自動光學檢查定義

運用高速高精度視覺處理技術自動檢測PCB板上各種不同帖裝錯誤及焊接缺陷。PCB板的范圍可從細間距高密度板到低密度大尺寸板，并可提供在線檢測方案，以提高生產效率,及焊接質量。

通過使用AOI作為減少缺陷的工具，在裝配工藝過程的早期查找和消除錯誤以實現良好的過程控制。早期發(fā)現缺陷將避免將壞板送到隨后的裝配階段，AOI將減少修理成本將避免報廢不可修理的電路板。

自動光學檢查(AOI, Automated Optical Inspection) 為工業(yè)自動化有效的檢測方法，使用機器視覺做為檢測標準技術，大量應用于LCD/TFT、晶體管與PCB工業(yè)制程上，在民生用途則可延伸至保全系統(tǒng)。自動光學檢查是工業(yè)制程中常見的代表性手法，利用光學方式取得成品的表面狀態(tài)，以影像處理來檢出異物或圖案異常等瑕疵，因為是非接觸式檢查，所以可在中間工程檢查半成品。

AOI是最近才興起的一種新型測試技術，但發(fā)展迅速，很多廠家都推出了AOI測試設備。以SMT檢測為例，當自動檢測時，機器通過攝像頭自動掃描PCB，采集圖像，測試的焊點與數據庫中的合格的參數進行比較，經過圖像處理，檢查出PCB上缺陷，并通過顯示器或自動標志把缺陷顯示/標示出來，供維修人員修整。

PCB的檢測最早采用人工目測方式, 隨著高密度電路布線和高產量的要求, 人工目測方式不能滿足可靠性的要求, 重復、單調、嚴格的檢測任務的最好解決方案是采用自動檢測系統(tǒng)。而 AOI 可滿足在生產線上對 PCB 全面檢測。 AOI 系統(tǒng)能夠檢測下面錯誤: 元件漏貼、鉭電容的極性錯誤、焊腳定位錯誤或者偏斜、引腳彎曲或折起、焊料過量或者不足、焊點橋接或者虛焊等。 AOI 不僅能檢查人工目測無法查出的缺陷外,AOI 可檢測到在線測試中針床無法接觸到的元器件和焊接點, 提高缺陷覆蓋率。 AOI 還能把生產過程中各工序的工作質量以及出現缺陷的類型等情況收集, 反饋回來, 供工藝控制人員分析和管理, 降低 PCB 廢品率。

在對物體的檢測過程中, 光源起著決定性的作用。常見光源有: 白熾燈、鹵鎢燈、氣體放電燈、鈉燈、金屬鹵化物燈、氙燈、脈沖燈、 LED 光源, 激光等。

從性價比來考慮, 白熾燈光源 AOI 是一般企業(yè)較佳選擇, 如果參數編輯恰當, 假缺陷誤報會大幅度降度, 漏檢率也很低。選用高亮度 LED 作為光源有以下優(yōu)點: 光的單色性好, 便于提高測量精度, 安裝空間較小, 可以根據對照明光強的實際需要方便地增加和減少 LED 數目。至于冷光源, 是一種近段時間發(fā)展起來的新型照明光源, 用光導纖維傳光束( 簡稱光纜) 將其發(fā)出的光束傳至照明的地方。它的輸出的可見光具有基本上無熱量、高強度、無陰影、無震動、多級可調光等優(yōu)點。激光 (Laser) 光源是當前的 AXI 檢測系統(tǒng)采用的光源, 利用激光光源可以檢測出 BGA封裝的內部缺陷。

