眾所周知，隨著電子信息行業(yè)不斷發(fā)展，PCB產(chǎn)品也向超薄性、小元件、高密度、細(xì)間距方向快速發(fā)展；單位PCB上元器件組裝密度越來越高，線寬、間距、焊盤越來越細(xì)小、已到微米級(jí)，復(fù)合層數(shù)越來越多，客戶端的品質(zhì)要求也在不斷的提高；chip類元件已經(jīng)達(dá)到03015的大小，對(duì)檢測(cè)的精度要求越來越高。傳統(tǒng)的人工目測(cè)檢測(cè)產(chǎn)品的速度和質(zhì)量已經(jīng)滿足不了工業(yè)化的要求，在這樣的一個(gè)環(huán)境下，便相繼出現(xiàn)了各式各樣的機(jī)器檢測(cè)設(shè)備，像ICT(In Circuit Test), FT(Function Test), 3D AOI(Auto Optical Inspection), AXI(Auto X-ray Inspection)等等，這些設(shè)備各自有著不同的特點(diǎn)，ICT（間距越來越密，ICT也越來越難以下針，對(duì)ICT的挑戰(zhàn)也越來越大），FT是基于電信號(hào)的，AXI是利用X-ray進(jìn)行檢測(cè)的。

1 為什么引進(jìn)AOI？

對(duì)于電子制造服務(wù)商，更大的問題是人工檢測(cè)的時(shí)間太長、可靠性和持續(xù)性都比較差。對(duì)于高密度、細(xì)間距的PCB板，簡(jiǎn)單的人工目測(cè)已經(jīng)跟不上生產(chǎn)線的速度，如果增加人員，相應(yīng)的人工成本和管理成本也隨之增加。

AOI設(shè)備對(duì)人的依賴度低，大大降低人為因素導(dǎo)致的漏報(bào)、誤判等不良現(xiàn)象的發(fā)生。所以，AOI設(shè)備的使用也由當(dāng)初的被動(dòng)接收、被客戶逼迫使用（品質(zhì)保障以取得更多生產(chǎn)訂單）到現(xiàn)在的主動(dòng)要求使用AOI作為檢查設(shè)備（工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展和企業(yè)轉(zhuǎn)型的剛性需求，以及人工成本的大力增加）。AOI設(shè)備使用的優(yōu)點(diǎn)也越加明顯：

提高產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性、增加生產(chǎn)效率

統(tǒng)一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，與IPC對(duì)接

及時(shí)反饋生產(chǎn)工藝問題

助力工業(yè)4.0，奠定電子智能制造基礎(chǔ)

統(tǒng)計(jì)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，提供制程分析，提高制程能力

節(jié)省人力，降低人工成本

2 什么是AOI？

AOI（Automated Optical Inspection）運(yùn)用高速度高精度視覺處理技術(shù)自動(dòng)檢查PCB板上各種不同貼裝錯(cuò)誤及焊接缺陷。通過光學(xué)系統(tǒng)獲取被測(cè)物體的圖像信息，經(jīng)過特定的圖片處理算法，進(jìn)行分析比較并自動(dòng)判斷被測(cè)物體是否符合設(shè)置的要求并報(bào)出相應(yīng)的缺陷位置與類型。

2D AOI的檢測(cè)原理基本都是基于RGB三色光，將被測(cè)物體的3D信息轉(zhuǎn)化成2D信息，再通過相應(yīng)的檢查算法（圖像對(duì)比算法或是特征分析算法）進(jìn)行判斷。

3 AOI放在何處？

隨著工藝的不斷完善和品質(zhì)要求的不斷提高，在SMT生產(chǎn)過程，AOI顯得越加重要，其制程位置通常有：錫膏印刷后、回流爐前、回流爐后、波峰焊前、波峰焊后以及終檢AOI等。

爐前AOI主要檢查項(xiàng)目：橋接、錯(cuò)件、少件、極性、偏移、立碑、反轉(zhuǎn)、破損、IC彎腳、異物等。

爐后AOI主要檢查項(xiàng)目：少/多錫、假焊、錫球、露銅、短路、拉尖、錯(cuò)件、少件、極性、偏移、立碑、反轉(zhuǎn)、破損、IC彎腳、異物等。

