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AOI光學(xué)檢測(cè)設(shè)備原理及發(fā)展趨勢(shì)廠商必須確保產(chǎn)品的質(zhì)量,為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量,在產(chǎn)品制造過(guò)程中對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)半成品或成品進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)尤為重要,隨著表面組裝技術(shù)(SMT)中使用的印制電路板線路圖形精細(xì)化、SMD元件微型化及SMT組件高密度組裝、快速組裝的發(fā)展趨勢(shì),采用目檢或人工光學(xué)檢測(cè)的方式檢測(cè)已不能適應(yīng),自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)www.anrobot.cn技術(shù)作為質(zhì)量檢測(cè)的技術(shù)手段已是大勢(shì)所趨。
2 AOI工作原理
不同AOI軟、硬件設(shè)計(jì)各有特點(diǎn),總體來(lái)看,其分析、判斷算法可分為2種,即設(shè)計(jì)規(guī)則檢驗(yàn)(DRC)和圖形識(shí)別檢驗(yàn)。 字串6 (1)DRC法是按照一些給定的規(guī)則檢測(cè)圖形。如以所有連線應(yīng)以焊點(diǎn)為端點(diǎn),所有引線寬度、間隔不小于某一規(guī)定值等規(guī)則檢測(cè)PCB電路圖形。圖2是一種基于該方法的焊膏橋連檢測(cè)圖像,在提取PCB上焊膏的數(shù)字圖像后,根據(jù)其焊盤(pán)間隔區(qū)域中焊膏形態(tài)來(lái)判斷其是否為橋連,如果按某一敏感度測(cè)得的焊膏外形逾越了預(yù)設(shè)警戒線,即被認(rèn)定為橋連[1],DRC方法具有可以從算法上保證被檢驗(yàn)的圖形的正確性,相應(yīng)的AOI系統(tǒng)制造容易,算法邏輯容易實(shí)現(xiàn)高速處理,程序編輯量小,數(shù)據(jù)占用空間小等特點(diǎn),但該方法確定邊界能力較差,往往需要設(shè)計(jì)特定方法來(lái)確定邊界位置。
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(或自動(dòng)對(duì)比)、邊緣檢測(cè)法、特征提取法(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。 模板比較法通過(guò)獲得一物體圖像,如片狀電容或QFP,并用該信息產(chǎn)生一個(gè)剛性的基于象素的模板,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(guò)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(lái)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(lái)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)。 (2)運(yùn)算法則。幾種流行的圖像分析技術(shù)結(jié)合在一個(gè)"處方"內(nèi),希望一個(gè)運(yùn)算法則,特別適合于特殊元件類型,在有許多元件的復(fù)雜板上,可能形成眾多的不同運(yùn)算法則,要求工程師在需要改變或調(diào)整時(shí)做大量的重新編程。