论插装AOI自动光学检测设备助推传统行业转型升级

黄磊 姚丽

摘要：波峰焊接作为传统的劳动密集性行业，随着智能制造技术跨越式发展以及新工艺、新方案不断迭代，其在电子制造业的地位，呈现大幅度下降的趋势，如何在新的形势下，利用自身优势，跟上时代步伐，实现自我价值的再次飞跃，是摆在波峰焊接行业面前的一道难题。本论文从介绍波峰焊和插装AOI自动光学检测设备为出发点，讨论传统制造行业，如何利用新技术、新工艺、新方案，改善思路，优化工艺流程，再次焕发生机。

关键词：波峰焊接;插装AOI自动检测设备;工艺流程

随着生产技术的不断发展，原有的传统行业，尤其依靠人工作业的劳动密集性行业，越来越经受大的考验，人力成本的不断攀升、产品交付期的不断压缩、产品质量要求越来越严格、产品定制化需求呈现上升趋势等等，如何在新的形势下，研判定位，跟上時代的节奏，完成自我救赎，实现企业的稳步前进，值得思考。

一、波峰焊

波峰焊，一种用于表面组装的设备，已经存在七八十年历史，其主要应用于通孔电子元器件的焊接，自动化程度较高，线路板完成元器件插装后，经过与液态下的锡铅合金溶液完全接触后，实现元器件管脚与PCB线路板结合的目的，运行PCB线路板的导轨与水平保持3°-7°的夹角，高温的锡铅合金溶液经过泵的作用，形成类似于波浪的形状的现象，称之为“波峰焊”。

波峰焊曾是上个世纪大批量生产中的典型代表设备，为电子制造行业的发展做出了较大的贡献。随着电子元器件封装技术的快速发展，特别是表面贴装技术（SMT）兴起，导致波峰焊接技术遇到极大的挑战，在电子制造行业的重要性呈现较大下降趋势。但在高端制造业，部分表面贴装元器件无法解决散热、稳定性等方面问题，使得波峰焊技术，有着不可替代的作用。传统波峰焊接生产线构成如下图一所示。

从上图可看出，传统的波峰焊接生产线，主要依靠人工作业，尤其产品管控的重点环节，炉前检验和炉后检验。人工把关产品质量，存在诸多弊端，人作为生产的最大柔性工具，其工作的准确度和效率，不仅与个人的知识、经验有关，还与当天的心情、情绪有关，产品质量控制的不确定性较大。如若缺陷的产品没有得到及时反馈，设备参数就得不到适时调整，进而导致产品返修呈现常态化，人员工作时长和强度不断增加，产品交付不及时，最终影响公司信誉。此外，传统的作业流程中，为确保线路板的焊接质量，返修人员和检验人员，不断做重复性的工作，对焊接完毕的板件进行查看，如图一所示，每一块线路板，共发生三次人工确认的过程，重复的确认产品焊接质量，不仅浪费时间，而且效率低下。

二、插装AOI自动检测设备

借助于人工智能的快速发展，为解决这方面的问题，插装AOI自动检测设备得以面世，其集合了光学、机械工程、计算机工程和电气工程等多个专业领域，主要基于路径规划的取像方法，相机按照规定的路径完成图像采集，再进行采集的图像进行拼接，并与标准图像对比，结合软件处理算法等，来完成产品的检测。分为炉前AOI自动光学检测设备和炉后AOI自动光学检测设备。

2.1炉前插装AOI自动光学检测设备

主要基于元器件特征点的色相容忍度进行检测。

如图二所示，目标点的颜色与图二中的红点相同，色相容忍度的大小代表在该点左右的多大范围内的颜色被允许选取。当所要测试的目标点颜色比较显眼，且能稳定的显示时，可选择适当数值的色相容忍度值即可，不需要调整至高值，设定在某一个数值即可。若目标点的颜色偏淡一些，例如银色、灰色、黑灰色等颜色，由于这些颜色相比较色相来说不敏感，此时，需要大范围调整色相容忍度数值，最好调至最大值，以达到增加其检测的敏感性。

2.1炉后插装AOI自动光学检测设备

生产过程中，为有效的检测常见的外观缺陷，基于“红、绿、蓝”三色光原理，利用三种颜色产生的不同高度和角度，将光源投射到PCB板上，通过焊接面焊点的曲面反馈其变化情况，达到识别焊接缺陷的目的。依据PCB板实际情况，进行程序编制，相机在程序的控制下，自动扫描PCB版，采集图像，经过系统处理，与系统里标准图像进行对比，识别出焊接的缺陷点，并将检测到的焊接缺陷显示在返修工位的显示器上，供人工修正，类似于将人工目检自动化、智能化，降低对人工作业的依赖度，提升整体作业效率和质量。其原理如图三所示。

相机光源将“红、绿、蓝”三色光打在线路板上，通过底部相机快速移动，来实时获取生产中的PCB板图像，由于线路板面的焊锡点曲面角度不同，相机将接收到不同颜色的反射光，通过算法将其与标准焊点进行对比，以此判定焊锡点是否为不良。如图四所示

三、插装AOI自动检测设备助推传统制造业

借助于新技术、新工艺、新方案，将插装AOI自动光学检测设备应用于波峰焊接行业，提升生产效率和生产过程稳定性，降低人为因素导致的产品质量问题。

3.1优化生产工艺流程

传统的波峰焊接生产线已明显无法适应现代化生产的要求，在新的形势下，应主动求变，通过优化生产工艺流程，改善作业方式，提升波峰焊接生产线的能力。

3.1.1优化方案

传统的波峰焊工艺流程已存在几十年，逐渐无法适应现代化的生产方式，需借助新技术、新工艺、新方案，进行优化调整，构建新的工艺流程。插装AOI自动光学检测设备的出现，加速了波峰焊工艺流程的革新，作为一款部分或全部代替人工目检的设备，其优势非常明显，将其加入到传统的波峰焊接生产线流程中，辅助人工进行产品质量控制，可达到事倍功半的效果。

