摘要：随着电子数码产品的智能化、数字化、平价化潮流的快速兴起，更新迭代层出不穷，产量也呈现指数式增长，带动PCB行业迎来蓬勃发展的春天。提及PCB行业，就不得不提PCB钻孔，它是PCB行业最基础却又至关重要的工艺，也是电流汇集的节点，集成电路的枢纽。PCB钻孔数字化生产管理的实现，势必会大大提高PCB钻孔的自动化水平，使用AGV+ROBOT模组代替人工作业，必将大大降低人工劳动强度。加速走向自动化生产的快车道，迅速实现PCB钻孔车间数字化生产管理。
关键词：PCB;钻孔;AGV;ROBOT;车队交通管制系统；数字化生产管理
前言
从我进入电气自动化行业以来，认识的PCB钻孔行业一直都是人工密集工位，叠板，上下料，更换钻咀盒等均是人工操作，尤其是PCB叠板工位，以人工操作更甚。每个工装都需要操作人员一层层的堆叠，摆放整齐，使用定位针定位精确，还有的使用胶纸固定，工装上料时仍然要人工一块块工装放到钻孔平台各工位上，甚者还需要人工使用锤子敲打定位柱使工装定位紧固，以避免钻孔过程中工装松动导致断针故障或覆铜板报废。
一、PCB叠板工装自动化结构设计
为了彻底改变现状，解放人工操作，实现PCB钻孔的自动化生产，设计了自动化叠板工装，它是带定位的电木治具，四角有四个定位孔，中间定位覆铜板，它的两条长边顶面带四个压条机构，叠板前打开压条，叠板后手动触发压条机构压紧覆铜板和铝箔纸，底面有两个胀钉孔，两个短边上有两组定位孔，用于ROBOT夹取PCB工装，而且也是ROBOT夹取工装电木治具的胀钉孔。至此，PCB钻孔自动化向前迈出了第一步。
二、钻孔机的自动化结构改造
为了匹配PCB叠板工装自动化，须对钻孔机进行自动化结构改造，首先需在钻孔机平台上打孔安装PCB叠板工装电木治具的定位机构，其次还需要安装两个垂直气缸用于触发胀钉机构锁住电木治具，把电木治具牢牢固定在钻孔机平台上。
三、ROBOT执行终端设计–夹取PCB叠板工装
结合PCB叠板工装自动化结构设计和钻孔机自动化结构改造，选择ABB或KUKA六轴机器人作为PCB叠板工装搬运的主力军，根据ROBOT的TCP结构图设计夹取PCB叠板工装的执行终端，ROBOT执行终端设计成T字型结构且上面安装四个夹持气缸，夹取工装时通过气缸打开胀钉机构撑紧工装。为了确保ROBOT取放工装的精准度，在ROBOT J3上安装CCD视觉系统，此系统作用一是在夹取PCB叠板工装前对工装拍照获取补偿值，自动纠偏准确夹取工装，作用二是在放PCB叠板工装前对钻孔机对位点拍照获取补偿值，自动纠偏准确放工装到钻孔机上，放置到位后ROBOT夹持气缸关闭，胀钉机构释放，待工装放到位并移动到安全位置后，触发信号使钻孔机上的胀钉机构动作锁住工装电木治具，固定在钻孔机平台上，然后启动钻孔机自动工作。
四、固定式ROBOT搬运仿真测试稳定性
前三步自动化完成后，先把搬运ROBOT固定在专用底座上，左边放置PCB叠板工装货架，右边放置空货架，编写ROBOT控制程序，调试好运动轨迹，使ROBOT重复从左边货架上夹取PCB叠板工装放置到钻孔机平台上，放置完成打开气缸触发胀钉机构锁住工装电木治具，然后触发钻孔机开始工作，钻孔完成后平台退出到待机位，关闭气缸释放胀钉机构并发送完成信号给ROBOT，ROBOT夹取钻孔好的工装移动到右边空货架上放置OK，ROBOT再次运动到左边重复夹取工装。经过重复取放动作、ROBOT自动放置工装启动钻孔机的循环操作和生产出的产品品质，综合评估测试出工装和夹具自动化结构设计的稳定性，从而在仿真测试中提早发现并记录问题，提出解决方案并改进完善，为后续整个车间实现数字化生产提供可靠保障。
五、3AGV+ROBOT单模组数字化生产
