)整，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品返修呈現(xiàn)常態(tài)化，人員工作時(shí)長和強(qiáng)度不斷增加，產(chǎn)品交付不及時(shí)，最終影響公司信譽(yù)。此外，傳統(tǒng)的作業(yè)流程中，為確保線路板的焊接質(zhì)量，返修人員和檢驗(yàn)人員，不斷做重復(fù)性的工作，對(duì)焊接完畢的板件進(jìn)行查看，如圖一所示，每一塊線路板，共發(fā)生三次人工確認(rèn)的過程，重復(fù)的確認(rèn)產(chǎn)品焊接質(zhì)量，不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且效率低下。

二、插裝AOI自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備

借助于人工智能的快速發(fā)展，為解決這方面的問題，插裝AOI自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備得以面世，其集合了光學(xué)、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)工程和電氣工程等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，主要基于路徑規(guī)劃的取像方法，相機(jī)按照規(guī)定的路徑完成圖像采集，再進(jìn)行采集的圖像進(jìn)行拼接，并與標(biāo)準(zhǔn)圖像對(duì)比，結(jié)合軟件處理算法等，來完成產(chǎn)品的檢測(cè)。分為爐前AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備和爐后AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備。

2.1爐前插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備

主要基于元器件特征點(diǎn)的色相容忍度進(jìn)行檢測(cè)。

如圖二所示，目標(biāo)點(diǎn)的顏色與圖二中的紅點(diǎn)相同，色相容忍度的大小代表在該點(diǎn)左右的多大范圍內(nèi)的顏色被允許選取。當(dāng)所要測(cè)試的目標(biāo)點(diǎn)顏色比較顯眼，且能穩(wěn)定的顯示時(shí)，可選擇適當(dāng)數(shù)值的色相容忍度值即可，不需要調(diào)整至高值，設(shè)定在某一個(gè)數(shù)值即可。若目標(biāo)點(diǎn)的顏色偏淡一些，例如銀色、灰色、黑灰色等顏色，由于這些顏色相比較色相來說不敏感，此時(shí)，需要大范圍調(diào)整色相容忍度數(shù)值，最好調(diào)至最大值，以達(dá)到增加其檢測(cè)的敏感性。

2.1爐后插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備

生產(chǎn)過程中，為有效的檢測(cè)常見的外觀缺陷，基于“紅、綠、藍(lán)”三色光原理，利用三種顏色產(chǎn)生的不同高度和角度，將光源投射到PCB板上，通過焊接面焊點(diǎn)的曲面反饋其變化情況，達(dá)到識(shí)別焊接缺陷的目的。依據(jù)PCB板實(shí)際情況，進(jìn)行程序編制，相機(jī)在程序的控制下，自動(dòng)掃描PCB版，采集圖像，經(jīng)過系統(tǒng)處理，與系統(tǒng)里標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別出焊接的缺陷點(diǎn)，并將檢測(cè)到的焊接缺陷顯示在返修工位的顯示器上，供人工修正，類似于將人工目檢自動(dòng)化、智能化，降低對(duì)人工作業(yè)的依賴度，提升整體作業(yè)效率和質(zhì)量。其原理如圖三所示。

相機(jī)光源將“紅、綠、藍(lán)”三色光打在線路板上，通過底部相機(jī)快速移動(dòng)，來實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)中的PCB板圖像，由于線路板面的焊錫點(diǎn)曲面角度不同，相機(jī)將接收到不同顏色的反射光，通過算法將其與標(biāo)準(zhǔn)焊點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，以此判定焊錫點(diǎn)是否為不良。如圖四所示

三、插裝AOI自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備助推傳統(tǒng)制造業(yè)

借助于新技術(shù)、新工藝、新方案，將插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用于波峰焊接行業(yè)，提升生產(chǎn)效率和生產(chǎn)過程穩(wěn)定性，降低人為因素導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

