AOI检测基本原理与设备构成.docx

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1、一，引言，AOI检测技术应运而生的背景是电子元件集成度与精细化程度高.检测速度与效率更.检测宓扶的发展箭求.AOI检测的最大优点是节省人力，降低成本，提高生产效率，统一检测标准和排除人为因素干扰，保证了悔测结果的稳定性，可杀双性和准确性，及时发现产品的不良，确保出货航愤。在人工智能技术与大数据发展进步的今天，AO1.检测不仅仅是一部检测设法,对大量不良结果进行分类和统计，可以发现不良发生的原因，在工2改善和生产良率提升中也正逐步发挥着更重要的作用.因此.可以预期未来AO1.检测技术将在平导体与电子电路悔测中将会发挥越来越虫要的作用。二，AO1.检潴基本朦理与设备构成:Ao1.检测原理是采用摄像

2、技术将被检测物体的反射光强以定址化的灰阶值徜出.通过与标准图像的灰阶值进行比较，分析判定统陷井进行分类的过程,与人工检查做一个形象的比嗡，AOI采用的普通1.ED或特殊光源相当于人工检食时的自然光，AOI采用的光学传感器和光学透镀相当于人眼,Ao1.的图像处理与分析系统就相当于人脑，即犷与判两个环节.因此.AOI检测的工作逻辑可以简单地分为图像采集阶段（光学扫描和数据收集.数据处埋阶段（数据分类与转换）,图像分析段（特征提取与模板比对）和法看报告阶段四个阶段（缺陷大小类型分类等,为了支持和实现Ao1.悔测的上述四个功能，Ao1.设备的硬件系统也就包括工作平台,成像系统，图像处理系统和电气系统四

3、个部分，是一个集成了机械.自动化,光学和软件等多学科的自动化设备.（1）图像采集阶收（光学扫描和数据收集）AOI的图像我集系统主要包括光电转化摄影系统，照明系统和控制系统三个部分，W为摄影得到的图像被用于与桢板做对比,所以获取的图像信息准确性对于检测结果非常重要,可以想思一下，如果图像采集涔看不清楚或看不到被检测物体的特征点，那么也就无法谈到准确的检出.下面我们对光电转化摄影系统，照明系统和控制系统三个部分逐分析介绍,首先，光电转化摄影系统指的是光电：极管器件和与之搭配的成像系统，是获得图像的眼BT,原理都是光电二极管接受到被检测物体反射的光戏，光能转化产生电荷,弼化后的电荷被光电传感器中的电

4、子元件收集.传情形成电汽模拟信号.二板管吸收光线强度不同时生成的模拟电压大小不同.依次输出模拟电汽值被卷化为数字灰阶d25S值.灰阶伯反映了物体反射光的强西，进而实现识别不同被检测物体的目的.光电转化器可以分为CCD（chargeCoup1.ingdiode）和CMoScomp1.ementarymeta1.oxidesemiconductor）两种,因为制作工艺与设计不同，CCD与CMOS传感器工作原理主要表现为数字电荷传送的方式的不同，工作原理如下图所示，CCD采用H:基半导体加工工2,并设置了垂出和水平移位寄存器,电极所产生的电场推动电荷集接方式传输到中央模数转换器.这样的结构与设计很难

5、奥成很多的感光IR元，制造成本高旦功耗大：而CMOS采用无机半导体加工工艺，好像素设计了额外的电子电路，每个像素都可以被定位，而无需CCD中那样的电荷移位设计,对图像信息的读取速度远远高于CCD芯片，因光晕和拖尾等过度曝光而产生的非自然现象的发生颇率要低褥多,价格和功耗比CCD光电转化涔也低，但其缺点是半导体工艺制作的像素维元缺陷多，以拙度会有一些问遨同时,为每个像靠电子电路提供所需的额外空间不会作为光收区域，芯片去面上的光敏区域部分（定义为埴充因子）小于CCD芯片。从理论上讲,这个原因导致可以收集的图像信息光子数会有所减少.所以，CMOS光电转化元件一般需要搭配高亮度光源,噪音也比较大。CC

