自動光學(xué)檢查軟件及其檢測算法和SPC

AOI 應(yīng)用軟件的開發(fā)是用戶使用后體現(xiàn)其效果的關(guān)鍵。大多 AOI 檢測系統(tǒng)采用了 PC 和 windows 操作系統(tǒng), 而 MVP 選擇了 LINUX和 UNIX 操作系統(tǒng), 以增強(qiáng)其軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

近年來軟件方面, 使用了很多電路板圖像的檢測算法, 這些算法大致可分為三大類: 有參考比較算法、無參考校驗(yàn)法以及混合型算法。有參考比較算法分為兩大類, 圖像對比法和模型對比法。這類方法算法簡單, 容易實(shí)現(xiàn), 但是它不容易檢測線寬、線距違例等瑕疵。無參考校驗(yàn)法不需要任何參考圖象, 它依據(jù)預(yù)先定義的 PCB 的設(shè)計規(guī)則來判斷待檢 PCB 圖象是否有瑕疵, 如果它不符合設(shè)計規(guī)則, 就認(rèn)為有瑕疵, 因此也稱為設(shè)計規(guī)則校驗(yàn)法。這類方法雖然在榆測線寬、線距違例這類瑕疵時能夠收到很好的效果, 但是其算法復(fù)雜, 運(yùn)算量很大, 而且易漏柃線、焊盤丟失等大瑕疵?；旌闲头椒ㄊ菍⒂袇⒖急容^算法與無參考校驗(yàn)法混合使用, 在一定程度上克服了前兩類方法的缺點(diǎn),從而發(fā)揮它們各自的優(yōu)點(diǎn)。比如, 模板匹配法與數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法結(jié)合使用, 或者連接表方法與數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法結(jié)合使用等。但當(dāng)前這種方法還不足很成熟, 其算法復(fù)雜, 不能滿足實(shí)時檢測的要求, 且自適應(yīng)性不夠, 系統(tǒng)擴(kuò)展能力差。當(dāng)前 AOI 檢測系統(tǒng)圖像處理基本上采用的是參考算法, 國外進(jìn)口品牌大多使用圖像匹配、法則判別登多種組合手段。

AOI 檢測系統(tǒng)的軟件具有統(tǒng)計分析功能, 為工藝技術(shù)人員提供 SPC ( Statistical Process Control ) 資料。AOI 檢測系統(tǒng)監(jiān)控工藝流程質(zhì)量, 與 SPC 工藝管理技術(shù)的結(jié)合, 及時提供反饋信息, 從而不斷地優(yōu)化生產(chǎn)流程中的各個參數(shù), 使 SMT 生產(chǎn)工藝更加完善, PCB裝配的成品率進(jìn)而得到顯著提高。隨著現(xiàn)代制造業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大, 生產(chǎn)的受控性越來越重要, 對 SPC 資料的需求也不斷增長。

AOI 被放在 SMT PCB 生產(chǎn)線上的四個不同生產(chǎn)步驟后的應(yīng)用。 (1) 錫膏印刷之后, 主要檢查焊膏印刷的情況; (2) 片式元件貼放之后, 以檢查貼片的正確與否, 可以較早地發(fā)現(xiàn)錯誤, 減少成本; (3) 芯片貼放之后, 檢測系統(tǒng)能夠檢查 PCB 上缺失、偏移、歪斜的芯片及芯片極性的錯誤; (4) 回流焊接之后, 在生產(chǎn)線的末端?？梢詸z測系統(tǒng)可以檢查出元件的缺失, 偏移和歪斜及元件極性缺陷。AOI 四個檢測位置中, 錫膏印刷之后、 ( 片式 ) 器件貼放之后和元件貼放之后的檢測目的在于預(yù)防問題,在這幾個位置檢測, 能夠阻止缺陷的產(chǎn)生; 在回流焊接之后的檢測, 則目的在于發(fā)現(xiàn)問題。預(yù)防問題 AOI放置在爐前, 發(fā)現(xiàn)問題 AOI 放置在爐后。當(dāng)前來說, 爐前的 AOI 比爐后的 AOI 重要, 但爐后的檢查特別是焊點(diǎn)類不良的檢查是 AOI 的檢查的難點(diǎn), Teradyne 的Optima7000 系統(tǒng)就側(cè)重于爐后的檢測。更多的 AOI 都具有很大的彈性度, 安捷倫的 SJ50 與 SP50 ( 三維) 焊膏檢測系統(tǒng)使用統(tǒng)一化平臺, 可以互換照明頭。 Omron和 Teradyne 的 AOI 都可以移到其它測試位置。

