Hệ thống kiểm tra quang học tự động – AOI là gì?

AOI là viết tắt của Automated Optical Inspection, hay còn được gọi là hệ thống kiểm tra quang tự động. Được sử dụng phổ biến trong sản xuất PCB, AOI thực hiện việc kiểm tra trực quan các bảng mạch in bằng cách sử dụng máy ảnh để quét chi tiết bảng mạch và phát hiện các lỗi hoặc hỏng hóc có thể xảy ra.

AOI là gì? Hệ thống kiểm tra quang tự động

Hệ thống kiểm tra quang tự động (AOI) tích hợp các công nghệ quang học, cơ học, điều khiển điện tử và phần mềm, thay thế vai trò của mắt người trong quá trình kiểm tra và giám sát sản xuất PCB. Trên thực tế, với sự phát triển không ngừng của công nghệ, các bảng mạch in (PCB) ngày càng trở nên nhỏ hơn và phức tạp hơn. Thậm chí một bảng mạch đơn giản cũng có thể chứa hàng ngàn thành phần hàn và các mạch điện tử phức tạp.

AOI đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo chất lượng sản xuất PCB. Nó không chỉ giám sát các lỗi và khiếm khuyết trên bề mặt PCB như vết sần, vết xước, hở mạch, ngắn mạch và chất lượng hàn, mà còn có khả năng phát hiện các sai sót trong lắp ráp như lắp sai thành phần, thành phần bị thiếu, và thành phần đặt sai vị trí. Điều này đảm bảo rằng các sản phẩm PCB được sản xuất ra từ dây chuyền đạt chuẩn chất lượng cao và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt.

Trong môi trường cạnh tranh của ngành công nghiệp PCB hiện nay, việc áp dụng công nghệ AOI không chỉ giúp tăng cường tính hiệu quả và độ chính xác trong sản xuất mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và giảm thiểu các lỗi nhân công có thể gặp phải. Việc sử dụng hệ thống kiểm tra quang học tự động (AOI) không chỉ là một xu hướng mà là một yếu tố quyết định sự thành công và bền vững của các nhà sản xuất PCB trong thời đại công nghệ số hiện nay.

Những loại khiếm khuyết có thể được xác định trong AOI?

Những loại khiếm khuyết có thể được xác định trong AOI?

Trong quá trình kiểm tra, hệ thống kiểm tra quang học tự động có thể phát hiện nhiều loại khiếm khuyết khác nhau trên PCB và các thành phần điện tử. Các loại khiếm khuyết bao gồm:

• Khiếm khuyết trên bề mặt: Đây là các vấn đề như các vết sần, vết xước trên bề mặt của PCB. Những khiếm khuyết này có thể làm giảm tính thẩm mỹ và có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của sản phẩm cuối cùng.
• Khiếm khuyết về kích thước: Đây bao gồm các vấn đề như hở mạch (open circuits), ngắn mạch (short circuits), và chất lượng hàn kém. Hở mạch có thể dẫn đến sự ngắt kết nối giữa các mạch trên PCB, trong khi ngắn mạch có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng như thiêu rụi linh kiện. Chất lượng hàn kém có thể dẫn đến sự lỏng lẻo của các mối hàn, gây ra sự cố hoạt động của PCB sau này.
• Sai sót trong lắp ráp: Đây là các vấn đề liên quan đến việc lắp ráp các thành phần sai vị trí, thiếu thành phần cần thiết hoặc đặt sai thành phần. Những lỗi này có thể dẫn đến sự không hoạt động của các linh kiện hoặc không đảm bảo tính chính xác của mạch điện tử.
• Khiếm khuyết trong kết nối SMT (Surface Mount Technology): Đây là các vấn đề như hàn không đủ, thành phần lệch hoặc đảo chiều thành phần trong quá trình sử dụng công nghệ lắp ráp bề mặt. Hàn không đủ có thể dẫn đến kết nối điện không ổn định hoặc mất kết nối, trong khi các thành phần lệch hoặc đảo chiều có thể làm giảm hiệu suất và độ tin cậy của PCB.

Tuy nhiên, AOI có những hạn chế sau:

• Khả năng chỉ kiểm tra bề mặt: AOI chủ yếu tập trung vào việc kiểm tra các lỗi và khiếm khuyết trên bề mặt của PCB, chẳng hạn như các vết sần, vết xước, hở mạch, ngắn mạch và chất lượng hàn. Tuy nhiên, nó không thể phát hiện các lỗi bên trong các lớp PCB nhiều lớp, do AOI chỉ có thể xem xét các vấn đề trên bề mặt của PCB mà không thể đi sâu vào phần trong của các lớp.
• Không thể phát hiện các lỗi do các thành phần ngoại vi gây ra: Một số lỗi như vết cắt, vỡ lỗ có thể xảy ra trong quá trình gia công nếu chúng không đi ra ngoài miếng đệm, và AOI không thể phát hiện các vấn đề này nếu chúng không ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt PCB. Điều này có nghĩa là các lỗi do các thành phần ngoại vi gây ra, như vết cắt hoặc vỡ lỗ, có thể không được AOI phát hiện nếu chúng không phản ánh lên bề mặt PCB một cách rõ ràng.

