解说自动光学检测(AOI)的应用

导读:机器视觉出现在 20 世纪 50 年代早期,是一个高科技的研究领域,主要应用于二维图像的识别和检测。现今机器视觉技术的常见应用是自动光学检测(Automated Optical Inspection,简称AOI),AOI 通常是使用合适的光源和摄像机来采集目标对象的 2D/3D 图像,然后通过对图像数据的处理和特征算法来判断待检测对象是否合格。


现实中存在的问题

在产品生产制造过程中,由于生产能力不足、环境不理想、制造工艺不规范等各种技术原因,产品表面难免会产生多种缺陷,如印制电路板上出现错孔、划伤、断路、短路和污染等,这些缺陷不仅影响产品外观,更重要的是影响产品性能,严重时甚至危及生命安全,对用户造成巨大经济损失。因此,制造业对产品的表面质量控制非常重视。

自动光学检测(AOI)的应用

机器视觉的发展也大力的促进了基于自动光学检测的焊接缺陷检测技术的发展,AOI实际上就是机器视觉技术在PCB检测领域中的应用。AOI是一种基于光学原理来对PCB产品生产过程中的缺陷和误差进行检测分析的设备,主要通过工业相机对PCB板进行扫描获取到PCB板的表面图像,对待检物品进行统计建模,提取分类特征与标准模型的特征进行对比,最后判断缺陷类型并标示。随着SMT产业的迅速发展,PCB上贴片元件的安装间隙愈加密集,由于AOI技术检测时间短、不破坏产品、检测精度高等优点,成为在PCB检测产业中的主流。
AOI技术是集成光学传感技术、运动控制技术与信号处理技术,在工业生产过程中执行测量、检测、识别和引导等任务。

AOI的基本原理

AOI技术是基于人眼视觉成像与人脑智能判别的原理,采用光学照明与图像传感技术获取被测对象的信息,通过数字图像处理增强目标特征,再采用模式识别,以及机器学习、深度学习等AI算法从背景图像中提取特征信息,并进行分类与表征,然后反馈给执行控制机构,实现产品的分类、分组或分选、生产过程中的质量控制等。
在工业应用领域,AOI实际上是一种智能化的自动光学成像与处理系统,即用各种光学成像技术与系统模拟人眼的视觉成像功能,用计算机处理系统代替人脑执行实时图像处理、特征识别与分类等任务,最后把结果反馈给执行机构,代替人手进行操作。AOI能够实现的主要功能包括测量、检测、识别与引导四个方面。对于尺寸比较小的零部件,用下面的AOI基本原理图示中的基本单元就可以解决实际问题。

常见缺陷有哪些

缺陷图像的处理通常要经历缺陷图像获取、图像预处理、缺陷检测、缺陷标记、缺陷特征提取和BLOB分析(即对图像中相同像素的连通域进行分析),以及缺陷分类。
常见的缺陷包括表面缺陷、表面几何缺陷、颗粒物、异物、生产环境指标偏离造成的缺陷,以及表面微观裂纹等。

表面缺陷是在加工、储存或使用期间,非故意或偶然生成的实际表面的单元体、成组的单元体和不规则体。在缺陷检测中,不同产品有不同的缺陷定义,但对缺陷进行分类基本上都依据以下几个主要特征,即几何特征、灰度和颜色特征、纹理特征。
表面几何缺陷是工业产品表面最常见的缺陷类型,不同的产品和行业对缺陷的定义可能不同,常见的几何缺陷有亮点、暗点、针孔、凸起、凹坑、沟槽、擦痕和划痕等。
颗粒物有灰尘、物体本体颗粒等,如液晶基板玻璃表面上的玻璃粉尘颗粒,大小一般在微米量级,通常颗粒物的AOI检测方法与异物、表面瑕疵和微观裂纹的检测方法不同,所采取的技术手 段也有差异。
异物是指根据产品标准规定表面不应该含有的物质,是混入原料或产品里除对象物品以外的物质。
在生产使用过程中,由于生产环境指标偏离规定标准,产品表面往往容易被污染、腐蚀、氧化,或者由于制造工艺不规范、设备老旧、人为疏忽等原因引入和形成异物,如产品表面附着毛发、绒线、塑料、手套毛线等异物。异物对产品的使用性能常有极大影响,是否为异物需要根据产品标准界定。如何减少表面异物一直是产品制造行业的一大难题。
表面微观裂纹通常是材料在应力或环境作用下产生的裂隙,裂纹分为微观裂纹和宏观裂纹,已经形成的微观裂纹和宏观裂纹在应力或环境作用下不断长大,扩展到一定程度,即造成材料的断裂。


基于上述各类缺陷,如今出现了几类不同特点的AOI设备。包括用于材料或元器件封装检测的半导体AOI、SMT制程检测的2D/3D AOI、涂覆检测的涂覆AOI、终检检测的双照AOI等。

基于视觉成像方法的自动光学检测技术及仪器目前在以智能制造以及计算机、通信等产业为代表的精密制造与组装过程中得到成功应用,也越来越受到产业界的广泛重视。任何以图像传感实现自动检测、测量、识别与机器人引导的技术都可以被认为是自动光学检测技术。自动光学检测仪器也是自动化装备,在制造领域除了能作为独立模块在生产线上或线下运行外,还常常作为制造过程或智能装备中不可缺少的信息感知单元,通过信息反馈,引导制造过程按要求顺利运行。

结语:最后还想指出,成像技术解决了信息感知问题,但要实现自动光学检测技术,系统集成技术尤为重要。系统集成技术牵涉到关键器件、系统设计、整机集成、软件开发等。高速图像数据处理与软件开发是自动光学检测的核心技术。由于自动光学检测是以图像传感获取的被测信息,数据量大,尤其是高速在线检测,图像数据有时是海量的,为满足生产节拍需求,因此必须采用高速数据处理技术。