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AOI概述 AOI（Automated Optical Inspection）即自动光学检测，它是一项最新的PCB结构检测技术。AOI是利用软件来分析可见光拍摄到的图像，并根据程序中设定的参数阈值来判断印锡量是否良好、器件安装是否正确、焊点是否满足要求等等。 目前我司AOI设备放在SMT生产线上三个不同的位置进行相关的有效测试：1 印刷机后（CKD），能够对锡膏的面积、少锡、多锡、拉尖、偏位、连锡、的印刷缺陷进行检测；2 元件贴放之后（VT-RNS），PCB上贴装元件之后，能够检查PCB上缺失、偏移以及歪斜的元件，还能查出元件极性的错误，3 焊后检测焊点（VT-WIN2），在检测焊点的过程中能够消除人眼疲劳、判断标准不一等人为因素，对虚焊、连锡、漏贴、器件极性错误等进行检测。AOI能够实行在线检测，能够对单板在SMT的加工过程进行实时监控，及时的将缺陷信息传达到前工序。而在前工序中对产生这些缺陷信息进行分析，及时调整工艺或设备参数，这样就能够减少再次产生相同缺陷的几率，从而降低生产成本。本文针对VT-WIN2型设备主要从成像原理、系统构成、编程步骤、焊点缺陷判断方法及准则、应用前景等几个方面对AOI进行了介绍。第一章 VT-WIN2自动光学检测仪简介1.1 VT-WIN2工作原理1.1.1 VT-WIN2工作原理概述VT-WIN2通过一个垂直摄像机摄取PCB板上焊点的彩色图像并对其进行分析以判断焊点的好坏。其基本原理是在摄像机周围不同的高度上有红、绿、蓝三种颜色的LED灯，其光线照射在PCB板的焊点上。由于焊锡表面具有镜像反射光线特性，照射到焊锡表面的光线以与入射角相同的反射角进行反射，这样在拍摄到的焊点图像中不同的部位呈现不同的颜色，将三维的焊点外形变为二维的彩色图象。由于焊点有好有坏（即焊点形状不同），摄像机拍摄到的图像中红、绿、蓝三色的相对位置和面积不同，由此可以判断焊点是否有缺陷。 1.1.2 彩色高亮度成像 （一）彩色高亮度方式的基本构成1个3CDD照相机，3色LED灯。红色、绿色、蓝色3种环行光线从不同的高度照射PCB板。在环行照明的中心线上，垂直方向配置一台彩色摄像机，摄取PCB板图像。 R（红光）：平坦部分，6080 G（绿光）：较陡部分，4560 B（蓝光）：陡峭部分，1545（二）彩色高亮度方式的基本原理 1. 应用焊锡的特性焊锡表面具有镜象反射光线特性。即照到焊锡表面的光线以与入射角相同的反射角进行反射。 2. 照射红、绿、蓝三色光线采用彩色高亮度方式时，红、绿、蓝3色光线分别从不同的角度照射至焊锡的表面。 3. 照射红色光线的场合以红色光线为例，由于红色光线比另两种颜色光线位于离PCB板面更远的位置（更高的位置）所以相对于PCB板平面的入射角较大（为6080度）。即如图所示照射到平坦焊锡表面的光线向正上方的摄像机方向反射，而照射到倾斜的焊锡表面的光线不向正上方反射。因此，对于平坦的焊锡表面部分，摄像机拍摄到是红色区域。 4. 照射绿色光线的场合与红光的原理相同，如图只有照射到轻微倾斜（45-60度）的焊锡表面的向正上方反射，所以绿色区域为摄像机拍摄到的轻微倾斜的焊锡表面。 5. 照射蓝色光线的场合以同样的原理，照射到陡峭倾斜（15-45度）的焊锡表面光线向正上方反射，所以蓝色区域为摄像机拍摄到的陡峭倾斜的焊锡表面 1.1.3 缺陷判断准则除开焊锡、电极、引线部分的其它地方对照射光线进行漫反射，颜色与由红色、绿色、蓝色合成的白色光线照射下的图像颜色相同，即在彩色高亮度图像中只有必要的部分才可见。 而镜象反射存在于焊锡、电极、引线部分，所以焊锡接合部形成的是红、绿、蓝3色区别的图像，并且不同的部位呈现不同的颜色。我们将三维的焊点外形变为二维的彩色图象，将图像颜色分为等尺寸像素并将其量化，设定各检测参数阈值标准。 由于焊点有好有坏（即焊点形状不同），所以图像中红、绿、蓝三色的相对位置和面积不同，VT-WIN检测仪中的计算机会对光学图进行分析，计算三种颜色各自相对位置及面积的相关参数值，并与用户设定的参数标准（Criterion）进行比较，如果满足用户设定的参数标准，则焊点是好的，否则判定焊点有缺陷。 