AOI (Inspecció òptica automàtica), com el seu nom indica, és un mètode d'inspecció automàtica aconseguit mitjançant sistemes d'imatge òptica. També és una de les moltes tecnologies de detecció i detecció automàtica d'imatges. Imatges i processaments òptics precisos i d'alta-qualitat són les seves tecnologies bàsiques.
Antecedents i avantatges del desenvolupament d'AOI
El desenvolupament de la tecnologia d'inspecció AOI neix de la necessitat d'una major integració i precisió dels components electrònics, una inspecció més ràpida i eficient i l'objectiu de zero defectes.
Els seus majors avantatges són l'estalvi de mà d'obra, la reducció de costos, la millora de l'eficiència de la producció, l'estandardització dels criteris d'inspecció i l'eliminació de l'error humà. Això garanteix l'estabilitat, la repetibilitat i la precisió dels resultats de la inspecció, permetent la detecció oportuna dels defectes del producte i assegurant la qualitat de l'enviament.
Principis bàsics de la inspecció AOI
El principi bàsic de la inspecció AOI és utilitzar la tecnologia de la càmera per emetre la intensitat de la llum reflectida de l'objecte inspeccionat com a valor quantitatiu d'escala de grisos. A continuació, aquest valor es compara amb el valor d'escala de grisos d'una imatge estàndard per analitzar, determinar i classificar els defectes.
Utilitzant una analogia amb la inspecció manual, el LED normal o la font de llum especial utilitzada a l'AOI és equivalent a la llum natural utilitzada en la inspecció manual. El sensor òptic i la lent òptica utilitzats a l'AOI són equivalents a l'ull humà, i el sistema de processament i anàlisi d'imatges d'AOI és equivalent al cervell humà-les dues etapes de "veure" i "jutjar".
Composició de l'equip AOI
La lògica de treball de la inspecció AOI es pot dividir en quatre etapes: adquisició d'imatges (escaneig òptic i recollida de dades), processament de dades (classificació i conversió de dades), anàlisi d'imatges (extracció de funcions i concordança de plantilles) i informes de defectes (clasificació de tipus i mida de defecte, etc.).
Per donar suport i implementar aquestes quatre funcions d'inspecció AOI, el sistema de maquinari dels equips AOI inclou quatre parts: una plataforma de treball, un sistema d'imatge, un sistema de processament d'imatges i un sistema elèctric. És un equip automatitzat que integra mecànica, automatització, òptica i programari.
Etapa d'adquisició d'imatges
El sistema d'adquisició d'imatges AOI inclou principalment tres parts: un sistema de fotografia de conversió fotoelèctrica, un sistema d'il·luminació i un sistema de control.
Com que la imatge capturada s'utilitza per a la comparació amb una plantilla, la precisió de la informació de la imatge adquirida és molt important per als resultats de la inspecció. Imagineu-vos si el dispositiu d'adquisició d'imatges no pot veure o detectar clarament els punts característics de l'objecte inspeccionat, llavors la detecció precisa és impossible.
Sistema de fotografia de conversió fotoelèctrica
El sistema de fotografia de conversió fotoelèctrica es refereix al dispositiu fotodíode i al seu sistema d'imatge que l'acompanya. Els "ulls" que adquireixen imatges, tots dos basats en el principi dels fotodíodes que reben la llum reflectida per l'objecte detectat, converteixen l'energia lluminosa en càrrega elèctrica. Aquesta càrrega convertida és recollida pels components electrònics del sensor fotoelèctric i transmesa per formar un senyal de voltatge analògic.
La magnitud de la tensió analògica generada varia en funció de la intensitat de la llum absorbida. Els valors de voltatge analògic de sortida seqüencial es converteixen en valors d'escala de grisos digitals de 0 a 255. El valor d'escala de grisos reflecteix la intensitat de la llum reflectida per l'objecte, aconseguint així el propòsit d'identificar els diferents objectes que es detecten.
Els convertidors fotoelèctrics es poden dividir en dos tipus: CCD (Charge-Coupled Device) i CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).
A causa de les diferències en els processos de fabricació i disseny, els principis de funcionament dels sensors CCD i CMOS difereixen principalment en la forma en què es transfereix la càrrega digital.
El CCD utilitza tecnologia de processament de semiconductors-basada en silici i té registres de desplaçament verticals i horitzontals. El camp elèctric generat pels elèctrodes empeny la càrrega d'una manera vinculada al convertidor central d'analògic-a-digital. Aquesta estructura i disseny dificulten la integració de moltes unitats fotosensibles, la qual cosa comporta uns costos de fabricació elevats i un alt consum d'energia.
CMOS, d'altra banda, utilitza tecnologia de processament de semiconductors inorgànics. Cada píxel té circuits electrònics addicionals i cada píxel es pot abordar individualment, eliminant la necessitat del disseny de canvi de càrrega que es troba als CCD. La seva velocitat de lectura d'informació d'imatge és molt superior a la dels xips CCD, i la freqüència de fenòmens no naturals causats per la sobreexposició, com ara la floració i les taques, és molt menor. També té un preu i un consum d'energia més baixos en comparació amb els convertidors fotoelèctrics CCD. Tanmateix, també té importants inconvenients. Com a procés semiconductor, les unitats de píxels tenen més defectes, cosa que provoca alguns problemes de sensibilitat. A més, l'espai addicional necessari per als circuits electrònics de cada píxel no s'utilitza com a àrea fotosensible.
A més, l'àrea fotosensible a la superfície d'un xip CMOS és més petita que la d'un xip CCD. Teòricament, això redueix el nombre de fotons d'informació d'imatge que es poden recollir. Per tant, els elements de conversió fotoelèctrica CMOS generalment s'han d'utilitzar amb una font de llum d'alta-intensitat i també tenen un soroll més elevat.
Independentment de si es tracta d'una estructura CCD o CMOS, una unitat convertidora fotoelèctrica és un píxel. Diversos convertidors fotoelèctrics disposats en files i columnes formen una matriu, que constitueix el sensor d'imatge. El rendiment d'un sensor d'imatge es mesura principalment per resolució, mida o àrea, sensibilitat, relació senyal-a-soroll, etc., entre els quals la resolució i la mida són els indicadors més importants. Quan un sensor d'imatge captura una imatge d'un objecte detectat, una mida més petita i una densitat de píxels més alta del convertidor fotoelèctric permeten "veure" l'objecte amb més detall.
Per tant, teòricament, com més píxels tingui el dispositiu de conversió fotoelèctrica, millor. Tanmateix, augmentar el nombre de píxels augmenta els costos de fabricació i comporta una disminució del rendiment. Per tant, combinant una lent òptica amb el dispositiu de conversió fotoelèctrica, els objectes minúsculs detectats es poden ampliar i capturar al dispositiu de conversió fotoelèctrica, aconseguint una detecció d'alta-resolució. Així, l'equip real d'AOI (Inspecció òptica automatitzada) es configura segons les necessitats del client.