比較當前一些著名 AOI 生產廠家對鏡頭的選擇。Omron, MVP 和 Agilent 的 AOI 都采用了單一鏡頭。其中,Omron 鏡頭攝像采用了 CHS ( Color Highlight System ) 專利技術; MVP 的公司 AOI 采用的是高靈敏度和性能的鏡頭; 安捷倫 SJ50 采用 SSM 技術的單一高解析度鏡頭; 而 Teradyne 的 AOI 通常有 5 個攝像頭, 四個傾斜的和一個垂直的, 由于其 AOI 在同一位置掃描5 次, 因此極大的提高了測試的覆蓋率; CyberOptics 的AOI 采用一組或兩組鏡頭, 可以多達 9 個到 18 個。

AOI 被放在 SMT PCB 生產線上的四個不同生產步驟后的應用。 (1) 錫膏印刷之后, 主要檢查焊膏印刷的情況; (2) 片式元件貼放之后, 以檢查貼片的正確與否, 可以較早地發(fā)現錯誤, 減少成本; (3) 芯片貼放之后, 檢測系統(tǒng)能夠檢查 PCB 上缺失、偏移、歪斜的芯片及芯片極性的錯誤; (4) 回流焊接之后, 在生產線的末端?？梢詸z測系統(tǒng)可以檢查出元件的缺失, 偏移和歪斜及元件極性缺陷。AOI 四個檢測位置中, 錫膏印刷之后、 ( 片式 ) 器件貼放之后和元件貼放之后的檢測目的在于預防問題,在這幾個位置檢測, 能夠阻止缺陷的產生; 在回流焊接之后的檢測, 則目的在于發(fā)現問題。預防問題 AOI放置在爐前, 發(fā)現問題 AOI 放置在爐后。當前來說, 爐前的 AOI 比爐后的 AOI 重要, 但爐后的檢查特別是焊點類不良的檢查是 AOI 的檢查的難點, Teradyne 的Optima7000 系統(tǒng)就側重于爐后的檢測。更多的 AOI 都具有很大的彈性度, 安捷倫的 SJ50 與 SP50 ( 三維) 焊膏檢測系統(tǒng)使用統(tǒng)一化平臺, 可以互換照明頭。 Omron和 Teradyne 的 AOI 都可以移到其它測試位置。

AOI 應用軟件的開發(fā)是用戶使用后體現其效果的關鍵。大多 AOI 檢測系統(tǒng)采用了 PC 和 windows 操作系統(tǒng), 而 MVP 選擇了 LINUX和 UNIX 操作系統(tǒng), 以增強其軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

近年來軟件方面, 使用了很多電路板圖像的檢測算法, 這些算法大致可分為三大類: 有參考比較算法、無參考校驗法以及混合型算法。有參考比較算法分為兩大類, 圖像對比法和模型對比法。這類方法算法簡單, 容易實現, 但是它不容易檢測線寬、線距違例等瑕疵。無參考校驗法不需要任何參考圖象, 它依據預先定義的 PCB 的設計規(guī)則來判斷待檢 PCB 圖象是否有瑕疵, 如果它不符合設計規(guī)則, 就認為有瑕疵, 因此也稱為設計規(guī)則校驗法。這類方法雖然在榆測線寬、線距違例這類瑕疵時能夠收到很好的效果, 但是其算法復雜, 運算量很大, 而且易漏柃線、焊盤丟失等大瑕疵?；旌闲头椒ㄊ菍⒂袇⒖急容^算法與無參考校驗法混合使用, 在一定程度上克服了前兩類方法的缺點,從而發(fā)揮它們各自的優(yōu)點。比如, 模板匹配法與數學形態(tài)學方法結合使用, 或者連接表方法與數學形態(tài)學方法結合使用等。但當前這種方法還不足很成熟, 其算法復雜, 不能滿足實時檢測的要求, 且自適應性不夠, 系統(tǒng)擴展能力差。當前 AOI 檢測系統(tǒng)圖像處理基本上采用的是參考算法, 國外進口品牌大多使用圖像匹配、法則判別登多種組合手段。