例如當(dāng)一個(gè)供應(yīng)商修改一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)元件時(shí),對(duì)該元件的運(yùn)算法就可能需要調(diào)整,新的變化出現(xiàn),用戶必須調(diào)整或"扭轉(zhuǎn)"運(yùn)算法則來(lái)接納所有可能的變化,例如一個(gè)0805片式電容,可以分類為具有一定尺寸和矩形形狀、兩條亮邊中間包圍較黑色的區(qū)域,然后這個(gè)外部簡(jiǎn)單的元件外形可能變化很大,傳統(tǒng)的、基于運(yùn)算法則的AOI方法經(jīng)常太過(guò)嚴(yán)格,以至于不能接納對(duì)比度、尺寸、形狀和陰影合理的變化,甚至不重要的元件也可能難以可靠地查找和檢查,造成有元件而系統(tǒng)不能發(fā)現(xiàn)的"錯(cuò)誤拒絕"。還有就是由于可接受與不可接受圖像的差別細(xì)小,運(yùn)算法則不能區(qū)分,引起"錯(cuò)誤接收",真正缺陷不能發(fā)現(xiàn),為了解決一些問(wèn)題,用戶在圖像分析領(lǐng)域中要有適當(dāng)?shù)闹R(shí),其次是傳統(tǒng)的AOI要不斷廣泛地再編程,調(diào)整AOI方法以接納合理的變化,對(duì)一個(gè)新版設(shè)計(jì)或優(yōu)化一個(gè)檢查程序時(shí),可能花上1-2天,甚至幾周作細(xì)小的扭轉(zhuǎn)。 (3)統(tǒng)計(jì)建模技術(shù)。為克服傳統(tǒng)圖象處理方法的缺點(diǎn),AOI采用自調(diào)性的軟件技術(shù),其設(shè)計(jì)將用戶從運(yùn)算法則的復(fù)雜性中分開(kāi),通過(guò)顯示一系列要確認(rèn)為物體的例子,使用一種數(shù)學(xué)技術(shù),即統(tǒng)計(jì)外形建模技術(shù)(SAM)來(lái)自動(dòng)計(jì)算怎樣識(shí)別合理的圖像變化,不同于基于運(yùn)算法則的方法,SAM使用自調(diào)性、基于知識(shí)的軟件來(lái)計(jì)算變量。這樣可減少編程時(shí)間,消除每天的調(diào)整,而且誤報(bào)率比現(xiàn)有的AOI方法低10-20倍。
(4)柔性化技術(shù),傳統(tǒng)的AOI系統(tǒng)主要依靠識(shí)別元件邊緣來(lái)達(dá)到準(zhǔn)確和可重復(fù)性測(cè)量,一旦邊緣找到,通常利用這些邊緣的對(duì)稱模型產(chǎn)生元件在板表面的坐標(biāo),但是用視覺(jué)技術(shù)很難找到邊緣,因?yàn)樵吘壊皇峭耆本,用一條直線去配合這種邊緣的企圖都是有問(wèn)題的,此外,邊緣傾向于黑色背景上的黑色區(qū)域,要準(zhǔn)確地確認(rèn)就會(huì)產(chǎn)生象素噪音變量,因?yàn)橄笏夭荒茏銐蛐,否則容易產(chǎn)生一些象素分割的影響。 基于邊緣識(shí)別的方法,一個(gè)好的視覺(jué)系統(tǒng)常會(huì)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)偏差大約為1-/10象素的可重復(fù)性,而SAM技術(shù)能提供標(biāo)準(zhǔn)偏差相當(dāng)于1/20象素的可重復(fù)性元件。元件位置上的總變量小于1個(gè)象素的各3/10,因此要匹配到3個(gè)元件時(shí),應(yīng)改進(jìn)精度和可重復(fù)性。檢查個(gè)1特定元件類型時(shí),SAM是內(nèi)在靈活的,當(dāng)吻合1個(gè)外形大不相同的合法元件時(shí),它會(huì)在x和y軸上移動(dòng),企圖通過(guò)位置調(diào)節(jié)達(dá)到最佳吻合,當(dāng)用一適當(dāng)?shù)腟AM模型吻合元件時(shí),只允許實(shí)際上可發(fā)生的那些外形,而不要妥協(xié)x和y的位置,比如某些可允許的元件顏色變量是由于遮蔽或過(guò)渡曝光臨近較大元件所引起的,傳統(tǒng)運(yùn)算法則是不可能接納的,但由于SAM計(jì)算出所允許的圖像變更,使用者無(wú)需依靠大量編程的運(yùn)算法則或供應(yīng)商供應(yīng)的運(yùn)算法則庫(kù)就可以接納。 字串6 (5)立體視覺(jué)成像技術(shù)。傳統(tǒng)AOI系統(tǒng)不能完全接納PCB外形,是由于局部彎曲產(chǎn)生的自然三維變化,現(xiàn)有AOI系統(tǒng)通常使用遠(yuǎn)心透鏡來(lái)從光學(xué)上去掉視差與透視的效果,因?yàn)楦叨壬系耐敢曅Ч蝗サ,在圖像邊緣上的物體看上去與中間的物體在同一平面。