在高度自動(dòng)化的半導(dǎo)體后道封裝生產(chǎn)中，COB（Chip-On-Board）封裝工藝是關(guān)鍵一環(huán)。在線鐳雕機(jī)作為此流程中為產(chǎn)品進(jìn)行永久性標(biāo)識(shí)的核心設(shè)備，其雕刻的二維碼或字符是產(chǎn)品全生命周期追溯的基石。一旦發(fā)生錯(cuò)料、混料或誤雕，將導(dǎo)致整批產(chǎn)品的追溯信息失效，帶來(lái)巨大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和財(cái)務(wù)損失。因此，一套嚴(yán)謹(jǐn)、高效、自動(dòng)化的防呆與防混料檢測(cè)邏輯設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

一、設(shè)計(jì)目標(biāo)與核心理念

設(shè)計(jì)目標(biāo)：

1.零錯(cuò)誤：確保每一片在治具上的PCB板都雕刻上正確且唯一的標(biāo)識(shí)信息。

2.零混料：防止不同型號(hào)、不同批次的PCB板在生產(chǎn)線上混淆。

3.全追溯：所有操作、檢測(cè)結(jié)果、產(chǎn)品信息均被記錄，形成完整的數(shù)據(jù)鏈。

4.自動(dòng)化：最大程度減少人工干預(yù)，杜絕因人為主觀因素導(dǎo)致的失誤。

核心理念：采用“感知-決策-執(zhí)行-反饋”的閉環(huán)控制邏輯，通過多重校驗(yàn)機(jī)制，在錯(cuò)誤發(fā)生前進(jìn)行預(yù)防、攔截和報(bào)警。

二、系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵組件

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，系統(tǒng)需集成以下關(guān)鍵硬件與軟件：

1.上游信息源：MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）或上位機(jī)，提供當(dāng)前工單的產(chǎn)品型號(hào)、序列號(hào)范圍、二維碼數(shù)據(jù)規(guī)則等。

2.自動(dòng)識(shí)別單元：

一維碼/二維碼掃描器：用于掃描料盤或載具上的批次條碼。

RFID讀寫器：若使用智能RFID載具，可非接觸式讀取產(chǎn)品信息。

工業(yè)相機(jī)（視覺系統(tǒng)）：用于識(shí)別PCB板本身的Mark點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)）和預(yù)印刷的板號(hào)二維碼。

3.執(zhí)行單元：高精度COB鐳雕機(jī)本體。

4.控制核心：PLC（可編程邏輯控制器）或工業(yè)PC，作為邏輯判斷與調(diào)度的“大腦”。

5.人機(jī)交互界面：HMI（觸摸屏），用于顯示狀態(tài)、報(bào)警信息及人工操作。

6.分選與報(bào)警裝置：NG（不合格品）分流機(jī)構(gòu)、三色燈、蜂鳴器。

三、防呆與防混料自動(dòng)檢測(cè)邏輯流程

整個(gè)邏輯流程如同一場(chǎng)精密的“身份驗(yàn)證儀式”，PCB板需通過所有關(guān)卡才能完成鐳雕。

步驟一：生產(chǎn)準(zhǔn)備與信息綁定

操作員在HMI上選擇工單號(hào)，或通過掃描槍掃描工單條碼。

PLC向MES請(qǐng)求該工單的詳細(xì)信息，包括：產(chǎn)品型號(hào)、物料編碼、鐳雕內(nèi)容模板、序列號(hào)起始碼等。

防呆點(diǎn)1：系統(tǒng)校驗(yàn)工單狀態(tài)是否為“已釋放”且設(shè)備具備生產(chǎn)資質(zhì)，否則禁止啟動(dòng)。

步驟二：板料上料與首次身份認(rèn)證

PCB板通過自動(dòng)上料機(jī)或人工放入治具/載具。

視覺系統(tǒng)首次檢測(cè)：相機(jī)捕捉PCB板上的固有特征。

Mark點(diǎn)校驗(yàn)：確認(rèn)PCB板的朝向、位置是否正確。若找不到或位置偏差超限，則判定為“定位錯(cuò)誤”，設(shè)備暫停并報(bào)警。

