外文参考文献译文及原文AOI系统在SMT生产线上的应用.docx
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外文参考文献译文及原文AOI系统在SMT生产线上的应用
外文参考文献译文及原文AOI系统在SMT生产线上的应用
AOI系统在SMT生产线上的应用.........................................................................................1
1主导思想:
.........................................................................................................................................12实施策略............................................................................................................................................23AOI技术新突破:
..............................................................................................................................3
4设备介绍.............................................................................................................................................65结束语................................................................................................................................................7AOIsystemapplicationintheSMTproductionline...............................................................8
1themainidea........................................................................................................................................82ImplementationStrategy.................................................................................................................9
3AOItechnologybreakthroughs...........................................................................................................114Equipment..........................................................................................................................................155Conclusion.........................................................................................................................................17
AOI系统在SMT生产线上的应用
AOI技术（自动光学检测）以前主要用于PCB制造行业中。
但随着元件小型化及对生产效率提高的不断追求，AOI技术已深入到SMT生产线的各个领域，如印刷前PCB检验、印刷质量检验、贴片质量检验、焊接质量检验等等。
各工序AOI的出现几乎完全替代人工操作，提高了产品质量和生产效率。
1主导思想:
有两种检查主导思想:
缺陷防止或缺陷发现。
适当的方法应该是缺陷的防止，因为其重点是在过程控制和通过实施改正行动来消除缺陷。
在这样一个方法中，AOI机器或者放在SMT生产线的锡膏印刷机之后，或者放在元件贴装之后。
操作者把检查机器放在SMT线的后方，在回流焊接炉之后。
这是制造工艺中的最后步骤，以保证产品质量。
AOI系统应该在生产线哪个位置，第一个选择是将AOI系统放在锡膏印刷正后面。
因为许多缺陷与锡膏量和印刷品质有关。
这样一个系统应该监测什么呢,只有锡膏的X-Y尺寸，包括误印或锡膏体积（X-Y-Z），锡膏体积测量将比X-Y测量慢，但可提供更有用的数据。
这个在某些应用中比其它应用更为关键。
例如，对于陶瓷排列包装，锡膏体积对达到所希望的焊点品质非常关键。
第二个选择是把AOI系统直接放在射片机之后。
这里，可检查误放或放错的小元件，包括电阻和电容，以及BGA和密间距元件的锡膏品质与体积，这些元件是用生产线内射片机之后的不同贴片机贴装的。
使用其视觉能力，它们通常对较大的包装有更好的精度。
第三个选择是将AOI系统放在密间距和BGA贴装机器后面（回流之前），来检查误放的密脚、BGA和其它大元件。
这是一个好位置，因为大多数缺陷与密脚元件有关。