這消除了光學(xué)視差錯(cuò)誤,但是應(yīng)該跟隨板表面弧形的點(diǎn)與點(diǎn)之間的測(cè)量成為跨過(guò)平面弦的直線距離,造成重要的測(cè)量誤差且自動(dòng)去掉有關(guān)板表面形狀的有價(jià)值信息。 通過(guò)將SAM技術(shù)與兩排攝像機(jī)的立體視覺(jué)安排相結(jié)合,此AOI系統(tǒng)可測(cè)量和接納物體與表面高度,而結(jié)果在數(shù)學(xué)上呈現(xiàn)平直P(pán)CB,呈一定角度的攝像機(jī)提供物體的兩個(gè)透視,然后計(jì)算PCB的高度圖形和三維表面拓?fù)鋱D形,在板上任何元件的精確位置也通過(guò)計(jì)入其在板表面的高度來(lái)進(jìn)行計(jì)算,工作時(shí)AOI設(shè)備使用一標(biāo)準(zhǔn)板傳送帶在攝像機(jī)下面按刻度移動(dòng)PCB通過(guò)攝像機(jī)排列,將圖像的立體象對(duì)排列構(gòu)成一副照相鑲嵌圖,然后對(duì)此照相鑲嵌圖進(jìn)行合成變平或?qū)崟r(shí)分析,SAM技術(shù)與立體視覺(jué)成像技術(shù)的結(jié)合具有高的精度和可重復(fù)性,可用于重要元件確認(rèn)和PCB檢查. 在SMT中,AOI技術(shù)具有PCB光板檢測(cè),焊膏印刷檢測(cè)、元件檢測(cè)、焊后組件檢測(cè)等功能,在進(jìn)行不同環(huán)節(jié)的檢測(cè)時(shí),其側(cè)重也有所不同。 3.1 PCB檢測(cè)
早期的PCB生產(chǎn)中,檢測(cè)主要由人工目檢配合電檢測(cè)來(lái)完成的,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,PCB布線密度不斷提高,人工目檢難度增大,誤判率升高,且對(duì)檢測(cè)者的健康損害更大,電檢測(cè)程序編制更加煩瑣,成本更高,并且無(wú)法檢測(cè)某些類型的缺陷,因此,AOI越來(lái)越多地應(yīng)用于PCB制造中。
PCB缺陷可大致分為短路(包括基銅短路、細(xì)線短路、電鍍斷路、微塵短路、凹坑短路、重復(fù)性短路、污漬短路、干膜短路、蝕刻不足短路、鍍層過(guò)厚短路、刮擦短路、褶皺短路等),開(kāi)路(包括重復(fù)性開(kāi)路、刮擦開(kāi)路、真空開(kāi)路、缺口開(kāi)路等)和其他一些可能導(dǎo)致PCB報(bào)廢的缺陷(包括蝕刻過(guò)度、電鍍燒焦、針孔)[2]。在PCB生產(chǎn)流程中,基板的制作、覆銅有可能產(chǎn)生一些缺陷,但主要缺陷在蝕刻之后產(chǎn)生,AOI一般在蝕刻工序之后進(jìn)行檢測(cè),主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)其上缺少的部分和多余的部分。 字串4 在PCB檢測(cè)中,圖像對(duì)比算法應(yīng)用較多,且以2D檢測(cè)為主[3],其主要包括數(shù)據(jù)處理類(對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理,過(guò)濾小的針孔和殘留銅及不需檢測(cè)的孔等),測(cè)量類(對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取,記錄的特征代碼、尺寸和位置并與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比)和拓?fù)漕悾ㄓ糜跈z測(cè)增加或丟失的特征),圖4為特征提取法示意圖,(a)為標(biāo)準(zhǔn)版和被檢板二值圖,(b)為數(shù)學(xué)形態(tài)分析后的特征圖。 字串9
