自動光學檢測指南

自動光學檢測 (automated optical inspection, AOI) 設備須知
1、什么是光學檢測？
在我們詳細介紹自動光學檢測（AOI）設備之前，讓我們先了解一下光學檢測在工業中的扮演的角色。
在光學元件制造過程中，光學檢測能夠被用來保證所生產元件的光學特性及質量。例如，通過光學檢測能夠發現光學元件表面存在的劃痕及麻點等缺陷，然后根據不同的標準對這些缺陷進行分級，最終通過匯總分析所有缺陷分級結果來判斷該元件是否合格。所以，一般在光學元件生產流程的最后階段，光學檢測會被用來保障最終產品的質量達到所需要的符合的標準。
傳統上，上述光學檢測流程通常由人工操作完成，也就是通過肉眼配合一些輔助儀器（如單鏡頭放大鏡、光學比較器、光學顯微鏡等）來進行缺陷的檢測和分級。但是，在人工檢測流程中由于需要將待檢測元件放置到不同的輔助儀器的觀測區域，所以在此過程中可能導致待檢測光學元件的邊緣受損。并且，人工檢測方法得到的結果不是完全定量的，它會受到檢測操作人員的主觀影響，不同的操作人員可能會得到不同的結果。
相比傳統的人工檢測方法，自動光學檢測設備具有更高的效率，更簡易的操作，并且避免了人工參與帶來的主觀影響。

2、什么是自動光學檢測?
自動光學檢測 (AOI) 設備是一種基于機器視覺技術的檢測設備，它一般被應用于光學元件生產過程中，用于驗證所生產光學元件的質量。待檢測的光學元件可能具有不同幾何或材料特性，它可能是平面的（窗口片，鏡面片等）或者是曲面的，可能表面有鍍膜，也可能由特殊材料制成。
自動光學檢測設備借助光學成像得到圖像，對其進行處理分析來發現待檢測光學元件存在的尺寸偏差或者表面缺陷（麻點、劃痕、崩邊、氣泡、污漬、雜質等）等可能導致產品不符合標準規格的潛在問題。相對于人工檢測方法，它更高效和準確，從而更好地保障了最終產品質量的可靠性。
隨著生產和應用中的光學元件的復雜度的不斷提高以及尺寸的不斷縮小，人工檢測方法已逐漸無法滿足需求，所以自動光學檢測（AOI）在光學元件質量控制中將會發揮愈發重要的作用。

3、AOI機的工作原理
AOI設備的三個核心組成部分為：照明、成像系統及處理分析軟件。
3.1照明
在檢測過程中，通過使用高強度的光源對待檢測的光學元件進行照射，元件的表面缺陷就可以和背景得到區分，并且選擇不同類型的光源會凸顯不同類型的缺陷。
早期的AOI設備嘗試采用了許多種不同的照明光源類型，如熒光光源、白熾光源、紫外光源和紅外光源，隨著光源技術的進步以及不斷地測試，新版本的設備現在改為采用紅、綠、白、藍等顏色的LED光源。
相對于其它類型的光源，LED光源能夠提供更穩定的照明，并且雖然它的輸出光強會隨著時間的推移而減少，但是這可以通過增加光源的輸入電流來補償。另外，LED光源的輸出光強能夠簡易地通過數字編程來控制。
因此，LED光源，尤其是同軸LED點光源，環形LED光源，相對于熒光光源和白熾光源更加適合于機器視覺以及其它需要均勻照明的應用場景。
在光學檢測中，除了光源類型，光源的安裝位置以及空間拓撲結構也同樣重要。為了能夠讓所有缺陷區域在成像后都有較好的對比度，必須保證成像視場中的所有區域都得到了有效的照明，這就需要針對不同的應用場景進行調整。
3.2成像系統
成像系統主要功能為獲取待檢測光學元件的圖像并將其發送給AOI設備內的處理程序進行處理分析。通常AOI設備中包含了一個或多個高清相機，并且有些型號的設備中的相機能夠通過軟件指令來控制其在設備中移動位置。
根據應用場景的不同需求，不同型號的AOI設備中包含了不同特性的相機，從低分辨率XGA單元到高分辨率視頻相機，從單色相機到彩色相機。一般，新型號的相機具有更高的幀率，所以會產生更多的數據，也就對于處理軟件和硬件具有更高的要求。
分辨率和視場（field of view, FOV）大小是AOI設備成像系統的兩個關鍵參數。分辨率決定了設備能捕捉和分辨的最小細節的尺寸，這個參數對于AOI設備的檢測精度和速度有很大影響。視場大小代表了所成圖像對應的物理空間的大小，視場越大，則單幅圖像所對應的物理面積越大，能夠一次成像的元件尺寸也就越大，但是同時也代表了捕捉單幅圖像需要得到更多的像素和消耗更多的時間，也就是說幀率會越低；反之，視場越小的相機，能一次成像的元件尺寸越小，但是幀率會更高。
3.3處理分析軟件
為了使AOI設備能夠檢測特定產品，必須為處理軟件提供關于該產品的一些描述信息，這可以通過兩種方法來實現。
· 使用“金標準”。通過設備掃描檢測標準合格產品來獲取該產品的相關特性 并將其歸檔存儲以便在后期實際檢測中使用。為了得到產品特性的可靠統計數據，在實際中需要對多個“金標準”產品進行檢測。
· 軟件導入。通過直接軟件導入的方式得到待檢測產品的描述信息，并將其歸檔存儲。