1.2 VT-WIN2的硬件系统结构1.2.1 VT-WIN2网络系统总体结构在VT-WIN2系统以以太网连接，主要分为几个单元（如图【一】所示）： 1.2.2 VT-WIN2检测仪系统结构1. XY移动组件（工作台移动） 交流伺服马达驱动 速度：15m/s 重复精度：1mm 分辨率：5mm2. PCB传输系统 PCB传送：带式系统 导轨固定边：前导轨左边固定（面对机器正面） 导轨高度：900 15mm 导轨宽度调整方式：调入程序后自动调整 PCB定位及夹紧方式：边定位及夹紧3. 照相系统 Camera数量：一组 Camera成像型式：3元素CCD摄像机 光源：LED灯（自动控制）图像分辨率： 13、15、20、25、30、35、50 um 中可选三种（有缩放功能）4. 其他 具备完善的网络连接功能（指硬件）（见图【一】） 具备完善的安全指示及互锁系统 工作电压：3相220VAC/50Hz（10%）；平均功率 6KVA压缩气体压力：0.40.6MPa1.3 VT-WIN2的软件系统 1. 系统软件操作平台Windows20002. VT-WIN2用于检测程序的编辑、调制、拷贝及运用3. Repair Terminal Software 可用于测试结果的离线检查及无纸维修4. 具备能够共享的元件资料库及完善的SPC工具（直方图）5. 软件系统支持TCP/IP、NetBEUI及IPX/SPX兼容协议第二章 VT-WIN2自动光学检测仪的工作特性 2.1 VT-WIN2自动光学检测程序文件结构 经CAD转换后，可以生成Omron.asc一个OMRON格式的程序文件，将其改名为“板名.cad”。现在举例介绍它的格式如下：1:FP541PCB_4RE 2:FLS3:00790018904:00790017790-02766090U1 SSOP6 017983-05580270U2 SO8 018260-06858270U3 SSOP6 017364-01044000U4 MAV-11SM 016476-07177000U5 MAV-11SM 016772-05628000U6 RFM-MICRO-X-CF 015971-03097270U7 RFM-MICRO-X-CF 第一行表示板名第二行表示PCB板的规格，包括定位位置及定位方式（FLS表示左前方边夹紧定位）第三行表示PCB板的尺寸第四行表示轨道宽度第五行无任何记录信息，按OMRON格式规定空一行第六行起表示元器件的X,Y坐标、旋转角度、标识名称、封装类型2.1.2 VT-WIN2自动光学检测编程步骤总述（如图二所示）1 CAD转换生成OMRON格式文件 TI软件应用，导出CAD文件 转出YAMAHA贴片座标文件，Excel文件另存为，CSV文件（带逗号） Component Number 器件类型里不能带有（）特殊符号，常用的就两种“”“”其他的一律不能有 Mount Angel 只能小于360，若有360的必须转换替换成0（不能为负数）. CSV文件中必须包含5项内容 Component Number Component name X coordinates器件封装 器件位置X 座标 Y coordinates Mount Agle Y 座标 贴片角度 * 器件封装需重新改名时，最好替换成R0402. C0402. R0603. C0603.等，可以参数Library中的命名规则 导出的CAD文件拷贝到CTS或（RTS）C： Program files OMRON CTS(RTS2) Cad Fites文件夹中 创建新程序（以CAD中的PCB信息为准），抓图片（实装板）方向确保正确 在CAD模式下导入CAD文件，创建新的Component Link Table. 以Component Number粘贴Library。（Register Component Number paste） 使用Fine Adjustment 移动器件位置 粘贴好的器件位置位置呈蓝色（未粘贴的黑色）生成Cink Table 文件 *RNS 在创建拼板时可以将整块PCB CAD导入再删除其它的拼板 WIN2创建拼板时,只能在导入CSV创建CAD文档时,将CSV文件改成单拼文件 Compinent Link Table Expont C: program Files omron CTS(RTS) Output Files文件夹2 在VT-WIN2自动创建AOI程序3 在VT-WIN2上加载PCB4 在VT-WIN2上抓取图像5 在RTS上进行阈值初调，设置检测标准6 用批量板进行阈值细调2.2 VT-WIN2自动光学检测的基本功能2.2.1 编程测试 适用于批量测试； 可以通过Mark点自动对位、测试； 有具体的焊点的缺陷类型、位置等测试结果的输出； 检测速度很快，测一块需要4060秒。 