自動(dòng)光學(xué)檢查(AOI)

1、自動(dòng)光學(xué)檢查（AOI）2012.4.152AOI (自動(dòng)光學(xué)檢查)自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOIAOI，Automatic Optical Automatic Optical InspectionInspection）是指通）是指通過(guò)光學(xué)成像的方法獲過(guò)光學(xué)成像的方法獲得被測(cè)對(duì)象的圖像，得被測(cè)對(duì)象的圖像，經(jīng)過(guò)特定處理算法處經(jīng)過(guò)特定處理算法處理及分析，與標(biāo)準(zhǔn)模理及分析，與標(biāo)準(zhǔn)模板圖像進(jìn)行比較，獲板圖像進(jìn)行比較，獲得被測(cè)對(duì)象缺陷的一得被測(cè)對(duì)象缺陷的一種檢測(cè)方法。種檢測(cè)方法。3CONTENTS五、發(fā)展的方向四、存在的問(wèn)題三、核心的技術(shù)二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展一、AOI的用途4一、AOI的用途 在表面貼裝(S

2、MT)過(guò)程中，線路板(PCB)組件貼裝生產(chǎn)將要經(jīng)歷焊膏印刷、貼裝、回流焊(波峰焊)等工序，每個(gè)工序都可能存在質(zhì)量問(wèn)題而直接影響產(chǎn)品的合格率。1.PCB檢測(cè)。PCB缺陷可大致分為短路(包括基銅板短路、電鍍短路、塵埃短路、凹坑短路、污漬短路、干膜短路、蝕刻力度不夠短路、鍍層太厚短路、刮擦短路等)，開(kāi)路(包括重復(fù)性的開(kāi)路、刮擦開(kāi)路、真空開(kāi)路、缺口開(kāi)路等) 。2. 貼裝檢測(cè)。元件貼裝環(huán)節(jié)過(guò)程中常出現(xiàn)漏貼、偏移、歪斜、極性相反等缺陷。3. 回流檢測(cè)。檢測(cè)元器件的缺失、偏移和極性相反等情況，焊點(diǎn)的正確性以及焊膏是否充分、焊接短路和元器件翹腳等缺陷進(jìn)行檢測(cè)。5一、AOI的用途AOI基于光學(xué)圖像處理和計(jì)算機(jī)視

3、覺(jué)識(shí)別技術(shù)原理來(lái)對(duì)PCB 組件生產(chǎn)過(guò)程中遇到的缺陷進(jìn)行檢測(cè)。61. AOI發(fā)展歷史20世紀(jì)50年代開(kāi)始研究二維圖像的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別。60年代Roberts開(kāi)始進(jìn)行三維機(jī)器視覺(jué)的研究。(國(guó)內(nèi)的三維技術(shù)現(xiàn)在處于研發(fā)階段)70年代中，MIT人工智能實(shí)驗(yàn)室正式開(kāi)設(shè)“機(jī)器視覺(jué)”課程。1982年，以色列Orbotech開(kāi)始引入用于PCB裸板的AOI系統(tǒng)。1998年后，國(guó)內(nèi)電子和半導(dǎo)體工廠，開(kāi)始引進(jìn)帶有高科技技術(shù)含量的機(jī)器視覺(jué)整套的生產(chǎn)線和高級(jí)設(shè)備。國(guó)內(nèi)AOI設(shè)備的開(kāi)拓者神舟視覺(jué)也是宣稱2002年開(kāi)始AOI技術(shù)的研發(fā)工作，2004年國(guó)內(nèi)第一臺(tái)AOI光學(xué)檢測(cè)儀誕生;二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展7二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展主要有以色列Or

4、botech，美國(guó)Machine Vision Products、CyberOptics、Mirtec 、Agilent，Teradyne，英國(guó)DiagnoSYS 、YESTech ，愛(ài)爾蘭MVP，德國(guó)Pruftechnik S，chneider & koch，日本Omron、Saki、Takano、Kubotek、V Technology ,韓國(guó)Mirtec等東莞神州視覺(jué)的Aleader 及廈門福信Otek，深圳振華興，江蘇的明富；臺(tái)灣的Camtek、TRI、良瑞2. 國(guó)內(nèi)外的主要廠商8二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展3. 供應(yīng)商市場(chǎng)占有率日本OMRON公司（40%）以及主營(yíng)印刷設(shè)備的SCREEN公司

