自动光学检测指南

自动光学检测 (automated optical inspection, AOI) 设备须知
1、什么是光学检测？
在我们详细介绍自动光学检测（AOI）设备之前，让我们先了解一下光学检测在工业中的扮演的角色。
在光学元件制造过程中，光学检测能够被用来保证所生产元件的光学特性及质量。例如，通过光学检测能够发现光学元件表面存在的划痕及麻点等缺陷，然后根据不同的标准对这些缺陷进行分级，最终通过汇总分析所有缺陷分级结果来判断该元件是否合格。所以，一般在光学元件生产流程的最后阶段，光学检测会被用来保障最终产品的质量达到所需要的符合的标准。
传统上，上述光学检测流程通常由人工操作完成，也就是通过肉眼配合一些辅助仪器（如单镜头放大镜、光学比较器、光学显微镜等）来进行缺陷的检测和分级。但是，在人工检测流程中由于需要将待检测元件放置到不同的辅助仪器的观测区域，所以在此过程中可能导致待检测光学元件的边缘受损。并且，人工检测方法得到的结果不是完全定量的，它会受到检测操作人员的主观影响，不同的操作人员可能会得到不同的结果。
相比传统的人工检测方法，自动光学检测设备具有更高的效率，更简易的操作，并且避免了人工参与带来的主观影响。

2、什么是自动光学检测?
自动光学检测 (AOI) 设备是一种基于机器视觉技术的检测设备，它一般被应用于光学元件生产过程中，用于验证所生产光学元件的质量。待检测的光学元件可能具有不同几何或材料特性，它可能是平面的（窗口片，镜面片等）或者是曲面的，可能表面有镀膜，也可能由特殊材料制成。
自动光学检测设备借助光学成像得到图像，对其进行处理分析来发现待检测光学元件存在的尺寸偏差或者表面缺陷（麻点、划痕、崩边、气泡、污渍、杂质等）等可能导致产品不符合标准规格的潜在问题。相对于人工检测方法，它更高效和准确，从而更好地保障了最终产品质量的可靠性。
随着生产和应用中的光学元件的复杂度的不断提高以及尺寸的不断缩小，人工检测方法已逐渐无法满足需求，所以自动光学检测（AOI）在光学元件质量控制中将会发挥愈发重要的作用。

3、AOI机的工作原理
AOI设备的三个核心组成部分为：照明、成像系统及处理分析软件。
3.1照明
在检测过程中，通过使用高强度的光源对待检测的光学元件进行照射，元件的表面缺陷就可以和背景得到区分，并且选择不同类型的光源会凸显不同类型的缺陷。
早期的AOI设备尝试采用了许多种不同的照明光源类型，如荧光光源、白炽光源、紫外光源和红外光源，随着光源技术的进步以及不断地测试，新版本的设备现在改为采用红、绿、白、蓝等颜色的LED光源。
相对于其它类型的光源，LED光源能够提供更稳定的照明，并且虽然它的输出光强会随着时间的推移而减少，但是这可以通过增加光源的输入电流来补偿。另外，LED光源的输出光强能够简易地通过数字编程来控制。
因此，LED光源，尤其是同轴LED点光源，环形LED光源，相对于荧光光源和白炽光源更加适合于机器视觉以及其它需要均匀照明的应用场景。
在光学检测中，除了光源类型，光源的安装位置以及空间拓扑结构也同样重要。为了能够让所有缺陷区域在成像后都有较好的对比度，必须保证成像视场中的所有区域都得到了有效的照明，这就需要针对不同的应用场景进行调整。
3.2成像系统
成像系统主要功能为获取待检测光学元件的图像并将其发送给AOI设备内的处理程序进行处理分析。通常AOI设备中包含了一个或多个高清相机，并且有些型号的设备中的相机能够通过软件指令来控制其在设备中移动位置。
根据应用场景的不同需求，不同型号的AOI设备中包含了不同特性的相机，从低分辨率XGA单元到高分辨率视频相机，从单色相机到彩色相机。一般，新型号的相机具有更高的帧率，所以会产生更多的数据，也就对于处理软件和硬件具有更高的要求。
分辨率和视场（field of view, FOV）大小是AOI设备成像系统的两个关键参数。分辨率决定了设备能捕捉和分辨的最小细节的尺寸，这个参数对于AOI设备的检测精度和速度有很大影响。视场大小代表了所成图像对应的物理空间的大小，视场越大，则单幅图像所对应的物理面积越大，能够一次成像的元件尺寸也就越大，但是同时也代表了捕捉单幅图像需要得到更多的像素和消耗更多的时间，也就是说帧率会越低；反之，视场越小的相机，能一次成像的元件尺寸越小，但是帧率会更高。
3.3处理分析软件
为了使AOI设备能够检测特定产品，必须为处理软件提供关于该产品的一些描述信息，这可以通过两种方法来实现。
· 使用“金标准”。通过设备扫描检测标准合格产品来获取该产品的相关特性 并将其归档存储以便在后期实际检测中使用。为了得到产品特性的可靠统计数据，在实际中需要对多个“金标准”产品进行检测。
· 软件导入。通过直接软件导入的方式得到待检测产品的描述信息，并将其归档存储。

