利用自動視覺檢測完成電子組裝質(zhì)量的高速驗證
轉(zhuǎn)載于Control Engineering China
質(zhì)量大師戴明博士曾在針對制造業(yè)的14個規(guī)則中強(qiáng)調(diào)，質(zhì)量并不可以在工藝或產(chǎn)品中“檢查”出來，不過他的思維是在戰(zhàn)后對日本工業(yè)的研究中形成的，由此也引起了檢查在整個現(xiàn)代電子制造業(yè)所擔(dān)當(dāng)角色的爭議。但是，他的見解是否仍然適用于現(xiàn)代電子制造呢？
戴明博士曾指出：“百分之九十的產(chǎn)品缺陷源于一個共因，即工藝長期運行在不可接受的操作水平而出現(xiàn)的慢性問題?！卑创擞^點，簡單地使用檢查來排除有缺陷的產(chǎn)品并不能解決根本問題。檢查還應(yīng)包括收集證據(jù)以找出需要改善之處，及監(jiān)控各種行動對于整個工藝的影響。換句話說，檢查的作用就在于減少對檢查的依賴。
2Di視覺檢測系統(tǒng)可以利用圖像顯示出工藝品質(zhì)通過與否。
如果將該方法用于絲網(wǎng)印刷工藝中，戴明博士大概會贊成采用自動檢查來建立“受控工藝”。例如，利用二維視覺檢測(2Di)系統(tǒng)檢驗第一批板卡上的焊膏涂敷，并提取有關(guān)焊膏涂敷量、對準(zhǔn)程度和網(wǎng)板孔徑等數(shù)據(jù)，然后透過統(tǒng)計工藝控制工具深入分析這些數(shù)據(jù)，找出設(shè)置缺陷和工藝行為趨勢。統(tǒng)計工藝控制給出的結(jié)果可以在展開大規(guī)模生產(chǎn)之前完善工藝，并對包括網(wǎng)板清洗頻率和補給焊膏時間間隔等提出適當(dāng)?shù)慕ㄗh。
工藝優(yōu)化后，印刷就可以順暢地進(jìn)行，并無需例行檢查。但其實這并不盡然，戴明博士的理論暗示有10%的產(chǎn)品缺陷并非出于工藝控制和產(chǎn)品設(shè)計的不足?？梢钥隙?，他對于通過工藝的修正來減少對檢查依賴的觀點是成立的。不過，自從戴明博士開展其改變?nèi)藗儗τ谌毡局圃鞓I(yè)看法的工作以來(結(jié)果出現(xiàn)了他的14個規(guī)則)，制造業(yè)經(jīng)歷了很大的變遷。例如當(dāng)今制造商在很大程度上受到設(shè)計或制造缺陷在生產(chǎn)中帶來廢品的困擾，因此在生產(chǎn)車間建立防止缺陷產(chǎn)品的規(guī)則非常盛行。
為了強(qiáng)調(diào)這一點，面向電子組裝的各種檢查工藝和技術(shù)也是層出不窮。現(xiàn)在的電子組裝廠家一般都會在整個組裝流程中執(zhí)行多個自動光學(xué)和X射線檢查工序，不同形式的光學(xué)檢查通常會隨組裝工藝的不同階段進(jìn)行，從印刷后的焊膏視像檢查到元件置放檢查，再到回流焊處理后的焊接點檢查。戴明博士會同意這樣做嗎？他并不反對這類檢查，只是不贊成這些檢查結(jié)果被不適當(dāng)?shù)厥褂谩?/P>
如果沒有檢查，結(jié)果將會怎樣
盡管時過境遷，戴明博士的思想仍在繼續(xù)影響工藝檢查工程方法，比如為何檢查？如何檢查？業(yè)界是否已接受質(zhì)量不能在產(chǎn)品制造中檢查出來的觀點？能否將針對質(zhì)量而設(shè)的工藝檢查從防止廢品的例行檢查中分開出來？如果這類例行檢查可以接受，是否需要為每個受檢對象采集一套完整的定量數(shù)據(jù)？
這些問題已對現(xiàn)有檢查系統(tǒng)的功能和用途造成影響。舉例來說，DEK的2Di焊膏檢查系統(tǒng)可以用來采集數(shù)據(jù)以驅(qū)動統(tǒng)計工藝控制工具，并且讓用戶在超過預(yù)設(shè)閾值時發(fā)出警報。如果系統(tǒng)檢測到焊膏涂敷量不夠(例如由網(wǎng)板穿孔堵塞引起)，便會記錄下來，或者向報警裝置發(fā)出警告，用戶甚至可以規(guī)定當(dāng)超過某一閾值時便停止組裝。系統(tǒng)也可對欠量或過量的焊膏涂敷及檢測到的焊點連通或網(wǎng)板對位問題做出響應(yīng)。網(wǎng)板本身也會進(jìn)行檢查，以確定是否有污染或網(wǎng)孔堵塞，如檢測到超出閾值的情況也會啟動警報。
戴明博士可能會贊成這類新興處理方法，甚至還會建議重新定義這些措施，即對各個受檢對象的預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行例行檢查會作為一個驗證過程而不是完整的檢查。
作為這個概念的第一代實施方案，在2Di等標(biāo)準(zhǔn)檢查系統(tǒng)上添加閾值檢測功能已非常奏效，可向車間操作人員提供直截了當(dāng)?shù)男畔ⅲ⑶矣兄跈z測故障單元。不過，這些信息都基于能對工藝進(jìn)行完整定量分析的相同數(shù)據(jù)，此外這套數(shù)據(jù)源于各個受檢點靜止圖象。今天的組裝廠家都面對沉重的時間壓力，在制造過程中必須分秒必爭，留給驗證的時間往往只有幾秒，因此驗證的覆蓋范圍非常有限。
