AOI (Automatic Optical Inspection), kuten nimestä voi päätellä, on automaattinen tarkastusmenetelmä, joka saadaan aikaan optisilla kuvantamisjärjestelmillä. Se on myös yksi monista automaattisista kuvantunnistus- ja tunnistustekniikoista. Tarkka ja korkealaatuinen-optinen kuvantaminen ja käsittely ovat sen ydinteknologioita.
AOI-kehityksen tausta ja edut
AOI-tarkastusteknologian kehitys johtuu tarpeesta parantaa elektronisten komponenttien integrointia ja tarkkuutta, nopeampaa ja tehokkaampaa tarkastusta sekä tavoitteesta nollavikoja.
Sen suurimmat edut ovat työvoiman säästö, kustannusten aleneminen, tuotannon tehokkuuden parantaminen, tarkastuskriteerien standardointi ja inhimillisten virheiden eliminointi. Tämä varmistaa tarkastustulosten vakauden, toistettavuuden ja tarkkuuden, mikä mahdollistaa tuotevirheiden havaitsemisen oikea-aikaisesti ja varmistaa lähetyksen laadun.
AOI-tarkastuksen perusperiaatteet
AOI-tarkastuksen perusperiaate on käyttää kameratekniikkaa tuottamaan tarkastettavan kohteen heijastuneen valon intensiteetti kvantitatiivisena harmaasävyarvona. Tätä arvoa verrataan sitten vakiokuvan harmaasävyarvoon vikojen analysoimiseksi, määrittämiseksi ja luokittelemiseksi.
Analogisesti manuaalisen tarkastuksen kanssa, AOI:ssa käytetty tavallinen LED tai erityinen valonlähde vastaa manuaalisessa tarkastuksessa käytettyä luonnonvaloa. AOI:ssa käytettävä optinen anturi ja optinen linssi vastaavat ihmissilmää, ja AOI:n kuvankäsittely- ja analyysijärjestelmä vastaa ihmisen aivoja-kaksi vaihetta "näkeminen" ja "arviointi".
AOI-laitteiden kokoonpano
AOI-tarkastuksen toimintalogiikka voidaan jakaa neljään vaiheeseen: kuvanhankinta (optinen skannaus ja tiedonkeruu), tietojenkäsittely (tietojen luokittelu ja muuntaminen), kuva-analyysi (ominaisuuksien poimiminen ja mallien sovitus) ja vikojen ilmoittaminen (vian koko- ja tyyppiluokitus jne.).
Näiden neljän AOI-tarkastuksen toiminnon tukemiseksi ja toteuttamiseksi AOI-laitteiden laitteistojärjestelmä sisältää neljä osaa: työalustan, kuvantamisjärjestelmän, kuvankäsittelyjärjestelmän ja sähköjärjestelmän. Se on automatisoitu laite, joka yhdistää mekaniikan, automaation, optiikan ja ohjelmistot.
Kuvanhankintavaihe
AOI-kuvanhankintajärjestelmä sisältää pääasiassa kolme osaa: valosähköisen muunnosvalokuvausjärjestelmän, valaistusjärjestelmän ja ohjausjärjestelmän.
Koska otettua kuvaa käytetään vertailuun mallipohjaan, on hankitun kuvainformaation tarkkuus erittäin tärkeä tarkastustulosten kannalta. Kuvittele, jos kuvanottolaite ei pysty selvästi näkemään tai havaitsemaan tarkastettavan kohteen ominaispisteitä, tarkka havaitseminen on mahdotonta.
Valosähköinen muunnosvalokuvausjärjestelmä
Valosähköisellä muunnosvalokuvausjärjestelmällä tarkoitetaan valodiodilaitetta ja sen mukana tulevaa kuvantamisjärjestelmää. Kuvia ottavat "silmät", jotka molemmat perustuvat havaittavasta kohteesta heijastuvaa valoa vastaanottavien fotodiodien periaatteeseen, muuttavat valoenergian sähkövaraukseksi. Tämän muunnetun varauksen keräävät elektroniset komponentit valosähköiseen sensoriin ja välittävät sen muodostamaan analogisen jännitesignaalin.
