Průvodce automatizovanou optickou kontrolou (AOI): Vše, co potřebujete vědět o stroji AOI

Autor: Ng Ci Xuan – stážista ve výzkumu a vývoji

Redaktor: Bryan Ng – marketingový manažer

Editor: Preethi – technik technické podpory

1. Co je to optická kontrola?

Než se ponoříme do vysvětlení strojů pro automatizovanou optickou kontrolu (AOI), pojďme pochopit, co je optická kontrola v průmyslu.

Optická kontrola hraje důležitou roli ve výrobě optiky pro kontrolu a udržování kvality optiky, jako je kontrola povrchových škrábanců a výkopů optiky na základě různých norem.

Kontrolu může provádět buď osoba, která se nazývá ruční kontrola, nebo optický kontrolní stroj.

Ruční kontrola se provádí pouhým okem nebo pomocí pomůcek, jako jsou jednočočkové lupy, optické komparátory a optické mikroskopy.

Použití těchto pomůcek však vyžaduje posunutí optiky, což zvyšuje pravděpodobnost poškození optiky a také nemůže kvantitativně detekovat vady. Rozsudek se tedy u různých inspektorů liší.

To je případ, kdy stroj AOI hraje roli při usnadnění a urychlení optické kontroly ve srovnání s tradiční manuální kontrolou.

Optická kontrola spadá do každé fáze výrobního procesu, než je zboží určeno jako dobrý stav a připraveno k prodeji.

2. Co je automatizovaná optická kontrola?

AOI je strojová technika obvykle používaná ve zpracovatelském průmyslu optiky. Používá se ke kontrole a certifikaci optiky, jako je plochá, zakřivená, potažená a optika z různých materiálů.

Plochá optika zahrnuje okna, zrcadla atd., zatímco zakřivená optika zahrnuje čočky s různým zakřivením.

AOI používá optiku k zachycení snímků pro vyhodnocení potenciálních vad, jako jsou rozměrové vady a povrchové vady (např. rýhy, škrábance, odštěpky na hranách, bubliny, skvrny, kazy nečistot atd.). Poskytuje rychlou a přesnou kontrolu, aby bylo zajištěno, že výrobek je vysoce kvalitní bez jakýchkoliv výrobních vad.

S narůstající složitostí produktů a jejich zmenšováním představuje jejich ruční kontrola vážnou výzvu pro pracovníky, a proto AOI hraje zásadní roli při zajišťování kvality produktů.

3. Princip činnosti stroje AOI

Stroje AOI závisí na třech klíčových aspektech – osvětlení, kamera pro strojové vidění a software pro zpracování.

3.1 Osvětlení

Optika je umístěna pod vysoce osvětlenými zdroji světla. Výběrem vhodného světelného zdroje lze snadněji promítat různé typy defektů.

Dřívější stroje AOI využívaly různé styly osvětlení, jako jsou fluorescenční, žárovkové, ultrafialové a infračervené světlo, ale s pokrokem ve světelné technologii nyní novější stroje využívají LED světla v barvách, jako je červená, zelená, bílá a modrá. 

LED osvětlení poskytuje stabilnější formu osvětlení a i když se jeho světelný výkon časem sníží, lze jej kompenzovat zvýšením proudu. Množství světla lze také ovládat pomocí LED diod.

Proto se LED diody, zejména koaxiální bodové světlo, kruhové světlo a kolimované světlo, ukázaly jako mnohem vhodnější pro různé aplikace vidění a jednotného osvětlení než zářivky a žárovky.

Kromě typu osvětlení je stejně důležité umístění světelného zdroje. Musí zajistit, aby byly všechny oblasti dobře osvětleny, aby byly zvýrazněny nedokonalosti, a proto může být pro různé služby vyžadována úprava.

3.2 Kamera strojového vidění

Systém zachycování obrazu pořídí snímek produktu a odešle jej k analýze zpracovatelským programem v rámci stroje AOI. Obvykle je instalována jedna nebo více kamer s vysokým rozlišením, které nabízejí lepší výkon a v některých systémech se mohou pohybovat pod velením softwaru.

Používané kamery se pohybují od jednotek XGA až po videokamery s vysokým rozlišením a produkovaný obraz může být buď monochromatický, nebo barevný. Oproti starým fotoaparátům mají novější fotoaparáty vyšší snímkovou frekvenci.

