論插裝AOI自動光學檢測設備助推傳統行業轉型升級

黃磊 姚麗

摘要：波峰焊接作為傳統的勞動密集性行業，隨著智能制造技術跨越式發展以及新工藝、新方案不斷迭代，其在電子制造業的地位，呈現大幅度下降的趨勢，如何在新的形勢下，利用自身優勢，跟上時代步伐，實現自我價值的再次飛躍，是擺在波峰焊接行業面前的一道難題。本論文從介紹波峰焊和插裝AOI自動光學檢測設備為出發點，討論傳統制造行業，如何利用新技術、新工藝、新方案，改善思路，優化工藝流程，再次煥發生機。

關鍵詞：波峰焊接;插裝AOI自動檢測設備;工藝流程

隨著生產技術的不斷發展，原有的傳統行業，尤其依靠人工作業的勞動密集性行業，越來越經受大的考驗，人力成本的不斷攀升、產品交付期的不斷壓縮、產品質量要求越來越嚴格、產品定制化需求呈現上升趨勢等等，如何在新的形勢下，研判定位，跟上時代的節奏，完成自我救贖，實現企業的穩步前進，值得思考。

一、波峰焊

波峰焊，一種用于表面組裝的設備，已經存在七八十年歷史，其主要應用于通孔電子元器件的焊接，自動化程度較高，線路板完成元器件插裝后，經過與液態下的錫鉛合金溶液完全接觸后，實現元器件管腳與PCB線路板結合的目的，運行PCB線路板的導軌與水平保持3°-7°的夾角，高溫的錫鉛合金溶液經過泵的作用，形成類似于波浪的形狀的現象，稱之為“波峰焊”。

波峰焊曾是上個世紀大批量生產中的典型代表設備，為電子制造行業的發展做出了較大的貢獻。隨著電子元器件封裝技術的快速發展，特別是表面貼裝技術（SMT）興起，導致波峰焊接技術遇到極大的挑戰，在電子制造行業的重要性呈現較大下降趨勢。但在高端制造業，部分表面貼裝元器件無法解決散熱、穩定性等方面問題，使得波峰焊技術，有著不可替代的作用。傳統波峰焊接生產線構成如下圖一所示。

從上圖可看出，傳統的波峰焊接生產線，主要依靠人工作業，尤其產品管控的重點環節，爐前檢驗和爐后檢驗。人工把關產品質量，存在諸多弊端，人作為生產的最大柔性工具，其工作的準確度和效率，不僅與個人的知識、經驗有關，還與當天的心情、情緒有關，產品質量控制的不確定性較大。如若缺陷的產品沒有得到及時反饋，設備參數就得不到適時調整，進而導致產品返修呈現常態化，人員工作時長和強度不斷增加，產品交付不及時，最終影響公司信譽。此外，傳統的作業流程中，為確保線路板的焊接質量，返修人員和檢驗人員，不斷做重復性的工作，對焊接完畢的板件進行查看，如圖一所示，每一塊線路板，共發生三次人工確認的過程，重復的確認產品焊接質量，不僅浪費時間，而且效率低下。

二、插裝AOI自動檢測設備

借助于人工智能的快速發展，為解決這方面的問題，插裝AOI自動檢測設備得以面世，其集合了光學、機械工程、計算機工程和電氣工程等多個專業領域，主要基于路徑規劃的取像方法，相機按照規定的路徑完成圖像采集，再進行采集的圖像進行拼接，并與標準圖像對比，結合軟件處理算法等，來完成產品的檢測。分為爐前AOI自動光學檢測設備和爐后AOI自動光學檢測設備。

2.1爐前插裝AOI自動光學檢測設備

主要基于元器件特征點的色相容忍度進行檢測。

如圖二所示，目標點的顏色與圖二中的紅點相同，色相容忍度的大小代表在該點左右的多大范圍內的顏色被允許選取。當所要測試的目標點顏色比較顯眼，且能穩定的顯示時，可選擇適當數值的色相容忍度值即可，不需要調整至高值，設定在某一個數值即可。若目標點的顏色偏淡一些，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，需要大范圍調整色相容忍度數值，最好調至最大值，以達到增加其檢測的敏感性。

2.1爐后插裝AOI自動光學檢測設備

生產過程中，為有效的檢測常見的外觀缺陷，基于“紅、綠、藍”三色光原理，利用三種顏色產生的不同高度和角度，將光源投射到PCB板上，通過焊接面焊點的曲面反饋其變化情況，達到識別焊接缺陷的目的。依據PCB板實際情況，進行程序編制，相機在程序的控制下，自動掃描PCB版，采集圖像，經過系統處理，與系統里標準圖像進行對比，識別出焊接的缺陷點，并將檢測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化、智能化，降低對人工作業的依賴度，提升整體作業效率和質量。其原理如圖三所示。

相機光源將“紅、綠、藍”三色光打在線路板上，通過底部相機快速移動，來實時獲取生產中的PCB板圖像，由于線路板面的焊錫點曲面角度不同，相機將接收到不同顏色的反射光，通過算法將其與標準焊點進行對比，以此判定焊錫點是否為不良。如圖四所示

三、插裝AOI自動檢測設備助推傳統制造業

借助于新技術、新工藝、新方案，將插裝AOI自動光學檢測設備應用于波峰焊接行業，提升生產效率和生產過程穩定性，降低人為因素導致的產品質量問題。

3.1優化生產工藝流程

傳統的波峰焊接生產線已明顯無法適應現代化生產的要求，在新的形勢下，應主動求變，通過優化生產工藝流程，改善作業方式，提升波峰焊接生產線的能力。

3.1.1優化方案

傳統的波峰焊工藝流程已存在幾十年，逐漸無法適應現代化的生產方式，需借助新技術、新工藝、新方案，進行優化調整，構建新的工藝流程。插裝AOI自動光學檢測設備的出現，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備，其優勢非常明顯，將其加入到傳統的波峰焊接生產線流程中，輔助人工進行產品質量控制，可達到事倍功半的效果。

