自動光學檢測（AOI）

「機器視覺」是自動化成像這項廣義的工程學科，而自動光學檢測（AOI）則是指該技術一種非常具體的整合式應用。AOI 系統是電子製造與表面黏著技術（SMT）組裝領域的業界標準。

隨著印刷電路板（PCB）日益精巧、元件密度不斷提高--例如 01005 電阻這類元件僅有零點幾毫米大小--人工檢測已變得不切實際。AOI 系統將高解析度工業相機、受控照明與檢測演算法結合在一起，從而在生產規模上實現快速、可重複的 PCB 檢測。

AOI 系統的運作原理

AOI 系統的核心是一套專業化的機器視覺裝置，但它仰賴專為電子產品量身打造的高度標準化檢測邏輯。

1. 照明： 儘管許多 AOI 系統使用標準的 2D 相機，但先進的照明技術使它們能夠從反光的焊點中擷取額外資訊。AOI 系統高度仰賴受控的多角度照明，因為焊點反光強烈且表面幾何形狀複雜，均勻的平面照明不足以實現可靠檢測。許多系統使用分段環形光源，其 LED 以不同的角度與波長配置。透過分析光線從焊料表面的反射情況，軟體可以辨識與焊料形狀、潤濕以及元件貼裝相關的瑕疵。

2. 擷取： 一台高速相機（或多台相機，包括帶角度的側面相機）在 XY 龍門架上從物理上移過 PCB，拍攝數百張高度精細、相互重疊的影像。

3. 分析： 軟體使用兩種主要方法分析影像：

   • 模板比對（「黃金板」）： 系統將擷取到的影像與已知合格 PCB 組件的參考影像進行比對。元件外觀、位置、極性或焊接特性上的偏差隨後可被標記出來以供進一步檢查。

   • 基於演算法（CAD 資料）： 系統結合 CAD 設計資料與基於規則的檢測演算法，依據既定規範評估元件幾何形狀、貼裝位置、極性以及焊接特徵。

AOI 系統實際檢測哪些內容？

AOI 旨在捕捉兩類不同的製造錯誤：元件貼裝故障與焊接瑕疵。

2D AOI 與 3D AOI 比較

數十年來，AOI 系統完全仰賴 2D 相機。雖然 2D AOI 在偵測缺件或讀取文字方面速度極快且符合成本效益，但它在體積量測方面存在困難。然而，2D 成像無法直接量測焊點的高度或體積。

現代高階電子製造越來越仰賴3D AOI系統。這些系統將工業相機與雷射輪廓量測或結構光（條紋投影）等技術相結合，以產生元件與焊點的詳細高度圖。與 2D AOI 不同，3D 檢測能夠高精度地量測焊料體積、焊點幾何形狀與接腳共面性。

AOI 在生產線中位於何處？

系統整合商會在 PCB 組裝流程的不同階段策略性地部署 AOI，以便在瑕疵影響下游製造步驟之前將其辨識出來。

• 錫膏印刷後（錫膏檢測 - SPI）： SPI 系統緊接在錫膏被塗佈到裸 PCB 之後部署，用於檢查錫膏沉積品質，能夠在元件貼裝開始之前辨識出錫膏不足、橋接或鋼網汙染等問題。

• 回流焊前： AOI 系統部署在元件貼裝之後、回流焊之前，用於核驗元件的存在性、方向與貼裝精度。在此階段發現組裝問題，可以在永久性焊點形成之前採取修正措施。

• 回流焊後： 最常見的檢測階段是回流焊後 AOI，部署在生產線接近末端的位置。在此階段，系統檢查完成的焊點，並核驗元件在回流焊過程中是否保持正確對位。