在產品(pin)制(zhi)造過程中，由于(yu)各(ge)種(zhong)原因，零部件不(bu)可避免的(de)會產生多種(zhong)缺(que)陷，如印(yin)制(zhi)電路板(ban)上出現孔(kong)錯位、劃(hua)傷、斷路、短路、污染(ran)等缺(que)陷，液晶(jing)面板(ban)的(de)基板(ban)玻璃和(he)濾(lv)光片表面含有針孔(kong)、劃(hua)痕、顆粒、mura等缺(que)陷，帶鋼表面產生裂紋(wen)、輥印(yin)、孔(kong)洞、麻(ma)點等缺(que)陷，這些缺(que)陷不(bu)僅影響產品(pin)的(de)性(xing)能，嚴重時甚至會危害到生命安全，對用(yong)戶造成(cheng)巨大(da)經(jing)濟(ji)損失。

傳統缺陷檢(jian)(jian)(jian)測(ce)方法為人(ren)(ren)工(gong)目視檢(jian)(jian)(jian)測(ce)法，目前在(zai)手機(ji)、平板顯示、太陽(yang)能、鋰(li)電池等諸多行業(ye)，仍然有大量(liang)的產(chan)業(ye)工(gong)人(ren)(ren)從事這項工(gong)作。這種(zhong)人(ren)(ren)工(gong)視覺(jue)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)方法需要在(zai)強(qiang)光(guang)照明(ming)條件(jian)下進行，不(bu)僅對檢(jian)(jian)(jian)測(ce)人(ren)(ren)員的眼睛傷(shang)害很大，且存在(zai)主(zhu)觀性強(qiang)、人(ren)(ren)眼空(kong)間(jian)和時間(jian)分(fen)辨率有限、檢(jian)(jian)(jian)測(ce)不(bu)確定性大、易(yi)產(chan)生歧義、效(xiao)率低(di)下等缺點，已很難滿(man)足現代工(gong)業(ye)高速、高分(fen)辨率的檢(jian)(jian)(jian)測(ce)要求(qiu)。

隨著電子技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)、圖(tu)像傳(chuan)感技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)和(he)計(ji)算(suan)機技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)快速(su)發展，利用基(ji)于光(guang)學圖(tu)像傳(chuan)感的(de)表面缺(que)陷(xian)(xian)自(zi)動光(guang)學（視(shi)(shi)覺）檢測技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)取代(dai)人工目視(shi)(shi)檢測表面缺(que)陷(xian)(xian)，已逐漸成為表面缺(que)陷(xian)(xian)檢測的(de)重要手段，因為這種(zhong)方法具有(you)自(zi)動化(hua)、非接觸、速(su)度(du)(du)快、精(jing)度(du)(du)高、穩定性高等優點。

什么是AOI

自動光學檢測（automatedopticalinspection,AOI）技術，也稱為機器視覺檢測（machinevisioninspection,MVI）技術(shu)或自動視覺檢測（automatedvisualinspection,AVI）技術(shu)。在(zai)有些行(xing)業，如平板顯示、半導體、太(tai)陽(yang)能等制造行(xing)業，AOI這一術(shu)語更加流行(xing)，被(bei)人(ren)知曉。但是(shi)AOI和MVI/AVI在(zai)概(gai)念和功能上還是(shi)有細微差別(bie)的。

從狹(xia)義上來說，MVI是一種(zhong)集成(cheng)了圖像(xiang)傳(chuan)感(gan)技(ji)術、數(shu)據(ju)處(chu)理(li)技(ji)術、運動控制技(ji)術，在工(gong)業生產過程中，執行測(ce)量(liang)、檢測(ce)、識(shi)別和(he)引導等任(ren)務(wu)的(de)(de)(de)一種(zhong)新興的(de)(de)(de)科學(xue)技(ji)術。MVI的(de)(de)(de)基(ji)本原理(li)可用(yong)(yong)(yong)圖1來表(biao)示，它采(cai)用(yong)(yong)(yong)光(guang)學(xue)成(cheng)像(xiang)方法（如(ru)相機(ji)，或者(zhe)一個復雜的(de)(de)(de)光(guang)學(xue)成(cheng)像(xiang)系統）模擬人(ren)(ren)眼(yan)的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)視覺成(cheng)像(xiang)功能，用(yong)(yong)(yong)計算(suan)機(ji)處(chu)理(li)系統代(dai)替人(ren)(ren)腦執行數(shu)據(ju)處(chu)理(li)，最后(hou)把結(jie)果(guo)反饋給執行機(ji)構（如(ru)機(ji)械手）代(dai)替人(ren)(ren)手完(wan)成(cheng)各(ge)種(zhong)規定的(de)(de)(de)任(ren)務(wu)。

