AOI自动光学检测设备程序编写.docx

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AOI自动光学检测设备程序编写

前言

AOI全名称为全自动光学检测设备，他的主要作用是代替人工查找PCB的各种外观缺陷，能够起到高效、准确、省时、节约成本等作用。

神州视觉科技阿立得品牌AOI是国首家从事AOI研发、生产、销售及售后服务为一体的综合性AOI制造产家，产品已遍及全国各个省市自治区，远销欧美、日本、中AOI全名称为全自动光学检测设备东以及澳大利亚，

神州视觉科技阿立得品牌AOI的基本原理是：

在光学原理的基础上，采用统计建模原理，通过图像比对，排除OK图样，剔选出错误图片。

从而达到检测错误的能力。

我们在镜头图下所看到的图像就是通过光学原理呈现出来的特征，红光是从上往下照，所以表面光滑能够垂直反射光线的铜铂就显示红色，蓝色从侧面照，反射焊点的光，所以蓝色为焊点图像，绿光为补偿光。

当我们选取一些特征点做标准后，就需要对这些标准进行分析他的像素分布以及变化规律，这就用到了统计学原理，通过对大量的OK图片加以统计，对图片中三种光亮度以及分布围分析，建立起一套数据库信息模型，每一个标准框都是一个模型，通过这个模型来比对待测图像，如果待测图片与标准图差异很大，大于设定的允许误差围值，电脑则自动剔出为NG。

如此达到检测错误的能力。

只要程序统计够全面，设定的允许误差围值合理，检出率高误判率低不难实现，关键在于编程人员对程序的控制能力。

程序编写一共有六个步骤：

1、新建程序2、程序面设置3、MARK设置4、程序编写5、学习调试6、检测。

在这六个步骤当中，前三个步骤是用来确定PCB板基本信息。

第一个步骤是给程序取个名称，第二个步骤是确定PCB的大小。

第三个步骤是选特征性点做标致。

前三个步骤很简单，对于一般熟练的编程员来说，这三个步骤三分钟之可以完成。

相对而言，第四步程序编写与第五步学习调试是整个编程过程中的难点与重点，这两步骤要多练习才能达到熟练。

尽可能一步到位，尽量避免重复操作和无效操作，提高编程效率。

在此要说明的是编程主要可分为两种方法，手动编程和CAD数据编程，这两种方法都需要对PCB板上所有的元器件进行标准注册，手动编程是一个一个将PCB板上的元件注册或者标准，灵活度不高，做完程序后还要对程序进行仔细检查，是否存在漏掉的元件未注册，相对而言CAD数据画框就具备无需耽心有未注册的元件，除非手贴件，而非贴片机贴上去，他只需要根据元件料号将对应的元件注册即可，更具编程的傻瓜式。

但是CAD数据编程在做程序前要取CAD数据，在做程序的过程中还需要将所画出的元件框删除，效率被降低，手动编程则没这些麻烦。

在此建议，如果PCB板上的元件在50个以下建议使用手动编程，50个元件以上就可以考虑CAD数据了。

另外一个，调试方面，调试程的方法很多，我们必须找准一个合适本公司PCB板质量的一种方式来编程，调试的方法可从速度以及效果上分为：

1、要求快速达到检测。

此方法选全部学习和限量100来完成，能够学习五六块板即可达到检测，但是这就要求PCB板品质本身很好，错误很少，学习的时候没学习错误。

2、要求程序稳定。

误判一直保持在同一水平，检出率稳定。

此方法适用于大部分的PCB产品，对产品本身要求不高，只要求程序在测试过程中能够稳定，不容易发生误判一下猛增。

此方法就是本教程所重点介绍的方法。

3、要求检出率高，误判低。

这种方法采用的是一直错误暂停的模式进行学习调试，需要大量的时间对程序中的标准进行一个一个学习修改，需要调试的PCB板也用得很多，这种方法主要针对于错误大量而且极不稳定，PCB质量很差才使用这种方法，但是他的优点在于，每一个点都是经过人工确认后学习，大量派生标准核对，一旦学习足够，程序相当稳定，检出率非常高。

