Giải pháp đo lường ngành linh kiện điện tử: Kết hợp máy đo hình ảnh 2D và CMM 3D

Những năm gần đây đi khảo sát rất nhiều xưởng sản xuất linh kiện điện tử ở Bắc Ninh, Bắc Giang, tôi thấy một tình huống rất phổ biến: xưởng đầu tư máy SMT, máy ép nhựa hàng tỷ đồng, dây chuyền sản xuất gần như tự động hoàn toàn, nhưng khâu kiểm tra chất lượng vẫn còn dậm chân ở kính lúp và thước cặp.

Nhiều quản đốc chất lượng than rằng, công nhân đo chân connector nhỏ li ti mỗi ngày mỏi cả mắt, kết quả mỗi người một vẻ, khách hàng Hàn Quốc, Nhật Bản luôn đòi báo cáo đo lường chi tiết mà không biết làm sao để đáp ứng. Thực ra ngành điện tử có những đặc thù riêng về kích thước siêu nhỏ, vật liệu dễ hỏng, sản lượng cực lớn, không phải dụng cụ thủ công nào cũng xử lý tốt được.

Bài viết hôm nay tôi sẽ chia sẻ giải pháp đo lường đã triển khai thành công cho rất nhiều xưởng linh kiện điện tử, kết hợp hai loại máy bổ trợ cho nhau, vừa nhanh vừa chính xác, đáp ứng cả yêu cầu sản xuất hàng loạt và yêu cầu báo cáo khách hàng.

1. Những khó khăn riêng khi đo lường linh kiện điện tử

Không giống ngành cơ khí vật liệu cứng, ngành điện tử có nhiều điểm đặc thù khiến đo lường dễ sai lệch và tốn nhiều thời gian:

• Kích thước siêu nhỏ: Chân connector, chân IC chỉ rộng 0.05-0.2mm, thước cặp không thể kẹp chính xác, kính lúp đọc số sai số rất lớn.
• Vật liệu mềm dễ biến dạng: Chân đèn đồng mỏng, vỏ nhựa mềm, FPC dẻo, dùng lực tiếp xúc nhẹ cũng làm biến dạng, kết quả đo sai hoàn toàn.
• Sản lượng cực lớn: Một dây chuyền mỗi ngày ra hàng chục nghìn sản phẩm, 2-3 công nhân QC cũng chỉ lấy mẫu rất ít, dễ bỏ sót lỗi hàng loạt.
• Yêu cầu báo cáo khắt khe: Khách hàng lớn luôn yêu cầu báo cáo đo lường đầy đủ theo tiêu chuẩn IATF 16949, ghi chép thủ công không đáp ứng được.
• Đời sản phẩm ngắn, thay mẫu thường xuyên: Linh kiện điện tử thay đổi mẫu rất nhanh, mỗi lần đổi sản phẩm phải lập lại quy trình kiểm tra, tốn nhiều thời gian.

Chính vì những đặc điểm này, chỉ dùng một loại máy đo thường không đáp ứng hết nhu cầu. Máy đo hình ảnh giải quyết tốt các kích thước phẳng, sản phẩm nhỏ mềm, còn máy CMM đảm bảo các kích thước 3 chiều và độ lệch vị trí lắp ráp.

2. Máy đo hình ảnh 2D: Công cụ chủ lực cho kiểm tra hàng ngày trên dây chuyền

Theo kinh nghiệm của tôi, khoảng 75% các yêu cầu kiểm tra thường xuyên của xưởng điện tử đều có thể giải quyết hoàn toàn bằng máy đo hình ảnh 2D. Đây là thiết bị tỷ lệ hiệu quả chi phí cao nhất cho ngành này.

2.1 Đo chân connector, chân cắm điện tử

Đây là ứng dụng phổ biến nhất. Các chân cắm đồng nhỏ li ti, khoảng cách giữa các chân chỉ vài phần mấy milimet, dùng máy đo hình ảnh phóng to hàng chục lần, chỉ cần một cú chụp là đo được tất cả kích thước: độ rộng chân, khoảng cách giữa các chân, độ thẳng hàng, độ lệch vị trí.

Hoàn toàn không tiếp xúc nên không làm cong chân đồng mềm, kết quả đo ổn định 100%. Trước đây công nhân đo một con connector mất 5 phút, bây giờ chỉ cần 10 giây là xong hết tất cả kích thước.

2.2 Đo tấm PCB, FPC dẻo

Các tấm mạch in cứng và mạch dẻo FPC rất dễ bị biến dạng nếu ép lực, hoàn toàn không thể đo bằng công cụ tiếp xúc. Máy đo hình ảnh chụp ảnh không chạm vào, đo chính xác vị trí lỗ, độ rộng đường dẫn, kích thước viền ngoài.

Đặc biệt với FPC mỏng chỉ 0.1mm, đặt lên bàn đá là đo ngay, không bị cong vênh ảnh hưởng kết quả như khi dùng thước cặp.

