技術支援
TECHICAL SUPPORT

自動光學檢測(英語:Automated Optical Inspection,簡稱AOI),為高速高精度光學影像檢測系統,運用機器視覺做為檢測標準技術,作為改良傳統以人力使用光學儀器進行檢測的缺點,應用層面包括從高科技產業之研發、製造品管,以至國防、民生、醫療、環保、電力等領域。

自動光學檢測是工業製程中常見的代表性手法,利用光學儀器取得成品的表面狀態,再以電腦影像處理技術來檢出異物或圖案異常等瑕疵,因為是非接觸式檢查,所以可架設在生產中間工程檢查半成品。高精度光學影像檢測系統,包含量測鏡頭技術、光學照明技術、定位量測技術、電子電路測試技術、影像處理技術及自動化技術應用等領域,其開發應用不但符合高科技產業發展需求,其技術層面更可擴展至國防軍事工業,舉凡兵工武器製造、夜視作戰系統、戰略地形形貌之分析與研判等,都與此影像技術息息相關。       

                AOI機器視覺相機以取像原理可區分為兩類型,分別為面相機(Area-Scan)、線相機(Line-Scan)。其相機型式會影響機構上設計運用,因此如何選擇一台適合的相機,是AOI檢測入門的第一步。相機選擇主要考量在於檢測的物件精度及FOV大小。一般Area-Scan相機選擇在高精度或高速物件,Line-Scan相機選擇在大FOV、大解析度物件上。當然近期隨著高解析度的Area-Scan相機生產,也有將Area-Scan相機使用需要大面積檢測的物件上。如50M151M等等。AOI影像處理的第一要素,就是擷取一張良好的檢測影像。如何擷取一張擁有良好對比、灰階、清楚且比例及精度正確的影像,跟相機周邊設備搭配有相關,其中包含鏡頭選擇、光源打光方式、馬達移動速度、相機參數設定等等相關元素。

               AOI產業最常碰到的用詞如下:

  1. 解析度 (Resolution):表示相機的畫數

  2. 鏡頭接口  (Mount):相機與鏡頭的介面

  3. 焦距  (Focus Length, FL):鏡頭設計的距離

  4. 景深  (Deep of Field, DOF):可看到物件的深度範圍

  5. 光圈  (Aperture):鏡頭調整進光量的裝置

  6. 工作距離  ( Working Distance, WD):拍攝物件與鏡頭的距離

  7. 可視範圍  (Field of View, FOV):影像呈現的範圍區域

  8. Sensor尺寸 (Sensor Size):相機內部感光元件的大小

  9. Pixel SizeSensor 每一個感光元件的寬高大小尺寸

  10. 倍率 (Magnification):根據FOV與相機Sensor大小的比例

  11. 速度 (Speed):搭配馬達的機構移動速度

  12. 幀數 (Frame per Second, FPS):相機每秒取像張數

 

根據光學原理設計,我們可以使用一個三角函數圖來表示相機鏡頭搭配如下

由圖可以得知當中交互關係及相關概念如下:

  1. FOV / WD = Sensor Size / FL
  2. 倍率 = Sensor Size / FOV
  3. 光圈影響景深,光圈越大,進光量越小,景深會增加

Area-Scan為例,基本架設包含相機、鏡頭、光源應用如下,

        FOV計算為:

                FOV = (Sensor Size * WD) / 光學鏡頭(Lens)焦距長度

        其精度計算為:

                Accuracy = Pixel size (Sensor) / lens倍率,其一般單位為um

       

根據瑕疵檢測理論來定義,一個檢測機台在AOI檢測精度要求,通常是以瑕疵為1,則精度單位需要2.5 pixel 以上為主。也就是瑕疵的大小在影像上,必須長寬至少各要2.5 pixel 以上,大部分機台規格則是34 pixel如下

影像AOI檢測精度須確保瑕疵區域可以完整呈現,若使用計算及搭配錯誤,則會導致AOI檢測困難或影像處理時間過長。以下圖示為例,左圖表示解度太低,右圖表示解析度太高。

 

       AOI檢測概論主要可分為()相機、()鏡頭(Lens)()光源、()機構,其相關資料請至下載專區下載

✽相關文獻、圖示部分來自網站、論文、論壇、維基百科。

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