Jak maszyny widzią błędy? AOI w kontroli montażu THT

Montaż przewlekany THT przez długi czas opierał się przede wszystkim na pracy operatorów oraz wizualnej kontroli wykonywanej przez ludzi. Wraz z rozwojem automatyzacji coraz większą rolę zaczęły jednak odgrywać systemy AOI (Automated Optical Inspection), które potrafią wykrywać brakujące elementy, błędy polaryzacji, nieprawidłowości lutownicze i niezgodności oznaczeń komponentów. Podczas Evertiq Expo Kraków 2026 Karol Sowa z firmy Sowa Electronics pokazał, że skuteczna kontrola jakości to nie tylko umiejętność wykrywania defektów, ale również ich identyfikacja na odpowiednio wczesnym etapie procesu produkcyjnego.

Współczesna produkcja elektroniki wymaga ogromnej powtarzalności. Płytka PCB może zawierać dziesiątki, setki, a czasem i tysiące połączeń, z których każde musi być poprawnie wykonane. W przypadku montażu przewlekanego THT komponenty są umieszczane w otworach płytki, a następnie lutowane, często przy użyciu fali lutowniczej lub lutowania selektywnego.

Choć technologia THT jest stosowana od dekad, nadal istnieje wiele miejsc, w których mogą pojawić się błędy montażowe. Element może zostać odwrotnie zaaplikowany (lub w ogóle może go zabraknąć), pin może zostać nieprawidłowo zwilżony cyną, a nadmiar lutu może przypadkowo połączyć sąsiadujące pola lub ścieżki, tworząc mostek i wywołując zwarcie na płytce. Część takich błędów widać gołym okiem, ale w warunkach przemysłowych samo ludzkie oko nie wystarcza. Produkcja musi być szybka, powtarzalna i możliwa do udokumentowania.

W tym miejscu pojawia się AOI, czyli automatyczna inspekcja optyczna. W uproszczeniu jest to system kamer, oświetlenia i oprogramowania, który analizuje obraz i porównuje go z oczekiwanym wzorcem.

“Oczywiście nie musimy sprawdzać wyłącznie elektroniki. Możemy również sprawdzać montaż finalny danego wyrobu. Na przykład czy nie brakuje jakichś śrubek, elementów mechanicznych, wtyczek, naklejek”, tłumaczył Karol Sowa.

Im wcześniej, tym taniej

Jednym z najważniejszych wniosków z wystąpienia jest prosta zasada: im wcześniej wykryjemy błąd, tym mniej kosztuje jego naprawa. W przypadku montażu THT szczególnie istotna jest kontrola przed lutowaniem. Na tym etapie komponent można jeszcze łatwo zdemontować i poprawić.

„Tuż przed samym lutowaniem warto sprawdzić, czy płytkę mamy poprawnie obłożoną komponentami przewlekanymi”, podkreślał Sowa. Taka inspekcja może odbywać się na linii produkcyjnej, nad przenośnikiem taśmowym, albo przy stanowisku operatora. Kamera wykonuje zdjęcie płytki, a system sprawdza, czy elementy znajdują się na właściwych miejscach, czy mają odpowiednią orientację i czy zgadza się ich typ.

Po lutowaniu sytuacja wygląda już inaczej. Usunięcie błędu wymaga odlutowania komponentu, a to zajmuje czas, zwiększa koszt i może uszkodzić płytkę. Dlatego Sowa Electronics rekomenduje kontrolę w dwóch etapach: przed lutowaniem i po lutowaniu. Pierwszy etap pomaga zapobiegać problemom, drugi pozwala ocenić jakość połączeń lutowniczych.

Fiduciale – punkty orientacyjne dla systemów AOI

Automatyczna inspekcja optyczna musi precyzyjnie określić położenie produktu, żeby móc wiarygodnie określić jego jakość. W warunkach produkcyjnych płytki rzadko trafiają dokładnie w to samo miejsce: mogą być nieznacznie przesunięte, obrócone, czy ułożone pod innym kątem. Choć dla operatora takie odchylenia są praktycznie niezauważalne, dla systemu AOI mogą skutkować nieprawidłowym przypisaniem obszarów kontroli i błędną oceną badanego wyrobu.

Dlatego w produkcji elektroniki wykorzystuje się fiduciale, czyli punkty referencyjne na płytce. Maszyna rozpoznaje je i wprowadza korekty uwzględniające rzeczywiste położenie PCB. To trochę tak, jakby system najpierw „zorientował się w terenie”, a dopiero potem zaczął oceniać szczegóły.

Ekspert z Sowa Electronics zwracał uwagę, że korekcja fiduciali jest bardzo ważna „z perspektywy pozycjonowania pól testowych w programie inspekcyjnym”. Bez niej nawet dobry algorytm może wskazywać błędy tam, gdzie w rzeczywistości wszystko jest poprawne.

Kolory, odbicia i matematyka obrazu

Choć AOI może kojarzyć się z prostym robieniem zdjęć, w rzeczywistości system analizuje znacznie więcej niż sam obraz. W maszynach 2D bardzo ważne jest oświetlenie. Diody LED świecą pod różnymi kątami i w różnych kolorach, najczęściej czerwonym, zielonym i niebieskim. To, jak światło odbija się od powierzchni lutu, mówi wiele o jego kształcie i ilości.

„Na podstawie tego, jaki kolor się odbije, jesteśmy w stanie określić, czy mamy nadmiar lutu, czy jest poprawna ilość, czy jest jego niedobór, albo też czy po prostu w ogóle go nie ma”, wyjaśniał prelegent.