2.3 Đo vỏ nhựa, khung cách điện

Các vỏ nhựa cách điện, cột đỡ bên trong connector thường có nhiều lỗ nhỏ và vị trí cắm chân. Máy đo hình ảnh kiểm tra đường kính lỗ, vị trí tâm lỗ, độ lệch hàng loạt chỉ trong vài giây. Vật liệu nhựa mềm cũng không bị lõm biến dạng như khi đo bằng đầu đo tiếp xúc.

2.4 Kiểm tra hàng loạt trên dây chuyền

Với máy đo hình ảnh tự động, bạn chỉ cần đặt khay chứa hàng loạt sản phẩm lên bàn, chạy chương trình có sẵn là máy tự động đo lần lượt tất cả các chi tiết. Một công nhân có thể quản lý 2-3 máy, mỗi ngày kiểm tra được hàng nghìn sản phẩm, tốc độ nhanh gấp 8-10 lần đo thủ công.

3. Máy đo CMM 3D: Giải quyết các yêu cầu đo sâu và báo cáo khách hàng

Nếu máy đo hình ảnh xử lý tốt các kích thước phẳng trên dây chuyền, thì những yêu cầu kiểm tra sâu hơn về 3 chiều, báo cáo chính thức phải dùng đến máy đo tọa độ 3D. Thường đặt ở phòng đo lường trung tâm, dùng cho kiểm tra首件 và phân tích lỗi.

3.1 Kiểm tra độ sâu chân cắm và vị trí 3 chiều

Độ sâu lỗ cắm, chiều cao nhô ra của chân cắm, độ lệch vị trí theo chiều Z – đây là những kích thước máy đo 2D hoàn toàn không thể đo được. Máy CMM chạm nhẹ từng điểm, đo chính xác đến mức micromet, đảm bảo sản phẩm lắp vào khớp chính xác.

Nhiều lỗi không lắp khớp không phải sai kích thước phẳng, mà sai độ sâu chân cắm, chỉ có CMM mới phát hiện được.

3.2 Kiểm tra biên dạng vỏ nhựa và khối ép

Các vỏ nhựa ép có bề mặt cong phức tạp theo thiết kế 3D, máy CMM so sánh dữ liệu đo được với file CAD gốc, cho biết độ lệch ở từng vị trí cụ thể. Giúp kỹ sư điều chỉnh khuôn chính xác hơn, giảm số lần thử khuôn.

3.3 Kiểm tra độ chính xác của đồ gá và bệ kiểm tra

Đồ gá lắp ráp, bệ kiểm tra trên dây chuyền quyết định trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Nếu đồ gá sai vị trí thì tất cả sản phẩm làm ra đều sai. Định kỳ kiểm tra độ chính xác đồ gá bằng CMM giúp phát hiện sai lệch sớm, tránh sản xuất hàng loạt lỗi.

3.4 Xuất báo cáo đo lường cho khách hàng

Đây là lợi ích được rất nhiều khách hàng điện tử đánh giá cao nhất. Mỗi lô sản phẩm giao hàng đều kèm báo cáo đo lường chuẩn quốc tế từ CMM, khách hàng Nhật Hàn rất hài lòng. Nhiều đơn hàng lớn trước đây không dám nhận, bây giờ đã yên tâm tiếp nhận.

4. Kết hợp cả hai loại máy: Tối ưu cả tốc độ và chi phí

Theo kinh nghiệm triển khai cho hàng chục xưởng điện tử, sơ đồ kết hợp tối ưu và tiết kiệm chi phí nhất là:

• Máy đo hình ảnh 2D tự động: Đặt ngay cạnh dây chuyền sản xuất, làm nhiệm vụ kiểm tra thường xuyên, lấy mẫu hàng loạt các kích thước phẳng. Phát hiện nhanh các sai lệch cơ bản, ngăn chặn lỗi lan rộng ra toàn bộ lô.
• Máy đo CMM 3D: Đặt trong phòng đo lường, dùng cho kiểm tra首件 mỗi khi đổi mẫu, kiểm tra các kích thước 3D quan trọng, và xuất báo cáo chính thức khi giao hàng cho khách hàng.