6、DMKMMKtf不论CCD还是CMoS结何，一个光电咕化器单元即为一个像素点，若干个光电转化器以行列的方式进行排列形成足阵就构成了图像传感器.衡量图像传感器性能主要足有解析度,尺寸或面枳，灵取度,信味比等，其中解析度与尺寸是最重要的指标.图像传出器拍摄被检涮物体画面时，光电转化器的尺寸越小像素密度越小就可以将物体“看”得更细致。因此，理论上光电转化器件的像素数愤应该越多越好,但像素数好的增加会提高制造成本和导致成品率下降.因此,将光学透镜与光电转化器件结合在一起.可以将微小的技检测物体放大成像在光电转化器件上，也可以实现高解析度检测效果,所以，实际AO1.检测设备会根据客户的需求进行配以近年来

7、,CMOS制作工2的半导体技术化,加上共快的扫描和图像传输速度优势CMOS面扫描图像传感器也开始被采刖在，业级AOI检测设备中，逐步形成了投扫描CCD图像传心器和CMOS面扫描图像传感器两种主流技术。OCjeamcten下图例为线扫面图像传感涔工作例;纹扫描图像传感器的扫描宽度方向只有个像素，通过移动来排理图像，没有自身放大电跖且噪音小，所有一般解析哎比较好,被检测物体的同一位汉信号在扫描过程中会被多次收集，光电科化后的信号祟加输出，所以即使其中一个光电传感器出现问题也不影响检查结果,但映点是要求平台的运动精度非常高.，采集区域要准确.面扫描图像采集器CMOS的每一个光电二极管都可以独立输舟电

8、压信号,因此.除出速度非常快，节省了工作时间，因此.对运动平台的移动精度要求没有线扫描那么严格.但缺点是信号没有了积分过程，要求被检测物体反射光要足够强，感光：极管出现问题后会造成假点和误判.信号的噪音也会相应增强.近年来，平板显示行业的玻璃基板尺寸不断增加和工艺节拍不断缩短，对自动光学检测设备的检测速度(TACTtime)提出/更高的要求.以色列奥宝科技利用fCMOS图像传感器极高的图像信息独区和处埋速度优坍，基于对CMOS图像传感器的深刻理解基础上,齐制化的开发了数据代输U恸频速度高的面阵相机，并系统解决了面阵CMOS传感涔，光源以及同步性等系统向鹿，成功开发了荔干面阵CMoS图像传序器的

9、AO1.检测系统,在保证产业要求的工之节拍同时,克服/CMOS图像传感器加充因子小和信噪比偏诙先天劣势.检测能力及各项指标都得到了行业内的认可。除光电传感器外，AOI图像采集过程中照明系统也非常笊要.选择最佳光源目的是保证被检测物体的特征区别于其他背景，涉及到光源的光谱特性，光源颜色，色温特性。高效率长寿命，高亮度且均匀的光源是必须考虑的多数，高亮度均匀性好的光源可以提高信嗓比,而长寿命高效率则可以提高谀备的枪定性,降低工作负荷.照明光源按照波长分类可以分为可见波长光源，特殊波长光源.可见波长光源也就是-般现代工业Ao1.检测设备中最常用的红绿蓝1.ED光液.特殊波长光源般地指红外或紫外波长无

10、源，一些特殊材料在可见光莅国内吸收差别不大，灰阶变化不明显时可以考虑采用特殊波长光源,比如说利用紫外光能出高可以激发荧光材料的原理.检测具有荧光发光特性物质微残留时紫外光源就拈一种比较有效的手段,因材料成分与红外光谱彳!对应关系的原理，红外光源对不具有发光性质的有机化合物残留缺陷检出就有很大的作用，甚至可以实现成分分析，特殊光源中，利用偏振光与物体相互作用后偏振态的变化，利用光学干涉原理的白光干涉（WhiteIightinterferometrv）在特定缺陷检测中的得到了应用,例如通过相干光的干涉图案计算出对应的相位差和光程差,可以测盘出被测物体与参考物体之间的差异,且分辨率与新度为可以达到亚

11、波长，刈瓜三维物体形貌与高度也正成为AOI检测的新需求.（下图为侧光源与同轴光源实例）除波长参数外，光源的入射角度也是提高检出的重要参数.根据光源入射角度的不同分为向轴光源，恻光和背光三种，选标某种角度的光源是由光在被悔测物体衣面放射特性的差异最大化来决定的。同轮光源的灯源抒列密度高，亮度高且均匀，能够凸显物体表面不平整，克服表面反光造成的干扰，主要用于检测物体平整光滑表面的磁伤、划伤、裂纹和异物.同轴光基本是红、绿、蓝三色光源,也可以是不同波长光源的任意组合.侧光源与同粮无源的平行照射理念正好相反，低角度光源从很小的角度将光直接照射到被检冽物体上。由于光的方向几乎与物体表面平行，物体表面高度