圖(tu)1  MVI基本原理(li)與功能

從廣義(yi)上來說(shuo)，MVI是(shi)(shi)一種模擬(ni)和(he)拓展人類眼、腦、手的(de)(de)功能的(de)(de)一種技術(shu)，在不同的(de)(de)應用(yong)領域其定義(yi)可(ke)能有著細微的(de)(de)差別(bie)，但(dan)都離開不了兩個根本的(de)(de)方(fang)(fang)法與技術(shu)，即(ji)從圖(tu)像(xiang)中獲取所需信息，然后反饋給自(zi)動化執行機(ji)構完成特(te)定的(de)(de)任務。可(ke)以(yi)說(shuo)基于(yu)任何圖(tu)像(xiang)傳感(gan)方(fang)(fang)法（如可(ke)見光(guang)成像(xiang)、紅外成像(xiang)、X光(guang)成像(xiang)、超聲成像(xiang)等等）的(de)(de)自(zi)動化檢測技術(shu)都可(ke)以(yi)認為(wei)(wei)是(shi)(shi)MVI或AVI。當采用(yong)光(guang)學成像(xiang)方(fang)(fang)法時，MVI實際上就(jiu)變為(wei)(wei)AOI。因此AOI可(ke)以(yi)認為(wei)(wei)是(shi)(shi)MVI的(de)(de)一種特(te)例。

根據成像(xiang)方(fang)法(fa)的不同，AOI又(you)可(ke)分(fen)(fen)(fen)為三維(wei)（3D）AOI和二(er)維(wei)（2D）AOI，三維(wei)AOI主要用(yong)于物體(ti)外形(xing)幾何參數的測(ce)量、零(ling)件分(fen)(fen)(fen)組、定位、識別(bie)、機(ji)器人引(yin)導等(deng)場(chang)合；二(er)維(wei)AOI主要用(yong)于產品外觀（色(se)彩、缺陷等(deng)）檢(jian)測(ce)、不同物體(ti)或(huo)外觀分(fen)(fen)(fen)類、良疵品檢(jian)測(ce)與(yu)分(fen)(fen)(fen)類等(deng)場(chang)合。

AOI系統組成

目前在(zai)(zai)(zai)產業界用得最多的(de)(de)AOI系統是(shi)由(you)相機、鏡(jing)頭、光(guang)源(yuan)、計(ji)算(suan)機等通(tong)用器件(jian)集成(cheng)(cheng)的(de)(de)簡單光(guang)學成(cheng)(cheng)像(xiang)與(yu)處理系統。如圖1所示，在(zai)(zai)(zai)光(guang)源(yuan)照明下(xia)利用相機直(zhi)接成(cheng)(cheng)像(xiang)，然后(hou)由(you)計(ji)算(suan)機處理實現檢(jian)測(ce)。這種(zhong)簡單系統的(de)(de)優(you)點(dian)是(shi)成(cheng)(cheng)本低、集成(cheng)(cheng)容易、技術門檻相對(dui)不高，在(zai)(zai)(zai)制造過程中能夠(gou)代替人工(gong)檢(jian)測(ce)，滿足(zu)多數場合的(de)(de)要求(qiu)。

但(dan)對于(yu)大幅面或復雜結構物體的(de)視(shi)覺檢測，由于(yu)受到視(shi)場(chang)和分辨率（或精(jing)度）的(de)相(xiang)互制(zhi)約，或生產節拍對檢測速度有(you)特殊的(de)要(yao)求，單(dan)相(xiang)機組成的(de)AOI系統有(you)時難以勝任(ren)，因(yin)此可(ke)能(neng)需要(yao)有(you)多個基(ji)本單(dan)元集成在一起，協同工作(zuo)，共同完成高(gao)難度檢測任(ren)務。即采(cai)取一種多傳感器成像、高(gao)速分布式處理(li)的(de)AOI系統集成架(jia)構。