3.1.2改善作业方式

主要依靠人工目检的作业方式，需要做出改善。插装AOI自动光学检测设备，可完美解决部分或者全部人工作业，其检测性能强、缺陷识别度高，尤其在效率提升方面，非常明显，据不完全统计，约为人工目检效率的3-5倍。插装AOI自动光学检测设备加入波峰焊接生产线，需改善现有的作业方式，将原有的以人工目检为主的作业方式，改善为以设备为主、人工为辅的作业模式，降低对人工的依赖性，达到提质增量效果。

3.1.3构建新工艺流程

炉前AOI自动光学检测设备，主要用于检测线路板人工插件A面的质量，完成插件的线路板，经过炉前AOI自动光学检测设备后，将采集到的元器件特征点的色相，实时与系统中的合格数据进行对比，确认人工插件的正确性，若有问题，返修屏上立刻显示有问题的元器件，比如说漏插元器件、元器件插反、元器件型号插错等等，同时声控系统也予以报错，提醒炉前人员，在PCB板上某个位号的元器件出现什么样的问题，及时进行修正，也督促插件作业人员注意插件的正确性。此设备的投入使用，可大幅度降低人为因素导致的产品质量问题。

炉后AOI自动光学检测设备，主要用于检测线路板焊接面焊点的质量。焊接完成的板件，通过炉后插装AOI自动光学检测设备，移动相机按照编程的规定路径，对线路板进行拍照，依据“红、绿、蓝”三色光原理，将拍照的图片与标准图片进行对比，识别焊接面焊点的各项缺陷，有缺陷的问题点实时显示在返修台工位的显示屏上，拆工装人员对报错点进行标识，返修人员依据标识点，对有缺陷的焊点进行返修，并交由检验人员进行二次确认，主要针对标识出来的点进行确认，不需要全板面进行反复确认，在大幅度提升返修和检验效率的同时，产品的质量也得到了保证。

改善后的波峰焊接流水线构成如图六所示。

从上图可以看出，人员数量未出现明显的下降，相比较原作业模式，仅减少人工1人，其主要区别在于，以人工作业为主的炉前检验和炉后检验，分别增加了插装AOI自动光学检测设备予以部分或全部替代，降低人为因素导致的产品质量问题，降低产品生产缺陷率，确保生产线的顺畅进行，便于生产线实现流动式生产，提高产品交付率，为顾客创造价值。

3.2传统制造业转型升级的感悟

波峰焊接生产线，作为典型的劳动密集型行业，通过优化工艺流程，将现代化的设备加入生产流程，改善传统的作业模式，降低以人为主的质量管控理念，实现其再次焕发活力，生产效能有了极大提升，更加符合现代化的生产方式。

那么对于传统的制造业而言，如何在新的形势下，主动应变，不被时代所淘汰，应该从以下两方面加以改善。

一是借助新理念，融合传统思维，持续改善

传统工艺，其最大的优势，就是成熟性、稳定性，代表着最佳、最简单和最安全的工作方法，提供了保存技巧和专业技术的最佳方法以及提供了衡量绩效的最佳方法，这也是其取得持续成功的绊脚石，此外，从人性方面来说，本来就有懒惰的一面，绝大部分喜欢按部就班，不愿意承担大的风险挑战，希望能少出问题，最好不要出问题，做手头上的事、做好身边事即可。而现今快速发展的时代，不主动求变，就会被淘汰，不主动应变，就会落后挨打，这就需要借助新理念，融合传统思维模式，持续改善。

通过不断地学习与借鉴国内外先进的生产技术与理念，与传统生产思维融合，取其精华去其糟粕，就是将其中有用的部分，与传统行业进行结合，实现生产技术与理念的共性化、落地化，真正起到促进传统行业发展作用。

二是循序渐进式求变

正所谓成功不是一蹴而就的事，需要点滴积累，循序渐进。传统制造业同样需要依托自身优势，结合新技术、新工艺、新方案，按照规划，逐步实现生产方式现代化，以适应时代的潮流，不被其抛弃。

以波峰焊接行业为例，原有的作业模式非常稳定，且工艺成熟，只是在某些方面，因人为因素会导致生产过程的不稳定性，那么针对这方面，可借助于现代化的生产技术和生产理念进行局部调整，加以改善。得益于人工智能的发展，插装AOI自动光学检测设备已发展的很成熟，通过优化波峰焊接生产线部分工艺流程，将插装AOI自动光学检测设备加入到波峰焊接生产线，实现部分或全部替代人工，以达到生产过程和产品质量稳定性的大幅度提升。

在优化波峰焊接生产工艺流程的过程中，对原有的生产工艺流程没有做出大的调整，主要基于现实的情况，毕竟部分工序，在现有的技术条件下，人工作業存在仍然十分必要，比如手工插件工序，在部分高端制造行业，小批量、多品种的产品特点属于常态化，这部分工序，人工作业是首选，部分元器件的属性非常特殊，即使最先进的自动化设备，目前来说无法取代人工作业。

所以，在信息技术快速发展的时代，传统行业需依据自身实际情况，结合现代化的生产技术理念，做到主动求变、循序渐进式求变，同时注重过程和方法，不能急于求成，否则欲速则不达，只有这样，才能不被时代所淘汰，方能获得长久发展。

参考文献：

[1]邓璘.基于机器视觉的PCB表面装配缺陷检测方法研究[D].武汉理工大学，2019.

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