1、自動光學檢查（AOI）2012.4.152AOI (自動光學檢查)自動光學檢測（自動光學檢測（AOIAOI，Automatic Optical Automatic Optical InspectionInspection）是指通）是指通過光學成像的方法獲過光學成像的方法獲得被測對象的圖像，得被測對象的圖像，經過特定處理算法處經過特定處理算法處理及分析，與標準模理及分析，與標準模板圖像進行比較，獲板圖像進行比較，獲得被測對象缺陷的一得被測對象缺陷的一種檢測方法。種檢測方法。3CONTENTS五、發展的方向四、存在的問題三、核心的技術二、國內外發展一、AOI的用途4一、AOI的用途 在表面貼裝(S

2、MT)過程中，線路板(PCB)組件貼裝生產將要經歷焊膏印刷、貼裝、回流焊(波峰焊)等工序，每個工序都可能存在質量問題而直接影響產品的合格率。1.PCB檢測。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)，開路(包括重復性的開路、刮擦開路、真空開路、缺口開路等) 。2. 貼裝檢測。元件貼裝環節過程中常出現漏貼、偏移、歪斜、極性相反等缺陷。3. 回流檢測。檢測元器件的缺失、偏移和極性相反等情況，焊點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行檢測。5一、AOI的用途AOI基于光學圖像處理和計算機視

3、覺識別技術原理來對PCB 組件生產過程中遇到的缺陷進行檢測。61. AOI發展歷史20世紀50年代開始研究二維圖像的統計模式識別。60年代Roberts開始進行三維機器視覺的研究。(國內的三維技術現在處于研發階段)70年代中，MIT人工智能實驗室正式開設“機器視覺”課程。1982年，以色列Orbotech開始引入用于PCB裸板的AOI系統。1998年后，國內電子和半導體工廠，開始引進帶有高科技技術含量的機器視覺整套的生產線和高級設備。國內AOI設備的開拓者神舟視覺也是宣稱2002年開始AOI技術的研發工作，2004年國內第一臺AOI光學檢測儀誕生;二、國內外發展7二、國內外發展主要有以色列Or

4、botech，美國Machine Vision Products、CyberOptics、Mirtec 、Agilent，Teradyne，英國DiagnoSYS 、YESTech ，愛爾蘭MVP，德國Pruftechnik S，chneider & koch，日本Omron、Saki、Takano、Kubotek、V Technology ,韓國Mirtec等東莞神州視覺的Aleader 及廈門福信Otek，深圳振華興，江蘇的明富；臺灣的Camtek、TRI、良瑞2. 國內外的主要廠商8二、國內外發展3. 供應商市場占有率日本OMRON公司（40%）以及主營印刷設備的SCREEN公司

5、占據著日本市場以色列的Orbotech公司及臺灣Camtek公司的設備主要針對PCB的裸板檢測，占據了全球其余市場的大多數份額，尤其是臺灣，中國大陸及東亞地區；國產神州AOI是國內銷量最大的品牌。年銷量600臺，共銷售4000臺。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機械定位精度1 um1 um1 um一個視窗檢查速度(sec)Five CCD 250 fov/sec250ms/FOVUp to 60cm2/Sec每秒可檢查範圍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影像系統型式XGA 3 CCD 鏡頭彩色 3 CCD 攝像頭4M digital Camera光源系統型式多分區多角度LED,白光+RGBLED 光源

7、Directional Flash二、國內外發展4、品牌間對比10三、核心的構造1. 視覺系統主要是執行圖像采集功能；2. 機械系統是執行將所檢物體傳送到指定的檢測點；3. 軟件系統是將所采集的圖像進行分析和處理。AOI的基本構造：由視覺系統、機械系統、軟件系統三個主要部分組成。11三、核心的構造 1. 視覺系統 CCD攝像機實現光信號轉換到電信號，被攝物體的圖像經過光學鏡頭聚焦至CCD 芯片上，CCD 根據光的強弱積累相應比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。相機鏡頭光源定焦定倍12三、核心的構造2. 機械系統 、AOI的控制結構圖

8、13三、核心的構造. 馬達線性馬達精確度高，但價格昂貴。伺服馬達的精確度僅次于線性馬達。步進馬達的精確度較低，但價格十分便宜，采用步進電機作為驅動裝置的AOI，檢測的質量是不可信的。因此對馬達的選擇要按性價比來進行考量的話，應選擇伺服馬達作為驅動裝置的AOI。步進馬達伺服馬達線性馬達14三、核心的構造3.軟件系統 軟件系統的核心是分析算法，分為設計規則檢驗法和圖形識別檢驗法。 、規則檢驗法（DRC）是按照一些給定的規則檢測圖形。如以所有連線應以焊點為端點，所有引線寬度、間隔不小于某一規定值等規則檢測PCB電路圖形。 規則檢驗法具有可以從算法上保證被檢驗的圖形的正確性，相應的AOI系統具有制造容

9、易，數據占用空間小等特點，但該方法確定邊界能力較差，往往需要設計特定方法來確定邊界位置。15三、核心的構造3.軟件系統、圖形識別法是將AOI系統中存儲的數字化圖形與實驗檢測圖像比較，從而獲得檢測結果。這種方式的檢測精度取決于標準圖像、分辨力和所用檢測程序，能取得較高的檢測精度，但所需采集數據量大，數據實時處理要求高等特點，由于圖形識別法用設計數據代替規則檢驗法中的設計原則，具有明顯的使用優越性。16三、核心的構造三維立體視覺成像技術采用3一D系統，則能提供有關焊膏面積、以及焊膏高度和體積的精確信息，目前國外的AOI設備可以做到焊膏檢測，如美國的Agilent、YesTech、以色列的Orbot