Vì vậy, mặc dù AOI là công cụ hữu ích trong kiểm tra chất lượng sản xuất PCB, nhưng cần sử dụng kết hợp với các phương pháp kiểm tra khác để đảm bảo tính toàn vẹn và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

Nguyên lý làm việc của hệ thống kiểm tra quang học tự động

Nguyên lý làm việc của hệ thống kiểm tra quang học tự động

Để hoạt động hiệu quả, hệ thống kiểm tra quang tự động (AOI) phụ thuộc vào ba khía cạnh chính: độ sáng, hệ thống chụp ảnh, và phần mềm xử lý.

Độ sáng

Quang học được đặt dưới nguồn sáng có độ chiếu sáng cao nhằm chiếu sáng đồng đều các khu vực trên PCB. Các loại đèn đã phát triển từ đèn huỳnh quang và đèn sợi đốt sang đèn LED với các màu sắc khác nhau như đỏ, xanh lá cây, trắng và xanh lam. Ánh sáng LED mang lại sự ổn định cao hơn và có thể điều chỉnh độ sáng bằng cách tăng cường dòng điện.

Việc lựa chọn vị trí và loại ánh sáng là rất quan trọng để đảm bảo rằng các khiếm khuyết và lỗi trên PCB được làm nổi bật một cách chính xác và dễ dàng nhìn thấy. Điều này giúp hệ thống AOI hoạt động hiệu quả trong việc phát hiện và kiểm tra các vấn đề trong quá trình sản xuất PCB.

Hệ thống chụp ảnh

PCB. Điều này đảm bảo rằng mọi chi tiết nhỏ trên bề mặt PCB đều được ghi lại chính xác. Các camera này có thể được cấu hình để là đơn sắc (black and white) hoặc màu, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của quá trình kiểm tra.

Mỗi camera có thể được điều khiển để di chuyển, điều này giúp tối ưu hóa việc chụp ảnh dưới sự chỉ đạo của phần mềm điều khiển. Việc điều chỉnh vị trí và góc chụp của các camera rất quan trọng để đảm bảo rằng mọi góc độ và phần của PCB được kiểm tra một cách toàn diện và chính xác.

Độ phân giải của máy ảnh quyết định độ chi tiết mà hệ thống kiểm tra quang học tự động có thể nhận diện. Độ phân giải càng cao thì hệ thống có khả năng phát hiện các chi tiết nhỏ và tinh vi hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng máy ảnh có độ phân giải cao cũng ảnh hưởng đến tốc độ của quá trình kiểm tra, vì việc chụp và xử lý các hình ảnh có độ phân giải lớn sẽ tốn nhiều thời gian hơn.

Hệ thống kiểm tra quang học tự động

Phần mềm xử lý

Sau khi chụp ảnh, các hình ảnh được phân tích và xử lý bởi phần mềm tích hợp trong máy AOI. Phần mềm này đảm bảo rằng các lỗi và khiếm khuyết có thể được nhận diện một cách chính xác và hiệu quả. Với tốc độ quét nhanh và lượng dữ liệu lớn, cần phải có phần mềm xử lý mạnh mẽ để quản lý và phân tích các thông tin từ các hình ảnh.

Để máy AOI có thể thực hiện kiểm tra sản phẩm, thông tin về sản phẩm cần được cài đặt và lập trình trong hệ thống. Có hai phương pháp chính để lập trình máy AOI:

1. Sử dụng Golden Board (Bảng vàng):
   • Đây là phương pháp sử dụng một sản phẩm mẫu được xem là hoàn hảo (golden board) làm tiêu chuẩn để so sánh với các sản phẩm khác. Sản phẩm mẫu này được đưa qua hệ thống AOI để quét và quan sát.
   • Máy AOI sẽ sử dụng sản phẩm mẫu này để học và tự động kiểm tra các sản phẩm sau đó, đối chiếu với các tiêu chuẩn đã được thiết lập trước đó. Đây là cách thường được sử dụng để cung cấp dữ liệu đa dạng về các phương sai có thể xuất hiện trong quá trình sản xuất.
2. Lập trình dựa trên thuật toán:
   • Phương pháp này là hệ thống tạo hồ sơ riêng cho từng sản phẩm bằng cách cung cấp dữ liệu sản phẩm cho nó.
   • Thay vì dựa vào một sản phẩm mẫu, hệ thống AOI sẽ sử dụng thuật toán để phân tích từng sản phẩm dựa trên các thông tin đặc thù của nó, chẳng hạn như kích thước, hình dạng, vị trí của các thành phần, và các tiêu chuẩn khác.
   • Phương pháp này yêu cầu sự cài đặt và tinh chỉnh kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của hệ thống AOI trong quá trình kiểm tra sản phẩm.

Cả hai phương pháp đều có mục đích là đảm bảo rằng các sản phẩm được kiểm tra đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng đã được thiết lập, nhằm đảm bảo sự nhất quán và đồng nhất trong quá trình sản xuất.