AOI檢測(cè)設(shè)備一般可以發(fā)現(xiàn)大部分缺陷,存在少量的漏檢問(wèn)題,不過(guò)主要影響其可靠性的還是誤檢問(wèn)題。PCB加工過(guò)程中的粉塵、沾污和一部分材料的反射性差都可能造成虛假報(bào)警,因此目前在使用AOI檢測(cè)出缺陷后,必須進(jìn)行人工驗(yàn)證。的初始環(huán)節(jié),也是大部分缺陷的根源所在,大約60%-70%的缺陷出現(xiàn)在印刷階段,如果在生產(chǎn)線的初始環(huán)節(jié)排除缺陷,可以最大限度地減少損失,降低成本,因此,很多SMT生產(chǎn)線都為印刷環(huán)節(jié)配備了AOI檢測(cè)。
印刷缺陷有很多種,大體上可以分為焊盤(pán)上焊膏不足、焊膏過(guò)多;大焊盤(pán)中間部分焊膏刮擦、小焊盤(pán)邊緣部分焊膏拉尖;印刷偏移、橋連及沾污等,形成這些缺陷的原因包括焊膏流變性不良、模板厚度和孔壁加工不當(dāng),印刷機(jī)參數(shù)設(shè)定不合理、精度不高、刮刀材質(zhì)和精度選擇不當(dāng)、PCB加工不良等,通過(guò)AOI可以有效監(jiān)控焊膏印刷質(zhì)量,并對(duì)缺陷數(shù)量和種類進(jìn)行分析,從而改善印刷制程。
使用3D檢測(cè),可以對(duì)焊膏形態(tài)、厚度進(jìn)行評(píng)估,檢查焊膏量是否合理、是否有刮擦和拉尖,這些缺陷在使用絲網(wǎng)和橡皮刮刀時(shí)出現(xiàn)較多,現(xiàn)在普遍使用不銹鋼網(wǎng)板和金屬刮刀,焊膏厚度比較穩(wěn)定,一般不會(huì)過(guò)多,刮擦現(xiàn)象也很輕微,重點(diǎn)要關(guān)注的是缺。ê父噙^(guò)少)、偏移、沾污和橋連等缺陷。采用2D檢測(cè)可以有效地發(fā)現(xiàn)這些缺陷,圖像對(duì)比法和設(shè)計(jì)規(guī)則檢驗(yàn)法都可以使用,檢測(cè)時(shí)間短,設(shè)備價(jià)格也比3D檢測(cè)要低,而且在貼片、回流等后續(xù)的工序中如有AOI,印刷環(huán)節(jié)考慮到成本也可采用2D檢測(cè)。 字串7 3.3 貼裝檢測(cè) 元件貼裝環(huán)節(jié)對(duì)設(shè)備精度要求很高,常出現(xiàn)的缺陷有漏貼、錯(cuò)貼片、偏移歪斜、極性相反等。AOI檢測(cè)可以監(jiān)察出上述缺陷,同時(shí)還可以在此檢查連接密間距和BGA元件的焊盤(pán)上的焊膏[5]。圖6所示為某型AOI對(duì)貼片后的PCB檢測(cè)所采集到的圖像。
AOI光學(xué)檢測(cè)設(shè)備檢出問(wèn)題后將發(fā)出警報(bào),由操作員對(duì)基板進(jìn)行目測(cè)確認(rèn)。缺件意外的問(wèn)題報(bào)告都可以通過(guò)維修鑷子來(lái)糾正,在這一過(guò)程中,當(dāng)目測(cè)操作員對(duì)相同問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)多次修復(fù)作業(yè)時(shí),就會(huì)提請(qǐng)各生產(chǎn)設(shè)備負(fù)責(zé)人重新確認(rèn)機(jī)器設(shè)定是否合理,該信息的反饋對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量提高非常有幫助,可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)品質(zhì)的飛躍性提高。 問(wèn)題和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題2種,印刷、貼片之后的檢測(cè)歸類與預(yù)防問(wèn)題,回流焊后的檢測(cè)歸類于發(fā)展問(wèn)題,在回流焊后端檢測(cè)中,檢測(cè)系統(tǒng)可以檢查元件的缺失、偏移和歪斜情況,以及所有極性方面的缺陷,還一定要對(duì)焊點(diǎn)的正確性以及焊膏不足、焊接短路和翹腳等缺陷進(jìn)行檢測(cè),回流焊后端檢測(cè)是目前AOI檢測(cè)儀最流行的選擇,此位置可發(fā)現(xiàn)全部的裝配錯(cuò)誤,提供高度的安全性,圖7為某型AOI對(duì)回流焊后PCB的檢測(cè)圖像,采用了3種不同的照明模式,分別側(cè)重于焊點(diǎn),零件和雷射印刷文字圖像的采集。圖8為回流焊后AOI識(shí)別的不同類型的缺陷[6]。
