2:21 · AI Programming trên panel 2×2, sau đó là AI Feedback từ 1:41.
Kiểm tra quang học tự động (AOI) là gì?
Kiểm tra quang học tự động là quá trình kiểm tra bo mạch sau lắp ráp bằng hệ thống camera. Máy chụp ảnh PCBA dưới điều kiện chiếu sáng được kiểm soát, so sánh hình ảnh thu được với tiêu chuẩn chấp nhận, và gắn cờ cảnh báo các linh kiện hoặc mối hàn không đạt yêu cầu.
AOI phát hiện các lỗi nhìn thấy được từ phía trên: thiếu linh kiện, sai linh kiện, lệch hoặc xoay linh kiện, ngược cực, dựng bia (tombstoning), cầu hàn, thiếu hoặc thừa thiếc hàn, chân linh kiện bị kênh và hở mối hàn. Máy không thể nhìn thấy các mối hàn ẩn dưới thân BGA hoặc QFN. Đó là nhiệm vụ của kiểm tra X-ray tự động (AXI).
Máy AOI không sửa chữa lỗi. Máy phân loại bo mạch thành đạt (pass) hoặc lỗi (fail) và hiển thị cho người vận hành hình ảnh tương ứng với từng cảnh báo. Giá trị cốt lõi của máy nằm ở hai con số: phát hiện được bao nhiêu lỗi thực tế và gắn cờ nhầm bao nhiêu linh kiện tốt thành lỗi (cảnh báo giả).
AOI truyền thống dựa trên quy tắc (rule-based AOI) hoạt động như thế nào?
Rule-based AOI kiểm tra từng linh kiện bằng một chương trình do kỹ sư lập trình thủ công. Chương trình này thường dựa vào bốn yếu tố đầu vào.
- Dữ liệu CAD hoặc centroid. Tọa độ X/Y, góc xoay, ký hiệu định danh và mã linh kiện từ tệp thiết kế cho máy biết vị trí chuẩn của từng linh kiện.
- Thư viện linh kiện. Mỗi loại đóng gói, từ chip 0402 đến QFP 64 chân, đều cần một mục trong thư viện mô tả thân, chân và pad hàn của linh kiện. Các package mới phải được thêm thủ công và luôn phải duy trì độ chính xác về sau.
- Cửa sổ kiểm tra. Kỹ sư đặt các khung hộp lên từng thân linh kiện, chân hàn, pad và khoảng hở nơi cầu hàn có thể hình thành. Mỗi cửa sổ sẽ chạy một thuật toán như so khớp mẫu, tỷ lệ màu sắc, phát hiện biên dạng hoặc OCR.
- Ngưỡng dung sai. Mỗi cửa sổ đều có các giới hạn đạt/lỗi. Những ngưỡng này được tinh chỉnh dựa trên bo mạch mẫu (golden board), sau đó tinh chỉnh lại theo biến thiên thực tế trong sản xuất, từng tham số một.
Cách tiếp cận này hiệu quả và nhiều dây chuyền sản xuất khối lượng lớn vẫn vận hành tốt. Điểm đánh đổi là thời gian kỹ thuật: số liệu so sánh thực tế của DaoAI cho thấy việc lập trình ban đầu trên máy rule-based mất từ 3 đến 5 giờ cho mỗi biến thể bo mạch, và vài ngày đối với bo mạch có hàng nghìn linh kiện.
Chi phí đánh đổi thứ hai xuất hiện trong quá trình sản xuất. Khi một mối hàn tốt bị báo lỗi nhầm, cách xử lý nhanh nhất là nới rộng ngưỡng dung sai. Việc này loại bỏ cảnh báo giả, nhưng cũng vô tình mở rộng khoảng chấp nhận cho mọi linh kiện được đánh giá bằng tham số đó, khiến các lỗi thực tế bắt đầu bị lọt lưới.
AI AOI tạo ra thay đổi gì?
