¿Qué es la AOI con IA? Cómo funciona la inspección óptica automatizada con inteligencia artificial

La AOI con IA es una inspección óptica automatizada (AOI) que usa modelos de aprendizaje automático entrenados, en lugar de reglas construidas a mano, para decidir si cada componente y cada junta de soldadura de un ensamble de tarjeta de circuito impreso (PCBA) está bien o tiene un defecto. Las cámaras y la iluminación son similares a las de una AOI convencional; lo que cambia es cómo se crea el programa de inspección y cómo se toma cada decisión. En la práctica, eso significa un programa construido a partir de una tarjeta conocida como buena en minutos, en lugar de a partir de datos CAD y una biblioteca de componentes durante varias horas, y falsos rechazos (falsas alarmas) que se reducen reentrenando el modelo en lugar de aflojar los umbrales.

¿Qué es la inspección óptica automatizada (AOI)?

La inspección óptica automatizada es una verificación con cámaras de una tarjeta ensamblada. La máquina toma imágenes de la PCBA bajo iluminación controlada, compara lo que ve con lo que debería haber y marca los componentes o juntas que quedan fuera de los criterios de aceptación.

La AOI detecta los defectos visibles desde arriba: componentes faltantes, incorrectos, desplazados o rotados, polaridad invertida, efecto lápida (tombstoning), puentes de soldadura, soldadura insuficiente o en exceso, terminales levantadas y juntas abiertas. No puede ver las juntas ocultas debajo de los cuerpos de BGA o QFN. Esa es la tarea de la inspección automatizada por rayos X (AXI).

Una AOI no repara nada. Clasifica las tarjetas en aprobadas y rechazadas, y le muestra al operador una imagen detrás de cada decisión. Su valor se reduce a dos números: cuántos defectos reales detecta y cuántos componentes buenos marca como malos (falsos rechazos).

¿Cómo funciona la AOI tradicional basada en reglas?

Una AOI basada en reglas inspecciona cada componente con un programa que un ingeniero construye a mano. El programa normalmente se apoya en cuatro entradas.

• Datos CAD o de centroide. Las posiciones X/Y, las rotaciones, los designadores y los números de parte de los archivos de diseño le indican a la máquina dónde debe ir cada componente.
• Una biblioteca de componentes. Cada encapsulado, desde un chip 0402 hasta un QFP de 64 pines, necesita una entrada en la biblioteca que describa su cuerpo, sus terminales y sus pads. Los encapsulados nuevos se agregan a mano y a partir de entonces hay que mantenerlos correctos.
• Ventanas de inspección. El ingeniero coloca recuadros sobre cada cuerpo, terminal, pad y separación donde podría formarse un puente. Cada ventana ejecuta un algoritmo como comparación con plantilla, relación de color, detección de bordes u OCR.
• Umbrales. Cada ventana tiene límites de aprobado/rechazado. Se ajustan contra una tarjeta patrón (golden board) y luego se reajustan contra la variación real de producción, un parámetro a la vez.

Este enfoque funciona, y muchas líneas de alto volumen lo operan bien. El costo es tiempo de ingeniería: la propia comparación de DaoAI sitúa la programación inicial en una máquina basada en reglas en 3 a 5 horas por variante de tarjeta, y varios días para una tarjeta con miles de componentes.

El segundo costo aparece en producción. Cuando se marca una junta buena, la corrección más rápida es ampliar el umbral. Eso silencia el falso rechazo, pero también amplía la banda de aceptación para todos los componentes evaluados con ese parámetro, y así es como los defectos reales empiezan a colarse.

¿Qué cambia con la AOI con IA?

La AOI con IA conserva la óptica, pero reemplaza la mayor parte del programa construido a mano con modelos aprendidos. En el piso de producción importan cuatro diferencias.

1. Autoprogramación a partir de una tarjeta patrón

En lugar de partir del CAD y de una biblioteca, la máquina toma imágenes de una tarjeta conocida como buena, encuentra cada componente y genera por sí misma las ventanas de inspección y los umbrales. En las máquinas DaoAI esto toma de 30 segundos a 5 minutos, con 98% de precisión de detección directamente de la autoprogramación, antes de cualquier ajuste.

