一種PCB自動分板及自動測試設備

方貴本，李 鋒

（南寧富桂精密工業有限公司，廣西 南寧530000）

一種PCB自動分板及自動測試設備

方貴本，李 鋒

（南寧富桂精密工業有限公司，廣西 南寧530000）

以一種印刷電路板（PCB）生產線改造為例，分析對比改造前后該PCB生產線分板及測試的工藝流程。結合該PCB來料連板的特點以及技術要求，給出了此種PCB生產線自動分板及自動測試的總體設計方案。實際生產表明，該自動分板及自動測試的設計結構簡單合理，自動化程度高，減少生產安全隱患，節約人工成本的同時，提高生產效率。

PCB；自動；分板；測試

印刷電路板（PCB）是電子元器件的支撐體，是重要的電子部件。PCB分板和測試則是在大批量電子組裝生產工藝上的一步重要工序。傳統生產組裝方式靠人工操作，全靠經驗操作，消耗人力，生產效率不高，技術不標準。提高生產的自動化程度，減輕勞動強度，降低生產成本，提高生產效率，提高產品質量，是本次研發的根本目標。

1 研發內容

1.1 常規的PCB組裝生產工藝

傳統常規的PCB組裝生產工藝如圖1所示。PCB整塊6連板由人工放入流水線，再由下工站作業員取整塊連板手工放入分板設備中進行分板，然后人工取出各單小板放入Tray盤，流轉至下一工站及取出邊料收集至邊料收集箱；下工站作業員再對Tray內各單小板逐一進行條碼掃描后，一一放入測試治具內進行測試。所述的分板設備為沖壓式分板機，人工取放PCB時存在一定的安全隱患，且分板時產生的粉屑對作業員的身體健康也有一定的影響。此傳統的生產組裝方式生產效率不高，勞動強度大，且人力成本高。

圖1 常規的PCB組裝生產工藝

1.2 實現自動化測試的方案

針對先前技術存在的不足，本文旨在于設計出一款基于PCB板來料排列實現自動化測試的設備，滿足工業生產的需求。新的研發技術避免了先前的問題點，其生產工藝流程如圖2所示。進行優化后可實現：

（1）設計PCB板集裝箱推板機替代人工送料；

（2）使用1#ROBOT取代人工裂板分料，減少生產安全隱患；

（3）設計復合模具裂板，將分裂后的產品和邊料留于模具上；

（4）利用多組真空吸盤，把邊料和產品分開收集[1]；

（5）2#ROBOT自動取放產品測試，測試良品/不良品分開智能放置Tray；

（6）設計自動測試治具替代老式手動測試治具；

（7）利用Tray盤交換機替代人工；

（8）Tray盤交換機方便多個Tray自動分開，無需人力交換Tray.

圖2 實現自動化測試的PCB組裝生產工藝流程

2 PCB生產線改造的技術方案

本設計的PCB自動分板及自動測試設備如圖3所示。包含：推板機1、進料輸送機2、分板機架3、1#六軸取放料機械手4、分板沖床5、分板模具6、交叉傳送機7、2#六軸取放料機械手8、測試機架9、PCB板測試治具10、Tray交換機11等。

圖3 PCB自動分板及自動測試設備總體組成

設備經過改造后，實現生產過程自動化。基本工藝流程：批量PCB6連板來料放入集裝箱內，推板機1分片對產品自動送料——機械手4自動取放料——分板沖床5自動沖壓分板——機械手4自動取放料——交叉傳送機7送料——2#六軸取放料機械手8取放料——自動掃描、測試——良品或不良品分別收集于1#tray或2#tray內，整個過程全自動生產[2]。在實踐生產中，整線自動化節省人力達22人/天。

