基于机器视觉的自动光学检测（AOI）概述

印制电路板（PCB）是当今世界最重要的行业之一。我们身边的电子产品无处不在，所以对于其制造效率的要求都在与日俱增。什么是自动光学检测（AOI）？AOI是一种自动化视觉检测方法，主要用于测试印刷电路板组件（PCBA）中的缺陷。AOI使用相机自动扫描PCBA并检测两种类型的故障：1、灾难性故障，例如缺少组件；2、质量故障，例如畸形的圆角或者倾斜的组件。AOI在具有非常高的产量和非常低的组件可变性的生产环境中效果最佳，因为实施既耗时又复杂，并且必须针对特定的设计或零件配置进行设置。什么时候应该使用自动光学检测(AOI)?自动光学检测是生产中PCBA检测的理想选择，放置在焊料回流焊之后。AOI是一种生产技术，由于设置它所涉及的时间和费用，不适合产品开发或小批量生产（低于5000单位运行）。AOI的优缺点是什么？优点非接触式测试方法。AOI可准确检测PCB上特定类别的编程缺陷（焊点不良和缺失部件）。缺点AOI仅捕获PCB缺陷，而不捕获难以分类的故障模式（如胶水或密封缺陷）的缺陷。缺陷检测功能不灵活，每个更改都必须编程。AOI不会发现新的缺陷，只会检测预先编程的缺陷。通常无法将新的缺陷识别远程编程到AOI系统中适用自动光学检测(AOI)的相机考虑标准高分辨率随着元件的微小化和PCBA的密集化，为准确检测问题并最大限度地减少“误报”，AOI系统能否清楚地“看到”微小细节变得至关重要。现阶段，即使是入门型AOI系统也要包含一台至少500万像素的相机。先进的系统更是拥有高达2000万像素分辨率的相机，以更好地对应当今PCBA的密度和复杂度。2500万像素或更高分辨率的相机可以为有章可循的AOI系统提供其所需的高精度，更好地适应不断增长的密度。同时为基于人工智能（AI）的系统提供更多的数据，将图像与训练集进行对比并得出更智能的结论。此外，越来越多的AOI系统需要通过色彩信息来寻找并分析某些特定类型的缺陷，更高的分辨率可以避免在插值运算（debayering）过程中图像细节的损失。高速尽管高像素有上述种种好处，如果影响到了系统的吞吐量，设计师是不会以此为代价去提高AOI系统分辨率的。随着电路板越来越复杂，PCB制造商和组装商也知悉必须维持（或提高）产量，否则可能导致客户流失。因此速度成为AOI系统成功的关键因素。尽管高像素有上述种种好处，如果影响到了系统的吞吐量，设计师是不会以此为代价去提高AOI系统分辨率的。随着电路板越来越复杂，PCB制造商和组装商也知悉必须维持（或提高）产量，否则可能导致客户流失。因此速度成为AOI系统成功的关键因素。高速接口为了同时实现目标速度与目标分辨率，相机需要做到如下两点：高速的传感器以及足够传输所有图像数据的接口。例如，CoaXPress标准接口的最近版本(v2.0)支持高达12.5Gbps/通道的传输速率，并且可以将四个并行通道配置为一个数据接口。因此50Gbps的带宽足以将2600万像素以及8-bit图像以高达150fps的速率从相机传输至处理器。虽然并非所有的CoaXPress相机都支持“CXP-12”链路，但即使相机以6.25Gpbs/通道（CXP-6）运行时，四通道接口也能保证25Gbps的带宽，轻松实现高分辨率图像60-100fps的目标。最佳的快门方式在AOI系统中维持高吞吐量意味着电路板快速通过影像系统的视场，而系统需要捕捉每一个电路板的图像。有两种快门类型的相机能以最佳方式处理这类应用。一种是选择带有全局快门的相机。这类相机同时对整个画面（每个像素）进行曝光。这意味着只要有足够快的帧率和曝光设置（快门速度），即可“定格”快速移动的物体，最大程度的降低了模糊或失真的可能性，这与“卷帘快门”式相机形成了鲜明对比。在通常情况下卷帘快门相机的每百万像素成本比全局快门相机更低，因此对设计团队更具吸引力。但是卷帘快门的逐行式曝光将导致快速移动的物体呈现“果冻效应”，很多类型的缺陷检测无法接受这样的图像。第二种选择是使用某些带有“全局重置”模式的卷帘快门相机，尽管像素行是逐行结束曝光，但所有像素行可以同时开始曝光。在开始曝光时使用闪光灯定格运动，然后在剩余曝光期间内遮挡外部光线，卷帘快门相机便可以用于高速AOI。但是该方式要