在程序编写中，我们会面对很多不同种类的电子原器件，有很多原器件可能你从来没有碰到过，有时不知如何下手，在AOI可以总结为四种框，丝印框、短路框、本体框、焊点框。

不管哪一种原件必由这四种框中一部分或全部组合而成，我们只需要掌握好这四种框的正确画法，所有的元件都可以组合起来检测。

针对调试部分，方法很多，这么多调试方法怎么得来的呢，又如何去理解这些方法呢？

其实调试很简单，只要掌握好四种调试模式，批量学习模式、错误暂停模式、自动定位模式、测试模式。

再针对不同的情况加以组合，就形成了不同的调试方法。

最后，针对于AOI的整个编程，其实只需要很好地掌握好程序的六个步骤，重点钻研第四个步骤的四种编程框，第五个步骤的四种模式，做到灵活运用，多做几个程序就熟悉了整个操作。

编程步骤：

第一步：

新建程序

Ø新建程序是确定程序机种名称，以及所属类型

文件菜单选择新建程序

输入机种名称

点确定，就完成了第一步新建程序

第二步：

程序面设置

Ø程序面设置主要是设置PCB板的大小尺寸，让电脑确定需要检测的PCB板大小，另一方面能够让操作人员直观地查看PCB全图。

进入编辑菜单选择程序面设置项

点击之后会出现以下对话框：

点回面原点，机器开始运动，夹具将会移动到设定的原点位置。

我们可以看到下图，此时十字的中心位置位于PCB板的左下角，接下来我们要找到PCB的右上角，将十字中心位置位于PCB的右上角上，确保PCB上右两板边与十字左下重合。

PCB原点位置

回面原点后点对角找到PCB最大尺寸位置。

PCB最大尺寸位置

点击PCB尺寸位置下的当前位置，则会记录下十字中心位置点的坐标，即PCB最大尺寸位置的坐标，点击保存，电脑将自动完成缩略图的制作。

程序面设置完成。

第三步：

MARK设置

ØMARK设置主要是用于检测之前或者是编程前校正确认当前加载的PCB板是不是当前对应的PCB板程序的一项设置。

MARK主要有四个作用：

1、检测加载的PCB板是否为对应的程序；2、校正AB双面，自动调出对应面的程序；3、校正PCB板是否位置正确；4、校正PCB板在过回流焊炉时有没有发生变形。

点击编辑菜单项的MARK设置

将会弹出下面对话框，在镜头图下还会发现一个正方形的小框，找到PCB板的一个角，确定一个圆形图案，用正方形小框将圆形图案完整包住，形成一个外切圆。

如图

用正方形小框将圆形图案包住如下图

点击菜单项的定义MARK1，第一个MARK点的特征图片出现在左下框。

先选择调整图像类型为最大值，适当修改亮度与对比度，直致特征图片清晰明亮，容易分辨，这样MARK1就设置好了。

设置如下图所示：

选择MARK2按扭选项，重复MARK1设置操作。

MARK2设置好了，点击保存，MARK设置就完成了。

第四步：

程序编写

✧重点掌握四种元件框的画法，了解特殊元件单独画法，

✧手动画框与CAD数据画框

✧如何处理好CAD数据以及CAD数据编程步骤

手动画框：

首先选择一块OK的PCB样板，此样板上所有的原元件最好没有明显的错误，因为做程序的样板是提供标准的元件图的模板，如果标准图有错误，或者标准图不是很标准，这样就很容易将错误学习进去，导致错误无法检测出来。

1）丝印框的画法

Ø丝印框主要是用来检测元件表面的文字是否正确，用来检测错料、极性、污染、偏移等。

丝印检测框分两种类型，一种为SILK，另一种为OCV，可以简单理解为：

SILK为模拟图片，OCV为数字化图片。

相对而言OCV的检测精度高于SILK。

所以大部分有丝印的元件，我们一般采用OCV检测类型。

在上图右上角标准图框，黑白图片为SILK类型标准图框，红色字体图片为OCV类型标准图框，当我们在注册标准的时候，丝印框只需要将需要检测的丝印全部显示出来，适当地调整一下亮度与对比度，使SILK清晰明亮容易分辨，如果在调整过程当中出现了OCV图片有很多杂质，相应地调整参数系数，确保OCV图片清晰。

颜色设置区域为调整SILK区域，如果图片不清晰不明亮可调整亮度对比度，其他选项默认

参数设置区域为调整OCV区域，围是用来调整背景颜色与丝印的差异；大小为组成线条相素点的多少，如果实测OCV图片中有线条相素点低于设定值，则被滤掉；滤波为滤掉噪声。