板料二維碼識(shí)別（如有）：讀取板料自帶的唯一碼，發(fā)送至PLC。

防混料核心邏輯1-物料校驗(yàn)：PLC將讀取到的板料二維碼信息與MES工單中的物料編碼進(jìn)行比對(duì)。

匹配成功：進(jìn)入下一步。

匹配失敗/無(wú)法讀?。涸O(shè)備立即停止，HMI彈出醒目報(bào)警：“物料不匹配！”，三色燈亮紅燈，NG機(jī)構(gòu)將該板料移至廢料區(qū)。此步驟從根本上杜絕了不同型號(hào)板料的混入。

步驟三：動(dòng)態(tài)鐳雕內(nèi)容生成與二次校驗(yàn)

對(duì)于認(rèn)證通過的PCB板，PLC根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則生成一個(gè)唯一的序列號(hào)和對(duì)應(yīng)的二維碼數(shù)據(jù)。

防呆點(diǎn)2-序列號(hào)校驗(yàn)：系統(tǒng)會(huì)檢查該序列號(hào)是否在MES授權(quán)的范圍內(nèi)，且未被使用過，防止重碼、跳碼。

PLC將最終確定的鐳雕內(nèi)容（含序列號(hào)、型號(hào)、批次等）發(fā)送給鐳雕機(jī)。

步驟四：鐳雕前最終確認(rèn)

鐳雕頭移動(dòng)到預(yù)定位置。

視覺系統(tǒng)二次檢測(cè)（可選，極高安全等級(jí)）：在鐳雕前瞬間，視覺系統(tǒng)再次確認(rèn)板料位置和身份，確保在移動(dòng)過程中沒有發(fā)生意外偏移或替換。

步驟五：執(zhí)行鐳雕與結(jié)果驗(yàn)證

鐳雕機(jī)在PCB板指定位置進(jìn)行雕刻。

防呆核心邏輯-鐳雕后讀碼驗(yàn)證：

雕刻完成后，視覺系統(tǒng)立即移動(dòng)到雕刻位置，對(duì)剛剛生成的二維碼進(jìn)行讀取和解析。

驗(yàn)證內(nèi)容：

1.可讀性：二維碼精度、對(duì)比度是否達(dá)標(biāo)（符合ISO標(biāo)準(zhǔn)）。

2.正確性：解析出的數(shù)據(jù)內(nèi)容是否與PLC下發(fā)的數(shù)據(jù)完全一致。

結(jié)果處理：

OK（成功）：PLC記錄“該序列號(hào)產(chǎn)品鐳雕成功”，并反饋給MES。產(chǎn)品流入下一工序。

NG（失?。涸O(shè)備報(bào)警，HMI顯示“鐳雕質(zhì)量不合格”或“內(nèi)容錯(cuò)誤”。NG機(jī)構(gòu)將該產(chǎn)品分離。同時(shí)，該序列號(hào)將被系統(tǒng)標(biāo)記為“已使用但無(wú)效”，并在MES中記錄此異常事件，便于后續(xù)分析（是軟件問題、光學(xué)問題還是材料問題）。

步驟六：數(shù)據(jù)上傳與閉環(huán)

每一個(gè)成功產(chǎn)品的信息（板料條碼、鐳雕序列號(hào)、時(shí)間戳、設(shè)備號(hào)、操作員等）都被實(shí)時(shí)上傳至MES數(shù)據(jù)庫(kù)，完成信息綁定，實(shí)現(xiàn)全流程追溯。

四、總結(jié)

COB在線鐳雕機(jī)的防呆防混料自動(dòng)檢測(cè)邏輯，是一個(gè)集成了自動(dòng)化控制、機(jī)器視覺、信息技術(shù)和精密機(jī)械的綜合性系統(tǒng)。通過“物料身份認(rèn)證（防混料）”、“動(dòng)態(tài)信息校驗(yàn)（防錯(cuò)碼）”和“雕刻結(jié)果驗(yàn)證（防壞碼）”這三重核心防火墻，構(gòu)建了一個(gè)幾乎無(wú)懈可擊的質(zhì)量防護(hù)體系。它不僅極大地提升了生產(chǎn)的直通率（FPY）和可靠性，更為智能制造和大數(shù)據(jù)追溯提供了準(zhǔn)確無(wú)誤的數(shù)據(jù)源頭，是現(xiàn)代化高精度制造中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。

