AOI (בדיקה אופטית אוטומטית), כפי שהשם מרמז, היא שיטה לבדיקה אוטומטית המושגת באמצעות מערכות הדמיה אופטית. זוהי גם אחת מני רבות של טכנולוגיות חישה וזיהוי תמונות אוטומטיות. הדמיה ועיבוד אופטי מדויקים ואיכותיים- הם טכנולוגיות הליבה שלה.
רקע ויתרונות פיתוח AOI
פיתוח טכנולוגיית בדיקת AOI נובעת מהצורך באינטגרציה ובדיוק גבוהים יותר של רכיבים אלקטרוניים, בדיקה מהירה ויעילה יותר ומשאיפה של אפס פגמים.
היתרונות הגדולים ביותר שלו הם חיסכון בכוח אדם, הפחתת עלויות, שיפור יעילות הייצור, סטנדרטיזציה של קריטריוני הבדיקה ומניעת טעויות אנוש. זה מבטיח את היציבות, החזרה והדיוק של תוצאות הבדיקה, מה שמאפשר זיהוי בזמן של פגמים במוצר והבטחת איכות המשלוח.
עקרונות בסיסיים של בדיקת AOI
העיקרון הבסיסי של בדיקת AOI הוא להשתמש בטכנולוגיית מצלמה כדי להפיק את עוצמת האור המוחזר של האובייקט הנבדק כערך גווני אפור כמותי. ערך זה מושווה לאחר מכן לערך גווני האפור של תמונה סטנדרטית כדי לנתח, לקבוע ולסווג פגמים.
באמצעות אנלוגיה לבדיקה ידנית, ה-LED הרגיל או מקור האור המיוחד המשמש ב-AOI שווה ערך לאור הטבעי המשמש בבדיקה ידנית. החיישן האופטי והעדשה האופטית המשמשים ב-AOI שווים לעין האנושית, ומערכת עיבוד התמונות והניתוח של AOI מקבילה למוח האנושי-שני השלבים של "ראייה" ו"שיפוט".
הרכב ציוד AOI
ניתן לחלק את היגיון העבודה של בדיקת AOI לארבעה שלבים: רכישת תמונה (סריקה אופטית ואיסוף נתונים), עיבוד נתונים (סיווג והמרה של נתונים), ניתוח תמונה (חילוץ תכונות והתאמת תבניות), ודיווח על ליקויים (גודל ליקוי וסוג סיווג וכו').
כדי לתמוך וליישם את ארבע הפונקציות הללו של בדיקת AOI, מערכת החומרה של ציוד AOI כוללת ארבעה חלקים: פלטפורמת עבודה, מערכת הדמיה, מערכת עיבוד תמונה ומערכת חשמלית. זהו ציוד אוטומטי המשלב מכניקה, אוטומציה, אופטיקה ותוכנה.
שלב רכישת תמונה
מערכת רכישת התמונות AOI כוללת בעיקר שלושה חלקים: מערכת צילום המרה פוטו-אלקטרית, מערכת תאורה ומערכת בקרה.
מכיוון שהתמונה המצולמת משמשת להשוואה עם תבנית, הדיוק של מידע התמונה הנרכש חשוב מאוד לתוצאות הבדיקה. תארו לעצמכם אם מכשיר רכישת התמונה אינו יכול לראות או לזהות בבירור את הנקודות האופייניות של האובייקט הנבדק, אז איתור מדויק בלתי אפשרי.
מערכת צילום המרה פוטו-אלקטרית
מערכת צילום ההמרה הפוטואלקטרית מתייחסת למכשיר הפוטודיודה ולמערכת ההדמיה הנלווית לו. ה"עיניים" הרוכשות תמונות, שניהם מבוססות על העיקרון של פוטודיודות הקולטות אור המוחזר מהאובייקט המתגלה, ממירות אנרגיית אור למטען חשמלי. המטען המומר הזה נאסף על ידי רכיבים אלקטרוניים בחיישן הפוטואלקטרי ומועבר ליצירת אות מתח אנלוגי.
