电子组装中的机器视觉检测

1、电子组装中的机器视觉检测                        2006-9-11 15:49:26 浏览次数992次                      

2、                                                   

3、0;      机器视觉系统在电子行业中的应用已经有很长一段时间了，它的应用历史几乎可以跟机器视觉行业的历史相媲美了。早期时候，只是用来检验孔中是否存在引线。不 过由于线路板组装而成设备通常配有检测引线是否进孔的传感器，而且这种机器视觉的方法无法检测出引线是否进入了正确的孔洞之中，所以这种应用没有被推广。                    &#

4、160;                   几乎同时，众多公司顺应焊接检测的要求提供了能够保证焊接存在而不缺失的系统。不过这只是部分回应。原始的3D技术可以检验焊接的湿度角与表面情况，但是 行业没有采用这类系统。原因包括高错误拒绝率，以及专家们在对焊接点评估中视觉品质是否能够真正反映焊点的好坏存在争议，另外一点是所有这些系统都很昂 贵。       

5、60;                                这样下来电子组装行业采用了表面贴装设计。凭直觉一些早期的专门应用于线路板组装的机器视觉系统是可用的，但后来实践证明系统需要添加新的性能以提高可靠 性同时降低错误拒绝率。表面贴装生产线为机器视觉提供了一系列应用的场所：后焊点焊膏的回

6、流检测、后部件定位、在回流前进行的存在/缺失判断，正确部件识 别，精确定位，为了保证焊点或焊接处在经过焊接后没有发生漏焊或焊接不充分而进行的后焊点回流检测。在后焊点的相关应用中，基于光学以及X射线的视觉系统 均可使用。                                

7、0;       基于2维和3维的视觉系统的产生是电子组装市场不断增长的需求的产物。在网印中，3维系统具有检测焊膏定位精度以及容量特性的功能。大部分部件定位系统都 是2维的，有一些是3维的。视觉和基于X射线的系统均可以对那些应用3维方法检测的后焊点进行检测。在视觉系统中可以对3维表面特性进行检测，而在X射线 检测中，焊接处的内部特性可以被检测出来。                

8、;                        当今，至少有两个原因促使正规的组装印制板的生产商安装机器视觉系统。由于部件本身和内部连接器的体积越来越小，想要获得一个较好的焊点的话，定位精度问 题就变得越来越重要。根据RoHS国际标准焊点不允许有导线穿过，这对焊点本身的粘度构成了挑战，同时，考虑到部件的内部连接，对焊点的湿度特性以及相关 定位问题的要求也越来越高。 

9、                                       考虑到生产管理的重要性，机器视觉的应用就更广泛了。3维系统可以用来监测印刷板的平整度，对平整度的要求随着连机器以及相关衬垫体积的减少变得越来越苛刻。在网

10、印中系统可以通过检测屏幕图像来确保图样的正确性与完整性。                                        重要的是，2维与3维机器视觉技术的基础技术在电子组装行业的应用变得越来越广泛，功能也

11、越来越强大。相机现在可以提供更强的分辨率、速度以及更好的图像 质量。光源随着LED的发展功能也越来越强，而且多方向与时序光源的费用也在降低。而微处理器与计算机技术的进步更使得机器视觉产品的功能变得越来越丰 富。                  机器视觉产品的功能包括精确度量、色彩识别、光学字符识别、更强大的表面情况描述功能以及CAD文件兼容性。       

12、;               了解了这么多之后，我们将从一些为电子行业提供机器视觉系统的供应商那里了解到更为详尽的信息。                  1. 你们公司在电子行业的哪些特殊应用中用到了机器视觉技术？      

13、            Stacy                   Johnson_Agilent我们为电子行业里的各类不同应用提供了大量的检测方案。我们的光学检测组合能提供3维焊膏检测系统，前、后回流部件检测 系统以及3维X射线后回流焊接检测。我们的系统在包括移动电话、服务器、汽车等不同类别的电子部门中都有广泛应

14、用。                  Jim Gibson_Landrex                   Technologies我们是全球印刷电路板行业检测方案的提供商。Landrex所提供的应用于电子行业的产品中包含有机器视觉技术主要是下面几 种：

15、Optima系列前、后回流检测系统。Optima的7300系列主要对印刷电路板的部件、焊接处、线路板缺陷以及插针顶端等处进行后回流检测。这个 机器家族有两类产品：OptimaII7301                   Express是低成本高性能的系统；Optima II 7310 Extreme是Express的超高流量版本。        

