Το AOI (Automatic Optical Inspection), όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι μια μέθοδος αυτόματης επιθεώρησης που επιτυγχάνεται μέσω συστημάτων οπτικής απεικόνισης. Είναι επίσης μία από τις πολλές τεχνολογίες αυτόματης ανίχνευσης και ανίχνευσης εικόνων. Η ακριβής και υψηλής ποιότητας-οπτική απεικόνιση και επεξεργασία είναι οι βασικές τεχνολογίες του.
Ιστορικό και Πλεονεκτήματα της Ανάπτυξης AOI
Η ανάπτυξη της τεχνολογίας επιθεώρησης AOI πηγάζει από την ανάγκη για υψηλότερη ενσωμάτωση και ακρίβεια των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, ταχύτερη και αποτελεσματικότερη επιθεώρηση και τον στόχο μηδενικών ελαττωμάτων.
Τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματά του είναι η εξοικονόμηση ανθρώπινου δυναμικού, η μείωση του κόστους, η βελτίωση της αποδοτικότητας της παραγωγής, η τυποποίηση των κριτηρίων επιθεώρησης και η εξάλειψη του ανθρώπινου λάθους. Αυτό διασφαλίζει τη σταθερότητα, την επαναληψιμότητα και την ακρίβεια των αποτελεσμάτων επιθεώρησης, επιτρέποντας τον έγκαιρο εντοπισμό ελαττωμάτων του προϊόντος και διασφαλίζοντας την ποιότητα της αποστολής.
Βασικές Αρχές Επιθεώρησης AOI
Η βασική αρχή της επιθεώρησης AOI είναι η χρήση τεχνολογίας κάμερας για την έξοδο της ανακλώμενης έντασης φωτός του υπό επιθεώρηση αντικειμένου ως ποσοτική τιμή κλίμακας του γκρι. Αυτή η τιμή συγκρίνεται στη συνέχεια με την τιμή της κλίμακας του γκρι μιας τυπικής εικόνας για ανάλυση, προσδιορισμό και ταξινόμηση ελαττωμάτων.
Χρησιμοποιώντας μια αναλογία με τη χειροκίνητη επιθεώρηση, το συνηθισμένο LED ή η ειδική πηγή φωτός που χρησιμοποιείται στο AOI είναι ισοδύναμο με το φυσικό φως που χρησιμοποιείται στη χειροκίνητη επιθεώρηση. Ο οπτικός αισθητήρας και ο οπτικός φακός που χρησιμοποιούνται στο AOI είναι ισοδύναμοι με το ανθρώπινο μάτι και το σύστημα επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνας του AOI είναι ισοδύναμο με τον ανθρώπινο εγκέφαλο-τα δύο στάδια "βλέποντας" και "κρίνω".
Σύνθεση εξοπλισμού AOI
Η λογική λειτουργίας της επιθεώρησης AOI μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα στάδια: λήψη εικόνας (οπτική σάρωση και συλλογή δεδομένων), επεξεργασία δεδομένων (ταξινόμηση και μετατροπή δεδομένων), ανάλυση εικόνας (εξαγωγή χαρακτηριστικών και αντιστοίχιση προτύπων) και αναφορά ελαττωμάτων (ταξινόμηση μεγέθους και τύπου ελαττώματος, κ.λπ.).
Για να υποστηρίξει και να εφαρμόσει αυτές τις τέσσερις λειτουργίες της επιθεώρησης AOI, το σύστημα υλικού του εξοπλισμού AOI περιλαμβάνει τέσσερα μέρη: μια πλατφόρμα εργασίας, ένα σύστημα απεικόνισης, ένα σύστημα επεξεργασίας εικόνας και ένα ηλεκτρικό σύστημα. Είναι ένας αυτοματοποιημένος εξοπλισμός που ενσωματώνει μηχανική, αυτοματισμό, οπτική και λογισμικό.
Στάδιο απόκτησης εικόνας
Το σύστημα λήψης εικόνας AOI περιλαμβάνει κυρίως τρία μέρη: ένα σύστημα φωτογραφίας φωτοηλεκτρικής μετατροπής, ένα σύστημα φωτισμού και ένα σύστημα ελέγχου.
Επειδή η ληφθείσα εικόνα χρησιμοποιείται για σύγκριση με ένα πρότυπο, η ακρίβεια των πληροφοριών εικόνας που αποκτήθηκαν είναι πολύ σημαντική για τα αποτελέσματα της επιθεώρησης. Φανταστείτε εάν η συσκευή λήψης εικόνας δεν μπορεί να δει ή να ανιχνεύσει καθαρά τα χαρακτηριστικά σημεία του υπό επιθεώρηση αντικειμένου, τότε η ακριβής ανίχνευση είναι αδύνατη.
Σύστημα Φωτογραφίας Φωτοηλεκτρικής Μετατροπής
Το σύστημα φωτογράφησης φωτοηλεκτρικής μετατροπής αναφέρεται στη συσκευή φωτοδιόδου και στο συνοδευτικό σύστημα απεικόνισης. Τα «μάτια» που αποκτούν εικόνες, και τα δύο βασισμένα στην αρχή των φωτοδιόδων που λαμβάνουν φως που ανακλάται από το αντικείμενο που ανιχνεύεται, μετατρέπουν την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό το φορτίο που μετατρέπεται συλλέγεται από ηλεκτρονικά εξαρτήματα στον φωτοηλεκτρικό αισθητήρα και μεταδίδεται για να σχηματίσει ένα αναλογικό σήμα τάσης.