Cách này có nhiều ưu điểm hơn là mua hai máy CMM:

• Chi phí đầu tư chỉ bằng khoảng 55-60% ngân sách mua hai máy CMM
• Tốc độ kiểm tra hàng loạt nhanh hơn rất nhiều, theo kịp nhị độ sản xuất lớn của ngành điện tử
• Đo sản phẩm mềm mỏng không làm hỏng hàng hóa
• Công nhân vận hành dễ đào tạo hơn, không phải ai cũng phải biết dùng CMM phức tạp

5. Kinh nghiệm thực tế đo linh kiện điện tử: làm đúng kết quả mới ổn định

Cùng một máy đo, người này đo chuẩn người kia đo sai, khác biệt nằm ở vài chi tiết nhỏ mà nhiều người bỏ qua:

1. Chọn độ phóng đại phù hợp, không phải càng to càng tốt. Đo chân nhỏ dùng độ phóng đại cao, đo toàn bộ vỏ nhựa dùng độ phóng đại thấp. Phóng đại quá cao trường nhìn quá nhỏ, không nhìn hết sản phẩm lại phải di chuyển nhiều lần, vừa chậm vừa tăng sai số.
2. Đèn điều chỉnh phù hợp với từng vật liệu. Chân đồng bóng dùng đèn trên dịu nhẹ, tránh phản quang làm sai biên; nhựa đen dùng đèn dưới bình thường; nhựa trong suốt phải dùng đèn khuếch tán.
3. Sản phẩm vừa ra lò không đo ngay. Nhựa vừa ép xong còn nóng, phải để nguội ổn định nhiệt độ ít nhất 30 phút rồi mới đo. Nhựa giãn nở vì nhiệt rất mạnh, nóng một chút là sai hàng chục micromet.
4. Đặt sản phẩm nhẹ nhàng, không ấn mạnh. FPC và vỏ nhựa mỏng rất dễ cong vênh, đặt lên bàn đá tự nhiên là được, đừng ấn ép làm biến dạng.
5. Đo CMM chọn đầu bi nhỏ, lực đo thấp nhất. Không dùng đầu bi to và lực đo lớn như đo kim loại. Lực đo lớn sẽ đè lõm bề mặt nhựa hay làm cong chân đồng, kết quả đo sai lệch.

6. Trường hợp thực tế: Xưởng connector điện tử ở Bắc Ninh

6.1 Tình trạng trước khi áp dụng giải pháp

Một xưởng chuyên sản xuất connector cho điện thoại di động ở khu công nghiệp Bắc Ninh, quy mô khoảng 120 nhân viên. Trước đây họ chỉ dùng kính lúp và thước cặp để kiểm tra chất lượng, gặp phải các vấn đề kéo dài nhiều năm:

• 3 công nhân QC mỗi ngày chỉ kiểm tra được 800-900 sản phẩm, phải lấy mẫu rất ít, lỗi thường chỉ phát hiện khi khách hàng trả hàng
• Tỷ lệ sản phẩm bị trả hàng về độ lệch chân cắm khoảng 3-4%, mỗi tháng thiệt hại hàng chục triệu
• Khách hàng Hàn Quốc yêu cầu báo cáo đo lường IATF 16949, họ không thể cung cấp, nhiều đơn hàng giá trị lớn bị tuột
• Đổi mẫu sản phẩm phải hướng dẫn lại cách đo cho công nhân, tốn 1-2 ngày mới ổn định

6.2 Giải pháp chúng tôi đề xuất

Đầu tư 1 máy đo hình ảnh 2D tự động đặt tại khu vực kiểm tra ngoài xưởng, dùng cho kiểm tra thường xuyên hàng loạt. Kết hợp 1 máy đo CMM kiểu cầu đã qua sử dụng thương hiệu cao cấp đặt trong phòng đo lường, dùng cho kiểm tra首件 và xuất báo cáo khách hàng.

Chọn máy CMM đã qua sử dụng vì cùng ngân sách có được máy chất lượng cao hơn rất nhiều, độ chính xác ổn định đáp ứng yêu cầu của khách hàng nước ngoài.

6.3 Kết quả sau 6 tháng vận hành

Giám đốc xưởng chia sẻ: "Trước nghĩ đầu tư máy đo là chi phí phụ, tính toán lại mới biết mỗi tháng tiết kiệm được tiền hàng trả lại và tăng được đơn hàng là thu hồi vốn rất nhanh".

7. Lời kết

Ngành linh kiện điện tử yêu cầu độ chính xác cao và sản lượng lớn, chỉ dựa vào kiểm tra thủ công sẽ ngày càng khó theo kịp yêu cầu thị trường. Kết hợp máy đo hình ảnh 2D và CMM 3D là giải pháp cân bằng giữa tốc độ, độ chính xác và chi phí, phù hợp với hầu hết các quy mô xưởng sản xuất.

Đối với các xưởng mới bắt đầu, bạn hoàn toàn có thể đầu tư máy đo hình ảnh trước, giải quyết 75% nhu cầu kiểm tra hàng ngày. Sau khi quy mô mở rộng và nhu cầu báo cáo khách hàng tăng lên mới đầu tư thêm máy CMM cũng không muộn.

Nếu xưởng điện tử của bạn đang gặp khó khăn trong khâu kiểm tra kích thước hay thường xuyên bị khách hàng phàn nàn về chất lượng, hãy liên hệ với chúng tôi. Chỉ cần một buổi khảo sát ngắn, chúng tôi sẽ giúp bạn tìm ra giải pháp phù hợp nhất với quy mô và ngân sách.