由上图我们可以看到，当调整增大SILK的亮度与对比度的时候，SILK清晰了，但OCV图片很杂乱，这个时候就需要对OCV图片进行清晰调整，首先选择滤波，这种清晰丝印一般选择2级滤波就可以了，特别杂乱的丝印采用3级滤波，如果还是有一些杂乱的丝印出来，可相应地选择调整围与大小进行调整。

调整OK图片如下。

2）本体框的画法

Ø本体框的主要作用是定位，在检测这前首先将元件框定位好，以保证最佳的检测效果，一般来说，如果电脑要清晰地定位准确，就必须要让本体框的图片颜色差异明显，方便电脑自动识别。

所以，本体框如果本身差异较大，将本体全部框住即可，如电阻、电容、排阻，但如果本体上都只有一种颜色或者颜色差异不大，则需要相应地增大或选择性画框，以保证其颜色差异明显，方便定位。

电阻的本体框电容的本体框

大功率管本体SOP元件本体

3）短路框的画法

Ø短路框的原理是基于三基色成像原理的一种失真检测方式，在短路框，滤掉了红光和绿光，只留下蓝色光，然后检查蓝光的相素点连起来的线条有没有超过两个IC脚的宽度（IC脚宽度电脑能够自动计算得来），如果短路框有超过规定的IC脚的宽度线条则报NG。

短路框的画法是将可能出现短路的地方框起来。

上下两边包住IC脚及焊盘及可，左右两边则摆在最边上两个IC脚的中间，因为有一些特别的IC元件最边上的两个脚焊盘相对较大，如果全部框起来可能出现宽于IC脚的宽度，出现误报。

框好之后注册标准。

短路框在外围就已经画好，进入注册标准界面只需IC脚分析定义就行了。

选择IC脚注册框，选取一个标准IC脚，从元件本体的部向外画，使得注册框的极性三角箭头指向元件本体。

画好后选择按钮用选中检测点自动添加，完成注册标准。

4）焊点框的画法

Ø焊点框主要是用来检测焊点的上锡情况是否良好，我们应当在画框时注意画框时候大部分框住焊盘位置，理想来说75%的上锡才算OK所以在画框的时候我们的焊点框75%为焊盘大小，另外还需要清楚地看到上锡点的位置。

电容的焊点电阻的焊点三极管的焊点

SOP元件的焊点

QFP元件的焊点

对于SOP与QFP元件的IC脚，尽可能地画长一些，IC脚与焊盘各占一半，宽度刚好比IC脚多出一点点，这种做法的目的是更方便检测出IC脚翘脚，在视觉效果下，如果IC脚翘起，就会产生一个远近的大小差异，IC脚会变短变粗，同时，最明显的变化还在于焊盘的变化，如果是正常上锡，焊锡会均匀地往上爬，如果IC翘脚，IC脚下面会出现小山丘的焊点，会呈现出红黄的颜色分布，这样通过图像对比就会很容易区别出来。

接下来就常用的元件画框举例：

（1）电容

选择元件功能框中的电容栏。

从元件本体的左上角画起，拉到右下角，刚好红色本体框将电容本体框完全框住。

右键点击元件框（或者使用快捷键ALT+R）进行注册标准。

在以上对话框我们可以看到，电容类元件框有三个框，两个焊点框加一个本体框，焊点框摆放的位置位于本体框上下略窄的住置，左右宽度为焊点部分要占到总框的75%以上，在焊点的一端必须要看到清晰的上锡点。

如下图

本体框在画框时就自动拉好，就不用再调整了，选择画好的焊点框，选对话框中的自动自动定位，然后完成注册标准，这样一个电容就完成了。

（2）电阻

电阻与电容一样，只是比电容多了一个丝印框

选择元件工具栏的电阻类，从元件本体的左上角斜拉对角，将元件本体框刚好框住本体，

点击注册标准，本体框与焊点框同电容画法一致，适当调整丝印框直至清楚即可。

（3）极性二脚件

极性二脚件的画法与电阻的画法完全一样，只是选择画框的类型上比电阻多了一个方向检测

选择元件工具栏的极性二脚件框，因极性二脚件有方向，在画框时从没有极性标致一端的角上拉向对角，让本体框框住元件本体，此时可以看到元件框的极性标致的红三角箭头与元件本身的极性标致在同一方向，方便测试时观查，也有利于程序修改。