16、;          Shavi                   Spinzi_Orbotech我们为SMT生产线的全过程提供检测方案：3维2维相结合的超高速焊膏容量检测、3维定位检测、后回流及焊接处的波检 测。我们的产品能够满足大多数装配检测的要求,在计算机、便携式装置等设备的高速、大规模生产中均有广泛应用。  

17、                2.你们的哪些应用中既用到了3D技术，又用到了2D技术？为什么？                  JIM Optima II           

18、        73xx系列应用光源和相机的灵活组合来处理焊点的某些3D特性。这一系列有五个相机，分别位于四个角和一个中心上，LED光源也同样能以多种方法放置。 相机角度和光源方向角度的结合使得73xx系列能够处理平面和非平面的反射特性。而且系统可以用来检测焊接点是否具有凹、凸或平坦的3D特性。目前， 73xx系列不沿着焊点重组点的高度。然而硬件所具有的通用特性使得未来的软件不仅能处理3D特性，还可以重构它们。在不久的将来系统很有可能开发这一特 性。      &#

19、160;           SHAVI针对焊膏的检测，Orbotech提供了Symbion                   P36，它结合了3D/2D传感器可以对焊锡膏进行精确的体积测量。众所周知，高度和体积信息在焊接过程中是关键参数，并对离线生产有着重大影响。在这个 模式下，3D传感器实际上补充了2D传感器所能提供的基本

20、信息使得检测范围得以扩大，并为使用者提供了过程的全面信息。对于部件定位，用2D的方法来捕捉 部件的有无及位置信息已经足够。对于焊接点的检测，Orbotech提供了带有一个高清晰度顶端相机和四个角度的相机的系统。结合多角度白炽灯，我们可以 准确描述焊点的特性，并且看到一些隐藏着的或是部分隐藏的焊点，例如那些在J-脚芯片或是搞密集度的边缘连接器上的焊点。                  STACY   

21、60;               Agilent的焊膏检测和X射线系统都使用3D检测技术。对于焊膏检测来说包含3D体积和高度信息是很重要的，因为体积与连接处的长期稳定性有着密切的 关系。如果测量的是2D信息则无法获得那些关键信息。应用X射线的一个主要原因是隐藏焊点的存在，3D技术之所以有用是因为我们的用户创建了双面板。           

22、60;      3您所提到的每个应用的关键的机器视觉系统性能指标是什么？                  SHAVI下面几条是至关重要的：                  1） 检测的任何阶段，所有机器都

23、要符合SMT生产线的速度并且对所有板子做到100%的检测（非抽样）。                  2） 在焊膏检测的应用中，测量的精确度和可重复性是很关键的，要保证Gage R&R<10%。                  3） 低故障报

24、警后回流FPY>90%，粘贴/定位FPY>95%                  4） 检测水平>95%这意味着能够看到包括后回流状态下的上升管脚在内的所有问题。                  5） 快速而简便的安装过程。 &

25、#160;                STACY在自动光学检测（AOI）中用户通常用精确度和可重复性作为标准来判断光学检测系统是否符合他们的测量需要。对于自动X射线检测（AXI）来说，低故障报警率是采用和实施该系统的主要驱动因素。                  JIM机器

26、视觉应用有五个主要的标准：错误拒绝，错误接受，编程时间，速度，当然还有费用。大多数用户在考察市场上的产品时将速度和费用两个参数作为 他们的首选指标。然而，错误拒绝，错误接受和编程时间对用户的生产成本的影响不亚于速度和系统价格。                      用于前、后回流光学检测的Landrex       

27、0;           Optima系列机的目标是将错误接受和错误拒绝率控制在百万分只二十至五十之间，并且在用户长时间在线使用该系统的过程中保持不变。Optima系列机器速度很快，特别是用于后回流分析的Optima                   II 7310速度更快。每一种类型的机器有2-4小时的编程时间。最后，每台机

28、器的价格在10万以下。                      Optima 7210                   OPT系统有附加性能指标。由于它既是一个测量系统又是一个故障显示器，它遵循严格的精确度和重复性

29、标准。大体上来说，测量系统的精确度和可重复性必须是 生产扳子的机器的十倍以上，依据这种标准选择和定位系统，以保证提供过程有用的测量信息。例如一个0402的系统，精确度必须在+-100微米之间而可重 复度在正负10微米之间。对于一个0201，要求则更为苛刻。总的来说，这类标准就是所谓的10%GR&R。                  4那些在电子行业中应用的机器视觉系统的基本技术经历了怎样的变革才使得系统的性能有了显著

