摘要：目前我国电子产品的某些元件或者部分依然采用手工焊锡。手工操作的焊锡过程中，焊锡的质量容易受到人为的影响，生产出来的产品合格率达不到厂家的要求，且生产效率不高。而机器人焊锡有着高速度、高精度、高可靠性方向的特点，生产焊点表面光亮、圆润、 无间隙，焊接速度是人工焊接的2-3倍，焊接质量和效率均优于人工焊接。现本文主要结合实际案例，对自动组装线集成机器人焊锡应用技术进行探讨，以供参考。
关键词：机器人焊锡；运动轨迹；柔性生产；
0引言
根据目前3C家电行业生产线上PCB电路板人工焊接工作情况，主要存在以下问题：焊锡质量不稳定，容易出现冷焊、虚焊、空洞等；焊点一致性不高；焊接效率低。因此如何提高人工焊接品质是众多电子产品制造企业面临的重大瓶颈。随着机器人焊锡的技术不断发展和成熟，越来越多的电子制造企业引入焊锡机器人来替代手工焊接，所以如何提高机器人的核心技术、焊接工艺来解决目前手工焊接产生的焊锡品质问题就显得至关重要。
1机器人焊锡与手工焊锡对比分析
1.1焊锡工艺质量上的差距
人工焊锡作业中，工人的焊锡技术以及经验是最重要的因素，决定了产品的好坏程度，即使是同一个人生产的产品，其产品也是各不相同。其结果是生产的焊锡产品的质量和产量都不能完全保证。
而机器人焊锡具有高效率，高稳定性的优点，产品的质量以及产量都能够得到保证，以便企业可以根据市场变化做出更灵活的生产计划，避免出现产品过剩或者产品不够。
1.2生产成本以及效率差距
传统的人工焊锡的过程中，经常会出现因为人为的原因，导致了产品的不合格，以致生产成本的提高，包括原材料的浪费等。同时，有太多的因素可以影响工人的工作效率，即使在同等条件下，人工焊锡的效率也远远比不上自动装配机器人焊锡。
1.3焊锡的手工操作者在人工成本上存在的劣势
工人必须掌握基本的相关专业内容，拥有很强的焊锡操作能力和丰厚的焊锡操作时间的积累。如果是连续而不间断的手工焊锡操作，会导致操作者的身体产生疲惫感，同时焊锡过程中伴随着一些对健康无益的物质，使得越来越少的工人长期从事这种重复、单一的手工焊锡操作。最后，企业为了留住这些焊锡的手工操作者，不得不需要在人工成本上投入得更多。如果发生流失这些手工操作者，则又不得不重新培养新的手工操作者。相反，自动装配机器人焊锡的运动过程就是重复循环工作，所以焊锡的质量有保证，焊锡数据可收集追溯、产品的稳定性强,且投入是一次投入，长期回报，节约了大量的人工成本。
因此，使用焊锡机器人替代人工操作是必然趋势，随着科技的发展，焊锡机器人的技术也逐渐成熟，其稳定性、可靠性、工作效率以及加工精度都有了很大的进步。同时，焊锡机器人的使用范围也越来越广泛，技术的普及使其价格和成本开始逐步的下降，越来越多的生产商开始使用焊锡机器人。然而，目前大部分具备一定实力的生产商都在使用通用焊锡设备生产PCB板，且通用焊锡设备的价格昂贵，占用空间大，无法柔性生产，普及率比较低，难以供应中小企业的需求。
所以，针对所生产的产品，根据其特性，设计一款可柔性生产的焊锡机器人系统是很有必要的。且此焊锡系统应要具备：
（1） 针对特定的产品研究设计，能够有效的节约焊锡机器人的生产成本；
（2）改变通用焊锡设备不易满足柔性的缺陷，使得机器人焊锡设计更灵活小巧，不占用空间，方便集成产线应用；
（3）产品的工艺要达到满意程度，生产效率和精度以及稳定性要能满足要求。
下面以PCB电路板流水组装线集成机器人焊锡柔性生产技术进行分析。
2焊锡机器人集成应用技术
2.1整 体 布 局
本设备为PCB组装线集成机器人自动焊锡系统，整产线由机器人焊锡系统、机器人装螺钉系统、机器人涂胶系统、倍速链输送系统，以及物料上下料系统、控制系统等设备组成；应用可根据用户生产工艺不同,产线任意工位集成机器人焊锡配合机器人装螺钉、涂胶系统，柔性化组合生产； 实现不同工艺、型号批次的产品，可以快速柔性组合系统转换生产，提高生产效率、保证产品品质。图1为整体布局图：
