一種異形插件元件智能組裝解決方案

鮮 飛 周 理 張 巍 楊 巍 劉江濤

（1.武漢華中數(shù)控股份有限公司，湖北 武漢 430223；2.武漢華景康光電科技有限公司，湖北 武漢 430205）

0 引言

某公司的主要產品包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅動等，產品上大量應用接插件元件，尤其是異型插件元件，包括按鍵、連接器、數(shù)碼管、電源插座、功率器件等。目前，主要依賴手工完成插件安裝，因此主要存在以下問題。

（1）人工環(huán)節(jié)較多，一致性較差。插件元件高度較高（最高達到8 cm），對攝像機焦距的要求不同，且焊點和元件形狀與貼片元件存在差異?，F(xiàn)有的自動光學檢測（automated optical inspection，AOI）設備不能滿足檢測插件元件要求，也不能雙面同時檢測，且插件焊接過程中自動化程度較低，大多都依賴于人工完成，因此一致性較差，如圖1所示。

圖1 插件波峰焊生產線人工操作環(huán)節(jié)

（2）焊接缺陷率較高。常規(guī)的波峰焊屏蔽載具開槽較深，形成遮蔽效應，易導致焊接缺陷，生產品質難以得到可靠的保證，如圖2 所示。目前，插件焊接不良率較高，缺陷率＞5?，超過表面組裝技術（surface mounted technology，SMT）焊接不良率1個數(shù)量級。

圖2 屏蔽載具

（3）安裝效率低。某公司大量使用某一型號插件按鍵元件，通常在一個按鍵板卡上分布著四五十個插件按鍵，人工安裝工作強度大，效率低。

1 改善方案

為了解決上述問題，需要提升插件工序自動化程度和檢測質量，對插件工序的不足進行改善。經過不斷調研，結合自身產品特點，引入相應的自動化設備，包括異形插件機、智能插件工作臺、選擇性波峰焊、雙面插件AOI 等，由這幾個設備共同組成一條智能插件選擇性波峰焊生產線。隨著這條智能插件選擇性波峰焊生產線的投入使用，插件元件組裝焊接質量水平大幅提升。

1.1 異形插件機

異型插件機利用激光識別元件引腳最前端，實現(xiàn)準確、無誤的插入。異形插件機的吸嘴和供料器都需要針對異形插件元件外形進行定制。吸嘴可以分為吸著吸嘴和夾持吸嘴2 種。而供料器不同于貼片機供料器，針對異型插件元件主要有管狀、振動盤、托盤3 種供料器。為了充分發(fā)揮異型插件機的效率，只選擇了管狀和托盤2 種供料器，安裝時需要固定在機器上，不能隨時更換，不同形狀尺寸的物料不能使用。

與生產部門確認了需插件物料的類型，共計10 種。這10 種異型插件元件用于該公司產品按鍵板、工業(yè)控制計算機（industrial personal computer，IPC）主板、伺服驅動控制板、伺服驅動顯示板等，均為插件元件用量較大的板卡，按2 萬套數(shù)控裝置及配套伺服裝置日產量測算，1 年安裝數(shù)量達到200 萬套以上，使用機器進行自動化插件將有效地提升效率和質量。

1.2 智能插件工作臺

智能插件工作臺通過激光指示燈指引操作員的每步操作插放等，新手操作員也可在15 min 內上手操作。操作員不用再去找料對料、尋找器件插放位置，這些工作均由智能插件工作臺引導完成，速度大大提升。插件完成后，可通過設備進行插件后的AOI檢測。如圖3所示。

圖3 智能插件工作臺

通過軟件將人工插件或組裝的點位依次編程設置好，該智能插件工作臺具有以下特點：①在工作中，通過自動送料裝置送出當前所需的器件料盤，保證取料的準確性；② 通過激光頭指引印制電路板（printed circuit board，PCB）上當前元器件所需插入的位置和極性；③保證位置和極性的準確性，并大幅度提高效率，節(jié)省時間和人力。

1.3 選擇性波峰焊

選擇性波峰焊可滿足小批量、多品種混裝焊接要求，解決屏蔽載具開槽較深導致的插件焊點不良問題，提高生產效率和焊接質量。另外，由于使用選擇性波峰焊進行焊接時，每個焊點的焊接參數(shù)都可以單獨設置，工程師有足夠的工藝調整空間將每個焊點的焊接參數(shù)（助焊劑的噴涂量、焊接時間和焊接波峰高度）調至最佳，降低缺陷率，甚至有可能做到通孔器件焊接的零缺陷。同時，使用選擇性波峰焊進行焊接時，只有需要焊接的點才會接觸到高溫焊料。這樣的焊接模式避免了整塊線路板在250 ℃以上的液態(tài)焊料中經過，大大降低了在焊接過程中PCB 組裝所承受的熱沖擊，如圖4和圖5所示。

圖4 雙缸雙噴嘴選擇性波峰焊

圖5 選擇焊可實現(xiàn)單個焊點形狀控制

目前，某公司利用國家專項資金引入了一臺ERSA 雙缸雙噴嘴選擇焊，可同時焊接2 塊板卡，經過測算效率可以達到伺服控制板每分鐘焊接一塊。該儀器正在進行批量試用評估階段，后續(xù)將考慮引入多臺選擇焊，以期全面提升插件焊接的質量水平。

1.4 雙面插件AOI

雙面插件AOI 可實現(xiàn)對板卡插件元件雙面同時檢測，包括極性、元件錯、焊點質量等，最大檢測元件高度可達到50 mm。

2 結語

通過上述引入的幾種自動化設備，組成一條智能插件選擇性波峰焊生產線，如圖6 所示。該生產線建成后，插件元件的焊接自動化和檢測水平大幅度提升，有效提升了焊接品質和生產效率，目前已應用在該公司產品生產上。經統(tǒng)計，插件焊接不良率從原先的5?降至2?以下，質量改善效果非常明顯。另外需要注意的是，智能插件工作臺傳輸高度為750～800 mm（考慮人工插件的最佳工作高度），而其他自動化設備傳輸高度為900 mm 左右，傳輸會存在高度差，因此，生產線中需要使用升降臺。

圖6 智能化插件選擇性波峰焊生產線