3.1優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程

傳統(tǒng)的波峰焊接生產(chǎn)線已明顯無法適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，在新的形勢(shì)下，應(yīng)主動(dòng)求變，通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，改善作業(yè)方式，提升波峰焊接生產(chǎn)線的能力。

3.1.1優(yōu)化方案

傳統(tǒng)的波峰焊工藝流程已存在幾十年，逐漸無法適應(yīng)現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式，需借助新技術(shù)、新工藝、新方案，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，構(gòu)建新的工藝流程。插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備的出現(xiàn)，加速了波峰焊工藝流程的革新，作為一款部分或全部代替人工目檢的設(shè)備，其優(yōu)勢(shì)非常明顯，將其加入到傳統(tǒng)的波峰焊接生產(chǎn)線流程中，輔助人工進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制，可達(dá)到事倍功半的效果。

3.1.2改善作業(yè)方式

主要依靠人工目檢的作業(yè)方式，需要做出改善。插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備，可完美解決部分或者全部人工作業(yè)，其檢測(cè)性能強(qiáng)、缺陷識(shí)別度高，尤其在效率提升方面，非常明顯，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約為人工目檢效率的3-5倍。插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備加入波峰焊接生產(chǎn)線，需改善現(xiàn)有的作業(yè)方式，將原有的以人工目檢為主的作業(yè)方式，改善為以設(shè)備為主、人工為輔的作業(yè)模式，降低對(duì)人工的依賴性，達(dá)到提質(zhì)增量效果。

3.1.3構(gòu)建新工藝流程

爐前AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備，主要用于檢測(cè)線路板人工插件A面的質(zhì)量，完成插件的線路板，經(jīng)過爐前AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備后，將采集到的元器件特征點(diǎn)的色相，實(shí)時(shí)與系統(tǒng)中的合格數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)人工插件的正確性，若有問題，返修屏上立刻顯示有問題的元器件，比如說漏插元器件、元器件插反、元器件型號(hào)插錯(cuò)等等，同時(shí)聲控系統(tǒng)也予以報(bào)錯(cuò)，提醒爐前人員，在PCB板上某個(gè)位號(hào)的元器件出現(xiàn)什么樣的問題，及時(shí)進(jìn)行修正，也督促插件作業(yè)人員注意插件的正確性。此設(shè)備的投入使用，可大幅度降低人為因素導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

爐后AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備，主要用于檢測(cè)線路板焊接面焊點(diǎn)的質(zhì)量。焊接完成的板件，通過爐后插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備，移動(dòng)相機(jī)按照編程的規(guī)定路徑，對(duì)線路板進(jìn)行拍照，依據(jù)“紅、綠、藍(lán)”三色光原理，將拍照的圖片與標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別焊接面焊點(diǎn)的各項(xiàng)缺陷，有缺陷的問題點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示在返修臺(tái)工位的顯示屏上，拆工裝人員對(duì)報(bào)錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，返修人員依據(jù)標(biāo)識(shí)點(diǎn)，對(duì)有缺陷的焊點(diǎn)進(jìn)行返修，并交由檢驗(yàn)人員進(jìn)行二次確認(rèn)，主要針對(duì)標(biāo)識(shí)出來的點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，不需要全板面進(jìn)行反復(fù)確認(rèn)，在大幅度提升返修和檢驗(yàn)效率的同時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量也得到了保證。

改善后的波峰焊接流水線構(gòu)成如圖六所示。

從上圖可以看出，人員數(shù)量未出現(xiàn)明顯的下降，相比較原作業(yè)模式，僅減少人工1人，其主要區(qū)別在于，以人工作業(yè)為主的爐前檢驗(yàn)和爐后檢驗(yàn)，分別增加了插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備予以部分或全部替代，降低人為因素導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問題，降低產(chǎn)品生產(chǎn)缺陷率，確保生產(chǎn)線的順暢進(jìn)行，便于生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)流動(dòng)式生產(chǎn)，提高產(chǎn)品交付率，為顧客創(chuàng)造價(jià)值。