3.5 AOI合理安排
AOI可以在SMT生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)起到檢測(cè)作用,但目前AOI價(jià)格非常昂貴,對(duì)占大多數(shù)比例的中小型電子生產(chǎn)商來(lái)說(shuō),為每個(gè)環(huán)節(jié)都配置AOI是不合適的,因此當(dāng)一條生產(chǎn)線上只有一臺(tái)AOI時(shí),應(yīng)把它放在哪個(gè)環(huán)節(jié),這是非常值得探討的。
(1)主導(dǎo)思想 如圖9所示,有兩種檢查主導(dǎo)思想:缺陷防止或缺陷發(fā)現(xiàn),適當(dāng)?shù)姆椒☉?yīng)該是缺陷防止,在這樣的一個(gè)方法中,AOI機(jī)器應(yīng)當(dāng)放在SMT生產(chǎn)線的焊膏印刷機(jī)之后,或者放在元件貼裝之后,主導(dǎo)思想為缺陷發(fā)現(xiàn)時(shí),AOI機(jī)器應(yīng)當(dāng)放在回流爐之后,這是制造工藝中的最后步驟,以保證產(chǎn)品質(zhì)量。 字串4
(2)實(shí)施目標(biāo) 應(yīng)用AOI的主要目標(biāo)在于最終品質(zhì)和過(guò)程跟蹤。 最終品質(zhì)注意力主要集中在產(chǎn)品生產(chǎn)的最終狀態(tài),當(dāng)生產(chǎn)問(wèn)題非常清楚、產(chǎn)品混合度高、數(shù)量和速度為關(guān)鍵因素的時(shí)候,優(yōu)先采用這個(gè)目標(biāo),設(shè)備可以產(chǎn)生大范圍的過(guò)程控制信息,使用AOI設(shè)備來(lái)監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程,典型內(nèi)容包括詳細(xì)的缺陷分類和元件貼放偏移信息,當(dāng)產(chǎn)品可靠性高、混合度低、大批量制造和元件供應(yīng)穩(wěn)定時(shí),優(yōu)先采用這個(gè)目標(biāo),在線監(jiān)控具體生產(chǎn)狀況,并為生產(chǎn)工藝的調(diào)整提供必要的依據(jù)。 (3)實(shí)施策略 字串7 AOI設(shè)備所防止的位置可以實(shí)現(xiàn)或阻礙檢查目標(biāo),不同的位置可產(chǎn)生相應(yīng)不同的過(guò)程控制信息。AOI放置是由以下因素決定的:
1)特殊生產(chǎn)問(wèn)題,如果生產(chǎn)線有特別的問(wèn)題,檢查設(shè)備可增加或移動(dòng)到這個(gè)位置,監(jiān)測(cè)缺陷,盡早發(fā)覺(jué)重復(fù)性的缺陷。
(4)放置位置
實(shí)施AOI的關(guān)鍵,就是將檢查設(shè)備配置到一個(gè)可以盡早識(shí)別和改正最多缺陷的位置,雖然AOI可用于生產(chǎn)線上的多個(gè)位置,但有3個(gè)檢查位置是主要的: 1)印刷之后,SMT中60%-70%的焊點(diǎn)缺陷是印刷時(shí)造成的,如果焊膏印刷過(guò)程滿足要求,就可以有效減少后期出現(xiàn)的缺陷數(shù)量。 字串3 2)回流焊前,這是一個(gè)典型的放置位置,因?yàn)榭砂l(fā)現(xiàn)來(lái)自焊膏以及機(jī)器貼放的大多數(shù)缺陷,在這位置上可以產(chǎn)生程控信息,提供貼片機(jī)和密間距元件貼裝設(shè)備核準(zhǔn)的信息,用來(lái)修改元件貼放或表明貼片機(jī)需要校準(zhǔn),滿足過(guò)程跟蹤的目標(biāo)。
3)回流焊后這是AOI最流行的選擇,因?yàn)檫@個(gè)位置可以發(fā)現(xiàn)全部裝配錯(cuò)誤,避免有缺陷的產(chǎn)品流入客戶手中,回流焊后檢測(cè)能夠提供高度的安全性,它可識(shí)別由焊膏印刷、元件貼裝和回流過(guò)程引起的錯(cuò)誤,支持最終品質(zhì)目標(biāo)。