第四个选择是将AOI系统放在回流焊接之后，查找品质差的焊点。
这样可以保证在发货给客户之前，做好最后一道质量关。
第五个选择是将AOI系统放在每一个工艺步骤之后:
锡膏印刷、射片机、BGA和密脚贴装和回流焊接。
但这样将提高生产成本。
从节省成本出发，许多厂家只购置一台AOI系统，最好的位置是直接放在射片机
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之后，这样可以检查两个主要问题:
较小元件的误贴装或错误和BGA与密脚元件的锡膏品质与体积。
这是决定产品品质的最关键的位置。
2实施策略
2.1实施目标
实施AOI的主要目标在以下几个方面:
最终品质。
把注意力主要集中在产品下生产线时的最终状态。
当生产问题非常清楚、产品混合度高、数量和速度为关键因素的时候，优先采用这个目标。
AOI通常将放置在生产线最末端附近。
在这个位置，设备可以产生大范围的过程控制信息。
过程跟踪。
使用检查设备来监视生产过程，典型的监测内容包括详细的缺陷分类和元件贴放偏移信息。
当产品可靠性高、低混合度的大批量制造和元件供应稳定时，制造商优先采用这个目标。
经常要求把检查设备放置到生产线上的几个位置，在线监控具体生产状况，并为生产工艺的调整提供必要的依据。
2.2实施策略
机器所放置的位置可以实现或阻碍检查目标，不同的位置可产生相应不同的过程控制信息。
AOI放置位置是由下面因素决定的。
特殊的生产问题。
如果生产线有特别的问题，检查设备可增加或移动到这个位置，监测缺陷，尽早发觉重复性的缺陷。
实施目标。
对于检查设备，没有一个最好的位置来处理所有的生产线缺陷。
如果实施AOI的目标是要改进全面的最终品质，把机器放在过程的前面，可能没有放在后面的价值大。
机器放在前面的一个论据是为了避免对已有缺陷的产品再增加价值。
还有，在过程的早期，维修缺陷的成本大大低于发货前后的维修成本。
可是，许多缺陷是在生产的后期出现的，意味着不管前面发现多少缺陷，发货前还是需要全面的视觉检查。
2.3放置位置
虽然AOI可用于生产线上的多个位置，但有三个检查位置是主要的。
锡膏印刷之后。
如果锡膏印刷过程满足要求，那么ICT（在线测试仪）发现的缺陷数量可以减少。
典型的印刷缺陷包括以下几点:
焊盘上焊锡不足;
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焊盘上焊锡过多;
焊锡对爆盘的重合不良;
焊盘之间的焊锡桥。
在ICT上，相对这些情况的缺陷概率直接与情况的严重性成比例。
轻微的少锡很少导致缺陷，而在根本无锡的严重情况下，几乎总是在ICT出现缺陷。
焊锡不足可能是元件丢失或焊点开路的一个原因。
尽管如此，决定哪里放置AOI需要认识到元件丢失可能是其它原因下发生的，这些原因必须放在检查计划内。
这个位置的检查最直接地支持过程跟踪和特征化。
这个阶段的定量过程控制数据包括贴放偏移和焊锡量信息，而有关印刷焊锡的定性信息也会产生。
回流焊前。
检查是在元件贴放在板上锡膏内之后和PCB送入回流炉之前完成的。
这是一个典型的放置检查机器的位置，因为这里可发现来自锡膏印刷以及机器贴放的大多数缺陷。
在这位置上产生的定量过程控制信息，提供射片机和密间距元件贴装设备核准的信息。
这个信息可用来修改元件贴放或表明贴片机需要校准。
这个位置的检查满足过程跟踪的目标。
回流焊后。
检查是在SMT工艺过程的最后步骤，在发货前完成的ICT功能测试和系统测试之前。
这是AOI最流行的选择，因为这个位置可发现全部的装配错误。
回流焊后检查提供高度的安全性，因为它识别由锡膏印刷、元件贴装和回流过程引起的错误。
这个位置的检查支持最终品质的目标。
如果说将AOI放在某个位置对识别某个特殊缺陷很有帮助的话，那么实施AOI的关键就是将检查设备放到一个可以尽早识别和改正最多缺陷的位置。
3AOI技术新突破:
基本上，所有AOI方法可描述为，通过一架摄像机或传感器获得一块板的照明图像并数字化，然后与前面定义的“好”图像进行比较、分析。
照明来自于一个范围的光源，如白光、发光二极管（LED）和激光。
今天，有许多完善的图像分析技术，包括:
模板比较（或自动对比）、边缘检查、特征提取、灰度模型、傅里叶分析、形状、光学特征识别等。
每个技术都有优势和局限。
3.1模板比较
模板比较决定一个物体图像看上去象什么，如片状电容或QFP，并用该信息来产生
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一个刚性的基于像素的模板。
这是横越板的图像，在预计物体位置的附近，找出相同的东西。
当有关区域的所有点评估之后，找出模板与图像之间有最小差别的位置，停止搜寻。
为每个要检查的物体产生这种模板，通过在适当的位置使用适当的模板，建立对整个板的检查程序，来查找所有要求的元件。
因为元件很少刚好匹配模板，模板是用一定数量的容许误差来确认匹配的，只要当元件图像相当接近模板。
如果模板太僵硬，可能产生对元件的“误报”。
如果模板松散到接受大范围的可能变量，也会导致误报。
3.2运算法则
经常几种流行的图像分析技术结合在一个“处方”内，形成一个运算法则，特别适合于特殊的元件类型。
在有许多元件的复杂板上，这可能造成众多的不同运算法则，要求工程师在需要改变或调整时做大量的重新编程。
例如，当一个供应商修改一个标准元件时，对该元件的运算法则可能需要调整，消耗珍贵的编程时间。
还有，相同元件类型的外形可能变化很大，一个不同一个。
随着时间的过去，新的变化出现，用户必须调整或"扭转"运算法则来接纳所有可能的变化。
例如，一个0805片电容，可以分类为具有一定尺寸和矩形形状，两条亮边中间包围较黑色的区域。
然而，这个外部简单的元件外形在一个单一的生产运行中光学检查时可以变化很大。
传统的、基于运算法则的AOI方法经常太过严格，以致于不能接纳合理的变化，如对比度、尺寸、形状和阴影。