3.2傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的感悟

波峰焊接生產(chǎn)線，作為典型的勞動(dòng)密集型行業(yè)，通過優(yōu)化工藝流程，將現(xiàn)代化的設(shè)備加入生產(chǎn)流程，改善傳統(tǒng)的作業(yè)模式，降低以人為主的質(zhì)量管控理念，實(shí)現(xiàn)其再次煥發(fā)活力，生產(chǎn)效能有了極大提升，更加符合現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式。

那么對(duì)于傳統(tǒng)的制造業(yè)而言，如何在新的形勢(shì)下，主動(dòng)應(yīng)變，不被時(shí)代所淘汰，應(yīng)該從以下兩方面加以改善。

一是借助新理念，融合傳統(tǒng)思維，持續(xù)改善

傳統(tǒng)工藝，其最大的優(yōu)勢(shì)，就是成熟性、穩(wěn)定性，代表著最佳、最簡單和最安全的工作方法，提供了保存技巧和專業(yè)技術(shù)的最佳方法以及提供了衡量績效的最佳方法，這也是其取得持續(xù)成功的絆腳石，此外，從人性方面來說，本來就有懶惰的一面，絕大部分喜歡按部就班，不愿意承擔(dān)大的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，希望能少出問題，最好不要出問題，做手頭上的事、做好身邊事即可。而現(xiàn)今快速發(fā)展的時(shí)代，不主動(dòng)求變，就會(huì)被淘汰，不主動(dòng)應(yīng)變，就會(huì)落后挨打，這就需要借助新理念，融合傳統(tǒng)思維模式，持續(xù)改善。

通過不斷地學(xué)習(xí)與借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)與理念，與傳統(tǒng)生產(chǎn)思維融合，取其精華去其糟粕，就是將其中有用的部分，與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)與理念的共性化、落地化，真正起到促進(jìn)傳統(tǒng)行業(yè)發(fā)展作用。

二是循序漸進(jìn)式求變

正所謂成功不是一蹴而就的事，需要點(diǎn)滴積累，循序漸進(jìn)。傳統(tǒng)制造業(yè)同樣需要依托自身優(yōu)勢(shì)，結(jié)合新技術(shù)、新工藝、新方案，按照規(guī)劃，逐步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式現(xiàn)代化，以適應(yīng)時(shí)代的潮流，不被其拋棄。

以波峰焊接行業(yè)為例，原有的作業(yè)模式非常穩(wěn)定，且工藝成熟，只是在某些方面，因人為因素會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過程的不穩(wěn)定性，那么針對(duì)這方面，可借助于現(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)理念進(jìn)行局部調(diào)整，加以改善。得益于人工智能的發(fā)展，插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備已發(fā)展的很成熟，通過優(yōu)化波峰焊接生產(chǎn)線部分工藝流程，將插裝AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備加入到波峰焊接生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)部分或全部替代人工，以達(dá)到生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的大幅度提升。

在優(yōu)化波峰焊接生產(chǎn)工藝流程的過程中，對(duì)原有的生產(chǎn)工藝流程沒有做出大的調(diào)整，主要基于現(xiàn)實(shí)的情況，畢竟部分工序，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，人工作業(yè)存在仍然十分必要，比如手工插件工序，在部分高端制造行業(yè)，小批量、多品種的產(chǎn)品特點(diǎn)屬于常態(tài)化，這部分工序，人工作業(yè)是首選，部分元器件的屬性非常特殊，即使最先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備，目前來說無法取代人工作業(yè)。

所以，在信息技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代，傳統(tǒng)行業(yè)需依據(jù)自身實(shí)際情況，結(jié)合現(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)理念，做到主動(dòng)求變、循序漸進(jìn)式求變，同時(shí)注重過程和方法，不能急于求成，否則欲速則不達(dá)，只有這樣，才能不被時(shí)代所淘汰，方能獲得長久發(fā)展。

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