AOI (Automatic Optical Inspection), zoals de naam al doet vermoeden, is een methode voor automatische inspectie die wordt bereikt via optische beeldvormingssystemen. Het is ook een van de vele automatische beelddetectie- en detectietechnologieën. Nauwkeurige en hoogwaardige-optische beeldvorming en verwerking zijn de kerntechnologieën.
Achtergrond en voordelen van AOI-ontwikkeling
De ontwikkeling van AOI-inspectietechnologie komt voort uit de behoefte aan hogere integratie en precisie van elektronische componenten, snellere en efficiëntere inspectie en het doel van nul defecten.
De grootste voordelen zijn het besparen van mankracht, het verlagen van de kosten, het verbeteren van de productie-efficiëntie, het standaardiseren van inspectiecriteria en het elimineren van menselijke fouten. Dit garandeert de stabiliteit, herhaalbaarheid en nauwkeurigheid van inspectieresultaten, waardoor productdefecten tijdig kunnen worden gedetecteerd en de kwaliteit van de verzending kan worden gewaarborgd.
Basisprincipes van AOI-inspectie
Het basisprincipe van AOI-inspectie is het gebruik van cameratechnologie om de gereflecteerde lichtintensiteit van het te inspecteren object uit te voeren als een kwantitatieve grijswaardewaarde. Deze waarde wordt vervolgens vergeleken met de grijsschaalwaarde van een standaardafbeelding om defecten te analyseren, bepalen en classificeren.
Naar analogie met handmatige inspectie is de gewone LED of speciale lichtbron die bij AOI wordt gebruikt gelijkwaardig aan het natuurlijke licht dat bij handmatige inspectie wordt gebruikt. De optische sensor en optische lens die bij AOI worden gebruikt, zijn gelijkwaardig aan het menselijk oog, en het beeldverwerkings- en analysesysteem van AOI is gelijkwaardig aan het menselijk brein-de twee stadia van 'zien' en 'oordelen'.
AOI-apparatuursamenstelling
De werklogica van AOI-inspectie kan worden onderverdeeld in vier fasen: beeldacquisitie (optisch scannen en gegevensverzameling), gegevensverwerking (gegevensclassificatie en -conversie), beeldanalyse (functie-extractie en sjabloonmatching) en rapportage van defecten (classificatie van defectgrootte en -type, enz.).
Om deze vier functies van AOI-inspectie te ondersteunen en te implementeren, omvat het hardwaresysteem van AOI-apparatuur vier delen: een werkplatform, een beeldvormingssysteem, een beeldverwerkingssysteem en een elektrisch systeem. Het is een geautomatiseerde apparatuur die mechanica, automatisering, optica en software integreert.
Fase van beeldverwerving
Het AOI-beeldacquisitiesysteem bestaat hoofdzakelijk uit drie delen: een foto-elektrisch conversiefotografiesysteem, een verlichtingssysteem en een besturingssysteem.
Omdat het vastgelegde beeld wordt gebruikt ter vergelijking met een sjabloon, is de nauwkeurigheid van de verkregen beeldinformatie van groot belang voor de inspectieresultaten. Stel je voor dat het beeldacquisitieapparaat de karakteristieke punten van het te inspecteren object niet duidelijk kan zien of detecteren, dan is nauwkeurige detectie onmogelijk.
Foto-elektrisch conversiefotografiesysteem
Het foto-elektrische conversiefotografiesysteem verwijst naar het fotodiodeapparaat en het bijbehorende beeldvormingssysteem. De "ogen" die beelden opnemen, beide gebaseerd op het principe van fotodiodes die licht ontvangen dat wordt gereflecteerd door het gedetecteerde object, zetten lichtenergie om in elektrische lading. Deze omgezette lading wordt verzameld door elektronische componenten in de foto-elektrische sensor en verzonden om een analoog spanningssignaal te vormen.
