PCB行業(yè)是技術(shù)密集型和資金密集型行業(yè)，但也依然是勞動(dòng)密集型行業(yè),，大量的自動(dòng)化設(shè)備是需要人工操作和流水線作業(yè)的,，一個(gè)中等規(guī)模的PCB企業(yè)就有數(shù)千名員工。隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與升級(jí),、新勞動(dòng)合同法的實(shí)施,，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變帶來的城市生活成本上升，以及80,、90后員工隊(duì)伍管理難度和流動(dòng)性大等因素,，PCB廠商正經(jīng)受著越來越嚴(yán)重的用工短缺與勞動(dòng)力成本上升的挑戰(zhàn)，及隨之帶來的對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃,、產(chǎn)品質(zhì)量和盈利能力的影響,。與此同時(shí)，隨著機(jī)器人性能的提升和價(jià)格的下降,，以“自動(dòng)化設(shè)備+工業(yè)機(jī)器人操作”取代傳統(tǒng)的“自動(dòng)化設(shè)備+人工操作”的生產(chǎn)模式將成為PCB行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的趨勢(shì),。
一、工業(yè)機(jī)器人的種類及特點(diǎn)
工業(yè)機(jī)器人是一種通過重復(fù)編程和自動(dòng)控制，能夠完成制造過程中某些操作任務(wù)的多功能,、多自由度的機(jī)電一體化自動(dòng)機(jī)械裝備和系統(tǒng),，它結(jié)合制造主機(jī)或生產(chǎn)線，可以組成單機(jī)或多機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng),，在無人參與下,，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、焊接,、分揀,、裝配和噴涂等多種生產(chǎn)作業(yè)。
自20世紀(jì)60年代初第一代機(jī)器人在美國(guó)問世以來,，工業(yè)機(jī)器人的研制和應(yīng)用發(fā)展迅速,，在生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛，已成為現(xiàn)代制造業(yè)重要的高度自動(dòng)化裝備,。
工業(yè)機(jī)器人主要由本體(包含機(jī)械軀干部分,、電機(jī)、減速機(jī))和電控(包括驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng))兩部分構(gòu)成,，其作用是利用末端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)代替人手抓取物品或工具,，完成不同的任務(wù)。目前主流的工業(yè)機(jī)器人有三種,，包括：SCARA(四軸平行關(guān)節(jié)機(jī)器人),、DELTA(并聯(lián)機(jī)器人)和六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人(包括六軸以上的多關(guān)節(jié)機(jī)器人及衍生的雙臂機(jī)器人)。
工業(yè)機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)歸納有以下三點(diǎn)：
1,、可編程。生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性自動(dòng)化,。工業(yè)機(jī)器人可隨其工作任務(wù)和環(huán)境變化的需要而再編程,，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)(FMS)中的一個(gè)重要組成部分,。
2,、擬人化。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走,、腰轉(zhuǎn),、大臂、小臂,、手腕,、手爪等部分，在控制上有電腦,。此外,，智能化工業(yè)機(jī)器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器,、負(fù)載傳感器,、視覺傳感器、聲覺傳感器,、語言功能等,。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。
3,、通用性,。除了專門設(shè)計(jì)的專用的工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性,。比如,，更換工業(yè)機(jī)器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù),。
二,、工業(yè)機(jī)器人在PCB行業(yè)應(yīng)用案例
工業(yè)機(jī)器人早期主要應(yīng)用于汽車制造業(yè)，在汽車生產(chǎn)過程中完成焊接,、裝配,、搬運(yùn)、噴涂等工作,，這些環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)器人的精度,、速度要求并不高。但PCB行業(yè)情況相對(duì)復(fù)雜,，機(jī)器人在PCB行業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在各工序的上下料,、翻轉(zhuǎn)、分揀,、定位及檢測(cè)等功能上,，要替代人工配合PCB板加工設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備的操作。由于PCB板的多樣性和復(fù)雜性,，有單層板,、雙層板、多層板,、柔性板,、軟硬結(jié)合板、無孔板和多孔板等,，導(dǎo)致了對(duì)前端執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求較多,；還有對(duì)定位精度的要求和對(duì)工作節(jié)拍的要求，所以在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用時(shí)對(duì)機(jī)器人技術(shù)和集成技術(shù)的要求也較高,。我們經(jīng)過近兩年在行業(yè)里的摸索和實(shí)踐,，努力幫助客戶解決問題,，滿足客戶的需求，也積累了行業(yè)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn),。目前,，針對(duì)PCB行業(yè)中的很多工序環(huán)節(jié)，我們都有成熟的解決方案,，如AOI,、曝光機(jī)、鉆靶機(jī)(OPE,、XZ),、銀漿灌孔、文字噴墨,、棕化預(yù)疊,、成品裝盤、OSP,、成品清洗,、DOME片反包膜、LCD組裝等,。
下面重點(diǎn)介紹三種機(jī)器人有代表性的應(yīng)用案例：
