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摘要：随着科技的发展、当今工业时代PJ向工业4.0迈讲，高集成化，高智能化己成为当今工业发展的首要目标。在PCB板生产过程中，PCB终检是生产线的最后一步，也是最重要的一步，终检是否合格合理，将直接影响到产品的质量，传统的FQC工作采用人工目测的方法来实现对PCB线路板的电气检测，尺寸及表面检测，这种方法不仅占用大量的劳动力，而且效率低，准确度不高，人力投入大。因此，我们以“人机协作”为中心思想，设计出一条基于PCB裸板最终检测的生产线。
本次设计的FQC生产线，包括了电气检测，尺寸检测与表面检查，外形加工，PCB叠装四道工序，共由5台工M5-900机器人，3名工作人员完成生产工作。通过对生产线工序的设计，并与传统PCB板终检进行对比，本生产线可以大量的减少劳动力，极大的节约生产成本，经分析预测，应用本生产线每月可获得45.2991万元的收益，生产效率为8640块/天，约为传统人工检测效率的2.7倍。同时，本生产线还设有人机交互安全功能，保证工作人员在与机器人交接过程中可以安全的完成工作。我们还根据本生产线的现状提出了以机器人电气检测代替飞针测试仪的改进方案，提高了生产线的自动化水平。由于本生产线相较于传统FQC加入了5台工M5-900机器人，工作效率高，减少了人力投资，但是增加了设备投资，需要具有一定的生产规模才能回本，因此本生产线适合用于中、大规模的PCB板生产的FQC环节。
关键词：人机协作;PCB最终检测;机器视觉;图像处理;人机安全交互
1.PCB终检的基本现状
随着科技的发展和进步，越来越多的科技产品投入到工业，农业甚至生活当中，在这些科技产品的背后注定会有一块驱动其工作的电路板，这就是目前市场上所见到的PCB线路板，针对于PCB线路板的生产，牵扯到了一个很重要的问题-PCB板最终检测（简称“FQC”）。针对这一问题，目前生产PcB板的厂家主要采用的方法是人工检测，采用目测或手持式仪器对其进行外观及内部电路的检查。终检的步骤主要有电气测试、尺寸检测、表面检测等步骤。
PCB线路板的电气测试（俗称“电测”）是指采用各种电性能测试设备，用于回路（线路）的“通”、“断”（或“开”、“短”路）测试、导体电阻（导体/导通孔/内层连接）测量、绝缘电阻（回路与回路、层与层之问等）测试、耐电流性（导线、导通孔或镀通孔）测试和耐电压性（表面层、层与层之间）的测试。如今100%的电气测试几乎是所有客户要求的进货规格，因此电气测试是PCB板FQC的重要一环。
常用的电测方法，根据生产规模的大小，可分为专用型测试、泛用型测试、飞针测试。以适用于中小批量生产的飞针测试为例（如下图2.1），其最大的优点是不需要昂贵的治具，原理是两根探针做X、Y、Z的运动，对其PCB板进行电气测试，类似于万用表的检测方法，在目前的生产过程中，飞针测试成本较低，且应用广泛，所以生产线选择飞针测试为电气测试环节的主要方法。
2.人员安排
本生产线共设置3个人工工作岗位，共需工作人员4名。具体工作人员任务分配如表所示。
本生产线采用工形多段式结构，共设置主传送通道一条，残次品传送通道两条，
4.确定生产节拍
生产线节拍是指在一定时问长度内，总有效生产时间与客户需求数量的比值，是客户需求一件产品的市场必要时间，其计算公式如下：
其中工为生产节拍，工a为每天可用工作时间，即除去休息时间和预期停下时问后的总工作时问，工d为客户需求量。
以生产本生产线采用国际规定工作制，即每天8小时的工作时长，每天中午休息20分钟，设生产线最大日产量作为客户需求量，工d为4.5KPCs，根据式11可求得本条生产线的最快生产节拍为15.13秒/Pc：s.