4、AOI设备与传统人工检测方法的比较
4.1效率
受到生理条件制约，人工检测的工作人员在检查过程中需要不时的休息。并且，每个员工一次只能检查一件产品，这会降低整个流程的效率。随着市场对生产的需求越来越高，产品尺寸越来越小，在很多情况下，人工检测不再是一个可行的选项。
相对于人工，自动化设备可以一次检测多个产品，也就是批量检测。它们可以24小时不中断地连续工作，并且还可以由远程控制和监控，这就大大地提高了效率，从而帮助制造商满足生产需求。当然，自动化设备在长期使用后会出现不同类型的老化现象，需要定期进行维护，并且，如果设备突然发生故障，会导致生产线的停滞。
4.2一致性
在人工检测过程中，工作人员由于疲劳等原因无法长时间保持检测工作结果的一致性。研究显示，人工无法长时间维持稳定的工作表现，一般在持续工作十五分钟后出错的概率就会出现很大的提高，并且随着工作复杂度的提高和每天工作时间的增加，出错的次数会很大幅度的提高。此外，受到工作人员的主观影响，不同工作人员的检测结果之间必然存在不一致。
相对于人工，自动检测设备具有极高的稳定性，它们能够对所有产品保持使用相同的客观检测标准，从而保持检验结果的一致性。
4.3成本
人工检查通常同时需要多名检测工作人员，因此会产生很高的人工成本。调研报告显示，一台自动检测设备和一名设备操作人员就可以代替5名人工检测人员，长期来看这样能节省很大的人工成本。并且，如果生产所需生产线越多，使用自动化设备替代人工检测所节省的资金和人力就越多。
相比人工检测，自动化设备初期需要投入较多资金用于设备采购、操作人员培训等，并且在设备使用过程中还会产生维护、维修、更新等额外开支。
4.4检测报告
人工检查报告大多是人工记录的，所以很容易错误，并且大量人工记录的报告很难进行管理，这就给后期利用它们进行生产流程分析构成的难度。
与人工不同，在生产过程的每个阶段，自动检测设备都会根据所需的文件格式生成可打印的报告，以便分析错误，进而保证和提高产品质量。这样就能预防客户的投诉和退货，从而提高客户的信任和满意度。

5、OptiNspec系列 - AMF Vs. AOF Vs. MOF
目前爱丁堡（南京）光电设备有限公司拥有OptiNspec系列不同型号的表面疵病检测仪
从机器的名称可以看出，AMF和AOF是自动进行检测的设备，而MOF是需要人工操作的手动设备。这些全方位的表面质量测试设备可以对不同材料的平面、曲面、涂层的光学元件进行质量保证和质量控制检查。
AOF和MOF机器是用来检查的平面光学直径高达25.4毫米，而AMF系统可以用于检查平面微光学直径高达12毫米。
设备采用美国军标标准 (MIL-PRF-13830B)，可有效检测产品表面上的划痕和麻点，能够自动对划痕和麻点的等级进行判定和分类。设计符合人体工程学，降低员工操作的疲劳感。软件界面操作简单，便于员工学习与操作。自动生成测试报告。
其中OptiNspec-AMF103是一款镜片及其他精密零件尺寸测量的设备，适用于12mm以下产品尺寸检测，可测量长度、角度、半径、面积、真圆度等相关几何尺寸。
该产品采用了先进的设计理念和硬件配置，可实现各种复杂精密零件轮廓、尺寸的测量，可对被测产品根据形状进行自动分类，对测量好的尺寸进行自动判定是否合格，可极大的提高产品的检测效率。
总之，在本文中，我们介绍了AOI设备的基本信息，人工光学和自动光学检测的优缺点，以及我们提供的各种AOI设备之间的差异。
毫无疑问，由于技术的快速发展，提高了效率、降低了操作成本，机器正在取代人类的工作，但在光学检测过程的某些环节，如操作和确保设备得到良好维护，仍然需要人力。
随着这种技术的发明，设备操作员能够获得新的技能，以提高公司在其他领域的生产力。