30、的提高？                  STACY在我看来，最引人注目的是相机技术的变革，它使得AOI产品的检测速度和精确度的得以不断提高。                  JIM在过去的5-8年中，我们看到机器视觉系统的硬件水平有了显著的提高。二十年来

31、，机器视觉领域的工程师们一直被相机性能的有限性、照明的选择以 及慢速计算机存储空间的局限性等问题困扰着。由这些硬件组装起来的机器只能用最基本图像处理技术来解决问题。从2000年开始，硬件部分出现了更新，更 快、更便宜、更可靠、更大的矩阵相机。另外，彩色相机由于具有了与黑白相机相同的性能指标也逐步成为一种可选方案。计算机速度和内存容量在以惊人的速度提 升，而价格又在飞速下降。最终导致光源行业的迅速发展。随着LED技术的到来，特别是白光LED，它从成本和速度的角度来讲很可行。所有这些硬件方面的进 步使得机器视觉得以更好的发展。      

32、            SHAVIAOI系统是一个融会了光学，硬件，软件等多方面知识的机器。这些技术的进步使得我们可以满足电子行业检测不断增长的需求。具有更快的图像 速率的相机保证了图像的高质量，同时高性能的图像采集硬件使得数据读出速率和之后的执行时间（这曾是3D                   AOI的瓶颈）有了

33、惊人的改善。光源技术的进步也使得照明强度和照明环境控制能力有了飞速提高。最后，像JAVA这样新的技术平台对我们在硬件上运行程序以及减少产品从研发到市场所需的时间方面有着极为深远的影响。                  5电子行业中使用的机器视觉系统的哪些基础技术的重大突破将会促使机器视觉系统在未来三年中的进一步发展？         &

34、#160;                              下一场革命将会发生在这些系统的中枢部分，也就是说由计算机视觉算法引发。新的算法使我们能够更轻松更有把握地完成现有任务，同时还能处理那些以前根本无 法想象的新任务。例如，凭借计算机视觉算法，我们现在能够提供有关部件定位的多样化的数据，而非仅仅给出故障分

35、析。多样的数据能够使得PCB生产的过程控 制领域发生了根本性的变革。在过去五年里硬件的演变将导致软件在未来五年中的不可阻挡的重大变革。                  SHAVI多核处理器将使数据处理发生重大革新，并且为机器性能水平的改进提供驱动力，某些原来只能顺序执行的任务可以并行完成。           

36、60;      STACY与上面看法相同，我相信相机技术的革新将会进一步推动AOI在未来三年中的技术发展。                  6 电子行业市场的哪些变化对机器视觉的应用具有推动做用？例如，RoHS规范有什么影响？            

37、60;     SHAVI                   AOI正以7-10%的增长率平稳健康地增长。RoHS的引入无疑影响了AOI的应用，但还不是主要的决定性影响因素。而扮演决定性因素的是施加于公司之 上的与日俱增的包装的微型化和法律方面的压力。微型化的底线是人眼无法应付的，工业依靠机器视觉提供的可靠方法来完成或取代人工视觉检测和电子测试。立 法，包括RoHS，正促使制造商们的操

38、作更为透明化。在这个领域，AOI在视觉领域和它在SMT过程中提供的质量数据上有着很大的优势。                  STACY                   SMT板上的包装/仪器的尺寸的缩减推动了AOI和AXI的应用。另外，对于AXI，可用

39、性是个问题。内部含有隐藏结点的BGA和CSP包装的普遍性和使 用率的增加驱动了AXI的需求。我相信无引线是对于机器视觉应用是一个驱动因素，如果你使用机器视觉（AOI                   或AXI），可以使进程更快达到稳定。                

40、  JIM结果是检测印刷电路板变得越来越困难。随着装置的沟槽变小，板子变得紧密复杂，材料从有引线变为无引线，仅仅依靠人工检测，ICT，和功能测试 将会降低效率。另外，大多数公司从每个板子上获得的利润正在减少，结果是，大多数的公司看到了通过使用100%光学检测来提高效率，降低生产成本，提高质 量，并提高市场占有率的重要性。                  7这些改变对于应用机器视觉系统进行的检测提出了哪些新的要求？&

41、#160;                 STACY我不相信无引线装置是促使机器视觉检测要求变化的驱动因素，小型化的确起到了这个作用。对于精确性和可重复性的要求随着装置的变小而不断提高。                  JIM光学检测系统需要通过进一步的发展来满足这

