AOI (الفحص البصري التلقائي)، كما يوحي الاسم، هي طريقة للفحص التلقائي يتم تحقيقها من خلال أنظمة التصوير البصري. وهي أيضًا واحدة من العديد من تقنيات استشعار الصور واكتشافها تلقائيًا. يعد التصوير والمعالجة الضوئية الدقيقة والعالية الجودة-تقنياتها الأساسية.
خلفية ومزايا تطوير AOI
ينبع تطوير تقنية فحص AOI من الحاجة إلى تكامل ودقة أعلى للمكونات الإلكترونية، وفحص أسرع وأكثر كفاءة، والهدف المتمثل في القضاء على العيوب.
أعظم مزاياها هي توفير القوى العاملة، وخفض التكاليف، وتحسين كفاءة الإنتاج، وتوحيد معايير التفتيش، والقضاء على الخطأ البشري. وهذا يضمن استقرار نتائج الفحص وتكرارها ودقتها، مما يسمح باكتشاف عيوب المنتج في الوقت المناسب وضمان جودة الشحن.
المبادئ الأساسية للتفتيش AOI
المبدأ الأساسي لفحص AOI هو استخدام تقنية الكاميرا لإخراج شدة الضوء المنعكسة للكائن قيد الفحص كقيمة تدرج رمادي كمية. تتم بعد ذلك مقارنة هذه القيمة بقيمة التدرج الرمادي للصورة القياسية لتحليل العيوب وتحديدها وتصنيفها.
وباستخدام القياس مع الفحص اليدوي، فإن مصدر الضوء العادي أو مصدر الضوء الخاص المستخدم في AOI يعادل الضوء الطبيعي المستخدم في الفحص اليدوي. المستشعر البصري والعدسة الضوئية المستخدمان في AOI يعادلان العين البشرية، ونظام معالجة الصور وتحليلها في AOI يعادل الدماغ البشري-مرحلتي "الرؤية" و"الحكم".
تكوين معدات AOI
يمكن تقسيم منطق عمل فحص AOI إلى أربع مراحل: الحصول على الصور (المسح الضوئي وجمع البيانات)، ومعالجة البيانات (تصنيف البيانات وتحويلها)، وتحليل الصور (استخراج الميزات ومطابقة القالب)، والإبلاغ عن العيوب (حجم العيب وتصنيف النوع، وما إلى ذلك).
لدعم وتنفيذ هذه الوظائف الأربع لفحص AOI، يتضمن نظام الأجهزة الخاص بمعدات AOI أربعة أجزاء: منصة العمل، ونظام التصوير، ونظام معالجة الصور، والنظام الكهربائي. إنها معدات آلية تدمج الميكانيكا والأتمتة والبصريات والبرمجيات.
مرحلة الحصول على الصور
يتضمن نظام الحصول على الصور AOI بشكل أساسي ثلاثة أجزاء: نظام تصوير التحويل الكهروضوئي، ونظام الإضاءة، ونظام التحكم.
ونظرًا لاستخدام الصورة الملتقطة للمقارنة مع القالب، فإن دقة معلومات الصورة المكتسبة مهمة جدًا لنتائج الفحص. تخيل أنه إذا لم يتمكن جهاز الحصول على الصور من رؤية أو اكتشاف النقاط المميزة للكائن قيد الفحص بوضوح، فسيكون الاكتشاف الدقيق مستحيلًا.
نظام التصوير بالتحويل الكهروضوئي
يشير نظام التصوير بالتحويل الكهروضوئي إلى جهاز الثنائي الضوئي ونظام التصوير المصاحب له. "العيون" التي تلتقط الصور، وكلاهما يعتمد على مبدأ الثنائيات الضوئية التي تستقبل الضوء المنعكس من الجسم الذي يتم اكتشافه، تحول الطاقة الضوئية إلى شحنة كهربائية. يتم جمع هذه الشحنة المحولة بواسطة مكونات إلكترونية في المستشعر الكهروضوئي وإرسالها لتكوين إشارة جهد تناظرية.
يختلف حجم الجهد التناظري المتولد اعتمادًا على شدة الضوء الممتص. يتم تحويل قيم الجهد التناظري الناتج بشكل تسلسلي إلى قيم تدرج رمادي رقمية من 0 إلى 255. تعكس قيمة التدرج الرمادي شدة الضوء المنعكس عن الكائن، وبالتالي تحقيق الغرض من تحديد الكائنات المختلفة التي يتم اكتشافها.
