摘 要本文对不同类型 AOI 的工作原理进行阐述，介绍了 SMT 中各个生产环节对 AOI 的性能要求，归纳了目前 AOI 的应用策略及与 SPC 的结合特点，然后结合具体产品讨论了 AOI( 包括 AXI) 的最新技术和发展, 图像处理算法应用概况接着对国外几家著名公司 AOI 产品作了简单介绍，并对国内目前 AOI 产品的研制情况进行了综述最后对AOI 的未来发展进行了展望关键词 自动光学检测 表面组装技术 AOI 发展趋势目 录第 1 章 绪论.11.1 课题背景 1 1.2 探索 AOI 设备的意义 3第 2 章 AOI 工作原理42.1 概述 4 2.2 分析算法 5 2.3 图像识别 6 2.4 本章小结 8第 3 章 AOI 设备在各工序中的应用93.1 PCB 检测 9 3.2 焊膏印刷检测 .10 3.3 贴装检测 .11 3.4 回流检测 .12 3.5 AOI 合理安排 .13 3.6 本章小结 .14第 4 章 AOI 系统中的各项技术 154.1 光源和镜头 .15 4.2 AOI 与 SPC .15 4.2.1 SPC 概述15 4.2.2 AOI 和 SPC 的结合16 4.2.3 实时监控17 4.3 AXI 检测技术.17 4.4 EPV 内嵌式检测技术.18 4.4.1 嵌入生产过程中的验证18 4.4.2 原理194.4.3 性能19 4.5 本章小结 .19第 5 章 AOI 的优化利用 205.1 程序编辑及管理 .20 5.2 正确使用设备 .20 5.3 完善的数据统计分析 .21 5.4 测试策略 .23第 6 章 AOI 现状与发展趋势 246.1 国内外 AOI 现状 .24 6.2 AOI 的优点和存在的问题 .256.3 AOI 发展趋势.27第 7 章 结论30致 谢.31参考文献.321AOI 测试设备现状发展研究 第 1 章 绪论1.1 课题背景随着电子行业日趋微型化、网络化和集成化，以往的插件技术（Through-hole technology）已经难以保证现代电子产品组装和制造过程中的精确性和高效性，表面贴装技术(Surface Mounting Technology，简称 SMT) 已取代传统的插件技术成为电子产品制造的新技术。
SMT 技术是将贴装元件通过焊锡贴装到印刷电路板表面的，贴装元件比起之前的插孔元件来说要微小得多，既节约了空间，又提高了贴装速度[1]由于 SMT中的贴装元件（如图 1-1）的体积和重量只有传统插装元件的 1/10 左右，因此利用 SMT 技术生产的电子产品整体体积缩小约 40% ~60%，相应地，重量减轻 60%~80%；而且，SMT 产品具有可靠性高、抗振和抗电磁及射频能力强、焊点缺陷率低、高频特性好等特点，易于实现自动化，可降低成本达 30%~50%[2] 虽然，SMT 技术给电子行业带来了高性能，高便携性以及高稳定性，然而，正是由于这种微型化、网络化和集成化的特点给应用 SMT 技术生产出来的 PCB 检测带来了新的检测难题 图 1-1 SMT 产品实例如何保证产品质量？一般从两个方面来着手：一方面要靠精度高以及稳定性好的2SMT 贴片设备来保证生产过程中各个元器件的准确安装，另一方面要靠一套完善而可靠的检测方法来保证生产线末端出厂产品的质量合格率高因此，回流焊后的表面贴装质量检测作为保证电子产品质量的最后一道工序，其重要性也是不言而喻的。
传统的 SMT 产品检测方法是依靠人工在离线的状态下运用象限定位法通过放大镜等设备进行目测SMT 电子产品的质量问题主要包括：PCB 烂板，电子元器件的错位、错贴、缺失以及在回流焊过程中由焊锡错误引起的各种缺陷随着电子元器件的日益微型化以及 PCB 板的高度集成化，人工目测的传统方法已经完全不能够满足对现代产品质量近乎苛刻的高合格率要求[3]人工离线检测是分期分批进行的，为期一天或几天不等，主要由产品的批量大小来决定由于离线检测方法具有“事后”效应，所以不能实现在生产过程中的实时检测与报警，使得产品缺陷未能得到及时发现和纠正，造成生产资料的浪费不仅如此，离线检测方法对人的依赖程度较大，检测准确度与检测人员的工作习惯、经验和疲劳程度等因素有关，误检和漏检的情况时有发生，产品的可靠性不高生理学和心理学研究还发现一个事实：尽管目视检查人员仅仅重复进行着某种特殊的和单一的检验活动，其最大效率也不会超过 85%心理疲劳和视觉疲劳是引起这个事实的主要原因，因为人在长时间单一的工作环境中难以保证高度集中的注意力，而电子产品尺寸小而密度大、长时间高强度的检测任务以及不同环境下的光线与颜色的差别都是引起心理疲劳和视觉疲劳的不可忽略的因素。
这就意味着除了经过了有效检测的 85%的产品之外，还有 15%的产品的检测并不一定准确无误，有可能仍然存在着产品缺陷因此，必须用一种有效的检测手段来代替传统的人工检测方法，才能达到现代生产过程中既保证质量又提高效率的目的从上世纪五十年代以来，计算机图像处理识别技术就没有停止过在用机器代替人眼来完成各种任务方面的探索，当时的工作主要集中在二维图像分析和识别上，如光学字符识别，工件表面、显微图片和航空图片的分析和解释等等而在 PCB 检测方面的应用取得真正的阶段性进展还是在八十年代以后，国际上的一些大公司纷纷研制出了以机器视觉检测(Automated visual inspection,AVI)技术为基础的检测设备，其应用范围主要限于检测含大量重复元件的 PCB 板产品上，此时各种其它行业的专用 AVI 设备也相继被研制出来，如：汽车制造业，包装业，木材业以及纺织业等等电子科学技术的发展使得各种电器元件层出不穷，其中最有代表性的就是 CMOS 和 CCD 两种图像传感器，两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，从而实现将目标物转换为图像数据的目的于是，一种基于机器视觉理论和上述两种图像传感器组成的产品检测系统被开发出来，这就是自动光学检测系统(Automatic Optical Inspector,AOI)。