在對物體的檢測過程中, 光源起著決定性的作用。常見光源有: 白熾燈、鹵鎢燈、氣體放電燈、鈉燈、金屬鹵化物燈、氙燈、脈沖燈、 LED 光源, 激光等。

從性價比來考慮, 白熾燈光源 AOI 是一般企業(yè)較佳選擇, 如果參數(shù)編輯恰當(dāng), 假缺陷誤報會大幅度降度, 漏檢率也很低。選用高亮度 LED 作為光源有以下優(yōu)點(diǎn): 光的單色性好, 便于提高測量精度, 安裝空間較小, 可以根據(jù)對照明光強(qiáng)的實(shí)際需要方便地增加和減少 LED 數(shù)目。至于冷光源, 是一種近段時間發(fā)展起來的新型照明光源, 用光導(dǎo)纖維傳光束( 簡稱光纜) 將其發(fā)出的光束傳至照明的地方。它的輸出的可見光具有基本上無熱量、高強(qiáng)度、無陰影、無震動、多級可調(diào)光等優(yōu)點(diǎn)。激光 (Laser) 光源是當(dāng)前的 AXI 檢測系統(tǒng)采用的光源, 利用激光光源可以檢測出 BGA封裝的內(nèi)部缺陷。

比較當(dāng)前一些著名 AOI 生產(chǎn)廠家對鏡頭的選擇。Omron, MVP 和 Agilent 的 AOI 都采用了單一鏡頭。其中,Omron 鏡頭攝像采用了 CHS ( Color Highlight System ) 專利技術(shù); MVP 的公司 AOI 采用的是高靈敏度和性能的鏡頭; 安捷倫 SJ50 采用 SSM 技術(shù)的單一高解析度鏡頭; 而 Teradyne 的 AOI 通常有 5 個攝像頭, 四個傾斜的和一個垂直的, 由于其 AOI 在同一位置掃描5 次, 因此極大的提高了測試的覆蓋率; CyberOptics 的AOI 采用一組或兩組鏡頭, 可以多達(dá) 9 個到 18 個。

PCB的檢測最早采用人工目測方式, 隨著高密度電路布線和高產(chǎn)量的要求, 人工目測方式不能滿足可靠性的要求, 重復(fù)、單調(diào)、嚴(yán)格的檢測任務(wù)的最好解決方案是采用自動檢測系統(tǒng)。而 AOI 可滿足在生產(chǎn)線上對 PCB 全面檢測。 AOI 系統(tǒng)能夠檢測下面錯誤: 元件漏貼、鉭電容的極性錯誤、焊腳定位錯誤或者偏斜、引腳彎曲或折起、焊料過量或者不足、焊點(diǎn)橋接或者虛焊等。 AOI 不僅能檢查人工目測無法查出的缺陷外,AOI 可檢測到在線測試中針床無法接觸到的元器件和焊接點(diǎn), 提高缺陷覆蓋率。 AOI 還能把生產(chǎn)過程中各工序的工作質(zhì)量以及出現(xiàn)缺陷的類型等情況收集, 反饋回來, 供工藝控制人員分析和管理, 降低 PCB 廢品率。

運(yùn)用高速高精度視覺處理技術(shù)自動檢測PCB板上各種不同帖裝錯誤及焊接缺陷。PCB板的范圍可從細(xì)間距高密度板到低密度大尺寸板，并可提供在線檢測方案，以提高生產(chǎn)效率,及焊接質(zhì)量。

通過使用AOI作為減少缺陷的工具，在裝配工藝過程的早期查找和消除錯誤以實(shí)現(xiàn)良好的過程控制。早期發(fā)現(xiàn)缺陷將避免將壞板送到隨后的裝配階段，AOI將減少修理成本將避免報廢不可修理的電路板。

自動光學(xué)檢查(AOI, Automated Optical Inspection) 為工業(yè)自動化有效的檢測方法，使用機(jī)器視覺做為檢測標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，大量應(yīng)用于LCD/TFT、晶體管與PCB工業(yè)制程上，在民生用途則可延伸至保全系統(tǒng)。自動光學(xué)檢查是工業(yè)制程中常見的代表性手法，利用光學(xué)方式取得成品的表面狀態(tài)，以影像處理來檢出異物或圖案異常等瑕疵，因?yàn)槭欠墙佑|式檢查，所以可在中間工程檢查半成品。