La autoprogramación de DaoAI no requiere una biblioteca de componentes precargada, y los datos CAD o BOM son opcionales. Esos datos agregan los designadores y números de parte reales para la exportación al MES y las hojas de reparación, pero no cambian qué se detecta ni cómo se evalúa. Vea cómo funciona la autoprogramación con IA.

2. Modelos aprendidos en lugar de reglas de píxeles

Una ventana basada en reglas compara píxeles contra una plantilla o un rango de color. Un modelo aprendido califica el componente o la junta como un todo, a partir de muchos ejemplos de componentes buenos y defectuosos.

Los modelos de DaoAI parten de un modelo visual fundacional entrenado con más de 1,000,000 de imágenes reales de producción y luego se adaptan a su tarjeta. Por eso un color de cuerpo o una tipografía de marca ligeramente distintos de un segundo proveedor no tienen por qué generar un rechazo, mientras que una terminal levantada sí lo genera.

3. Inspección de tarjeta completa

Toda verificación convencional se ejecuta dentro de una ventana alrededor de un componente. Una bola de soldadura sobre laminado desnudo, o un recorte de alambre entre dos componentes, no queda dentro de ninguna.

La AOI con IA puede agregar una pasada que revise la tarjeta entre los componentes en busca de bolas de soldadura, partículas y objetos extraños (FOD), no solo las regiones alrededor de cada componente.

4. Aprendizaje por retroalimentación

Cuando un operador marca un falso rechazo como OK, un sistema de IA puede agregar esa imagen al conjunto de datos del producto y reentrenar, en lugar de ampliar un umbral. El modelo aprende cómo se ve una variante aceptable, y un defecto real con una puntuación cercana se sigue detectando.

Con este enfoque, la tasa de falsos rechazos de DaoAI puede llegar a alrededor de 1% después del ajuste en un producto. Los detalles están en la página de aprendizaje por retroalimentación.

AOI basada en reglas vs AOI con IA: ¿cómo se comparan?

¿Dónde encaja la AOI en la línea SMT?

Una línea SMT típica consiste en: impresora de stencil, inspección de pasta de soldadura (SPI), pick-and-place, horno de reflujo y luego prueba. La AOI puede ubicarse en varios puntos a lo largo de ella.

• Después de la impresión: la SPI mide el volumen, la altura y el área de la pasta. Es una máquina aparte, no una AOI, pero previene muchos defectos de soldadura que la AOI encontraría después.
• Antes del reflujo: una AOI opcional detecta errores de colocación mientras un componente todavía se puede acomodar a mano.
• Después del reflujo: la posición más común. La máquina ve juntas la colocación y la calidad de la soldadura en la junta terminada.
• Antes y después de la soldadura por ola: las tarjetas through-hole reciben una verificación antes de la ola para inserción y polaridad, y una verificación después de la ola para juntas y puentes.
• Fuera de línea, junto a la línea: máquinas de carga manual para NPI, prototipos, corridas cortas, laboratorios y verificación de retrabajo.

Los resultados de la AOI son más útiles cuando fluyen hacia adelante. Los códigos de defecto, las imágenes recortadas y las imágenes de tarjeta completa exportados al MES permiten que la estación de reparación y los ingenieros de calidad rastreen cualquier decisión hasta una tarjeta y una posición específicas.

¿Cuál es la diferencia entre la AOI 2D y la AOI 3D?

La AOI 2D trabaja con imágenes a color tomadas con iluminación multiángulo. Infiere la forma a partir de cómo se refleja la luz en una junta o un cuerpo, lo cual basta para presencia, polaridad, desplazamiento, puentes y la mayoría de las verificaciones de filetes de soldadura.

