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AOI技术资料
教师范读的是阅读教学中不可缺少的部分,我常采用范读,让幼儿学习、模仿。
如领读,我读一句,让幼儿读一句,边读边记;第二通读,我大声读,我大声读,幼儿小声读,边学边仿;第三赏读,我借用录好配朗读磁带,一边放录音,一边幼儿反复倾听,在反复倾听中体验、品味。
死记硬背是一种传统的教学方式,在我国有悠久的历史。
但随着素质教育的开展,死记硬背被作为一种僵化的、阻碍学生能力发展的教学方式,渐渐为人们所摒弃;而另一方面,老师们又为提高学生的语文素养煞费苦心。
其实,只要应用得当,“死记硬背”与提高学生素质并不矛盾。
相反,它恰是提高学生语文水平的重要前提和基础。
什么是AOI
AOI的全称是Automatic Optic Inspection(自动光学检测),是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。
为什么要用AOI
为了进行质量控制,在SMT生产线上要进行有效的检测。
2.1 SMT生产线上通常用到的检测方法
1)人工目检
用人眼来检测电路板焊接完成前后其上各元件是否正确、是否连焊、焊锡是否合适。
人工目检通常位于贴片机后或回流炉后的第一个工位。
2)在线测试(ICT)
通过对电性能的检测,判断元件是否到位,是否焊接良好。
在线测试的位置通常位于回流炉后,人工目检之后。
3)功能测试(FUNCTIONAL TESTING)
在生产线的末端,利用专门的测试设备,对电路板的功能进行全面的测试,用以确认电路板的好坏。
2.2 常用方法的缺点
人工目检是最方便、实用、适应性最强的一种。
因为从原理
上说,设计好的电路板,只要其上的元件类型、位置、极性全部正确,并且焊接良好的话,其性能就应该符合设计要求。
但是由于SMT工艺的提高,及各种电路板结构尺寸的需要,使电路板的组装向着小元件、高密度、细间距方向发展。
受自身生理因素的限制,人工目检对这种电路板已很难进行准确、可靠、重复性高的检测了。
由于ICT需要针对不同的电路板制作不同的模板,制作和调试的周期 较长,故只适用于大批量生产。
功能测试需要专门的设备及专门设计的测试流程,故对绝大多数电路板生产线并不适用。
2.3 AOI的优点
编程简单
AOI通常是把贴片机编程完成后自动生成的TXT辅助文本文件转换成所需格式的文件,从中AOI获取位置号、元件系列号、X坐标、Y坐标、元件旋转方向这5个参数,然后系统会自动产生电路的布局图,确定各元件的位置参数及所需检测的参数。
完成后,再根据工艺要求对各元件的检测参数进行微调。
操作容易
由于AOI基本上都采用了高度智能的软件,所以并不需要操作人员具有丰富的专业知识即可进行操作。
故障覆盖率高
由于采用了高精密的光学仪器和高智能的测试软件,通常的AOI设备可检测多种生产缺陷,故障覆盖率可达到80%。
减少生产成本
由于AOI可放置在回流炉前对PCB进行检测,可及时发现由各种原因引起的缺陷,而不必等到PCB过了回流炉后才进行检测,这就大大降低了生产成本。
三.AOI的种类及主要生产厂家
3.1 AOI的种类
由于设计思路及性能的不同,AOI系统可大致分为以下几
种:
1) 按图象拾取设备分类:
① 使用黑白CCD摄像头
② 使用彩色CCD摄像头
③ 使用高分辨率扫描仪
2)按测试项目分类:
① 主要检测焊点
② 主要检测元件
③ 元件和焊点都检测
3)按设备的结构分类
① 需要气源供气
② 不需气源供气
4)按测试时的相对运动方式分类
① 电路板固定,摄像头或扫描仪移动
② 摄像头和电路板各往一个方向运动
③ 摄像头固定,电路板进行两个方向的运动
3.2 AOI的三种机型:
结合以上的各种配置,形成了主要的三种机器类型:
回流炉前无气源,电路板固定,元件检测为主,连焊检测为辅。
回流炉后使用,需要气源,电路板动,进行元件、焊点、连焊检测。
可兼容以上两项的检测,无气源,电路板固定不动。
3.3 AOI的主要生产厂家
