畢業(yè)設(shè)計（論文）-AOI在SMT中的應(yīng)用

PAGEI畢業(yè)設(shè)計(論文)中文摘要（題目）：AOI在SMT中的應(yīng)用摘要：本文主要對AOI的工作原理進(jìn)行闡述，介紹了SMT中各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)對AOI的性能要求，歸納了目前AOI的應(yīng)用策略及與SPC的結(jié)合特點(diǎn)，并對AOI的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。隨著SMT（表面貼裝技術(shù)）裝配越來越精密、效率要求越來越高，人工目檢顯然已經(jīng)適應(yīng)不了現(xiàn)代化工業(yè)要求，相對于人工目檢來說AOI（自動光學(xué)檢測儀）具有更高的穩(wěn)定性、可重復(fù)性和更高的精準(zhǔn)度。而且一個普通4人的檢查崗位使用AOI后一個人就可以完成檢測、標(biāo)識和裝箱工作，更重要的是，AOI可以生成一系列的測試數(shù)據(jù)反饋給工藝工程師，做到防范于未然，降低了維修成本等等。由此說來使用AOI已成為SMT裝配以及保證貼裝質(zhì)量的潮流發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：表面組裝技術(shù)自動光學(xué)檢測原理應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(論文)外文摘要Title:TheapplicationofAOIinSMTAbstract:ThepriciplesofAOIaresummarized.ThematerialdemandsandappliedcharacteristicsinthemainprocessofSMTarepointedout.ThestrategyintheusingofAOIisexpatiated.ThecombinationofAOIandSPCismentioned.ThedevelopmentofAOIinfutureispredicted.WiththeSMT（SurfaceMountedTechnology）,efficiencyandhigher,theartificialeyesthathasnomodernindustryrequires,relativetotheartificialaccountsfortheopticsAOI（AutomatedOpticalInspection）haveahigherstabilityandrepeatability,andagoodtime.AndfourpeoplewereexaminedbyanordinaryposttouseAOIafteronepersoncancompletethedetectionpacking,and,moreimportantly,aoicanproduceaseriesoftestdataisfedbacktotheengineer,sopreparednessintheprocesstoreducemaintenancecosts,andsoon.Theuseofthesmtaoiithasbeenfittedupwithandensurethequalityofthedevelopmenttrend.Keywords：SurfaceMountedTechnology(SMT)AutoOpticalInspection(AOI)PrincipleApplication目錄1緒論 11.1課題研究的背景與前景 11.2課題研究的意義 12SMT及AOI概述 22.1SMT 22.2AOI 22.3使用AOI的原因 22.4SMT生產(chǎn)線上通常用到的檢測方法 22.5SMT生產(chǎn)線上常用方法的缺點(diǎn) 22.6AOI的優(yōu)點(diǎn) 32.7AOI檢查與人工檢查的比較 32.8AOI的種類 42.9AOI的三種機(jī)型 53AOI工作原理 63.1分析算法 63.2圖象識別 74AOI在各工序中的應(yīng)用 104.1PCB檢測 114.2焊膏印刷檢測 124.3貼裝檢測 134.4回流檢測 144.5AOI合理安排 155AOI與SPC 175.1AOI和SPC的結(jié)合 185.2實時監(jiān)控 196AOI現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 206.1AOI存在問題 206.2AOI發(fā)展趨勢 217設(shè)備介紹 227.1系統(tǒng)能力 237.2檢測程序生成 24結(jié)論 24致謝 25參考文獻(xiàn) 261緒論1.1課題研究的背景與前景當(dāng)前PCB產(chǎn)品向著超薄型、小元件、高密度、細(xì)間距方向發(fā)展。傳統(tǒng)的人工目檢，已不能完全適應(yīng)當(dāng)今制造技術(shù)的進(jìn)步。AOI是基于光學(xué)原理來對焊接生產(chǎn)中遇到的常見缺陷進(jìn)行檢測的設(shè)備,現(xiàn)在AOI系統(tǒng)已成為PCB制造業(yè)的必然需求。AOI工業(yè)正大踏步地向零缺陷制造目的前進(jìn)，但目前還沒達(dá)到?，F(xiàn)在的圖形反映了一系列靜態(tài)的信息，告訴工藝工程師發(fā)生了什么，但是不能實時地為操作員報警。相似地，通過AOI系統(tǒng)產(chǎn)生的這種類型的制造控制圖有助于研究缺陷產(chǎn)生的原因，但是AOI系統(tǒng)本身幾乎不具有分析原因的功能。焊接前的檢測設(shè)備循環(huán)進(jìn)行元器件貼裝、偏移檢測，并能直接發(fā)出偏移的信號給貼裝設(shè)備，修改貼裝程序。