SPC即統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(Statistical Process Control),主要是指應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,科學(xué)的區(qū)分出生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量和隨機(jī)波動(dòng)與異常波動(dòng),從而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程得異常趨勢(shì)提出預(yù)警,以便生產(chǎn)管理人及時(shí)采取措施,消除異常,恢復(fù)過(guò)程的問(wèn)對(duì),從而達(dá)到提高和控制質(zhì)量的目的。 字串6 生產(chǎn)過(guò)程中,產(chǎn)品加工規(guī)范的波動(dòng)是不可避免的,它是由人、機(jī)器、材料、方法和環(huán)境等基本因素的波動(dòng)影響所致。波動(dòng)分為2種,即正常波動(dòng)和異常波動(dòng),正常波動(dòng)總是偶然性原因(不可避免因素)造成,它對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較小,在技術(shù)上難以消除,在經(jīng)濟(jì)上也不值得消除,異常波動(dòng)是由系統(tǒng)原因(異常原因)造成,他的產(chǎn)品質(zhì)量影響很大,但能夠采取措施避免和消除,程控的目的就是消除、避免異常波動(dòng),使過(guò)程處于正常波動(dòng)狀態(tài)。
4.1 AOI和SPC的結(jié)合
AOI技術(shù)的統(tǒng)計(jì)分析功能與SPC技術(shù)的結(jié)合為SMT生產(chǎn)工藝實(shí)時(shí)完善提供了有利的保障,PCB裝配的成品率進(jìn)而得到明顯提高,隨著現(xiàn)代制造業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大,生產(chǎn)的受控越來(lái)越重要,對(duì)SPC資料的需求也不斷增長(zhǎng),AOI系統(tǒng)的應(yīng)用將越發(fā)顯出其重要性。將AOI和SPC有效結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)工藝制程快速、準(zhǔn)確地反饋(如圖10),降低成本,提高成品率,從而也就提高了企業(yè)的利潤(rùn)[8]。 字串3 AOI能夠?qū)崿F(xiàn)兩類測(cè)量,即缺陷檢測(cè)(傳統(tǒng)意義的AOI應(yīng)用)和每塊PCB的差異測(cè)量,對(duì)有效的過(guò)程控制而言,兩類測(cè)量都需要,其中差異測(cè)量對(duì)實(shí)時(shí)SPC應(yīng)用非常重要,它會(huì)根據(jù)AOI系統(tǒng)類型及它所處生產(chǎn)線位置的不同而不同,為使AOI/SPC成功用于生產(chǎn)線上,AOI系統(tǒng)必須能產(chǎn)生錯(cuò)誤處理和報(bào)警,誤判率和缺陷檢測(cè)靈敏度會(huì)受檢查參數(shù)的影響,生產(chǎn)工藝變量越多,誤判的可能性就越大,缺陷檢測(cè)的復(fù)雜程度也越大,因此選擇在印刷、貼片、回流焊后或波峰焊后進(jìn)行檢查,誤判率有明顯的不同,一般來(lái)說(shuō),誤判率的高低取決于工藝變化及組裝板復(fù)雜程度,缺陷確定有時(shí)非常棘手,兩類缺陷即硬缺陷和軟缺陷,硬缺陷是二元性缺陷,如缺件和空焊;軟缺陷是參數(shù)性缺陷,如零件移位和錫量不足等,這些缺陷有一個(gè)判定范圍,用戶必須字仔細(xì)地設(shè)定檢查參數(shù),使設(shè)備不會(huì)再設(shè)定的缺陷范圍內(nèi)產(chǎn)生誤判,也可以從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看這種給定范圍的誤判,此時(shí)應(yīng)該在既能滿足保護(hù)要求又能使總體檢測(cè)成本最低的情況下,選擇最佳檢測(cè)參數(shù)。