接下来的画框就与电阻完全一样

（4）三极管

选择元件工具栏的三极管框，在想像元件摆正时的左上角拉到右下角，这样画框的目的是为了一次性将元件框对好方向而不需要旋转，一般情况下，如果三极管是正立摆放，我们只需要从它本体的左上角拉到右下角，但如果有元件倒贴或者横贴，那么我们画的时候就要想像它摆正，从摆正位置的左边画到右边，比如下列元件是倒贴着的，画框的时候需要从它的右下角拉到左上角，这样一拉便可一次性拉正。

三极管因本体颜色差异不是很明显，所以本体框在画框的时候需要框住上下脚的颜色，以保证明显的颜色差异，三极管的焊点框一般都比较大，画框的时候只需要在框明显地看到上锡脚与焊盘有明显的均匀蓝色连接在一起就OK了，没必要将焊盘全部包住，那样误判会比较多。

（5）大功率管

选择对应的大功率管注册模块，从元件正立状态下的左上角拉到右下角，丝印框与本体框的作法如三极管，焊点框调整的时候先选取下面的小脚做标准，完成好一个脚后再自动自动定位，这样一来，所有的焊点框都会成同一个标准，再选择顶上那个大焊点，修改注册类型为单独的标准，适当调整大小保存即可。

（6）四脚件五脚件

四脚件与五脚件的画法同三极管一致，在此不作详细说明。

（7）六脚IC与八脚IC

由于这两种元件在过回流焊炉时有出现短路的情况，而这两元件注册框中没有包括短路检测类别，所以这两种元件注册框基本不建议采用，均由SOP元件代替。

（8）SOP元件

针对双边IC脚元件，通常选用SOP注册元件框，六脚和八脚IC建议采用此元件注册框注册，SOP元件注册框包含了贴片元件四种框，

丝印框框住字体丝印即可，清楚的丝印框小一点，不清楚的丝印可适当选择大小。

本体框，如果本身元器件不是很大，选择框住元件本体，上下留有明显的颜色差异，如果元器件很大，不方便将整个元件框住，选择特殊标致点进行画框，只要定位时标准框不跑偏即可。

短路框则是将可能出现短路的地方框住即可，注意，在短路框中，我们应当尽量避免框住白色相素点，根据短路框的特性，如果框有白色相素点，很有可能会形成短路误判。

焊点框从IC脚下弯的地方拉起，拉至焊盘上焊区域，宽度稍宽于IC脚。

对于IC脚的注册要注意，在选择完IC脚分析定义之后，选取一个上锡最好的脚，从元件本体的部画向外，使得IC脚框的红色箭头标志指向元件本体部。

最后点击选中自动添加即可。

QFP元件

因QFP与SOP元件注册极为相似，所以在此不做具体说明。

思考：

1.短路框中不能出现白色丝印点，如果出现怎么处理？

2.像玻璃二极管如何画框才能保证误判少？

3.对于不规则元器件如何处理？

回答：

1．统计建模。

2．选择电容注册类型，在本体框调整的时候勾上极性检测，将本体框进行统计建模处理，只要统计全面误判会很少。

3．个人建议使用单框类注册类型，单框只做本体定位或者极性检测，其他需要检测的部分在IC脚分析定义中添加对应的框，添加完成后，在注册标准时将对应的部分注册类型修改为检测类型。

4．

CAD数据编程

CAD数据画框是基于贴片机数据，自动生成的元件框，自动相同元件标准的一种快速编程方法，在程序编写前，首先得从贴片机中导出元件数据信息，其中包括元件位置、X坐标、Y坐标、角度以及元件料号五组数据信息。

