Funktionsprinzip der AOI-Erkennung

#1 Was ist AOI-Erkennung?

Automatische optische Inspektion (AOI) ist eine Technologie, die optische Prinzipien und Bildverarbeitungstechniken nutzt, um Komponentenlötstellen auf PCBA-Platinen zu prüfen. Sie kann selbst kleinste Defekte in Lötstellen schnell identifizieren und überwindet so die Grenzen der manuellen Sichtprüfung.

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#2 Funktionsprinzip der AOI-Erkennung

AOI-Erkennungsgeräte basieren hauptsächlich auf dem Prinzip der Lichtreflexion, um Komponentenlötstellen auf PCBA-Platinen zu identifizieren und zu prüfen. Die während des Prüfvorgangs gewonnenen Bildinformationen werden in Daten umgewandelt und mit den Qualitätsparametern in der AOI-Datenbank verglichen, um festzustellen, ob die geprüfte Lötstelle Defekte aufweist.

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Basierend auf dem Arbeitsablauf der AOI-Erkennung kann dieser in die folgenden vier Phasen unterteilt werden:

Bilderfassungsphase

Verantwortlich für das Scannen des Prüfobjekts und die Erfassung von Bildern.

Die AOI-Lichtquelle besteht aus einer Kombination von RGB-Ringleuchten (rot, grün, blau) mit hohem und niedrigem Winkel. Durch die Beleuchtung von Lötstellen auf verschiedenen Ebenen mit verschiedenen Winkeln und Farben wird das von den Lötstellen reflektierte Licht in den Computer eingespeist.

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Die Kamera ist senkrecht über der PCBA-Platine positioniert, um Bilder der Komponentenlötstellen aufzunehmen. Nach dem Prinzip, dass der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist, wird Lichtinformation, die in verschiedenen Winkeln und Ebenen der Lötstellen reflektiert wird, von der Kamera in verschiedenen Farben erfasst.

(AOI-Bilderfassungsprinzip)

Datenverarbeitungsphase

Verantwortlich für die Klassifizierung und Umwandlung der erfassten Bilddaten.

Der Computer des AOI-Geräts verarbeitet die erfassten Bildmerkmale mit Algorithmen, wie z. B. Rauschentfernung, Korrektur und Verbesserung, um die Bildqualität für die nachfolgende Analyse zu verbessern.

(Bild nach der Datenverarbeitung)

Bildanalysephase

Verantwortlich für die Extraktion von Merkmalen aus dem verarbeiteten Bild und deren Vergleich mit den Qualitätsparametern in der AOI-Datenbank mittels Methoden wie Template-Matching und Farbextraktion, um Defekte im Bild zu identifizieren.

Farbextraktionsvergleich: Im Allgemeinen ist der rote Bereich auf der Lötstelle die Reflexion von der ebenen Fläche der Lötstelle, der grüne Bereich stellt einen kleineren Lotbenetzungswinkel am Bauteilanschluss dar, und der blaue Bereich stellt einen größeren Lotbenetzungswinkel dar. Durch die Extraktion des Anteils jeder Farbe im Bild und den Vergleich mit dem Anteil in der fehlerfreien Vorlage wird die Platine als fehlerfrei eingestuft, wenn sie innerhalb des Schwellwertbereichs liegt; andernfalls wird basierend auf vordefinierten Fehlertypen ein Fehlerbericht erstellt.

(AOI-Farbextraktionsvergleich: Innerhalb des Schwellwerts = Fehlerfreie Platine)

Vorlagenvergleich: Typischerweise basieren die Qualitätsparameter in der AOI-Datenbank auf importierten Bauteilgehäusedaten als Vorlagen. Während der AOI-Erkennung wird das Bild der zu prüfenden PCBA-Platine mit den Qualitätsparametern in der AOI-Datenbank verglichen, um festzustellen, ob die Lötstelle Defekte aufweist.

(AOI-Vorlagenvergleich: Lötbrücke)

Berichtsphase

Verantwortlich für die Meldung der Prüfergebnisse.

Nach der Bildanalyse werden PCBA-Platinen, die nicht mit den Qualitätsparametern in der AOI-Datenbank übereinstimmen, als NG-Platinen (Nicht Gut) gekennzeichnet, und die Defekte werden automatisch markiert, um eine weitere Prüfung und Reparatur durch das Personal zu ermöglichen. Platinen, die mit den Qualitätsparametern übereinstimmen, werden als OK-Platinen (Gut) gekennzeichnet und automatisch zur Aufnahmemaschine für den nächsten Prozess transportiert.

#3 Unterschiede zwischen 2D-AOI und 3D-AOI

2D-AOI-Erkennung

Verwendet hauptsächlich RGB-Planarbeleuchtung, um 2D-Bilder von Bauteilen aus einem einzigen Winkel aufzunehmen. Durch die Verarbeitung der Lichtreflexionen der Lötstellen wird der Farbanteil in der Bildanalysephase analysiert, um Defekte zu erkennen.

(2D-AOI-Bildgebung)

Vorteile: 2D-AOI-Geräte haben einen breiten Anwendungsbereich, sind relativ kostengünstig und können schnell Lötfehler wie fehlende Bauteile, Fehlplatzierungen, freiliegendes Kupfer und Lötbrücken auf PCBA-Platinen erkennen.

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Nachteile: 2D-AOI kann Defekte wie angehobene oder schwebende IC-Pins nicht aus mehreren Winkeln prüfen, und die Kantenmessung wird durch Änderungen der Beleuchtung erheblich beeinflusst, was seine Fähigkeiten einschränkt.

3D-AOI-Erkennung

Aufbauend auf 2D-AOI fügt 3D-AOI eine strukturierte Lichtbildgebung hinzu. Durch die Verwendung von Gittern zur Wiederherstellung von Höheninformationen, die in 2D fehlen, ermöglicht es die Erkennung des Lötstatus an Bauteilanschlüssen aus mehreren Winkeln und adressiert Einschränkungen wie angehobene oder schwebende IC-Pins in 2D-AOI.

(3D-AOI-Bildgebung)

Nachteile: Die technische Komplexität von 3D-AOI ist höher, es erfordert professionelle Wartung, und seine Kosten sind im Vergleich zu 2D-AOI höher.

Da AOI-Geräte Bilder basierend auf der Oberfläche von Objekten aufnehmen, können Lötstellendefekte unter Bauteilen mit großen Masseflächen nicht durch AOI erkannt werden und erfordern stattdessen eine Röntgenprüfung.