גודל המתח האנלוגי שנוצר משתנה בהתאם לעוצמת האור הנקלט. ערכי המתח האנלוגי של הפלט ברצף מומרים לערכי גווני אפור דיגיטליים מ-0 עד 255. ערך גווני האפור משקף את עוצמת האור המוחזר מהאובייקט, ובכך משיג את המטרה של זיהוי עצמים שונים המתגלים.
ניתן לחלק את הממירים הפוטואלקטריים לשני סוגים: CCD (Charge-Coupled Device) ו-CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).
בשל הבדלים בתהליכי ייצור ובעיצוב, עקרונות העבודה של חיישני CCD ו-CMOS שונים בעיקר באופן העברת המטען הדיגיטלי.
CCD משתמש בטכנולוגיית עיבוד מוליכים למחצה המבוססת על-סיליקון ויש לו רגיסטרים אנכיים ואופקיים. השדה החשמלי שנוצר על ידי האלקטרודות דוחף את המטען באופן מקושר אל הממיר האנלוגי-ל-המרכזי. מבנה ועיצוב זה מקשים על שילוב יחידות רגישות לאור רבות, וכתוצאה מכך עלויות ייצור גבוהות וצריכת חשמל גבוהה.
CMOS, לעומת זאת, משתמש בטכנולוגיית עיבוד מוליכים למחצה אנאורגניים. לכל פיקסל יש מעגלים אלקטרוניים נוספים, וניתן לטפל בכל פיקסל בנפרד, מה שמבטל את הצורך בעיצוב העברת המטען שנמצא ב-CCD. מהירות קריאת מידע התמונה שלו גבוהה בהרבה מזו של שבבי CCD, והתדירות של תופעות לא טבעיות הנגרמות מחשיפת יתר כמו פריחה ומריחה נמוכה בהרבה. יש לו גם מחיר וצריכת חשמל נמוכים יותר בהשוואה לממירים פוטואלקטריים של CCD. עם זאת, יש לו גם חסרונות משמעותיים. כתהליך מוליכים למחצה, ליחידות הפיקסלים יש יותר פגמים, מה שמוביל לכמה בעיות רגישות. כמו כן, השטח הנוסף הנדרש למעגלים האלקטרוניים של כל פיקסל אינו משמש כאזור רגיש לאור.
יתר על כן, האזור הרגיש לאור על פני השטח של שבב CMOS קטן יותר מזה של שבב CCD. תיאורטית, זה מפחית את מספר הפוטונים של מידע תמונה שניתן לאסוף. לכן, בדרך כלל יש להשתמש ברכיבי המרה פוטואלקטריים של CMOS עם מקור אור בעוצמה גבוהה-, ויש להם גם רעש גבוה יותר.
לא משנה אם זה מבנה CCD או CMOS, יחידת ממיר פוטואלקטרי אחת היא פיקסל. מספר ממירים פוטו-אלקטריים המסודרים בשורות ובעמודות יוצרים מטריצה, המהווה את חיישן התמונה. הביצועים של חיישן תמונה נמדדים בעיקר לפי רזולוציה, גודל או שטח, רגישות, יחס אות-ל-רעש וכו', שביניהם הרזולוציה והגודל הם האינדיקטורים החשובים ביותר. כאשר חיישן תמונה לוכד תמונה של עצם מזוהה, גודל קטן יותר וצפיפות פיקסלים גבוהה יותר של הממיר הפוטואלקטרי מאפשרים "לראות" את האובייקט בפירוט רב יותר.
לכן, תיאורטית, ככל שיש למכשיר ההמרה הפוטואלקטרי יותר פיקסלים, כך ייטב. עם זאת, הגדלת מספר הפיקסלים מגדילה את עלויות הייצור ומובילה לירידה בתפוקה. לכן, על ידי שילוב של עדשה אופטית עם התקן ההמרה הפוטואלקטרי, ניתן להגדיל אובייקטים זעירים שזוהו ולהצטלם על גבי מכשיר ההמרה הפוטואלקטרי, ולהשיג זיהוי ברזולוציה גבוהה-. לפיכך, ציוד AOI (בדיקה אופטית אוטומטית) בפועל מוגדר בהתאם לצרכי הלקוח.