从贴片机中导出的数据信息用文本文档的格式保存，形如：

确保数据信息筛选过来之后开始CAD数据编程。

完成程序编写前三步聚，到MARK设置完成后，在文件菜单选项中选择CAD数据导入：

选择CAD数据导入后会弹出以下对话框。

选择调入CAD，即将从贴片机导入的数据调入进来。

打开后CAD数据信息会出现在对话框，此时需要对数据进行分列，分列方式根据具体情况选择相应的分列符号。

如果有明显的空格分列区域直接点数据转换。

数据转换后会出现上图的信息，接下来需要对每一列进行注示名称，右键点击一列中任意一个数据，会出现五种数据类型名称，将对应的名称选上，如下图。

下一步就要对数据外理一下，如果出现的数据中有负数值，必须将负数变为正数值，因为在AOI坐标轴的所有数据都在XY轴的第一像限，电脑只识别正数。

如同上图数据，X值为负，就需要在坐标转换公式将数据转换成正数。

X′=X*（-1），点击变换可得正数。

点击下一步，CAD数据将自动导入进来，会出现下图所示的大量元件框，每一个元件框代表PCB板上的一个元件，下面要做的是通过窗口下面的旋转方式与镜像，将元件框对准相对应的元件。

上图中右上角是否选择根据公用标准自动，如果勾上则公用标准自动到程序中，点击完成，会出现右侧对话框，这个对话框全将程序面上所有的元件清空，相当于编辑菜单的清空元件功能。

CAD数据导入完成，接下来就开始手动画框，进入程序面，显示元件可以看到PCB板上每一个元件都有一单框，打开文件菜单，选择CAD标准（ALT+Q）就会出现CAD

标准对话框，在此对话框显示了做程序的PCB板所有的元件信息，在左边料号栏中显示了所有料号，右边则显示了该料号的所有元件的详细信息。

用CAD数据编程，每种料号只需要做一个元件，其他对应相同料号的元件将自动，但在编程之前因所有的元件框在导入的时候可能因为位置对应不准而需要对所有的元件框进行偏移。

首先选中一个元件（最好是电容电阻），注意不要移动它，再选择组合元件栏移动到选项。

点击显示十字选项，让十字中心对准元件本体的中心对称点位置，选择这个中心位置是将刚刚那个选中的元件移动到十字位置，十字的中心位置便是移动后元件的中心位置。

位置找准后，接下来就只需要移动就行了，选择数据窗口，选择整体偏移按扭，整个面板上所有元件框就选择的元件框与十字中心的矢量距离整体偏移了。

！

如果出现了某些元件框选择的时候无法点击到本体框的中间位置，此时可以选择将显示元件勾取消，当点击后，十字中心处于被点击的中心位置再显示元件。

所有元件框校正好位置，接下来就可以根据CAD数据编写程序了。

打开文件菜单选择CAD标准（或选择快捷键ALT+Q），会出现CAD数据标准对话框，在此对话框中将所要编写程序的PCB面板上所有元件料号都集中在左边料号栏中，点击到未料号，系统会自动选择排序靠前没有完成注册的元件料号所对应的一系列元件，再选择到CAD位置，机器会运动到让镜头对准当前的元件。

当目标元件在镜头围时，会出现调整大小的蓝点显示在CAD数据框上，先移开目标元件CAD数据框，选择对应的注册类型框，完成注册标准即可。

当元件被注册成功，系统会将CAD数据框自动成刚刚注册的标准，将手动画的元件框删除，把成功的CAD数据框移到元件位置，点击FOV自动定位，这一料号对应的所有元件都注册成功，注册好的元件料号以红色显示排列在料号栏的最底层。

接下来只需要将所有料号都完成注册，整个程序就编写完成了。

思考：

1.CAD数据中有一列数据有正有负而且没有规律，如何处理？

2.在贴片机中PCB板是横向摆放，而在AOI中只能纵向排放，对应的数据出现90度差异，如何处理？

3.一片PCB板是由两台或者多台贴片机共同完成的，将所有数据归总后只有一台贴片机的数据对准元件位置，其他的都偏移了，如何处理？

解答：

1.如果数据中有一列有正有负，这说明在贴片机当中的圆点位置位于PCB板中间，解决的办法是设法让圆点位置移到PCB板外，也就是将有负数的值统一加上一个可以让所有数值变为正数的值。

2.出现此类情况其实是X轴Y轴的互换，角度变换90度就能解决问题，即：

对数据的排列方式变为：

元件位置，Y坐标，X坐标，角度，元件料号。

另外在坐标数据变换，选中变换目标为角度，X′=X*（1+90）

3.一台或者多台贴片机共同完成一块PCB板由于原点位置不同，用文本文档装载的数据需要统一原点，首先用EXCEL将所有MARK点坐标统一，以一台贴片机的MARK点XY坐标为标准，其他贴片机MARK坐标值X列与Y列相应的或加或减标准MARK坐标差异值，确保所有MARK坐标数据一样再统一装入文本文档。