5.生产线工艺流程设计方案
5.1第一道工序
本生产线是继PCB线路板外层印刷完成后进行的，当PCB板外层印刷完成后，将进入飞针测试仪进行电气测试，其中飞针测试仪由测试针床与计算机构成，PCB板在针床进行检测时，若检测到短路、断路等电气问题，通过计算机将检测不合格的原因和PCB板生产序号等信息传递给工M5-900机器人，此时机器人将电气测试完成的残次品，通过机器视觉识别，先对次品PCB板进行标签标记其不合格原因，再抓取至残次品传输通道1。若检测合格，则抓取进入主传送通道。
5.2第二道工序
经过电气检测并检测合格的PCB板进入主传送通道，先经过两个垂直方向的采样摄像机，对其进行图像采样，将图片信息传递给工M5-900，机器人通过采样图片与标准图片的对比，进行图像处理后，判断PCB板的尺寸以及表面印刷等指标是否符合要求，若检测不合格，通过机器视觉识别，先对次品PCB板进行标签标记其不合格原因，再抓取至殘次品传输通道2。若检测合格，则继续下一道工序。
5.3第三道工序
PCB板经过电气测试，尺寸检测，表面检查等均合格后，即证明PcB绒路板符合产品要求，接下来要根据客户所要求的板型，进行外形的裁切加工。当PCB板到达识别位置1时，传送带停止，由工M5-900机器人识别PCB板并抓取至人工裁切工：作台后，传送带恢复运行，由工作人员进行外形加工，加工完成后，工作人员将PCB板放人工作台上的识别位置2，其中工作台1是为主要工作台，工作台2为辅助工作台，只有当工作台1正在工作时，工作台2才开始工作。
5.4第四道工序
当PCB线路板在裁切工作台上加工完成后，由工作人员放至工作台上的识别位置2，此时工M5-900通过机器视觉识别将加工完成的PCB板成品抓取至PCB叠装架，并放置整齐，PCB叠装是按照在叠装架上“从上到下，从左到右”的原则进行排列叠装的，当一个叠装架装满时，将触发信号，提示工作人员处理，准备后续的产品包装。
5.5传统人工检测效率分析
传统飞针检测大概为50s/块PCB，然后由人工将板材运送分配给检测员人工检查，按照人工检测的方法，人工终检PcB板弯曲度等缺陷的效率大概为30s/块，按每位工人每天工作lOh计算，每位工人每天可检测1200块/天，终检完成后，人工真空包装的效率约为lOs/件，每位工人按每天工作lOh计算，每位工人每天工作包装为3600件/天，考虑到工人工作效率与工作时问成反比的曲线关系，实际每位工人每天可检测1100块/天，真空包装为3200块/天，可见，人工终检大大降低了PCB板的生产效率。
（作者单位：山东科技大学）
本次设计的FQC生产线，包括了电气检测，尺寸检测与表面检查，外形加工，PCB叠装四道工序，共由5台工M5-900机器人，3名工作人员完成生产工作。通过对生产线工序的设计，并与传统PCB板终检进行对比，本生产线可以大量的减少劳动力，极大的节约生产成本，经分析预测，应用本生产线每月可获得45.2991万元的收益，生产效率为8640块/天，约为传统人工检测效率的2.7倍。同时，本生产线还设有人机交互安全功能，保证工作人员在与机器人交接过程中可以安全的完成工作。我们还根据本生产线的现状提出了以机器人电气检测代替飞针测试仪的改进方案，提高了生产线的自动化水平。由于本生产线相较于传统FQC加入了5台工M5-900机器人，工作效率高，减少了人力投资，但是增加了设备投资，需要具有一定的生产规模才能回本，因此本生产线适合用于中、大规模的PCB板生产的FQC环节。
关键词：人机协作;PCB最终检测;机器视觉;图像处理;人机安全交互
1.PCB终检的基本现状
随着科技的发展和进步，越来越多的科技产品投入到工业，农业甚至生活当中，在这些科技产品的背后注定会有一块驱动其工作的电路板，这就是目前市场上所见到的PCB线路板，针对于PCB线路板的生产，牵扯到了一个很重要的问题-PCB板最终检测（简称“FQC”）。针对这一问题，目前生产PcB板的厂家主要采用的方法是人工检测，采用目测或手持式仪器对其进行外观及内部电路的检查。终检的步骤主要有电气测试、尺寸检测、表面检测等步骤。