AI AOI giữ nguyên hệ thống quang học nhưng thay thế phần lớn việc lập trình thủ công bằng các mô hình học sâu. Dưới đây là bốn điểm khác biệt then chốt trong nhà xưởng sản xuất.
1. Tự động lập trình từ một bo mạch mẫu
Thay vì bắt đầu từ CAD và thư viện linh kiện, máy chụp ảnh một bo mạch chuẩn đã biết, tự động nhận diện từng linh kiện và tự tạo các cửa sổ kiểm tra cùng ngưỡng dung sai. Trên các dòng máy của DaoAI, quy trình này chỉ mất từ 30 giây đến 5 phút, đạt độ chính xác phát hiện 98% ngay sau khi tự động lập trình mà chưa cần tinh chỉnh.
Tính năng tự động lập trình của DaoAI không yêu cầu thư viện linh kiện tạo sẵn, và dữ liệu CAD hoặc BOM là tùy chọn. Dữ liệu này giúp bổ sung ký hiệu định danh và mã linh kiện thực tế để xuất sang MES và phiếu sửa chữa, chứ không làm thay đổi việc phát hiện lỗi hay phương pháp đánh giá. Xem cách hoạt động của tính năng tự động lập trình AI.
2. Mô hình học sâu thay vì quy tắc điểm ảnh
Cửa sổ theo quy tắc so sánh các điểm ảnh với một mẫu chuẩn hoặc dải màu. Trong khi đó, mô hình học sâu chấm điểm tổng thể linh kiện hoặc mối hàn dựa trên nhiều ví dụ thực tế về các chi tiết đạt chuẩn và lỗi.
Các mô hình của DaoAI khởi đầu từ mô hình thị giác nền tảng được huấn luyện trên hơn 1,000,000 hình ảnh sản xuất thực tế, sau đó tự thích ứng với bo mạch của bạn. Đó là lý do tại sao màu thân linh kiện hơi khác một chút từ nhà cung cấp thứ hai hay font chữ in khác biệt không bị báo lỗi sai, trong khi chân linh kiện bị kênh vẫn được phát hiện chính xác.
3. Kiểm tra toàn bộ bo mạch
Mọi phép kiểm tra thông thường đều chạy bên trong một cửa sổ bao quanh linh kiện. Một hạt thiếc hàn rơi trên bề mặt phíp đồng trần, hay một mẩu chân linh kiện kẹt giữa hai linh kiện, đều nằm ngoài các cửa sổ đó.
AI AOI có thể quét bổ sung toàn bộ bề mặt bo mạch ở khu vực giữa các linh kiện để tìm kiếm hạt thiếc, bụi bẩn và dị vật lạ (FOD), chứ không chỉ giới hạn ở khu vực xung quanh từng linh kiện.
4. Học từ phản hồi
Khi người vận hành xác nhận một cảnh báo giả là OK, hệ thống AI có thể thêm hình ảnh đó vào bộ dữ liệu của sản phẩm và huấn luyện lại, thay vì nới rộng ngưỡng dung sai. Mô hình sẽ học được dạng biến thể nào là chấp nhận được, trong khi các lỗi thực sự có điểm số tương đương vẫn bị phát hiện.
Với phương pháp này, tỷ lệ cảnh báo giả của DaoAI có thể đạt khoảng 1% sau khi tinh chỉnh trên sản phẩm. Chi tiết có tại trang học từ phản hồi (feedback learning).
Hệ thống AI AOI hiện đại còn bao quát những gì?
Bên cạnh tính năng tự động lập trình và học từ phản hồi (feedback learning), hệ thống AI AOI hiện đại còn tích hợp các hạng mục kiểm tra và công cụ sản xuất này vào cùng một quy trình làm việc.
Kiểm tra panel và array
Kiểm tra panel và array cho phép bạn lập trình một bo mạch và kiểm tra toàn bộ panel: số hàng, số cột và khoảng cách được nhận diện trực tiếp từ hình ảnh, với từng sub-panel được báo cáo riêng biệt. Video minh họa phía trên hiển thị một panel 2×2.