未來AOI用來為工藝質(zhì)量控制服務(wù)，應(yīng)包括優(yōu)秀的軟件系統(tǒng)，這個軟件具有統(tǒng)計解碼功能，能處理相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)信息和來自其它制造設(shè)備相關(guān)的質(zhì)量數(shù)據(jù)和變量，在缺陷發(fā)生之前有預(yù)告功能，并能判定飛針測試中工序錯誤的根本原因。隨著系統(tǒng)性能的提高，未來的AOI還具有自動糾正錯誤的功能。1.2課題研究的意義1）AOI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、反饋出來，供工藝控制人員分析和管理。用于過程缺陷分析、改善產(chǎn)品質(zhì)量。2）不同領(lǐng)域的缺陷檢測有著不同的要求，但其基本原理是相通的。只要突破了PCB自動光學(xué)檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，就可以在技術(shù)平臺上開發(fā)創(chuàng)新，針對不同領(lǐng)域的用戶及檢測對象開發(fā)不同的AOI系統(tǒng)。3）國內(nèi)SMT產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢測還處于一個相對較低的水平，同世界發(fā)達(dá)國家相比，還具相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｑ邪l(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自動光學(xué)檢測系統(tǒng)，將使我國印刷電路板行業(yè)的檢側(cè)技術(shù)落后的狀況得到改觀，增加競爭的能力。2SMT及AOI概述2.1SMTSMT就是表面組裝技術(shù)（SurfaceMountedTechnology的縮寫），是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝。2.2AOIAOI的全稱是AutomaticOpticInspection（自動光學(xué)檢測），是基于光學(xué)原理來對焊接生產(chǎn)中遇到的常見缺陷進(jìn)行檢測的設(shè)備。2.3使用AOI的原因為了進(jìn)行質(zhì)量控制，在SMT生產(chǎn)線上要進(jìn)行有效的檢測。由于電路板尺寸大小的改變提出更多的挑戰(zhàn),因為它使手工檢查更加困難。為了對這些發(fā)展作出反應(yīng)，越來越多的原設(shè)備制造商采用AOI。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將減少修理成本避免報廢不可修理的電路板出現(xiàn)。2.4SMT生產(chǎn)線上通常用到的檢測方法1）人工目檢用人眼來檢測電路板焊接完成前后其上各元件是否正確、是否連焊、焊錫是否合適。人工目檢通常位于貼片機(jī)后或回流爐后的第一個工位。2）在線測試（ICT）通過對電性能的檢測，判斷元件是否到位，是否焊接良好。在線測試的位置通常位于回流爐后，人工目檢之后。3）功能測試（FUNCTIONALTESTING）在生產(chǎn)線的末端，利用專門的測試設(shè)備，對電路板的功能進(jìn)行全面的測試，用以確認(rèn)電路板的好壞。2.5SMT生產(chǎn)線上常用方法的缺點(diǎn)人工目檢是最方便、實用、適應(yīng)性最強(qiáng)的一種。因為從原理上說，設(shè)計好的電路板，只要其上的元件類型、位置、極性全部正確，并且焊接良好的話，其性能就應(yīng)該符合設(shè)計要求。但是由于SMT工藝的提高，及各種電路板結(jié)構(gòu)尺寸的需要，使電路板的組裝向著小元件、高密度、細(xì)間距方向發(fā)展。受自身生理因素的限制，人工目檢對這種電路板已很難進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠、重復(fù)性高的檢測了。由于ICT需要針對不同的電路板制作不同的模板，制作和調(diào)試的周期較長，故只適用于大批量生產(chǎn)。功能測試需要專門的設(shè)備及專門設(shè)計的測試流程,故對絕大多數(shù)電路板生產(chǎn)線并不適用。2.6AOI的優(yōu)點(diǎn)1）編程簡單AOI通常是把貼片機(jī)編程完成后自動生成的TXT輔助文本文件轉(zhuǎn)換成所需格式的文件，從中AOI獲取位置號、元件系列號、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、元件旋轉(zhuǎn)方向這5個參數(shù)，然后系統(tǒng)會自動產(chǎn)生電路的布局圖，確定各元件的位置參數(shù)及所需檢測的參數(shù)。完成后，再根據(jù)工藝要求對各元件的檢測參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。2）操作容易由于AOI基本上都采用了高度智能的軟件，所以并不需要操作人員具有豐富的專業(yè)知識即可進(jìn)行操作。3）故障覆蓋率高由于采用了高精密的光學(xué)儀器和高智能的測試軟件，通常的AOI設(shè)備可檢測多種生產(chǎn)缺陷，故障覆蓋率可達(dá)到80%。4）減少生產(chǎn)成本由于AOI可放置在回流爐前對PCB進(jìn)行檢測，可及時發(fā)現(xiàn)由各種原因引起的缺陷，而不必等到PCB過了回流爐后才進(jìn)行檢測，這就大大降低了生產(chǎn)成本。2.7AOI檢查與人工檢查的比較在AOI出現(xiàn)以前，是由操作員人工完成板子的檢測。這個工序包括許多名操作員在生產(chǎn)線的工位上用顯微鏡工作。一般檢測板子表層，是否有元器件缺隕，錯貼或焊膏缺陷。板子用象限定位法檢測，每個工位檢測板子的1/4。雖然對于小板子來說，這種檢測方法是容易實現(xiàn)的，隨著板子尺寸增加到18*20＂，并有成千上萬的元器件，這種檢測方式不堪重負(fù)了。檢測要素是精確性和可靠性，而人工檢測在做得最好的情況下也有其局限性。