5、占據(jù)著日本市場(chǎng)以色列的Orbotech公司及臺(tái)灣Camtek公司的設(shè)備主要針對(duì)PCB的裸板檢測(cè)，占據(jù)了全球其余市場(chǎng)的大多數(shù)份額，尤其是臺(tái)灣，中國(guó)大陸及東亞地區(qū)；國(guó)產(chǎn)神州AOI是國(guó)內(nèi)銷量最大的品牌。年銷量600臺(tái)，共銷售4000臺(tái)。9Machine TypeAfter RefowManufacturerTRIOMRONOrbotechModel No.TR7500EVT-RNSS22外形Resolution(micro)10um,15um,20um,25um10um,15um,20um18um,25um,29umCCD讀取視窗大小(mm) 102.4 X 76.8 mm25.6 X 20.48

6、mm 56 X 42 mm機(jī)械定位精度1 um1 um1 um一個(gè)視窗檢查速度(sec)Five CCD 250 fov/sec250ms/FOVUp to 60cm2/Sec每秒可檢查範(fàn)圍110 cm*cm/sec (25um)21 cm2 60 cm2可辨別最小零件(pitch, size)01005 / 10um01005 / 10um所有的晶片元件(01005)及最小至0.3mm fine pitch影像方式(2D/3D)2.5D2D3D影像系統(tǒng)型式XGA 3 CCD 鏡頭彩色 3 CCD 攝像頭4M digital Camera光源系統(tǒng)型式多分區(qū)多角度LED,白光+RGBLED 光源

7、Directional Flash二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展4、品牌間對(duì)比10三、核心的構(gòu)造1. 視覺(jué)系統(tǒng)主要是執(zhí)行圖像采集功能；2. 機(jī)械系統(tǒng)是執(zhí)行將所檢物體傳送到指定的檢測(cè)點(diǎn)；3. 軟件系統(tǒng)是將所采集的圖像進(jìn)行分析和處理。AOI的基本構(gòu)造：由視覺(jué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)三個(gè)主要部分組成。11三、核心的構(gòu)造 1. 視覺(jué)系統(tǒng) CCD攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)換到電信號(hào)，被攝物體的圖像經(jīng)過(guò)光學(xué)鏡頭聚焦至CCD 芯片上，CCD 根據(jù)光的強(qiáng)弱積累相應(yīng)比例的電荷，各個(gè)像素積累的電荷在視頻時(shí)序的控制下，逐點(diǎn)外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號(hào)輸出。相機(jī)鏡頭光源定焦定倍12三、核心的構(gòu)造2. 機(jī)械系統(tǒng) 、AOI的控制結(jié)構(gòu)圖

8、13三、核心的構(gòu)造. 馬達(dá)線性馬達(dá)精確度高，但價(jià)格昂貴。伺服馬達(dá)的精確度僅次于線性馬達(dá)。步進(jìn)馬達(dá)的精確度較低，但價(jià)格十分便宜，采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置的AOI，檢測(cè)的質(zhì)量是不可信的。因此對(duì)馬達(dá)的選擇要按性價(jià)比來(lái)進(jìn)行考量的話，應(yīng)選擇伺服馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)裝置的AOI。步進(jìn)馬達(dá)伺服馬達(dá)線性馬達(dá)14三、核心的構(gòu)造3.軟件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)的核心是分析算法，分為設(shè)計(jì)規(guī)則檢驗(yàn)法和圖形識(shí)別檢驗(yàn)法。 、規(guī)則檢驗(yàn)法（DRC）是按照一些給定的規(guī)則檢測(cè)圖形。如以所有連線應(yīng)以焊點(diǎn)為端點(diǎn)，所有引線寬度、間隔不小于某一規(guī)定值等規(guī)則檢測(cè)PCB電路圖形。 規(guī)則檢驗(yàn)法具有可以從算法上保證被檢驗(yàn)的圖形的正確性，相應(yīng)的AOI系統(tǒng)具有制造容

