AOI技术检测

一、什么是AOI   

AOI的全称是Automatic Optic Inspection(自动光学检测),是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。

 

二、为什么要用AOI

为了进行质量控制,在SMT生产线上要进行有效的检测。

1、 SMT生产线上通常用到的检测方法
(1)人工目检
  用人眼来检测电路板焊接完成前后其上各元件是否正确、是否连焊、焊锡是否合适。人工目检通常位于贴片机后或回流炉后的第一个工位。
(2)在线测试(ICT)
通过对电性能的检测,判断元件是否到位,是否焊接良好。在线测试的位置通常位于回流炉后,人工目检之后。
(3)功能测试(FUNCTIONAL TESTING)
在生产线的末端,利用专门的测试设备,对电路板的功能进行全面的测试,用以确认电路板的好坏。
 

2、常用方法的缺点
  人工目检是最方便、实用、适应性最强的一种。因为从原理
  上说,设计好的电路板,只要其上的元件类型、位置、极性全部正确,并且焊接良好的话,其性能就应该符合设计要求。但是由于SMT工艺的提高,及各种电路板结构尺寸的需要,使电路板的组装向着小元件、高密度、细间距方向发展。受自身生理因素的限制,人工目检对这种电路板已很难进行准确、可靠、重复性高的检测了。
由于ICT需要针对不同的电路板制作不同的模板,制作和调试的周期  较长,故只适用于大批量生产。

功能测试需要专门的设备及专门设计的测试流程,故对绝大多数电路板生产线并不适用。

3、 AOI的优点
编程简单
  AOI通常是把贴片机编程完成后自动生成的TXT辅助文本文件转换成所需格式的文件,从中AOI获取位置号、元件系列号、X坐标、Y坐标、元件旋转方向这5个参数,然后系统会自动产生电路的布局图,确定各元件的位置参数及所需检测的参数。完成后,再根据工艺要求对各元件的检测参数进行微调。
  

操作容易
  由于AOI基本上都采用了高度智能的软件,所以并不需要操作人员具有丰富的专业知识即可进行操作。
  故障覆盖率高
  由于采用了高精密的光学仪器和高智能的测试软件,通常的AOI设备可检测多种生产缺陷,故障覆盖率可达到80%。
  减少生产成本
  由于AOI可放置在回流炉前对PCB进行检测,可及时发现由各种原因引起的缺陷,而不必等到PCB过了回流炉后才进行检测,这就大大降低了生产成本。

 

三.AOI的种类及主要生产厂家
1、 AOI的种类
      由于设计思路及性能的不同,AOI系统可大致分为以下几
      种:
(1) 按图象拾取设备分类:
   ① 使用黑白CCD摄像头
   ② 使用彩色CCD摄像头
   ③ 使用高分辨率扫描仪
(2)按测试项目分类:
   ① 主要检测焊点
   ② 主要检测元件
   ③ 元件和焊点都检测
(3)按设备的结构分类
   ① 需要气源供气
   ② 不需气源供气
(4)按测试时的相对运动方式分类
   ① 电路板固定,摄像头或扫描仪移动
   ② 摄像头和电路板各往一个方向运动
   ③ 摄像头固定,电路板进行两个方向的运动
  

2、AOI的三种机型:
  结合以上的各种配置,形成了主要的三种机器类型:
回流炉前无气源,电路板固定,元件检测为主,连焊检测为辅。
回流炉后使用,需要气源,电路板动,进行元件、焊点、连焊检测。
可兼容以上两项的检测,无气源,电路板固定不动。

3、 AOI的主要生产厂家
  AOI的主要生产厂家有英国的DiagnoSYS,美国的Teradyne,
  日本的OMRON,以色列的Orbotech,爱尔兰的MVT等公司。我
  们这里主要介绍一下英国DiagnoSYS公司的VisionPoint。
    

四.VisionPoint的工作原理及特点
  VisionPoint是由英国DiagnoSYS公司开发、研制、生产的用于印制电路板(PCB )元件贴装生产中进行非接触式检测的自动光学检测(AOI)设备。VisionPoint可以对元件和焊点进行检测,不需要气源,检测时电路板固定不动,摄像头移动。VisionPoint可在回流炉前和回流炉后进行检测,也可对连接器这样的手动贴片进行检测。
1、 VisionPoint能检测的错误类型
VisionPoint能对SMT生产过程中经常遇到的如下问题进行检测:
   A类:元件丢失 
   错件 
   元件偏移 
   元件极性错误 
   互换元件检查 
   碑立
   B类:焊锡不足
        焊锡过量
        脚上翘
   C类:连焊
  

