AOI (Kiểm tra quang học tự động), như tên cho thấy, là một phương pháp kiểm tra tự động đạt được thông qua hệ thống hình ảnh quang học. Nó cũng là một trong nhiều công nghệ phát hiện và cảm biến hình ảnh tự động. Hình ảnh và xử lý quang học-chính xác và chất lượng cao là những công nghệ cốt lõi của nó.
Bối cảnh và lợi thế của việc phát triển AOI
Sự phát triển của công nghệ kiểm tra AOI xuất phát từ nhu cầu tích hợp và độ chính xác cao hơn của các linh kiện điện tử, kiểm tra nhanh hơn và hiệu quả hơn cũng như mục tiêu không có sai sót.
Ưu điểm lớn nhất của nó là tiết kiệm nhân lực, giảm chi phí, nâng cao hiệu quả sản xuất, tiêu chuẩn hóa các tiêu chí kiểm tra và loại bỏ lỗi của con người. Điều này đảm bảo tính ổn định, độ lặp lại và độ chính xác của kết quả kiểm tra, cho phép phát hiện kịp thời các lỗi của sản phẩm và đảm bảo chất lượng lô hàng.
Nguyên tắc cơ bản của kiểm tra AOI
Nguyên tắc cơ bản của kiểm tra AOI là sử dụng công nghệ camera để đưa ra cường độ ánh sáng phản xạ của đối tượng được kiểm tra dưới dạng giá trị thang độ xám định lượng. Giá trị này sau đó được so sánh với giá trị thang độ xám của hình ảnh tiêu chuẩn để phân tích, xác định và phân loại lỗi.
Tương tự với kiểm tra thủ công, đèn LED thông thường hoặc nguồn sáng đặc biệt được sử dụng trong AOI tương đương với ánh sáng tự nhiên được sử dụng trong kiểm tra thủ công. Cảm biến quang học và thấu kính quang học được sử dụng trong AOI tương đương với mắt người và hệ thống phân tích và xử lý hình ảnh của AOI tương đương với bộ não con người-hai giai đoạn "nhìn" và "đánh giá".
Thành phần thiết bị AOI
Logic hoạt động của kiểm tra AOI có thể được chia thành bốn giai đoạn: thu thập hình ảnh (quét quang và thu thập dữ liệu), xử lý dữ liệu (phân loại và chuyển đổi dữ liệu), phân tích hình ảnh (trích xuất tính năng và khớp mẫu) và báo cáo lỗi (kích thước lỗi và phân loại loại, v.v.).
Để hỗ trợ và thực hiện bốn chức năng kiểm tra AOI này, hệ thống phần cứng của thiết bị AOI bao gồm bốn phần: nền tảng làm việc, hệ thống hình ảnh, hệ thống xử lý hình ảnh và hệ thống điện. Nó là một thiết bị tự động tích hợp cơ khí, tự động hóa, quang học và phần mềm.
Giai đoạn thu nhận hình ảnh
Hệ thống thu nhận hình ảnh AOI chủ yếu bao gồm ba phần: hệ thống chụp ảnh chuyển đổi quang điện, hệ thống chiếu sáng và hệ thống điều khiển.
Vì hình ảnh được chụp được sử dụng để so sánh với mẫu nên độ chính xác của thông tin hình ảnh thu được là rất quan trọng đối với kết quả kiểm tra. Hãy tưởng tượng nếu thiết bị thu nhận hình ảnh không thể nhìn rõ hoặc phát hiện các điểm đặc trưng của đối tượng được kiểm tra thì việc phát hiện chính xác là không thể.
Hệ thống chụp ảnh chuyển đổi quang điện
Hệ thống chụp ảnh chuyển đổi quang điện dùng để chỉ thiết bị photodiode và hệ thống hình ảnh đi kèm của nó. Những "con mắt" thu nhận hình ảnh, đều dựa trên nguyên lý điốt quang nhận ánh sáng phản xạ từ vật thể được phát hiện, chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện tích. Điện tích chuyển đổi này được các linh kiện điện tử trong cảm biến quang điện thu thập và truyền đi tạo thành tín hiệu điện áp analog.