AOI是最近才興起的一種新型測試技術(shù)，但發(fā)展迅速，很多廠家都推出了AOI測試設(shè)備。以SMT檢測為例，當(dāng)自動檢測時，機(jī)器通過攝像頭自動掃描PCB，采集圖像，測試的焊點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫中的合格的參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過圖像處理，檢查出PCB上缺陷，并通過顯示器或自動標(biāo)志把缺陷顯示/標(biāo)示出來，供維修人員修整。

安捷倫公司最新推出的 SJ50 系列 II 型 AOI 設(shè)備中應(yīng)用了三維立體形狀模型( SSM ) 技術(shù), 它運(yùn)用多角度成像, 生成逼真三維影像。由于采用了 SSM 技術(shù), 因此在缺陷報警準(zhǔn)確率方面有了很大的提高; 以一個單一、高分辨率的數(shù)碼相機(jī)和高速的精密支架使分辨率始終保持在 20- 25 微米 / 像素, 兼顧速度和分辨率性能。

Cyberoptics 的 AOI 的一個特點(diǎn)在于其分析軟件 ,只使用一個軟件編程方法, 無論針對焊前或焊后, 都可使用完全相同的設(shè)備和軟件, 無需進(jìn)行鏡頭或傳感器的更換; 另一個特點(diǎn)是機(jī)械設(shè)計非常簡單, 由于鏡頭是固定不動的, 能減少由于運(yùn)動部件過多引起的偏差或校準(zhǔn)工作。

MVP 的第五代 AOI 平臺 1820 ULTRA 采用了最新的數(shù)字相機(jī)技術(shù)。 1820 ULTRA 繼承了 MVP 以往AOI 系統(tǒng)獨(dú)特的單一鏡頭不停歇拍攝圖像、簡單機(jī)械結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。 MVP 的 AOI 操作系統(tǒng)采用的是 Unix 或Linux , 擁有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

歐姆龍產(chǎn)品的主要特點(diǎn)在于它采用 CHS ( ColorHighlight System ) 的專利技術(shù), 是僅此一個同時采用彩色光源, 彩色 CCD 攝像頭和彩色圖像處理的 AOI , 其采集到的包含了三維信息的圖像, 作為檢測判斷的標(biāo)準(zhǔn), 從而使它能實(shí)現(xiàn)對 0201 組件和無鉛焊的檢測。

Orbotech 的 VT- 9000E 系列在線光學(xué)檢測系統(tǒng),可以應(yīng)用于電子組裝的各檢測階段, 它同時具備 2D和 3D 技術(shù)。 Orbotech 同時擁有與其 AOI 產(chǎn)品配套的自動化智能制程控制的集成軟件工具, 為制程工程師和管理人員提供更多的信息, 使其 AOI 產(chǎn)品在 SMT生產(chǎn)線中起到預(yù)防錯誤的發(fā)生的作用。

Teradyne 的 Optima7300 系統(tǒng)以檢測面積大、密度高, 速度快為主要特點(diǎn)。一臺 Optima7300 每小時可檢測 250 塊電路板。針對測試過程中板晃動的問題,Teradyne 的 AOI 通過激光校準(zhǔn)和軟件追附, 做到較好的補(bǔ)償或抽樣補(bǔ)償。

國內(nèi)的首臺 AOI 檢測系統(tǒng)品牌 Aleader 的 ALD-H- 350 , 2004 年 5 月在廣東省東莞研發(fā)成功, 經(jīng)過現(xiàn)場使用后 2005 年已經(jīng)投入市場。該臺 AOI 系統(tǒng)采用單一攝像頭和特殊環(huán)形 RGB LED 光源相結(jié)合, 應(yīng)用彩色圖像比對方法和統(tǒng)計建模技術(shù) . 可以高速準(zhǔn)確檢測如下缺陷: (1) 焊點(diǎn)缺陷: 錫多、錫少、連錫等; (2) 錫膏印刷缺陷: 有無、偏斜、少錫多錫、斷路、污染等; (3) 零件缺陷: 缺件、偏移、歪斜、立碑、側(cè)立、翻件、極性反、錯件、破損等。它能夠檢測 450×350mm 超大檢測范圍, 最小高速檢測組件大小為 0402 , 測試速度每秒超過 60 個組件。由于采用中文, 學(xué)習(xí)快捷; 圖形化編程接口, 編程簡單。并且可以終身保修。 Aleader 的 ALD-H- 350 是國內(nèi)第一臺真正意義上的電子貼片生產(chǎn)線自動光學(xué)檢測設(shè)備。