驗證：非定量檢查
借鑒肉眼檢驗?zāi)甏臋z驗員所采用的檢查技術(shù)，也許能找到解決方案。這些檢驗員受過訓(xùn)練，利用肉眼查看剛經(jīng)過加工的板卡。他們不會對通過檢驗站的受檢板卡收集定量數(shù)據(jù)，但卻能準(zhǔn)確地判斷板卡的好壞。當(dāng)然，如今大多數(shù)具有高I/O密度的精細(xì)間距半導(dǎo)體器件及具有超小型外形的SMD無源器件使得肉眼根本無法檢查，更何況人腦的持久力和可重復(fù)性都是一個問題。但這個情況非常有趣：除了完整的檢查之外，在短時間內(nèi)進(jìn)行直截了當(dāng)?shù)摹昂门c壞”檢驗或許可行。
要將這個過程自動化，就需要不同的處理方法，也就是說不應(yīng)該從各個焊膏涂敷點或焊接點收集大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)。工藝設(shè)計人員需要針對被檢對象，比如說焊膏涂敷，找出為數(shù)不多但卻能決定涂敷焊膏能否形成良好焊接點的關(guān)鍵因素；系統(tǒng)只能以很少的輸入數(shù)據(jù)工作，并需要不同的圖像分析技術(shù)和算法。為了以足夠高的速度收集這些數(shù)據(jù)并能覆蓋板卡的大部分，具有視頻流處理功能的新型視像系統(tǒng)便應(yīng)運而生，而在每個受檢據(jù)點采集靜止圖象并不足以滿足需求。
因此，創(chuàng)制新一代自動驗證方案需要重新開始，以新的參數(shù)工作，并對機(jī)器視像和分析采取嶄新的部署。例如DEK的Hawkeye印刷驗證系統(tǒng)便針對了這些要求，它與進(jìn)行完整檢查的2Di系統(tǒng)一起工作，用于驗證經(jīng)過2Di篩選和優(yōu)化的工藝所生產(chǎn)的產(chǎn)品。Hawkeye與2Di采用相同的處理硬件，但由于輸入和輸出數(shù)據(jù)較為簡單，因此可以在較短的工序時間內(nèi)覆蓋更大的范圍，而無需提高處理能力。該系統(tǒng)需要一個可以高幀速進(jìn)行影像流的攝像機(jī)，并配備匹配的高速率、高輸出照明系統(tǒng)。因此，現(xiàn)有的2Di系統(tǒng)只須通過攝像機(jī)和軟件的升級便可加入高速驗證功能，實現(xiàn)系統(tǒng)升級。
在產(chǎn)品設(shè)置的過程中，系統(tǒng)能告訴編程人員或工藝工程師每個區(qū)域所需的檢驗時間，這些時間應(yīng)設(shè)置于生產(chǎn)線工藝周期范圍內(nèi)。這類時序數(shù)據(jù)一般都能從統(tǒng)計工藝控制軟件在新產(chǎn)品導(dǎo)入(NPI)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中獲得，視板卡大小和電路不同區(qū)域相對復(fù)雜程度而定，系統(tǒng)可針對所選區(qū)域設(shè)置優(yōu)先次序，并可快速進(jìn)行多次重復(fù)，在給定的時間內(nèi)覆蓋最廣泛的范圍和那些最有可能出現(xiàn)缺陷的據(jù)點。加大攝像機(jī)的視場當(dāng)然能在給定時間內(nèi)增加可捕捉影像的數(shù)據(jù)量，我們也正在研究各類型的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，務(wù)求用戶能對機(jī)器的驗證功能實現(xiàn)進(jìn)一步控制，以配合當(dāng)前和日后的生產(chǎn)需要。
為了完成可投入生產(chǎn)的驗證系統(tǒng)，還需要直接報告檢驗是否通過的圖像顯示，并能輸出相應(yīng)的信號，以便在下一個工序中自動剔除未能通過的板卡。DEK采用Instinctiv圖形化觸屏式用戶界面(這是大部分新型印刷平臺的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備)支持Hawkeye系統(tǒng)的控制和監(jiān)視功能。系統(tǒng)設(shè)置和閾值都可通過屏幕拖放操作來調(diào)校，這樣就可簡易設(shè)置多層次指示、警告和報警系統(tǒng)。用戶還可利用系統(tǒng)配置的Instinctiv用戶界面軟件提供的觸摸屏按鈕，快速進(jìn)行2Di檢查和Hawkeye驗證之間的切換。
本文結(jié)論
戴明博士對于檢查的使用和限制的觀點無論在過去還是目前的電子制造業(yè)都十分適用，但是現(xiàn)代制造業(yè)所面對的情況是，組裝廠家需要得到高度的保證，生產(chǎn)線上的每個工序都必須準(zhǔn)確及全面地完成。在制造階段對產(chǎn)品或工藝進(jìn)行質(zhì)量檢查或許是一個錯誤，但有別于檢查的高速驗證卻是很好的輔助工具，可作為例行措施于大批量生產(chǎn)中應(yīng)用。
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