第五步：

学习调试

✧掌握四种调试模式，能够灵活应用变换，根据不同情况采用相应模式；

✧掌握批量学习模式与错误暂停模式的不同作用与区别；

1．批量学习模式：

针对元件标准进行大量快速地统计建模，提高效率。

2．错误暂停模式：

针对于与标准图相比大于允许误差围值的元件标准进行单个调试。

3．自动定位模式：

在元件允许移动围的区域进行自动校准元件框，以达到最佳的学习和检测效果。

4．检测模式：

不学习+不暂停+不定位。

三不原则做检测。

◆自动定位模式选择以下模式，让程序自动定位三次，确保所画的元件框都定好位置，以保证最佳的位置进行学习。

Ø自动定位模式的作用是让元件标准框在允许偏移的围，对待测图自动搜索与原标准类型图片本体框比对差异最小，来确定最佳位置，

自动定位模式

◆批量学习模式在限量学习栏设置限量学习次数为20，选中批量学习+全部不暂停+不自动定位。

批量学习模式

Ø批量学习模式主要是用来学习焊点框与部分可学习的本体框，这种模式的优点是调试程序的速度快，设定20的意思是让可学习的元件框统计完20次就不再统计，然后只做检测，而没有统计完20次的元件标准继续统计，直到统计完20次为止，这个限量20的数据也可根据具体情况改动，一般来讲，如果PCBA贴片稳定的情况下，一片PCBA上相同元件贴片的方式基本没太多变化，所以我们没有必要统计完这片板上所有的点，只需要选择一部分作为特征性的代表点统计就行了（我们的目地是在一系列PCBA板上平均地取一部分，这样一来整条线的生产工艺都能很好地统计），接下来要用错误暂停调整短路和丝印。

上图为批量学习模式，在此模式中每一区域对比图片中，左为实测图，右为标准图，图片上方显示标准图的允许误差围值和实测图的实测误差围值，如果图片容相差很大，或者实测出来的图片本身存在错误，将左上角的勾去掉，不统计到标准里面，如果将错误信息统计到标准里去，错误将被电脑认为此错误OK将不报错，如此，错误测不出来。

如果图片存在较大差异，但元件状态还是OK的，将勾选上，点击确定统计进去。

如果在批量学习模式中发现有短路报错出现，将勾取消，不学进去，短路框用错误暂停的方式进行修改，在此处出现的短路框也可以学，但是必须在很有经验的情况下，对自身的产品情况了解清楚的前提下可以大胆去学习，对于初学者，不建议在批量学习中学习短路，如果因为判断不准而将短路学习进去，短路将测不出来。

当我们批量学习完一次之后，丝印框与短路框以及一些不确定的焊点框和本体框都在测试结果显示中报出来，针对这些问题接下来，采用错误暂停模式具体分析。

◆错误暂停模式选择以下模式，限量学习+错误暂停+不自动定位。

Ø错误暂停模式主要是对检测过程中的所有错误信息进行一个详细地观查与分析，容包括了该元件框的所有数据容，错误原因，以及在模式框进行修改。

焊点框和本体框也可以在错误暂停中学习，但主要是对丝印修改（派生新标准或者调整允许误差围值）和短路框的调整（替换标准和调整阀值），焊点框与本体框在错误暂停中学习相对影响调试速度，一般不建议在错误暂停量学习。

错误暂停模式

错误暂停模式是一个很重要的调试程序的方法，错误暂停处理的好坏直接关系到整个程序的检出与稳定，也是横量一个优秀编程员的标准。

在选择好错误暂停模式后，启动检测功能，检测过程中将会弹出以下对话框，在下图的对话框中可以看到对话框中显示了该元件的全部信息。

学习次数：

该元件统计数量（此项针对于焊点框以及可学习的本体框），这个学习次数在电脑默认设置了125次为最大学习次数，如果超过了125次学习次数，电脑将不再统计进去，只做检测，如果在学习的过程中人为设定了学习次数，电脑的统计数量以设定的数值为准，一旦设定了某一指定数值，电脑只统计到设定数值