AOI技术资料.docx

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AOI技术资料

AOI技术资料

     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。

     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。

  2.1 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。

  2.2 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。

  2.3 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

  3.1 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

  3.2 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。

  3.3 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。

   4.1 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

   4.2  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。

   4.3 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

  5.1 PC 

     CPU:

Pentium III 500MHz 

     操作系统：

Windows NT

     内存：

256M RAM

     硬盘：

6.4G

     软驱：

ZIP

     Modem：

56K

  5.2 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）

  5.3传输系统

     长：

1.5m

     最大可调宽度：

450mm

     标准：

SMEMA

  5.4测试速率

     最快：

每分钟1500个元件

  5.5 占地面积

      1.5m×1.5m

  5.6 电源

      110V 10A单相或220V 5A单相

  5.7 重量

      净重：

750Kg

5.8 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

  5.9 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

如何选择在SMT生产线放置AOI系统的位置

有各种检查和测试方法使用在电子工业中。

视觉检查方法是最普通和低成本的，但非常依靠操作员的。

X射线方法成本高、速度慢，能力有限。

自动光学检查（AOI, automated optical inspection）速度较快但价格昂贵。

在线测试（ICT, in-circuit test）和功能测试有时也作检查工具使用，但其能力也是有限的。

本文，我将讨论视觉和AOI方法。

视觉检查

　　最普遍和广泛使用的检查方法是视觉检查，使用2~10倍的放大镜或显微镜。

J-STD-001要求对于引脚间距大于0.020"的所有元件使用2~4倍的检查。

对于引脚间距0.020"或以下的密间距元件要求10倍的放大系数。

更高的放大系数应该只用作参考。

　　视觉检查的主要问题是，决定于操作员，因此，是主管的。

例如，如果相同的装配给不同的检察员，他们将报告不同的品质水平。

对这个情况的一个普通反应是减少人为因素，转向众多的自动检查系统中的一种。

自动光学检查（AOI）

　　由于电子工业元件进入到更密间距个球栅阵列（BGA）元件，锡点的视觉检查已经变得或者很困难或者不可能。

还有，如前面所讨论的，甚至是在可行的时候，视觉检查也是非常取决于操作员。

因此，工业已经转移到自动检查系统。

市场上有许多系统，价格范围很大。

新的机器不断介绍到市场。

　　在选择所需的机器时，你需要决定你想要AOI