对无缺陷生产来讲,自动光学检查(AOI)是必不可少的。在转到使用无铅工艺时,制造商将面临新的挑战,在生产中会出现其他的问题,引起了人们的关注。本文分析转到无铅工艺的整个过程,特别是在大规模生产中引进了0402无铅元件。由于缺乏无铅元件,转到使用无铅元件是分阶段进行的。在2004年,由于要求电子产品的体积越来越小,迫使制造商较大范围地用0402元件来取代0603元件和0805元件。工艺条件除了普遍使用的0402元件,印刷电路板的较好次合格率(FPY)必须达到95%,而且必须根据印刷电路协会(IPC)的2级标准来检测缺陷。例如,在有608个焊点的168元件的情况下,相当于要求误报率是百万分之65。为了达到FPY的要求,在检测缺陷时必须考虑以下条件:元件长度的公差、元件供应商、贴片公差、在25个AOI系统上的全球检测数据库、有80个独特产品的全球检测数据库、无铅焊料、不同的电路板供应商以及检测质量要达到IPC的2级标准。 AOI系统是集精密机械、自动控制、光学图像处理、软件系统等多学科的自动化设备。自动光学检测设备AOI
光电转化器可以分为CCD(chargeCouplingdiode)和CMOS(complementarymetaloxidesemiconductor)两种。因为制作工艺与设计不同,CCD与CMOS传感器工作原理主要表现为数字电荷传送的方式的不同,工作原理如下图所示,CCD采用硅基半导体加工工艺,并设置了垂直和水平移位寄存器,电极所产生的电场推动电荷链接方式传输到模数转换器。这样的结构与设计很难集成很多的感光单元,制造成本高且功耗大;而CMOS采用无机半导体加工工艺,每像素设计了额外的电子电路,每个像素都可以被定位,而无需CCD中那样的电荷移位设计,对图像信息的读取速度远远高于CCD芯片,因光晕和拖尾等过度曝光而产生的非自然现象的发生频率要低得多,价格和功耗比CCD光电转化器也低,但其缺点是半导体工艺制作的像素单元缺陷多,灵敏度会有一些问题,同时,为每个像素电子电路提供所需的额外空间不会作为光敏区域。芯片表面上的光敏区域部分(定义为填充因子)小于CCD芯片。从理论上讲,这个原因导致可以收集的图像信息光子数会有所减少,所以,CMOS光电转化元件一般需要搭配高亮度光源,噪音也比较大。 广州炉前AOI编程图像采集器看不清楚或看不到被检测物体的特征点,那么也就无法谈到准确的检出。
当前电子产品日渐向着小型化趋势发展,对产品元器件的微型化要求也越来越高,微型器件的组装和检测难以只通过人工完成,由此产生越来越多的自动检测设备需求。与此同时,自动检测设备还能够健身制造成本、提升产品质量,AOI检测设备代替人工的进程发展较快。在此背景下,中国自动光学检测行业逐步发展起来。从AOI检测设备来看,目前AOI检测设备是SMT加工厂必备的设备,平均一条SMT生产线至少需要2-3台AOI检测设备,但我国AOI检测设备的渗透率较低,只为50%左右。
基本的AOI技术包含下列子系统:高速高精度XY方向的运动控制系统;机械光学系统;高精度高可靠性图像采集系统;智能图像识别与错误检测系统。这些子系统构成了一个与多维测量和错误检测密切相关的设备。注意到AOI识别是机器视觉在印刷电路板领域的具体应用,换言之,印刷电路板的缺陷检测实质上是属于模式识别的范畴。它将PCB上的不同缺陷视为不同的模式类,从采集到的图像信号中提取和选择特征,根据特征向量构造判别函数,进行缺陷分类,即模式识别。识别算法的好坏直接影响到智能图像识别系统的性能,进而影响整个AOI系统的性能。从机器视觉的发展来看,目前在AOI上面至少可以完整地应用以下的视觉识别算法。AOI软件运算法则很多,有灰度相关法、边缘识别法、固态建模法、统计外形建模法等。
随着计算机的快速发展,AOI也采用了目前许多成熟的图像分析技术,包括模板匹配法(或自动对比)、边缘检测法、特征提取法(二值图)、灰度直方图法、傅里叶分析法、光学特征识别法等,每个技术都有优势和局限。模板比较法通过获得物体图像,如片状电容或QFP,并用该信息产生一个刚性的基于像素的模板。在检测位置的附近,传感器找出相同的物体。当相关区域中所有点进行评估之后,找出模板与图像之间有Z小差别的位置停止搜寻。AOI系统为每个要检查的物体产生这种模板,通过在不同位置使用相应模板,建立对整个板的检查程序,来查找所有要求的元件。但是由于元件检测图像很少完全匹配模板,所以用两种方法来解决这个问题:可以用一定数量的容许误差来确认匹配的,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“漏报”;可以根据同类的众多良品进行标准模板的计算,或者叫“特征元件”,这样可以Zda限度提取该类元件的共性特征,从而降低误报率。AOI是将电路板上的器件或者特征(比如焊点)捕捉成像。波峰焊aoi
对于产品检测来说,利用AOI技术能够有效提升产品检测分析的准确性和性。自动光学检测设备AOI
AOI检测原理是采用摄像技术将被检测物体的反射光强以定量化的灰阶值输出,通过与标准图像的灰阶值进行比较,分析判定缺陷并进行分类的过程。与人工检查做一个形象的比喻,AOI采用的普通LED或特殊光源相当于人工检查时的自然光,AOI采用的光学传感器和光学透镜相当于人眼,AOI的图像处理与分析系统就相当于人脑,即“看”与“判”两个环节。因此,AOI检测的工作逻辑可以简单地分为图像采集阶段(光学扫描和数据收集),数据处理阶段(数据分类与转换),图像分析段(特征提取与模板比对)和缺陷报告阶段四个阶段(缺陷大小类型分类等)。为了支持和实现AOI检测的上述四个功能,AOI设备的硬件系统也就包括工作平台,成像系统,图像处理系统和电气系统四个部分,是一个集成了机械,自动化,光学和软件等多学科的自动化设备。自动光学检测设备AOI
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