AOI (Automatic Optical Inspection), som namnet antyder, är en metod för automatisk inspektion som uppnås genom optiska bildsystem. Det är också en av många automatiska bildavkännings- och detekteringstekniker. Noggrann och högkvalitativ-optisk bildbehandling och bearbetning är dess kärnteknologier.
Bakgrund och fördelar med AOI-utveckling
Utvecklingen av AOI-inspektionsteknik härrör från behovet av högre integration och precision av elektroniska komponenter, snabbare och effektivare inspektion och målet om noll defekter.
Dess största fördelar är att spara arbetskraft, minska kostnaderna, förbättra produktionseffektiviteten, standardisera inspektionskriterier och eliminera mänskliga fel. Detta säkerställer stabiliteten, repeterbarheten och noggrannheten hos inspektionsresultaten, vilket möjliggör snabb upptäckt av produktdefekter och säkerställer leveranskvalitet.
Grundläggande principer för AOI-inspektion
Grundprincipen för AOI-inspektion är att använda kamerateknik för att mata ut den reflekterade ljusintensiteten hos föremålet som ska granskas som ett kvantitativt gråskalevärde. Detta värde jämförs sedan med gråskalevärdet för en standardbild för att analysera, bestämma och klassificera defekter.
Med en analogi med manuell inspektion motsvarar den vanliga lysdioden eller speciella ljuskällan som används i AOI det naturliga ljuset som används vid manuell inspektion. Den optiska sensorn och den optiska linsen som används i AOI är likvärdiga med det mänskliga ögat, och bildbehandlings- och analyssystemet för AOI motsvarar den mänskliga hjärnan-de två stadierna "se" och "bedöma".
AOI-utrustningssammansättning
Arbetslogiken för AOI-inspektion kan delas in i fyra steg: bildinsamling (optisk skanning och datainsamling), databehandling (dataklassificering och konvertering), bildanalys (funktionsextraktion och mallmatchning) och defektrapportering (defektstorlek och typklassificering, etc.).
För att stödja och implementera dessa fyra funktioner för AOI-inspektion innehåller AOI-utrustningens hårdvarusystem fyra delar: en arbetsplattform, ett bildsystem, ett bildbehandlingssystem och ett elektriskt system. Det är en automatiserad utrustning som integrerar mekanik, automation, optik och mjukvara.
Bildinsamlingsstadiet
AOI-bildinsamlingssystemet består huvudsakligen av tre delar: ett fotoelektriskt konverteringsfotograferingssystem, ett belysningssystem och ett kontrollsystem.
Eftersom den tagna bilden används för jämförelse med en mall, är noggrannheten hos den inhämtade bildinformationen mycket viktig för inspektionsresultaten. Föreställ dig om bildinsamlingsanordningen inte tydligt kan se eller detektera de karakteristiska punkterna för föremålet under inspektion, då är exakt detektering omöjlig.
Fotoelektriskt fotosystem för konvertering
Det fotoelektriska konverteringsfotograferingssystemet hänvisar till fotodiodenheten och dess medföljande bildsystem. De "ögon" som tar bilder, båda baserade på principen om fotodioder som tar emot ljus som reflekteras från föremålet som detekteras, omvandlar ljusenergi till elektrisk laddning. Denna omvandlade laddning samlas upp av elektroniska komponenter i den fotoelektriska sensorn och överförs för att bilda en analog spänningssignal.
Storleken på den genererade analoga spänningen varierar beroende på intensiteten hos det absorberade ljuset. De sekventiellt utgående analoga spänningsvärdena omvandlas till digitala gråskalevärden från 0 till 255. Gråskalevärdet reflekterar intensiteten av ljuset som reflekteras av objektet, vilket uppnår syftet att identifiera olika objekt som detekteras.
Fotoelektriska omvandlare kan delas in i två typer: CCD (Charge-Coupled Device) och CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).
På grund av skillnader i tillverkningsprocesser och design skiljer sig arbetsprinciperna för CCD- och CMOS-sensorer huvudsakligen i hur digital laddning överförs.
CCD använder kisel-baserad halvledarbehandlingsteknik och har vertikala och horisontella skiftregister. Det elektriska fältet som genereras av elektroderna driver laddningen på ett länkat sätt till den centrala analog-till-digitalomvandlaren. Denna struktur och design gör det svårt att integrera många ljuskänsliga enheter, vilket resulterar i höga tillverkningskostnader och hög energiförbrukning.
CMOS, å andra sidan, använder oorganisk halvledarprocessteknik. Varje pixel har ytterligare elektroniska kretsar, och varje pixel kan adresseras individuellt, vilket eliminerar behovet av laddningsförskjutningsdesignen som finns i CCD:er. Dess bildinformationsläshastighet är mycket högre än för CCD-chips, och frekvensen av onaturliga fenomen orsakade av överexponering såsom blomning och utsmetande är mycket lägre. Den har också lägre pris och strömförbrukning jämfört med CCD fotoelektriska omvandlare. Men det har också betydande nackdelar. Som en halvledarprocess har pixelenheterna fler defekter, vilket leder till vissa känslighetsproblem. Det extra utrymme som krävs för de elektroniska kretsarna för varje pixel används inte som ett ljuskänsligt område.
Dessutom är det ljuskänsliga området på ytan av ett CMOS-chip mindre än det för ett CCD-chip. Teoretiskt sett minskar detta antalet fotoner av bildinformation som kan samlas in. Därför måste CMOS fotoelektriska omvandlingselement i allmänhet användas med en ljuskälla med hög-intensitet, och de har också högre brus.
Oavsett om det är en CCD- eller CMOS-struktur är en fotoelektrisk omvandlarenhet en pixel. Flera fotoelektriska omvandlare arrangerade i rader och kolumner bildar en matris som utgör bildsensorn. En bildsensors prestanda mäts huvudsakligen av upplösning, storlek eller area, känslighet, signal-till-brusförhållande, etc., bland vilka upplösning och storlek är de viktigaste indikatorerna. När en bildsensor fångar en bild av ett detekterat objekt, gör en mindre storlek och högre pixeltäthet hos den fotoelektriska omvandlaren att objektet kan "se" i större detalj.
Därför, teoretiskt sett, ju fler pixlar den fotoelektriska omvandlingsenheten har, desto bättre. Att öka antalet pixlar ökar dock tillverkningskostnaderna och leder till en minskning av utbytet. Genom att kombinera en optisk lins med den fotoelektriska omvandlingsenheten kan därför små detekterade objekt förstoras och avbildas på den fotoelektriska omvandlingsenheten, vilket uppnår hög-detektion. Således konfigureras faktisk AOI (Automated Optical Inspection)-utrustning enligt kundens behov.