Nadmiar cyny, brak zwilżenia albo całkowity brak lutu tworzą różne układy refleksów świetlnych. Dla człowieka są to subtelne różnice, dla dobrze ustawionej maszyny - dane do analizy.

System może korzystać z różnych metod. Jedną z nich jest porównywanie obrazu z wcześniej zapisanym wzorcem. Inną - liczenie pikseli określonego koloru w danym obszarze. Dzięki temu AOI nie tylko „patrzy”, ale wykonuje pomiar oparty na regułach zapisanych w programie.

Co może pójść źle w lutowaniu THT?

Lista potencjalnych defektów jest długa. Systemy AOI mogą wykrywać brak komponentu, brak pinu, brak lutu, niedobór lub nadmiar lutowia, mostki lutownicze, kuleczki cyny, niepoprawny kształt połączenia czy brak zwilżenia. Każdy z tych błędów może mieć inne konsekwencje.

Mostek lutowniczy może doprowadzić do zwarcia. Niedobór lutu może osłabić połączenie mechaniczne i elektryczne. Brak zwilżenia oznacza, że cyna nie połączyła się prawidłowo z powierzchnią padu lub wyprowadzenia. W efekcie urządzenie może działać niestabilnie albo ulec awarii dopiero po pewnym czasie.

W systemach AOI stosuje się kamery boczne, zapewniające dodatkową perspektywę. Pozwalają one obejrzeć połączenie z różnych kątów bez wyjmowania płytki z maszyny. 

„Warto jest mieć te kamery boczne, ponieważ nie trzeba płytki wyciągać, nie trzeba jej oglądać pod mikroskopem”, uczulał Karol Sowa.

Gdy obraz 2D już nie wystarcza

Inspekcja 2D jest popularna i skuteczna, ale ma swoje ograniczenia. Analizuje obraz powierzchni, natomiast nie zawsze pozwala jednoznacznie ocenić wysokość pinu, objętość lutu czy kształt połączenia w przestrzeni. W takich przypadkach zastosowanie znajduje inspekcja 3D.

„Inspekcja 3D to jest inspekcja 2D plus dodatkowa możliwość pomiaru wysokości, pomiaru objętości połączeń lutowniczych, pomiaru wysokości wyprowadzeń, a także analizy kształtu połączeń lutowniczych”, mówił Sowa.

Maszyna 3D wykorzystuje projektory, które rzucają siatkę światła na badany obiekt. Oprogramowanie analizuje, jak taka siatka załamuje się na powierzchni i na tej podstawie oblicza wysokość i objętość. Dzięki temu można sprawdzić czy lut wygląda dobrze oraz czy mieści się w określonych parametrach.

Takie dodatkowe dane pomagają ograniczyć liczbę fałszywych błędów. System 3D może dokładniej rozróżnić, czy nietypowy obraz oznacza rzeczywisty defekt, czy jedynie różnicę w odbiciu światła.

Cena dokładniejszego spojrzenia

Większa dokładność ma jednak swoją cenę. Jak mówił Karol Sowa, „maszyna 3D jest mniej więcej dwa razy droższa od maszyny 2D” i ma „dłuższy czas cyklu”. Wynika to z konieczności wykonania większej liczby zdjęć i obliczeń.

To ważne z punktu widzenia produkcji. Wybór systemu AOI nie powinien wynikać wyłącznie z chęci posiadania najbardziej zaawansowanego urządzenia. Trzeba dopasować technologię do aplikacji, tempa linii, rodzaju komponentów, oczekiwanej dokładności i budżetu. Czasem wystarczy prostsza stacja z kamerą nad stanowiskiem operatora. W innych przypadkach potrzebna będzie maszyna 2D z kamerami bocznymi albo pełna inspekcja 3D.

Sowa zwrócił uwagę, że nie istnieje jedno uniwersalne rozwiązanie do wszystkiego. Jeśli firmie zależy na jakości, powinna dobrać rozwiązanie do konkretnego procesu, zamiast oczekiwać, że jedna maszyna poradzi sobie tak samo dobrze z każdym typem montażu.

AOI jako element dojrzałej produkcji

Automatyczna inspekcja optyczna nie zastępuje wiedzy technologów, inżynierów jakości ani operatorów. Jest raczej narzędziem, które pozwala im szybciej reagować i podejmować decyzje na podstawie danych. W produkcji elektroniki ma to coraz większe znaczenie, bo rośnie presja na jakość, identyfikowalność procesu i ograniczanie kosztów napraw.

Maszyny nie widzą tak jak człowiek, ale potrafią mierzyć zjawiska, które dla człowieka bywają trudne do konsekwentnej oceny. Analizują światło, kolor, kształt, wysokość i objętość. Dzięki temu mogą stać się drugim, bardzo zdyscyplinowanym wzrokiem procesu produkcyjnego.

W przypadku montażu THT szczególnie ważny jest moment kontroli. Błąd wykryty przed lutowaniem jest tani i prosty do usunięcia. Ten sam błąd wykryty po lutowaniu oznacza już znaczną stratę czasu i wyższy koszt. Dlatego AOI najlepiej stosować jako część całego systemu zapobiegania defektom, a nie wyłącznie jako końcową kontrolę jakości. W świecie elektroniki, w którym niezawodność urządzeń zależy od setek drobnych połączeń, takie podejście może decydować o różnicy między produkcją reaktywną a naprawdę kontrolowanym procesem.

Kolejna edycja targów Evertiq Expo Kraków już 9 czerwca 2027 roku. Wcześniej jednak branża elektroniczna spotka się 22 października 2026 roku w Warszawie. Rejestracja na wydarzenie już trwa.