AI OCR & OCV cho ký mã hiệu linh kiện
AI OCR & OCV xử lý các ký mã hiệu linh kiện ngay trong chương trình kiểm tra. OCR đọc các nội dung in không định trước, chẳng hạn như số sê-ri; OCV xác nhận ký mã hiệu dự kiến có hiện diện và chính xác hay không.
Phát hiện hở mối hàn
Phát hiện hở mối hàn sử dụng mô hình AI 2D được huấn luyện trước đối với các lỗi hở chân hàn nhìn thấy được. Bạn có thể tinh chỉnh mô hình cục bộ bằng mẫu của chính mình để thích ứng với dây chuyền sản xuất.
Mô hình lỗi tùy chỉnh
Mô hình lỗi tùy chỉnh có thể được huấn luyện offline ngay trên máy bằng hình ảnh của chính bạn. Điều này cho phép bạn xây dựng các mô hình cho những dạng lỗi đặc thù theo sản phẩm của mình.
Toàn quyền kiểm soát kỹ thuật
Toàn quyền kiểm soát kỹ thuật cho phép tùy chỉnh 21 thông số cài đặt trên sáu lĩnh vực. Các thiết lập thủ công của bạn được giữ nguyên qua mỗi lần AI lập trình lại, và các tham số bị khóa sẽ giữ đúng giá trị bạn đã chọn.
Tích hợp sản xuất
Tích hợp sản xuất bao gồm xuất dữ liệu sang MES và phân tích chất lượng Cpk. Giao diện trạm sửa chữa chuyên dụng cùng tính năng điều khiển chuyển làn trên chuyền kết nối bước kiểm tra với phần còn lại của quy trình sản xuất.
Phạm vi kiểm tra
Phạm vi kiểm tra bao gồm 16 khả năng kiểm tra, được lựa chọn theo từng loại đóng gói linh kiện. Toàn bộ các hạng mục kiểm tra này đều chạy trên chương trình được tạo tự động.
Dải sản phẩm DaoAI bao gồm các dòng máy offline P1, P2 và khổ lớn P1L; inline 2D P3 và hai làn P3D; inline 3D P5 và P5D, hiện đã sẵn sàng bàn giao; và A3 chỉ dành riêng cho kiểm tra linh kiện cắm through-hole—thiếu, sai, ngược cực và lệch linh kiện cắm through-hole.
Máy AOI là thiết bị sản xuất, không chỉ là một thuật toán
Bản thân một mô hình mạnh chưa đủ để tạo nên một máy AOI tốt. Máy phải có khả năng chạy sản phẩm mới nhanh chóng, đủ đơn giản cho người vận hành ở mọi ca làm việc, và thích ứng tốt khi vật liệu, nhà cung cấp cũng như phiên bản bo mạch thay đổi. Hãy đánh giá bất kỳ hệ thống AI AOI nào dựa trên cả ba yếu tố: thiết lập nhanh chóng, cảnh báo ổn định trước biến thiên ánh sáng và vật liệu thực tế, cùng một vòng lặp phản hồi liên tục cải thiện mô hình sau khi đưa vào vận hành.
Rule-based AOI so với AI AOI: điểm khác biệt là gì?