AOI 檢測系統(tǒng)的軟件具有統(tǒng)計分析功能, 為工藝技術人員提供 SPC ( Statistical Process Control ) 資料。AOI 檢測系統(tǒng)監(jiān)控工藝流程質量, 與 SPC 工藝管理技術的結合, 及時提供反饋信息, 從而不斷地優(yōu)化生產流程中的各個參數, 使 SMT 生產工藝更加完善, PCB裝配的成品率進而得到顯著提高。隨著現代制造業(yè)規(guī)模的擴大, 生產的受控性越來越重要, 對 SPC 資料的需求也不斷增長。

安捷倫公司最新推出的 SJ50 系列 II 型 AOI 設備中應用了三維立體形狀模型( SSM ) 技術, 它運用多角度成像, 生成逼真三維影像。由于采用了 SSM 技術, 因此在缺陷報警準確率方面有了很大的提高; 以一個單一、高分辨率的數碼相機和高速的精密支架使分辨率始終保持在 20- 25 微米 / 像素, 兼顧速度和分辨率性能。

Cyberoptics 的 AOI 的一個特點在于其分析軟件 ,只使用一個軟件編程方法, 無論針對焊前或焊后, 都可使用完全相同的設備和軟件, 無需進行鏡頭或傳感器的更換; 另一個特點是機械設計非常簡單, 由于鏡頭是固定不動的, 能減少由于運動部件過多引起的偏差或校準工作。

MVP 的第五代 AOI 平臺 1820 ULTRA 采用了最新的數字相機技術。 1820 ULTRA 繼承了 MVP 以往AOI 系統(tǒng)獨特的單一鏡頭不停歇拍攝圖像、簡單機械結構等特點。 MVP 的 AOI 操作系統(tǒng)采用的是 Unix 或Linux , 擁有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

歐姆龍產品的主要特點在于它采用 CHS ( ColorHighlight System ) 的專利技術, 是僅此一個同時采用彩色光源, 彩色 CCD 攝像頭和彩色圖像處理的 AOI , 其采集到的包含了三維信息的圖像, 作為檢測判斷的標準, 從而使它能實現對 0201 組件和無鉛焊的檢測。

Orbotech 的 VT- 9000E 系列在線光學檢測系統(tǒng),可以應用于電子組裝的各檢測階段, 它同時具備 2D和 3D 技術。 Orbotech 同時擁有與其 AOI 產品配套的自動化智能制程控制的集成軟件工具, 為制程工程師和管理人員提供更多的信息, 使其 AOI 產品在 SMT生產線中起到預防錯誤的發(fā)生的作用。

Teradyne 的 Optima7300 系統(tǒng)以檢測面積大、密度高, 速度快為主要特點。一臺 Optima7300 每小時可檢測 250 塊電路板。針對測試過程中板晃動的問題,Teradyne 的 AOI 通過激光校準和軟件追附, 做到較好的補償或抽樣補償。

國內的首臺 AOI 檢測系統(tǒng)品牌 Aleader 的 ALD-H- 350 , 2004 年 5 月在廣東省東莞研發(fā)成功, 經過現場使用后 2005 年已經投入市場。該臺 AOI 系統(tǒng)采用單一攝像頭和特殊環(huán)形 RGB LED 光源相結合, 應用彩色圖像比對方法和統(tǒng)計建模技術 . 可以高速準確檢測如下缺陷: (1) 焊點缺陷: 錫多、錫少、連錫等; (2) 錫膏印刷缺陷: 有無、偏斜、少錫多錫、斷路、污染等; (3) 零件缺陷: 缺件、偏移、歪斜、立碑、側立、翻件、極性反、錯件、破損等。它能夠檢測 450×350mm 超大檢測范圍, 最小高速檢測組件大小為 0402 , 測試速度每秒超過 60 個組件。由于采用中文, 學習快捷; 圖形化編程接口, 編程簡單。并且可以終身保修。 Aleader 的 ALD-H- 350 是國內第一臺真正意義上的電子貼片生產線自動光學檢測設備。