對于電子制造服務(wù)商，更大的問題是人工檢測的時間太長。每個檢測工位的工作時間要附合線上板子的傳送時間，以保持生產(chǎn)線的流暢，如果有一個工位檢測時間延遲了，就會影響到整個生產(chǎn)線。對于較大的板子，檢測點(diǎn)增加了，簡單的肉眼評估法跟不上生產(chǎn)線的速度，另外因此而涉及到雇用輔助操作員和搬運(yùn)員的問題，這會引起額外勞動力成本和人力資源問題。表2-1是AOI檢查與人工檢查的比較。人工目檢AOI檢查pcb<18*20及千個pad以下人重要輔助檢查時間正常正常持續(xù)性因人而異好可靠性因人而異較好準(zhǔn)確性因人而異誤點(diǎn)率高pcb<18*20及千個pad以上人重要輔助檢查時間長短持續(xù)性差好可靠性差較好準(zhǔn)確性因人而異誤點(diǎn)率高pcb四分區(qū)（每個工位負(fù)責(zé)檢查板的四分之一）表2-1AOI檢查與人工檢查的比較2.8AOI的種類由于設(shè)計思路及性能的不同，AOI系統(tǒng)可大致分為以下幾種：1）按圖象拾取設(shè)備分類：①使用黑白CCD攝像頭②使用彩色CCD攝像頭③使用高分辨率掃描儀2）按測試項目分類：①主要檢測焊點(diǎn)②主要檢測元件③元件和焊點(diǎn)都檢測3）按設(shè)備的結(jié)構(gòu)分類①需要?dú)庠垂猗诓恍铓庠垂?）按測試時的相對運(yùn)動方式分類①電路板固定，攝像頭或掃描儀移動②攝像頭和電路板各往一個方向運(yùn)動③攝像頭固定，電路板進(jìn)行兩個方向的運(yùn)動2.9AOI的三種機(jī)型結(jié)合以上的各種配置，形成了主要的三種機(jī)器類型：1）回流爐前無氣源，電路板固定，元件檢測為主，連焊檢測為輔。2）回流爐后使用，需要?dú)庠?，電路板動，進(jìn)行元件、焊點(diǎn)、連焊檢測。3）可兼容以上兩項的檢測，無氣源，電路板固定不動。3AOI工作原理SMT中應(yīng)用AOI技術(shù)的形式多種多樣，但其基本原理是相同的（如圖3-1所示），即用光學(xué)手段獲取被測物圖形，一般通過一傳感器（攝像機(jī)）獲得檢測物的照明圖像并數(shù)字化，然后以某種方法進(jìn)行比較、分析、檢驗和判斷，相當(dāng)于將人工目視檢測自動化、智能化。圖3-1AOI基本原理示意圖3.1分析算法不同AOI軟、硬件設(shè)計各有特點(diǎn)，總體來看，其分析、判斷算法可分為2種，即設(shè)計規(guī)則檢驗（DRC）和圖形識別檢驗。DRC法是按照一些給定的規(guī)則檢測圖形。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PCB電路圖形。圖3-2是一種基于該方法的焊膏橋連檢測圖像，在提取PCB上焊膏的數(shù)字圖像后，根據(jù)其焊盤間隔區(qū)域中焊膏形態(tài)來判斷其是否為橋連，如果按某一敏感度測得的焊膏外形逾越了預(yù)設(shè)警戒線，即被認(rèn)定為橋連，DRC方法具有可以從算法上保證被檢驗的圖形的正確性，相應(yīng)的AOI系統(tǒng)制造容易，算法邏輯容易實現(xiàn)高速處理，程序編輯量小，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)計特定方法來確定邊界位置。圖3-2檢測橋連圖像圖形識別法是將AOI系統(tǒng)中存儲的數(shù)字化圖形與實驗檢測圖像比較，從而獲得檢測結(jié)果，如檢測PCB電路時，首先按照一塊完好的PCB或根據(jù)計算機(jī)輔助設(shè)計模型建立起檢測文件（標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化圖像）與檢測文件（實際數(shù)字化圖像）進(jìn)行比較，圖3-3為采用該原理對組裝后的PCB進(jìn)行的質(zhì)量檢測，這種方式的檢測精度取決于標(biāo)準(zhǔn)圖像、分辨力和所用檢測程序，可取得較高的檢測精度，但具有采集數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)實時處理要求高等特點(diǎn)，由于圖形識別法用設(shè)計數(shù)據(jù)代替DRC中的設(shè)計原則，具有明顯的使用優(yōu)越性。圖3-3圖像識別對比法檢測3.2圖象識別（1）圖像分析技術(shù)隨著計算機(jī)的快速發(fā)展，目前有許多成熟的圖像分析技術(shù)，包括模板匹配法（或自動對比）、邊緣檢測法、特征提取法（二值圖）、灰度直方圖法、傅里葉分析法、光學(xué)特征識別法等，每個技術(shù)都有優(yōu)勢和局限。模板比較法通過獲得一物體圖像，如片狀電容或QFP，并用該信息產(chǎn)生一個剛性的基于象素的模板，在檢測位置的附近，傳感器找出相同的物體，當(dāng)相關(guān)區(qū)域中所有點(diǎn)進(jìn)行評估之后，找出模板與圖像之間有最小差別的位置停止搜尋，系統(tǒng)為每個要檢查的物體產(chǎn)生這種模板，通過在不同位置使用相應(yīng)模塊，建立對整個板的檢查程序，來檢查所有要求的元件。由于元件檢測圖像很少完全匹配模板，所以模板是用一定數(shù)量的容許誤差來確認(rèn)匹配的，如果模板太僵硬，可能產(chǎn)生對元件的"誤報"；如果模板松散到接受大范圍的可能變量，也會導(dǎo)致誤報。（2）運(yùn)算法則幾種流行的圖像分析技術(shù)結(jié)合在一個"處方"內(nèi)，希望一個運(yùn)算法則，特別適合于特殊元件類型，在有許多元件的復(fù)雜板上，可能形成眾多的不同運(yùn)算法則，要求工程師在需要改變或調(diào)整時做大量的重新編程。