2.2.2 无纸维修在自动检测时，VT-WIN2可将测得的焊接缺陷图像、位置等信息传到网络系统的服务器上，再通过联网的无纸维修工作站进行焊点缺陷的无纸维修。2.3 VT-WIN2型自动光学检测的DFT准则板的尺寸：5080mm-460510mm板的厚度：0.5mm-4mm板的工艺边宽度：5mm板重：5kg板上表面元器件高度：30mm板下表面元器件高度：30mm2.4 VT-WIN2自动光学检测仪的特殊性和应用局限性1. 存在一定的漏判及误判 VT-WIN2是利用照相将获取的三维图像转换成二维图像并对图像进行分析处理，故测试结果具有一定的不确定性，即具有一定程度的漏判及误判。2. 离线仿真检测的不足由于远端教学系统采用的是离线仿真检测，所以在程序初调时难免会出现较多的误判，还需在检测仪上用小批量板进行程序微调校准。3. 系统配置虽然目前AOI为在线（IN-LINE）安装使用，但其所有配置与离线（OFF-LINE）使用相同。因此当改为离线（OFF-LINE）使用时，整个AOI系统（包括所有软、硬 件系统）无须作任何改动。 4. 无纸维修测试后，会报告有若干（通常为几个至十几个）缺陷，此时仍需测试人员在无纸维修站根据光学图象判断这些缺陷中哪些是真正需要修理的。2.5 主要技术指标1、缺陷覆盖率95（按缺陷计）2、误判率10（按板计）3、漏测率0.5%（按缺陷计）4、检测速度：25s/板注: 1010PCB5、编程时间：1天6、满足生产线节拍需求：30s7、系统精确度： 10mm （6s）8、系统重复精度： 5mm （6s）9、测试板上缺陷的重复精度： 97%2.6 VT-WIN2光学图的识别以下AOI光学图为检测到的、有一定代表性的焊点缺陷图，现简述如下：第三章 VT-WIN2焊点缺陷判别方法及准则3.1 VT-WIN2检测仪编程可测的焊点及缺陷类型 3.1.1 VT-WIN2检测仪编程可测的焊点类型可检测范围0402 chip0.3mm Pitch 包括Chip Components、SOP、J-LEAD、LSI、Transistors、Resistor Arrays(排阻)、Electrolytic Capacitor 、Tantalum Condensers （钽电容）、Connectors(连接器)等。3.1.2 VT-WIN2检测仪编程可测的缺陷类型Presence、Absence、Polarity、Bridge、Lifted leads、Unwetted pins、Tomstoned 、Bill board、Component Skew、Skid、Excess solder 、 Insufficient solder、Solder ball等。3.2 焊点缺陷判别方法及准则3.2.1 VT-WIN2检测仪编程可设置的检测逻辑针对贴装上述焊点类型总结出来大致有三种逻辑：Chip、SOT、QFP。Chip逻辑主要检测片状电阻电容、钽电容、排阻等；SOT逻辑主要检测晶体管；QFP主要检测SOP、QFP、SOJ、PLCC、连接器。 WIN2抽色原理： 只抽取需要的颜色，当抽到背景干扰颜色时，采用排除法 光的分布：RGB三色 255等级 170 -85 Brightness 255等级 255 0 其中抽色 170 0 为当前颜色 是 0 -85 非当前颜色 非 背景比要抽的颜色暗时, Brightness 255 120 白 是 背景比要抽的颜色亮时, Brightness 120 0 黑 非 Fiducial逻辑1. 抽取的fiducial1+fiducial2+fiducial3=抽色 Excluded fiducial 为排除当前抽到的颜色 2. 添加fiducial必须在Adjustment Unit 层,否则操作无效3. fiducial抽色OK后,必须点击或记住基准位置,否则操作失效 CHIP 逻辑一器件定位 Position Range 电极面积，设定此项后，在焊盘窗口中Presence of electrode此项目才会生效 设定电极占整个器件长度的百分比 电极宽度一般不用设定 1 焊盘定位，只抽电极颜色和Fillet颜色（常用） *排除器件本体 2 器件定位 * 器件本体定位（去掉电极） * 电极定位（去掉器件本体） 3电极横向方向定位，跟电极定位一 样抽电极颜色 4 器件本体扩张，此项一般不用 二.Component Boby 只有大小可以拷贝 器件本体窗三.