| Khía cạnh | Rule-based AOI | AI AOI (ví dụ trên DaoAI) |
| Dữ liệu đầu vào để lập trình | Tệp CAD/centroid, thư viện linh kiện, cửa sổ đặt thủ công | Một bo mạch mẫu; CAD/BOM là tùy chọn |
| Thời gian lập trình cho mỗi bo mạch mới | 3–5 giờ; vài ngày đối với bo mạch có hàng nghìn linh kiện | 30 giây – 5 phút |
| Loại package mới | Phải thêm thủ công vào thư viện trước | Tự động nhận diện và mô hình hóa trực tiếp từ bo mạch |
| Cách đánh giá linh kiện | Quy tắc điểm ảnh, mẫu chuẩn hoặc màu sắc cho từng cửa sổ | Mô hình được huấn luyện chấm điểm từng linh kiện; ngưỡng được đặt theo thang điểm |
| Độ chính xác trước khi tinh chỉnh | Phụ thuộc vào kỹ sư lập trình | Độ chính xác phát hiện 98% ngay từ khâu tự động lập trình |
| Cách giảm cảnh báo giả | Nới lỏng ngưỡng, làm lọt cả các lỗi thực tế | Đánh dấu OK một lần; mô hình tự huấn luyện lại trên ví dụ đó |
| Vùng giữa các linh kiện | Không kiểm tra trừ khi vẽ thêm cửa sổ | Quét toàn bộ bo mạch để tìm hạt thiếc và FOD |
| Ai có thể hiệu chỉnh | Người nắm rõ kiến thức về thiết lập ngưỡng | Mọi người vận hành đều có thể báo cáo; phân quyền kiểm soát việc chỉnh sửa chương trình |
| Nơi lưu trữ hình ảnh bo mạch | Trên máy | Trên máy; không cần kết nối đám mây hay tài khoản |
| Panel và array | Lập trình từng vị trí bo mạch hoặc sao chép bước (step-and-repeat) thủ công | Lập trình một bo mạch; bố cục panel được nhận diện từ hình ảnh |
| Ký mã hiệu linh kiện | Cài đặt OCR riêng cho từng linh kiện | AI OCR & OCV trong cùng một chương trình |
| Lỗi đặc thù theo sản phẩm | Chờ nhà cung cấp hoặc tự viết quy tắc tùy chỉnh | Tự huấn luyện mô hình ngay trên máy |
Vị trí của AOI trên dây chuyền SMT
Một dây chuyền SMT điển hình gồm: máy in kem hàn, kiểm tra kem hàn (SPI), máy gắp đặt linh kiện, lò reflow, AOI, sau đó đến kiểm tra chức năng. Vị trí sau reflow là vị trí tiêu chuẩn của AOI, nhưng AOI có thể đặt tại nhiều công đoạn trên dây chuyền, và máy X-ray (AXI) được bổ sung tại những nơi cần kiểm tra các mối hàn ẩn. Để xem so sánh chi tiết giữa ba phương pháp, hãy xem AOI vs SPI vs AXI.
- Sau in kem hàn: SPI đo thể tích, chiều cao và diện tích kem hàn. Đây là máy riêng biệt, không phải AOI, nhưng giúp ngăn ngừa nhiều lỗi hàn mà lẽ ra AOI sẽ phát hiện sau đó.
- Trước reflow: AOI tùy chọn giúp phát hiện lỗi gắp đặt khi linh kiện vẫn còn có thể điều chỉnh thủ công dễ dàng.
- Sau reflow: vị trí phổ biến nhất. Máy đánh giá đồng thời cả vị trí linh kiện lẫn chất lượng mối hàn hoàn thiện.
- Trước và sau hàn sóng: bo mạch xuyên lỗ được kiểm tra trước hàn sóng về độ cắm sâu và chiều phân cực, và sau hàn sóng về chất lượng mối hàn cùng lỗi cầu hàn.
- Offline, bên cạnh dây chuyền: máy nạp bo mạch thủ công phục vụ NPI, làm mẫu thử, sản xuất lô nhỏ, phòng lab và kiểm tra xác nhận sau sửa chữa.
Việc lựa chọn giữa các định dạng này là một quyết định riêng biệt. Hướng dẫn của chúng tôi về so sánh AOI offline vs inline vs 3D sẽ phân tích chi tiết trường hợp ứng dụng phù hợp cho từng loại.
Dữ liệu kết quả từ AOI phát huy giá trị lớn nhất khi được truyền tiếp theo luồng sản xuất. Mã lỗi, ảnh cắt chi tiết và ảnh chụp toàn bộ bo mạch được xuất sang MES giúp trạm sửa chữa và các kỹ sư chất lượng truy vết chính xác bất kỳ cảnh báo nào đến từng bo mạch và vị trí cụ thể.