圖2   多傳感(gan)器成像(xiang)、高速(su)分布式處(chu)理的MVI系統集成架構

圖2給(gei)出(chu)(chu)了一種(zhong)(zhong)大幅(fu)面(mian)表面(mian)缺陷AOI檢測系(xi)統(tong)的通用架構，該系(xi)統(tong)由光(guang)源，相機陣列、顯微(wei)復檢、集群并(bing)行(xing)處理系(xi)統(tong)、控制系(xi)統(tong)、主控計算機、服務器(qi)組成，以(yi)及與(yu)工廠數據(ju)中心(xin)互聯的工業局域網(wang)組成。該系(xi)統(tong)架構具有(you)大幅(fu)面(mian)表面(mian)缺陷低分辨(bian)(bian)率快速檢出(chu)(chu)和高(gao)(gao)分辨(bian)(bian)率顯微(wei)復檢兩種(zhong)(zhong)功能。從圖中可以(yi)看出(chu)(chu)，完整的AOI系(xi)統(tong)不僅集成了照明與(yu)光(guang)學成像(xiang)單元(yuan)(yuan)，還需要有(you)被(bei)測件支(zhi)撐傳輸單元(yuan)(yuan)、精密(mi)運動機構與(yu)控制單元(yuan)(yuan)、高(gao)(gao)速并(bing)行(xing)圖像(xiang)處理單元(yuan)(yuan)等。

AOI系統集成技術

AOI系統集(ji)成技術牽涉到關(guan)鍵(jian)器(qi)(qi)件(jian)、系統設(she)計、整機集(ji)成、軟件(jian)開(kai)發等。AOI系統中必不可少的(de)關(guan)鍵(jian)器(qi)(qi)件(jian)有圖(tu)像(xiang)傳感(gan)器(qi)(qi)（相機）、鏡頭、光源、采集(ji)與(yu)預處(chu)理卡、計算機（工控機、服務器(qi)(qi)）等。圖(tu)像(xiang)傳感(gan)器(qi)(qi)最(zui)常用(yong)的(de)是各種型號的(de)CMOS/CCD相機，圖(tu)像(xiang)傳感(gan)器(qi)(qi)、鏡頭、光源三者組合構成了大多數(shu)自動(dong)光學檢(jian)測系統中感(gan)知(zhi)單元，器(qi)(qi)件(jian)的(de)選(xuan)擇與(yu)配置需要(yao)(yao)根據檢(jian)測要(yao)(yao)求進行合計設(she)計與(yu)選(xuan)型。

光(guang)(guang)(guang)源的(de)(de)(de)(de)選(xuan)(xuan)擇（顏色、波長、功率(lv)、照明方式(shi)等）除(chu)了分(fen)(fen)(fen)辨(bian)與增強特征外，還需(xu)考慮(lv)圖像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)對(dui)光(guang)(guang)(guang)源光(guang)(guang)(guang)譜的(de)(de)(de)(de)靈敏度范(fan)圍。鏡(jing)(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)選(xuan)(xuan)擇需(xu)要考慮(lv)視(shi)場角、景(jing)深(shen)、分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)等光(guang)(guang)(guang)學參(can)數(shu)，鏡(jing)(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)要和圖像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)空(kong)間(jian)(jian)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)匹(pi)配(pei)才能(neng)(neng)(neng)達到最(zui)(zui)佳(jia)的(de)(de)(de)(de)性價比(bi)。一般情(qing)況下(xia)，鏡(jing)(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)略高(gao)于(yu)圖像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)空(kong)間(jian)(jian)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)為宜，盡(jin)可(ke)能(neng)(neng)(neng)采用(yong)黑白相機成(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)，提(ti)(ti)高(gao)成(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)能(neng)(neng)(neng)力。圖像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)（相機）采用(yong)面陣(zhen)或線(xian)陣(zhen)需(xu)根據具體(ti)情(qing)況而定(ding)，選(xuan)(xuan)型(xing)時(shi)(shi)(shi)需(xu)要考慮(lv)的(de)(de)(de)(de)因素有成(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)視(shi)場、空(kong)間(jian)(jian)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)、最(zui)(zui)小(xiao)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)、幀(zhen)率(lv)、數(shu)據帶寬等。對(dui)于(yu)運(yun)動(dong)物體(ti)的(de)(de)(de)(de)檢測，要考慮(lv)圖像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)運(yun)動(dong)模糊帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)不利影響，準確(que)計算導(dao)致(zhi)運(yun)動(dong)模糊的(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)小(xiao)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)，確(que)定(ding)圖像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)型(xing)號。圖像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)應小(xiao)于(yu)導(dao)致(zhi)運(yun)動(dong)模糊的(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)小(xiao)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)，快速(su)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)選(xuan)(xuan)擇全(quan)局快門(men)模式(shi)為宜，高(gao)速(su)情(qing)況下(xia)不易(yi)采用(yong)卷簾式(shi)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)模式(shi)；為了獲得最(zui)(zui)佳(jia)的(de)(de)(de)(de)信噪(zao)比(bi)，圖像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)增益(yi)盡(jin)可(ke)能(neng)(neng)(neng)為1，圖像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)亮度的(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)升盡(jin)可(ke)能(neng)(neng)(neng)用(yong)光(guang)(guang)(guang)源的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)量（功率(lv)）來(lai)彌補，或者在(zai)不影響可(ke)用(yong)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)景(jing)深(shen)情(qing)況下(xia)，增大鏡(jing)(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)孔徑光(guang)(guang)(guang)闌。

