自动光学检测（AOI）

"机器视觉"是自动化成像这一广义工程学科，而自动光学检测（AOI）则是指该技术一种非常具体的交钥匙应用。AOI 系统是电子制造和表面贴装技术（SMT）组装领域的行业标准。

随着印刷电路板（PCB）日益紧凑、元件密度不断提高--例如 01005 电阻这类元件仅有零点几毫米大小--人工检测已变得不切实际。AOI 系统将高分辨率工业相机、受控照明与检测算法结合在一起，从而在生产规模上实现快速、可重复的 PCB 检测。

AOI 系统的工作原理

AOI 系统的核心是一套专业化的机器视觉装置，但它依赖于专为电子产品量身定制的高度标准化检测逻辑。

1. 照明： 尽管许多 AOI 系统使用标准的 2D 相机，但先进的照明技术使它们能够从反光的焊点中提取额外信息。AOI 系统高度依赖受控的多角度照明，因为焊点反光强烈且表面几何形状复杂，均匀的平面照明不足以实现可靠检测。许多系统使用分段环形光源，其 LED 以不同的角度和波长布置。通过分析光线从焊料表面的反射情况，软件可以识别与焊料形状、润湿以及元件贴装相关的缺陷。

2. 采集： 一台高速相机（或多台相机，包括带角度的侧面相机）在 XY 龙门架上从物理上移过 PCB，拍摄数百张高度精细、相互重叠的图像。

3. 分析： 软件使用两种主要方法分析图像：

   • 模板匹配（"金板"）： 系统将采集到的图像与已知合格 PCB 组件的参考图像进行比对。元件外观、位置、极性或焊接特性上的偏差随后可被标记出来以供进一步检查。

   • 基于算法（CAD 数据）： 系统结合 CAD 设计数据与基于规则的检测算法，依据既定规范评估元件几何形状、贴装位置、极性以及焊接特征。

AOI 系统实际检测哪些内容？

AOI 旨在捕捉两类不同的制造错误：元件贴装故障和焊接缺陷。

2D AOI 与 3D AOI 对比

数十年来，AOI 系统完全依赖 2D 相机。虽然 2D AOI 在检测缺件或读取文字方面速度极快且经济高效，但它在体积测量方面存在困难。然而，2D 成像无法直接测量焊点的高度或体积。

现代高端电子制造越来越多地依赖3D AOI系统。这些系统将工业相机与激光轮廓测量或结构光（条纹投影）等技术相结合，以生成元件和焊点的详细高度图。与 2D AOI 不同，3D 检测能够高精度地测量焊料体积、焊点几何形状和引脚共面性。

AOI 在生产线中位于何处？

系统集成商会在 PCB 组装流程的不同阶段战略性地部署 AOI，以便在缺陷影响下游制造步骤之前将其识别出来。

• 锡膏印刷后（锡膏检测 - SPI）： SPI 系统紧接在锡膏被涂覆到裸 PCB 之后部署，用于检查锡膏沉积质量，能够在元件贴装开始之前识别出锡膏不足、桥接或钢网污染等问题。

• 回流焊前： AOI 系统部署在元件贴装之后、回流焊之前，用于核验元件的存在性、方向和贴装精度。在此阶段发现组装问题，可以在永久性焊点形成之前采取纠正措施。

• 回流焊后： 最常见的检测阶段是回流焊后 AOI，部署在生产线接近末端的位置。在此阶段，系统检查完成的焊点，并核验元件在回流焊过程中是否保持正确对位。