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自动光学检测(AOI)概述
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2022-04-18 13:16:18来源: 光虎光电科技(天津)有限公司
印制电路板(PCB)是当今世界最重要的行业之一。我们身边的电子产品无处不在,所以对于其制造效率的要求都在与日俱增。

什么是自动光学检测(AOI)?

AOI是一种自动化视觉检测方法,主要用于测试印刷电路板组件(PCBA)中的缺陷。AOI使用相机自动扫描PCBA并检测两种类型的故障:1、灾难性故障,例如缺少组件;2、质量故障,例如畸形的圆角或者倾斜的组件。

AOI在具有非常高的产量和非常低的组件可变性的生产环境中效果最佳,因为实施既耗时又复杂,并且必须针对特定的设计或零件配置进行设置。

什么时候应该使用自动光学检测(AOI)?

自动光学检测是生产中PCBA检测的理想选择,放置在焊料回流焊之后。AOI是一种生产技术,由于设置它所涉及的时间和费用,不适合产品开发或小批量生产(低于5000单位运行)。

AOI 的优缺点是什么?

优点

  • 非接触式测试方法。

  • AOI可准确检测PCB上特定类别的编程缺陷(焊点不良和缺失部件)。


缺点

  • AOI仅捕获PCB缺陷,而不捕获难以分类的故障模式(如胶水或密封缺陷)的缺陷。

  • 缺陷检测功能不灵活,每个更改都必须编程。

  • AOI不会发现新的缺陷,只会检测预先编程的缺陷。

  • 通常无法将新的缺陷识别远程编程到AOI系统中

适用自动光学检测(AOI)的相机考虑标准

高分辨率

随着元件的微小化和PCBA的密集化,为准确检测问题并最大限度地减少“误报”,AOI系统能否清楚地“看到”微小细节变得至关重要。

现阶段,即使是入门型AOI系统也要包含一台至少500万像素的相机。先进的系统更是拥有高达2000万像素分辨率的相机,以更好地对应当今PCBA的密度和复杂度。2500万像素或更高分辨率的相机可以为有章可循的AOI系统提供其所需的高精度,更好地适应不断增长的密度。同时为基于人工智能(AI)的系统提供更多的数据,将图像与训练集进行对比并得出更智能的结论。此外,越来越多的AOI系统需要通过色彩信息来寻找并分析某些特定类型的缺陷,更高的分辨率可以避免在插值运算(debayering)过程中图像细节的损失。


高速

尽管高像素有上述种种好处,如果影响到了系统的吞吐量,设计师是不会以此为代价去提高AOI系统分辨率的。随着电路板越来越复杂,PCB制造商和组装商也知悉必须维持(或提高)产量,否则可能导致客户流失。因此速度成为AOI系统成功的关键因素。尽管高像素有上述种种好处,如果影响到了系统的吞吐量,设计师是不会以此为代价去提高AOI系统分辨率的。随着电路板越来越复杂,PCB制造商和组装商也知悉必须维持(或提高)产量,否则可能导致客户流失。因此速度成为AOI系统成功的关键因素。


高速接口

为了同时实现目标速度与目标分辨率,相机需要做到如下两点:高速的传感器以及足够传输所有图像数据的接口。

例如,CoaXPress标准接口的最近版本(v2.0)支持高达12.5 Gbps/通道的传输速率,并且可以将四个并行通道配置为一个数据接口。因此50 Gbps的带宽足以将2600万像素以及8-bit图像以高达150fps的速率从相机传输至处理器。

虽然并非所有的CoaXPress相机都支持“CXP-12”链路,但即使相机以6.25 Gpbs/通道(CXP-6)运行时,四通道接口也能保证25 Gbps的带宽,轻松实现高分辨率图像60-100 fps的目标。


最佳的快门方式

在AOI系统中维持高吞吐量意味着电路板快速通过影像系统的视场,而系统需要捕捉每一个电路板的图像。有两种快门类型的相机能以最佳方式处理这类应用。

第一种是选择带有全局快门的相机。这类相机同时对整个画面(每个像素)进行曝光。这意味着只要有足够快的帧率和曝光设置(快门速度),即可“定格”快速移动的物体,最大程度的降低了模糊或失真的可能性,这与“卷帘快门”式相机形成了鲜明对比。在通常情况下卷帘快门相机的每百万像素成本比全局快门相机更低,因此对设计团队更具吸引力。但是卷帘快门的逐行式曝光将导致快速移动的物体呈现“果冻效应”,很多类型的缺陷检测无法接受这样的图像。

第二种选择是使用某些带有“全局重置”模式的卷帘快门相机,尽管像素行是逐行结束曝光,但所有像素行可以同时开始曝光。在开始曝光时使用闪光灯定格运动,然后在剩余曝光期间内遮挡外部光线,卷帘快门相机便可以用于高速AOI。但是该方式要求卷帘快门相机满足以下所有前提条件:高分辨率、高帧率以及高速接口,同时需要AOI系统能够控制视野内的环境光,例如“遮挡”输送PCB的传送带。只有满足这些要求时才能考虑使用卷帘快门相机。


【来源:光虎光学内部培训资料】


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