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1、毕业设计报告（论文） 报告（论文）题目：AOI测试设备现状发展研究作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 电子工艺与管理 作者所在班级： 08253 作 者 姓 名 ： 楚位强 作 者 学 号 ： 20083025322 指导教师姓名： 杨虹蓁 完 成 时 间 ： 2011年6月10日 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院电子工程系毕业设计（论文）任务书姓 名：楚位强专 业：电子工艺与管理班 级：08253学号：20083025322指导教师：杨虹蓁职 称：讲师完成时间： 2011.6.10毕业设计（论文）题目： AOI测试设备现状发展研究设计目标：研究AOI测试设备在SMT生产线上的
2、应用，以及目前国内AOI测试设备的发展现状和发展趋势。技术要求：1 AOI工作原理2 AOI在各工序中的应用3 AOI测试的局限性4 AOI测试中的各项检测技术5. AOI发展现状与趋势 所需实验仪器设备： 教二一楼SMT实验室生产设备成果验收形式：论文答辩参考文献： 自动光学检测实现生产效益最大化SMT组装质量检测中的AOI技术与系统、AOI技术在SMT生产上的实施时间安排15周-6周立题论证39周-13周论文修改27周-8周写论文414周-16周成果验收指导教师： 教研室主任： 系主任：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A
3、OI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11.2 探索AOI设备的意义3第2章AOI工作原理42.1概述42.2分析算法52.3图像识别62.4 本章小结8第3章AOI设备在各工序中的应用93.1 PCB检测93.2 焊膏印刷检测103.3贴装检测113.4 回流检测123.5 AOI合理安排1
4、33.6 本章小结14第4章 AOI系统中的各项技术154.1 光源和镜头154.2 AOI与SPC154.2.1 SPC概述154.2.2 AOI和SPC的结合164.2.3实时监控174.3 AXI检测技术174.4 EPV内嵌式检测技术184.4.1嵌入生产过程中的验证184.4.2原理19 4.4.3性能.194.5 本章小结19第5章 AOI的优化利用205.1 程序编辑及管理205.2 正确使用设备205.3 完善的数据统计分析215.4 测试策略23第6章 AOI现状与发展趋势246.1国内外AOI现状246.2 AOI的优点和存在的问题256.3 AOI发展趋势27第7章 结论
5、30致 谢31参考文献32AOI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
6、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SMT 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
7、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
8、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
9、 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
10、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
11、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
12、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
13、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，在线 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
14、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。第2章AOI工作原理2.1概述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.