Sự khác biệt giữa AOI 2D và 3D là gì?
AOI 2D hoạt động dựa trên hình ảnh màu chụp dưới các góc chiếu sáng khác nhau. Máy suy ra hình dạng từ cách ánh sáng phản xạ khỏi mối hàn hoặc thân linh kiện, đáp ứng tốt việc kiểm tra sự hiện diện, phân cực, lệch vị trí, cầu hàn và hầu hết các góc lượn mối hàn.
AOI 3D bổ sung bản đồ đo chiều cao, thường bằng cách chiếu các mô hình ánh sáng cấu trúc từ nhiều hướng. Chân linh kiện kênh, độ đồng phẳng, linh kiện bị nghiêng và thể tích mối hàn trở thành các giá trị đo lường trực tiếp thay vì suy đoán. Ví dụ, dòng P5 của DaoAI sử dụng bốn bộ chiếu ánh sáng cấu trúc Scheimpflug, mỗi hướng một bộ, mang lại độ chính xác chiều cao 6 µm hoặc tốt hơn (thông số tham chiếu). Dòng P5 và P5D ray kép hiện đã sẵn sàng giao hàng.
AOI 3D xứng đáng với chi phí đầu tư tăng thêm khi các lỗi liên quan đến chiều cao có nguy cơ lọt đến tay khách hàng của bạn: IC chân cánh hải âu bước chân mịn, đầu nối và các cụm lắp ráp đòi hỏi độ tin cậy cao. Đối với nhiều loại bo mạch thông thường, một máy 2D được lập trình tốt đã đủ đáp ứng toàn bộ danh mục lỗi cần kiểm tra.
Bạn nên hỏi nhà cung cấp AOI những gì?
- Quy trình lập trình yêu cầu những gì trước khi chạy bo mạch đầu tiên? CAD, thư viện linh kiện, mẫu lỗi thực tế, hay chỉ cần một bo mạch chuẩn?
- Thời gian tạo chương trình cho bo mạch mới mất bao lâu nếu đo thực tế trên chính bo mạch của tôi? Hãy yêu cầu xem trực tiếp quá trình thực hiện thay vì chỉ đọc con số trong tài liệu quảng cáo.
- Cảnh báo giả được xử lý giảm thiểu như thế nào? Bằng cách nới lỏng ngưỡng, do nhà cung cấp huấn luyện lại mô hình dùng chung, hay tự huấn luyện lại trên chính các mẫu thực tế của tôi? Bản cập nhật có thể hoàn tác được không?
- Kỹ sư của tôi có thể xem và ghi đè từng ngưỡng dung sai không? Các chỉnh sửa thủ công có được giữ lại khi AI lập trình lại không?
- Hình ảnh bo mạch và các mô hình đã huấn luyện được lưu trữ ở đâu? Trực tiếp trên máy hay trên dịch vụ đám mây bên ngoài nhà máy?
- Tính năng nào là tiêu chuẩn và tính năng nào phải trả phí tùy chọn? Trên các dòng máy của DaoAI, tính năng tự động lập trình, học từ phản hồi, huấn luyện mô hình và vận hành offline đều là trang bị tiêu chuẩn trên toàn bộ dải sản phẩm.
- Dữ liệu đầu ra gồm những gì? Xuất dữ liệu CSV hoặc MES, mã lỗi, báo cáo Gage R&R và Cpk, giao diện cho trạm sửa chữa.
Danh sách kiểm tra chi tiết hơn có trong bài viết hướng dẫn cách đánh giá hệ thống AI AOI trước khi mua của chúng tôi.
FAQ
AOI là viết tắt của từ gì?
AOI là viết tắt của automated optical inspection: dòng máy dùng camera để kiểm tra PCB sau lắp ráp nhằm phát hiện các lỗi linh kiện và mối hàn nhìn thấy được, thường đặt ngay sau lò reflow trên dây chuyền SMT.
