前言

　　隨著SMT技術的普及，SMT元器件的密集化及細小化，自動光學檢測設備(AOI)正被廣大電子制造廠商用來監測和保證產品質量。

　　相對于人工目視檢查來說，AOI具有更高的可重復性和更快的檢測速度。八十年代曾有研究表明，當兩個人檢查相同的板四次時，他們的相互認同率少于28%，認同自己的只有大約44%左右。而盡管如此，在2005年前，絕大部分電子制造廠商依然依賴于人工目視檢查。

　　因為早期引進的進口AOI設備，給電子制造業界的朋友的感覺是：使用繁瑣、復雜，價格昂貴;或者說因為AOI設備編程調試繁復，令工程師不能充分發揮AOI設備的性能，導致AOI未能達到預期的檢測效果，從而覺得AOI設備只是一種“昂貴的擺設品”。本文將從AOI的工作原理、如何評估AOI系統和如何根據具體情況配置AOI系統等幾個方面作探討。

　　一、 認識AOI及其工作原理

　　1、 定義：

　　自動光學檢測儀(AOI-Automated Optical Inspection)是應用于表面貼裝(SMT-Surface Mounted Technology)生產流水線上的一種自動光學檢查裝置，可有效的檢測印刷質量、貼裝質量以及焊點質量。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,以實現良好的過程控制。早期發現缺陷將避免將不良品送到后工序的裝配階段,AOI將減少修理成本將避免報廢不可修理的電路板.

　　2、主要特點：

　　1)高速檢測系統，不受PCB貼裝密度影響;

　　2)快速便捷的編程系統，圖形化界面，所見即所得，運用貼裝數據自動進行檢測程序編制;

　　3)針對不同的檢測項目，結合光學成像處理技術，分別有不同的檢測方法(檢測算法);

　　4)在被檢測元件的貼裝位置有偏移的情況下，檢測窗口會自動化定位，達到高精度檢測;

　　5)顯示實際錯誤圖像，方便進行工人進行最終的目視核對;

　　6)統計NG數據分析導致不良原因，實時反饋工藝信息。

　　二、AOI工作原理：

　　AOI經過十幾年的發展，技術水平仍處于高速發展階段，如何實現最佳的檢測效果，一直是各AOI廠商不斷攻關的技術話題。目前國內市場上可見的AOI品牌眾多，每種AOI各有所長;每個品牌的AOI優勢主要體現都取決于其不同的創新核心軟件算法，通常采用的軟件算法有:模板比較、邊緣檢查、灰度模型、特征提取、固態建模、矢量分析、圖形配對和傅里葉氏分析等，但盡管算法各異，AOI的運作原理基本相同。如圖所示：

　　從上圖看到，塔狀的照明系統給被檢測的元器件予以360度全方位照明，然后利用高清晰的CCD攝像機高速采集被檢測元器件的圖像并傳輸到電腦，專用的AOI軟件根據已經編制的檢測程序進行比較、分析;判斷被檢測元器件是否符合預訂的工藝要求。簡單來說AOI檢測元器件的過程就是模擬工人目視檢查SMT元器件，是將人工目視檢測自動化、智能化、程序化。

　　圖像獲取就是用CCD攝像機把物體表面的光信號轉換成為電信號送入圖像采集卡。圖像采集卡將圖像數字化送入計算機，這個過程很直觀，容易理解。那把圖像送入計算機之后，AOI是如何檢測元件的質量呢?下面以ALeader AOI舉例說明：

　　ALeader AOI是“東莞神州視覺科技有限公司”在2002年開始研發的，2004年便制造出中國第一臺可以媲美國外的AOI設備，在國內AOI發展中起到了不可替代的作用，他們完全摒棄一些傳統AOI的計算模式，采用自主創新的統計建模技術、光學原理以及圖像比對原理：

　　1、光學原理：

　　采用環形塔狀的三色LED光源照明，由不同的角度射出紅(R)、綠(G)、藍(B)以及三色光組合得到的白色(W)光分別投射到PCB上，對被測元器件予以360度全方位照明。通過光的反射、斜面反射、漫反射分別得到元件本體、焊點、焊盤的不同顏色信息。如下圖所示：

　　焊盤的表面光滑，紅色光在其表面產生鏡面反射，而大部分藍色光則反射出，因此焊盤得到的顏色為紅色或者黃白色。

　　藍色與黃色光都在其表面產生漫反射，根據調色原理，藍色與黃色調和得到白色光，相當于原件本體接受了白色光照，因此原件本體顯示為本身的顏色

　　焊點(錫膏)通常形成一個斜面，這樣，大部分黃色的光通過斜面反射出去，而藍色的光則通過反射進入鏡頭，所以得到的焊點顏色為藍色

　　2、圖像比對原理：

　　它是通過CCD攝像機抓取，再經過圖像處理(即根據像素分布、亮度和顏色等信息轉化成為我們所需要的數字信號)。將這些數字信號通過某種數學計算方法得到一個標準的誤差閥值，然后將每個被測試的圖像得到的閥值與系統中已修正好的標準閥值進行比較，如果比較結果小于標準閥值則該圖像通過檢測，否則判別為不合格。

