A.O.I

ما هو تفحص بصري آلي (AOI)؟
AOI يُعرف بتفحص بصري آلي، وهي تقنية ضبط الجودة الحرجة المستخدمة على نطاق واسع في عمليات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) واللوحات المجمعة (PCBA). وتستخدم كاميرات عالية الدقة وأجهيز الاستشعار البصرية وخوارزميات الرؤاءة الآلية لكشف تآوتياً العيوب على اللوحات الدوائر دون تواصل مادي.

كيف يعمل تفحص بصري آلي: عملية التفحص
تعمل فحص التفحص البصري الآلي (AOI) كنظام تحكم في الجودة غير تاكيد، يعتمد على الرؤية لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB/PCBA)، بالاعتماد على التصوير عالي الدقة، والخوارزميات الذكية، والمقارنة مع مرجع لاكتشاف العيوب السطحية. يتتبع عملية الفحص أربع خطوات أساسية متتالية، تضمن الدقة والاتساق عبر خطوط الإنتاج.

إعداد ما قبل الفحص والمعايرة
قبل مسح اللوحات، تتطلب نظام AOI التكوين ليتناسب مع التصميم المحدد للوحة الدوائر المطبوعة (PCB/PCBA):
تحميل بيانات المرجع: استيراد ملف تصميم CAD للوحة المستهدفة أو استخدام عينة ذهبية—وهي لوحة تم التتحقق منها وخالية من العيوب—كمعيار للفحص. يقوم النظام برسم المعايير الرئيسية: مراكز المكونات، أحجام الوسادات، أشكال الوصلات باللحام، وتنسيقات المسارات.
مُعايرة المعايير البصرية: ضبط ظروف الإضاءة لإبراز أنواع مختلفة من العيوب. على سبيل المثال، تُبرز الإضاءة الجانبية ارتفاع وصلات اللحام، في حين تكشف الإضاءة الخلفية انقطاعات في المسارات. قم بمعايرة تركيز الكاميرا ودقتها لالتقاط تفاصيل دقيقة لمكونات كثيفة أو صغيرة الحجم.
تحديد حدود التتسامح: تحديد نطاقات الانحراف المقبولة بالنسبة لموقع المكونات وحجم اللحام وقطبية الاتصال. يمنع هذا حدوث إنذارات كاذبة مع ضمان اكتشاف العيوب الحرجة.

الحصول على الصور
تقوم آلة الفحص البصري الآلي (AOI) بمسح سطح اللوحة المطبوعة (PCB/PCBA) لالتقاط بيانات بصرية عالية الجودة:
يتم نقل اللوحة إلى منطقة الفحص عبر حزام ناقل آلي، لضمان وضع مستقر.
تلتقط كاميرات صناعية عالية السرعة صور للوحة من زوايا متعددة (ثنائية أو ثلاثية الأبعاد، حسب طراز AOI). وتستخدم الفحص البصري الآلي ثلاثي الأبعاد (3D AOI) مسح الليزر لقياس الارتفاع، مما يتيح اكتشاف أدق للحجم الحقيقي لوصلات اللحام واتزان المكونات على السطح.
يقوم النظام بتجميع الصور الفردية في خريطة كاملة وعالية الدقة لسطح اللوحة بالكامل، من أجل فحص شامل وتغطية كاملة.

تحليل الصور واكتشاف العيوب

هذه هي الخطوة الأساسية التي يقوم فيها النظام بتحديد الشذوذ من خلال مقارنة ذكية:
· المقارنة بكافة البكسلات: تتم مقارنة صورة اللوحة الملتقطة مع المرجع المحمل مسبقًا. ويقوم الخوارزمية بتحليل الاختلافات في كثافة البكسلات والشكل والموقع واللون.
· تحديد العيوب: يتم تصنيف الانحرافات التي تتجاوز حدود التسامح المحددة مسبقًا على أنها عيوب محتملة. وتشمل المشكلات المكتشفة بشكل شائع ما يلي:
· المتعلقة بالمكونات: أجزاء مفقودة، أو عكس القطبية، أو عدم محاذاة، أو أنواع مكونات خاطئة.
· المتعلقة باللحام: جسور لحام، لحام غير كافٍ، لحام بارد، أو ظاهرة القبر (tombstoning).
· المتعلقة بلوح الدوائر المطبوعة (PCB): خدوش في المسارات، نقاط توصيل مفقودة، أو أخطاء في الطباعة الحريرية.
· ت enhancement التفحص ثلاثي الأبعاد: تضيف الأنظمة ثلاثية الأبعاد تحليل قياس الارتفاع، مما يسمح بالتمييز بين لحامات القصدير المقبولة والعُيوب مثل القصدير الناقص أو الزائد الذي قد تفوت أنظمة التفحص ثنائية الأبعاد (AOI).