Sự khác biệt giữa AOI, SPI và AXI là gì?
SPI đo kem hàn sau khi in, trước khi gắp đặt linh kiện. AOI kiểm tra các linh kiện đã gắn và các mối hàn nhìn thấy được, thường là sau reflow. AXI sử dụng tia X để kiểm tra các mối hàn ẩn dưới thân linh kiện, chẳng hạn như BGA. Phần lớn các dây chuyền sử dụng SPI và AOI, đồng thời bổ sung thêm AXI tại các vị trí cần kiểm soát mối hàn ẩn.
AI AOI có cần tệp CAD không?
Không nhất thiết. AI AOI của DaoAI có thể lập trình bo mạch chỉ từ một bo mạch mẫu mà không cần tệp CAD, và tính năng tự động lập trình của DaoAI không yêu cầu thư viện linh kiện tạo sẵn. Dữ liệu CAD hoặc BOM có thể được bổ sung sau để cung cấp ký hiệu định danh và mã linh kiện thực tế.
AI AOI có thay thế được kiểm tra X-ray không?
Không. Dù sử dụng AI hay không, AOI chỉ có thể quan sát những gì nằm trong tầm nhìn của camera. Các mối hàn ẩn dưới thân BGA, LGA hoặc QFN vẫn bắt buộc phải dùng X-ray (AXI).
AI AOI có thể hoạt động mà không cần kết nối internet không?
Điều này phụ thuộc vào nhà cung cấp. Các dòng máy của DaoAI vận hành hoàn toàn tại chỗ, không cần đám mây, không cần tài khoản hay kết nối ra ngoài nhà máy, và quá trình huấn luyện mô hình diễn ra trực tiếp ngay trên máy.
AI AOI có phải chỉ dành riêng cho sản xuất khối lượng lớn?
Không. Khả năng lập trình nhanh, học từ phản hồi và kiểm tra toàn bộ bo mạch mang lại lợi ích cho cả dây chuyền sản xuất khối lượng lớn lẫn dây chuyền đa dạng sản phẩm. Trong đó, môi trường đa dạng sản phẩm đặc biệt phù hợp vì thời gian cài đặt rule-based trước đây thậm chí có thể lâu hơn cả thời gian chạy sản xuất. AI AOI hiện có đầy đủ các định dạng offline, inline 2D, inline 3D và through-hole.
Cảnh báo giả được xử lý như thế nào trên AI AOI?
Người vận hành đánh dấu linh kiện bị cảnh báo là OK, và hệ thống sẽ đưa hình ảnh đó vào bộ dữ liệu của sản phẩm. Một bản cập nhật AI sẽ huấn luyện lại mô hình để máy không còn cảnh báo biến thể chấp nhận được đó nữa, mà không cần phải nới rộng ngưỡng đối với các lỗi thực tế.
AI AOI có thể kiểm tra panel gồm nhiều bo mạch không?
Có. Bạn chỉ cần lập trình một bo mạch, sau đó tính năng tự động nhận diện sẽ tìm các sub-panel còn lại từ hình ảnh mà không cần nhập số hàng, số cột hay khoảng cách. Mỗi sub-panel được căn chỉnh theo các đặc trưng riêng và được báo cáo độc lập; các vị trí tương đồng có thể dùng chung các chỉnh sửa chương trình, đồng thời từng vị trí cũng có thể được chỉnh sửa riêng biệt.
Cách nhanh nhất để đánh giá hiệu quả của bất kỳ hệ thống AOI nào là thử nghiệm trên chính sản phẩm của bạn. Hãy gửi cho chúng tôi một trong các bo mạch của bạn, chúng tôi sẽ kiểm tra thử nghiệm miễn phí, hoặc đặt lịch xem demo 30 phút cùng kỹ sư DaoAI để trực tiếp theo dõi bo mạch bạn chọn được tạo thành một chương trình kiểm tra hoàn chỉnh ngay tại chỗ.