焊点测试 Land chip component Only1.Excluded Land Tip 排除焊盘前端（只用在大焊盘） 2.Missing component （solder shape）缺件 （焊锡形状） a.Land center 焊盘中央，大小只随焊盘窗口大小变化，与本体窗无关联（抽红色） b. .Land near center 器件周围，用来补充多锡时引起误判。（抽蓝色） *两者同时使用，只有两个NG才NG（And 关系） 3.电极是否存在 （抽电极颜色） 4.Ver 横向偏移，机器自动算取，无颜色抽取。 5.Her 纵向偏向。 6.Fillet 少锡 7.Wettablity 假焊 Entire Land 整个焊盘，主要用在短焊盘器件测试上（抽红或非蓝） Land center 焊盘中央。（抽红或非蓝）跟Missing component （solder shope）焊锡形状测试项相比，该项目不仅与焊盘（land size）有关，而且器件本体窗的位置关联。（从本体窗前端开始） Entire land Tip 整个焊盘前端（无固定抽色，以实际情况为准） Land tip corners 焊盘前端两边（无固定抽色，以实际情况为准） Land tip center 焊盘前端中央，检测宽度不可变，为整个焊盘的1/3（无固定抽色，以实际情况为准） Side wettability 器件两边（跟side fillet检测位置一样），抽红色 *Chip类器件较少使用此项目，此外项均为补充项，一般不选用；在某些特定的缺陷无法用常规的测试逻辑检测出来时，可选用。 Solder side section 焊点两端（抽红） Solder specified 器件前端 （抽红或非蓝）与Land center相似 8 Exposed Land 裸露焊盘（抽红）测试面积与Entire land Tip相似 9 Adhesive粘着剂溢出（以实际缺陷的颜色为准） 在wettability 测试项目中：第11项Solder specified比第2项Land center更灵活，测试开始端可随意更改；第10项Solder side section比第4项Land tip corners灵活，且逻辑抽色正好相反，Land tip corners检测窗口宽度不可变，且检测长度最大只能是整个焊盘的50%；第3项Entire land Tip和第5项Land tip center的检测长度最大是整个焊盘的50%。四、MOUNT窗口的使用 Missing component 与PCB Area 同时选用。需四角化，独立一个窗口。（防止参数拷贝出错） SR0402的component颜色抽取的亮度不能超过130；PCB MOUNT可以抽取高亮度（抽到SC0402本体颜色），检出错料。 SC0402的component颜色抽取的亮度不能小于100；PCB MOUNT可以抽取反亮度（抽到SR0402的本体颜色），检出错料。 五、Polarity选用六、solder Ball 选用 短路离的使用可选solder Ball （灵活），也可选Bridge soler Ball 需设置锡球的大小以及直径（排除干扰） 钽电容逻辑1. 定位与chip 一样，无改善，继续使用，焊盘定位为多项目2. 焊点测试同chip 3. 需增加polarity 窗检查其方向 plarity窗可以设置两种模式 （1）Entire window 整个窗口 （2）Outer shape Extration Area 外形比较（连续不间断） vertical size min/max 纵向长度 X方向 （pixels） Herizontal size min/max 横向长度 Y方向 （pixels） aspect Aatio （%） Ver/Her Area Min（%）实际值 （抽取极性丝印颜色） Max（%）实际值 当选用整个窗口Entire window时，要检测的面积应比检测窗口大；当选用外形比较Outer shape Extration Area时，要检测的面积应比检测窗口小；钽电容一般选用Entire window；IC类、BGA、异形器件选用Outer shape Extration Area。 