AOI (Automatic Optical Inspection), jak název napovídá, je metoda automatické kontroly dosahovaná pomocí optických zobrazovacích systémů. Je to také jedna z mnoha technologií automatického snímání a detekce obrazu. Přesné a vysoce kvalitní{2}}optické zobrazování a zpracování jsou jeho hlavní technologie.
Pozadí a výhody vývoje AOI
Vývoj technologie kontroly AOI vychází z potřeby vyšší integrace a přesnosti elektronických součástek, rychlejší a efektivnější kontroly a cíle nulových defektů.
Jeho největší předností je úspora pracovní síly, snížení nákladů, zlepšení efektivity výroby, standardizace kontrolních kritérií a eliminace lidských chyb. Tím je zajištěna stabilita, opakovatelnost a přesnost výsledků kontroly, což umožňuje včasnou detekci vad produktu a zajišťuje kvalitu zásilky.
Základní principy inspekce AOI
Základním principem inspekce AOI je použití kamerové technologie k výstupu intenzity odraženého světla kontrolovaného objektu jako kvantitativní hodnoty ve stupních šedi. Tato hodnota je poté porovnána s hodnotou ve stupních šedi standardního obrázku za účelem analýzy, určení a klasifikace defektů.
Při použití analogie s manuální kontrolou je běžná LED nebo speciální světelný zdroj používaný v AOI ekvivalentní přirozenému světlu používanému při manuální kontrole. Optický senzor a optická čočka používané v AOI jsou ekvivalentní lidskému oku a systém zpracování a analýzy obrazu AOI je ekvivalentní lidskému mozku-ve dvou fázích „vidění“ a „souzení“.
Složení vybavení AOI
Pracovní logiku inspekce AOI lze rozdělit do čtyř fází: získávání obrazu (optické skenování a sběr dat), zpracování dat (klasifikace a konverze dat), analýza obrazu (extrakce funkcí a porovnávání šablon) a hlášení defektů (klasifikace velikosti a typu defektu atd.).
Pro podporu a implementaci těchto čtyř funkcí inspekce AOI zahrnuje hardwarový systém zařízení AOI čtyři části: pracovní platformu, zobrazovací systém, systém zpracování obrazu a elektrický systém. Jedná se o automatizované zařízení integrující mechaniku, automatizaci, optiku a software.
Fáze pořízení snímku
Systém získávání obrazu AOI obsahuje především tři části: fotoelektrický konverzní fotografický systém, osvětlovací systém a řídicí systém.
Vzhledem k tomu, že pořízený snímek slouží k porovnání s šablonou, je pro výsledky kontroly velmi důležitá přesnost získaných obrazových informací. Představte si, že pokud zařízení pro snímání obrazu nemůže jasně vidět nebo detekovat charakteristické body kontrolovaného objektu, pak je přesná detekce nemožná.
Fotoelektrický konverzní fotografický systém
Fotoelektrický konverzní fotografický systém se týká fotodiodového zařízení a jeho doprovodného zobrazovacího systému. „Oči“, které pořizují obrazy, oba založené na principu fotodiod přijímajících světlo odražené od detekovaného objektu, přeměňují světelnou energii na elektrický náboj. Tento přeměněný náboj je shromažďován elektronickými součástkami ve fotoelektrickém senzoru a přenášen do podoby analogového napěťového signálu.
Velikost generovaného analogového napětí se mění v závislosti na intenzitě absorbovaného světla. Sekvenční výstupní analogové hodnoty napětí jsou převedeny na digitální hodnoty ve stupních šedi od 0 do 255. Hodnota ve stupních šedi odráží intenzitu světla odraženého objektem, čímž je dosaženo účelu identifikace různých detekovaných objektů.
Fotoelektrické konvertory lze rozdělit do dvou typů: CCD (Charge{0}}Coupled Device) a CMOS (Complementary Metal{1}}Oxide Semiconductor).
V důsledku rozdílů ve výrobních procesech a designu se pracovní principy snímačů CCD a CMOS liší především ve způsobu přenosu digitálního náboje.
CCD používá technologii zpracování polovodičů-na bázi křemíku a má vertikální a horizontální posuvné registry. Elektrické pole generované elektrodami tlačí náboj propojeným způsobem do centrálního analogového-na-digitálního převodníku. Tato struktura a design ztěžují integraci mnoha fotocitlivých jednotek, což má za následek vysoké výrobní náklady a vysokou spotřebu energie.
CMOS na druhé straně využívá technologii zpracování anorganických polovodičů. Každý pixel má další elektronické obvody a každý pixel může být adresován individuálně, čímž se eliminuje potřeba konstrukce s posunem náboje, kterou najdete u CCD. Jeho rychlost čtení obrazových informací je mnohem vyšší než u CCD čipů a frekvence nepřirozených jevů způsobených přeexponováním, jako je kvetení a rozmazání, je mnohem nižší. Má také nižší cenu a spotřebu energie ve srovnání s CCD fotoelektrickými konvertory. Má však také značné nevýhody. Jako polovodičový proces mají pixelové jednotky více vad, což vede k určitým problémům s citlivostí. Také prostor navíc požadovaný pro elektronické obvody každého pixelu není využit jako fotocitlivá oblast.
Kromě toho je fotocitlivá oblast na povrchu čipu CMOS menší než u čipu CCD. Teoreticky to snižuje počet fotonů obrazových informací, které lze shromáždit. Proto je obecně potřeba fotoelektrické konverzní prvky CMOS používat se světelným zdrojem s vysokou-intenzitou a mají také vyšší šum.
Bez ohledu na to, zda se jedná o strukturu CCD nebo CMOS, jedna jednotka fotoelektrického převodníku je pixel. Několik fotoelektrických konvertorů uspořádaných v řadách a sloupcích tvoří matici, která tvoří obrazový snímač. Výkon obrazového snímače se měří hlavně rozlišením, velikostí nebo plochou, citlivostí, poměrem signálu-k-šumu atd., mezi nimiž jsou nejdůležitějšími ukazateli rozlišení a velikost. Když obrazový snímač zachytí obraz detekovaného objektu, menší velikost a vyšší hustota pixelů fotoelektrického konvertoru umožní „vidět“ objekt ve větších detailech.
Teoreticky tedy čím více pixelů fotoelektrické konverzní zařízení má, tím lépe. Zvýšení počtu pixelů však zvyšuje výrobní náklady a vede ke snížení výtěžnosti. Kombinací optické čočky s fotoelektrickým konverzním zařízením lze tedy drobné detekované objekty zvětšit a zobrazit na fotoelektrickém konverzním zařízení, čímž se dosáhne detekce s vysokým -rozlišením. Skutečné zařízení AOI (Automated Optical Inspection) je tedy konfigurováno podle potřeb zákazníka.