يمكن تقسيم المحولات الكهروضوئية إلى نوعين: CCD (جهاز الشحن-المقترن) وCMOS (المعادن التكميلية-أشباه موصلات الأكسيد).
نظرًا للاختلافات في عمليات التصنيع والتصميم، تختلف مبادئ عمل مستشعرات CCD وCMOS بشكل أساسي في طريقة نقل الشحنة الرقمية.
تستخدم CCD تقنية معالجة أشباه الموصلات القائمة على السيليكون ولديها سجلات إزاحة رأسية وأفقية. يقوم المجال الكهربائي الناتج عن الأقطاب الكهربائية بدفع الشحنة بطريقة مرتبطة بالمحول التناظري المركزي - إلى - المحول الرقمي. هذا الهيكل والتصميم يجعل من الصعب دمج العديد من الوحدات الحساسة للضوء، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التصنيع وارتفاع استهلاك الطاقة.
ومن ناحية أخرى، يستخدم CMOS تكنولوجيا معالجة أشباه الموصلات غير العضوية. يحتوي كل بكسل على دوائر إلكترونية إضافية، ويمكن معالجة كل بكسل على حدة، مما يلغي الحاجة إلى تصميم تحويل الشحن الموجود في أجهزة CCD. سرعة قراءة معلومات الصورة الخاصة بها أعلى بكثير من شرائح CCD، كما أن تكرار الظواهر غير الطبيعية الناجمة عن التعرض المفرط مثل التفتح والتلطيخ أقل بكثير. كما أن سعرها واستهلاكها للطاقة أقل مقارنة بالمحولات الكهروضوئية CCD. ومع ذلك، لديها أيضا عيوب كبيرة. وباعتبارها عملية شبه موصلة، فإن وحدات البكسل بها المزيد من العيوب، مما يؤدي إلى بعض مشكلات الحساسية. كما أن المساحة الإضافية المطلوبة للدوائر الإلكترونية لكل بكسل لا يتم استخدامها كمنطقة حساسة للضوء.
علاوة على ذلك، فإن المنطقة الحساسة للضوء على سطح شريحة CMOS أصغر من تلك الموجودة في شريحة CCD. ومن الناحية النظرية، يؤدي هذا إلى تقليل عدد فوتونات معلومات الصورة التي يمكن جمعها. لذلك، تحتاج عناصر التحويل الكهروضوئية CMOS بشكل عام إلى استخدامها مع مصدر ضوء عالي الشدة-، كما أنها تحتوي على ضوضاء أعلى.
بغض النظر عما إذا كان هيكل CCD أو CMOS، فإن وحدة المحول الكهروضوئي الواحدة هي بكسل. تشكل العديد من المحولات الكهروضوئية المرتبة في صفوف وأعمدة مصفوفة تشكل مستشعر الصورة. يتم قياس أداء مستشعر الصورة بشكل أساسي من خلال الدقة أو الحجم أو المساحة، والحساسية، ونسبة الإشارة -إلى-الضوضاء، وما إلى ذلك، ومن بين المؤشرات الأكثر أهمية الدقة والحجم. عندما يلتقط مستشعر الصورة صورة لكائن تم اكتشافه، فإن الحجم الأصغر وكثافة البكسل الأعلى للمحول الكهروضوئي يسمح "برؤية" الكائن بمزيد من التفصيل.
لذلك، من الناحية النظرية، كلما زاد عدد وحدات البكسل في جهاز التحويل الكهروضوئي، كلما كان ذلك أفضل. ومع ذلك، فإن زيادة عدد البكسلات يزيد من تكاليف التصنيع ويؤدي إلى انخفاض الإنتاج. لذلك، من خلال الجمع بين عدسة بصرية وجهاز التحويل الكهروضوئي، يمكن تكبير الكائنات الصغيرة المكتشفة وتصويرها على جهاز التحويل الكهروضوئي، مما يحقق اكتشافًا عالي الدقة-. وبالتالي، يتم تكوين معدات AOI (الفحص البصري الآلي) الفعلية وفقًا لاحتياجات العملاء.