Vizuální kontrola AOI: jak stroj na první pohled odhalí vadu

Dírky, zbytkový chrom a škrábance na kódových kotoučích mívají jen několik až několik desítek mikrometrů; při dlouhém sledování se oko unaví a něco přehlédne. Automatická optická inspekce (AOI) najde vady ve čtyřech krocích – „osvětlení, snímání, porovnání, klasifikace“ – a zaznamená jejich polohu. Článek vysvětluje princip a silné stránky i omezení AOI a ruční vizuální kontroly.

U kotouče s 2500 ryskami je šířka rysky na poloměru snímání 20 mm jen asi 25 μm. Aby kontrolor mezi několika tisíci takových rysek našel dírku o velikosti několika mikrometrů, musí pod mikroskopem procházet políčko po políčku; po čase se oči unaví a úsudek se začne rozcházet.

AOI (automatická optická inspekce) přenechává tuto „hledačku rozdílů“ kameře a algoritmu: pořídit snímek, porovnat ho s referenčním obrazem, orámovat místa s výrazným rozdílem a nakonec určit, o jakou vadu jde, viz obrázek 1.

První krok: osvětlení, aby byla vada „vidět“

Osvětlení rozhoduje o tom, zda vadu vůbec uvidíme. Skleněné kotouče se obvykle kontrolují v procházejícím světle zezadu: chromové rysky světlo blokují a jsou černé, sklo světlo propouští a je světlé. Dírka se v černé rysce projeví jako světlý bod, zbytkový chrom ve světlé mezeře jako tmavý bod – kontrast je velký a tyto vady se detekují nejsnáze.

U kovových reflexních kotoučů se používá koaxiální osvětlení odraženým světlem. Pro povrchové škrábance a částice se často přidává ještě šikmé světlo: rovný povrch odráží světlo mimo objektiv, kdežto škrábance a částice ho rozptylují do objektivu a na tmavém pozadí se objeví jako světlé čáry. Mnoho zařízení kombinuje několik druhů osvětlení, z nichž každý zachytí jiné vady.

Druhý krok: snímání – pixel musí být menší než vada

Aby byla vada spolehlivě zachycena, měla by v obraze zabírat alespoň několik pixelů. Chceme-li například zachytit vady 5 μm, musí jeden pixel odpovídat 1–2 μm. Kamera široká 4000 pixelů pak má zorné pole jen 4000 × 2 μm = 8 mm; celý kotouč je nutné nasnímat po mnoha zorných polích, nebo kotouč otáčet a kontinuálně ho skenovat řádkovou kamerou.

Čím větší zvětšení, tím menší hloubka ostrosti. Není-li kotouč dokonale rovný, místy se rozostří; kontrola s velkým zvětšením proto klade nároky na upnutí i zaostření. Rozlišení, zorné pole a doba kontroly se musí vyvažovat společně.

Třetí krok: porovnání – najít místa, která jsou „jiná“

Běžné jsou tři vyhodnocovací metody:

• Porovnání s referenčním obrazem: referenční obraz pochází z konstrukčních dat nebo z kotouče potvrzeného jako vyhovující. Snímek a referenční obraz se vzájemně vyrovnají a pixel po pixelu odečtou; oblasti, kde rozdíl překročí práh, jsou podezřelá místa. Vyrovnání musí být velmi přesné, jinak vznikne rozdíl na hraně každé rysky.
• Porovnání period: inkrementální stopa je opakující se vzor, takže lze každou periodu porovnat se sousední a označit políčko, které „vypadá jinak“.
• Pravidlové vyhodnocení: přímo se měří šířka rysky, rozteč a plocha světlých skvrn; při překročení nastaveného rozsahu se vyhlásí alarm.

Čtvrtý krok: klasifikace a záznam

U každého podezřelého místa algoritmus určí plochu, délku a šířku, jas a tvar: světlejší než okolí a kulaté bývá dírka; tmavší než okolí a ležící v mezeře bývá zbytkový chrom nebo částice; dlouhé a tenké bývá škrábanec. Spolu s tím, zda leží ve snímací oblasti a kolik jich je, vznikne výsledné hodnocení.

AOI navíc ukládá souřadnice a snímek každé vady. Má-li každý kotouč stejnou vadu na stejném místě, jde nejspíš o problém fotomasky; jsou-li polohy rozloženy náhodně, pocházejí vady spíše z částic a nedostatečné čistoty. Tyto záznamy jsou velmi užitečné pro sledovatelnost a zlepšování procesu.

Srovnání s ruční vizuální kontrolou

Některé věci AOI nevidí: vylomené hrany na boku kotouče, rovinnost nebo číselnou hodnotu optické hustoty – na ty jsou potřeba jiné přístroje. Je-li práh příliš přísný, přibývá falešných alarmů; je-li příliš volný, vady uniknou. Obvyklý postup je proto takový, že AOI nejprve vytřídí a pracovník pak hlášená místa znovu posoudí pod mikroskopem.

Shrnutí

Jádrem AOI je „dobře nasvítit, ostře nasnímat, přesně porovnat, spolehlivě rozlišit“. Díky ní je vizuální kontrola opakovatelná, zaznamenatelná a sledovatelná, nastavení prahů a ruční přezkoumání však zůstávají nezbytné. Při čtení výsledku AOI si vedle „vyhovuje/nevyhovuje“ zaslouží pozornost i rozložení poloh vad.

Překlad čínského originálu (0031). ENC7 – výrobce kódových kotoučů (poptávka) · Odborné články · https://enc7.com

© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Všechna práva vyhrazena. Článek vznikl s pomocí AI.