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自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)
圖1 自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)基本原理圖
自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)(AOI)是一種應(yīng)用于電子制造行業(yè)的視覺檢測(cè)技術(shù),通過有效識(shí)別制造過程中的缺陷來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量。AOI是一種智能化自動(dòng)光學(xué)成像與處理系統(tǒng),主要功能包括測(cè)量、檢測(cè)、識(shí)別與引導(dǎo)四個(gè)部分,可以代替人工檢測(cè)、分類以及控制生產(chǎn)質(zhì)量,提升工作效率。這種檢測(cè)技術(shù)具有高精度、高靈敏度和非接觸性的特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,光學(xué)檢測(cè)技術(shù)也在不斷提升,在制造業(yè),材料科學(xué),醫(yī)療保健,航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。以下是幾種常見的檢測(cè)方法。
角度分辨光譜檢測(cè)方法
角度分辨光譜方法是對(duì)光譜在角度維度的進(jìn)一步解析,能夠分辨光的強(qiáng)度、偏振態(tài)和相位等信息。該檢測(cè)方法是一種利用角度分辨光譜來(lái)分析物質(zhì)的性質(zhì)和形態(tài)結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量技術(shù),本質(zhì)上是探測(cè)光與物質(zhì)相互作用的散射信息。
圖2 表面散射模型
由表面散射模型可知,相機(jī)的拍攝角度影響物體表面的微觀紋理特征在圖像中的表現(xiàn),在不同的位置搭配光源和相機(jī)能夠得到不同的成像特征。角度分辨光譜的生成方式通常指光波在角度和波長(zhǎng)兩個(gè)維度上的解析。在角度的解析方面,常見的方法包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)式變角度測(cè)量法、傅里葉平面成像法以及其他相關(guān)技術(shù)。
(1)機(jī)械運(yùn)動(dòng)式變角度測(cè)量法
機(jī)械運(yùn)動(dòng)式變角度測(cè)量法通常使用步進(jìn)式電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂、樣品臺(tái)、反射鏡旋轉(zhuǎn),或帶動(dòng)透鏡垂直光路光軸的方向上移動(dòng)從而改變光的角度,利用探測(cè)器采集樣品散射光信息進(jìn)行下一步的分析。例如測(cè)角光學(xué)散射儀(GOSI),通過旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)改變光的入射角,對(duì)目標(biāo)的s偏振和p偏振的鏡面反射進(jìn)行面內(nèi)測(cè)量。
圖3 GOSI系統(tǒng)原理圖
(2)傅里葉平面成像法
傅里葉平面成像利用光學(xué)透鏡進(jìn)行光學(xué)傅里葉變換來(lái)獲得動(dòng)量空間信息,而不是數(shù)值傅里葉變換,它不需要逐個(gè)位置掃描或角度掃描,并且適用于尺寸較微小的樣品。例如動(dòng)量空間成像光譜(MSIS)系統(tǒng),該系統(tǒng)由動(dòng)量空間成像模塊、光譜成像探測(cè)模塊和相位分辨測(cè)量模塊三部分組成。其中動(dòng)量空間成像模塊和樣品散射光接收光路中均使用傅里葉平面成像法,傅里葉平面成像法能夠快速并同時(shí)獲取各個(gè)角度的光譜,但該方法受到物鏡數(shù)值孔徑的限制。
圖4 MSIS系統(tǒng)示意圖
色彩分辨檢測(cè)方法
