aoi的检测原理及技术应用

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1、 刘 恋 E-Mail：aldaoi Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:1 of 7 Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:1 of 7 AOI 的检测原理及技术应用的检测原理及技术应用 神州视觉科技有限公司：刘 恋 摘 要：本文主要介绍了 AOI 的工作原理、技术特点、计算方法，从应用的角度与广大工程师 探讨一下如何评估 AOI 系统，如何通过及配置在不同位置的 AOI 系统来提高 SMT 的 贴装质量等。 关键词：AOI 原理、AOI 评估

2、、配置、品质 前言前言 随着 SMT 技术的普及，SMT 元器件的密集化及细小化，自动光学检测设备 （AOI）正被广大电子制造厂商用来监测和保证产品质量。 相对于人工目视检查来说，AOI 具有更高的可重复性和更快的检测速度。八 十年代曾有研究表明，当两个人检查相同的板四次时，他们的相互认同率少于 28%，认同自己的只有大约 44%左右。而尽管如此，在 2005 年前，绝大部分电子 制造厂商依然依赖于人工目视检查。 因为早期引进的进口 AOI 设备， 给电子制造业界的朋友的感觉是： 使用繁琐、 复杂， 价格昂贵； 或者说因为 AOI 设备编程调试繁复， 令工程师不能充分发挥 AOI 设备的性能，

3、 导致 AOI 未能达到预期的检测效果， 从而觉得 AOI 设备只是一种 “昂 贵的摆设品” 。本文将从 AOI 的工作原理、如何评估 AOI 系统和如何根据具体情 况配置 AOI 系统等几个方面作探讨。 一、 认识一、 认识 AOI 及其工作原理及其工作原理 1、 定义： 自动光学检测仪（AOI-Automated Optical Inspection）是应用于表面贴装 （SMT-Surface Mounted Technology）生产流水线上的一种自动光学检查 装置，可有效的检测印刷质量、贴装质量以及焊点质量。通过使用 AOI 作 刘 恋 E-Mail：aldaoi Http: TEL:

4、0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:2 of 7 Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:2 of 7 为减少缺陷的工具,在装配工艺过程的早期查找和消除错误,以实现良好的 过程控制。早期发现缺陷将避免将不良品送到后工序的装配阶段,AOI 将减 少修理成本将避免报废不可修理的电路板. 2、主要特点： 1）高速检测系统，不受 PCB 贴装密度影响； 2）快速便捷的编程系统，图形化界面，所见即所得，运用贴装数据自动进行 检测程序编制； 3） 针对不同的检测项目， 结合光学成

5、像处理技术， 分别有不同的检测方法 （检 测算法）； 4）在被检测元件的贴装位置有偏移的情况下，检测窗口会自动化定位，达到 高精度检测； 5）显示实际错误图像，方便进行工人进行最终的目视核对； 6）统计 NG 数据分析导致不良原因，实时反馈工艺信息。 二、二、AOI 工作原理：工作原理： AOI 经过十几年的发展，技术水平仍处于高速发展阶段，如何实现最佳 的检测效果，一直是各 AOI 厂商不断攻关的技术话题。目前国内市场上可见 的 AOI 品牌众多，每种 AOI 各有所长；每个品牌的 AOI 优势主要体现都取决 于其不同的创新核心软件算法，通常采用的软件算法有:模板比较、边缘检查、 灰度模型、

6、特征提取、固态建模、矢量分析、图形配对和傅里叶氏分析等，但尽 管算法各异，AOI 的运作原理基本相同。如图一所示： 刘 恋 E-Mail：aldaoi Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:3 of 7 Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:3 of 7 （图一） 从上图看到，塔状的照明系统给被检测的元器件予以 360 度全方位照明，然 后利用高清晰的 CCD 摄像机高速采集被检测元器件的图像并传输到电脑，专用的 AOI 软件根据已经编制的检测程序

7、进行比较、分析；判断被检测元器件是否符合 预订的工艺要求。简单来说 AOI 检测元器件的过程就是模拟工人目视检查 SMT 元器件，是将人工目视检测自动化、智能化、程序化。 图像获取就是用CCD摄像机把物体表面的光信号转换成为电信号送入图像采 集卡。图像采集卡将图像数字化送入计算机，这个过程很直观，容易理解。那把 图像送入计算机之后， AOI 是如何检测元件的质量呢？下面以 ALeader AOI 举例 说明： ALeader AOI 是“东莞神州视觉科技有限公司”在 2002 年开始研发的，2004 年便制造出中国第一台可以媲美国外的 AOI 设备，在国内 AOI 发展中起到了不可 替代的作用

8、，他们完全摒弃一些传统 AOI 的计算模式，采用自主创新的统计建模 技术、光学原理以及图像比对原理： 1、光学原理： （如图二所示） 采用环形塔状的三色 LED 光源照明，由不同的角度射出红（R） 、绿（G） 、 蓝（B）以及三色光组合得到的白色（W）光分别投射到 PCB 上，对被测元器件 予以 360 度全方位照明。通过光的反射、斜面反射、漫反射分别得到元件本体、 焊点、焊盘的不同颜色信息。如下图所示： Camera Camera 电电电电脑脑脑脑运运运运算算算算 图图图图像像像像获获获获取取取取 Li Lig ght ht 结结结结果果果果显显显显示示示示 刘 恋 E-Mail：aldao