晶体管逻辑1 定位检测项目中增加Bridge测试以及Electrode Shift电极偏移测试两项Bridge抽取焊锡颜色（RGB）2 焊点测试Wettablity增加Lead Wettability和Lead lift两项逻辑相对的检测项目；Lead Wettability抽正常的焊锡颜色，Lead lift抽管脚抬高后的颜色。3 晶体管的焊盘窗口包括器件的电极（一般以实际长度为准）4 异形器件、阻排逻辑与晶体管的一致，无变动。 内焊式器件的逻辑 对于内焊式器件，焊点外观无法测试，因此对此类器件只检测少件、偏位、反向项目，调用炉前CHIP的Library（flow），需注意：1 MOUNT窗口必须选择component Area和PCB Area 两项，且四角化，设严参数2 Polarity窗口一般选用Outer shape Extration Area 外形比较3 Land焊盘窗口关掉所有测试项目，不采用任何定位方式 IC类器件的逻辑 一、器件定位1 Lead pitch(mm) 设置器件的引脚间距2 Lead Vertical P0sition Extration 引脚纵向位置的抽取 * Lead shoulder Extration引脚肩部抽取，抽引脚颜色（可以抽到焊盘，但不能抽到器件本体颜色和PCB颜色） Component Edge Extration 器件边缘定位，抽引脚除外的颜色（器件本体颜色和PCB颜色）,一般选用此项定位方式，可检测器件移位。3 Lead Herizontal Extration 引脚横向位置的定位，抽引脚颜色（跟引脚肩 部的抽色一样） 第2项和第3项定位引脚从哪里开始检查（开始点在引脚肩部）4 Lead Tip Extration 引脚前端抽取 ，抽引脚前端颜色（跟焊锡必须分开） 测试面积，此项参数是补充器件引脚长短不一时，设定的引脚长度加上此项里面的像素为实际引脚的长度 宽度比，一般设为40%60%（若Position Range 里有10只引脚，则以6只脚的分开点为界线来找所有引脚的平均值 当不用时，搜寻引脚的长度则为设定的长度 此项为引脚的结束点，故必须在抽色时跟焊锡分开，否则定位不准，影响后面的焊点测试 引脚前端出现蓝色或焊锡中央呈现出红色，无法跟焊锡分开时，可以关闭此项 平均，所有引长度以平均值为准；单个，所有引脚长度以单个引脚的实际长度为准。 2、3、4项均为测试引脚的项目 5 焊盘抽取，抽焊锡颜色 6.Vertical shift 机器自动测试计算，无颜色参数 7.Herixomtal shift 机器自动测试计算，无颜色参数 8.Bridging 连锡 9.Lead Bend 引脚弯曲，抽引脚颜色此窗口的检测长度为Lead Tip的长度 10.Solder Ball 锡球，抽焊锡红绿蓝跟连锡窗口检测位置相同，比Bridge窗设置灵活二、焊点测试 Dome Tip 焊盘前端，抽非红 Lead Tip Wettability 引脚前端锡量，抽取Fillet Lead Wettability 引脚上锡，抽取引脚前端蓝色，测试长度为Lead Tip长度 Lead side wettability 引脚两边假焊 Lead Lift 引脚伸长或抬高，抽红色或绿色，检测位置同Lead Tip Wettability一样，两者正好相反。 6Lead Area 引脚面积，抽引脚前端红色，与Lead Wettability正好相反 7 .Dome center 焊盘中央，抽焊锡红色，主要用在焊盘前端有大量红色的情 况下 Wettability的逻辑选用标准： 必须选用OR关系；可以选用And关系；测试原理相反，不能同时使用 Wettability逻辑的灵活运用：1 . Tip wettability当成反逻辑使用时,需抽取非蓝色2. 引脚伸长时,Lead Tip 应是红色多,可以采用Lead lift抽红色来检查3. 翘高，Lead Tip是蓝绿色，可以采用Lead Area来检查（前提条件是正常的引脚前端红色较多）4Adhesive抽红色测试引脚前端无锡（fillet较少，焊盘前端有锡）的状态下 三、MOUNT窗、 Exposed Land、Adhesive、polarity的测试原理与前面所讲的一样，不再单独叙述 四、Solder Ball加强器件移位的检测 Service模式（ 共享文件 win2data下面的四个文件夹） ponentsample(测试结果的图片，RTS调误判和Repair确认缺陷时使用) 2.data Image（RTS上程序的图片） Program（程序） 3.Inspectionresult（测试结果，Repair确认缺陷时使用) 4.Library（检测逻辑库） 4. 