12、的任何变化都会改变反时光到光电传感潺的光路,从而突出变化,适合有一定高度的缺陷物检出.刘光源的角度与高度变化时，有一定高度的被检出物体的强反射面（阳面）和弱反射而（阴面）的角度和反射光利度都会有变化.为检出结果的判定提供了丰亩的信息.背光源的原理则是利用被检测物体中不同部分光透过率差界实现检出的方法，硬件上与其他光源的搜放位词不同，光源不与光电传感器同Q1.而是置于光电传感静的对面接受被检测物体透过光的强弱，适合被检测物体中有缺失部分检出.基于对平板显示工艺的深入埋解,以色列奥宝科利用CMOS扫描帧猱快的特点,将上述不同光源类型，强度与待履测面板的材料进行有计时性考察，在不增加工作节拍的同时进

13、行多种扫描条件的交叉确认，实现了极低的误检出，极高的检测精度和准确率。Ao1.图像采集的最后个关搂步骤是控制系统,光电传感涔的FOV（视窗）有限.物体高速运动中准确地抓拍到清晰的图像，软硬件协网动作非常重要，如下图所示，当图像传照器与机台移动速位不匹配时造成图像的拉伸，收缩等变形，所以，我物移动平台XY方向移动与图像来架光电传感器的同步移动影响到数据的准确，要在固定光照，等间距卜拍摄一幅清晰的图像.高精度的导轨电机和运动拄制程序是非常必要的.Q）数知处理阶段（JMi分类与转换）数据处理阶段是图像的预处理阶段.是采集图像的加工处理过程,为图愎比对提供准确可靠的图片信息,主要包含了背型噪音履少.图

14、像增强和锐化等过程.图像背景噪音减小般为图像的低通浊波平滑法，图像增强和锐化则是提裔被检测特征的对比度，突出图像中需要关注的特征，忽略不需要关注的部分,方法是图像二值化处理，经过二值化处理的图像数据量明显减少,能凸显出需要关注的轮牌.首先波波的定义是将信号中特定波段短率淀除的操作是抑制和防止干扰的一项理要措施.在Ao1.检测中，噪声是造成图像退化的因素之一,起因是Ao1.图像获取,传输过程中，外界杂侬光，光电二极管电子联声及温度，光源的不稳定不均匀,机械系统的抖动，传整器温度等原因导致，不可避免的使得图像因含有噪音而变得模糊.给图像识别，图像切割等后续处理工作带来了困难.因此,为了获过真实的图

15、像信息除去噪声的浊波处理必不可少”谑波的过程简维说就是图像平滑技术,空域谑波与猱域注波是注波经常采用的方法.具体讲空域避波是一种邻域处理方法，通过直接在图像空间中对邻域内像素进行处理，达到平滑或锐化，图像空间中增强图像的某些特征或者减弱图像的某些特征。频城滤波指的足允许或者限制一定的顺率成分遹过.在数字图像处理中，线性波波通常是利用浊波模板与图像的空域进行卷枳来实现，谑波的方法很多，要达到好的使用效果和目的,必须对图像中的噪音类型有所了解，才能做到有的放矢。空域渡波中邻域处理平滑的具体方法有均做，中值和K领域均值三种，合理性各有利弊.均值滤波是枭用邻域平均法，基本思想是对一个像素和他临近区域的

16、全体像素取平均值,然后把这个计算出来的均值赋予第输出的图像的相应像般,实现图像的平滑处理.蟠于线性泄波.中位泄波是把一个像素点邻城的”内的所有像素点灰阶位的中间值作为该像素点的灰阶值，是施干排序统计理论的信号处理技术，对于随机噪声处理能力好，新于奥叁的非线性流波技术，K邻域均假漉波技术是结合了中间值沌波和均值漉波的特点.，主要思想是在存处理像素点邻域内找到一像素灰阶值最接近的K个像去点.计算这K个像素点灰阶均值来代替原像素点的灰阶伯，对于孤立不规则的像索点起到很好的泄波作用，图像的平滑除了在空间城中进行外，也可以在频率域中进行.痂域/波简单说就是在领域里，来用简单平均法求频谱的直流分鼠可以构造个低通泄波器，使低频分收顺利通过而有效地限于高频分母，再经过反变换来取得平滑的图像.，领域源波可以分为高斯沌波,巴特沃斯滋波.梯形浊波等.田干噪声主要集中在高频部分,阻挡高频率噪