1,、六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人用于AOI檢測(cè)工序
傳統(tǒng)的AOI掃描機(jī)器都是靠人工放板、翻板和收板,，一個(gè)人看管兩臺(tái)機(jī)器,，每天做著重復(fù)單調(diào)的動(dòng)作，而且剛制作好的線路板還會(huì)散發(fā)出刺鼻的氣味對(duì)人體帶來一定的傷害,，AOI掃描機(jī)器散發(fā)的紅外光也是一個(gè)隱形的殺手,。我們用一臺(tái)六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人，替代工人負(fù)責(zé)兩臺(tái)AOI的放板,、翻板和收板,，每班可以完成七百多塊PCB硬板的收放，綜合效率可以達(dá)到1塊/min(其中包括AOI機(jī)器掃描時(shí)間),。若能進(jìn)一步將與收放板機(jī)配合的上下料運(yùn)輸線，連接上AGV做固定線路轉(zhuǎn)運(yùn),，就可以實(shí)現(xiàn)上下工序的完全自動(dòng)化生產(chǎn)了,。
2、SCARA機(jī)器人用于線路板線圈檢測(cè)工序
目前多層板線圈短路的整套檢測(cè)設(shè)備市面上還寥寥無幾,，大多數(shù)檢測(cè)設(shè)備都是依賴于人工,，孔徑大的PCB板子是人工將板子放到檢測(cè)設(shè)備上面然后開啟設(shè)備檢測(cè)，孔徑小的PCB板子需要人工拿著設(shè)備(探頭)去對(duì)每一個(gè)線圈進(jìn)行檢測(cè),。我們利用SCARA機(jī)器人可以完成配合檢測(cè)設(shè)備的上下料和對(duì)位放置,，實(shí)現(xiàn)一次性對(duì)大孔徑的板子所有的線圈經(jīng)行檢測(cè),；對(duì)小孔徑的板子，我們利用SCARA設(shè)備執(zhí)行端固定探頭,，通過視覺定位,，用探頭對(duì)每一個(gè)線圈進(jìn)行檢測(cè)，我們的設(shè)備也有效地避免了人工操作時(shí)因?yàn)榫€圈孔徑小或孔徑多而出現(xiàn)漏檢,。與人工操作相比可以顯著提高檢測(cè)測(cè)效率,，并避免因漏檢導(dǎo)致的質(zhì)量問題。
3,、DELTA機(jī)器人用于小線路板成品裝盒工序
現(xiàn)有的FPC裝盤都是靠人工一個(gè)一個(gè)撿起來并放到吸塑盤里面,，由于FPC軟而且薄在撿的時(shí)候很不方便因此效率會(huì)大大降低，Delta800加上一套視覺系統(tǒng)可以從凌亂的FPC堆里面挑出合格的然后按照要求擺放到吸塑盤里面,，效果不遜于人工,。他的速度可以達(dá)到60片/min，完全可以取代人工去進(jìn)行分揀裝盤,。
三,、工業(yè)機(jī)器人在PCB行業(yè)代替人工的優(yōu)勢(shì)
與汽車行業(yè)及其他制造業(yè)一樣，工業(yè)機(jī)器人在PCB行業(yè)代替人工給企業(yè)帶來諸多的優(yōu)勢(shì),。
1,、減少用工，加快工作節(jié)拍,，提高工作效率,。機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)較高速度的重復(fù)性操作，可以遠(yuǎn)高于人工的工作節(jié)拍,，從而帶來工作效率的大幅提升和人工成本,、管理成本的降低。
2,、提升作業(yè)精度,，提高產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)器人可以利用編程及視覺系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和重復(fù)精度,，有效地提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。
3,、避免作業(yè)環(huán)境對(duì)工人健康和安全的潛在威脅,，節(jié)約了環(huán)境安全方面的投入。
4,、減少重復(fù),、枯燥工序?qū)と藸顟B(tài)影響而導(dǎo)致的效率和質(zhì)量的下降和事故率；
5,、優(yōu)化作業(yè)流程,，減少了作業(yè)空間,。
6、有效降低料耗率,。
7,、可24小時(shí)連續(xù)作業(yè)及在黑燈環(huán)境下作業(yè)；
8,、可以使制造過程柔性化,。未來PCB行業(yè)將會(huì)出現(xiàn)越來越多小批量的訂貨，使用工業(yè)機(jī)器人可以大大提升生產(chǎn)的柔性,，實(shí)現(xiàn)訂單的快速交付,。
9、品牌形象和信譽(yù)的提升,。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用使得PCB廠家的自動(dòng)化水平得以進(jìn)一步提升,，帶動(dòng)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率,、成本控制,、響應(yīng)能力等方面的進(jìn)步，提高了廠家在行業(yè)內(nèi)的整體競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力,。
四,、工業(yè)機(jī)器人在PCB行業(yè)應(yīng)用前景
目前工業(yè)機(jī)器人在PCB行業(yè)的應(yīng)用還剛剛起步，還面臨很多需要解決的問題,。PCB行業(yè)很多作業(yè)線是非標(biāo)產(chǎn)品,，在機(jī)器人應(yīng)用過程中要受到現(xiàn)有作業(yè)空間的局限，受到原有設(shè)備能力的限制,，面對(duì)不同PCB板材質(zhì)因素的影響,，還要考慮應(yīng)用各種傳感器提高機(jī)器人的智能化，同時(shí)還要考慮為廠家培訓(xùn)一批可以操作和維護(hù)機(jī)器人的員工,。
未來工業(yè)機(jī)器人在PCB行業(yè)的應(yīng)用將呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：
1,、從單站或單線應(yīng)用，到多線應(yīng)用?，F(xiàn)有PCB企業(yè)想全面引入機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)較為困難,，需投入大量資金進(jìn)行改造，但可以就具備條件的單站和單線進(jìn)行分步改造,，待取得明顯收效后,，再逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
2,、從單純機(jī)器人的應(yīng)用到與AGV等其他智能裝備相結(jié)合的應(yīng)用。現(xiàn)有個(gè)工序生產(chǎn)線間的物料傳送大部分為人工操作,，可以分布實(shí)施以機(jī)器人和AGV結(jié)合實(shí)現(xiàn)物料的有序傳送,。
3,、現(xiàn)有工廠以局部應(yīng)用為主，新廠建設(shè)將做整體規(guī)劃,，直接導(dǎo)入機(jī)器人及AGV的應(yīng)用,。
4、通過工業(yè)機(jī)器人與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合,，將使制造過程更智能化和柔性化,。