例如當(dāng)一個供應(yīng)商修改一個標(biāo)準(zhǔn)元件時，對該元件的運(yùn)算法就可能需要調(diào)整，新的變化出現(xiàn)，用戶必須調(diào)整或"扭轉(zhuǎn)"運(yùn)算法則來接納所有可能的變化，例如一個0805片式電容，可以分類為具有一定尺寸和矩形形狀、兩條亮邊中間包圍較黑色的區(qū)域，然后這個外部簡單的元件外形可能變化很大，傳統(tǒng)的、基于運(yùn)算法則的AOI方法經(jīng)常太過嚴(yán)格，以至于不能接納對比度、尺寸、形狀和陰影合理的變化，甚至不重要的元件也可能難以可靠地查找和檢查，造成有元件而系統(tǒng)不能發(fā)現(xiàn)的"錯誤拒絕"。還有就是由于可接受與不可接受圖像的差別細(xì)小，運(yùn)算法則不能區(qū)分，引起"錯誤接收"，真正缺陷不能發(fā)現(xiàn)，為了解決一些問題，用戶在圖像分析領(lǐng)域中要有適當(dāng)?shù)闹R，其次是傳統(tǒng)的AOI要不斷廣泛地再編程，調(diào)整AOI方法以接納合理的變化，對一個新版設(shè)計或優(yōu)化一個檢查程序時，可能花上1-2天，甚至幾周作細(xì)小的扭轉(zhuǎn)。（3）統(tǒng)計建模技術(shù)為克服傳統(tǒng)圖象處理方法的缺點(diǎn)，AOI采用自調(diào)性的軟件技術(shù)，其設(shè)計將用戶從運(yùn)算法則的復(fù)雜性中分開，通過顯示一系列要確認(rèn)為物體的例子，使用一種數(shù)學(xué)技術(shù)，即統(tǒng)計外形建模技術(shù)（SAM）來自動計算怎樣識別合理的圖像變化，不同于基于運(yùn)算法則的方法，SAM使用自調(diào)性、基于知識的軟件來計算變量。這樣可減少編程時間，消除每天的調(diào)整，而且誤報率比現(xiàn)有的AOI方法低10-20倍。（4）柔性化技術(shù)傳統(tǒng)的AOI系統(tǒng)主要依靠識別元件邊緣來達(dá)到準(zhǔn)確和可重復(fù)性測量，一旦邊緣找到，通常利用這些邊緣的對稱模型產(chǎn)生元件在板表面的坐標(biāo)，但是用視覺技術(shù)很難找到邊緣，因為元件邊緣不是完全直線，用一條直線去配合這種邊緣的企圖都是有問題的，此外，邊緣傾向于黑色背景上的黑色區(qū)域，要準(zhǔn)確地確認(rèn)就會產(chǎn)生象素噪音變量，因為象素不能足夠小，否則容易產(chǎn)生一些象素分割的影響。基于邊緣識別的方法，一個好的視覺系統(tǒng)常會產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)偏差大約為1-/10象素的可重復(fù)性，而SAM技術(shù)能提供標(biāo)準(zhǔn)偏差相當(dāng)于1/20象素的可重復(fù)性元件。元件位置上的總變量小于1個象素的各3/10，因此要匹配到3個元件時，應(yīng)改進(jìn)精度和可重復(fù)性。檢查個1特定元件類型時，SAM是內(nèi)在靈活的，當(dāng)吻合1個外形大不相同的合法元件時，它會在x和y軸上移動，企圖通過位置調(diào)節(jié)達(dá)到最佳吻合，當(dāng)用一適當(dāng)?shù)腟AM模型吻合元件時，只允許實際上可發(fā)生的那些外形，而不要妥協(xié)x和y的位置，比如某些可允許的元件顏色變量是由于遮蔽或過渡曝光臨近較大元件所引起的，傳統(tǒng)運(yùn)算法則是不可能接納的，但由于SAM計算出所允許的圖像變更，使用者無需依靠大量編程的運(yùn)算法則或供應(yīng)商供應(yīng)的運(yùn)算法則庫就可以接納。（5）立體視覺成像技術(shù)傳統(tǒng)傳統(tǒng)AOI系統(tǒng)不能完全接納PCB外形，是由于局部彎曲產(chǎn)生的自然三維變化，現(xiàn)有AOI系統(tǒng)通常使用遠(yuǎn)心透鏡來從光學(xué)上去掉視差與透視的效果，因為高度上的透視效果被去掉，在圖像邊緣上的物體看上去與中間的物體在同一平面。這消除了光學(xué)視差錯誤，但是應(yīng)該跟隨板表面弧形的點(diǎn)與點(diǎn)之間的測量成為跨過平面弦的直線距離，造成重要的測量誤差且自動去掉有關(guān)板表面形狀的有價值信息。通過將SAM技術(shù)與兩排攝像機(jī)的立體視覺安排相結(jié)合，此AOI系統(tǒng)可測量和接納物體與表面高度，而結(jié)果在數(shù)學(xué)上呈現(xiàn)平直PCB，呈一定角度的攝像機(jī)提供物體的兩個透視，然后計算PCB的高度圖形和三維表面拓?fù)鋱D形，在板上任何元件的精確位置也通過計入其在板表面的高度來進(jìn)行計算，工作時AOI設(shè)備使用一標(biāo)準(zhǔn)板傳送帶在攝像機(jī)下面按刻度移動PCB通過攝像機(jī)排列，將圖像的立體象對排列構(gòu)成一副照相鑲嵌圖，然后對此照相鑲嵌圖進(jìn)行合成變平或?qū)崟r分析，SAM技術(shù)與立體視覺成像技術(shù)的結(jié)合具有高的精度和可重復(fù)性，可用于重要元件確認(rèn)和PCB檢查。4AOI在各工序中的應(yīng)用在SMT中，AOI技術(shù)具有PCB光板檢測，焊膏印刷檢測、元件檢測、焊后組件檢測等功能，在進(jìn)行不同環(huán)節(jié)的檢測時，其側(cè)重也有所不同。（1）印刷焊膠之后在生產(chǎn)中，焊膏印刷質(zhì)量將直接影響元器件的焊接質(zhì)量。例如，焊膏缺失將導(dǎo)致元器件開焊，焊膏橋接將會導(dǎo)致焊接適中，焊膏坍塌將導(dǎo)致元器件虛焊等缺陷。（2）元件貼裝之后器件貼裝后AOI能及時檢測出漏貼、貼錯、偏移歪斜等貼片缺陷。（3）回流焊之后爐后是PCB上不良焊接的集結(jié)處，是整個SMT生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝的集中反映。因而，在這里放置AOI設(shè)備是非常必要的，如圖4-1所示。PCB光板檢查機(jī)PCB光板PCB光板檢查機(jī)PCB光板印刷焊膏貼片回流焊焊接好元件的PCB板焊膏檢查機(jī)焊接前檢查機(jī)焊接后檢查機(jī)4.1PCB檢測早期的PCB生產(chǎn)中，檢測主要由人工目檢配合電檢測來完成的，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，PCB布線密度不斷提高，人工目檢難度增大，誤判率升高，且對檢測者的健康損害更大，電檢測程序編制更加煩瑣，成本更高，并且無法檢測某些類型的缺陷，因此，AOI越來越多地應(yīng)用于PCB制造中。