To vede k rychlejší rychlosti skenování, a proto se obvykle generuje obrovské množství dat. Ke správě tak velkého množství dat je tedy nutný správný zpracovatelský software.

Zobrazovací rozlišení stroje AOI definuje množství detailů, které dokáže identifikovat a zachytit. Rozlišení je klíčovým faktorem u stroje AOI, protože ovlivňuje přesnost a rychlost kontroly. Rozlišení kamery definuje zorné pole (FOV), které zobrazuje výřez, který je součástí jednoho snímku. Širší FOV umožňuje zkoumat produkt s menšími snímky.

Pořízení každého snímku však trvá déle, protože fotoaparát má více pixelů, což vede k nižší snímkové frekvenci. Na druhou stranu, kamery s užším FOV mají menší, ale větší pixely a mají tedy vyšší snímkovou frekvenci.

Nabízíme různé čočky a kamery pro strojové vidění , prohlédněte si je v sekci přesná optika.

3.3 Software pro zpracování

Aby mohl stroj AOI zkontrolovat produkt, musí být v systému již nainstalovány informace o přijatelném produktu. Existují dva způsoby, jak naprogramovat stroj AOI:

• Použití 'Golden Board': dobrý produkt je použit jako cíl pro AOI stroj a tento produkt prochází systémem pro skenování. Bude sledovat produkt z hlediska různých aspektů, které mají být zkontrolovány, a obvykle je potřeba několik produktů, aby systém nabídl dostatek údajů o odchylkách.
• Programování založené na algoritmu: systém generuje svůj vlastní profil pro produkt tím, že do něj dodává produktová data.

4. AOI Machine vs. Tradiční manuální kontrola člověka

4.1 Účinnost

Lidé jsou náchylní k únavě a během kontroly potřebují čas od času přestávky a odpočinek. Každý personál může také zkoumat vždy pouze jeden produkt, což snižuje efektivitu celého procesu. Vzhledem k tomu, že trh má nyní vysoké výrobní požadavky a výrobky jsou stále drobnější a drobnější, ruční kontroly již nejsou schůdnou možností. 

Stroje jsou na druhé straně schopny kontrolovat více produktů najednou, známé jako kontrola šarží, a nevyžadují přestávky. Lze je programovat a monitorovat na dálku a také pracovat 24 hodin denně. To může výrobcům pomoci splnit výrobní požadavky, protože mají vyšší rychlost kontroly než lidé. Stroje jsou však náchylné na opotřebení, což vyžaduje jednou za čas údržbu. Také, pokud se stane, že se neočekávaně porouchá, bude ovlivněna efektivita výrobní linky.

4.2 Konzistence

Lidé nemohou udržet dlouhodobou konzistenci, když se dostaví únava, a to také ovlivní efektivitu procesu kontroly. Studie ukázaly, že lidští inspektoři nejsou schopni udržet vysokou úroveň odchytu chyb po dlouhou dobu.

Schopnost inspektora zachytit chyby se výrazně sníží do 15 minut od zahájení práce. Složitost úlohy a denní doba ovlivní počet chyb. 

Kromě toho musí existovat nekonzistence mezi různými inspektory, protože požadavky na schválení výrobku mohou být pro ně subjektivní. To povede k odlišným standardům v produktech, které jsou kontrolovány.

Kdežto u strojů má extrémně vysokou stabilitu, která je schopna dodržet stejně definované standardy pro všechny produkty a tím je zachována konzistentnost kontroly.

Výše uvedená část hovořila o tom, jak funguje spektrometr. V této části budou popsány součásti spektrometru a různé druhy jednotlivých součástí.

4.3 Náklady

Manuální kontrola přináší vysoké mzdové náklady, protože je obvykle potřeba několik inspektorů najednou. Zprávy ukázaly, že stroj a obsluhující personál mohou nahradit 5 lidských inspektorů, což vede k velkým úsporám v průběhu času. Čím více výrobních linek, tím více ušetřených peněz a pracovních sil.

Počáteční cena stroje by však byla velmi vysoká. Zaškolení personálu pro správu, programování a opravy zařízení bude také stát nemalé částky. Nezapomínáme ani na služby, náklady na opravy a pojištění.