物體的顏色與成像顏色并不是對(duì)應(yīng)的關(guān)系,這取決于它們反射或吸收的光的顏色。色彩分辨檢測(cè)技術(shù)根據(jù)冷暖色調(diào)反差不同或根據(jù)帶顏色物體對(duì)光的選擇吸收性及反射特性進(jìn)行打光,根據(jù)冷暖色調(diào)進(jìn)行光源的選擇可增加圖像對(duì)比度。光源的顏色對(duì)表面缺陷AOI系統(tǒng)生成圖像的分辨率有很大影響。在AOI中,根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象顏色選擇不同顏色的光源照明,可以有效提高圖像的分辨率。因此利用色彩分辨在工業(yè)生產(chǎn)中檢測(cè)焊接質(zhì)量。
圖5 鋁合金瓶蓋紅色與藍(lán)色照明成像效果 (a)待測(cè)瓶蓋 (b)紅色光照明結(jié)果 (c)藍(lán)色光照明結(jié)果
偏振分辨檢測(cè)方法
偏振分辨檢測(cè)技術(shù)使用物理方法對(duì)光波進(jìn)行過濾,使特定振動(dòng)方向的光波通過從而產(chǎn)生偏振光。在表面檢測(cè)中,偏振光具有提高圖像清晰度、消除強(qiáng)反光等作用。在金屬、玻璃等具有強(qiáng)反射特性的物體表面,光照在特定角度會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的眩光現(xiàn)象,無(wú)法得到清晰的圖像細(xì)節(jié)部分。利用偏振技術(shù),則可過濾這些雜光的影響,突出圖像細(xì)節(jié)部分。
(1)表面檢測(cè)
利用偏振片消除強(qiáng)反光。檢測(cè)不透明材料(如半導(dǎo)體和金屬)的表面缺陷時(shí),可以采取反射式偏振照明與成像技術(shù),這種方法可以消除強(qiáng)反光的干擾。該方法是在檢測(cè)相機(jī)前放置偏振片和補(bǔ)償濾波鏡消除強(qiáng)反光,得到檢測(cè)樣品表面的細(xì)節(jié)信息。
圖6 反射式偏振照明與成像
(2)內(nèi)部檢測(cè)
由于材料原因或者制造過程形成的應(yīng)力,使材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生形變或產(chǎn)生微裂紋。這會(huì)導(dǎo)致材料的折射率發(fā)生變化,產(chǎn)生光學(xué)各向異性,出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。利用透射式偏振成像系統(tǒng)可以檢測(cè)材料的應(yīng)力變化,當(dāng)偏振光對(duì)樣品進(jìn)行照明時(shí),由于雙折射的影響透射光的偏振態(tài)會(huì)發(fā)生改變。相機(jī)前放置的偏振片讓特定振動(dòng)方向的偏振光通過,透射光光強(qiáng)隨之改變,因此可以根據(jù)檢測(cè)樣品圖像的明暗分布情況分析應(yīng)力變化。
圖7 透射偏振成像應(yīng)力與微裂紋測(cè)試
深圳市雙翌光電科技有限公司是一家以機(jī)器視覺為技術(shù)核心,自主技術(shù)研究與應(yīng)用拓展為導(dǎo)向的高科技企業(yè)。公司自成立以來(lái)不斷創(chuàng)新,在智能自動(dòng)化領(lǐng)域研發(fā)出視覺對(duì)位系統(tǒng)、視覺定位、視覺檢測(cè)、圖像處理庫(kù)等為核心的多款自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。涉及自動(dòng)貼合機(jī)、絲印機(jī)、曝光機(jī)、疊片機(jī)、貼片機(jī)、智能檢測(cè)、智能鐳射等眾多行業(yè)領(lǐng)域。雙翌視覺系統(tǒng)最高生產(chǎn)精度可達(dá)um級(jí)別,圖像處理精準(zhǔn)、速度快,將智能自動(dòng)化制造行業(yè)的生產(chǎn)水平提升到一個(gè)更高的層次,改進(jìn)了以往落后的生產(chǎn)流程,得到廣大用戶的認(rèn)可與肯定。隨著智能自動(dòng)化生產(chǎn)的普及與發(fā)展,雙翌將為廣大生產(chǎn)行業(yè)帶來(lái)更全面、更精細(xì)、更智能化的技術(shù)及服務(wù)。