9、i Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:4 of 7 Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:4 of 7 （图二） 2、 图像比对原理： 它是通过 CCD 摄像机抓取，再经过图像处理（即根据像素分布、亮度和颜 色等信息转化成为我们所需要的数字信号） 。将这些数字信号通过某种数学 计算方法得到一个标准的误差阀值， 然后将每个被测试的图像得到的阀值与 系统中已修正好的标准阀值进行比较， 如果比较结果小于标准阀值则该图像 通过检测，否则判别为不合格。如

10、图三所示 （图三） 3、 统计建模技术： 上面提到的一个待测图像需要与系统中的标准图像进行比较， 那么标准图像 CamerCamer 焊点（锡膏）通常形成一个斜面，这样，大部分黄 色的光通过斜面反射出去， 而蓝色的光则通过反射 进入镜头，所以得到的焊点颜色为蓝色 蓝色与黄色光都在其表面产生漫反射， 根据调色原 理，蓝色与黄色调和得到白色光，相当于原件本体 接受了白色光照， 因此原件本体显示为本身的颜色 焊盘的表面光滑，红色光在其表面产生镜面反射， 而大部分蓝色光则反射出， 因此焊盘得到的颜色为 红色或者黄白色。 刘 恋 E-Mail：aldaoi Http: TEL:0769-22620377

11、 22620877 FAX:0769-23102060 Page:5 of 7 Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:5 of 7 就是通过“统计建模”所得到的。通常，ALeader AOI 经过学习一系列合格 图像的模板，让计算机自动记忆所有 OK 图像的大致特征，得到图像的外形 变化以及未来可能发生的变化方式特征，生成一副多元化的合格图像模型。 如图四所示： （图四） 三、如何评估和配置 AOI 系统： 我们知道，目前的 AOI 分为离线式 AOI（Off line）和在线式 AOI（In line） 两种。 笔者在

12、与客户沟通时， 经常会与工程师们谈起选择用在线 AOI 还是离线 AOI 的话题；其实，具体用在线 AOI 还是离线 AOI 的必须要根据自身的实际情况去权 衡；如果是小批量、多 Model，转线频繁的厂家采用离线式 AOI 是最佳选择，因 为检测速度可以满足 1.5 条高速贴片线的需要，且易搬动，可以灵活对应对任何工 序的检查需要；在线式往往固定于某一工序检查，一般应用于长期固定的品种检 测上面，这样免去了程序调试的时间、提高了设备的使用率和稳定性。 另外，把 AOI 运用在哪个工序进行检测的话题也始终在讨论。AOI 在 SMT 中的应用主要有三个典型的位置，分别是：锡膏印刷或点胶后、贴片后

13、以及回流 炉后。应用在不同的工序，所检测的项目和重点也不一样，如何运用 AOI 来提高 品质、降低不良，应该根据自身的工艺水平和难点进行配置，如图五所示： 样本 1 样本 2 样本 3 刘 恋 E-Mail：aldaoi Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:6 of 7 Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:6 of 7 （图五） 印刷机后：通常来说，有缺陷的焊接均来源于有缺陷的锡膏印刷。在这个阶 段，你可以很容易、很经济地清除掉 PCB 上的焊

14、接缺陷。大多数 2-D 的检测系统 便能监控锡膏的偏移和歪斜、不足的印刷区域以及溅锡和短路等。 贴片后检测：可以有效防止元件的缺失、极性、移位、立碑、反面等等。 回流焊接之后：位于生产线的末端，检测系统可以检查元件的缺失，偏移和 歪斜的情况，焊点的正确性和锡膏不足、焊接短路以及翘脚和所有极性方面的缺 陷。 至于应该将 AOI 应用在哪一工序，应该根据元件和工艺的类型、和对产品可 靠性的要求进行。如果使用许多 BGA、芯片级封装（CSP）或者倒装芯片元件， 就需要将检测系统应用到印刷后和片式贴装后，以发挥其最大的功效。另外，在 炉后进行检测可以有效地发现低档消费品的缺陷。而对运用在航空航天、医学

15、及 安全产品（汽车气囊）领域的 PCB 来说，由于对质量要求十分严格，则可能会要 求在生产线上的许多地方都进行检测，尤其是在片式贴装和炉后。当然，也要根 据本身的经济状况来放置 AOI，以求最高的性价比，发挥一台设备的最佳性能来 实现我们理想的效果。 谈公司的到如何评估 AOI 是否符合本要求，首先，每家电子制造厂家的生产 环境不一样、需求的不一致以及工艺质量的差异等等，目前对 AOI 的评估也没有 一个标准通用的方案，可谓是各有千秋。但总体都围绕以下几点来进行 AOI 的评 估： 1.依据 AOI 检测系统报错的准确率，即真实错误（准确报错）对误报（虚假 印刷机 Reflow OvenUnl

16、oaderLoader 贴片机 刘 恋 E-Mail：aldaoi Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:7 of 7 Http: TEL:0769-22620377 22620877 FAX:0769-23102060 Page:7 of 7 报错）的比例来评估其好坏是不全面的。因为在试用设备的时候往往采用人为制 作 NG 来“考验”AOI 的检测能力，其实 AOI 对于手动的这种发生极大差异变化 的 NG 类型是毫无疑问的，必须实时测试和工程师亲自操作实现评估目的。 2.引进 AOI 进行测试并不仅仅是为了替代人工目视检查，它还必须来提高我 们的制程能力和改善工艺水平， AOI 与 SPC 的结合， 给我们提供了极大的便利性， 通过 AOI 测试后自动生成了一系列的缺陷数据， 这些数据又通过 SPC 分析得到准 确的工艺差，根据这些信息我们相应的对前工序采取预防