AOI的主要生产厂家有英国的DiagnoSYS,美国的Teradyne,
日本的OMRON,以色列的Orbotech,爱尔兰的MVT等公司。
我
们这里主要介绍一下英国DiagnoSYS公司的VisionPoint。
四.VisionPoint的工作原理及特点
VisionPoint是由英国DiagnoSYS公司开发、研制、生产的用于印制电路板(PCB )元件贴装生产中进行非接触式检测的自动光学检测(AOI)设备。
VisionPoint可以对元件和焊点进行检测,不需要气源,检测时电路板固定不动,摄像头移动。
VisionPoint可在回流炉前和回流炉后进行检测,也可对连接器这样的手动贴片进行检测。
4.1 VisionPoint能检测的错误类型
VisionPoint能对SMT生产过程中经常遇到的如下问题进行检测:
A类:
元件丢失
错件
元件偏移
元件极性错误
互换元件检查
碑立
B类:
焊锡不足
焊锡过量
脚上翘
C类:
连焊
4.2 VisionPoint对各类缺陷进行检测的原理
1) 对于A类缺陷:
绝大多数元件都有一个标识,如IC上的文字、贴片电阻的文字、贴片电容的颜色、极性元件的极性标志等。
因此,在判别此类缺陷时,可通过对标识的检测来进行判断。
具体方法为:
在进行实际检测前,需要从标准元件上拾取模板。
根据模板的尺寸,计算机自动将其等分为多个象素,计算机把每个象素对光照(黄色的LED照明矩阵)的反射强度量化为256级灰度(0~255)中的一级,并统计出整个模板所包含的象素及各自对应的灰度值。
在实际检测时,计算机同样拾取元件的图象,并量化各象素的灰度,将之与原先的模板进行一一对应的比较,最后根据总的重合程度得出检测的分值(1000为完全重合,0为完全不重合)。
可根据SMT的工艺及元器件供应商的情况来确定元件通过检测的分值。
例如650为通过分值,则当检测分值为600时,系统认为有缺陷,并记录报警。
在检测完成后,根据实际的要求,可以选择直接送出有缺陷的PCB,也可在VisionPoint上直接观察缺陷情况并进行缺陷定义,以便SPC报表统计输出。
A类缺陷在标识测试中的分值变化明显,测试的效果显著。
2)对于B类缺陷:
该类缺陷属于焊接缺陷。
在焊接良好的情况下,焊锡应分布在元件管脚和焊盘之间的位置。
由于元件管脚存在高度,焊锡的分布应为斜坡状。
于是,垂直向下的光线(红色LED照明矩阵)照到焊锡后便被侧向反射了。
表现在摄像头中的图象,便是黑色。
而焊盘及管脚无焊锡的部位则为发亮的白色。
根据工艺的要求,事先设定焊锡的检测区域,并设定白色所占区域的百分比,从而判别出是否存在焊接缺陷。
3)对于C类缺陷:
元件如果是很好地焊接在焊盘上,则各个管脚间是良好隔离的。
如果管脚连焊或有异物,良好的间隔将被破坏。
在固定光源(黄色的LED照明矩阵)的照射下,如果摄像头捕捉到的IC管脚有明显的均匀的明、亮间隔,这说明各管脚之间是良好隔离的,否则管脚有连焊或管脚间有异物。
通过事先设定管脚的间距,并设置测量的允许误差,系统便会自动判别管脚是否连焊或有异物。
4.3 VisionPoint的设备特点如下;
1) CCD摄像头
不同高度垂直布置了3个CCD摄像头。
摄像头1相对被测PCB的高度最高,可测面积也最大,为32mm×27mm,放大倍率为4.75,可测元件应大于0805封装。
摄像头2相对被测PCB的高度其次,可测面积为15mm×12mm,放大倍率为9.5,可测元件为0402及0603封装。
摄像头3相对被测PCB的高度最低,可测面积最小,为9mm×7mm,放大倍率为14.5,可测元件为0201封装。
2)CAD编程
将贴片机生成的包含元件位号、系列号、X和Y坐标、旋转角度、封装形式的文本文件通过EXECL软件直接转换成供编程使用的CXF文件,时间短,可靠性高。
编程时,类似贴片机的工作,VisionPoint能按照CAD文件的内容自动完成所需项目的设置。
3)允许最大的元件高度
75mm(100mm可选)
4)测试时间
