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1、AOI检验技术,生产技术部2018/3/31,目录 CONTENTS,一、基本介绍,AOI（Automated Optical Inspection）的全称是自动光学检测，是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。当自动检测时，机器通过摄像头自动扫描PCB，采集图像，测试的焊点与数据库中合格的参数进行比较，经过图像处理，检查出PCB上的缺陷，并通过显示器或自动标志把缺陷显示/标示出来，供维修人员修正。,目前我司使用AOI设备为德律科技（TRI），有TR7700SII与TR7500SIII两种，主要介绍TR7500SIII。,测试尺寸50 X 50 mm 510 X 460 mm
2、,1.1 设备相关原理,TR7500SIII AOI演算原理：2D: 影像比对+灰阶运算（亮度计算）+色差处理+文字识别+逻辑运算,塔式环状RGBW 彩色LED光源多分区多角度光源设置内置硬体中无需人工手动调整,1.2 检测的灯光,机台配有四种不同的光源供切换，其包含：均勻光、锡形光、低角度光与白光。均勻光一般使用于扫描全板大图，锡型光用于检测元件的爬锡处，低角度光用于检测元件本体上的文字印刷，而白光是用于对位标记、坏板标记或条码。在”检测框参数设定面板”中”硬体设定”的”灯光”进行切换检测光源的动作。,均匀光,锡形光,低角度光,白光,均勻光下,锡形光下,低角度光下,白光下,多光源可以保证文字
3、面更清楚，如在低角度光下文字效果是最好的。,1.3 相关灯光附图,均勻光下,錫型光下,低角度光下,白光下,多光源可以保证破损更容易檢出，如在锡型光下破损处呈现红色。,1.3 相关灯光附图,均勻光下,錫型光下,低角度光下,白光下,多光源可以保证粘锡更容易检出，如在低角度光下粘锡处呈现亮色。,1.3 相关灯光附图,对于黑色元件或者黑色晶体的文字, 在均勻光下清析可见,从而很好检出错件&极反,黑色晶体元件文字,1.3 相关灯光附图,黑色晶体元件文字,黑色晶体元件文字,对于黑色类元件或晶体破损, 在锡形光下可以使破损呈现出彩色,从而很好的将破损检出,圖一,圖二,圖三,1.3 相关灯光附图,对于黑色类元
4、件或晶体破损, 在锡形光下可以使破损呈现出彩色,从而很好的将破损检出,图一,图二,图三,1.3 相关灯光附图,1.4 相关不良附图,1.5 代料影像处理方式,新增加到代料显示/编辑区的影像，可以由四种方式来进行图像处理动作：权重法(Weighting)与色彩空间法(Color Space)、RGB 法与 Height Map 法(需要有 3D 雷射装置才能使用)。由检测框参数设定面板中基本参数与其相对应的合格标准的影像模式进行切换代料影像处理的动作。,权重法(Weighting)： 此方法是利用红(R)、绿(G)、蓝(B)三色的权重数值调整与门坎值设定来变更代料影像的灰阶值，其操作接口如下图所
5、示。左方的直方图为此检测框内依据所设定权重下的亮度分布，而右方是设定三色权重的调整阀。,一般而言，彩色图像转成灰阶图像作图像处理时，灰阶值的计算 公式是红色阶值*红权重比例+绿色阶值*绿权重比例+蓝色阶值* 蓝权重比例。其红权重比例默认值为0.3(30%)，绿权重比例默认值为 0.59(59%)，而蓝权重比例默认值为 0.11(11%)，当勾选预设权重时会自动切回此值。用户可以在组件原图画面的左下角看到鼠标所标示位置的三色色阶值与计算出来的总灰阶值。如下图所示，鼠标所点选的位置其灰阶值为 60，经由 0.60*0.30+0.53*0.59+0.35*0.11 所计算出来。,红,绿,蓝,总灰阶值
