AOI检测仪设备的基本原理（二）

　　AOI设备误差

 

　　众所周知 AOI设备能完成PCBa的定性检测。作为定性检测主要检测漏件、错件、错位、反贴、立碑、侧立、空焊、短接等。作为高性能的AOI还能完成PCBa的定量检测，例如检测元件位移量、焊点润湿角等。如果某品牌AOI只提供良或不良（good or not good）报告，那么那AOI只进行定性检测。也许有人以为如果AOI给出某些测量数据，就算进行定量检测。其实给出测量数据只是定量检测设备的必要条件，作为充分条件是说明检测数据的有效性。检测设备制造商必须让用户知道其设备的系统误差。

 

　　AOI检测仪设备仪（AOI）硬件主要包括：图像采集系统、运动控制系

 

　　统、计算机。 图像采集系统由摄像头、图像采集卡、镜头、光源等三部分组成。 摄像头主要特性有：CCD像素、CCD尺寸、扫描方式、颜色、传输方式等等。

 

　　目前AOI设备中使用的摄像头的CCD像素从几十万到几百万，在相同分辨率的条件下，像素越高视场范围越大。

 

　　PAI标准为752X582像素，约43万像素，是目前AOI使用的最低标准，一般使用较低CCD像素的AOI设备生产厂家不提供这一重要参数指标。CCD尺寸一般有1/3”、1/2”、2/3”等，CCD尺寸越大图像越清晰。1/2”CCD大小为6.4mm x 4.8mm，2/3”CCD大小为8.8mm x 6.6mm。

 

　　扫描方式有一维扫描（线阵CCD）和二维扫描（面阵CCD）之分，一维扫描速度比较快，但扫描控制要求比较高，二维扫描对机械要求较低，但整体扫描速度较慢，目前大部分AOI使用面阵CCD。颜色方面有黑白、彩色之分，彩色图像感觉比较直观，实际上在AOI图像处理中大部分使用灰度图象处理，CCD颜色对AOI性能影响较小。目前使用单摄像头的AOI一般使用彩色摄像头，使用多摄像头的AOI使用单色摄像头。在传输方面有模拟和数字之分，模拟传输摄像头噪声较大，对工作环境要求较高。数字传输摄像头在传输过程不会引入噪声，图像比较清晰，尤其在工作环境比较恶劣的条件下优点更为突出。

 

　　AOI检测设备误差由三大部分组成，运动误差、图像采集误差、图像处理误差。

 

　　运动误差或者说机械误差包括：

 

　　电机误差、传动误差、控制误差、定位误差等。电机误差比较容易理解。

 

　　以步进电机为例，步进电机由冲压的带齿硅钢片堆叠组成转子和定子，在冲压和堆叠过程均存在误差，一般步进电机在堆叠完成后需要进一步加工，消除（减小）误差。不管怎样处理步进电机的齿的大小和等角分布总存在误差。同步带传动误差主要是同步带的柔性产生误差；丝杆传动误差包括：连轴器弹性误差、丝杆线形误差、支撑轴承轴向误差。虽然丝杆传动误差包括多种因素，但总体说来丝杆传动误差一般比同步带传动误差较小。步进电机控制误差在细分技术上包括：步进电机驱动器输出电流的线形误差、失步等。伺服电机的控制误差主要编码器的误差。定位误差主要指原点定位误差，一般使用光电位置传感器指示原点参考位置，原点定位误差与定位信号的硬件设施和定位过程有关。

 

　　图像采集误差或者说光学误差包括：

 

　　光学镜头误差、摄像头误差、模数转换量化误差、光学系统安装误差。光学系统安装有固定安装和可调安装方式，不管哪一种安装都存在一定的误差，不能准确保证每像素20微米或每像素25微米的设计值。固定安装的放大倍数基本固定，设备一致性较好，可调整安装比较灵活，但同时调整比较费时。

 

　　图像处理误差或者说软件误差包括编程误差和检测误差。

 

　　由于图像存在一定的噪声，如果算法收敛性、稳定性欠佳可能出现较大误差。软件误差比较复杂，必须通过对软件评价才可能确认。

 

　　1、PCB定位

 

　　在AOI设备软件中有MARK的功能，其功能主要是修正PCB的放置误差。由于每块PCB切割或每次PCB放置都存在差异，AOI软件通过MARK功能对上述误差进行修正。MARK是成对使用，在编程时设置两个MARK点，两个MARK点尽可能相隔远些，一般在PCB的对角线上选择两个MARK，而且尽可能选择敷铜板的图案作为MARK。AOI软件能测量编程用PCB的MARK参考位置，在检测时检测MARK的位置，根据MARK对的X、y误差对其后的各检测点的位置进行修正。当MARK点找不到时或检测PCB转动过严重时AOI软件均能报错。

 

　　一般AOI软件已考虑到连板的贴片情况，因此有两种MARK功能

 

　　一种是PCB的MARK功能，另一种是模块MARK功能。使用PCB MARK功能时只有两个MARK，使用模块MARK功能时MARK点数是模块数的两倍。人所周知检测MARK点需要化额外的检测时间，应根据需要合理选用MARK功能.如果连板是固定的即焊接完成后才割开一般选用PCB的MARK功能，如果连板是贴片前一块块拼接那应该使用模块MARK功能。

 

　　具有模块MARK功能的 AOI设备在编程时模块拷贝操作会自动识别模块MARK是否合理，而且在MARK进入检测范围能智能移动模块位置。