PCB缺陷可大致分為短路（包括基銅短路、細(xì)線短路、電鍍斷路、微塵短路、凹坑短路、重復(fù)性短路、污漬短路、干膜短路、蝕刻不足短路、鍍層過厚短路、刮擦短路、褶皺短路等），開路（包括重復(fù)性開路、刮擦開路、真空開路、缺口開路等）和其他一些可能導(dǎo)致PCB報廢的缺陷（包括蝕刻過度、電鍍燒焦、針孔）。在PCB生產(chǎn)流程中，基板的制作、覆銅有可能產(chǎn)生一些缺陷，但主要缺陷在蝕刻之后產(chǎn)生，AOI一般在蝕刻工序之后進(jìn)行檢測，主要用來發(fā)現(xiàn)其上缺少的部分和多余的部分。在PCB檢測中，圖像對比算法應(yīng)用較多，且以2D檢測為主，其主要包括數(shù)據(jù)處理類（對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，過濾小的針孔和殘留銅及不需檢測的孔等），測量類（對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，記錄的特征代碼、尺寸和位置并與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比）和拓?fù)漕悾ㄓ糜跈z測增加或丟失的特征），圖4-2為特征提取法示意圖，（a）（b）為標(biāo)準(zhǔn)版和被檢板二值圖，（c）（d）為數(shù)學(xué)形態(tài)分析后的特征圖。圖4-2二值圖像和特征圖AOI一般可以發(fā)現(xiàn)大部分缺陷，存在少量的漏檢問題，不過主要影響其可靠性的還是誤檢問題。PCB加工過程中的粉塵、沾污和一部分材料的反射性差都可能造成虛假報警，因此目前在使用AOI檢測出缺陷后，必須進(jìn)行人工驗證。4.2焊膏印刷檢測焊膏印刷是SMT的初始環(huán)節(jié)，也是大部分缺陷的根源所在，大約60%-70%的缺陷出現(xiàn)在印刷階段，如果在生產(chǎn)線的初始環(huán)節(jié)排除缺陷，可以最大限度地減少損失，降低成本，因此，很多SMT生產(chǎn)線都為印刷環(huán)節(jié)配備了AOI檢測。印刷缺陷有很多種，大體上可以分為焊盤上焊膏不足、焊膏過多；大焊盤中間部分焊膏刮擦、小焊盤邊緣部分焊膏拉尖；印刷偏移、橋連及沾污等，形成這些缺陷的原因包括焊膏流變性不良、模板厚度和孔壁加工不當(dāng)，印刷機(jī)參數(shù)設(shè)定不合理、精度不高、刮刀材質(zhì)和精度選擇不當(dāng)、PCB加工不良等，通過AOI可以有效監(jiān)控焊膏印刷質(zhì)量，并對缺陷數(shù)量和種類進(jìn)行分析，從而改善印刷制程。圖4-3是一種焊膏檢測系統(tǒng)的原理圖，該系統(tǒng)主要組成部分為攝像機(jī)與光纖維x-y工作臺系統(tǒng)，在x-y桌面安裝攝像機(jī)，環(huán)狀光纖維在x-y方向移動，采集PCB整體的圖像來進(jìn)行檢測，利用環(huán)狀光纖維與環(huán)狀反射板將傾斜的光照射到焊膏上，攝像頭從環(huán)狀光纖維的正方攝像，測出焊膏的邊緣部分算出焊膏的高度，這是一種把形狀轉(zhuǎn)化為光的變化進(jìn)行判定的檢測方法。在正常印刷的場合，邊緣部分多少會產(chǎn)生一些隆起，這個部分可對從斜面投射過來的光發(fā)生強(qiáng)烈的反射。該檢測方法利用焊膏邊緣部分反射回來的光線寬度進(jìn)行焊膏橋接與焊膏環(huán)狀等現(xiàn)象判定，而由斜面照射回來的PCB表面將呈現(xiàn)暗淡的畫像。圖4-3焊膏印刷檢測系統(tǒng)組成與原理使用3D檢測，可以對焊膏形態(tài)、厚度進(jìn)行評估，檢查焊膏量是否合理、是否有刮擦和拉尖，這些缺陷在使用絲網(wǎng)和橡皮刮刀時出現(xiàn)較多，現(xiàn)在普遍使用不銹鋼網(wǎng)板和金屬刮刀，焊膏厚度比較穩(wěn)定，一般不會過多，刮擦現(xiàn)象也很輕微，重點(diǎn)要關(guān)注的是缺?。ê父噙^少）、偏移、沾污和橋連等缺陷。采用2D檢測可以有效地發(fā)現(xiàn)這些缺陷，圖像對比法和設(shè)計規(guī)則檢驗法都可以使用，檢測時間短，設(shè)備價格也比3D檢測要低，而且在貼片、回流等后續(xù)的工序中如有AOI，印刷環(huán)節(jié)考慮到成本也可采用2D檢測。4.3貼裝檢測元件貼裝環(huán)節(jié)對設(shè)備精度要求很高，常出現(xiàn)的缺陷有漏貼、錯貼片、偏移歪斜、極性相反等。AOI檢測可以監(jiān)察出上述缺陷，同時還可以在此檢查連接密間距和BGA元件的焊盤上的焊膏。圖4-4所示為某型AOI對貼片后的PCB檢測所采集到的圖像。圖4-4貼片之后的AOI圖像由于貼片環(huán)節(jié)之后緊接著回流焊接環(huán)節(jié)，因此貼裝之后的檢測有時被稱為回流焊前端檢測，回流焊前端檢測從品質(zhì)保障的觀點(diǎn)來看，由于在回流焊爐內(nèi)發(fā)生的問題無法檢測出而顯得沒有任何意義，在回流焊爐內(nèi)，焊錫熔化后具有自糾正位移，所以焊后基板上無法檢測出貼裝位移和焊錫印刷狀態(tài)，但實際上回流焊前端檢測是品質(zhì)保障的重點(diǎn)，回流焊前各個部位的元件貼裝狀況等在回流焊后就無法檢測出來的信息都能一目了然。此時基板上沒有不定型的東西，最適合進(jìn)行圖象處理，且通過率非常高，檢測過分苛刻而導(dǎo)致的誤判也大大減少。AOI檢出問題后將發(fā)出警報，由操作員對基板進(jìn)行目測確認(rèn)。缺件意外的問題報告都可以通過維修鑷子來糾正，在這一過程中，當(dāng)目測操作員對相同問題點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)多次修復(fù)作業(yè)時，就會提請各生產(chǎn)設(shè)備負(fù)責(zé)人重新確認(rèn)機(jī)器設(shè)定是否合理，該信息的反饋對生產(chǎn)質(zhì)量提高非常有幫助，可在短時間內(nèi)實現(xiàn)生產(chǎn)品質(zhì)的飛躍性提高。