Syntyneen analogisen jännitteen suuruus vaihtelee absorboidun valon intensiteetin mukaan. Peräkkäiset analogiset jännitearvot muunnetaan digitaalisiksi harmaasävyarvoiksi välillä 0 - 255. Harmaasävyarvo heijastaa kohteen heijastaman valon voimakkuutta ja saavuttaa siten erilaisten havaittavien kohteiden tunnistamisen.
Valosähköiset muuntimet voidaan jakaa kahteen tyyppiin: CCD (Charge{0}}Coupled Device) ja CMOS (Complementary Metal- Oxide Semiconductor).
Valmistusprosessien ja suunnittelun eroista johtuen CCD- ja CMOS-antureiden toimintaperiaatteet eroavat pääasiassa digitaalisen varauksen siirrosta.
CCD käyttää pii{0}}pohjaista puolijohdekäsittelytekniikkaa ja siinä on pysty- ja vaakasiirtorekisterit. Elektrodien synnyttämä sähkökenttä työntää varauksen linkitetyllä tavalla keskusanalogia---muuntimeen. Tämä rakenne ja muotoilu vaikeuttavat monien valoherkkien yksiköiden integrointia, mikä johtaa korkeisiin valmistuskustannuksiin ja suureen virrankulutukseen.
CMOS sen sijaan käyttää epäorgaanisten puolijohteiden käsittelytekniikkaa. Jokaisessa pikselissä on ylimääräinen elektroninen piiri, ja jokaista pikseliä voidaan käsitellä erikseen, mikä eliminoi CCD:issä olevan varauksensiirtorakenteen tarpeen. Sen kuvatietojen lukunopeus on paljon suurempi kuin CCD-sirujen, ja ylivalotuksesta aiheutuvien luonnottomien ilmiöiden, kuten kukkimisen ja tahriintumisen, esiintymistiheys on paljon pienempi. Sillä on myös alhaisempi hinta ja virrankulutus verrattuna valosähköisiin CCD-muuntimiin. Sillä on kuitenkin myös merkittäviä haittoja. Puolijohdeprosessina pikseliyksiköissä on enemmän vikoja, mikä johtaa joihinkin herkkyysongelmiin. Myöskään kunkin pikselin elektronisen piirin vaatimaa ylimääräistä tilaa ei käytetä valoherkänä alueena.
Lisäksi valoherkkä alue CMOS-sirun pinnalla on pienempi kuin CCD-sirun. Teoriassa tämä vähentää kerättävän kuvainformaation fotonien määrää. Siksi CMOS-valosähköisiä muunnoselementtejä on yleensä käytettävä korkean -intensiteetin valonlähteen kanssa, ja niissä on myös korkeampi kohina.
Riippumatta siitä, onko kyseessä CCD- tai CMOS-rakenne, yksi valosähköinen muunninyksikkö on pikseli. Useat valosähköiset muuntimet, jotka on järjestetty riveihin ja sarakkeisiin, muodostavat matriisin, joka muodostaa kuvasensorin. Kuvasensorin suorituskykyä mitataan pääasiassa resoluutiolla, koon tai alueen, herkkyyden, signaali-/-kohinasuhteen jne. perusteella, joista resoluutio ja koko ovat tärkeimmät indikaattorit. Kun kuvasensori ottaa kuvan havaitusta kohteesta, valosähköisen muuntimen pienempi koko ja suurempi pikselitiheys mahdollistavat kohteen "näkemisen" yksityiskohtaisemmin.
Siksi teoriassa mitä enemmän pikseleitä valosähköisessä muunnoslaitteessa on, sitä parempi. Pikselien määrän lisääminen kuitenkin lisää valmistuskustannuksia ja johtaa tuoton laskuun. Yhdistämällä optinen linssi valosähköiseen muunnoslaitteeseen, pienet havaitut kohteet voidaan suurentaa ja kuvata valosähköiseen muunnoslaitteeseen, jolloin saavutetaan korkean erotuskyvyn tunnistus. Siten varsinaiset AOI-laitteet (Automated Optical Inspection) konfiguroidaan asiakkaan tarpeiden mukaan.