6、,1.6 代料影像处理方式,由以上的公式可以得知，若要让影像中某两个区块有更好的灰阶比较效果，须先观察此两区块色阶值相差最大的色彩，然后手动将此色的权重值调大，才能够区分此两区块的灰阶影像。当使用者决定好要调整权重时，先在门坎方法选择手动，然后勾起色彩前方的确认方块后，在后方字段输入所要设定的权重比例即可；亦可以直接在后方的色彩条上拉动倒三角符号来设定所要的权重比例。所有的检测框都可以使用权重法进行图像处理。门槛值(Threshold)则是针对需要门坎值检测框的设定，如 Void、Bridge.等。, 进阶使用：使用自动门坎值功能在门坎方法处，可以下拉选择使用自动二值化和自动三值化，如图所示。
7、,1.7 代料影像处理方式,自动二值化适用于当调整完权重后，直方图中仅有明显的亮暗两个群组，如芯片组件电极端和底板背景。使用后系统会自动设定门坎值来区分亮区与暗区并找出组件本体位置。,此功能适用于当调整完权重后，直方图中仅有明显的三个群组，如组件文字、黑组件本体以及底板背景。使用后系统会自动设定门坎值来区分这三部分并找出组件本体位置。,1.8 代料影像处理方式,色彩空间法(Color Space)： 此方法是利用选取颜色与色彩强度来变更代料影像，其操作接口如下图所示，主要可以分为亮度分布图区与色彩空间图区。,亮度分布图区 (Intensity)： 此区显示出影像摄取图的亮度分布，纵轴是像素总数
8、，横轴是亮度(范围 0255)。可以调整控制条(用鼠标移动两端的控制键或者使用鼠标滚轮来放大、缩小所要摄取的区域)，如下图红圈所标示。调整过后，下方的蓝色柱形图的两端会显示出所设定出来的亮度范围，如下图红方块所标示。,色彩空间区 (Color Space)： 由 RGB 三个轴所组成的球面色彩分布图。每个轴由两个方框控制点来代表其上下限(每个轴上的两个方块仅能在所在的轴上移动)，而所围出来的交集区即为选取色色彩空间图区，另外，X 符号是选色区域交集中心点，为区域代表色。可以拖曳中心点来移动交集区、双点击中心点来全选色彩空间或用滚动鼠标中键来放大/缩小交集区。勾选“反向”可反选色彩(选择交集区外
9、的颜色)，而勾选“锁定”可以固定目前所选取的颜色区块。另外，右方的直条与数字显示出所滤出色彩的面积占摄取图的比例。,1.9 代料影像处理方式,RGB 法： 以 RGB 三轴为坐标系，所构成的空间来当作色彩区间。另外提供不同颜色间的关系式来做有效的滤除颜色。,例如：要设定RG 20，则可设定为 。,1.91 检测框的比对方式,几何学特征比对、标准化相关性比对、明暗/色彩分布比对,几何学特征比对： 选择一个正常的组件影像作为比对样本，调整权重与门坎值后摄取其特征轮廓，然后将待测组件影像与其样本特征轮廓进行比对，检测是否达到设定值。利用这个原理进行检测的框例如 PatMatch、OCV、OCR.等框
10、,标准化相关性比对： 选择一个正常的组件影像作为比对样本，调整权重与门坎值后将待测组件影像与其样本进行逐步的画素(Pixel)灰阶值比对，检测是否达到设定值。利用这个原理进行检测的框例如 CorMatch等框,明暗/ 色彩分布比对： 计算检测框内明暗/色彩分布的比例是否达到设定值。利用这个原理进行检测的框例如Void、Bridge等框。,机种测试总汇 机种不良明细 -比重 -数量 -种类 机种周期显示 机种测试ppm 机种测试cpk 所有报表均可汇出 Excel,1.92统计分析报表,Offline System,Offline Programing+ Offline Fine Tune,1.