La AOI 3D agrega un mapa de alturas medido, normalmente proyectando patrones de luz estructurada desde varias direcciones. Las terminales levantadas, la coplanaridad, los cuerpos inclinados y el volumen de soldadura se vuelven mediciones en lugar de inferencias. La P5 de DaoAI, por ejemplo, usa cuatro unidades de proyección de luz estructurada Scheimpflug, una por dirección, con una precisión de altura de 6 µm o mejor (una especificación de referencia). La P5 y la P5D de doble carril están disponibles para entrega ahora.

La 3D justifica su costo adicional cuando los defectos relacionados con la altura realmente llegan a sus clientes: CI de paso fino tipo ala de gaviota, conectores y ensambles de alta confiabilidad. Para muchas tarjetas, una máquina 2D bien programada cubre la lista de defectos.

¿Qué debe preguntarle a un proveedor de AOI?

1. ¿Qué necesita la programación antes de correr la primera tarjeta? ¿CAD, una biblioteca de componentes, muestras de defectos o solo una tarjeta buena?
2. ¿Cuánto tarda una tarjeta nueva, medido en una de mis tarjetas? Pida verlo, no leer una cifra de folleto.
3. ¿Cómo se reducen los falsos rechazos? ¿Ampliando umbrales, con el proveedor reentrenando un modelo compartido o reentrenando con mis propios ejemplos? ¿Se puede deshacer una actualización?
4. ¿Pueden mis ingenieros ver y modificar cada umbral? ¿Se conservan las ediciones manuales cuando la IA reprograma?
5. ¿Dónde se guardan las imágenes de las tarjetas y los modelos entrenados? ¿En la máquina o en un servicio en la nube fuera de la planta?
6. ¿Qué es estándar y qué es una opción de pago? En las máquinas DaoAI, la autoprogramación, el aprendizaje por retroalimentación, el entrenamiento de modelos y la operación sin conexión son estándar en toda la gama.
7. ¿Qué datos se obtienen? Exportación CSV o al MES, códigos de defecto, reportes de Gage R&R y Cpk, una vista para la estación de reparación.

Hay una lista de verificación más completa en nuestra guía sobre cómo evaluar un sistema de AOI con IA antes de comprarlo.

Preguntas frecuentes

¿La AOI con IA necesita archivos CAD?

No necesariamente. La AOI con IA de DaoAI programa una tarjeta a partir de una tarjeta patrón sin archivos CAD, y la autoprogramación de DaoAI no requiere una biblioteca de componentes precargada. Los datos CAD o BOM se pueden agregar después para aportar los designadores y números de parte reales.

¿La AOI con IA reemplaza a la inspección por rayos X?

No. La AOI, con IA o sin ella, solo ve lo que es visible desde el punto de vista de la cámara. Las juntas ocultas debajo de los cuerpos de BGA, LGA o QFN siguen necesitando rayos X (AXI).

¿Puede la AOI con IA funcionar sin conexión a internet?

Depende del proveedor. Las máquinas DaoAI funcionan completamente en sitio (on-premise), sin nube, sin cuenta y sin conexión fuera de la planta, y el entrenamiento de los modelos ocurre en la propia máquina.

¿La AOI con IA es solo para producción de alto volumen?

No. La programación rápida, el aprendizaje por retroalimentación y la inspección de tarjeta completa ayudan por igual a las líneas de alto volumen y a las de alta mezcla (high-mix), y el trabajo de alta mezcla encaja especialmente bien porque ahí la preparación basada en reglas puede durar más que la corrida. La AOI con IA está disponible en formatos fuera de línea, 2D en línea, 3D en línea y through-hole.

¿Cómo se manejan los falsos rechazos en la AOI con IA?

El operador marca como OK el componente señalado, y el sistema agrega esa imagen al conjunto de datos del producto. Una actualización de IA reentrena el modelo para que deje de rechazar esa variación aceptable, sin ampliar el umbral para los defectos reales.

La forma más rápida de juzgar cualquier AOI es con su propio producto. Envíenos una de sus propias tarjetas y la probaremos por usted, sin costo, o agende una demostración de 30 minutos con un ingeniero de DaoAI y vea en vivo cómo una tarjeta que usted elija se convierte en un programa de inspección.