波峰焊前AOI檢查項(xiàng)目：DIP類多件、少件、偏位、異物、顏色、錯(cuò)件、極性等

波峰焊后AOI檢查項(xiàng)目：插入針、無錫、少錫、多錫、孔洞、假焊、錫球；（混裝工藝）錯(cuò)件、缺件、極性、偏位、立碑、反轉(zhuǎn)、破損、異物等

4 評(píng)估AOI的三大要素？

AOI作為一種檢測(cè)設(shè)備，主要是看3個(gè)方面的性能：快（檢測(cè)速度）、準(zhǔn)（檢測(cè)準(zhǔn)確度與精度）、穩(wěn)（設(shè)備穩(wěn)定性）。

4.1 快（檢測(cè)速度）

影響AOI檢測(cè)速度，主要有兩個(gè)方面：

1）圖像獲取的速度

即AOI獲取PCB整板圖像的速度，與FOV（視野，相機(jī)一次拍照?qǐng)D像面積）的大小和相機(jī)移動(dòng)速度有差。其中，FOV的大小與像素與分辨率相關(guān)，如明銳AOI采用500萬（1200萬可選）像素工業(yè)相機(jī)（2560X1960）、分辨率10μ，FOV的大小=2560*10μX1960*10μ=25.6mmX19.6mm，那么對(duì)同一塊板而言，顯然FOV越大所用的時(shí)間就越少；如果檢測(cè)的PCB元件0201以上，分辨率就可以調(diào)到15μ，此時(shí)FOV大小=2560*15μX1960*15μ=38.4mmX28.6mm。由此可知，在同一分辨率下，使用的相機(jī)像素越大，其FOV的面積也越，相機(jī)拍攝的次數(shù)也就越少，AOI的檢測(cè)速度則會(huì)相應(yīng)的提高，由此推斷2D AOI將會(huì)朝著大像素方面發(fā)展，以滿足檢測(cè)速度方面的需求，如900萬、1200萬工業(yè)相機(jī)（明銳V5000行業(yè)內(nèi)首次采用）等。

其次是相機(jī)移動(dòng)速度與路徑，其必然與使用什么的伺服系統(tǒng)、電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)（絲桿、模組）相關(guān)；至于路徑，則與軟件算法相關(guān)，通常都會(huì)有路徑優(yōu)化的相關(guān)算法來提高相機(jī)的移動(dòng)速度。除此之外，還和相機(jī)的幀率、曝光時(shí)間等有關(guān)。

2）圖像處理與分析的速度

這就關(guān)系到AOI的核心算法和AOI軟件本身的編程與運(yùn)算邏輯，也就是與AOI設(shè)備企業(yè)的研發(fā)實(shí)力相關(guān)。行業(yè)內(nèi)通常使用的兩種核心算法：圖像對(duì)比和特征提取算法，比如FOV拼接成整圖的速度、元件搜索與定位、抽色算法及判定速度、以及檢測(cè)結(jié)果的輸出等。

4.2 準(zhǔn)（檢測(cè)精度與準(zhǔn)確度）

準(zhǔn)（檢測(cè)的精度與準(zhǔn)確度），即AOI的高檢出率和低誤報(bào)率，主要受以下兩個(gè)方面的影響：

1）圖像分析處理算法

隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，目前有許多成熟的圖像分析技術(shù)，包括模板匹配法（圖像對(duì)比）、邊緣檢測(cè)法、二值圖、灰度直方圖法、傅里葉分析法、光學(xué)特征識(shí)別法等，每個(gè)技術(shù)都有優(yōu)勢(shì)和局限，目前行業(yè)通用就兩種：圖像對(duì)比算法（矢量分析算法、在圖像對(duì)比的基礎(chǔ)上增加元件偏移、旋轉(zhuǎn)角度等測(cè)量）、特征提取分析算法。

圖像對(duì)比算法首先通過獲得被測(cè)電路板的圖像（如片狀電容或QFP）建立一個(gè)剛性的基于像素的模板，在檢測(cè)位置的附近，傳感器找出相同的物體，當(dāng)相關(guān)區(qū)域中所有點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估完之后，找出模板與圖像之間有最小差別的位置停止搜尋，系統(tǒng)為每個(gè)要檢查的物體產(chǎn)生這種模板，通過在不同位置使用相應(yīng)模塊，建立對(duì)整個(gè)板的檢查程序，來檢查所有要求的元件。由于元件檢測(cè)圖像很少完全匹配模板，所以模板是用一定數(shù)量的容許誤差來確認(rèn)匹配的，如果模板太僵硬，可能產(chǎn)生對(duì)元件的"誤報(bào)"；如果模板松散到接受大范圍的可能變量，也會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)率或漏報(bào)增加。。

