AOI自动光学检测仪的选择方法

AOI现已成为电子制造业确保产品质量的重要检测和过程质量控制工具，因此，如何从多的AOI品牌中选择和利用适合自己要求的AOI，已成为广大电子制造工作者十分关心的问题。

「一」、AOI检测仪的组成

要选择一台适合自已的AOI产品,我们首先了解AOI的基本架构和组成。

AOI是由视觉系统、机械系统、软件系统和操作平台组成.视觉系统主要是执行图像采集功能；机械系统主要是将所检测物体传送到指定的检测点的功能；软件系统主要是将所采集的图像进行分析和处理的功能。这几大系统的整合是由软件系统来完成，因此软件的优劣，是AOI的检测能力强弱的重要因素。

「二」、AOI视觉系统的选择

AOI的视觉系统是由相机和光源组成。

1.相机的选择

AOI的相机按摄取图像的模式分为面阵相机和线阵相机。面阵相机是采用拍摄一幅一幅的图片方式取像；线阵相机是逐行扫描方式取像,面阵相机的优点是图像的还原性较好，打光角度容易调整，容易得到较清晰的图像，因而市面上的AOI绝大多数厂商使用这类相机。线阵相机的图像还原性较差，打光的角度难以调整，是目前误判率最高的AOI，采用这类相机的AOI的唯一优点是检测的速度相对快一点，但检测小板时它的检测速度又要相对而言慢一些，因此，对相机的选择应该最好选择面阵相机。

面阵相机又分模拟相机和数字相机（CCD）两类。模拟相机目前在AOI的市面上应用最多。因为模拟相机在对图像处理时，要经过多次A/D、D/A转换，因而图像容易失帧，从而造成图像处理障碍，导致误差。但模拟相机的价格较便宜。大量使用数字相机是AOI发展的必然趋势，数字相机最大优点在于图像的还原性好，便于软件对图像的分析和处理，但价格较高。

判别模拟相机和数字相机的主要方法是看这一相机在对图像采集时是否需要图像采集卡。需要图像采集卡的相机是模拟相机，另外，模拟相机的外形尺寸也比数字相机大得多。

2.光源的选择

光源是AOI的眼睛，光源的好坏是决定AOI检测能力强弱的第一步。现在流行的AOI一般光源分为普通荧光灯和同轴光源两种。使用普通荧光灯光源的AOI一般为采用线阵相机的AOI，这类AOI目前在逐步淘汰。

同轴光源又分彩色同轴光源和单色同轴光源。相对而言，彩色同轴光源要好一些，因为采用彩色同轴光源所得到的图像比较逼真。

同轴光源还可分塔状同轴光源和碗状同轴光源。相对而言碗关同轴光源的光线较柔和均匀一些，因而不会产生晕光现象。

三、AOI机械系统的选择

机械系统是由马达和传动装置构成。

1.马达的选择

AOI目前使用的马达分线性马达、伺服马达和步进马达三种，市面上以伺服马达和步进马达为主。

线性马达精确度高，但价格昂贵。伺服马达的精确度仅次于线性马达。步进马达的精确度较低，但价格十分便宜，采用步进电机作为驱动装置的AOI，检测的质量是不可信的，但打价格战是有效的。因此对马达的选择要按性价比来进行考量的话，应选择伺服马达作为驱动装置的AOI。

2.传动装置的选择

用伺服马达作为AOI传动装置一般由丝杆和导轨组成。好的丝杆的精度较高，能满足AOI检测的精度要求。

四、AOI软件系统

软件系统是AOI的灵魂。软件算法的优劣直接影响检测效果。软件考量的标准大至有以下几点：

1.软件的开发环境

软件的开发环境对AOI程序控制非常重要。根据实际工作经验来看，用VC++语言开发的AOI应用软件，程序稳定可靠，其它语言开发的AOI应用程序，其稳定性要差很多。

2.软件的运算法则

软件运算法则很多，有灰度相关法（又叫灰度提取法）、边缘识别法、固态建模法、统计外形建模法和拓扑法等等。

灰度相关法的缺点在于受光线明暗度的影响较大，容易产生误判。但随着光源设计的日益完善，这一影响现在较小。

边缘识别法的缺点在于被检测物的边缘往往不是一条标准的直线，只有通过降低像元尺寸来达到提高检测效果的目的，但其效果也不十分理想。

固态建模法是将几个二维图像合并成一个三维图像。但拼接的部分往往出现重叠，因而对软件分析会造成干扰，从而影响检测效果。

统计外形建模法是采用学习统计的方法，从而发现被检物的规律，来建成一个标准的数学模型，借以实现其检测的目的的方法。这种方法的缺点在于在统计学习过程中，人的干扰因素太多，因而存在一定的不确定因素，从而影响检测的质量。