الإبلاغ عن العيوب والإجراءات المتخذة

بعد التحليل، يُولِّد النظام نتائج قابلة للتنفيذ لفرق الإنتاج:
· تصنيف العيوب وتحديدها: يقوم النظام (AOI) بتصنيف العيوب حسب درجة خطورتها ويُعلّم المواقع الدقيقة لها على خريطة اللوحة. وتُفعَّل العيوب الحرجة إنذارات فورية.
· تسجيل البيانات والتَّ reporting: تُخزَّن تقارير التفحص التفصيلية، بما في ذلك أنواع العيوب ومواقعها ومعدلات حدوثها. تدعم هذه البيانات إمكانية التتبع وتساعد المهندسين على تحديد المشكلات المتكررة لتحسين عملية تجميع SMT.
· التعامل بعد الفحص: تُوجَّه اللوحة إما إلى محطة إصلاح لتصحيح العيوب، أو تُحوَّل إلى المرحلة الإنتاجية التالية إذا لم يتم اكتشاف أي عيوب.

مراحل التطبيق الرئيسية في إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA)

يتم نشر نظام (AOI) في عدة نقاط تفحص لضمان التَّضَمين الشامل للجودة:
· فحص ما قبل لحام التплав: يتحقق من دقة تركيب المكونات، والاستقطاب، والوجود قبل عملية لحام التплав، ويمنع دخول مكونات معيبة إلى فرن التплав.
· فحص ما بعد لحام التплав: وهو التطبيق الأكثر شيوعًا، حيث يتحقق من جودة وصلات اللحام وسلامة المكونات بعد عملية لحام التплав.
· فحص ما بعد التجميع: يقوم بفحص نهائي للوحة الدوائر المطبوعة المكتملة (PCBA) لضمان مطابقتها للمعايير التصميمية والصناعية قبل الشحن.

ما الذي يتحقق فيه AOI؟
التفتيش البصري الآلي هو أداة ضبط الجودة غير تلامسية تُستخدم في تصنيع اللوحات الدوائر المطبوعة (PCB/PCBA)، ويتم تصميمها لكشف العيوب السطحية من خلال مقارنة صور اللوحة مع عينات مرجعية أو بيانات CAD. وتشمل عمليات الفحص ثلاثة مجالات أساسية عبر مراحل الإنتاج المختلفة:

عيوب الركيزة (اللوحة) PCB

قبل تجميع المكونات، يفحص AOI اللوحة الفارغة (PCB) من حيث السلامة الهيكلية:
· عيوب المسارات: خدوش، انقطاعات (دوائر مفتوحة)، دوائر قصيرة، أو عروق مسارات غير صحيحة.
· مشاكل الوسادات: وسادات مفقودة، وسادات غير محاذاة، أكسدة الوسادات، أو أسطح وسادات غير متساوية.
· عيوب السطح: تلوث، جزيئات الغبار، تقشر طبقة الحماية من اللحام، أو طباعة الشاشة الحريرية غير الصحيحة (مثل تسميات مكونات خاطئة).
· عيوب الثقوب: ثقوب الاتصال (Vias) غير المحاذية، ثقوب مفقودة، أو ثقوب محفورة أكبر/أصغر من المطلوب.

عيوب تركيب المكونات

في مرحلة ما قبل إعادة التدفق (بعد تركيب المكونات، وقبل اللحام)، يقوم الفحص البصري الآلي (AOI) بالتحقق من دقة المكونات:
· وجود/عدم وجود المكونات: مكونات مفقودة أو مكونات إضافية (غير مخططة) على اللوحة.
· أخطاء في المحاذاة: مكونات غير محاذية، وضع غير دقيق، أو دوران يتجاوز حدود التحمل.
· مشكلات القطبية: قطبية المكون معكوسة.
· مكونات خاطئة: نوع جزء خاطئ، قيمة خاطئة، أو حجم عبوة غير متطابق.
· عيوب الأطراف: أطراف مرتفعة، أطراف منحنية، أو أطراف غير مثبتة بشكل صحيح على الوسادات.

