什麼是 AOI?AOI 的優勢與弱勢?

什麼是 AOI?

AOI(自動光學檢測)是一種依賴機器視覺進行精確識別和檢測的技術,以改良或彌補人力用光學檢測的種種缺點,現今已被應用在各式各樣的產業中。AOI 最主要的功能為瑕疵檢測、尺寸量測、定位貼合,包括高科技產業、半導體製藥食品等,AOI 在工業自動化中扮演著重要的角色,目前 AOI 最常被應用的產業分別是 PCB 和面板顯示器產業,兩者佔比約為 64% 和 15%。

AOI 基本架構

主要六大組成: 相機、鏡頭、機構、PLC、光源、工業電腦。

AOI 系統以機器視覺為核心,結合光學、電控、機構以及檢測軟體執行檢測作業。透過光源配置凸顯影像特徵,輔以電腦影像處理技術進行定位及檢查,快速篩檢產線中成品、半成品的缺陷、污染物及其他異常。

AOI 應用

AOI 在製造業的應用極為廣泛,舉凡檢查產品上有無變形、破損、缺件、髒污與刮痕等瑕疵,或者是讀碼、對位、精密測量、印刷檢驗,皆能透過 AOI 技術進行檢驗,因此如半導體、印刷電路板(PCB)面板電子機械紡織食品加工汽車等產業,都能看見其蹤影,其中更以 PCB 和面板產業為大宗。

由於任何零組件的瑕疵都可能影響產品功能,因此製造業對於提升良率需求與日俱增。傳統產線仰賴大量人工檢測產品瑕疵模式,已無法滿足產品全檢與生產效率需求,因此導入自動光學檢測(Automated Optical Inspection, AOI)系統成為工業製程上瑕疵辨識的應用主流。
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AOI 的規格有哪些?

AOI系統有幾個重要規格需要考慮:
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速度

指每分鐘進行的檢測次數或在特定時間內檢測的特定長度。

Accuracy icon: a white target on a red background

精度

指定所需的測量精度水平,例如檢測尺寸的精度為5微米或0.005毫米。

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

視野範圍(FOV)

表示在檢測過程中,相機捕捉的可見範圍。

AOI 在製造業中的優勢

AOI 技術在製造業中提供了顯著的優勢:

取代人工目檢

相較於人工檢測或人工加光學儀器檢測,AOI 能夠比肉眼更加精確,且對於瑕疵判定的標準較為一致。

提升檢測速度

搭載高解析度相機的 AOI 系統能檢測人眼難以辨識的細節,同時每分鐘數以千計的篩檢量能,也改善傳統人工目視檢測效率不彰的缺點。

品質控制的一致性

AOI 系統提供統一的缺陷檢測,確保每個部件都以相同的精度進行檢查,從而減少了人工誤差。

降低人工成本

通過自動化檢測,AOI系統減少了對人工勞動力的需求,從而降低整體營運成本。

AOI 系統的挑戰和限制

雖然 AOI 系統在製造生產線上得到了廣泛應用,但它們也存在一定的限制和挑戰:

僅可檢出定義好的瑕疵

AOI 採用 Rule-based 判斷機制,透過程式語言撰寫檢測邏輯(Rule),僅能以定義好的參數作為基準檢測樣本瑕疵。舉例而言,檢測邏輯將瑕疵定義為圓形,非屬圓形的瑕疵便無法透過 AOI 系統檢測出異常,因此常產生漏檢(Leakage)問題,諸如蛋殼孔樣貌不同、塑膠射出製品的脫模劑油汙、金屬沖壓件的刮痕等隨機生成的瑕疵類型,都是 AOI 系統的剋星。

過殺率(Overkill rate)過高

AOI 系統基於傳統演算法,通常設定嚴格的參數。這可能會導致過度檢測或誤報結果,因為它對外部條件(如光照變化)非常敏感。因此,通常需要額外的人工檢查來減少誤報的情況。

檢測環境及設備要求高

AOI 相當依賴光源、相機、鏡頭三者間的密切搭配。以光源來說,為了強化對比以呈現物體特徵,需根據待測物件材質、顏色、形狀設計光線強度與特性,藉以取得適用的影像降低誤殺風險;選擇相機時需依據檢測需求決定感光元件、解析度、幀率等並搭配合適鏡頭,方能發揮光學系統功能,可謂「牽一髮動全身」。

複雜的設置和專門化

AOI 系統可能非常複雜且高度專門化,這使得其設置和操作具有挑戰性。它們在處理複雜的產品缺陷、圖像背景和光照變化時會遇到困難。

上線時間長、需要的樣本數較多

相較於 AI 軟體的低樣本數、快速學習,AOI 需要的樣本數及調整設定時間相當長,若遇上調機、更換零組件等情況,則須指派工程師依據經驗值重新進行機台參數設定、對位,再加上軟硬體調整過程相對複雜,維修時間短則幾日長則數月,難以因應智慧製造產線彈性化需求,這對於需要快速回應訂單、迅速調整產線生產內容或產品規格的產業相當不利。

高成本維護需求

AOI 系統的購置和維護成本較高。初始投資包括專業設備,如高解析度相機和先進軟體。定期的維護和校準也是必要的,以確保最佳性能。

AOI 在現代製造中扮演的角色

AOI 技術在製造業中發揮了重要的作用,它的自動化檢測能力擁有提高精度、加快檢查速度和缺陷檢測一致性等優勢。然而,AOI 也存在著一些與處理複雜缺陷、設置時間、成本考量以及依賴預定義參數等相關的限制。作為替代方案,AI 檢測軟體提供了比 AOI 系統更先進的缺陷識別能力,只需更短的設置時間和更少的樣本需求,這使得 AI 在某些製造應用中成為一個具有吸引力的選擇。
Photograph of an industrial AOI system. A camera is positioned above. The AOI system is likely checking for defects.