摄像头的单次可测面积为一个框格(Frame),每个框格的处理时间为0.25秒。
如系统将被测PCB分为N格,则测试的时间为N×0.25秒。
由于所选的摄像头不同,故测试时间应根据摄像头对应的测试面积估算。
5)在SMT生产线的使用位置
根据测试的不同要求,可分别放在回流炉前,回流炉后及人工插件后使用。
6)结构简单
VisionPoint设备结构简单,只由摄像、传送、主机三部分构成。
各部分相对独立,使维护、保养和维修的工作难度降到了最低。
如发生设备故障,只需更换相应的零件即可,而不会影响设备的完整性。
五.VisionPoint的技术指标和规格
5.1 PC
CPU:
Pentium III 500MHz
操作系统:
Windows NT
内存:
256M RAM
硬盘:
6.4G
软驱:
ZIP
Modem:
56K
5.2 X-Y平台
调整精度:
24微米(5微米可选)
可测最大电路板尺寸:
400mm×450mm
最大高度间隔:
75mm(可选100mm)
光线照明:
角度和顶部
摄像头:
3个CCD(可选4个)
5.3传输系统
长:
1.5m
最大可调宽度:
450mm
标准:
SMEMA
5.4测试速率
最快:
每分钟1500个元件
5.5 占地面积
1.5m×1.5m
5.6 电源
110V 10A单相或220V 5A单相
5.7 重量
净重:
750Kg
5.8 外部设备
返修站:
用于返修由Vision Point检测出有缺陷的电路板
输入输出叠式存储器
打印机
网络存储器
数据记录
5.9 可检测的类型
元件丢失
错件
元件偏移
元件极性错误
互换元件检查
碑立
焊锡不足
焊锡过量
脚上翘
连焊
“师”之概念,大体是从先秦时期的“师长、师傅、先生”而来。
其中“师傅”更早则意指春秋时国君的老师。
《说文解字》中有注曰:
“师教人以道者之称也”。
“师”之含义,现在泛指从事教育工作或是传授知识技术也或是某方面有特长值得学习者。
“老师”的原意并非由“老”而形容“师”。
“老”在旧语义中也是一种尊称,隐喻年长且学识渊博者。
“老”“师”连用最初见于《史记》,有“荀卿最为老师”之说法。
慢慢“老师”之说也不再有年龄的限制,老少皆可适用。
只是司马迁笔下的“老师”当然不是今日意义上的“教师”,其只是“老”和“师”的复合构词,所表达的含义多指对知识渊博者的一种尊称,虽能从其身上学以“道”,但其不一定是知识的传播者。
今天看来,“教师”的必要条件不光是拥有知识,更重于传播知识。
如何选择在SMT生产线放置AOI系统的位置
有各种检查和测试方法使用在电子工业中。
视觉检查方法是最普通和低成本的,但非常依靠操作员的。
X射线方法成本高、速度慢,能力有限。
自动光学检查(AOI, automated optical inspection)速度较快但价格昂贵。
在线测试(ICT, in-circuit test)和功能测试有时也作检查工具使用,但其能力也是有限的。
本文,我将讨论视觉和AOI方法。
视觉检查
最普遍和广泛使用的检查方法是视觉检查,使用2~10倍的放大镜或显微镜。
J-STD-001要求对于引脚间距大于0.020"的所有元件使用2~4倍的检查。
对于引脚间距0.020"或以下的密间距元件要求10倍的放大系数。
更高的放大系数应该只用作参考。
视觉检查的主要问题是,决定于操作员,因此,是主管的。
例如,如果相同的装配给不同的检察员,他们将报告不同的品质水平。
对这个情况的一个普通反应是减少人为因素,转向众多的自动检查系统中的一种。
自动光学检查(AOI)
由于电子工业元件进入到更密间距个球栅阵列(BGA)元件,锡点的视觉检查已经变得或者很困难或者不可能。
还有,如前面所讨论的,甚至是在可行的时候,视觉检查也是非常取决于操作员。
因此,工业已经转移到自动检查系统。
市场上有许多系统,价格范围很大。
新的机器不断介绍到市场。
在选择所需的机器时,你需要决定你想要AOI系统作什么。
例如,你想机器指出丢失的元件、元件的极性、贴装精度、锡膏印刷或焊点的品质吗?