另外, 北京星河公司已研制出 AOI 樣機(jī), 正在進(jìn)行測試和改進(jìn)。廈門福信光電集成有限公司也稱其公司的 AOI 系統(tǒng)研制項(xiàng)目完成了控制軟件的開發(fā), 首臺樣機(jī)已經(jīng)制作成功。

AOI技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛，廣義的AOI設(shè)備為結(jié)合光學(xué)傳感系統(tǒng)、訊號處理系統(tǒng)及分析軟件，應(yīng)用層面可包括宇宙探測、航空、衛(wèi)星遙測、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)品質(zhì)檢測、指紋比對、機(jī)器人控制、多媒體技術(shù)。

狹義的AOI設(shè)備則指工業(yè)上急需使用，在IC及一般電子業(yè)、機(jī)械工具/自動化機(jī)械、電機(jī)/電子工業(yè)、金屬鋼鐵業(yè)、食品加工/包裝業(yè)、紡織皮革工業(yè)、汽車工業(yè)、建筑材料、保全/監(jiān)視系統(tǒng)等。 2100433B

機(jī)器通過攝像頭自動掃描PCB，采集圖像，測試的焊點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫中的合格的參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過圖像處理，檢查出PCB上缺陷。

自動aoi光學(xué)檢測設(shè)備又名AOI光學(xué)測試儀、AOI自動光學(xué)檢測儀、aoi光學(xué)檢測儀，是在表面貼裝PCBA生產(chǎn)線上把SMD零件貼裝以后，或者焊錫過后，電解電容極性測試功能自動地檢測零件的貼裝狀態(tài)和焊錫狀態(tài)，檢測出PCBA焊接的不良，另外，提供了在生產(chǎn)工程上的各種統(tǒng)計資料，可正確地了解不良的原因及內(nèi)容，從而提高生產(chǎn)效率。 aoi自動光學(xué)檢測儀_提高成品率的好幫手

隨著器件封裝尺寸的減小和電路板貼片密度的增加，SMD檢查難度越來越高，人工目測就顯得力不從心，其穩(wěn)定性和可靠性都難以滿足生產(chǎn)和質(zhì)量控制的需要，故采用專用AOI檢查儀實(shí)現(xiàn)自動檢測就越來越重要。首先用于生產(chǎn)的儀器是光學(xué)系統(tǒng)，這類儀器都有一個共同特點(diǎn)即通過光源對SMA反射光采集進(jìn)行運(yùn)算，經(jīng)過計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)處理從而判斷SMA上元件位置及焊接情況，所以這類設(shè)備稱為自動光學(xué)檢查（AutomatedOpticalInspection，簡稱AOI）AOI光學(xué)檢測設(shè)備又分兩大類：在線式AOI自動光學(xué)檢測儀、離線aoi自動光學(xué)檢測儀 。

AOI設(shè)備根據(jù)在流水線上的位置通常分為三種：第一種是放在絲網(wǎng)印刷后檢測焊膏故障的AOI，稱為絲網(wǎng)印刷后AOI；第二種是放在貼片后檢測器件貼裝故障的AOI，稱為貼片后AOI；第三種是放在回流焊后AOI和波峰焊后AOI同時檢測器件貼裝和焊接故障的AOI，稱為回流焊后AOI，離線自動aoi光學(xué)檢測設(shè)備。

下面將對上述離線自動aoi光學(xué)檢測設(shè)備的故障檢測能力和原理進(jìn)行介紹。

離線自動aoi光學(xué)檢測設(shè)備是回流焊后AOI和波峰焊后AOI的總稱

在該工位的AOI可用來檢測出元器件焊接后的各種焊接缺陷（也包括貼片缺陷）。其測試原理在于焊接強(qiáng)度WA與焊錫/元器件引腳之間潤濕角θ存在著WA=бlg(1 cosθ)的關(guān)系，也就是通過焊錫的浸潤狀態(tài)可以推斷出焊錫的焊接強(qiáng)度。 攝像頭拍攝下的圖像，它是由許多像素組成，并且每一個像素都有一定的灰度值（0～255）因此，通過一定數(shù)學(xué)模型進(jìn)行圖像信息處理，可以精確的判定焊接質(zhì)量?？梢詸z測缺件、偏移、歪斜、立碑、側(cè)立、翻件、錯件，OCV、破損、電容極性反向，錫多、錫少、虛焊、連錫、銅箔污染等。2100433B

灰度,色溫,色域。