目前很多設(shè)備生產(chǎn)商在研發(fā)自帶印刷檢測(cè)系統(tǒng)的新型印刷機(jī),其設(shè)計(jì)大多是將2D檢測(cè)系統(tǒng)整合到印刷機(jī)內(nèi),在檢查缺陷的同時(shí)對(duì)其數(shù)量和類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并反饋回來(lái)經(jīng)分析后對(duì)印刷機(jī)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,從而達(dá)到AOI/SPC結(jié)合的閉環(huán)控制,這種檢測(cè)系統(tǒng)具有特殊的要求,體積要小、可以裝配到印刷機(jī)內(nèi);檢測(cè)速度要快,不影響印刷工作效率,涉及到閉環(huán)控制、判斷、統(tǒng)計(jì)和分析速度要快,并且要可靠、盡量減少誤判。 字串5 4.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控 利用目前AOI系統(tǒng)生成的標(biāo)準(zhǔn)缺陷數(shù)量和對(duì)變量的量測(cè)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢查并發(fā)現(xiàn)不良,只要有任何過(guò)程超出預(yù)設(shè)界限,系統(tǒng)都會(huì)提醒生產(chǎn)線操作員;旧蠈(shí)時(shí)AOI/SPC是連續(xù)檢測(cè)生產(chǎn)線狀況,檢測(cè)出每塊板的不良,同時(shí)檢測(cè)貼片的效果、測(cè)定送料和吸嘴的性能并嚴(yán)格控制過(guò)程變量。 字串8 這種系統(tǒng)關(guān)鍵有兩點(diǎn),一個(gè)是要有快速準(zhǔn)確的AOI與系列生產(chǎn)線控制器相連,另外還需要一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)以維護(hù)AOI數(shù)據(jù),并快速將相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成某個(gè)特定機(jī)器、送料器或吸嘴的信息,生產(chǎn)線控制器和數(shù)據(jù)服務(wù)器用一個(gè)RS485網(wǎng)絡(luò)來(lái)收集數(shù)據(jù),這個(gè)網(wǎng)絡(luò)允許從焊膏印刷機(jī)、貼片機(jī)、回流焊爐和AOI系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。 字串6 通過(guò)計(jì)算最佳和平均生產(chǎn)周期,OEM可EMS廠商能夠確定出系統(tǒng)的實(shí)際利用率。收集到的數(shù)據(jù)可以追溯一個(gè)有缺陷的零件直到某個(gè)卷盤(pán),此外還可以快速優(yōu)化生產(chǎn)線以適應(yīng)不同的產(chǎn)品種類。
5 AOI現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 字串3 5.1 AOI存在問(wèn)題
AOI雖然具有比人工檢測(cè)更高的效率,但畢竟是通過(guò)圖像采集和分析處理來(lái)得出結(jié)果,而圖像分析處理得相關(guān)軟件技術(shù)目前還沒(méi)達(dá)到人腦的級(jí)別,因此,在實(shí)際應(yīng)用中,一些特殊情況,AOI的誤判、漏判在所難免。 目前AOI在使用中的主要問(wèn)題有:
(1)多焊、少錫、偏移、歪斜的工藝要求標(biāo)準(zhǔn)界定不同,容易導(dǎo)致誤判。 www.51skill.cn (2)電容容值不同而規(guī)格大小和顏色相同,容易引起漏判。
字串3