五、相關(guān)問題與解答（Q&A）

Q1:如果視覺系統(tǒng)識(shí)別板料二維碼失敗，系統(tǒng)該如何處理？

A1:系統(tǒng)會(huì)立即暫停工作，并在HMI上發(fā)出明確的報(bào)警信息，如“無(wú)法讀取板料條碼”。同時(shí)，三色燈轉(zhuǎn)為紅燈閃爍。設(shè)備會(huì)等待操作員介入。操作員可以嘗試手動(dòng)清理?xiàng)l碼區(qū)域或重新放置板料后，觸發(fā)重試。若多次重試仍失敗，操作員可通過HMI手動(dòng)輸入板料條碼（需二級(jí)權(quán)限），或直接將該板料判定為NG料處理。所有失敗記錄均會(huì)上報(bào)MES。

Q2:這套系統(tǒng)如何與工廠的MES系統(tǒng)進(jìn)行集成？

A2:集成主要通過標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)，如TCP/IP、OPCUA或RestfulAPI。具體流程為：鐳雕機(jī)PLC作為客戶端，向MES服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求。生產(chǎn)開始時(shí)，PLC發(fā)送工單號(hào)至MES，MES返回對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品參數(shù)和授權(quán)序列號(hào)段。生產(chǎn)過程中，PLC實(shí)時(shí)將每個(gè)產(chǎn)品的成功/失敗狀態(tài)、綁定數(shù)據(jù)上傳至MES。MES則負(fù)責(zé)全局的數(shù)據(jù)管理、物料追蹤和報(bào)表生成。

Q3:如何防止因軟件bug或網(wǎng)絡(luò)異常導(dǎo)致的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤？

A3:系統(tǒng)設(shè)計(jì)有多重冗余和容錯(cuò)機(jī)制：

數(shù)據(jù)緩存：PLC或本地工控機(jī)可緩存一定數(shù)量的授權(quán)序列號(hào)。即使與MES網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)中斷，設(shè)備仍能繼續(xù)生產(chǎn)一段時(shí)間，并在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后同步數(shù)據(jù)。

邏輯自檢：系統(tǒng)在啟動(dòng)和換班時(shí)會(huì)進(jìn)行自檢，包括檢查與MES的連通性、視覺相機(jī)的焦距和亮度等。

異常隔離：一旦檢測(cè)到任何環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)異常（如下發(fā)內(nèi)容為空、格式錯(cuò)誤），系統(tǒng)會(huì)立即進(jìn)入安全狀態(tài)（停機(jī)報(bào)警），而不是繼續(xù)執(zhí)行，遵循“故障安全”原則。

Q4:在高節(jié)拍的生產(chǎn)線上，增加這么多檢測(cè)步驟會(huì)影響效率嗎？

A4:會(huì)有微小影響，但通過優(yōu)化可以降到最低。首先，視覺處理和邏輯判斷均在毫秒級(jí)別完成，遠(yuǎn)快于機(jī)械動(dòng)作時(shí)間。其次，可以采用“并行處理”和“飛拍”技術(shù)。例如，當(dāng)機(jī)械手正在取放料時(shí)，視覺系統(tǒng)已經(jīng)在對(duì)下一個(gè)工位的產(chǎn)品進(jìn)行識(shí)別；或者在鐳雕頭移動(dòng)的過程中，相機(jī)就完成對(duì)板的預(yù)掃描。通過精密的時(shí)序控制，可以將檢測(cè)時(shí)間“隱藏”在必要的機(jī)械等待時(shí)間內(nèi)，從而保證整體生產(chǎn)效率。

Q5:如何評(píng)估和優(yōu)化該檢測(cè)系統(tǒng)的誤判率？

A5:誤判率（FalseRejection）是衡量系統(tǒng)友好性的關(guān)鍵指標(biāo)。優(yōu)化方法包括：

1.數(shù)據(jù)收集：長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)所有NG報(bào)警的記錄，并分類（如：真不良、視覺誤判、物料臟污等）。

2.參數(shù)優(yōu)化：基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，持續(xù)調(diào)整視覺系統(tǒng)的檢測(cè)參數(shù)，如打光亮度、對(duì)比度閾值、匹配分?jǐn)?shù)等，在保證不漏檢的前提下，降低對(duì)微小差異的敏感度。

3.AI學(xué)習(xí)：引入基于深度學(xué)習(xí)的視覺算法，通過對(duì)大量OK/NG樣本的學(xué)習(xí)，使其能更智能地區(qū)分真正的缺陷與可接受的工藝波動(dòng)。

4.定期維護(hù)與校準(zhǔn)：建立定期的設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，清潔鏡頭、校準(zhǔn)相機(jī)和鐳雕頭的坐標(biāo)，確保系統(tǒng)始終處于最佳工作狀態(tài)。