3.1.2改善作業方式

主要依靠人工目檢的作業方式，需要做出改善。插裝AOI自動光學檢測設備，可完美解決部分或者全部人工作業，其檢測性能強、缺陷識別度高，尤其在效率提升方面，非常明顯，據不完全統計，約為人工目檢效率的3-5倍。插裝AOI自動光學檢測設備加入波峰焊接生產線，需改善現有的作業方式，將原有的以人工目檢為主的作業方式，改善為以設備為主、人工為輔的作業模式，降低對人工的依賴性，達到提質增量效果。

3.1.3構建新工藝流程

爐前AOI自動光學檢測設備，主要用于檢測線路板人工插件A面的質量，完成插件的線路板，經過爐前AOI自動光學檢測設備后，將采集到的元器件特征點的色相，實時與系統中的合格數據進行對比，確認人工插件的正確性，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、元器件型號插錯等等，同時聲控系統也予以報錯，提醒爐前人員，在PCB板上某個位號的元器件出現什么樣的問題，及時進行修正，也督促插件作業人員注意插件的正確性。此設備的投入使用，可大幅度降低人為因素導致的產品質量問題。

爐后AOI自動光學檢測設備，主要用于檢測線路板焊接面焊點的質量。焊接完成的板件，通過爐后插裝AOI自動光學檢測設備，移動相機按照編程的規定路徑，對線路板進行拍照，依據“紅、綠、藍”三色光原理，將拍照的圖片與標準圖片進行對比，識別焊接面焊點的各項缺陷，有缺陷的問題點實時顯示在返修臺工位的顯示屏上，拆工裝人員對報錯點進行標識，返修人員依據標識點，對有缺陷的焊點進行返修，并交由檢驗人員進行二次確認，主要針對標識出來的點進行確認，不需要全板面進行反復確認，在大幅度提升返修和檢驗效率的同時，產品的質量也得到了保證。

改善后的波峰焊接流水線構成如圖六所示。

從上圖可以看出，人員數量未出現明顯的下降，相比較原作業模式，僅減少人工1人，其主要區別在于，以人工作業為主的爐前檢驗和爐后檢驗，分別增加了插裝AOI自動光學檢測設備予以部分或全部替代，降低人為因素導致的產品質量問題，降低產品生產缺陷率，確保生產線的順暢進行，便于生產線實現流動式生產，提高產品交付率，為顧客創造價值。

3.2傳統制造業轉型升級的感悟

波峰焊接生產線，作為典型的勞動密集型行業，通過優化工藝流程，將現代化的設備加入生產流程，改善傳統的作業模式，降低以人為主的質量管控理念，實現其再次煥發活力，生產效能有了極大提升，更加符合現代化的生產方式。

那么對于傳統的制造業而言，如何在新的形勢下，主動應變，不被時代所淘汰，應該從以下兩方面加以改善。

一是借助新理念，融合傳統思維，持續改善

傳統工藝，其最大的優勢，就是成熟性、穩定性，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技術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，不愿意承擔大的風險挑戰，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。而現今快速發展的時代，不主動求變，就會被淘汰，不主動應變，就會落后挨打，這就需要借助新理念，融合傳統思維模式，持續改善。

通過不斷地學習與借鑒國內外先進的生產技術與理念，與傳統生產思維融合，取其精華去其糟粕，就是將其中有用的部分，與傳統行業進行結合，實現生產技術與理念的共性化、落地化，真正起到促進傳統行業發展作用。

二是循序漸進式求變

正所謂成功不是一蹴而就的事，需要點滴積累，循序漸進。傳統制造業同樣需要依托自身優勢，結合新技術、新工藝、新方案，按照規劃，逐步實現生產方式現代化，以適應時代的潮流，不被其拋棄。

以波峰焊接行業為例，原有的作業模式非常穩定，且工藝成熟，只是在某些方面，因人為因素會導致生產過程的不穩定性，那么針對這方面，可借助于現代化的生產技術和生產理念進行局部調整，加以改善。得益于人工智能的發展，插裝AOI自動光學檢測設備已發展的很成熟，通過優化波峰焊接生產線部分工藝流程，將插裝AOI自動光學檢測設備加入到波峰焊接生產線，實現部分或全部替代人工，以達到生產過程和產品質量穩定性的大幅度提升。

在優化波峰焊接生產工藝流程的過程中，對原有的生產工藝流程沒有做出大的調整，主要基于現實的情況，畢竟部分工序，在現有的技術條件下，人工作業存在仍然十分必要，比如手工插件工序，在部分高端制造行業，小批量、多品種的產品特點屬于常態化，這部分工序，人工作業是首選，部分元器件的屬性非常特殊，即使最先進的自動化設備，目前來說無法取代人工作業。

所以，在信息技術快速發展的時代，傳統行業需依據自身實際情況，結合現代化的生產技術理念，做到主動求變、循序漸進式求變，同時注重過程和方法，不能急于求成，否則欲速則不達，只有這樣，才能不被時代所淘汰，方能獲得長久發展。

參考文獻：

[1]鄧璘.基于機器視覺的PCB表面裝配缺陷檢測方法研究[D].武漢理工大學，2019.

[2]ParkTH，KimHJ.PathplanningofautomaticopticalinspectionmachinesforPCBassemblysystems[C].IEEEInternationalSymposiumonComputationalIntelligenceinRobotics&Automation.IEEE，2005：249-254.