什麽是 AOI?AOI 的优势与弱势?

什麽是 AOI?

AOI(自动光学检测)是一种依赖机器视觉进行精确识别和检测的技术,以改良或弥补人力用光学检测的种种缺点,现今已被应用在各式各样的产业中。AOI 最主要的功能为瑕疵检测、尺寸量测、定位贴合,包括高科技产业、半导体制药食品等,AOI 在工业自动化中扮演著重要的角色,目前 AOI 最常被应用的产业分别是 PCB 和面板显示器产业,两者佔比约为 64% 和 15%。

AOI 基本架构

主要六大组成: 相机、镜头、机构、PLC、光源、工业电脑。

AOI 系统以机器视觉为核心,结合光学、电控、机构以及检测软体执行检测作业。透过光源配置凸显影像特徵,辅以电脑影像处理技术进行定位及检查,快速筛检产线中成品、半成品的缺陷、污染物及其他异常。

AOI 应用

AOI 在制造业的应用极为广泛,举凡检查产品上有无变形、破损、缺件、髒污与刮痕等瑕疵,或者是读码、对位、精密测量、印刷检验,皆能透过 AOI 技术进行检验,因此如半导体、印刷电路板(PCB)面板电子机械纺织食品加工汽车等产业,都能看见其踪影,其中更以 PCB 和面板产业为大宗。

由于任何零组件的瑕疵都可能影响产品功能,因此制造业对于提升良率需求与日俱增。传统产线仰赖大量人工检测产品瑕疵模式,已无法满足产品全检与生产效率需求,因此导入自动光学检测(Automated Optical Inspection, AOI)系统成为工业制程上瑕疵辨识的应用主流。
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AOI 的规格有哪些?

AOI系统有几个重要规格需要考虑:
Speed icon: a white stopwatch on a red background

速度

指每分钟进行的检测次数或在特定时间内检测的特定长度。

Accuracy icon: a white target on a red background

精度

指定所需的测量精度水平,例如检测尺寸的精度为5微米或0.005毫米。

Field of View (FOV) icon: a white eye on a red background

视野范围(FOV)

表示在检测过程中,相机捕捉的可见范围。

AOI 在制造业中的优势

AOI 技术在制造业中提供了显著的优势:

取代人工目检

相较于人工检测或人工加光学仪器检测,AOI 能够比肉眼更加精确,且对于瑕疵判定的标准较为一致。

提升检测速度

搭载高解析度相机的 AOI 系统能检测人眼难以辨识的细节,同时每分钟数以千计的筛检量能,也改善传统人工目视检测效率不彰的缺点。

品质控制的一致性

AOI 系统提供统一的缺陷检测,确保每个部件都以相同的精度进行检查,从而减少了人工误差。

降低人工成本

通过自动化检测,AOI系统减少了对人工劳动力的需求,从而降低整体营运成本。

AOI 系统的挑战和限制

虽然 AOI 系统在制造生产线上得到了广泛应用,但它们也存在一定的限制和挑战:

仅可检出定义好的瑕疵

AOI 採用 Rule-based 判断机制,透过程式语言撰写检测逻辑(Rule),仅能以定义好的参数作为基准检测样本瑕疵。举例而言,检测逻辑将瑕疵定义为圆形,非属圆形的瑕疵便无法透过 AOI 系统检测出异常,因此常产生漏检(Leakage)问题,诸如蛋壳孔样貌不同、塑胶射出制品的脱模剂油污、金属冲压件的刮痕等随机生成的瑕疵类型,都是 AOI 系统的剋星。

过杀率(Overkill rate)过高

AOI 系统基于传统演算法,通常设定严格的参数。这可能会导致过度检测或误报结果,因为它对外部条件(如光照变化)非常敏感。因此,通常需要额外的人工检查来减少误报的情况。

检测环境及设备要求高

AOI 相当依赖光源、相机、镜头三者间的密切搭配。以光源来说,为了强化对比以呈现物体特徵,需根据待测物件材质、颜色、形状设计光线强度与特性,藉以取得适用的影像降低误杀风险;选择相机时需依据检测需求决定感光元件、解析度、帧率等并搭配合适镜头,方能发挥光学系统功能,可谓「牵一髮动全身」。

複杂的设置和专门化

AOI 系统可能非常複杂且高度专门化,这使得其设置和操作具有挑战性。它们在处理複杂的产品缺陷、图像背景和光照变化时会遇到困难。

上线时间长、需要的样本数较多

相较于 AI 软体的低样本数、快速学习,AOI 需要的样本数及调整设定时间相当长,若遇上调机、更换零组件等情况,则须指派工程师依据经验值重新进行机台参数设定、对位,再加上软硬体调整过程相对複杂,维修时间短则几日长则数月,难以因应智慧制造产线弹性化需求,这对于需要快速回应订单、迅速调整产线生产内容或产品规格的产业相当不利。

高成本维护需求

AOI 系统的购置和维护成本较高。初始投资包括专业设备,如高解析度相机和先进软体。定期的维护和校准也是必要的,以确保最佳性能。

AOI 在现代制造中扮演的角色

AOI 技术在制造业中发挥了重要的作用,它的自动化检测能力拥有提高精度、加快检查速度和缺陷检测一致性等优势。然而,AOI 也存在著一些与处理複杂缺陷、设置时间、成本考量以及依赖预定义参数等相关的限制。作为替代方案,AI 检测软体提供了比 AOI 系统更先进的缺陷识别能力,只需更短的设置时间和更少的样本需求,这使得 AI 在某些制造应用中成为一个具有吸引力的选择。
Photograph of an industrial AOI system. A camera is positioned above. The AOI system is likely checking for defects.