Az AOI (Automatic Optical Inspection), ahogy a neve is sugallja, az optikai képalkotó rendszereken keresztül elérhető automatikus ellenőrzési módszer. Egyike a számos automatikus képérzékelő és -felismerési technológia közül. A pontos és jó minőségű optikai képalkotás és feldolgozás a fő technológiái.
Az AOI fejlesztés háttere és előnyei
Az AOI vizsgálati technológiájának fejlesztése az elektronikus alkatrészek nagyobb integrációjának és pontosságának igényéből, a gyorsabb és hatékonyabb ellenőrzésből, valamint a hibamentesség céljából fakad.
Legnagyobb előnyei a munkaerő-megtakarítás, a költségek csökkentése, a termelés hatékonyságának javítása, az ellenőrzési kritériumok egységesítése és az emberi hibák kiküszöbölése. Ez biztosítja az ellenőrzési eredmények stabilitását, megismételhetőségét és pontosságát, lehetővé téve a termékhibák időben történő észlelését és a szállítmány minőségének biztosítását.
Az AOI vizsgálat alapelvei
Az AOI vizsgálat alapelve, hogy kameratechnológiát használva a vizsgált objektum visszavert fényintenzitását kvantitatív szürkeárnyalatos értékként adja ki. Ezt az értéket ezután összehasonlítja egy szabványos kép szürkeárnyalatos értékével a hibák elemzéséhez, meghatározásához és osztályozásához.
A kézi ellenőrzés analógiájával az AOI-ban használt hagyományos LED vagy speciális fényforrás egyenértékű a kézi ellenőrzés során használt természetes fénnyel. Az AOI-ban használt optikai érzékelő és optikai lencse egyenértékű az emberi szemével, az AOI képfeldolgozó és -elemző rendszere pedig az emberi agy{1}}a „látás” és az „ítéletalkotás” két szakaszával.
Az AOI berendezés összetétele
Az AOI vizsgálat működési logikája négy szakaszra osztható: képfelvétel (optikai szkennelés és adatgyűjtés), adatfeldolgozás (adatosztályozás és konverzió), képelemzés (jellemzők kinyerése és sablonillesztése), valamint hibajelentés (hibaméret és -típus osztályozás stb.).
Az AOI ellenőrzés e négy funkciójának támogatására és megvalósítására az AOI berendezések hardverrendszere négy részből áll: egy munkaplatformból, egy képalkotó rendszerből, egy képfeldolgozó rendszerből és egy elektromos rendszerből. Ez egy automatizált berendezés, amely integrálja a mechanikát, az automatizálást, az optikát és a szoftvert.
Képszerzési szakasz
Az AOI képgyűjtő rendszer alapvetően három részből áll: egy fotoelektromos konverziós fényképezési rendszerből, egy megvilágítási rendszerből és egy vezérlőrendszerből.
Mivel a rögzített képet sablonnal való összehasonlításra használják, a kapott képinformáció pontossága nagyon fontos az ellenőrzési eredmények szempontjából. Képzeljük el, ha a képalkotó eszköz nem látja vagy érzékeli egyértelműen a vizsgált tárgy jellemző pontjait, akkor a pontos észlelés lehetetlen.
Fotoelektromos konverziós fényképészeti rendszer
A fotoelektromos konverziós fényképezési rendszer a fotodióda berendezésre és a hozzá tartozó képalkotó rendszerre vonatkozik. A képeket készítő „szemek”, amelyek az észlelt tárgyról visszaverődő fényt fogadó fotodiódák elvén alapulnak, a fényenergiát elektromos töltéssé alakítják. Ezt az átalakított töltést a fotoelektromos érzékelőben lévő elektronikus alkatrészek összegyűjtik, és analóg feszültségjelet képeznek.
A generált analóg feszültség nagysága az elnyelt fény intenzitásától függően változik. A szekvenciálisan kiadott analóg feszültségértékek digitális szürkeárnyalatos értékekké alakulnak 0 és 255 között. A szürkeárnyalatos érték tükrözi az objektumról visszavert fény intenzitását, így eléri a különböző észlelt objektumok azonosításának célját.
A fotoelektromos átalakítók két típusra oszthatók: CCD (Charge{0}}Coupled Device) és CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).
A gyártási folyamatok és a tervezés különbségei miatt a CCD és CMOS érzékelők működési elvei főként a digitális töltés átvitelének módjában térnek el.
A CCD szilícium{0}}alapú félvezető-feldolgozási technológiát használ, és függőleges és vízszintes eltolási regiszterekkel rendelkezik. Az elektródák által generált elektromos mező a töltést összekapcsolt módon a központi analóg---digitális konverterhez tolja. Ez a szerkezet és kialakítás megnehezíti számos fényérzékeny egység integrálását, ami magas gyártási költségeket és magas energiafogyasztást eredményez.
A CMOS viszont szervetlen félvezető feldolgozási technológiát használ. Minden pixel további elektronikus áramkörrel rendelkezik, és minden pixel külön-külön megszólítható, így nincs szükség a CCD-ben található töltéseltolódási kialakításra. Képinformáció-olvasási sebessége jóval nagyobb, mint a CCD-chipeknél, és a túlexponálás okozta természetellenes jelenségek, például a kivirágzás és elkenődés gyakorisága sokkal kisebb. Alacsonyabb ára és fogyasztása is a CCD fotoelektromos konverterekhez képest. Ennek azonban jelentős hátrányai is vannak. Félvezető eljárásként a pixelegységeknek több hibája van, ami érzékenységi problémákhoz vezet. Ezenkívül az egyes pixelek elektronikus áramköréhez szükséges többletterületet nem használják fényérzékeny területként.
Ezenkívül a CMOS chip felületén lévő fényérzékeny terület kisebb, mint a CCD chipé. Elméletileg ez csökkenti az összegyűjthető képinformáció fotonjainak számát. Ezért a CMOS fotoelektromos konverziós elemeket általában nagy-intenzitású fényforrással kell használni, és magasabb zajszinttel is rendelkeznek.
Függetlenül attól, hogy CCD vagy CMOS szerkezetről van szó, egy fotoelektromos átalakító egység egy pixel. Számos sorokba és oszlopokba rendezett fotoelektromos átalakító alkot egy mátrixot, amely a képérzékelőt alkotja. A képérzékelő teljesítményét elsősorban a felbontás, a méret vagy a terület, az érzékenység, a jel-/-zaj arány stb. alapján mérik, amelyek közül a felbontás és a méret a legfontosabb mutatók. Amikor egy képérzékelő képet készít egy észlelt tárgyról, a fotoelektromos átalakító kisebb mérete és nagyobb pixelsűrűsége lehetővé teszi az objektum részletesebb "látását".
Ezért elméletileg minél több pixellel rendelkezik a fotoelektromos átalakító eszköz, annál jobb. A pixelek számának növelése azonban növeli a gyártási költségeket és a hozam csökkenéséhez vezet. Ezért az optikai lencse és a fotoelektromos konverziós eszköz kombinálásával az apró észlelt objektumok felnagyíthatók és a fotoelektromos átalakító eszközre leképezhetők, így nagy-felbontású észlelés érhető el. Így a tényleges AOI (Automated Optical Inspection) berendezés az ügyfelek igényei szerint van konfigurálva.