它利用图像采集器将目标产品转变成图形数据，传递到图像处理系统中，由相关软件根据图像中像素的亮度，区域分布以及颜色等信息进行数字化处理，然后由计算机在数字化处理后的信息当中抽取出图像特征，从而根据该 特征与模板特征的比较进行最终的判断，并最终控制现场设备进行相3应的动作[4]自动光学检测系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度，而且容易实现计算机集成制造这些特点正好弥补了人工检测在目前电子产品制造（尤其是应用 SMT 技术的 PCB 制造）过程中效率低而且准确率低的缺点因此，现代 PCB 制造技术中已经明显有了用自动光学检测代替人工检测的趋势，这样做一方面提高了生产线的柔性和效率，另一方面也大大的提高了检测结果的准确性和一致性1.2 探索 AOI 设备的意义中国的 AOI 设备的研究还是处于起步阶段，各种硬件和软件技术还不够完善因此，研制基于 AOI 技术的 SMT 产品质量检测设备是非常重要而且必要的究其根本，在中国进行 AOI 设备探索的意义主要有以下三个方面：（1） 推动目前国内检测技术的发展以往的插件电路板时代已经一去不复返，现在进入了 SMT 印刷电路板时代，各种电子产品的微型化和集成化使得传统的人工检测方式已经完全不能适应现代化的生产要求，而要达到现代化电子产品检测的高准确率和高一致性，只能通过研发更可靠的 AOI 设备来实现。
2） 推动生产的全面自动化，提高生产效率，降低生产成本现在的社会生产节奏之快是以往任何一个时代都不能比拟的，一个 SMT 产品生产厂平均短短的几秒钟就生产出来一块 PCB 板，如果用人工离线检测的话，势必拖慢了整个生产线的运行速度，从而影响到了生产的效率，而且还增加了人工成本，最终影响到整个工厂的生产效益由此可见， AOI 检测设备必将成为现代自动化大生产中必不可少的一个环节3） 推进科技强国的步伐国家“十五”计划已经将微电子设备的研制作为一个重点课题提出，并投入了大量的人力、物力和财力，用于芯片及其检测设备的研发，以填补国内技术的空白作为一个发展中国家，科学技术必然是其进步的标志，而在 SMT 产品检测领域，国内的技术还远远落后于国外，导致整个检测设备市场都被一些国外的先进产品所垄断，因此，进行 SMT 产品检测设备的系统研制已经是迫在眉睫了综上所述，开发具有自主知识产权的 AOI 软硬件设备，对于进一步提高企业的产品质量以增强产品的竞争力，以及不断推动企业科技进步和集成创新能力，都具有非常重要的现实意义4第 2 章 AOI 工作原理2.1 概述1. 定义自动光学检测仪（AOIAOI-Automated Optical Inspection）是应用于表面贴装（SMTSMT-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3. 原理简图SMT 中应用的 AOI 技术的形式多种多样，但其基本原理是相同的（如图 2-1 所示） ，即用光学手段获取被测物图形，一般通过一传感器（摄像机）获得检测物的照明图像并数字化，然后以某种方法进行比较、分析、检验和判断，相当于将人工目视检测自动化、智能化5图 2-1 AOI 基本原理示意2.2 分析算法不同 AOI 软、硬件设计各有特点，总体来看，其分析、判断算法可分为两种，即设计规则检验（DRC）和图形识别检验。
DRC 法是按照一些给定的规则检测图形如以所有连线应以焊点为端点，所有引线宽度、间隔不小于某一规定值等规则检测 PCB 电路图形图 2-2 是一种基于该方法的焊膏桥连检测图像，在提取 PCB 上焊膏的数字图像后，根据其焊盘间隔区域中焊膏形态来判断其是否为桥连如果按某一敏感度测得的焊膏外形逾越了预设警戒线，即被认定为桥连[5]DRC 方法具有可以从算法上保证被检验图形的正确性，相应的 AOI 系统制造容易，算法逻辑容易实现高速处理，程序编辑量小，数据占用空间小等特点但该方法确定边界能力较差，往往需要设计特定方法来确定边界位置图 2 -2 DRC 检测桥连图像图形识别法是将 AOI 系统中存储的数字化图像与实际检测图像比较，从而获得检测结果如检测 PCB 电路时，首先按照一块完好的 PCB 或根据计算机辅助设计模型建立起检测文件（标准数字化图像）与检测文件（实际数字化图像）进行比较图 2-3 为采用该原理对组装后的 PCB 进行的质量检测这种方式的检测精度取决于标准图像、分辨力6和所用检测程序，可取得较高的检测精度，但具有采集数据量大，数据实时处理要求高等特点由于图形识别法用设计数据代替 DRC 中的设计原则，具有明显的实用优越性。
图 2-3 图像识别对比法检测2.3 图像识别 1. 图像分析技术随着计算机的快速发展，目前有许多成熟的图像分析技术，包括模板匹配法（或自动对比） 、边缘检测法、特征提取法（二值图） 、灰度直方图法、傅里叶分析法、光学特征识别法。