9、易，數(shù)據(jù)占用空間小等特點(diǎn)，但該方法確定邊界能力較差，往往需要設(shè)計(jì)特定方法來(lái)確定邊界位置。15三、核心的構(gòu)造3.軟件系統(tǒng)、圖形識(shí)別法是將AOI系統(tǒng)中存儲(chǔ)的數(shù)字化圖形與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)圖像比較，從而獲得檢測(cè)結(jié)果。這種方式的檢測(cè)精度取決于標(biāo)準(zhǔn)圖像、分辨力和所用檢測(cè)程序，能取得較高的檢測(cè)精度，但所需采集數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理要求高等特點(diǎn)，由于圖形識(shí)別法用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)代替規(guī)則檢驗(yàn)法中的設(shè)計(jì)原則，具有明顯的使用優(yōu)越性。16三、核心的構(gòu)造三維立體視覺(jué)成像技術(shù)采用3一D系統(tǒng)，則能提供有關(guān)焊膏面積、以及焊膏高度和體積的精確信息，目前國(guó)外的AOI設(shè)備可以做到焊膏檢測(cè)，如美國(guó)的Agilent、YesTech、以色列的Orbot

10、ech等公司。還有一些國(guó)外其他廠家的焊膏AOl設(shè)備采用的是用激光三角法來(lái)檢測(cè)焊膏的厚度，而國(guó)內(nèi)對(duì)于焊膏檢測(cè)尚且還無(wú)能為力。17四、存在的問(wèn)題1.國(guó)內(nèi)外所要攻克的技術(shù)難題：、只能作對(duì)外觀檢測(cè)，AOI系統(tǒng)不能檢測(cè)電路錯(cuò)誤，也無(wú)法對(duì)BGA(球狀矩陣排列)等不可見(jiàn)的焊點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。、熱干擾對(duì)AOI的影響(使元器件產(chǎn)生虛假特征)以及多焊、少錫、偏移、歪斜的工藝要求標(biāo)準(zhǔn)界定不同，容易導(dǎo)致誤判，影響檢測(cè)的準(zhǔn)確度。、虛焊的比較檢測(cè)：尤其是對(duì)空焊問(wèn)題的檢測(cè)，是所有中外AOI生產(chǎn)廠商都沒(méi)有解決的技術(shù)難題。如前文所述，部分國(guó)外廠商研究出三維視覺(jué)檢測(cè)，但測(cè)試的結(jié)果基本差不多，不令人滿意，國(guó)內(nèi)對(duì)此技術(shù)尚在研究中。18四、

11、存在的問(wèn)題2.國(guó)內(nèi)AOI發(fā)展的問(wèn)題由于發(fā)展起步相對(duì)較晚，目前國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的AOI檢測(cè)算法復(fù)雜、煩瑣且調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，由于前期的PCB圖像拼接等圖像處理算法以及后期的檢測(cè)識(shí)別算法都不夠成熟，整個(gè)AOI系統(tǒng)不僅操作復(fù)雜，而且經(jīng)常出現(xiàn)誤判漏判等問(wèn)題，檢測(cè)速度慢與SMT生產(chǎn)線不協(xié)調(diào)，檢測(cè)精度和速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求精度。19五、發(fā)展的方向智能化：在 SMT的微型化、高密度化、快速組裝化、品種多樣化發(fā)展特征下，檢測(cè)信息量大而復(fù)雜，依賴人工對(duì)AOI獲取的質(zhì)量信息進(jìn)行分析、診斷幾乎已經(jīng)不可能，這就需要AOI還具有自動(dòng)糾正錯(cuò)誤的功能。代替人工進(jìn)行自動(dòng)分析。彩色化：AOI雖然用的是3CCD的相機(jī)，抓取的彩色

12、的圖像，大部分的算法只提取了顏色中的部分信息，例如灰度，來(lái)進(jìn)行圖像的識(shí)別，或者將RG顏色空間的三個(gè)通道分別處理后再合成。人類對(duì)大腦的顏色處理機(jī)制仍未完全理解。因此，如何充分利用RGB三顏色通道的信息，是彩色圖像處理的關(guān)鍵，也是AOI技術(shù)的一個(gè)飛躍。多元化：目前所見(jiàn)的AOI基本只應(yīng)用于表面貼裝技術(shù)，應(yīng)用最多的是PCB板的檢測(cè)。不再局限于SMT的應(yīng)用將是未來(lái)幾年的發(fā)展方向。20附表 AOI設(shè)備選型報(bào)告表需考慮的項(xiàng)目說(shuō) 明在線還是離線根據(jù)自身產(chǎn)品的產(chǎn)量及規(guī)格定牌號(hào)及公司根據(jù)該設(shè)備市場(chǎng)份額選擇前7名以內(nèi)的畫像信號(hào)攝像頭沒(méi)有角度相機(jī)的AOI光學(xué)死角很多， 可以檢測(cè)的不良類型有限像素一般應(yīng)達(dá)到百萬(wàn)像素分辨