在系(xi)統(tong)集成(cheng)中(zhong)(zhong)，被(bei)(bei)測(ce)(ce)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)支撐(cheng)方式、精(jing)(jing)密(mi)傳輸(shu)與(yu)(yu)定(ding)位裝(zhuang)置也必(bi)須精(jing)(jing)心設計(ji)，這(zhe)牽涉到精(jing)(jing)密(mi)機(ji)械(xie)設計(ji)技術，這(zhe)對(dui)平板(ban)(ban)顯示、硅片(pian)、半(ban)導體和MEMS等精(jing)(jing)密(mi)制(zhi)造與(yu)(yu)組裝(zhuang)產(chan)業中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)自(zi)動(dong)光學檢(jian)測(ce)(ce)系(xi)統(tong)非常(chang)(chang)重(zhong)要(yao)。在這(zhe)些領域，制(zhi)造過程(cheng)通(tong)常(chang)(chang)在超(chao)凈(jing)間進(jin)(jin)行(xing)(xing)，要(yao)求自(zi)動(dong)光學檢(jian)測(ce)(ce)系(xi)統(tong)具有很高(gao)的(de)(de)(de)自(zi)潔(jie)能力，對(dui)系(xi)統(tong)構件(jian)(jian)的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)選(xuan)(xuan)型(xing)(xing)、氣動(dong)及自(zi)動(dong)化(hua)裝(zhuang)置選(xuan)(xuan)型(xing)(xing)、運(yun)動(dong)導軌的(de)(de)(de)設計(ji)與(yu)(yu)器(qi)件(jian)(jian)選(xuan)(xuan)型(xing)(xing)都有嚴格要(yao)求，不(bu)能給(gei)(gei)生產(chan)環(huan)境(jing)尤其(qi)是(shi)被(bei)(bei)測(ce)(ce)工件(jian)(jian)本身帶來二次污染(ran)。尤其(qi)是(shi)用(yong)于(yu)表面(mian)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)的(de)(de)(de)AOI系(xi)統(tong)不(bu)能在檢(jian)測(ce)(ce)過程(cheng)中(zhong)(zhong)，給(gei)(gei)被(bei)(bei)測(ce)(ce)件(jian)(jian)表面(mian)帶來缺(que)陷(xian)（如粉塵、劃(hua)傷、靜(jing)(jing)電等）。因此(ci)，對(dui)于(yu)大型(xing)(xing)零件(jian)(jian)（如高(gao)世代的(de)(de)(de)液晶(jing)玻(bo)璃基板(ban)(ban)、硅片(pian)等）的(de)(de)(de)在線檢(jian)測(ce)(ce)，常(chang)(chang)常(chang)(chang)需要(yao)采取氣浮支撐(cheng)、定(ding)位與(yu)(yu)傳輸(shu)機(ji)構，運(yun)動(dong)部件(jian)(jian)（如軸承等）采用(yong)自(zi)潤(run)滑器(qi)件(jian)(jian)，以及利用(yong)FFU風機(ji)過濾機(ji)組對(dui)檢(jian)測(ce)(ce)系(xi)統(tong)進(jin)(jin)行(xing)(xing)環(huan)境(jing)凈(jing)化(hua)，并采取消靜(jing)(jing)電裝(zhuang)置，對(dui)工件(jian)(jian)進(jin)(jin)行(xing)(xing)防靜(jing)(jing)電處理。