42、些要求。硬件和软件都需要有更小型的部件，了解新材料的变化，有足够的马力来满足生产线的速度，并且 能够在没有维护的条件下可靠地运行。机器需要在无人干预的情况下产生较少的错误报警和错误接受。错误接受意味着板子有可能在现场出故障。错误拒绝会导致对 机器输出的昂贵的人工确认成本。错误标志和错误逃逸可能会对许多公司的经济收益有重大影响。底线是机器必须自己适应正在生产之中的产品的视觉特性的变化。 虽然这些听起来很简单也很符合逻辑，实际上想要设计这样一个对新环境有高度的自适应性并提供可靠的检测结果的系统却很难。        &

43、#160;         STAVI这样就存在一个矛盾，机器必须变得更加复杂并具有满足这些要求的功能，而另一方面使用者却没有时间和图像处理的知识来利用和开发这种功能。 检测机器因而需要具有高度的智能化，最关键的是使具有不同技术水平的操作者能够轻松地学会控制机器。与数据处理及管理的功能相同，AOI会采用一个具有预 测功能的方法来进行检测，这种方法通过内建的智能功能来识别和预测过程的变化。我们正进入一个自动化检测时代。        &#

44、160;         8作为电子行业的机器视觉系统提供商，你们在机器视觉系统营销中遇到哪些挑战？                  JIM我们所面临的最大的挑战就是让顾客明白我们的产品与其他对手的产品之间的区别。实际上，任何一个人拿一个相机和一个闪光灯就可以组装成一个 AOI系统。每年都有“自家生产”的AOI系统投放市场，而且也有人因为这些产品

45、低廉的价格而购买它们。令人惊奇的是，人们几乎可以用任意一个AOI系统 进行最基本的检测。然而，如果要求不论应用于哪种板子，无论小批量还是大批量，都能达到国际标准，且错误率控制在20-50ppm，则需要做大量的设计工 作。要想使机器在99.9%的时间里都能自动完成检测任务是件很难的事。我们人类可以在不同的环境下完成视觉识别任务，不过，我们的眼睛可是经历了数万年 的演变的，而且我们的大脑更是如此。                 

46、                       而在顾客方面，他们对机器所做的短期评估很难反映出技术的优劣，因为几乎所有的机器在短期内的性能都会比较好，而长期的性能是很难在短期测试中显现出来 的。我们的产品是20年设计、科研与实践经验的结晶。我们对产品的检测延伸到了顾客方。我们希望看到我们的产品在顾客实际使用中仍然能够保持优良的性能。 我们将顾客方面得到的数据作为我们销售理念的一部分，因为

47、让人们理解测试所得的结果与长期使用得到的结果的差别所在是很重要的。                  Shavi基于当今检测的要求以及未来的挑战，我们将重心放在创新以及新技术的采用上。市场上存在的问题是如何区分两种技术，一种是有局限性并且会对 将来的应用产生瓶颈作用的技术，而另一种则是建立在新技术基础上并且可以适应各种新的需求的系统。在我们的营销策略中，我们将重心放在AOI的四个基本元 素上，分别是：易用性、检测能力、速度和精

48、确度。                  Stacy一个最大的挑战存在在意识层面上。有趣的是，即使Agilent有组合方案，很多人并不知道我们卖3D焊接检测系统。                  9. 你对机器视觉在电子行业未来的发展有何想法？ &

49、#160;                SHAVI我相信机器视觉会在生产线以及各种过程中占据越来越重要的地位，并且会成为电子制造业中常见的设备。由于电子产品开始向硅衬底型转变，组装 线上的可视部件越来越小，虽然在传感器技术没有显著突破之前X射线可以解决这个问题，但是对于AOI检测来说X射线还一个很昂贵的选择。如果费用继续成为 主要的限制因素，用机器视觉控制前焊接过程。这就需要对从不同机器获得的数据进行智能化的整合，从而更好的优化过程。 

50、;                 STACY随着无引线技术的采用以及更新、更小的封装的产生，我们将会很快看到闭环系统在挑拣、定位、AOI、显示屏打印与焊接检测中的普遍性应用。 诸如AOI与AXI之类的机器视觉应用将成为生产线的标准。AOI与AXI功能的不断提升将会影响故障预防环节，从而影响整个过程控制。故障包含保证机器 视觉能够帮助产品升值而不仅仅是一个昂贵的检测系统。