عيوب وصلات اللحام

في مرحلة ما بعد إعادة التدفق (بعد اللحام)، يركز الفحص البصري الآلي (AOI) على جودة اللحام — وهي الوجهة الأكثر شيوعًا للفحص:
· لحام غير كافٍ: وصلات ضعيفة أو غير مكتملة قد تؤدي إلى تواصل كهربائي سيئ.
· لحام زائد: وصلات ضخمة قد تسبب دوائر قصيرة.
· الجسور اللحامية: وصلات لحام غير مرغوبة بين الوسادات أو المسارات المجاورة.
· لحام بارد: وصلات باهتة وحبيبية وضعيفة الالتصام، ناتجة عن تسخين غير كافٍ أثناء عملية إعادة الذوبان.
· الظاهرة الحجرية (Tombstoning): ميل المكون (ارتداد أحد طرفيه عن الوسادة) بسبب ذوبان اللحام غير المتساوي.
· كريات اللحام: جزيئات صغيرة عائبة من اللحام قد تؤدي إلى دوائر قصيرة في اللوحات المطبوعة الكثيفة.

الفحوصات النهائية بعد التجميع

للوحدة المجمعة بالكامل (PCBA)، تقوم الفحص البصري الآلي (AOI) بفحص نهائي شامل:
· اكتمال التجميع العام والامتثال للمواصفات التصميمية.
· تضرر المكونات أثناء عملية اللحام أو المعاينة.
· الامتثال لمعايير الصناعة الخاصة بجودة وصلات اللحام ووضع المكونات.

تُعد فحوصات الفحص البصري الآلي سريعة وثابتة ويمكن إجراء تتبع لها — وتُنتج تقارير مفصلة عن العيوب لمساعدة الشركات المصنعة على تحسين عمليات الإنتاج وتقليل معدلات فشل المنتجات.

أنواع فحص البصر الآلي (AOI): فحص البصر الآلي ثنائي الأبعاد مقابل فحص البصر الآلي ثلاثي الأبعاد
في ضبط جودة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB/PCBA)، ينقسم الفحص البصري الآلي (AOI) بشكل أساسي إلى نوعين هما: AOI ثنائي الأبعاد وAOI ثلاثي الأبعاد، وذلك استنادًا إلى مبادئ التصوير والقياس. وكلا التقنيتين تخدمان اكتشاف العيوب، لكن تختلفا بشكل كبير في الدقة، وحالات الاستخدام، والقدرات الأساسية، خاصة بالنسبة للوحات الدوائر الحديثة عالية الكثافة وصغيرة الحجم.

aOI ثنائي الأبعاد
المبدأ الأساسي: يستخدم تقنية التصوير الثنائي الأبعاد المستوي، بالاعتماد على كاميرات صناعية عالية الدقة وإضاءة متعددة الزوايا لالتقاط صور ثنائية الأبعاد لأسطح لوحات الدوائر المطبوعة (PCB/PCBA). ويتم اكتشاف العيوب من خلال مقارنة الشكل المستوي، والحجم، واللون للمكونات، ووصلات اللحام، وخطوط التوصيل مع بيانات مرجعية من CAD أو عينات معيارية.
الميزات الرئيسية
· المزايا:
تكلفة المعدات منخفضة وسهولة الصيانة، مما يجعلها مناسبة للمصانع الصغيرة والمتوسطة ذات احتياجات فحص أساسية.
سرعة مسح سريعة، مثالية لخطوط الإنتاج العالية الحجم للوحات الدوائر المطبوعة القياسية.
فعالة للكشف عن العيوب المستوية.
· القيود:
تلتقط فقط المعلومات المستوية للسطح، ولا يمكنها قياس الارتفاع أو الحجم. وغالبًا ما تخطئ في تقييم أو تفويت العيوب المرتبطة بالبعد الثلاثي.
عرضة للإنذارات الكاذبة بسبب تغيير زاوية الإضاءة أو اختلافات في لون المكونات.
أقل فعالية بالنسبة للمكونات ذات المقياس الدقيق واللوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة.
· سيناريوهات التطبيق النموذجية
فحص ما قبل لحام اللوحة (التحقق من وجود المكونات، القطبية، وانحراف التركيب) للوحات الدوائر المطبوعة منخفضة الكثافة.
فحص العيوب البسيطة في وصلات اللحام على لوحات الدوائر المطبوعة للأجهاز الاستهلاكية.
خطوط الإنتاج الحساسة للتكلفة ذات المتطلبات الأساسية للجودة.