另外, 北京星河公司已研制出 AOI 樣機, 正在進行測試和改進。廈門福信光電集成有限公司也稱其公司的 AOI 系統(tǒng)研制項目完成了控制軟件的開發(fā), 首臺樣機已經制作成功。

AOI技術領域非常廣泛，廣義的AOI設備為結合光學傳感系統(tǒng)、訊號處理系統(tǒng)及分析軟件，應用層面可包括宇宙探測、航空、衛(wèi)星遙測、生物醫(yī)學、工業(yè)生產品質檢測、指紋比對、機器人控制、多媒體技術。

狹義的AOI設備則指工業(yè)上急需使用，在IC及一般電子業(yè)、機械工具/自動化機械、電機/電子工業(yè)、金屬鋼鐵業(yè)、食品加工/包裝業(yè)、紡織皮革工業(yè)、汽車工業(yè)、建筑材料、保全/監(jiān)視系統(tǒng)等。 2100433B

機器通過攝像頭自動掃描PCB，采集圖像，測試的焊點與數據庫中的合格的參數進行比較，經過圖像處理，檢查出PCB上缺陷。

自動aoi光學檢測設備又名AOI光學測試儀、AOI自動光學檢測儀、aoi光學檢測儀，是在表面貼裝PCBA生產線上把SMD零件貼裝以后，或者焊錫過后，電解電容極性測試功能自動地檢測零件的貼裝狀態(tài)和焊錫狀態(tài)，檢測出PCBA焊接的不良，另外，提供了在生產工程上的各種統(tǒng)計資料，可正確地了解不良的原因及內容，從而提高生產效率。 aoi自動光學檢測儀_提高成品率的好幫手

隨著器件封裝尺寸的減小和電路板貼片密度的增加，SMD檢查難度越來越高，人工目測就顯得力不從心，其穩(wěn)定性和可靠性都難以滿足生產和質量控制的需要，故采用專用AOI檢查儀實現自動檢測就越來越重要。首先用于生產的儀器是光學系統(tǒng)，這類儀器都有一個共同特點即通過光源對SMA反射光采集進行運算，經過計算機圖像處理系統(tǒng)處理從而判斷SMA上元件位置及焊接情況，所以這類設備稱為自動光學檢查（AutomatedOpticalInspection，簡稱AOI）AOI光學檢測設備又分兩大類：在線式AOI自動光學檢測儀、離線aoi自動光學檢測儀 。

AOI設備根據在流水線上的位置通常分為三種：第一種是放在絲網印刷后檢測焊膏故障的AOI，稱為絲網印刷后AOI；第二種是放在貼片后檢測器件貼裝故障的AOI，稱為貼片后AOI；第三種是放在回流焊后AOI和波峰焊后AOI同時檢測器件貼裝和焊接故障的AOI，稱為回流焊后AOI，離線自動aoi光學檢測設備。

下面將對上述離線自動aoi光學檢測設備的故障檢測能力和原理進行介紹。

離線自動aoi光學檢測設備是回流焊后AOI和波峰焊后AOI的總稱

在該工位的AOI可用來檢測出元器件焊接后的各種焊接缺陷（也包括貼片缺陷）。其測試原理在于焊接強度WA與焊錫/元器件引腳之間潤濕角θ存在著WA=бlg(1 cosθ)的關系，也就是通過焊錫的浸潤狀態(tài)可以推斷出焊錫的焊接強度。 攝像頭拍攝下的圖像，它是由許多像素組成，并且每一個像素都有一定的灰度值（0～255）因此，通過一定數學模型進行圖像信息處理，可以精確的判定焊接質量?？梢詸z測缺件、偏移、歪斜、立碑、側立、翻件、錯件，OCV、破損、電容極性反向，錫多、錫少、虛焊、連錫、銅箔污染等。2100433B

灰度,色溫,色域。