3 推板機

推板機如圖4所示，由進料軌道11、出料軌道12、集板箱13、升降機構14、配電箱15、推板機構16組成。其工作原理為：集裝箱13內存放有批量PCB六連板，集裝箱放入進料軌道11上，當進料軌道11檢測到集裝箱13，自動把集裝箱13傳送至升降機構14，推板機構16把集裝箱內PCB板一一推送至下一工站傳送帶上。每推送一片PCB板，升機構往上移動一小格，直到集裝箱內PCB板全部送到下工站為止，然后空集裝箱進去出料軌道12傳出[3]。推板機全程由PLC智能控制作業，此處節省人力2人/天。

圖4 推板機結構圖組成

4 進料輸送機

進料輸送機如圖5所示，包含：1#進料軌道21、1#有料感應器22、2#進料軌道23、2#有料感應器24、回彈組件25、定位組件26、寬度調節螺桿27、固定組件28.其工作原理：推板機出來的PCB 6連板，進入1#進料軌道，當2#感應器24檢測沒又有料時，PCB板再進入到2#進料軌道末端，感應檢測到物料，回彈模組25回拉，定位組件26把PCB板夾緊定位。等待1#機械手抓取。第二片PCB板進入1#進料軌道21上方等待。當1#號機械手把第一片PCB板抓走后，第二片板迅速補位到2#進料軌道上方。

圖5 進料輸送機結構圖

技術難點：PCB板傳送到ROBOT取料點，PCB板位置不精準。本提案技術改善：增加回彈模組和定位組件，二次定位PCB板。

51 #六軸取放料機械手

1#六軸取放料機械手如圖6所示。包括：600 mm行程六軸機械手43、六組產品吸嘴42（型號PAF-06-SI共12個）、一組邊料吸嘴41（型號PAFS-0603-SI共6個）。工作原理：PCB 6連板從上一工站流入，機械手33邊料吸嘴31真空打開，去抓取產品放入分板模組5內分板，分板后機械手43去取出產品，產品吸嘴42的真空同時開啟，收集產品放入流轉載具內，流轉一下工站測試；邊料吸嘴41的真空開啟，收集邊料放入流轉載具內，送邊料收集庫。為降低設備成本，設計用一臺機械手對應兩臺分板模具，提高生產效率，節省人力8人/天。

圖6 1#取放料機械手結構圖

6 分板模具

分板模具的結構組成如圖7所示。包括：邊料退料板61、產品退料板62、凹模63、導向軸導向套64、刀口65、凸模66.其工作原理：PCB 6連板放入模具內切割，凹模63和凸模66閉合后，把產品切開，然后邊料退料板61和產品退料板62把產品和邊料整齊排放于下模上。技術難點：切割后產品位置要保證一致，普通沖孔模具易造成產品偏位，不易于產品定位流轉。解決技術做法：設計復合模上下退料板，把切割后的產品及邊料留在模面上，方便機械手3取走（產品于邊料切口存在毛刺，利于產品定位）。

圖7 分板模具結構圖

7 PCB板測試治具

PCB板測試治具的結構如圖8所示。包括有測試探針板101，產品放置板102，下壓模組103，上模組 104，機箱 105，測試探針 106、壓棒 107，后墻板108.其工作原理：接駁上一工站留轉載具上的PCB產品，放入產品放置板102上，治具檢測到產品，上模組104自動前移至品產上方，然后下壓模組103自動下壓，產品與探針板101接觸，治具對產品進行測試。測試完成后，下壓模組103回彈，上模組104退回，機械手根據測試結果對良品與不良品分開收集。測試治具全程單片機自動控制[4]。

圖8 PCB板測試治具的結構

考慮自動化連續性，測試治具設計同時可滿足6個產品單獨測試。測試機一臺2#機械手對應6臺自動測試設備，充分利用機械手生產效率，節省人力12人/天[5]。

8 Tray交換機

Tray交換機如圖9所示。包括：空Tray有皮帶輸送軌道111、固定機構112、正反轉馬達113、空Tray堆放擋塊 114、Tray支撐模組 115、Tray升降模組116.其工作原理：作業員批量把Tray放入Tray支撐模組115上方，當機臺沒有Tray時，升降模組116上升，真空吸盤開啟真空吸住Tray，兩側Tray支撐模組115氣缸打開關閉，把最下放的Tray落入升降模組上，然后升降模組下降，Tray降落到皮帶輸送軌道111上，三相電機113正轉，把空Tray傳送至機臺內，固定機構112夾緊固定Tray。當Tray自動裝滿產品后，三相電機113反轉，把空Tray傳送出機臺的流水線上。第二個Tray盤按以上方式傳送至機臺內裝產品。技術方案：作業一個批量放Tray，可以滿足設備連續不斷Tray補給[6-7]。