3D AOI
المبدأ الأساسي: يجمع بين التصوير المسطح ثنائي الأبعاد والتecnولوجيا لقياس الارتفاع ثلاثي الأبعاد (عادةً عن طريق المثلثة بالليزر أو المسح الضوئي المنظم). ويُسقط ضوء الليزر أو الضوء المنظم على سطح اللوحة المطبوعة (PCB/PCBA)، ويحسب الإحداثيات ثلاثية الأبعاد لكل نقطة من خلال تحليل زاوية انعكاس الضوء وانزياحه، ثم يُكوّن نموذلًا ثلاثيًا كاملاً للوحة. ويتم الكشف عن العيوب بالاعتماد على بيانات الموقع المسطح والارتفاع/الحجم معاً.
الميزات الرئيسية
· المزايا:
قياس دقيق لارتفاع وحجم الوصلة اللحامية و coplanarity المكونات — مما يلغي التنبيهات الكاذبة الناتجة عن القيود المسطحة ثنائية الأبعاد. ويمكنه تحديد بدقة عيوب مثل لحيم ناقص، لحيم زائد، ظهور ظاهرة الـtombstoning، وأطراف مرفوعة.
دقة كشف عالية للعناصر ذات الماسة الدقيقة والعناصر المعقدة، وهي شائعة في إلكترونيات السيارات، والأجهزة الطبية، ولوحات الفضاء الجوي.
يدعم تحليل كمي للعيوب، مما يمكن تحسين العمليات القائمة على البيانات.
· القيود:
تكلفة المعدات أعلى وزمن المسح أطول مقارنة بـ 2D AOI.
مهمة معايرة وصيانة أكثر تعقيدًا، وتتطلب فنيين متخصصين.
· سيناريوهات التطبيق النموذجية
فحص ما بعد إعادة التسخين للوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة وعالية الدقة.
فحص الوصلات اللحامية المعقدة (BGA، QFN) والمكونات المصغرة.
خطوط إنتاج ذات متطلبات جودة صارمة.

AOI في PCB وSMT: سيناريوهات التطبيق الرئيسية
التفتيش البصري الآلي هو أداة ضبط الجودة الضرورية في جميع مراحل تصنيع اللوحات الدوائر المطبوعة والتجميع السطحي. ويتم نشره عند نقاط ضبط إنتاجية حرجة لضمان الكشف المبكر على العيوب، وتقليل تكاليف إعادة العمل، والحفاظ على جودة منتجات ثابتة. فيما يلي سيناريوهات التطبيقات الأساسية، مصنفة حسب مرحلة الإنتاج.

تطبيقات AOI في تصنيع اللوحات الدوائر المطبوعة (فحص اللوحات الفارغة)
يُستخدم فحص AOI للتحقق من سلامة الهيكلية للوحات الدوائر المطبوعة الفارغة قبل تركيب المكونات، بهدف اكتشاف العيوب الناتجة عن عمليات النقش، والثقب، وتطبيق طبقة التحديد بالقصدير.

فحص ما بعد النقش
· الهدف: التتحقق من عيوب المسارات التي تؤثر على التوصيل الكهربائي.
· العيوب المكتشفة: الدوائر المفتوحة (مسارات مكسورة)، والدوائر القصيرة (اتصالات غير مرغوبة بين المسارات)، واختلافات عرض المسار، ونقص في النقش/زيادة في النقش، وفقدان مناطق العزل (anti-pads).
· القيمة: اكتشاف العيوب الكهربائية الحرجة في المراحل المبكرة، ومنع إجراء إصلاحات مكلفة بعد تركيب المكونات.

فحص ما بعد تطبيق طبقة التحديد بالقصدير وطباعة السلكسكرين
· الهدف: التتحقق من دقة تغطية طبقة التحديد بالقصدير ودقة طباعة السلكسكرين.
· العيوب المكتشفة: تقشير طبقة التحديد بالقصدير، وفتحات طبقة التحديد غير محاذية، وفقاعات في طبقة التحديد بالقصدير، ووسوم السلكسكرين الخاطئة، وطمسات على السلكسكرين.
· القيمة: ضمان حماية طبقة التحديد بالقصدير للمسارات من الأكسدة، ومساعدة السلكسكرين في عملية تركيب المكونات اللاحقة وتشخيص الأعطال.