2.2焊锡机器人工序控制
焊锡机器人系统包括水平关节机器人、焊锡枪、温度控制器、自动送丝机构、清枪机构、顶升夹具、机器人工作台、控制系统等焊锡辅助设备组成；系统可集成于产线任意工序段安装应用，占用生产空间小、机器人运动轨迹服务区域大，可有效对工装内的PCB板进行自动焊锡柔性生产；主要分以下生产工序：
（1） 工装夹具流水输送到焊接工序工位，线体阻挡阻停并信号确认；
（2） 顶升夹具将工装夹具顶起并定位；
（3） 机器人执行预定程序移载焊锡枪进行搭桥点焊锡，点焊后机器人复位；
（4） 机器人执行预定程序移载焊锡枪进行大点焊锡，点焊后机器人复位；
（5） 顶升夹具将工装夹具放回线体，阻挡失效工装夹具自动进入下到工艺；
重复序号1-5工序,可循环进行下一个工件焊锡生产工序。
生产效率：约2秒左右焊接1个点焊。每小时（3600秒）可点1800个焊点,每天可点焊约36000个焊点 （1天工作20小时推算）可节省2-3名工人。
2.3运动控制的性能要求
PCB组装生产线上集成机器人自动焊锡系统的设计是为了更好的提高生产效率，满足不同产品柔性生产的同时保证焊锡的质量。因而，其集成设计过程中存在重要的关键点就是焊锡系统运动控制技术。本项目运动控制系统的设计，主要分为功能的设计以及结构的设计；在功能的设计上，主要是程序代码的编写，利用了处理器强大的逻辑算法能力执行运动。在结构的设计上，主要是完成运动控制系统的外围电路的硬件设计，包括了执行元件以及传动机构等等机械构件的设计。同时，设计的运动控制系统必须要能具备以下几个性能：
（1）自主性
本系统应该要具有智能化以及自动化的自适应性，并且对具体的情况能够做出数学运算和逻辑分析的判断，进行与之相对应的动作响应。此性能具有广泛的应用，比如在焊锡速度中的自动调整。
（2）实时性
即要求系统对外来的事件在规定时间必须做出相应的反应，并且这个规定时间的范围大小是由实际情况的需要决定的。在实际情况中，同一个系统在多数时间是需要处理很多个任务，对多个任务的控制和调度增加系统的复杂程度。因此，在本系统中嵌入式实时操作的系统的移植具有必要性。
（3）可扩展性
可扩展性要同时体现在硬件以及软件上面。硬件上的扩展包括了电路方面的扩展以及接口方面的扩展，软件上的扩展主要是代码程序方面上的添加和继承。
3总结与展望
3.1总结
本文基于PCB组装线集成机器人自动焊锡系统的功能要求和技术指标，分析了整体布局、加工工序、运动控制的性能要求，开发出高效、高精度、稳定性好的自动控制系统，能够满足PCB组装线自动焊锡的控制要求。该系统将有利于解决人工焊锡中所存在的产品质量一致性差、人力成本高、生产效率低等问题，并为针对类似于的自动化机器人焊锡设备的开发和焊接工艺的研究提供参考和指导。
3.2展望
本文通过对PCB组装生产线上集成机器人自动焊锡系统的设计和研究，取得了一定的成果，但由于各方面原因的局限性，本设计仍存在不足及有待改进的地方：
本系统的设计主要是用于PCB组装流水线上焊锡工作，集成水平多关节机器人运用只能控制四个方向运动自由度，忽视了空间运动路径的选择；该方式在情况复杂多变的焊锡工艺环境要求下，就会表现出操作动作繁琐，工作效率不高的缺点。针对上述，是否能提出方法，减轻用户为确定目标空间坐标的工作。
参考文献：
[1]六轴焊锡机器人运动控制器的设计[J]. 马永超,罗亮,刘知贵. 机械设计与制造. 2015(10)
[2]特种焊接机器人研制[J]. 薛龙,焦向东,蒋力培,张卫义. 制造业自动化. 2006(02)
论文作者:钟志斌
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/30
标签：焊锡论文; 机器人论文; 系统论文; 产品论文; 柔性论文; 手工论文; 夹具论文; 《电力设备》2018年第10期论文;