(3)字符處理方式不同,引起的極性判斷準(zhǔn)確性差異較大。 (4)大部分AOI對(duì)虛焊的理解發(fā)生歧義,造成漏判推諉。 字串4 (5)存在屏蔽圈、屏蔽罩屏蔽點(diǎn)的檢測(cè)問(wèn)題。 (6)BGA、FC等倒裝元件的焊接質(zhì)量難以檢測(cè)。 (7)多數(shù)AOI編程復(fù)雜、煩瑣且調(diào)整時(shí)間長(zhǎng),不適合科研單位、小型OEM廠,多規(guī)格小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)單位。
(8)多數(shù)AOI產(chǎn)品檢測(cè)速度較慢,有少數(shù)采用掃描方法的AOI速度較快,但誤判、漏判率更高。
5.2 AOI發(fā)展趨勢(shì) (1)圖形識(shí)別法成為應(yīng)用主流
SMT中應(yīng)用的AOI技術(shù),圖形識(shí)別法已成為主流,這是由于SMT中應(yīng)用的AOI技術(shù)主要檢測(cè)對(duì)象,如SMT元件、PCB電路、焊膏印刷圖形、完成組后組件等的規(guī)格和種類,而且檢測(cè)對(duì)象發(fā)展變化很快,相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)很難全面跟上,為此,基于設(shè)計(jì)規(guī)則的DRC法應(yīng)用起來(lái)較困難,而計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展解決了高速圖形處理難題,使圖形識(shí)別法更易實(shí)用化。目前,各式各樣的圖形識(shí)別法AOI技術(shù)在SMT中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
(2)AOI技術(shù)向智能化方向發(fā)展
AOI技術(shù)向智能化方向發(fā)展是SMT發(fā)展帶來(lái)的必然要求,在SMT的微型化、高密度化、快速組裝化、品種多樣化發(fā)展特征下,檢測(cè)信息量大而復(fù)雜,無(wú)論是在檢測(cè)反饋實(shí)時(shí)性方面,還是在分析、診斷的正確性方面,依賴人工對(duì)AOI獲取的質(zhì)量信息進(jìn)行分析、診斷幾乎已經(jīng)不可能,代替人工進(jìn)行自動(dòng)分析、診斷的智能AOI技術(shù)成為發(fā)展的必然,圖11所示為一種采用焊點(diǎn)形態(tài)圖形識(shí)別和專家系統(tǒng)分析的智能化AOI系統(tǒng)原理圖[9],它基于焊點(diǎn)形態(tài)理論,方法與自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)類似,即利用光學(xué)系統(tǒng)和圖象處理措施在線實(shí)測(cè)已成形焊點(diǎn)的形態(tài),由計(jì)算機(jī)將所獲取的焊點(diǎn)實(shí)際形態(tài)與分析評(píng)價(jià)專家系統(tǒng)庫(kù)存的合理形態(tài)進(jìn)行比較,快速識(shí)別超出容許形態(tài)范圍的故障焊點(diǎn),并利用智能技術(shù)對(duì)其故障類型和故障原因進(jìn)行自動(dòng)分析評(píng)價(jià),形成工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)整實(shí)時(shí)控制信息,進(jìn)行焊點(diǎn)質(zhì)量實(shí)時(shí)反饋控制,并對(duì)分析評(píng)價(jià)信息進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì)處理,該方面的研究工作國(guó)內(nèi)外都在進(jìn)行之中。 6 結(jié)束語(yǔ)
隨著SMT不斷向輕型化、薄型化、微小化發(fā)展,AOI大規(guī)模使用已成為必然趨勢(shì),伴著市場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,生產(chǎn)廠商的不斷增加,AOI技術(shù)也將不斷發(fā)展,可以預(yù)見(jiàn),在不久的將來(lái),功能更強(qiáng)的AOI將成為SMT生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不可或缺的設(shè)備。 |