L'AOI (Automatic Optical Inspection), come suggerisce il nome, è un metodo di ispezione automatica ottenuto attraverso sistemi di imaging ottico. È anche una delle tante tecnologie di rilevamento e rilevamento automatico delle immagini. L'imaging e l'elaborazione ottica accurati e di alta-qualità sono le sue tecnologie principali.
Contesto e vantaggi dello sviluppo AOI
Lo sviluppo della tecnologia di ispezione AOI nasce dalla necessità di una maggiore integrazione e precisione dei componenti elettronici, di un'ispezione più rapida ed efficiente e dall'obiettivo di zero difetti.
I suoi maggiori vantaggi sono il risparmio di manodopera, la riduzione dei costi, il miglioramento dell’efficienza produttiva, la standardizzazione dei criteri di ispezione e l’eliminazione dell’errore umano. Ciò garantisce stabilità, ripetibilità e accuratezza dei risultati dell'ispezione, consentendo il rilevamento tempestivo dei difetti del prodotto e garantendo la qualità della spedizione.
Principi di base dell'ispezione AOI
Il principio di base dell'ispezione AOI è quello di utilizzare la tecnologia della telecamera per restituire l'intensità della luce riflessa dell'oggetto da ispezionare come valore quantitativo in scala di grigi. Questo valore viene quindi confrontato con il valore della scala di grigi di un'immagine standard per analizzare, determinare e classificare i difetti.
Utilizzando un'analogia con l'ispezione manuale, il LED ordinario o la sorgente luminosa speciale utilizzata nell'AOI è equivalente alla luce naturale utilizzata nell'ispezione manuale. Il sensore ottico e la lente ottica utilizzati in AOI sono equivalenti all'occhio umano e il sistema di elaborazione e analisi delle immagini di AOI è equivalente al cervello umano-le due fasi di "vedere" e "giudicare".
Composizione dell'attrezzatura AOI
La logica di funzionamento dell'ispezione AOI può essere suddivisa in quattro fasi: acquisizione delle immagini (scansione ottica e raccolta dati), elaborazione dei dati (classificazione e conversione dei dati), analisi delle immagini (estrazione delle caratteristiche e corrispondenza dei modelli) e segnalazione dei difetti (dimensione del difetto e classificazione del tipo, ecc.).
Per supportare e implementare queste quattro funzioni dell'ispezione AOI, il sistema hardware delle apparecchiature AOI comprende quattro parti: una piattaforma di lavoro, un sistema di imaging, un sistema di elaborazione delle immagini e un sistema elettrico. Si tratta di un'apparecchiatura automatizzata che integra meccanica, automazione, ottica e software.
Fase di acquisizione delle immagini
Il sistema di acquisizione delle immagini AOI comprende principalmente tre parti: un sistema fotografico di conversione fotoelettrica, un sistema di illuminazione e un sistema di controllo.
Poiché l'immagine catturata viene utilizzata per il confronto con un modello, la precisione delle informazioni sull'immagine acquisite è molto importante per i risultati dell'ispezione. Immagina se il dispositivo di acquisizione delle immagini non potesse vedere o rilevare chiaramente i punti caratteristici dell'oggetto da ispezionare, quindi un rilevamento accurato sarebbe impossibile.
Sistema fotografico di conversione fotoelettrica
Il sistema fotografico di conversione fotoelettrica si riferisce al dispositivo fotodiodo e al relativo sistema di imaging. Gli “occhi” che acquisiscono le immagini, entrambi basati sul principio dei fotodiodi che ricevono la luce riflessa dall'oggetto rilevato, convertono l'energia luminosa in carica elettrica. Questa carica convertita viene raccolta dai componenti elettronici nel sensore fotoelettrico e trasmessa per formare un segnale di tensione analogico.
L'entità della tensione analogica generata varia a seconda dell'intensità della luce assorbita. I valori di tensione analogica emessi sequenzialmente vengono convertiti in valori digitali della scala di grigi da 0 a 255. Il valore della scala di grigi riflette l'intensità della luce riflessa dall'oggetto, raggiungendo così lo scopo di identificare i diversi oggetti rilevati.
I convertitori fotoelettrici possono essere suddivisi in due tipi: CCD (dispositivo di carica-accoppiato) e CMOS (semiconduttore di ossido di metallo complementare-).
A causa delle differenze nei processi di produzione e nella progettazione, i principi di funzionamento dei sensori CCD e CMOS differiscono principalmente nel modo in cui viene trasferita la carica digitale.
Il CCD utilizza una tecnologia di elaborazione dei semiconduttori basata sul silicio- e dispone di registri a spostamento verticale e orizzontale. Il campo elettrico generato dagli elettrodi spinge la carica in modo collegato al convertitore centrale da analogico-a-digitale. Questa struttura e questo design rendono difficile l'integrazione di molte unità fotosensibili, con conseguenti costi di produzione elevati e un elevato consumo energetico.
CMOS, d'altra parte, utilizza la tecnologia di elaborazione dei semiconduttori inorganici. Ogni pixel dispone di circuiti elettronici aggiuntivi e ciascun pixel può essere indirizzato individualmente, eliminando la necessità del design a spostamento di carica tipico dei CCD. La sua velocità di lettura delle informazioni sull'immagine è di gran lunga superiore a quella dei chip CCD e la frequenza dei fenomeni innaturali causati dalla sovraesposizione come la fioritura e le sbavature è molto inferiore. Inoltre ha un prezzo e un consumo energetico inferiori rispetto ai convertitori fotoelettrici CCD. Tuttavia, presenta anche notevoli inconvenienti. Essendo un processo a semiconduttore, le unità pixel presentano più difetti, il che porta ad alcuni problemi di sensibilità. Inoltre, lo spazio aggiuntivo richiesto per i circuiti elettronici di ciascun pixel non viene utilizzato come area fotosensibile.
Inoltre, l'area fotosensibile sulla superficie di un chip CMOS è più piccola di quella di un chip CCD. In teoria, ciò riduce il numero di fotoni di informazioni sull'immagine che possono essere raccolti. Pertanto, gli elementi di conversione fotoelettrica CMOS generalmente devono essere utilizzati con una sorgente luminosa ad alta-intensità e presentano anche un rumore più elevato.
Indipendentemente dal fatto che si tratti di una struttura CCD o CMOS, un'unità di conversione fotoelettrica è un pixel. Diversi convertitori fotoelettrici disposti in righe e colonne formano una matrice, che costituisce il sensore di immagine. Le prestazioni di un sensore di immagine vengono misurate principalmente in base alla risoluzione, alle dimensioni o all'area, alla sensibilità, al rapporto segnale-rispetto-rumore, ecc., tra i quali la risoluzione e le dimensioni sono gli indicatori più importanti. Quando un sensore di immagine cattura un'immagine di un oggetto rilevato, una dimensione più piccola e una maggiore densità di pixel del convertitore fotoelettrico consentono di "vedere" l'oggetto in maggiore dettaglio.
Pertanto, in teoria, maggiore è il numero di pixel del dispositivo di conversione fotoelettrica, meglio è. Tuttavia, l’aumento del numero di pixel aumenta i costi di produzione e porta ad una diminuzione della resa. Pertanto, combinando una lente ottica con il dispositivo di conversione fotoelettrica, i piccoli oggetti rilevati possono essere ingranditi e ripresi sul dispositivo di conversione fotoelettrica, ottenendo un rilevamento ad alta-risoluzione. Pertanto, le attuali apparecchiature AOI (ispezione ottica automatizzata) vengono configurate in base alle esigenze del cliente.