Độ lớn của điện áp tương tự được tạo ra thay đổi tùy thuộc vào cường độ ánh sáng được hấp thụ. Các giá trị điện áp analog đầu ra tuần tự được chuyển đổi thành giá trị thang độ xám kỹ thuật số từ 0 đến 255. Giá trị thang độ xám phản ánh cường độ ánh sáng được phản xạ bởi đối tượng, do đó đạt được mục đích xác định các đối tượng khác nhau được phát hiện.
Bộ chuyển đổi quang điện có thể được chia thành hai loại: CCD (Thiết bị ghép nối điện tích) và CMOS (Chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung-).
Do sự khác biệt trong quy trình sản xuất và thiết kế, nguyên lý hoạt động của cảm biến CCD và CMOS chủ yếu khác nhau ở cách truyền điện tích kỹ thuật số.
CCD sử dụng công nghệ xử lý chất bán dẫn-dựa trên silicon và có các thanh ghi dịch chuyển dọc và ngang. Điện trường do các điện cực tạo ra sẽ đẩy điện tích theo cách liên kết đến bộ chuyển đổi tương tự-sang-kỹ thuật số trung tâm. Cấu trúc và thiết kế này gây khó khăn cho việc tích hợp nhiều bộ phận cảm quang, dẫn đến chi phí sản xuất cao và tiêu thụ điện năng cao.
Mặt khác, CMOS sử dụng công nghệ xử lý chất bán dẫn vô cơ. Mỗi pixel có mạch điện tử bổ sung và mỗi pixel có thể được xử lý riêng lẻ, loại bỏ nhu cầu về thiết kế dịch chuyển điện tích thường thấy trong CCD. Tốc độ đọc thông tin hình ảnh của nó cao hơn nhiều so với chip CCD và tần suất các hiện tượng không tự nhiên do phơi sáng quá mức như nở hoa và nhòe thấp hơn nhiều. Nó cũng có giá thành và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn so với bộ chuyển đổi quang điện CCD. Tuy nhiên, nó cũng có những nhược điểm đáng kể. Là một quá trình bán dẫn, các đơn vị pixel có nhiều khiếm khuyết hơn, dẫn đến một số vấn đề về độ nhạy. Ngoài ra, không gian bổ sung cần thiết cho mạch điện tử của mỗi pixel không được sử dụng làm vùng cảm quang.
Hơn nữa, vùng cảm quang trên bề mặt chip CMOS nhỏ hơn vùng cảm quang trên chip CCD. Về mặt lý thuyết, điều này làm giảm số lượng photon của thông tin hình ảnh có thể thu thập được. Do đó, các phần tử chuyển đổi quang điện CMOS thường cần được sử dụng với nguồn sáng{2}cường độ cao và chúng cũng có độ nhiễu cao hơn.
Bất kể đó là cấu trúc CCD hay CMOS, một bộ chuyển đổi quang điện đều là một pixel. Một số bộ chuyển đổi quang điện được sắp xếp theo hàng và cột tạo thành một ma trận, tạo thành cảm biến hình ảnh. Hiệu suất của cảm biến hình ảnh chủ yếu được đo bằng độ phân giải, kích thước hoặc diện tích, độ nhạy, tỷ lệ tín hiệu-trên-nhiễu, v.v., trong đó độ phân giải và kích thước là các chỉ số quan trọng nhất. Khi cảm biến hình ảnh chụp ảnh của một đối tượng được phát hiện, kích thước nhỏ hơn và mật độ điểm ảnh cao hơn của bộ chuyển đổi quang điện cho phép đối tượng được "nhìn thấy" chi tiết hơn.
Vì vậy, về mặt lý thuyết, thiết bị chuyển đổi quang điện càng có nhiều pixel thì càng tốt. Tuy nhiên, việc tăng số lượng pixel sẽ làm tăng chi phí sản xuất và dẫn đến giảm năng suất. Do đó, bằng cách kết hợp thấu kính quang học với thiết bị chuyển đổi quang điện, các vật thể nhỏ được phát hiện có thể được phóng to và chụp ảnh trên thiết bị chuyển đổi quang điện, đạt được khả năng phát hiện có độ phân giải cao. Do đó, thiết bị AOI (Kiểm tra quang học tự động) thực tế được cấu hình theo nhu cầu của khách hàng.