AOI原理：自动光学检测的基本原理（二）

　　（4）柔性化技术，传统的AOI系统主要依靠识别元件边缘来达到准确和可重复性测量，一旦边缘找到，通常利用这些边缘的对称模型产生元件在板表面的坐标，但是用视觉技术很难找到边缘，因为元件边缘不是完全直线，用一条直线去配合这种边缘的企图都是有问题的，此外，边缘倾向于黑色背景上的黑色区域，要准确地确认就会产生象素噪音变量，因为象素不能足够小，否则容易产生一些象素分割的影响。 基于边缘识别的方法，一个好的视觉系统常会产生标准偏差大约为1-/10象素的可重复性，而SAM技术能提供标准偏差相当于1/20象素的可重复性元件。元件位置上的总变量小于1个象素的各3/10，因此要匹配到3个元件时，应改进精度和可重复性。检查个1特定元件类型时，SAM是内在灵活的，当吻合1个外形大不相同的合法元件时，它会在x和y轴上移动，企图通过位置调节达到最佳吻合，当用一适当的SAM模型吻合元件时，只允许实际上可发生的那些外形，而不要妥协x和y的位置，比如某些可允许的元件颜色变量是由于遮蔽或过渡曝光临近较大元件所引起的，传统运算法则是不可能接纳的，但由于SAM计算出所允许的图像变更，使用者无需依靠大量编程的运算法则或供应商供应的运算法则库就可以接纳。

　　（5）立体视觉成像技术。传统AOI系统不能完全接纳PCB外形，是由于局部弯曲产生的自然三维变化，现有AOI系统通常使用远心透镜来从光学上去掉视差与透视的效果，因为高度上的透视效果被去掉，在图像边缘上的物体看上去与中间的物体在同一平面。这消除了光学视差错误，但是应该跟随板表面弧形的点与点之间的测量成为跨过平面弦的直线距离，造成重要的测量误差且自动去掉有关板表面形状的有价值信息。 通过将SAM技术与两排摄像机的立体视觉安排相结合，此AOI系统可测量和接纳物体与表面高度，而结果在数学上呈现平直PCB，呈一定角度的摄像机提供物体的两个透视，然后计算PCB的高度图形和三维表面拓扑图形，在板上任何元件的精确位置也通过计入其在板表面的高度来进行计算，工作时AOI设备使用一标准板传送带在摄像机下面按刻度移动PCB通过摄像机排列，将图像的立体象对排列构成一副照相镶嵌图，然后对此照相镶嵌图进行合成变平或实时分析，SAM技术与立体视觉成像技术的结合具有高的精度和可重复性，可用于重要元件确认和PCB检查.在SMT中，AOI技术具有PCB光板检测，焊膏印刷检测、元件检测、焊后组件检测等功能，在进行不同环节的检测时，其侧重也有所不同。

　　3.1 PCB检测 早期的PCB生产中，检测主要由人工目检配合电检测来完成的，随着电子技术的发展，PCB布线密度不断提高，人工目检难度增大，误判率升高，且对检测者的健康损害更大，电检测程序编制更加烦琐，成本更高，并且无法检测某些类型的缺陷，因此，AOI越来越多地应用于PCB制造中。 PCB缺陷可大致分为短路（包括基铜短路、细线短路、电镀断路、微尘短路、凹坑短路、重复性短路、污渍短路、干膜短路、蚀刻不足短路、镀层过厚短路、刮擦短路、褶皱短路等），开路（包括重复性开路、刮擦开路、真空开路、缺口开路等）和其他一些可能导致PCB报废的缺陷（包括蚀刻过度、电镀烧焦、针孔）[2]。在PCB生产流程中，基板的制作、覆铜有可能产生一些缺陷，但主要缺陷在蚀刻之后产生，AOI一般在蚀刻工序之后进行检测，主要用来发现其上缺少的部分和多余的部分。 4在PCB检测中，图像对比算法应用较多，且以2D检测为主[3]，其主要包括数据处理类（对输入的数据进行初步处理，过滤小的针孔和残留铜及不需检测的孔等），测量类（对输入的数据进行特征提取，记录的特征代码、尺寸和位置并与标准数据进行对比）和拓扑类（用于检测增加或丢失的特征），图4为特征提取法示意图：

　　（a）为标准版和被检板二值图，

　　（b）为数学形态分析后的特征图。

　　9 AOI一般可以发现大部分缺陷，存在少量的漏检问题，不过主要影响其可靠性的还是误检问题。PCB加工过程中的粉尘、沾污和一部分材料的反射性差都可能造成虚假报警，因此目前在使用AOI检测出缺陷后，必须进行人工验证。的初始环节，也是大部分缺陷的根源所在，大约60%-70%的缺陷出现在印刷阶段，如果在生产线的初始环节排除缺陷，可以最大限度地减少损失，降低成本，因此，很多SMT生产线都为印刷环节配备了AOI检测。 印刷缺陷有很多种，大体上可以分为焊盘上焊膏不足、焊膏过多；大焊盘中间部分焊膏刮擦、小焊盘边缘部分焊膏拉尖；印刷偏移、桥连及沾污等，形成这些缺陷的原因包括焊膏流变性不良、模板厚度和孔壁加工不当，印刷机参数设定不合理、精度不高、刮刀材质和精度选择不当、PCB加工不良等，通过AOI可以有效监控焊膏印刷质量，并对缺陷数量和种类进行分析，从而改善印刷制程。 图5是一种焊膏检测系统的原理图，该系统主要组成部分为摄像机与光纤维x-y工作台系统，在x-y桌面安装摄像机，环状光纤维在x-y方向移动，采集PCB整体的图像来进行检测，利用环状光纤维与环状反射板将倾斜的光照射到焊膏上，摄像头从环状光纤维的正方摄像，测出焊膏的边缘部分算出焊膏的高度[4]，这是一种把形状转化为光的变化进行判定的检测方法。在正常印刷的场合，边缘部分多少会产生一些隆起，这个部分可对从斜面投射过来的光发生强烈的反射。该检测方法利用焊膏边缘部分反射回来的光线宽度进行焊膏桥接与焊膏环状等现象判定，而由斜面照射回来的PCB表面将呈现暗淡的画像。