10、ech等公司。還有一些國外其他廠家的焊膏AOl設備采用的是用激光三角法來檢測焊膏的厚度，而國內對于焊膏檢測尚且還無能為力。17四、存在的問題1.國內外所要攻克的技術難題：、只能作對外觀檢測，AOI系統不能檢測電路錯誤，也無法對BGA(球狀矩陣排列)等不可見的焊點進行檢測。、熱干擾對AOI的影響(使元器件產生虛假特征)以及多焊、少錫、偏移、歪斜的工藝要求標準界定不同，容易導致誤判，影響檢測的準確度。、虛焊的比較檢測：尤其是對空焊問題的檢測，是所有中外AOI生產廠商都沒有解決的技術難題。如前文所述，部分國外廠商研究出三維視覺檢測，但測試的結果基本差不多，不令人滿意，國內對此技術尚在研究中。18四、

11、存在的問題2.國內AOI發展的問題由于發展起步相對較晚，目前國內自主研發的AOI檢測算法復雜、煩瑣且調整時間長，由于前期的PCB圖像拼接等圖像處理算法以及后期的檢測識別算法都不夠成熟，整個AOI系統不僅操作復雜，而且經常出現誤判漏判等問題，檢測速度慢與SMT生產線不協調，檢測精度和速度遠遠不能滿足實際應用的需求精度。19五、發展的方向智能化：在 SMT的微型化、高密度化、快速組裝化、品種多樣化發展特征下，檢測信息量大而復雜，依賴人工對AOI獲取的質量信息進行分析、診斷幾乎已經不可能，這就需要AOI還具有自動糾正錯誤的功能。代替人工進行自動分析。彩色化：AOI雖然用的是3CCD的相機，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，來進行圖像的識別，或者將RG顏色空間的三個通道分別處理后再合成。人類對大腦的顏色處理機制仍未完全理解。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鍵，也是AOI技術的一個飛躍。多元化：目前所見的AOI基本只應用于表面貼裝技術，應用最多的是PCB板的檢測。不再局限于SMT的應用將是未來幾年的發展方向。20附表 AOI設備選型報告表需考慮的項目說 明在線還是離線根據自身產品的產量及規格定牌號及公司根據該設備市場份額選擇前7名以內的畫像信號攝像頭沒有角度相機的AOI光學死角很多， 可以檢測的不良類型有限像素一般應達到百萬像素分辨

13、率根據需檢測尺寸大小選擇10 m( 01005)、15 m( 0201) 、20m照明光源環形LED可調光源最佳機構部分電機、驅動系統離線設備一般考慮用步進電機、絲桿結構足可PCB固定及軌道調整、定位精度在線設備應有滾珠結構及磁懸浮定位系統。由于AOI的精度主要取決于圖像分辨率， 運動控制精度在一定范圍內不會對AOI精度造成影響被檢查物最大尺寸各類型設備差別不大， 一般被測板子都能滿足。但對于被測板比較特殊的， 如板子上下安裝器件過高的、夾持兩邊有一定厚度墊塊的，基板質量過大的， 需要對這類參數仔細對比基板厚度、質量邊緣間距器件高度測試測試速率各類型設備測試速率不一樣， 表示單位也不一樣， 有

14、的以單位時間多少焊點或多少器件算， 有的以單位時間多少幀圖像算， 每型設備的每幀圖像大小又不一樣， 所以對比沒有基準， 還是要看實際測試。誤判率更是沒有哪個公司能準確提供， 因為針對不同器件不同類型的測試， 誤判率的基準也不一樣。這條款內的數據只能是在試用了一段時間后對自身產品在設備上使用情況的一個總結誤判率測試種類檢測結果機身質量不影響性能， 生產線設備布置需要了解該參數大小軟件SPC軟件各類型設備應都有此功能返修標識有的設備是標配， 有的是選配， 并且如果是不同崗位用， 應考慮配置兩臺機， 以及傳輸數據等圖像識別彩色圖像信息量多， 黑白圖像信息量少編程編程繁瑣， 每個元件都需設置檢測引腳窗

15、、檢測合格閥值的設備對操作員來講是個災難升級各類型設備應都有免費軟件升級系統誤差運動誤差、圖像采集及處理誤差這些數據也是軟數據， 一般很難從公司獲取板彎曲補償應有此功能， 否則影響測試精度價格價格因素不是最重要的， 但卻是必要的售后一般周邊地區應有代理公司并配備5名-10名技術工程師用戶關注該設備已有的用戶， 特別是行業內的用戶21參考文獻1.SMT質量檢測中的AOI技術及應用 王凡,姜建國,申潔琳現代電子技術2011年5月1日第34卷第9期2.論AOI檢測設備的選型 吳紅電子工藝技術2008年9月 第29卷第5期3.AOI 的選擇方法 嚴仕新 電子工業專用設備總第162 期 Jul 20084.AOI 技術在PCB 制造領域的應用及發展 姚立新 孫明睿 5.基于機器視覺的PCB缺陷自動光學檢測系統 賴宇鋒, 王建暉 沈陽工程學院學報(自然科學版)第5卷 第3期2009年7 月6.高