AOI (自動光学検査) は、その名前が示すように、光学画像システムによって実現される自動検査方法です。これは、多くの自動画像センシングおよび検出技術の 1 つでもあります。正確かつ高品質の光学イメージングと処理がそのコア技術です。-
AOI開発の背景とメリット
AOI 検査技術の開発は、電子部品のより高い集積度と精度、より高速かつ効率的な検査、そして欠陥ゼロという目標の必要性から生まれました。
その最大の利点は、省人化、コスト削減、生産効率の向上、検査基準の標準化、人的ミスの排除です。これにより、検査結果の安定性、再現性、精度が確保され、製品の欠陥をタイムリーに検出し、出荷品質を確保することができます。
AOI検査の基本原則
AOI 検査の基本原理は、カメラ技術を使用して、検査対象の物体の反射光強度を定量的なグレースケール値として出力することです。次に、この値を標準画像のグレースケール値と比較して、欠陥を分析、決定、分類します。
手動検査に例えると、AOI で使用される通常の LED または特殊な光源は、手動検査で使用される自然光と同等です。 AOI で使用される光学センサーと光学レンズは人間の目に相当し、AOI の画像処理および分析システムは人間の脳に相当します。-「見る」と「判断する」の 2 つの段階。
AOI装置構成
AOI 検査の動作ロジックは、画像取得 (光学スキャンとデータ収集)、データ処理 (データ分類と変換)、画像解析 (特徴抽出とテンプレート マッチング)、欠陥報告 (欠陥のサイズと種類の分類など) の 4 つの段階に分けることができます。
AOI 検査のこれら 4 つの機能をサポートおよび実装するために、AOI 装置のハードウェア システムには、作業プラットフォーム、画像処理システム、画像処理システム、および電気システムの 4 つの部分が含まれています。これは、機構、自動化、光学、ソフトウェアを統合した自動化装置です。
画像取得段階
AOI画像取得システムは主に光電変換撮影系、照明系、制御系の3つの部分から構成されます。
撮影した画像はテンプレートとの比較に使用されるため、検査結果には取得した画像情報の精度が非常に重要です。画像取得装置が検査対象物の特徴点を明確に認識または検出できない場合、正確な検出は不可能であることを想像してください。
光電変換撮影システム
光電変換撮影システムとは、フォトダイオード素子とそれに付随する撮像システムを指します。画像を取得する「目」は、検出対象の物体から反射された光を受光するフォトダイオードの原理に基づいており、光エネルギーを電荷に変換します。この変換された電荷は光電センサー内の電子コンポーネントによって収集され、アナログ電圧信号を形成するために送信されます。
発生するアナログ電圧の大きさは、吸収された光の強度に応じて変化します。順次出力されるアナログ電圧値は、0 ～ 255 のデジタル グレースケール値に変換されます。グレースケール値は、物体によって反射された光の強度を反映するため、検出されるさまざまな物体を識別するという目的が達成されます。
光電変換器は、CCD (電荷結合素子) と CMOS (相補型金属酸化物半導体) の 2 つのタイプに分類できます。-
製造プロセスと設計の違いにより、CCD センサーと CMOS センサーの動作原理は主にデジタル電荷の転送方法が異なります。
CCD はシリコン-ベースの半導体処理技術を使用しており、垂直シフト レジスタと水平シフト レジスタを備えています。電極によって生成された電場は、中央のアナログ-デジタル コンバーターに連動して電荷を押し込みます。-この構造と設計により、多くの感光ユニットを統合することが困難になり、製造コストと消費電力が高くなります。
一方、CMOSは無機半導体プロセス技術を使用します。各ピクセルには追加の電子回路があり、各ピクセルは個別にアドレス指定できるため、CCD に見られる電荷シフト設計が不要になります。 CCDチップに比べて画像情報の読み取り速度がはるかに速く、ブルーミングやスミアなどの白飛びによる不自然現象の発生頻度が大幅に低くなります。また、CCD光電変換装置に比べて低価格、低消費電力です。ただし、重大な欠点もあります。半導体プロセスとして、ピクセルユニットにはより多くの欠陥があり、感度の問題が発生します。また、各ピクセルの電子回路に必要な余分なスペースは、感光領域として使用されません。
さらに、CMOSチップの表面の受光面積はCCDチップの受光面積よりも小さくなります。理論的には、これにより、収集できる画像情報のフォトンの数が減少します。したがって、CMOS光電変換素子は一般に高輝度の光源で使用する必要があり、ノイズも高くなります。
CCD構造であってもCMOS構造であっても、光電変換部の1つが画素となります。いくつかの光電変換素子が行列状に配置され、イメージセンサーを構成します。イメージ センサーの性能は、主に解像度、サイズまたは面積、感度、信号対雑音比などによって測定されます。中でも解像度とサイズが最も重要な指標です。--イメージ センサーが検出された物体の画像をキャプチャするとき、光電変換器のサイズが小さく、ピクセル密度が高いため、物体をより詳細に「見る」ことができます。
したがって、理論的には、光電変換装置の画素数は多ければ多いほどよい。しかし、画素数を増やすと製造コストが増加し、歩留まりの低下につながります。したがって、光電変換素子に光学レンズを組み合わせることで、微小な検出物体を光電変換素子上に拡大して結像することができ、高解像度の検出が可能となります。このように、実際のAOI（自動光学検査）装置は、顧客のニーズに応じて構成されます。