圖9 Tray交換機

9 導入生產

在實際生產中，PCB六連板沖壓分板后，邊料與6個產品間存在毛刺。1#機械手去取料時，產品與邊料因毛刺沒能徹底分開，在機械手破開邊料真空吸盤收集邊料時候，毛刺會把邊料掛在產品上，流到下一工站，造成2#機械手取料時候出現異常，出現頻率2次/小時。嚴重影響產出，且需一個作業員實時在現場監控，排除異常。考慮到邊料毛刺造成高故障率，重新設計了1#機械手夾具結構，如圖10所示的結構。

圖101 #機械手夾具

設計后的機械手夾具，使用帶彈簧的吸盤吸取邊料，用不帶彈簧的吸盤吸取產品，產品與邊料分開收集，帶彈簧吸盤與不帶彈簧吸盤存在高度差和彈力。1#機械手去抓取沖壓后的產品與邊料時，利用吸盤彈黃的彈力和高度差，把產品與邊料錯開，在通過先后順序關閉真空，分開收集產品與邊料。

設變后1#機械手治具機構合理簡單，能很好解決因毛刺造成自動化故障的問題。目前整線自動化設備已導入一年有余，設備運行穩定，UPH達到1500PCS/時，日產出 30000PCS，節省人力 22 人/天，累計為公司節省人工成本1000000RMB/年。

10 結束語

本文研究的是一種基于PCB板來料排列實現自動化測試的設備，該設備已經調試成功，并能在實際生產中得以應用和表現出了良好的經濟效益，為制造商乃至有類似制造工藝的設備提供了一條新的研究方向。同時，具有創新性和實用性，值得大力推廣，提高生產效率，增加經濟效益。

[1]濮良貴.紀名剛.機械設計[M].北京：高等機械出版社，2006.

[2]李騰訓，魏 崢.AutoCAD機械設計實例教程[M].北京：人民郵電出版社，2000.

[3]秦大同，謝里陽.現代機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2011.

[4]沈建征.自動化測試管理工具的開發與實現[D].北京：北京交通大學，2011.

[5]馮辛安.機械制造裝備設計[M].北京：機械工業出版設，2004.

[6]范崇洛.機械加工工藝學[M].南京：東南大學出版社，2009.

[7]王蕾蕾.可視化測控組件的研制[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2007.

[8]哈爾濱工業大學理論力學教研組編.理論力學[M].北京：高等教育出版社，1997.

[9]李 瑋.軟件自動化測試混合框架的研究與實現[D].北京：北京交通大學，2007.

A PCB Board and Segmentation of Automatic Test Equipment

FANG Gui-ben，LI Feng
（Nanning Fu Gui Precision Industry Co.，Ltd.，Nanning Guangxi 530000，China）

This paper discusses the process of the PCB production line and the test process before and after the transformation of a printed circuit board （PCB）production line.Combined with the characteristics and technical requirements of the PCB，this paper presents the overall design scheme of automatic PCB and automatic test.Practical production shows that the automatic plate division and the design of the automatic test simple and reasonable structure，high degree of automation，reduce production safety hidden trouble，save labor costs at the same time，but also improve production efficiency.

PCB；automatically；points plate；test

TP274.5

A

1672-545X（2017）09-0148-04

2017-06-22

方貴本（1987-），男，廣西南寧橫縣人，本科，助理工程師/自動化機械工程師，研究領域：非標設備設計；自動化設備設計、安裝、調試及管理；工業4.0智能制作方向研究。