4、AOI設備與傳統人工檢測方法的比較
4.1效率
受到生理條件制約，人工檢測的工作人員在檢查過程中需要不時的休息。并且，每個員工一次只能檢查一件產品，這會降低整個流程的效率。隨著市場對生產的需求越來越高，產品尺寸越來越小，在很多情況下，人工檢測不再是一個可行的選項。
相對于人工，自動化設備可以一次檢測多個產品，也就是批量檢測。它們可以24小時不中斷地連續工作，并且還可以由遠程控制和監控，這就大大地提高了效率，從而幫助制造商滿足生產需求。當然，自動化設備在長期使用后會出現不同類型的老化現象，需要定期進行維護，并且，如果設備突然發生故障，會導致生產線的停滯。
4.2一致性
在人工檢測過程中，工作人員由于疲勞等原因無法長時間保持檢測工作結果的一致性。研究顯示，人工無法長時間維持穩定的工作表現，一般在持續工作十五分鐘后出錯的概率就會出現很大的提高，并且隨著工作復雜度的提高和每天工作時間的增加，出錯的次數會很大幅度的提高。此外，受到工作人員的主觀影響，不同工作人員的檢測結果之間必然存在不一致。
相對于人工，自動檢測設備具有極高的穩定性，它們能夠對所有產品保持使用相同的客觀檢測標準，從而保持檢驗結果的一致性。
4.3成本
人工檢查通常同時需要多名檢測工作人員，因此會產生很高的人工成本。調研報告顯示，一臺自動檢測設備和一名設備操作人員就可以代替5名人工檢測人員，長期來看這樣能節省很大的人工成本。并且，如果生產所需生產線越多，使用自動化設備替代人工檢測所節省的資金和人力就越多。
相比人工檢測，自動化設備初期需要投入較多資金用于設備采購、操作人員培訓等，并且在設備使用過程中還會產生維護、維修、更新等額外開支。
4.4檢測報告
人工檢查報告大多是人工記錄的，所以很容易錯誤，并且大量人工記錄的報告很難進行管理，這就給后期利用它們進行生產流程分析構成的難度。
與人工不同，在生產過程的每個階段，自動檢測設備都會根據所需的文件格式生成可打印的報告，以便分析錯誤，進而保證和提高產品質量。這樣就能預防客戶的投訴和退貨，從而提高客戶的信任和滿意度。

5、OptiNspec系列 - AMF Vs. AOF Vs. MOF
目前愛丁堡（南京）光電設備有限公司擁有OptiNspec系列不同型號的表面疵病檢測儀
從機器的名稱可以看出，AMF和AOF是自動進行檢測的設備，而MOF是需要人工操作的手動設備。這些全方位的表面質量測試設備可以對不同材料的平面、曲面、涂層的光學元件進行質量保證和質量控制檢查。
AOF和MOF機器是用來檢查的平面光學直徑高達25.4毫米，而AMF系統可以用于檢查平面微光學直徑高達12毫米。
設備采用美國軍標標準 (MIL-PRF-13830B)，可有效檢測產品表面上的劃痕和麻點，能夠自動對劃痕和麻點的等級進行判定和分類。設計符合人體工程學，降低員工操作的疲勞感。軟件界面操作簡單，便于員工學習與操作。自動生成測試報告。
其中OptiNspec-AMF103是一款鏡片及其他精密零件尺寸測量的設備，適用于12mm以下產品尺寸檢測，可測量長度、角度、半徑、面積、真圓度等相關幾何尺寸。
該產品采用了先進的設計理念和硬件配置，可實現各種復雜精密零件輪廓、尺寸的測量，可對被測產品根據形狀進行自動分類，對測量好的尺寸進行自動判定是否合格，可極大的提高產品的檢測效率。
總之，在本文中，我們介紹了AOI設備的基本信息，人工光學和自動光學檢測的優缺點，以及我們提供的各種AOI設備之間的差異。
毫無疑問，由于技術的快速發展，提高了效率、降低了操作成本，機器正在取代人類的工作，但在光學檢測過程的某些環節，如操作和確保設備得到良好維護，仍然需要人力。
隨著這種技術的發明，設備操作員能夠獲得新的技能，以提高公司在其他領域的生產力。