4.4回流檢測可簡單地將AOI分為預(yù)防問題和發(fā)現(xiàn)問題2種，印刷、貼片之后的檢測歸類與預(yù)防問題，回流焊后的檢測歸類于發(fā)展問題，在回流焊后端檢測中，檢測系統(tǒng)可以檢查元件的缺失、偏移和歪斜情況，以及所有極性方面的缺陷，還一定要對焊點(diǎn)的正確性以及焊膏不足、焊接短路和翹腳等缺陷進(jìn)行檢測，回流焊后端檢測是目前AOI最流行的選擇，此位置可發(fā)現(xiàn)全部的裝配錯誤，提供高度的安全性，圖4-5為某型AOI對回流焊后PCB的檢測圖像，采用了3種不同的照明模式，分別側(cè)重于焊點(diǎn)，零件和雷射印刷文字圖像的采集。圖4-6為回流焊后AOI識別的不同類型的缺陷。圖4-5回流焊后的AOI檢測圖4-6回流焊后的缺陷示例4.5AOI合理安排AOI可以在SMT生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)起到檢測作用，但目前AOI價格非常昂貴，對占大多數(shù)比例的中小型電子生產(chǎn)商來說，為每個環(huán)節(jié)都配置AOI是不合適的，因此當(dāng)一條生產(chǎn)線上只有一臺AOI時，應(yīng)把它放在哪個環(huán)節(jié)，這是非常值得探討的。（1）主導(dǎo)思想如圖4-7所示，有兩種檢查主導(dǎo)思想：缺陷防止或缺陷發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)姆椒☉?yīng)該是缺陷防止，在這樣的一個方法中，AOI機(jī)器應(yīng)當(dāng)放在SMT生產(chǎn)線的焊膏印刷機(jī)之后，或者放在元件貼裝之后，主導(dǎo)思想為缺陷發(fā)現(xiàn)時，AOI機(jī)器應(yīng)當(dāng)放在回流爐之后，這是制造工藝中的最后步驟，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。圖4-7AOI在SMT生產(chǎn)線中放置位置（2）實施目標(biāo)應(yīng)用AOI的主要目標(biāo)在于最終品質(zhì)和過程跟蹤。最終品質(zhì)注意力主要集中在產(chǎn)品生產(chǎn)的最終狀態(tài)，當(dāng)生產(chǎn)問題非常清楚、產(chǎn)品混合度高、數(shù)量和速度為關(guān)鍵因素的時候，優(yōu)先采用這個目標(biāo)，設(shè)備可以產(chǎn)生大范圍的過程控制信息，使用AOI設(shè)備來監(jiān)視生產(chǎn)過程，典型內(nèi)容包括詳細(xì)的缺陷分類和元件貼放偏移信息，當(dāng)產(chǎn)品可靠性高、混合度低、大批量制造和元件供應(yīng)穩(wěn)定時，優(yōu)先采用這個目標(biāo)，在線監(jiān)控具體生產(chǎn)狀況，并為生產(chǎn)工藝的調(diào)整提供必要的依據(jù)。（3）實施策略AOI設(shè)備所防止的位置可以實現(xiàn)或阻礙檢查目標(biāo)，不同的位置可產(chǎn)生相應(yīng)不同的過程控制信息。AOI放置是由以下因素決定的：1）特殊生產(chǎn)問題，如果生產(chǎn)線有特別的問題，檢查設(shè)備可增加或移動到這個位置，監(jiān)測缺陷，盡早發(fā)覺重復(fù)性的缺陷。2）實施目標(biāo)。對于AOI設(shè)備，沒有一個最好的位置來處理所有的生產(chǎn)線缺陷，如果應(yīng)用AOI的目標(biāo)是要改進(jìn)全面的最終品質(zhì)，AOI設(shè)備置于過程的前面可能沒有置于后面的價值大，置于前面是為了避免對已有缺陷的產(chǎn)品再增加價值，此外在過程的早期，維修缺陷的產(chǎn)品的成本大大低于發(fā)貨前后的維修成本。但許多缺陷是在生產(chǎn)的后期出現(xiàn)的，意味著不管前面發(fā)現(xiàn)多少缺陷，發(fā)貨前還是需要全面的視覺檢查。（4）放置位置實施AOI的關(guān)鍵，就是將檢查設(shè)備配置到一個可以盡早識別和改正最多缺陷的位置，雖然AOI可用于生產(chǎn)線上的多個位置，但有3個檢查位置是主要的：1）印刷之后，SMT中60%-70%的焊點(diǎn)缺陷是印刷時造成的，如果焊膏印刷過程滿足要求，就可以有效減少后期出現(xiàn)的缺陷數(shù)量。2）回流焊前，這是一個典型的放置位置，因為可發(fā)現(xiàn)來自焊膏以及機(jī)器貼放的大多數(shù)缺陷，在這位置上可以產(chǎn)生程控信息，提供貼片機(jī)和密間距元件貼裝設(shè)備核準(zhǔn)的信息，用來修改元件貼放或表明貼片機(jī)需要校準(zhǔn)，滿足過程跟蹤的目標(biāo)。3）回流焊后這是AOI最流行的選擇，因為這個位置可以發(fā)現(xiàn)全部裝配錯誤，避免有缺陷的產(chǎn)品流入客戶手中，回流焊后檢測能夠提供高度的安全性，它可識別由焊膏印刷、元件貼裝和回流過程引起的錯誤，支持最終品質(zhì)目標(biāo)。5AOI與SPCSPC即統(tǒng)計過程控制（StatisticalProcessControl），主要是指應(yīng)用統(tǒng)計分析技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控，科學(xué)的區(qū)分出生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量和隨機(jī)波動與異常波動，從而對生產(chǎn)過程得異常趨勢提出預(yù)警，以便生產(chǎn)管理人及時采取措施，消除異常，恢復(fù)過程的問對，從而達(dá)到提高和控制質(zhì)量的目的。