Dokumentace 4.4

Ruční kontrolní zprávy jsou většinou psané ručně, takže jsou mnohem náchylnější k typografickým chybám. Ručně psané databáze zpráv se obtížně udržují a analyzují zprávy z každé fáze výrobního procesu.

Stroje generují tisknutelné zprávy v požadovaném formátu souboru v každé fázi výrobního procesu, což usnadňuje analýzu chyb a pomáhá udržovat kvalitu produktu. Tím se předchází stížnostem/odmítnutí ze strany zákazníků a vede ke zlepšení důvěry a spokojenosti mezi zákazníky.

5. Srovnání OptiNspec – AMF vs. AOF vs. MOF

Wavelength Opto-Electronic nabízí stroje AOI známé jako OptiNspec ve 3 variantách:

• Automatický plochý mikrooptický inspekční stroj (AMF)
• Automatický stroj na kontrolu ploché optiky (AOF)
• Ruční stroj na kontrolu ploché optiky (MOF)

Jak název strojů napovídá, AMF a AOF jsou stroje, které provádějí kontroly automaticky, zatímco MOF je ruční stroj, který vyžaduje obsluhu lidí. Tato celá řada testerů kvality povrchu může provádět kontroly kvality a kontroly kvality na plochých, zakřivených, potažených a optických z různých materiálů.

Všechny stroje jsou kalibrovány pro kontrolu škrábanců a rýh na povrchu optiky podle standardu MIL-PRF-13830B a ekvivalentního standardu specifikace viditelnosti. Je určen pro in-situ povrchovou kontrolu ploché optiky zabalené v běžných gelových krabičkách s potištěnými mřížkami, které jsou běžně dostupné na trhu.

Stroje AOF a MOF jsou určeny pro kontrolu ploché optiky do průměru 25.4 mm, zatímco systémy AMF lze použít pro kontrolu ploché mikrooptiky do průměru 12 mm.

Modely OptiNspec-AOF101 a OptiNspec-AMF101 jsou stroje plné velikosti, zatímco MOF a ostatní modely AMF jsou stolní stroje.

OptiNspec-AMF103 je první a nejnovější model vynalezený organizací WOE, kde lze testovat více než jeden typ mikročoček. Kromě ploché optiky lze kontrolovat i zakřivenou optiku. Kromě kontroly povrchu je tento model také prvním, který dokáže provádět kontrolu rozměrů čoček.

Dokáže automaticky detekovat vnější rozměry plochých dílů, jako je délka, úhel, poloměr, zaoblení atd., a také určit, zda jsou rozměry kvalifikované.

OptiNspec-AMF103 navíc dokáže rozlišit měření obrysu a velikosti různých komplikovaných přesných dílů a automaticky klasifikovat produkty podle tvaru. Tento stroj přichází s uživatelsky přívětivým designem a GUI pro intuitivní ovládání stroje, stejně jako ergonomický design, který pomáhá snížit únavu zaměstnanců.

Některé výhody a funkce AMF103:

• Automatická detekce rozměrových a povrchových vad ploché, zakřivené a povlakované optiky z různých materiálů
• Umožňuje in-situ kontrolu šarže
• Kontrola atributů < 2 s/ks a scratch & dig < 6 s/ks
• Snižte únavu zaměstnanců a tím zvyšte produktivitu
• Uživatelsky přívětivý design a zabírá méně fyzického prostoru.
• Identifikace a oddělení vadných dílů pomocí vizualizací.
• Rychlé a přesné automatické generování podrobných zpráv v požadovaných formátech.

6. závěr

Celkově jsme v tomto článku probrali základní informace o stroji AOI, výhody a nevýhody lidské a automatizované optické kontroly a rozdíly mezi různými stroji AOI, které nabízíme.

Není pochyb o tom, že stroje nahrazují lidské práce díky rychlému technologickému vývoji vedoucímu k dalším výhodám, jako je zvýšená účinnost a nižší provozní náklady, lidé jsou stále potřeba v některých částech procesu optické kontroly, jako je provoz a zajištění dobré údržby strojů .

S vynálezem takové technologie mohou operátoři strojů získat nové dovednosti pro zvýšení produktivity společnosti v jiných oblastech.