拓扑法是一种前沿的研究物体的点、线、面和体积的多维动态图像变化规律的方法，这一算法代表着AOI的发展方向。苏州德天自动化科技有限公司已经申请了著作权。

总之软件的运算法则是多种多样的，每一种法则既有优点也有缺点，关键看检测效果。

3.软件的稳定性

软件的稳定性是AOI的核心。软件的稳定性包括:检测时会不会发生死机；检测框是否会发生不明真相的偏移；检测时是否发生系统崩溃；检测过程中系统是否会出现文件丢失；随着检测时间越长,误判是否会相应增多等等,这些都是软件不稳定的重要标志。

检测AOI程序是否稳定的最简单而又有效的方法是：将一块问题PCBA板反复检测，看每次检测出的NG数的振幅是否过大，其一致性是否良好，也就是AOI的可重复性是多少。一般来讲AOI的可重复性越高，AOI的软件分析处理能力也就越强，软件的稳定性也就越高。

可重复性是软件优劣的重要指标。现市面上流行的AOI的可重复性在20%~30%之间，也就是说将一块问题PCBA板进行100次的反复检测，最好的AOI同一个NG数出现20~30次，其它NG数均表现为无规律的振荡。

苏州德天自动化科技有限公司开发出的DT系列AOI的产品经过华硕、百晟、博世等公司的反复试验，可重复性可达90%以上，是目前市面上可重复性最高的AOI。可重复性的有效提高大大降低了误判率，提高检测的可靠性。使AOI技术迈出了革命性的一步。

苏州德天自动化科技有限公司DT747 AOI在苏州某跨国公司同某国外著名AOI品牌和国内知名AOI品牌的实验情况如下：

基本情况：

PCBA的基本情况：元件数为147个；最小元件为0402；不良数为4个，其中错件、虚焊、侧立和IC翘脚各1个。

国外著名AOI品牌检测情况：

反复测试二十次所得到的NG结果为：

从表中不难看出，这款AOI的可重复率只有20%，误判总数为392-79=313个，平均误判16个。这块PCBA总器件数为147个，误判率为11%。漏判一次虚焊。当我将有关标准值调高时，可重复性只有10%，误判率马上上升到27%，但在这一值时没有发生漏判。

国内AOI品牌检测情况：

反复测试二十次所得到的NG结果为：

从上表不难看出这一国产品牌的可重复性为25%，高出进口产品5个百分点；总误判数为147-78=63，平均误判4，误判率为4/228=2%；漏判一次虚焊，一次翘脚。当我把学习的标准再进一步放严后，可重复性只有12%，误码率判别率上升到24%，这时漏判现象消除。

AOI检测情况：

反复检测20次的情况：

漏判数为0

漏判数为0

反复检测150次的情况：

漏判数为0

从上表不难看出：DT AOI的可重复性可达到90%以上，误判率为1%以内，漏判率也是最低的。这是一个跨越式的进步！

4.软件操作的便利性：

软件操作的便利性分为制程的便利性和人工确定的便利性。好的AOI软件系统，它的制程相当人性化，且易学易用。

现市面上的AOI的制程分调试型和学习型两种。

其一、调试型：这类AOI在程序编制完成后，要将已做好的程序进行必要的调试后方能进行正常的检测运行，这一调过程少则五、六个小时，多则几天，甚至几十天，只有待程序相对稳定后，才能投入正常的运行，这类AOI的至命弱点在于——调试的参数很难确定，很难找到一个理想的标准值，表现的特征为：参数值如果放得太宽，就会产生漏判；参数值如果放得过严，就会造成误判的大幅攀升，让操作员无法接受。检测效率较低。国外AOI属于这一类型。

其二、学习型：这类AOI在程序编制完成后，要进行一段时间的学习预测，这样让程序自动地寻找待测物的变化规律，从而建立待测物的标准的数学模型。这一过程往往需要二十块以上的PCBA进行学习建库，这一过程也需要两个小时以上才能完成。这类AOI的至命弱点在于——在学习过程中，如果将有缺陷的待测物一不小心学习到程序里去了，那么该类待测物的缺陷将被视为良品，从而无法检出。国产AOI属于这一类型。