13、率根據(jù)需檢測(cè)尺寸大小選擇10 m( 01005)、15 m( 0201) 、20m照明光源環(huán)形LED可調(diào)光源最佳機(jī)構(gòu)部分電機(jī)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)離線設(shè)備一般考慮用步進(jìn)電機(jī)、絲桿結(jié)構(gòu)足可PCB固定及軌道調(diào)整、定位精度在線設(shè)備應(yīng)有滾珠結(jié)構(gòu)及磁懸浮定位系統(tǒng)。由于AOI的精度主要取決于圖像分辨率， 運(yùn)動(dòng)控制精度在一定范圍內(nèi)不會(huì)對(duì)AOI精度造成影響被檢查物最大尺寸各類型設(shè)備差別不大， 一般被測(cè)板子都能滿足。但對(duì)于被測(cè)板比較特殊的， 如板子上下安裝器件過(guò)高的、夾持兩邊有一定厚度墊塊的，基板質(zhì)量過(guò)大的， 需要對(duì)這類參數(shù)仔細(xì)對(duì)比基板厚度、質(zhì)量邊緣間距器件高度測(cè)試測(cè)試速率各類型設(shè)備測(cè)試速率不一樣， 表示單位也不一樣， 有

14、的以單位時(shí)間多少焊點(diǎn)或多少器件算， 有的以單位時(shí)間多少幀圖像算， 每型設(shè)備的每幀圖像大小又不一樣， 所以對(duì)比沒(méi)有基準(zhǔn)， 還是要看實(shí)際測(cè)試。誤判率更是沒(méi)有哪個(gè)公司能準(zhǔn)確提供， 因?yàn)獒槍?duì)不同器件不同類型的測(cè)試， 誤判率的基準(zhǔn)也不一樣。這條款內(nèi)的數(shù)據(jù)只能是在試用了一段時(shí)間后對(duì)自身產(chǎn)品在設(shè)備上使用情況的一個(gè)總結(jié)誤判率測(cè)試種類檢測(cè)結(jié)果機(jī)身質(zhì)量不影響性能， 生產(chǎn)線設(shè)備布置需要了解該參數(shù)大小軟件SPC軟件各類型設(shè)備應(yīng)都有此功能返修標(biāo)識(shí)有的設(shè)備是標(biāo)配， 有的是選配， 并且如果是不同崗位用， 應(yīng)考慮配置兩臺(tái)機(jī)， 以及傳輸數(shù)據(jù)等圖像識(shí)別彩色圖像信息量多， 黑白圖像信息量少編程編程繁瑣， 每個(gè)元件都需設(shè)置檢測(cè)引腳窗

15、、檢測(cè)合格閥值的設(shè)備對(duì)操作員來(lái)講是個(gè)災(zāi)難升級(jí)各類型設(shè)備應(yīng)都有免費(fèi)軟件升級(jí)系統(tǒng)誤差運(yùn)動(dòng)誤差、圖像采集及處理誤差這些數(shù)據(jù)也是軟數(shù)據(jù)， 一般很難從公司獲取板彎曲補(bǔ)償應(yīng)有此功能， 否則影響測(cè)試精度價(jià)格價(jià)格因素不是最重要的， 但卻是必要的售后一般周邊地區(qū)應(yīng)有代理公司并配備5名-10名技術(shù)工程師用戶關(guān)注該設(shè)備已有的用戶， 特別是行業(yè)內(nèi)的用戶21參考文獻(xiàn)1.SMT質(zhì)量檢測(cè)中的AOI技術(shù)及應(yīng)用 王凡,姜建國(guó),申潔琳現(xiàn)代電子技術(shù)2011年5月1日第34卷第9期2.論AOI檢測(cè)設(shè)備的選型 吳紅電子工藝技術(shù)2008年9月 第29卷第5期3.AOI 的選擇方法 嚴(yán)仕新 電子工業(yè)專用設(shè)備總第162 期 Jul 20084.AOI 技術(shù)在PCB 制造領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展 姚立新 孫明睿 5.基于機(jī)器視覺(jué)的PCB缺陷自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng) 賴宇鋒, 王建暉 沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第5卷 第3期2009年7 月6.高