11、93远程调试系统,2.1 设备编程流程,读取数据,扫描整板,元件对位,MARK设定,制程 &测试,Library,二、编程,2.2 短路检测(Bridge) 框,用途：测试组件间是否有锡桥产生而导致短路，一般常用来检查集成电路组件导脚间的短路。 检测原理：以检测框边界往内或往外计算是否有连续的亮点。,参数设定画面与说明：,2.3 色环检测(Color Bar) 框 用途：用来检测色环电阻是否正确。 检测原理：利用影像中电阻的本体颜色与各色环的颜色来检测。,参数设定画面与说明：,2.4 逐点匹配(CorMatch) 框,用途：主要用来检查集成电路导脚之缺件、偏移、脚弯与 0201 尺寸以下芯片组
12、件的缺件、损件、偏移、立碑、极性。 检测原理：利用影像中一个个像素的灰阶值比对来计算其相似度。,参数设定画面与说明：,2.5 引脚检测(Lead),用途：用来检查集成电路导脚的偏移、弯脚或翘脚。 检测原理：利用集成电路脚其头端、尾端与焊盘的色彩来进行定位。,参数设定画面与说明：,2.6 字体检测(OCV) 框,用途：用来辨识元器件的文字。 检测原理：利用影像中字体的轮廓特征比对来计算相似度。,参数设定画面与说明：,2.7 特征匹配(PatMatch) 框,用途：主要用来检查 0402 以上芯片组件的缺件、损件、偏移、立碑、极性。 检测原理：利用影像中组件的轮廓特征比对来计算相似度。,参数设定画
13、面与说明：,2.8 颜色检测(Void) 框,参数设定画面与说明：,Void 框可区分为三类，分别为 Ratio Mode、Blob Mode、Sim mode,Ratio Mode ： 用途：利用比例来检查组件的锡点空焊、缺件或极反。 检测原理： 1.灰阶模式：计算亮或暗区占整个检测框的比例。 2.色彩模式：计算所选取的色彩占全部检测框的比例。,Blob Mode ： 用途：利用区块数量来检查用来检测金手指表面刮伤、 脏污与集成电路翘脚。 检测原理： 1.灰阶模式：计算亮或暗区占整个检测框的比例。 2.色彩模式：计算所选取的色彩占全部检测框的比例。,参数设定画面与说明：,Sim Mode ：
14、 用途：用于锡型灯下的锡型分析，藉由加代料影像的方式教导程序好坏锡型的色彩/外观差异，再计算出相似度来判断是否为瑕疵，来检查组件的锡点空焊。 检测原理： 1.灰阶模式：计算亮或暗区占整个检测框的比例。 2.色彩模式：计算所选取的色彩占全部检测框的比例。,3.1 AOI测试中常见的两类问题： （1）虚焊,三、AOI测试常见问题,管脚偏移,管脚变形,焊盘上有异物,爬锡不良,电容, 连锡框参数设置不合理,检测框大小不合适,管脚上有异物,（2）连焊,4.1 虚焊不良案例,四、典型不良案例分析,（1）管脚偏移造成虚焊,分析：管脚偏移且管脚偏移量范围参数设置偏大，造成虚焊漏报 改进：缩小元件管脚的偏移量范
15、围。通过管脚及焊盘的大小来移动管脚检测框位置，调整合适的X、Y偏移量参数值。（详见QB/SF 47.001-2003）。设定好的参数，可保存元件库。 AOI参数设置详见下图：,管脚偏移范围,管脚偏移量,（2）管脚变形造成虚焊,分析：元件管脚变形，导致元件管脚长短不一，造成管脚误报较多，需添加不一致的代料，减少误报。因虚焊管脚与合格管脚区别不大，且焊盘爬锡度在合格参数范围内,易造成漏报。 改进：1、LEAD（管脚框）必须加入标准代料影响且影像数量应不大于3个，管脚的权重标准值（红110%，绿59%），管脚的相似度标准值80%（注：如果管脚形状差异较大，可微调相似度70%80%） 2、对于维修站管
16、脚误报较多的芯片，需进行二次目检确认，如果发现芯片管脚变形较多，应及时反馈并更换物料。 AOI参数设置详见下图：,（3）焊盘有异物造成虚焊,分析：因焊盘检测框（Void）设定是由（ColorSpace）颜色拾取与（Weighting）亮、暗值计算，当焊盘上的异物呈现与焊盘爬锡后的颜色和亮、暗值相似时，会造成漏报。 改进：1、调整焊盘检测框（Void）ColorSpace参数值，在现有参数值的基础上加严，方形电感、阻排（阻容）、二极管、胆电容、chip类元件面积比例下限由65%上升到70%80%； 2、IC芯片类元件增加Pad检测框。 AOI参数设置详见下图：,Pad检测框,（4）爬锡不良造成虚焊,分析：焊接时，锡走向不良，会造成虚焊。且如果焊盘较大，良品与不良品管脚趾跟部爬锡度差异不明显，更容易造成漏焊。 改进：1、管脚较少的IC芯片添加侧面检测框，如： SOP8 ；2、管脚较密的IC芯片添加Pad检测框。（注：因每个元器件爬锡度不一致，因此Pad框的检测参数值设置也不同，具体详见：AOI标准） 检测框设置详见下图：,