固定式ROBOT搬运测试稳定性通过，发现的问题及时解决完成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆下一步把固定式ROBOT拆下来安装在AGV上，组合成一套可移动的ROBOT，称它为搬运AGV+ROBOT，另外左边工装上料货架配置一台AGV，用于工装上料的移栽，称它为上料移栽AGV;右边工装下料货架也配置一台AGV，用于工装下料的移栽，称它为下料移栽AGV。由3台AGV和1台ROBOT的单模组配置完成，称此为3AGV+ROBOT单模组。它们相互配合，协调运动，先依靠AGV运动到目标位置做粗定位，然后通过CCD拍照纠偏达到精确定位的目的。各个工位自动上下料顺序完成，实现钻孔机多工位上下料的自动化控制，初期评估1个3AGV+ROBOT单模组可以满足8台钻孔机的自动上下料任务。至此，3AGV+ROBOT单模组数字化生产初战告捷。
六、ROBOT执行终端设计–夹取钻咀盒
为了全面实现自动化，设计夹取钻咀盒机构，它的结构设计类似于夹取PCB叠板工装，只是在执行终端处两端各安装夹取机构，一套用于取出旧钻咀盒，另一套用于放入新钻咀盒，左边是AGV移栽新钻咀盒上料货架，右边是AGV移栽旧钻咀盒下料货架，仍然是3AGV+ROBOT单模组自动化生产，这样设计大大缩短了更换钻咀盒的时间，提高了更换效率。
七、充电桩设计
所有的AGV均有自动充电功能，当检测到电池剩余电量不足10%时，AGV会完成当前任务后自动去最近的充电桩充电。因此，通过在工作区域内安装充电桩，可以使AGV充电更加方便，提高系统运行效率。AGV的电池管理系统将电力信息发送到控制器，控制器获取信息后将信息发送到交通管制系统。
八、AGV车队交通管制系统
所有的AGV均使用激光扫描，将信息提供给AGV导航控制器，使用自由导航技术来工作，无需铺设磁条和二维码。地图或布局图一次示教给AGV后，可以拷贝给其它AGV使用。导航到目的地的行走路线会有很多条，交通管制系统会监控行走情况，会给每辆AGV制定最佳的行走路线。
交通管制系统的功能是给出移动指令和管理每个区域的交通，高效的指挥每辆AGV移动到各自的目标地。另外，交通管制系统集成有服务器，可以与工厂上层系统交互，接受生产指令信息。
九、PCB钻孔车间数字化生产管理的实现
通过MES、CAPP（钻孔机上位机系统）、WMS（物料调度管理）系统和AGV车队交通管制系统的通讯连接、数据交互、协同作用，PCB钻孔车间所有的设备根据生产订单要求，高效有序地控制PCB钻孔自动化生产。车间所有AGV均为多任务运行，按照系统需求分配任务，及时响应生产订单，实现柔性化生产。
十、结论
通过以上自动化结构设计的环环相扣，紧密配合，结合逐步仿真测试，以及实际验证和改善方案的研究，得出以下结论：
（1）通道两侧为各四台钻孔机，两列钻孔机对向排列，通道间的最小距离需大于1.8米，通道转弯半径大于1米，机台与参观通道间距大于2米
（2）AGV在计算中，考虑使用笔直的行走路径，最大移动距离为50米，最多使用8台钻孔机
（3）为了保证钻孔作业的精度和稳定性，在钻孔机平台上增加气缸控制胀钉机构，锁住电木治具，夹持力应不小于660N
（4）钻孔机改造时在钻孔各工位增加一个真空吸尘装置，收集生产中的粉尘，保证钻孔平台干净整洁，提高钻孔产品的质量
（5）AGV负载应不小于240Kg，最高运行速度70m/min
（6）ROBOT必须为六轴机器人，负载应不小于10Kg，重复定位精度+/-0.01mm
（7）搬运AGV+ROBOT只有在AGV静止状态下进行工作。因此，AGV运动和ROBOT工作必须是互锁的
（8）AGV和ROBOT为模块化设计，最小单模组为3AGV+ROBOT，根据车间钻孔机数量和生产效率增加AGV和ROBOT的数量
论文作者:谷元元
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：钻孔机论文; 工装论文; 钻孔论文; 电木论文; 模组论文; 机构论文; 气缸论文; 《电力设备》2019年第6期论文;