甚至不重要的元件也可能难以可靠地查找和检查，因此造成有元件而系统不能发现的“错误拒绝”。
还有，因为可接受与不可接受图像的差别相当细小，运算法则不能区分，引起“错误接收”，真正缺陷不能发现。
为了解决一些问题，用户在图像分析领域中要有适当的见识。
还有，传统的AOI要求不断地和广泛地再编程。
用户需要经常调整其AOI方法，以接纳合理的变化。
当对一个新板设计与优化一个检查程序时，所有这些可花上一到两天作细小的扭转，甚至几周。
3.3有自调性、基于知识的AOI
几个AOI供应商已经打破图像处理的传统方法，而使用有自调性的软件技术。
一种方法是设计将用户从运算法则的复杂性分开。
通过显示一系列要确认物体的例子，该方
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法使用一个令人惊讶的直截了当的数学技术，叫做统计外形建模技术（SAM,statistical
appearancemodeling），来自动计算出怎样识别合理的图像变化。
不象基于运算法则的方法，统计外形建模技术（SAM）使用自调性、基于知识的软件来计算出变量。
这样可以减少编程时间和实际上消除每天的调整。
事实上，这个方法通常返回误报率比现有的AOI方法好10~20倍。
3.4精度、可重复性和灵活性
许多传统的AOI系统主要依靠识别元件边缘来达到准确和可重复的测量。
一旦边缘找到，利用这些边缘的对称模型通常产生元件在板表面上的坐标。
可是，用视觉技术很难找到边缘。
因为元件边缘不是完全直线的，将一条直线去配合这种边缘的企图都是有问题的。
还有，边缘倾向于黑色背景上的黑色区域，准确的确认会产生像素噪音变量。
像素不能足够小，以避免一些像素分割的影响，像素分割就是一个物体的细节坐落在两个像素之间。
使用基于边缘的处方方法，一个好的视觉系统产生一个标准偏差大约为十分之一像素的可重复性。
可是，SAM技术提供标准偏差相当于二十分之一像素的可重复性。
元件位置上的总变量小于一个像素的十分之三，因此当匹配到一个元件时，应改进精度和可重复性。
当检查一个特定元件类型时，SAM的模型是内在灵活的。
在吻合一个外形大不相同的合法元件时（如刚性的传统方法），它会在X和Y轴上移动，企图通过位置（唯一的可变参数）调节达到最佳吻合。
通过将一个适当的SAM模型吻合元件——其变量受控制，只允许实际上可发生的哪些外形——外形调节到最佳位置，而不要妥协X和Y的位置。
例如，某些可允许的元件颜色变量是由于遮蔽或过度曝光临近较大元件所引起的，实际上用传统运算法则是不可能接纳的。
因为SAM计算出所允许的图像变更，所以使用者不需要依靠那些要求大量编程的运算法则，或者供应商供应的对不同元件的运算法则库。
3.5立体视觉光学
传统的AOI系统不能完全接纳PCB外形是由于局部弯曲产生的自然三维（3-D）变化。
甚至物理上夹紧一块板都不能保证绝对平面性。
现有的AOI方法通常使用远心（telecentric）透镜来从光学上去掉视差与透视的效果。
因为高度上的透视效果去掉了，在
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图像边缘上的物体看上去好象与中间的物体在同一平面上。
虽然这消除了光学视差错误，但是应该跟随板表面弧形的点与点之间的测量成为跨过平面弦的直线距离。
这造成重要的测量误差和自动去掉有关板表面形状的有价值信息。
通过将SAM技术与两排摄像机的立体视觉安排相结合，这个完整的AOI系统可测量和接纳物体与表面高度，结果在数学上使PCB变平。
这些有角度的摄像机提供物体的两个透视，然后计算PCB的高度地图或三维（3-D）表面拓扑图形。
在板上任何元件的精确X和Y的位置也通过计入其在板表面的高度来计算。
一些AOI机器使用一个标准板传送带在摄像机下面移动PCB，通过简单高频荧光管来照明。
随着板在传送带上按刻度移动，在摄像机排列之下通过，通过将图像的立体像对排列构成一幅照相镶嵌图（photo-mosaicimage）。
然后这个照相镶嵌图合成地变平和实时地分析。
SAM自调性建模技术与立体视觉成像技术的这种结合已经显示出优越于现有AOI技术的精度和可重复性。
这个新的AOI技术已经证明是理想地使用于精密和可靠的贴装后与回流前的元件确认和PCB检查。
4设备介绍
目前国内AOI市场上品牌众多，欧、美、日、韩、以色列等均在我国推出了不同类型的AOI。
但根据市场上的使用情况来看，日本的欧姆龙（ormon）公司、美国HP公司、泰瑞达（Teradyne）等在AOI市场上的占有率较高。
特别是欧姆龙公司，被众多国内著名企业选用，包括苏州明基、深圳华为、建伍（惠州）、三洋（广州）等，这里将以该公司产品为例对AOI设备进行介绍。
VT,WIN是日本欧姆龙公司最高档的光学自动检查系统，可应用于检测印刷线路板上的贴片及焊接等缺陷。
它采用了欧姆龙的专利技术“CHS”（ColourHighlight
Technology）和独特的判别逻辑，其技术历经10余年的不断改进和改善，已经非常成熟和先进。
VT,WIN具有检测速度快、误判率低、编程简便快捷、缺陷覆盖率高、实时数据反馈等特点，因而在SMT领域得到广泛的应用，在制程能力和生产效率的提高、品质保障、降低成本等多方面发挥着积极的作用。
VT,WIN核心结构包括一个彩色CCD镜头、交流伺服控制X,Y工作台及影像处理装置。
在检测进行时，X,Y工作台会将线路板送到镜头下面，镜头捕捉到彩色的线路板图像后，32位元的RISC处理器
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将会在X,Y工作台移至下一个位置时对捕捉到的影像分析处理，通过对图像进行连续处理，获得较高的检测速度。
CHS及自动位置校准是“ORMON”独一无二的技术，它的优越性在于检测准确，误判率低。
4.1系统能力