在Folder and Network setting 中 *设定Program、Library、data（RTS Image、componentsample）、Inspectionresult放在哪台VTDBS * componentsample、Inspectionresult选择的VTDBS与Database configuration中的VTDBS，以及Repair station选择的VTDBS必须一样，否则测试结果无法显示 在RTS上调整误判时，PCB sample Image 必须选上Output image of all fault component Repair station可以选自动登录哪台VTDBS，也可以手动选择VTDBS Repair station设置中设定：不需确认测试结果就可以看到下一块PCB板信息；显示位置精确到测试窗口（window）,Pin一般不选（对IC有效） 经验总结 金手指上锡检测逻辑* 手机板 金手指上锡检测逻辑里面为一个实心圆圈，外面也一样（红色） 现象：金手指上面有锡点（淡白色），针对此类缺陷，采用Solder Bolls来测试（锡点可作为锡球来测试），其他项目全部不用。 逻辑：选用Chip，框住金手指本体，添加5个Solder Bolls测试窗口，其中4个以本体窗口的四分之一来放置（最大范围），另一个放在里面的金手指上面。 Solder Boll 此五项必须全部NG（最后3项NG）才NG。 常见设备故障处理1WIN2无纸维修站无图像显示。 原因：Repair station与VTDBS未连接上，导致图象无显示 处理：在WIN2主机上查明Insepectionresult输出到哪台VDTBS。再在网络邻居，My Network places 里找到此VTDBS。登录到VTWINdat文件夹中即可。 用户名与密码：VTWIN2 Inpection Image Output is setting选项未打开 2RNS 出现Lock PCB Opration 报错，提示需关机？ 原因：PCB Lock opration气压不够或信号指示出错 处理：从机器进板方向看过去（右进左出）在PCB轨道下面，Lock PCB装置上有两个感应器，用手将其扭动一下检查供气管是否正常，感应器亮红灯即可OK结束当前任务里VT-RNS运行指定，退回到Windon界面，重新打开VT-RNS软件，系统初始化OKRNS. CKD强制通过模式（机器在计算机出现故障无法开机的状态下，执行PCB传送模式，在线设备使用）主电源在OFF状态下，拔除主电脑PC的电源（CKD不开启UPS即可）开启主电源按下Reset键START键3秒钟，进入强行通过模式调整轨道宽度按START键，轨道变宽按STOP键，轨道变窄 同时按RESET键和START键,强制通过模式开始动作结束强制通过模式时，按RESET键和STOP键3秒钟关闭主电源Repair station无Nstation界面，无法开启程序原因：Nstation.EXE运行文件丢失 处理：在C盘： VTS Share文件夹中找到Nstation.EXE文件,双击打开,同时拷贝到桌面, OK 超级用户：Administrator 密码：AdminProgram 以及库文件Library的备份VT-WIN2 备份 prog Library通过MO盘进行备份（在Teaching mode下面）prog备份时只需备份文件，无图片Library备份时需选上Sample image data 同时，在RTS. D： AOI Backup 下面需备份 prog由于WIN2采用Oracle数据库管理，在网络里备份CopyLibrary易出现库文件丢失，因此Library只用MO备份或者在RTS上面通过Teaching Mode备份到盘 VT-RNS备份（无MO读盘器）新厂炉前RNS，prog Library备份在CTS C： AOI Backup文件夹老厂炉后RNS，prog Library备份在CTS ： AOI Backup和RVS-1,RVS-2 D：AOI Backup文件夹中测试数据清除 WIN2直接在VTDBS,VTDBS2上运行VT data delete Tool软件清除 RNS需手动清除RNS测试数据共三项， Inspection Image. Inspection result.