Когда слышишь про 'высококачественное автоматическое оптическое обнаружение PcB', половина закупщиков сразу представляет себе немецкие установки за полмиллиона евро. А на деле китайское оборудование вроде HTGD AOI-S680V уже лет пять закрывает 95% дефектов на двухсторонних платах с BGA-компонентами. Главное — не гнаться за нанопараметрами, а понять, какие именно дефекты критичны для конкретного производства.
В 2016 году мы поставили первую систему AOI на завод по сборке контроллеров для умных домов. Заказчик требовал обнаруживать перекосы чипов с точностью до 3 микрон — классическая ошибка новичков. На практике оказалось, что их паяльная паста давала подтёки, которые система фиксировала как ложные срабатывания. Пришлось переписывать библиотеку эталонов под специфику их техпроцесса.
До сих пор встречаю мануалы, где рекомендуют универсальные настройки контрастности. На деле для обнаружения отсутствующих компонентов лучше работает режим градаций серого с поправкой на тип покрытия контактных площадок. Особенно капризны платы с ENIG-покрытием — блики от золотого слоя постоянно требуют калибровки освещения.
Кстати, про освещение — четырёхсекционные RGB-светильники в HTGD AOI-350L оказались прорывом. Раньше для керамических конденсаторов приходилось ставить дополнительную боковую подсветку, теперь достаточно программно менять угол падения света. Мелочь, а экономит 12 секунд на цикл проверки шестислойной платы.
До сих пор помню, как в 2019 году уговорил техдира автомобильного завода не брать 25-мегапиксельную камеру для проверки QFN-корпусов. Для их задач хватало 8 Мп с правильным объективом — разрешение 3264×2448 давало точность 18 мкм/пиксель при поле обзора 58×44 мм. Сэкономленные $4000 пустили на систему отбраковки с пневмоприводами.
Советую всегда проверять не только разрешение, но и частоту кадров. Для линий со скоростью выше 25 000 компонентов/час камеры с 30 fps уже не справляются — начинаются пропуски дефектов паяльной пасты. В новых моделях HTGD ставят камеры на 65 fps с прогрессивной развёрткой, но это нужно только для высокоскоростных линий SMT.
Отдельная история — тепловой дрейф. Летом 2022 на одном производстве стали пропадать конденсаторы размером 0201. Оказалось, камера 'плыла' при температуре в цехе выше 28°C. Пришлось экранировать тепло от сервоприводов и добавлять термокомпенсацию в ПО. Теперь в спецификациях всегда смотрим рабочий температурный диапазон.
С BGA-матрицами до сих пор возникают сложности — стандартные алгоритмы часто пропускают отсутствующие шары припоя. Пришлось разрабатывать гибридный метод: сначала ищем контур корпуса через поиск градиентов, потом анализируем шаблон шаров в полярных координатах. Для 0.3mm шаров стабильно работает только такой подход.
Библиотека компонентов в ПО HTGD-AOI 3.7 содержит около 5000 готовых профилей, но для экзотики вроде силовых MOSFET в корпусе D2PAK всё равно приходится делать ручные настройки. Запоминание эталонов занимает 15-20 минут на новый тип корпуса, зато потом ложных ошибок почти нет.
Самый сложный случай — проверка пайки выводных разъёмов. Контраст между пластиком корпуса и медными контактами сбивает алгоритмы. Помог трюк с ИК-фильтром — подсвечиваем область контактов ИК-светодиодами 850 нм, камера с соответствующим фильтром видит только металлические части. В базовом комплекте такой опции нет, заказывали отдельно.
При подключении к старой японской линии JUKI FX-3 столкнулись с проблемой синхронизации. Их контроллер выдавал сигнал готовности платы с задержкой 120 мс, а наш транспортёр уже начинал движение. Пришлось ставить промежуточный ПЛК для согласования таймингов — стандартная ситуация при работе с разнородным оборудованием.
Для совместимости с MES-системами в HTGD добавили протокол обмена данными по SECS/GEM. Но на практике 70% заводов до сих пор используют CSV-выгрузку. Разработали упрощённый вариант — система генерирует отчёт с цветовой маркировкой дефектов, который цеховой техник может просматривать на планшете.
Самая грубая ошибка — установка AOI сразу после пайки оплавлением. Платы ещё не остыли, геометрия отличается от эталонной. Теперь всегда рекомендуем ставить модуль принудительного охлаждения или размещать систему после контрольно-испытательного стола.
Рассчитывали окупаемость для завода по производству блоков питания — даже простейшая HTGD AOI-160W с одной камерой окупилась за 8 месяцев. Основная экономия получилась не на браке, а на сокращении времени настройки линии. Раньше технолог 2 часа в смену тратил на выборочный контроль под микроскопом, теперь только реагирует на сигналы системы.
Для мелкосерийного производства (партии менее 100 плат) автоматическое обнаружение часто невыгодно. Но есть нюанс — если в партии есть BGA-компоненты или микросхемы с шагом выводов менее 0.5mm, ручной контроль вообще неэффективен. Для таких случаев разработали портативные системы AOI на колёсах — перекатывают между линиями по мере необходимости.
Косвенная выгода — система накапливает статистику по дефектам. На одном производстве светодиодных экранов выявили, что 73% ошибок вызваны износом трафарета. Заменили трафарет — процент брака упал с 1.8% до 0.3%. Без систематического анализа такие зависимости не отследить.
Сейчас экспериментируем с комбинацией 2D и 3D-сканирования. Для компонентов типа PoP (Package on Package) 2D-камеры не видят кривизну верхнего корпуса. Добавили лазерный сканер с разрешением 5 микрон по Z — теперь фиксируем даже незначительные перекосы.
ИИ-алгоритмы пока больше маркетинг, чем реальная помощь. Пробовали нейросети для классификации дефектов — на обучение уходит изображений каждого типа брака. Для мелких производств нецелесообразно. А вот для гигантов вроде заводов по сборке смартфонов — уже внедряют.
Самое интересное — мультиспектральный анализ. Тестируем систему с УФ-подсветкой для обнаружения остатков флюса. Пока стабильно работает только на тёмных платах, но технология перспективная. В Shenzhen HTGD Intelligent Equipment Co., Ltd уже анонсировали экспериментальные образцы для ключевых клиентов.