فحص ما بعد الثقب/الثغرات (Vias)
· الغرض: فحص الثقوب والثغور المحفورة للتحقق من دقتها الميكانيكية.
· العيوب المكتشفة: ثقوب غير محاذا، ثغور بحجم زائد أو ناقص، ثغور مسدودة (انسداد غير مقصود)، وثغور مفقودة.
· القيمة: يضمن اتصالات طبقية موثوقة في الألواح متعددة الطبقات.

تطبيقات AOI في عملية تجميع SMT
تُعد SMT القلب في إنتاج PCBA، ويتم نشر AOI في ثلاث مراحل رئيسية لتغطية جودة تركيب المكونات واللحام.

AOI قبل إعادة التплав
· التiming: بعد تركيب المكونات بواسطة آلات التقاط-والتركيب، قبل دخول اللوحة إلى فرن إعادة التплав.
· الغرض: التتحقق من دقة تركيب المكونات قبل اللحام—وهو أكفء نقطة تفحص من حيث التكلفة لإصلاح العيوب.

العيوب المكتشفة:
مشاكل المكونات: مكونات مفقودة، مكونات إضافية، نوع أو قيمة خاطئة للمكون، عكس القطبية.
مشاكل التركيب: انحراف المكون، دوران خارج التسمح، أطراف مرفوعة، والمكونات غير موضوعة بشكل صحيح على الوسادات.
القيمة: تتجنب دخول لوحات معيبة إلى فرن إعادة الذوبة، مما يقلل هدر اللحام وإعادة العمل اليدوي.

فحص بصري آلي بعد إعادة الذوبة
التوقيت: مباشرة بعد خروج اللوحة من فرن إعادة الذوبة (السيناريو الأكثر استخدامًا للفحص البصري الآلي في تقنية التركيب على السطح).
الغرض: فحص جودة وصلات اللحام وسلامة المكونات بعد عملية التحريقة.

العيوب المكتشفة:
عيوب وصلات اللحام: جسور اللحام (دوائر قصيرة بين الوسادات)، لحام ناقص، لحام زائد، لحام بارد (تماس غير كافٍ)، ظهور الحجر (ميلان المكون)، وكرات اللحام.
تلف المكونات: أجسام الدوائر المتكاملة المتشققة، أطراف مثنيّة نتيجة حرارة التحريقة العالية، والمكونات المزاحة.
القيمة: يضمن أن وصلات اللحام تفي بمعايير IPC ويمنع حدوث مشكلات في موثوقية المنتجات النهائية.

فحص بصري آلي بعد التجميع
التوقيت: بعد الإدخال اليدوي للمكونات من النوع عابر للثقب (إن وجد) واختبار الوظائف.
الغرض: إجراء فحص شامل نهائي للوحة الدوائر الكهربائية المجمعة بالكامل (PCBA).
العيوب المكتشفة: مكونات ثقبية ناقصة، لحام يدوي غير صحيح، وصلات تالفة، ووجود بقايا صهارة أو تلوث على سطح اللوحة.
القيمة: يعمل كبوابة جودة نهائية قبل الشحن، ويضمن وصول منتجات مؤهلة فقط إلى العملاء.

سيناريوهات تطبيق متخصصة للصناعات عالية الموثوقية

بالنسبة للصناعات ذات المتطلبات الصارمة للجودة، يتم تكييف فحص AOI وفقًا للاحتياجات المحددة:

· الإلكترونيات السيارات: يُستخدم فحص AOI ثلاثي الأبعاد لفحص لوحات الدوائر الخاصة بوحدات التحكم في المحرك (ECUs) وأنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS)، مع التركيز على استواء وصلات اللحام ومدى موثوقية المكونات في ظل درجات الحرارة العالية.
· الأجهزة الطبية: يتحقق AOI من لوحات الدوائر المستخدمة في أجهزة تنظيم ضربات القلب وأجهزة التشخيص الطبي، ويضمن خلوها تمامًا من العيوب للامتثال لمعايير إدارة الغذاء والدواء (FDA) وISO 13485.
· الفضاء الجوي والدفاع: يقوم فحص AOI عالي الدقة ثلاثي الأبعاد بفحص لوحات الدوائر المصغرة وكثيفة المكونات المستخدمة في أنظمة الطيران، ويكتشف العيوب المجهرية التي قد تؤدي إلى فشل النظام في الظروف القاسية.