高速圖(tu)像(xiang)數據(ju)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)與軟件(jian)開發是(shi)(shi)自動光學檢測(ce)(ce)的核心技術。由于(yu)自動光學檢測(ce)(ce)是(shi)(shi)以圖(tu)像(xiang)傳感(gan)獲(huo)取被(bei)測(ce)(ce)信(xin)息，數據(ju)量(liang)大，尤其是(shi)(shi)高速在線(xian)(xian)檢測(ce)(ce)，圖(tu)像(xiang)數據(ju)有時是(shi)(shi)海量(liang)的，為(wei)滿(man)足生產節拍需求，必須采(cai)用(yong)高速數據(ju)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)技術。常用(yong)的方法有共(gong)(gong)享內(nei)存(cun)(cun)(cun)式的多線(xian)(xian)程(cheng)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)，共(gong)(gong)享內(nei)存(cun)(cun)(cun)或(huo)分布(bu)式內(nei)存(cun)(cun)(cun)多進(jin)程(cheng)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)等(deng)(deng)；在系統(tong)實(shi)(shi)現上采(cai)用(yong)分布(bu)式計算(suan)機集(ji)群(qun)，把巨大的圖(tu)像(xiang)分時、分塊(kuai)分割(ge)成小塊(kuai)數據(ju)流(liu)，分散(san)到集(ji)群(qun)系統(tong)各節點處(chu)(chu)理(li)(li)(li)。對于(yu)耗(hao)時復雜的算(suan)法，有時僅靠計算(suan)機CPU很難滿(man)足時間要求，這(zhe)時還需配備硬件(jian)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)技術，如采(cai)用(yong)DSP、GPU和(he)FPGA等(deng)(deng)硬件(jian)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)模塊(kuai)，與CPU協同工(gong)作，實(shi)(shi)現快速復雜的計算(suan)難題。

總結

近幾年來，尤其我國2015年發布《中國制造2025》發展戰略以來，用機器代替人，即采用機器視覺或自動(dong)光學檢(jian)測代替人(ren)工視覺，實現產品(pin)零部(bu)件制(zhi)造(zao)質量在(zai)線高(gao)效自動(dong)檢(jian)測和品(pin)質控制(zhi)，得到(dao)諸多行業的(de)青睞。AOI技(ji)(ji)術目前廣泛應用(yong)于工業、農業、生(sheng)物醫療等(deng)行業，尤(you)其(qi)在(zai)精密制(zhi)造(zao)與組裝(zhuang)行業，如手(shou)機、液晶(jing)面板、硅片、印(yin)制(zhi)電路板等(deng)領域，2DAOI表面缺陷技(ji)(ji)術發展(zhan)異(yi)常(chang)迅速，各種(zhong)高(gao)新(xin)技(ji)(ji)術檢(jian)測裝(zhuang)備(bei)層出不窮。

深圳市雙翌光電科技有限公司是一家以機器視覺為技術核心，自主技術研究與應用拓展為導向的高科技企業。公司自成立以來不斷創新，在智能自動化領域研發出視覺對位系統、視(shi)覺定位、視(shi)覺檢測、圖像(xiang)處理庫等(deng)為核心的(de)(de)多(duo)款自(zi)主(zhu)知識產權產品。涉及(ji)自(zi)動貼(tie)合機(ji)、絲印機(ji)、曝光(guang)機(ji)、疊(die)片機(ji)、貼(tie)片機(ji)、智能檢測、智能鐳射(she)等(deng)眾多(duo)行(xing)業領(ling)域。雙翌(yi)(yi)視(shi)覺系(xi)統最高(gao)(gao)生產精度可(ke)(ke)達um級別，圖像(xiang)處理精準(zhun)、速(su)度快，將智能自(zi)動化(hua)制造行(xing)業的(de)(de)生產水(shui)平提升到(dao)一個更高(gao)(gao)的(de)(de)層次，改進了以往落后的(de)(de)生產流程，得(de)到(dao)廣(guang)(guang)大(da)用戶的(de)(de)認(ren)可(ke)(ke)與(yu)肯定。隨著智能自(zi)動化(hua)生產的(de)(de)普及(ji)與(yu)發展，雙翌(yi)(yi)將為廣(guang)(guang)大(da)生產行(xing)業帶來更全面、更精細、更智能化(hua)的(de)(de)技術及(ji)服(fu)務。