De grootte van de gegenereerde analoge spanning varieert afhankelijk van de intensiteit van het geabsorbeerde licht. De sequentieel uitgevoerde analoge spanningswaarden worden omgezet in digitale grijswaarden van 0 tot 255. De grijswaardenwaarde weerspiegelt de intensiteit van het licht dat door het object wordt gereflecteerd, waardoor het doel van het identificeren van verschillende objecten die worden gedetecteerd wordt bereikt.
Foto-elektrische omzetters kunnen worden onderverdeeld in twee typen: CCD (Charge-Coupled Device) en CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).
Als gevolg van verschillen in productieprocessen en ontwerp verschillen de werkingsprincipes van CCD- en CMOS-sensoren voornamelijk in de manier waarop digitale lading wordt overgedragen.
CCD maakt gebruik van op silicium-gebaseerde halfgeleiderverwerkingstechnologie en heeft verticale en horizontale schuifregisters. Het elektrische veld dat door de elektroden wordt gegenereerd, duwt de lading op een gekoppelde manier naar de centrale analoog{2}}naar-digitaal-omzetter. Deze structuur en ontwerp maken het moeilijk om veel lichtgevoelige eenheden te integreren, wat resulteert in hoge productiekosten en een hoog energieverbruik.
CMOS daarentegen maakt gebruik van anorganische halfgeleiderverwerkingstechnologie. Elke pixel heeft extra elektronische circuits en elke pixel kan afzonderlijk worden aangesproken, waardoor de noodzaak voor het ladingsverschuivingsontwerp van CCD's wordt geëlimineerd. De leessnelheid van beeldinformatie is veel hoger dan die van CCD-chips, en de frequentie van onnatuurlijke verschijnselen veroorzaakt door overbelichting, zoals 'bloeien' en vegen, is veel lager. Het heeft ook een lagere prijs en een lager energieverbruik in vergelijking met CCD-foto-elektrische converters. Het heeft echter ook aanzienlijke nadelen. Als halfgeleiderproces hebben de pixeleenheden meer defecten, wat tot enkele gevoeligheidsproblemen leidt. Ook wordt de extra ruimte die nodig is voor de elektronische schakelingen van elke pixel niet gebruikt als lichtgevoelig gebied.
Bovendien is het lichtgevoelige gebied op het oppervlak van een CMOS-chip kleiner dan dat van een CCD-chip. Theoretisch vermindert dit het aantal fotonen met beeldinformatie dat kan worden verzameld. Daarom moeten CMOS foto-elektrische conversie-elementen over het algemeen worden gebruikt met een lichtbron met hoge{2}}intensiteit, en ze hebben ook meer ruis.
Ongeacht of het een CCD- of CMOS-structuur is, één foto-elektrische omzettereenheid is een pixel. Verschillende in rijen en kolommen gerangschikte foto-elektrische omzetters vormen een matrix, die de beeldsensor vormt. De prestaties van een beeldsensor worden voornamelijk gemeten aan de hand van resolutie, grootte of gebied, gevoeligheid, signaal-tot-ruisverhouding, enz., waarbij resolutie en grootte de belangrijkste indicatoren zijn. Wanneer een beeldsensor een beeld van een gedetecteerd object vastlegt, zorgen een kleiner formaat en een hogere pixeldichtheid van de foto-elektrische omzetter ervoor dat het object in meer detail kan worden "gezien".
Daarom geldt in theorie: hoe meer pixels het apparaat voor foto-elektrische conversie heeft, hoe beter. Het vergroten van het aantal pixels verhoogt echter de productiekosten en leidt tot een afname van de opbrengst. Door een optische lens te combineren met het foto-elektrische conversie-apparaat kunnen kleine gedetecteerde objecten worden vergroot en afgebeeld op het foto-elektrische conversie-apparaat, waardoor detectie met hoge- resolutie wordt bereikt. De daadwerkelijke AOI-apparatuur (Automated Optical Inspection) wordt dus geconfigureerd volgens de behoeften van de klant.