生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品加工規(guī)范的波動是不可避免的，它是由人、機(jī)器、材料、方法和環(huán)境等基本因素的波動影響所致。波動分為2種，即正常波動和異常波動，正常波動總是偶然性原因（不可避免因素）造成，它對產(chǎn)品質(zhì)量影響較小，在技術(shù)上難以消除，在經(jīng)濟(jì)上也不值得消除，異常波動是由系統(tǒng)原因（異常原因）造成，他的產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，但能夠采取措施避免和消除，程控的目的就是消除、避免異常波動，使過程處于正常波動狀態(tài)。5.1AOI和SPC的結(jié)合AOI技術(shù)的統(tǒng)計分析功能與SPC技術(shù)的結(jié)合為SMT生產(chǎn)工藝實時完善提供了有利的保障，PCB裝配的成品率進(jìn)而得到明顯提高，隨著現(xiàn)代制造業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)的受控越來越重要，對SPC資料的需求也不斷增長，AOI系統(tǒng)的應(yīng)用將越發(fā)顯出其重要性。將AOI和SPC有效結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝制程快速、準(zhǔn)確地反饋（如圖5-1），降低成本，提高成品率，從而也就提高了企業(yè)的利潤。SPC分析SPC分析生產(chǎn)AOI檢測控制圖5-1SPC對生產(chǎn)品質(zhì)的反饋AOI能夠?qū)崿F(xiàn)兩類測量，即缺陷檢測（傳統(tǒng)意義的AOI應(yīng)用）和每塊PCB的差異測量，對有效的過程控制而言，兩類測量都需要，其中差異測量對實時SPC應(yīng)用非常重要，它會根據(jù)AOI系統(tǒng)類型及它所處生產(chǎn)線位置的不同而不同，為使AOI/SPC成功用于生產(chǎn)線上，AOI系統(tǒng)必須能產(chǎn)生錯誤處理和報警，誤判率和缺陷檢測靈敏度會受檢查參數(shù)的影響，生產(chǎn)工藝變量越多，誤判的可能性就越大，缺陷檢測的復(fù)雜程度也越大，因此選擇在印刷、貼片、回流焊后或波峰焊后進(jìn)行檢查，誤判率有明顯的不同，一般來說，誤判率的高低取決于工藝變化及組裝板復(fù)雜程度，缺陷確定有時非常棘手，兩類缺陷即硬缺陷和軟缺陷，硬缺陷是二元性缺陷，如缺件和空焊；軟缺陷是參數(shù)性缺陷，如零件移位和錫量不足等，這些缺陷有一個判定范圍，用戶必須字仔細(xì)地設(shè)定檢查參數(shù)，使設(shè)備不會再設(shè)定的缺陷范圍內(nèi)產(chǎn)生誤判，也可以從統(tǒng)計的觀點(diǎn)來看這種給定范圍的誤判，此時應(yīng)該在既能滿足保護(hù)要求又能使總體檢測成本最低的情況下，選擇最佳檢測參數(shù)。目前很多設(shè)備生產(chǎn)商在研發(fā)自帶印刷檢測系統(tǒng)的新型印刷機(jī)，其設(shè)計大多是將2D檢測系統(tǒng)整合到印刷機(jī)內(nèi)，在檢查缺陷的同時對其數(shù)量和類型進(jìn)行統(tǒng)計，并反饋回來經(jīng)分析后對印刷機(jī)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到AOI/SPC結(jié)合的閉環(huán)控制，這種檢測系統(tǒng)具有特殊的要求，體積要小、可以裝配到印刷機(jī)內(nèi)；檢測速度要快，不影響印刷工作效率，涉及到閉環(huán)控制、判斷、統(tǒng)計和分析速度要快，并且要可靠、盡量減少誤判。5.2實時監(jiān)控利用目前AOI系統(tǒng)生成的標(biāo)準(zhǔn)缺陷數(shù)量和對變量的量測能實現(xiàn)實時檢查并發(fā)現(xiàn)不良，只要有任何過程超出預(yù)設(shè)界限，系統(tǒng)都會提醒生產(chǎn)線操作員。基本上實時AOI/SPC是連續(xù)檢測生產(chǎn)線狀況，檢測出每塊板的不良，同時檢測貼片的效果、測定送料和吸嘴的性能并嚴(yán)格控制過程變量。這種系統(tǒng)關(guān)鍵有兩點(diǎn)，一個是要有快速準(zhǔn)確的AOI與系列生產(chǎn)線控制器相連，另外還需要一個智能網(wǎng)絡(luò)以維護(hù)AOI數(shù)據(jù)，并快速將相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成某個特定機(jī)器、送料器或吸嘴的信息，生產(chǎn)線控制器和數(shù)據(jù)服務(wù)器用一個RS485網(wǎng)絡(luò)來收集數(shù)據(jù)，這個網(wǎng)絡(luò)允許從焊膏印刷機(jī)、貼片機(jī)、回流焊爐和AOI系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。通過計算最佳和平均生產(chǎn)周期，OEM可EMS廠商能夠確定出系統(tǒng)的實際利用率。收集到的數(shù)據(jù)可以追溯一個有缺陷的零件直到某個卷盤，此外還可以快速優(yōu)化生產(chǎn)線以適應(yīng)不同的產(chǎn)品種類。6AOI現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢6.1AOI存在問題AOI雖然具有比人工檢測更高的效率，但畢竟是通過圖像采集和分析處理來得出結(jié)果，而圖像分析處理得相關(guān)軟件技術(shù)目前還沒達(dá)到人腦的級別，因此，在實際應(yīng)用中，一些特殊情況，AOI的誤判、漏判在所難免。目前AOI在使用中的主要問題有：（1）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。（2）電容容值不同而規(guī)格大小和顏色相同，容易引起漏判。