　　3、 統計建模技術：

　　上面提到的一個待測圖像需要與系統中的標準圖像進行比較，那么標準圖像就是通過“統計建模”所得到的。通常，ALeader AOI經過學習一系列合格圖像的模板，讓計算機自動記憶所有OK圖像的大致特征，得到圖像的外形變化以及未來可能發生的變化方式特征，生成一副多元化的合格圖像模型。如下圖所示：

　　收集了所有OK樣本的變化規律

　　三、如何評估和配置AOI系統：

　　我們知道，目前的AOI分為離線式AOI(Off line)和在線式AOI(In line)兩種。筆者在與客戶溝通時，經常會與工程師們談起選擇用在線AOI還是離線AOI的話題;其實，具體用在線AOI還是離線AOI的必須要根據自身的實際情況去權衡;如果是小批量、多Model，轉線頻繁的廠家采用離線式AOI是最佳選擇，因為檢測速度可以滿足1.5條高速貼片線的需要，且易搬動，可以靈活對應對任何工序的檢查需要;在線式往往固定于某一工序檢查，一般應用于長期固定的品種檢測上面，這樣免去了程序調試的時間、提高了設備的使用率和穩定性。

　　另外，把AOI運用在哪個工序進行檢測的話題也始終在討論。AOI在SMT中的應用主要有三個典型的位置，分別是：錫膏印刷或點膠后、貼片后以及回流爐后。應用在不同的工序，所檢測的項目和重點也不一樣，如何運用AOI來提高品質、降低不良，應該根據自身的工藝水平和難點進行配置，如下圖所示：

　　印刷機后：通常來說，有缺陷的焊接均來源于有缺陷的錫膏印刷。在這個階段，你可以很容易、很經濟地清除掉PCB上的焊接缺陷。大多數2-D的檢測系統便能監控錫膏的偏移和歪斜、不足的印刷區域以及濺錫和短路等。

　　貼片后檢測：可以有效防止元件的缺失、極性、移位、立碑、反面等等。

　　回流焊接之后：位于生產線的末端，檢測系統可以檢查元件的缺失，偏移和歪斜的情況，焊點的正確性和錫膏不足、焊接短路以及翹腳和所有極性方面的缺陷。

　　至于應該將AOI應用在哪一工序，應該根據元件和工藝的類型、和對產品可靠性的要求進行。如果使用許多BGA、芯片級封裝(CSP)或者倒裝芯片元件，就需要將檢測系統應用到印刷后和片式貼裝后，以發揮其最大的功效。另外，在爐后進行檢測可以有效地發現低檔消費品的缺陷。而對運用在航空航天、醫學及安全產品(汽車氣囊)領域的PCB來說，由于對質量要求十分嚴格，則可能會要求在生產線上的許多地方都進行檢測，尤其是在片式貼裝和爐后。當然，也要根據本身的經濟狀況來放置AOI，以最求最高的性價比，發揮一臺設備的最佳性能來實現我們理想的效果。

　　談到如何評估AOI是否符合本公司的要求，首先每家電子制造廠家的生產環境不一樣、需求的不一致以及工藝質量的差異等等，目前對AOI的評估也沒有一個標準通用的方案，可謂是各有千秋。但總體都圍繞以下幾點來進行AOI的評估。

　　1.依據AOI檢測系統報錯的準確率，即真實錯誤(準確報錯)對誤報(虛假報錯)的比例來評估其好壞是不全面的。因為在試用設備的時候往往采用人為制作NG來“考驗”AOI的檢測能力，其實AOI對于手動的這種發生極大差異變化的NG類型是毫無疑問的，必須實時測試和工程師親自操作實現評估目的。

　　2.引進AOI進行測試并不僅僅是為了替代人工目視檢查，它還必須來提高我們的制程能力和改善工藝水平，AOI與SPC的結合，給我們提供了極大的便利性，通過AOI測試后自動生成了一系列的缺陷數據，這些數據又通過SPC分析得到準確的工藝差，根據這些信息我們相應的對前工序采取預防和改善，當然是可以提高產品品質和降低維修成本的。

　　3.需要考慮產品的易用性、比如說編程速度、檢測速度等，筆者知道ALeader全新的升級檢測系統配備有自動編程的功能，通過CAD數據自動搜索相應的元件物料號來完成編程投入測試，另外在手工編程時，同一類型的元件自動識別、自動畫框，這樣便大大提高了我們設定AOI監測點的時間。

　　4.當然，售后服務的考慮也是必不可少的，主要考慮供應商的服務工程師人數，辦事處分布點，和備件維護的周期性，等等。

　　總而言之，SMT生產使用AOI來對品質進行監測是必然趨勢;廣大SMT生產廠商已經意識到這點，而主動開始了解及引入適合自己的AOI系統，不斷的提升及穩定其品質。

　　如何選擇一臺能靈活應對市場變化的AOI和如何用好AOI是我們應該長期摸索和探討的一個話題，能夠實時監控和反饋工藝信息的AOI定會是廣大客戶的追求所在，相信隨著AOI技術的不斷創新和改善，SMT實現自動化指日可待。