特征提取分析算法（明銳核心算法），則是根據(jù)被測(cè)物體間不同地特征去分析提取信息，其在焊點(diǎn)檢查方面優(yōu)勢(shì)明顯。通常將焊點(diǎn)焊盤細(xì)分成多個(gè)區(qū)域，結(jié)合不同的焊點(diǎn)缺陷的特征進(jìn)行檢測(cè)區(qū)域自由組合并提取相應(yīng)特征進(jìn)行分析，如下圖：

a)整個(gè)焊盤劃分為8個(gè)特征點(diǎn)

b) 虛焊/開焊：選擇第2和3項(xiàng)特征

圖4 特征提取算法的原理簡(jiǎn)圖

選取特征點(diǎn)并設(shè)定檢查標(biāo)準(zhǔn)，然后對(duì)特征部位（如正常焊盤可選取2，3項(xiàng)；堆錫焊可采用2，4，5項(xiàng)；寬焊盤采用2，6，7項(xiàng)；圓形焊盤可采用2，8項(xiàng)）進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于OK與NG在這幾個(gè)特征部位顏色區(qū)別很大，測(cè)試時(shí)幾乎不會(huì)產(chǎn)生誤/漏測(cè)的情況。

2）圖像的分辨率（清晰度）

圖像的分辨率（清晰度）是由相機(jī)鏡頭的焦距來決定的。明銳AOI采用500萬像素工業(yè)相機(jī)（2560X1960），對(duì)于檢測(cè)0201（0.6mmX0.3mm）元件，使用分辨率為10μ時(shí)，元件所占像素是：0.6/0.01X0.3/0.01=60X30個(gè)像素；使用20μ分辨率時(shí)，元件所占像素是：0.6/0.02X0.3/0.02=30X15個(gè)像素，顯然同一個(gè)元件所占的像素越多，細(xì)節(jié)呈現(xiàn)就好，檢測(cè)的精度也就越高，AOI設(shè)備的檢出率也就越高、誤報(bào)率也相應(yīng)更低。

4.3 穩(wěn)（設(shè)備重復(fù)穩(wěn)定性）

不管是檢測(cè)設(shè)備，還是生產(chǎn)設(shè)備，其穩(wěn)定性永遠(yuǎn)都考量設(shè)備性能最關(guān)鍵因素之一。AOI設(shè)備重復(fù)穩(wěn)定性，即重復(fù)測(cè)試相同芯片或PCB板，記錄其良率偏差，即可判斷AOI的重復(fù)穩(wěn)定性。那么影響它的因素，我覺得有以下幾點(diǎn)供參考：

1）AOI光源的穩(wěn)定性

AOI普通采用的都是LED環(huán)形多角度結(jié)構(gòu)光，相機(jī)的CCD傳感器對(duì)不同顏色光的最佳感光波長是不同。LED的波長會(huì)隨著時(shí)間和環(huán)境改變而發(fā)生衰減，以及光源電源的穩(wěn)定性影響LED壽命和光強(qiáng)，都會(huì)使相機(jī)獲取圖像存在差異，必然影響檢出率和誤差率。其中，光源的控制方式是是影響光源穩(wěn)定性關(guān)鍵因素之一，目前主要有兩種控制方式：恒壓源和恒流源（比較穩(wěn)定控制方式）。（在后續(xù)的文章中，我將會(huì)論證兩種方案對(duì)光源的具體影響）。

2）設(shè)備重復(fù)精度

其受伺服系統(tǒng)特性、傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響，一般情況下，重復(fù)定位精度是呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響AOI測(cè)試時(shí)PCB板重復(fù)定位，容易造成原點(diǎn)漂移、整板檢測(cè)窗口偏移，從而會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)增多的現(xiàn)象。重復(fù)定位精度越高，AOI檢測(cè)程序的可靠性、穩(wěn)定性就越高。

3）其它方面

比如相機(jī)鏡頭的穩(wěn)定性，相機(jī)鏡頭容易受環(huán)境溫度的影響而改變其特性；AOI的停板、夾持和頂板機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理也直接影響到設(shè)備定位的問題，其微波的偏差也會(huì)導(dǎo)致圖像的偏移，最后影響設(shè)備重復(fù)定位精度。

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