Το μέγεθος της αναλογικής τάσης που παράγεται ποικίλλει ανάλογα με την ένταση του απορροφούμενου φωτός. Οι διαδοχικές τιμές αναλογικής τάσης εξόδου μετατρέπονται σε ψηφιακές τιμές κλίμακας του γκρι από 0 έως 255. Η τιμή της κλίμακας του γκρι αντανακλά την ένταση του φωτός που ανακλάται από το αντικείμενο, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της αναγνώρισης διαφορετικών αντικειμένων που ανιχνεύονται.
Οι φωτοηλεκτρικοί μετατροπείς μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: CCD (Charge-Coupled Device) και CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).
Λόγω διαφορών στις διαδικασίες κατασκευής και στο σχεδιασμό, οι αρχές λειτουργίας των αισθητήρων CCD και CMOS διαφέρουν κυρίως στον τρόπο μεταφοράς του ψηφιακού φορτίου.
Το CCD χρησιμοποιεί τεχνολογία επεξεργασίας ημιαγωγών που βασίζεται σε πυρίτιο- και διαθέτει καταγραφείς κάθετης και οριζόντιας μετατόπισης. Το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από τα ηλεκτρόδια ωθεί τη φόρτιση με συνδεδεμένο τρόπο στον κεντρικό μετατροπέα αναλογικού-σε-ψηφιακού. Αυτή η δομή και ο σχεδιασμός καθιστούν δύσκολη την ενσωμάτωση πολλών φωτοευαίσθητων μονάδων, με αποτέλεσμα υψηλό κόστος κατασκευής και υψηλή κατανάλωση ενέργειας.
Το CMOS, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιεί τεχνολογία επεξεργασίας ανόργανων ημιαγωγών. Κάθε εικονοστοιχείο έχει επιπλέον ηλεκτρονικά κυκλώματα και κάθε εικονοστοιχείο μπορεί να αντιμετωπιστεί μεμονωμένα, εξαλείφοντας την ανάγκη για τη σχεδίαση μετατόπισης φόρτισης που βρίσκεται στα CCD. Η ταχύτητα ανάγνωσης πληροφοριών εικόνας είναι πολύ υψηλότερη από αυτή των τσιπ CCD και η συχνότητα αφύσικων φαινομένων που προκαλούνται από υπερβολική έκθεση, όπως η ανθοφορία και η κηλίδα είναι πολύ χαμηλότερη. Έχει επίσης χαμηλότερη τιμή και κατανάλωση ενέργειας σε σύγκριση με τους φωτοηλεκτρικούς μετατροπείς CCD. Ωστόσο, έχει επίσης σημαντικά μειονεκτήματα. Ως διαδικασία ημιαγωγών, οι μονάδες pixel έχουν περισσότερα ελαττώματα, γεγονός που οδηγεί σε ορισμένα προβλήματα ευαισθησίας. Επίσης, ο επιπλέον χώρος που απαιτείται για τα ηλεκτρονικά κυκλώματα κάθε pixel δεν χρησιμοποιείται ως φωτοευαίσθητη περιοχή.
Επιπλέον, η φωτοευαίσθητη περιοχή στην επιφάνεια ενός τσιπ CMOS είναι μικρότερη από αυτή ενός τσιπ CCD. Θεωρητικά, αυτό μειώνει τον αριθμό των φωτονίων των πληροφοριών εικόνας που μπορούν να συλλεχθούν. Επομένως, τα στοιχεία φωτοηλεκτρικής μετατροπής CMOS πρέπει γενικά να χρησιμοποιούνται με πηγή φωτός υψηλής-έντασης και έχουν επίσης υψηλότερο θόρυβο.
Ανεξάρτητα από το αν πρόκειται για δομή CCD ή CMOS, μια μονάδα φωτοηλεκτρικού μετατροπέα είναι ένα pixel. Αρκετοί φωτοηλεκτρικοί μετατροπείς διατεταγμένοι σε σειρές και στήλες σχηματίζουν μια μήτρα, η οποία αποτελεί τον αισθητήρα εικόνας. Η απόδοση ενός αισθητήρα εικόνας μετριέται κυρίως με ανάλυση, μέγεθος ή περιοχή, ευαισθησία, αναλογία σήματος προς-θόρυβο κ.λπ., μεταξύ των οποίων η ανάλυση και το μέγεθος είναι οι πιο σημαντικοί δείκτες. Όταν ένας αισθητήρας εικόνας καταγράφει μια εικόνα ενός αντικειμένου που έχει ανιχνευθεί, ένα μικρότερο μέγεθος και μεγαλύτερη πυκνότητα εικονοστοιχείων του φωτοηλεκτρικού μετατροπέα επιτρέπουν στο αντικείμενο να "δειχθεί" με μεγαλύτερη λεπτομέρεια.
Επομένως, θεωρητικά, όσο περισσότερα pixel έχει η συσκευή φωτοηλεκτρικής μετατροπής, τόσο το καλύτερο. Ωστόσο, η αύξηση του αριθμού των pixel αυξάνει το κόστος κατασκευής και οδηγεί σε μείωση της απόδοσης. Επομένως, συνδυάζοντας έναν οπτικό φακό με τη συσκευή φωτοηλεκτρικής μετατροπής, τα μικροσκοπικά αντικείμενα που ανιχνεύονται μπορούν να μεγεθυνθούν και να απεικονιστούν στη συσκευή φωτοηλεκτρικής μετατροπής, επιτυγχάνοντας ανίχνευση υψηλής-ανάλυσης. Έτσι, ο πραγματικός εξοπλισμός AOI (Automated Optical Inspection) διαμορφώνεται σύμφωνα με τις ανάγκες του πελάτη.