适合检测波峰焊及回流焊后的印刷线路板，可对元件贴装（包括J型引线器件及旋转型元件）和焊点缺陷进行检测。
欧姆龙的专利技术“ColorHighlight技术”可准确检测印刷线路板上的元件和焊点。
此技术的基本原理是:
环状萤光光源由不同角度射出红、绿及蓝光于印刷线路板，镜头及时捕捉从焊点的不同部分反射出的三色光，形成一个由三种颜色组成的二维影像，由于红、绿、蓝三色分别代表了焊点的三个立体组成部分:
平坦部分、倾斜部分和陡峭部分，所以此二维图像包含了焊点的三维信息，因此可非常准确地判断焊点和元件缺陷。
VT,WIN的检测速度约为每20毫秒检测一元件或每300毫秒检测一个影像。
采用变焦功能后，每一个画面可任意选择两个分辨率，以减少总的检测时间并确保高准确性。
高分辨率可用于检测微小脚距的元件，低分辨率通常用于检测大多数体积较大的元件。
VT,WIN的工作位置和方式:
放置在波峰焊接后或回流焊接后，采用在线与离线方式。
4.2检测程序生成
系统编程由用户在机器上定义有关的器件数据库开始，对于每一种类型的元件，如片状元件、晶体管、单排引线IC（SOIC）、扁平封装（QFP）、连接器及其他特殊器件等，VT,WIN均提供预先定义的检测窗口，用户只需根据显示器上所看到的元件的影像设定检测窗口的大小及对每一种检测项目（焊点，元件体色彩，极性标记等）设定判断标准。
当元件数据库建立后，用户可以使用此数据库来定义有关的器件和检测程序，同时也可利用示教功能选择元件贴片数据生成检测程序，有关的元件参数包括元件名称、X,Y中心及角度。
5结束语
AOI测试技术在我国的应用仍属于起步发展阶段，尚有许多不完善的地方，但其发展前景十分看好，不失为电气测试的一项很好的补充手段。
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AOIsystemapplicationintheSMTproductionline
AOITechnology（AOI）werepreviouslyusedmainlyinthePCBmanufacturingindustry.However,withsmallcomponentsandtheproductionofthecontinuouspursuitofefficiency,AOItechnologyintoSMTproductionlinesinvariousfields,suchasPCBinspectionbeforeprinting,printingquality,patchqualitytesting,weldingqualitytestingandsoon.AOItheemergenceoftheprocessalmostentirelyreplacemanualoperationandimprovetheproductqualityandproductionefficiency.
1themainidea
Therearetwotocheckthemainidea:
topreventdefectsordeficienciesfound.Appropriatemethodshouldbetopreventdefects,becauseofitsfocusisonprocesscontrolandthroughtheimplementationofcorrectiveactiontoeliminatedeficiencies.Insuchamethod,AOImachinesorproductionlinesinSMTsolderpasteafterprinting,oraftermountingonthecomponents.
MachineoperatortoinspecttherearontheSMTline,afterthereflowsolderingoven.Thisisthefinalmanufacturingprocessstepstoensureproductquality.
AOIsystemshouldbeintheproductionlinewherethefirstoptionistoprintsolderpasteAOIsystemisontheback.Becausemanydefectsandsolderpastevolumeandqualityoftheprinting.Suchasystemshouldbemonitoringwhatdoes?
SolderpasteonlytheXYdimensions,includingthemisuseofthevolumeofsolderpasteprintedor（XYZ）,solderpastevolumemeasurementslowerthantheXYmeasurements,butcanprovidemoreusefuldata.Insomeapplicationsofthisthanothermorecriticalapplications.Forexample,withceramicpackaging,solderpastevolumetoachievethedesiredqualityofthesolderjointsiscritical.
ThesecondoptionistodirectlyontheAOIsystemaftershootingmachine.Here,maybemisplacedchecksormisplacedsmallcomponents,includingresistorsandcapacitors,aswellasfine-pitchBGAcomponentsandthequalityandvolumeofsolderpaste,thecomponentprod
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