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AOI检测机工作原理

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。

二、 AOI 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、 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：

（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， 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：

①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
②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
③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。

（ 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。 如图三所示

每一副图像都通过智能的AOI软件计算，得到一个百分比的误差阀值,如果待测图像的阀值小于标准图像的阀值则认为是OK的，反之则认为是NG的。

（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：

（ 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， 以最求最高的性价比， 发挥一台设备的最佳性能来实现我们理想的效果。谈到如何评估 AOI 是否符合本公司的要求， 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和改善， 当然是可以提高产品品质和降低维修成本的。

3.需要考虑产品的易用性、 比如说编程速度、 检测速度等， 笔者知道 ALeader 全新的升级检测系统配备有自动编程的功能， 通过 CAD 数据自动搜索相应的元件物料号来完成编程投入测试， 另外在手工编程时， 同一类型的元件自动识别、 自动画框， 这样便大大提高了我们设定 AOI 监测点的时间。

4.当然， 售后服务的考虑也是必不可少的， 主要考虑供应商的服务工程师人数，办事处分布点， 和备件维护的周期性， 等等。总而言之， SMT 生产使用 AOI 来对品质进行监测是必然趋势； 广大 SMT 生产厂

商已经意识到这点， 而主动开始了解及引入适合自己的 AOI 系统， 不断的提升及稳定其品质。如何选择一台能灵活应对市场变化的 AOI 和如何用好 AOI 是我们应该长期摸索和探讨的一个话题， 能够实时监控和反馈工艺信息的 AOI 定会是广大客户的追求所在， 相信随着 AOI 技术的不断创新和改善， SMT 实现自动化指日可待。

文章转载借鉴道客巴巴

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