aoi原理性介绍.doc.docx

AOI 原理的介绍  AOI检测分为两部分：光学部分和图像处理部分通过光学部分获得需要检测的图像；通过图像处理部分来分析、处理和判断图像处理部分需要很强的软件支持，因为各种缺陷需要不同的计算方法用电脑进行计算和判断有的AOI软件有几十种计算方法， 例如黑／白、求黑占白的比例、彩色、合成、求平均、求和、求差、求平面、求边角等等     1.灯光变化的智能控制     人认识物体是通过光线反射回来的量进行判断，反射量多为亮，反射量少为暗AOI与人判断原理相同     AOI通过人工光源LED灯光代替自然光，光学透镜和CCD代替人眼，把从光源反射回来的量与已经编好程的标准进行比较、分析和判断     对AOI来说，灯光是认识影象的关键因素，但光源受环境温度、AOI设备内部温度上升等因素影响，不能维持不变的光源，因此需要通过“自动跟踪”灯光“透过率”对灯光变化进行智能控制     2.焊点检测原理(举例)     AOI是X、Y平面(2D)检测，而焊点是立体的因此需要3D检测焊点高度(Z)3D检测的方法有：       (1)激光——这种方法最有效、最经济，但是需要对每个焊点进行扫描，扫描花费时间比较长，无法实现检测。

         (2)最流行的是采用顶部灯光和底部(水平)灯光两种灯光照射——用顶部灯光照射焊点和Chip元件时，元件部分灯光反射到camera，而焊点部分光线反射出去即用顶部灯光可以得到元件部分的影象与此相反，用底部(水平)灯光照射时，元件部分灯光反射出去，焊点部分光线反射到career即用底部灯光可以得到焊点部分的影象         同一个元件，照射灯光的角度不同，camera认识的影象就不同如果垂直灯光和水平灯光得到的两种图像的函数关系是已知的就可以区分元件还是焊点因为焊点比较暗，焊盘比较亮，用黑／白光计算方法、求黑占白的比例来求暗的面积占整个焊点的百分比，可检测焊锡量过多或过少百分比越大越好     3.编程     通过CAD转换很容易将PCB、元件的坐标、种类等信息输入软件     编程时要对PCB上每一种元件的各种缺陷进行编程要画出缺陷的检测窗口；输入缺陷的名称、灯光的类型、计算方法；设置合格通过)的范围；然后根据软件计算结果再调整检测窗口的大小，调整各项设置参数，使其达到对缺陷不能漏判，而且误判率最低时为止     (1)编程：输入元件位置和元件的种类等信息编程需要停止检验。

    (2)离线编程：用棚匡框住，输入元件的种类、信息的门槛值、上限、下限等信息     (3)可利用元件库，也可自定义     (4)对已编好的程序可进行编辑和修改     由于元件批次不同，元件外观与示教好(元件库)的元件外观不同发生错误时，可作简单更改；     (5)文字识别(OCR)系统可检查元件的标称值和器件的型号     (6)对PCB上每种元件的各种缺陷编辑完毕以后，保存在硬盘作为该产品的检测程序     三.检测方法  1.首先调出需要检测产品的检测程序   2.将需要检测的印制板放在AOI中进行扫描   3.AOI自动将扫描并计算，将计算结果与检测程序比较，并把计算结果显示出来   4.连续检测时，机器自动与标准检测程序进行比较，并把不合格的部分记录下来，(做标记或打印出来)   5.将有缺陷的板送返修站返修 四.AOI的应用    AOI可放置在印刷后、焊前、焊后不同位置     1.AOI放置在印刷后——可对焊膏的印刷质量作工序检测可检测焊膏量过多、过少，焊膏图形的位置有无偏移、焊膏图形之间有无粘连     2.AOl放置在贴装机后、焊接前——可对贴片质量作工序检测。

可检测元件贴错、元件移位、元件贴反(如电阻翻面)、元件侧立、元件丢失、极性错误、以及贴片压力过大造成焊膏图形之间粘连等     3.AOl放置在再流焊炉后——可作焊接质量检测可检测元件贴错、元件移位、元件贴反(如电阻翻面)、元件丢失、极性错误、焊点润湿度、焊锡量过多、焊锡量过少、漏焊、虚焊、桥接、焊球(引脚之间的焊球)、元件翘起(竖碑)等焊接缺陷        五、AOL有待改进的问题            1.只能作对外观检测，不能完全代替测（ICT）   2.如无法对BGA、CSP、FlipChip等不可见的焊点进行检测   3.对PLCC也要采用侧面的CCD才能较准确的检测   4.有些分辨率较低的AOI不能作OCR字符识别检测   六.X光检测    BGA、CSP、FlipChip的焊点在器件的底部，用肉眼和AOl都不能检测，因此，X光检测就成了BGA、CSP器件的主要检测设备     目前x光检测设备大致有三种档次：     1.传输X射线测试系统——适用于单面贴装BGA的板以及SOJ、PLCC的检测缺点是对垂直重叠的焊点不能区分     2.断面x射线、或三维X射线测试系统——克服了传输x射线测试系统的缺点，该系统可以做分层断面检测，相当于工业CT。

    3.目前又推出X光ICT结合的检测设备——用ICT可以补偿x光检测的不足适用于高密度、双面贴装BGA的板随着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，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AOI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所示：     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：   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：    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、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下图所示：收集了所有OK样本的变化规律  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AOI还是离线AOI的话题；其实，具体用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；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，如下图所示：印刷。