PCB线路板的电气测试（俗称“电测”）是指采用各种电性能测试设备，用于回路（线路）的“通”、“断”（或“开”、“短”路）测试、导体电阻（导体/导通孔/内层连接）测量、绝缘电阻（回路与回路、层与层之问等）测试、耐电流性（导线、导通孔或镀通孔）测试和耐电压性（表面层、层与层之间）的测试。如今100%的电气测试几乎是所有客户要求的进货规格，因此电气测试是PCB板FQC的重要一环。
常用的电测方法，根据生产规模的大小，可分为专用型测试、泛用型测试、飞针测试。以适用于中小批量生产的飞针测试为例（如下图2.1），其最大的优点是不需要昂贵的治具，原理是两根探针做X、Y、Z的运动，对其PCB板进行电气测试，类似于万用表的检测方法，在目前的生产过程中，飞针测试成本较低，且应用广泛，所以生产线选择飞针测试为电气测试环节的主要方法。
2.人员安排
本生产线共设置3个人工工作岗位，共需工作人员4名。具体工作人员任务分配如表所示。
本生产线采用工形多段式结构，共设置主传送通道一条，残次品传送通道两条，
4.确定生产节拍
生产线节拍是指在一定时问长度内，总有效生产时间与客户需求数量的比值，是客户需求一件产品的市场必要时间，其计算公式如下：
其中工为生产节拍，工a为每天可用工作时间，即除去休息时间和预期停下时问后的总工作时问，工d为客户需求量。
以生产本生产线采用国际规定工作制，即每天8小时的工作时长，每天中午休息20分钟，设生产线最大日产量作为客户需求量，工d为4.5KPCs，根据式11可求得本条生产线的最快生产节拍为15.13秒/Pc：s.
5.生产线工艺流程设计方案
5.1第一道工序
本生产线是继PCB线路板外层印刷完成后进行的，当PCB板外层印刷完成后，将进入飞针测试仪进行电气测试，其中飞针测试仪由测试针床与计算机构成，PCB板在针床进行检测时，若检测到短路、断路等电气问题，通过计算机将检测不合格的原因和PCB板生产序号等信息传递给工M5-900机器人，此时机器人将电气测试完成的残次品，通过机器视觉识别，先对次品PCB板进行标签标记其不合格原因，再抓取至残次品传输通道1。若检测合格，则抓取进入主传送通道。
5.2第二道工序
经过电气检测并检测合格的PCB板进入主传送通道，先经过两个垂直方向的采样摄像机，对其进行图像采样，将图片信息传递给工M5-900，机器人通过采样图片与标准图片的对比，进行图像处理后，判断PCB板的尺寸以及表面印刷等指标是否符合要求，若检测不合格，通过机器视觉识别，先对次品PCB板进行标签标记其不合格原因，再抓取至殘次品传输通道2。若检测合格，则继续下一道工序。
5.3第三道工序
PCB板经过电气测试，尺寸检测，表面检查等均合格后，即证明PcB绒路板符合产品要求，接下来要根据客户所要求的板型，进行外形的裁切加工。当PCB板到达识别位置1时，传送带停止，由工M5-900机器人识别PCB板并抓取至人工裁切工：作台后，传送带恢复运行，由工作人员进行外形加工，加工完成后，工作人员将PCB板放人工作台上的识别位置2，其中工作台1是为主要工作台，工作台2为辅助工作台，只有当工作台1正在工作时，工作台2才开始工作。
5.4第四道工序
当PCB线路板在裁切工作台上加工完成后，由工作人员放至工作台上的识别位置2，此时工M5-900通过机器视觉识别将加工完成的PCB板成品抓取至PCB叠装架，并放置整齐，PCB叠装是按照在叠装架上“从上到下，从左到右”的原则进行排列叠装的，当一个叠装架装满时，将触发信号，提示工作人员处理，准备后续的产品包装。
5.5传统人工检测效率分析
传统飞针检测大概为50s/块PCB，然后由人工将板材运送分配给检测员人工检查，按照人工检测的方法，人工终检PcB板弯曲度等缺陷的效率大概为30s/块，按每位工人每天工作lOh计算，每位工人每天可检测1200块/天，终检完成后，人工真空包装的效率约为lOs/件，每位工人按每天工作lOh计算，每位工人每天工作包装为3600件/天，考虑到工人工作效率与工作时问成反比的曲线关系，实际每位工人每天可检测1100块/天，真空包装为3200块/天，可见，人工终检大大降低了PCB板的生产效率。
（作者单位：山东科技大学）