（3）字符處理方式不同，引起的極性判斷準(zhǔn)確性差異較大。（4）大部分AOI對虛焊的理解發(fā)生歧義，造成漏判推諉。（5）存在屏蔽圈、屏蔽罩屏蔽點(diǎn)的檢測問題。（6）BGA、FC等倒裝元件的焊接質(zhì)量難以檢測。（7）多數(shù)AOI編程復(fù)雜、煩瑣且調(diào)整時間長，不適合科研單位、小型OEM廠，多規(guī)格小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)單位。（8）多數(shù)AOI產(chǎn)品檢測速度較慢，有少數(shù)采用掃描方法的AOI速度較快，但誤判、漏判率更高。6.2AOI發(fā)展趨勢（1）圖形識別法成為應(yīng)用主流SMT中應(yīng)用的AOI技術(shù)，圖形識別法已成為主流，這是由于SMT中應(yīng)用的AOI技術(shù)主要檢測對象，如SMT元件、PCB電路、焊膏印刷圖形、完成組后組件等的規(guī)格和種類，而且檢測對象發(fā)展變化很快，相應(yīng)的設(shè)計規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)很難全面跟上，為此，基于設(shè)計規(guī)則的DRC法應(yīng)用起來較困難，而計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展解決了高速圖形處理難題，使圖形識別法更易實用化。目前，各式各樣的圖形識別法AOI技術(shù)在SMT中應(yīng)用越來越廣泛。（2）AOI技術(shù)向智能化方向發(fā)展AOI技術(shù)向智能化方向發(fā)展是SMT發(fā)展帶來的必然要求，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，檢測信息量大而復(fù)雜，無論是在檢測反饋實時性方面，還是在分析、診斷的正確性方面，依賴人工對AOI獲取的質(zhì)量信息進(jìn)行分析、診斷幾乎已經(jīng)不可能，代替人工進(jìn)行自動分析、診斷的智能AOI技術(shù)成為發(fā)展的必然，圖6-1所示為一種采用焊點(diǎn)形態(tài)圖形識別和專家系統(tǒng)分析的智能化AOI系統(tǒng)原理圖，它基于焊點(diǎn)形態(tài)理論，方法與自動視覺檢測類似，即利用光學(xué)系統(tǒng)和圖象處理措施在線實測已成形焊點(diǎn)的形態(tài)，由計算機(jī)將所獲取的焊點(diǎn)實際形態(tài)與分析評價專家系統(tǒng)庫存的合理形態(tài)進(jìn)行比較，快速識別超出容許形態(tài)范圍的故障焊點(diǎn)，并利用智能技術(shù)對其故障類型和故障原因進(jìn)行自動分析評價，形成工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)整實時控制信息，進(jìn)行焊點(diǎn)質(zhì)量實時反饋控制，并對分析評價信息進(jìn)行記錄統(tǒng)計處理，該方面的研究工作國內(nèi)外都在進(jìn)行之中。焊點(diǎn)形態(tài)CAD焊點(diǎn)形態(tài)參數(shù)設(shè)計文件標(biāo)準(zhǔn)焊點(diǎn)形態(tài)CAD焊點(diǎn)形態(tài)參數(shù)設(shè)計文件標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)參數(shù)合理形態(tài)專家系統(tǒng)工藝參數(shù)焊接組裝光學(xué)檢測裝置焊點(diǎn)實際形態(tài)分析評價焊點(diǎn)形態(tài)比較圖像處理焊點(diǎn)質(zhì)量實時反饋處理記錄統(tǒng)計圖6-1采用焊點(diǎn)形態(tài)圖形識別和專家系統(tǒng)分析的智能化AOI系統(tǒng)原理圖7設(shè)備介紹目前國內(nèi)AOI市場上品牌眾多，歐、美、日、韓、以色列等均在我國推出了不同類型的AOI。但根據(jù)市場上的使用情況來看，日本的歐姆龍（ormon）公司、美國HP公司、泰瑞達(dá)（Teradyne）等在AOI市場上的占有率較高。特別是歐姆龍公司，被眾多國內(nèi)著名企業(yè)選用，包括蘇州明基、深圳華為、建伍（惠州）、三洋（廣州）等，這里將以該公司產(chǎn)品為例對AOI設(shè)備進(jìn)行介紹。VT－WIN是日本歐姆龍公司最高檔的光學(xué)自動檢查系統(tǒng)，可應(yīng)用于檢測印刷線路板上的貼片及焊接等缺陷。它采用了歐姆龍的專利技術(shù)“CHS”（ColourHighlightTechnology）和獨(dú)特的判別邏輯，其技術(shù)歷經(jīng)10余年的不斷改進(jìn)和改善，已經(jīng)非常成熟和先進(jìn)。VT－WIN具有檢測速度快、誤判率低、編程簡便快捷、缺陷覆蓋率高、實時數(shù)據(jù)反饋等特點(diǎn)，因而在SMT領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，在制程能力和生產(chǎn)效率的提高、品質(zhì)保障、降低成本等多方面發(fā)揮著積極的作用。VT－WIN核心結(jié)構(gòu)包括一個彩色CCD鏡頭、交流伺服控制X－Y工作臺及影像處理裝置。在檢測進(jìn)行時，X－Y工作臺會將線路板送到鏡頭下面，鏡頭捕捉到彩色的線路板圖像后，32位元的RISC處理器將會在X－Y工作臺移至下一個位置時對捕捉到的影像分析處理，通過對圖像進(jìn)行連續(xù)處理，獲得較高的檢測速度。CHS及自動位置校準(zhǔn)是“ORMON”獨(dú)一無二的技術(shù)，它的優(yōu)越性在于檢測準(zhǔn)確，誤判率低。7.1系統(tǒng)能力適合檢測波峰焊及回流焊后的印刷線路板，可對元件貼裝（包括J型引線器件及旋轉(zhuǎn)型元件）和焊點(diǎn)缺陷進(jìn)行檢測。歐姆龍的專利技術(shù)“Colo