重要的是记住,多数AOI机器当用来确认错误极性或丢失的元件时工作正常,但用来精确地确认焊锡点的品质可能是具挑战性的。
不管使用哪一种设备类型,一般的AOI系统的要求应该包括精度、可重复性、速度、计算机辅助设计(CAD)兼容性、和误失效与误接收(当使用机器作锡点品质检查时的一个非常普遍的问题)。
有时,错误认为自动检查系统可用来过程控制,通过改变适当的变量来实时地纠正缺陷。
对于大多数系统,现在这可能是有希望的想法,因为许多需要防止问题的改变都要求人为的干预。
实时地控制焊接点品质的唯一方法是,假如焊接与检查系统集成在一起。
用这样一个集成系统,焊接点或者停止或者继续,取决于单个焊接点热量输入要求。
在在传统的回流焊接工艺如对流中简直不可能。
现在,具有闭环检查特性的激光焊接系统可以买得到,来达到这一目标。
可是,没有真正可以指出一个给定缺陷和确认其原因的系统。
缺陷分析可能要求人为干预和工程判断。
例如,自动检查系统很大程度上依靠焊点的质量和密度(少锡、多锡或无锡)。
可是,有不止一个原因的缺陷可能永远不能只放入这三类中的一类,以满足自动检查系统的需要。
少锡可能由空洞、焊接圆角不足或锡膏不足所引起。
对这些缺陷的改进行动是不同的,需要人为的判断和干预。
检查主导思想
有两种检查主导思想:
缺陷防止或缺陷发现。
适当的方法应该是缺陷的防止,因为其重点是在过程控制和通过实施改正行动来消除缺陷。
在这样一个方法中,AOI机器或者放在SMT生产线的锡膏印刷机之后,或者放在元件贴装之后。
使用发现哲学的人把检查机器放在SMT线的很后方 - 在回流焊接炉之后。
这是制造工艺中的最后步骤,以保证没有坏品逃出工厂。
从主导思想上说,许多人不认同检查的预防方法。
如果你同意这个思想,那么你应该在生产线哪里放置AOI系统呢?
第一个选择是将AOI系统放在锡膏印刷正后面。
因为许多缺陷与锡膏量和印刷品质有关,这是AOI系统的一个好位置。
这样一个系统应该监测什么呢?
只有锡膏的X-Y尺寸,包括误印或锡膏体积(X-Y-Z)?
锡膏体积测量将比X-Y测量慢,但提供更有用的数据。
这个在某些应用中比其它应用更为关键。
例如,对于陶瓷排列包装,锡膏体积对达到所希望的焊点品质非常关键。
第二个选择是把AOI系统直接放在射片机之后。
这里,可检查误放或放错的小元件,包括电阻和电容,以及BGA和密间距元件的锡膏品质与体积,这些元件是用生产线内射片机之后的不同的贴片机贴装的。
使用其视觉能力,它们通常对较大的包装有更好的精度。
第三个选择是将AOI系统放在密间距和BGA贴装机器后面(回流之前),来检查误放的密脚、BGA和其它大元件。
这是一个好位置,因为大多数缺陷与密脚元件有关。
这些是对于预防哲学主张者的选择。
如果你集中在发现的方法,你有第四个选择 - 将AOI系统放在回流焊接之后,查找品质差的焊点。
这对于那些想要保证不可接受的焊点在发货给最终用户之前发现到的公司是一个好方法。
第五个选择是结合使用预防和发现两者思想,将AOI系统放在每一个工艺步骤之后 - 锡膏印刷、射片机、BGA和密脚贴装、和回流焊接。
这个选择可能是供不起的。
多数人有有限的预算,必须决定在SMT线的哪里放置系统。
如果只购买一台AOI系统,你可能想要把它直接放在射片机之后,你可以检查两个主要问题 - 较小元件的误贴装或错误和BGA与密脚元件的锡膏品质与体积。
还有,这是决定整个品质的最关键的位置。
结论
锡点检查是一个事后的步骤。
一个更有效的方法是采取预防措施。
即,实施过程控制来保证问题不发生。
这是否意味着检查不必要呢?
完全不是。
检查将不得不继续完成缺陷收集的反馈,以监测工艺过程和实施改进行动,因此问题不会发生。
RAY P. PRASAD is an SMT Editorial Advisory Board member and author of the textbook Surface Mount Technology:
Principles and Practice. Additionally, he is president of BeamWorks Inc. (beamworks), a supplier of selective automated assembly systems, located in Portland, OR and founder of the Ray Prasad Consultancy Group, which specializes in helping companies establish strong internal SMT infrastructure. Contact him at P.O. Box 219179, Portland, OR 97225; (503) 297-5898 or (503) 646-3224; Fax (503) 297-0330; Web site:
rayprasad
评估与选择一个AOI解决方案
对系统的检查要求包括,以装配线速度100%的视觉缺陷覆盖、快速编程时间、低错误标记率、快速转换、可靠运行、以及准确的、可重复的和连续的结果。
但是公司也有一些影响AOI评估与选择的特殊需求。
回流焊后及之外
寻找一个单一的AOI系统,来跨越回流焊接和波峰焊接、手工插件、和最终检查等阶段。
回流焊后检查表包括检查丢失的、方向错误的和多余的元件;元件歪斜;竖立的元件;翘起的引脚;锡桥;少锡或多锡;锡球;表面缺陷;通孔元件引脚;和金手指污染。
所选择的系统**包括如下特性:
移动相机与移动板。
评估过程特别集中在相机移动的AOI机器。
公司认为,相机固定和板架移动的机器可能在检查期间将歪斜的元件“踢开”。
为了减少这个危险,只对板静止和相机移动的AOI机器进行评估。
这样的安排允许整个机器的占地面积较小。
例如,为了处理24"宽的板,接纳板在固定相机下移动的机器要求48"的最小宽度加上处理和移动的机构所需的额外空间。
比较之下,移动相机的机器不要求太大的宽度,这样允许缩小机器宽度,使整体占地面积更小。
板的特性。
决策过程中板的尺寸与高度是关键因素 - 订购大、重、高价品的电路板是常见的。
板的尺寸(与托架)可达 24 x 24" ,重量 11 lb。
元件高度可达2.5";包装尺寸为0603以上。
AOI设备也需要在压入配合的前后,接纳高密度的1000个引脚输入/输出(I/O)的连接器。
供应商伙伴关系。
最后一个标准是找到一个考虑成为伙伴关系的供应商。
公司希望很高的承约水平与支持,作为评估AOI供应商的关键因素。
主要原因就是要进入产品的发展周期,和保证其要求得以满足。
AOI解决方案
这个AOI评估使得该EMS提供商选择到一个满足其所有标准和要求的系统。
所选择的系统具有如下设计性能:
结构性灯光为每个清晰的检查提供专用的照明,即,通过角度、方向和强度来调节灯光。
结构灯光检查轮廓镜面表面,如新的焊点,揭示真正的焊接点轮廓。
该制造商的系统使用多达400个单独控制的发光二极管(LED)安装在一个精密的阵列中,全部聚焦在视觉区。
照明头的LED可为每一个相机的检查类型,编程提供光的最佳结构、角度、方向和强度。
不象单个的氙闪光管或荧光灯,成百的LED提供可靠的焊接点检查所需要的照明灵活性,同时控制光源保证可重复的缺陷检查。
照明使用多个视区以接纳不同尺寸的元件。
相机。
高速视频相机与内置电路板弯曲补偿,检查电路板的目标区域。
一个相机定位于直接下看,而其它相机都有角度。
随着优化的检查软件运算法则运用到看到的区域,相机检查元件或焊锡点表面。
角度相机是检查许多缺陷所必须的、对那些遮挡垂直相机的焊接点检查区域是不可少的,如 J 型引脚焊点、锡桥和开路。
还有,如果没有角度相机,一般不可能可靠地检查到抬起的QFP引脚。
机械系统。
精密的线性马达提供长期的机械可靠性与可重复性。
图形子系统在X/Y轴上移动,而板保持静止。
这消除了板与图形的振动和稳定时间。
图形分析运算法则。
使用经过证明的运算法则进行深入的分析,并不牺牲产量。
一个窗口或“瞬态图”把特殊的检查标准应用到窗口内的区域,以结构照明突出缺陷,并简化所要求的分析。
表二显示窗口分类(运算法则类型)和它们怎样用于检查。
图形抓拍与分析体系结构允许在一次单一的高速掠过板面中得到每个视区10个图象。
在这次掠过中得到每个元件的多个图象,消除了再次扫描的需要。
一个高速、直接到内存的子系统将图象直接输入内存,允许计算机进行详细的图形分析,而对机器产量无影响。
AOI将所有扫描图形保存在内存中,允许扫描期间的同步分析,加速整个机器的运转。
扫描与图形分析是与元件密度或焊接点数无关的,这允许对不同板类型的一致的机器输出。
AOI系统通过分立的智能外围控制器控制马达、光和相机,支持高速、一致的图形数据处理。
外围控制器精确地同步系统运行,保证准确的定位和可重复性。
软件。
所选择的AOI系统使用基于 Windows NT 的软件来编制程序,优化和确认。
确认检查程序的覆盖范围的性能曲线提供在发放到生产之前的缺陷覆盖与程序的稳定性。
建立已知边界消除不必要的程序调整和导致错误标记的控制因素。
每个包装类型的标准和用户化库模块缩短了包含特有元件在内的新检查程序的开发。
最后,统计过程检测软件通过测量多块板的缺陷分布数量实现过程的稳定性,通过检测检查合格与失效的结果来显示过程的趋势。
修理工位的软件向操作员显示电路板特定的失效数据,以及收集操作员的修理数据、行动和说明。
表2:
AOI图形分析运算法则
窗口类型 运算法则类型 检查中的角色
存在/不存在 变量或平均 缺陷:
如果元件有(或没有)
通过:
如果灯的水平高过界限
相反逻辑 变量或平均 与存在/不存在窗口相反,
即:
如果水平
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