2、VisionPoint对各类缺陷进行检测的原理
(1)对于A类缺陷:
  绝大多数元件都有一个标识,如IC上的文字、贴片电阻的文字、贴片电容的颜色、极性元件的极性标志等。因此,在判别此类缺陷时,可通过对标识的检测来进行判断。
  具体方法为:
  在进行实际检测前,需要从标准元件上拾取模板。根据模板的尺寸,计算机自动将其等分为多个象素,计算机把每个象素对光照(黄色的LED照明矩阵)的反射强度量化为256级灰度(0~255)中的一级,并统计出整个模板所包含的象素及各自对应的灰度值。
  在实际检测时,计算机同样拾取元件的图象,并量化各象素的灰度,将之与原先的模板进行一一对应的比较,最后根据总的重合程度得出检测的分值(1000为完全重合,0为完全不重合)。可根据SMT的工艺及元器件供应商的情况来确定元件通过检测的分值。例如650为通过分值,则当检测分值为600时,系统认为有缺陷,并记录报警。
   在检测完成后,根据实际的要求,可以选择直接送出有缺陷的PCB,也可在VisionPoint上直接观察缺陷情况并进行缺陷定义,以便SPC报表统计输出。
A类缺陷在标识测试中的分值变化明显,测试的效果显著。

(2)对于B类缺陷:
   该类缺陷属于焊接缺陷。
在焊接良好的情况下,焊锡应分布在元件管脚和焊盘之间的位置。由于元件管脚存在高度,焊锡的分布应为斜坡状。于是,垂直向下的光线(红色LED照明矩阵)照到焊锡后便被侧向反射了。表现在摄像头中的图象,便是黑色。而焊盘及管脚无焊锡的部位则为发亮的白色。
根据工艺的要求,事先设定焊锡的检测区域,并设定白色所占区域的百分比,从而判别出是否存在焊接缺陷。

(3)对于C类缺陷:
   元件如果是很好地焊接在焊盘上,则各个管脚间是良好隔离的。如果管脚连焊或有异物,良好的间隔将被破坏。
   在固定光源(黄色的LED照明矩阵)的照射下,如果摄像头捕捉到的IC管脚有明显的均匀的明、亮间隔,这说明各管脚之间是良好隔离的,否则管脚有连焊或管脚间有异物。通过事先设定管脚的间距,并设置测量的允许误差,系统便会自动判别管脚是否连焊或有异物。
  

(4) VisionPoint的设备特点如下;
1、CCD摄像头
    不同高度垂直布置了3个CCD摄像头。
摄像头1相对被测PCB的高度最高,可测面积也最大,为32mm×27mm,放大倍率为4.75,可测元件应大于0805封装。
   摄像头2相对被测PCB的高度其次,可测面积为15mm×12mm,放大倍率为9.5,可测元件为0402及0603封装。
   摄像头3相对被测PCB的高度最低,可测面积最小,为9mm×7mm,放大倍率为14.5,可测元件为0201封装。

2、CAD编程
  将贴片机生成的包含元件位号、系列号、X和Y坐标、旋转角度、封装形式的文本文件通过EXECL软件直接转换成供编程使用的CXF文件,时间短,可靠性高。编程时,类似贴片机的工作,VisionPoint能按照CAD文件的内容自动完成所需项目的设置。

3、允许最大的元件高度
   75mm(100mm可选)

4、测试时间
   摄像头的单次可测面积为一个框格(Frame),每个框格的处理时间为0.25秒。如系统将被测PCB分为N格,则测试的时间为N×0.25秒。
   由于所选的摄像头不同,故测试时间应根据摄像头对应的测试面积估算。

5、在SMT生产线的使用位置
根据测试的不同要求,可分别放在回流炉前,回流炉后及人工插件后使用。

6、结构简单
   VisionPoint设备结构简单,只由摄像、传送、主机三部分构成。各部分相对独立,使维护、保养和维修的工作难度降到了最低。如发生设备故障,只需更换相应的零件即可,而不会影响设备的完整性。

 

五.VisionPoint的技术指标和规格
1、PC 
     CPU:Pentium III 500MHz 
     操作系统:Windows NT
     内存:256M RAM
     硬盘:6.4G
     软驱:ZIP
     Modem:56K

2、X-Y平台
     调整精度:24微米(5微米可选)
     可测最大电路板尺寸:400mm×450mm
     最大高度间隔:75mm(可选100mm)
     光线照明:角度和顶部
     摄像头:3个CCD(可选4个)

3、传输系统
     长:1.5m
     最大可调宽度:450mm
     标准:SMEMA

4、测试速率
     最快:每分钟1500个元件

5、占地面积
      1.5m×1.5m

6、电源
      110V 10A单相或220V 5A单相

7、重量
      净重:750Kg

8、外部设备
      返修站:用于返修由Vision Point检测出有缺陷的电路板
      输入输出叠式存储器
      打印机
      网络存储器
      数据记录

9、可检测的类型
      元件丢失 
      错件 
      元件偏移 
      元件极性错误 
      互换元件检查 
      碑立
      焊锡不足
      焊锡过量
      脚上翘
      连焊

 

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