无论是调试型的AOI，还是学习型的AOI，它们有一个共同的缺陷——正确与错误之间是非常接近的，也是很难调整的。因此它们的程序也很难稳定。

苏州德天自动化科技有限公司研发的AOI软件系统，不仅解决了现在市场上主流产品存在的所有问题，而且在两个方面取得了革命性的突破，这就是：

攻克了程序的一次性确定的问题，这样不仅有利于程序的编程，而且还有利于程序的稳定；攻克了AOI的可重复性低的问题，程序的可重复性达90%以上，这样不仅使AOI检测的可靠性有了明显提高，而且使AOI产品向“傻瓜”迈出了跨越性的一步。

五、操作平台的选择

AOI所使用的操作平台一般使用WINDOWS2000T WINDOWSXP，主频一般采用P43.0G左右。苏州德天自动化科技有限公司所研发、生产的AOI产品采用WINDOWSXP操作平台，大胆采用双核1.73的主频，采用多线程的数字处理方法，大大提高了检测效率。

六、功能选择

AOI的功能现一般都比较全，也没有多大的差别。下面就一些常见的工用作一些简要的说明。

1.分辨率的选择

AOI的分辨率应以像元的尺寸大小作为判别的条件，也就是空间分辨率来衡量。像素的大小不是判别AOI的检出能力的标准，准确地讲，像素大是决定单位面积的像元尺寸大小的因素。如果单位面积不同，像素再高也没有可比性。比如一台AOI的FOV为12*16毫米，如果这台AOI采用的是30万像素的相机，那么这台AOI的分辨率只有25微米，它只能检测0402以上封装尺寸的元件。但如果这台AOI采用的是200万像素的相机，那么这台AOI的分辨率就变为10微米，就可以检测01005以上封装尺寸的元件。反之，如果这台AOI使用的是200万像素的相机，如果它的FOV为24*32微米，那么它的分辨率只有20微米，这样它虽然像素较高但只能检测0402以上封装尺寸的元件。

一般来讲，对元件是0402以上封装尺寸的PCBA板，所需AOI的分辨率最少要为20微米。对元件是0201以上封装尺寸的PCBA板的检测，所需AOI的分辨率至少要为15微米，对元件是01005以上封装尺寸的PCBA的检测，所需的AOI的分辨率至少要为10微米。

2.特殊功能的选择

如果你要对多连板的PCBA进行检测，就一定要选择有跳板功能的AOI，也就是有区域选择功能的AOI。

如果你将AOI用作质量的过程控制，那么，你在选择AOI时，一定要选择具有RPC功能的AOI，也就是具有实时工艺过程控制的AOI。

3.CAD的选择

现在大多数AOI都有CAD数据导入功能，但这一功能的使用，对器件较少的PCBA板的使用效率不是很好，而对元器件较多的PCBA板的使用则能起到事半功倍的效果。

4.SPC的选择

SPC是过程统计控制。统计控制没有实时工艺控制（RPC）重要，RPC不但能进行实时的统计分析，还可以进行预警，这样能使生产线长期保持正常工作状态。

5.可重复性、误判率和漏判率的选择

可重复性越高AOI的性能越稳定，但由于AOI技术还不十分成熟，市面上的AOI的可重复性一般为20-30%。

误判率是越低越好，最好的AOI的误判率只有0.5%左右（按点算）。

漏判率也是越低越好，最好的AOI的漏判率只有0.5%左右（按不良点算）。

现苏州德天自动化科技有限公司开发生产的DT系列AOI产品可重复性达到90%以上,误判率和漏判率均在0.5%以下.

6.超强的软板检测能力。

七、结论

由上不难看出，AOI的核心是软件。我国的AOI软件技术已经处在全球的巅峰，从这一意义上讲，国产AOI的综合性能已经走在世界的前列，只是在制造工艺上还有一些差距。但就整体而言,AOI技术还不十分成熟。

一台性价比较优的AOI必须具备以下几个条件：

1.相机要是真正的面阵数字相机（CCD），这种相机不需要图像采集卡；

2.光源最好是同轴碗状光源；

3.机械系统最好是伺服马达为驱动，用丝杆和导轨为传动；

4.软件系统的开发语言最好为VC++；

5.软件的可重复性要高；

6.软件的可操作性要人性化；

7.误判率和漏判率要低‘

8.检测功能要全；

9.要能与RPC实时工艺控制软件进行对接。

总而言之，AOI的选择是广大OEM、EMS工作者十分关心的问题，如何选择到适合本公司需求的AOI产品，是他们切实提高产品的质量的重要前提。以上所述只是本人的一孔之见，但愿这一孔之见能起到“以俟夫观人风者得焉”的作用。

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