光檢測將開啟鋰電池外觀缺陷檢測的新時代

在產(chǎn)品制造過程中，由于外觀缺陷檢測各種原因，零部件不可避免的會產(chǎn)生多種缺陷，如印制電路板上出現(xiàn)孔錯位、劃傷、斷路、短路、污染等缺陷，液晶面板的基板玻璃和濾光片表面含有針孔、劃痕、顆粒、mura等缺陷，帶鋼表面產(chǎn)生裂紋、輥印、孔洞、麻點(diǎn)等缺陷，這些缺陷不僅影響產(chǎn)品的性能，嚴(yán)重時甚至?xí)：Φ缴踩?，對用戶造成巨大?jīng)濟(jì)損失。

傳統(tǒng)外觀缺陷檢測方法為人工目視檢測法，目前在手機(jī)、平板顯示、太陽能、鋰電池等諸多行業(yè)，仍然有大量的產(chǎn)業(yè)工人從事這項工作。這種人工視覺外觀缺陷檢測方法需要在強(qiáng)光照明條件下進(jìn)行，不僅對檢測人員的眼睛傷害很大，且存在主觀性強(qiáng)、人眼空間和時間分辨率有限、檢測不確定性大、易產(chǎn)生歧義、效率低下等缺點(diǎn)，已很難滿足現(xiàn)代工業(yè)高速、高分辨率的檢測要求。

隨著電子技術(shù)、圖像傳感技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，利用基于光學(xué)圖像傳感的表面缺陷自動光學(xué)(視覺)檢測技術(shù)取代人工目視檢測表面缺陷，已逐漸成為外觀缺陷檢測的重要手段，因為這種方法具有自動化、非接觸、速度快、精度高、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

自動光學(xué)檢測(automated optical inspection, AOI)技術(shù)，也稱為機(jī)器視覺檢測(machine vision inspection, MVI)技術(shù)或自動視覺檢測(automated visual inspection, AVI)技術(shù)。在有些行業(yè)，如平板顯示、半導(dǎo)體、太陽能等制造行業(yè)，AOI這一術(shù)語更加流行，被人知曉。但是AOI和MVI/AVI在概念和功能上還是有細(xì)微差別的。

從狹義上來說，MVI是一種集成了圖像傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、運(yùn)動控制技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，執(zhí)行測量、檢測、識別和引導(dǎo)等任務(wù)的一種新興的科學(xué)技術(shù)。MVI的基本原理可用采用光學(xué)成像方法(如相機(jī)，或者一個復(fù)雜的光學(xué)成像系統(tǒng))模擬人眼的的視覺成像功能，用計算機(jī)處理系統(tǒng)代替人腦執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，最后把結(jié)果反饋給執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如機(jī)械手)代替人手完成各種規(guī)定的任務(wù)。

從廣義上來說，MVI是一種模擬和拓展人類眼、腦、手的功能的一種技術(shù)，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域其定義可能有著細(xì)微的差別，但都離開不了兩個根本的方法與技術(shù)，即從圖像中獲取所需信息，然后反饋給自動化執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成特定的任務(wù)?？梢哉f基于任何圖像傳感方法(如可見光成像、紅外成像、X光成像、超聲成像等等)的自動化檢測技術(shù)都可以認(rèn)為是MVI或AVI。當(dāng)采用光學(xué)成像方法時，MVI實(shí)際上就變?yōu)锳OI。因此AOI可以認(rèn)為是MVI的一種特例。

根據(jù)成像方法的不同，AOI又可分為三維(3D)AOI和二維(2D)AOI，三維AOI 主要用于物體外形幾何參數(shù)的測量、零件分組、定位、識別、機(jī)器人引導(dǎo)等場合; 二維AOI主要用于產(chǎn)品外觀(色彩、缺陷等)檢測、不同物體或外觀分類、良疵品檢測與分類等場合。

AOI系統(tǒng)組成

目前在產(chǎn)業(yè)界用得最多的AOI系統(tǒng)是由相機(jī)、鏡頭、光源、計算機(jī)等通用器件集成的簡單光學(xué)成像與處理系統(tǒng)。在光源照明下利用相機(jī)直接成像，然后由計算機(jī)處理實(shí)現(xiàn)檢測。這種簡單系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、集成容易、技術(shù)門檻相對不高，在制造過程中能夠代替人工檢測，滿足多數(shù)場合的要求。

但對于大幅面或復(fù)雜結(jié)構(gòu)物體的視覺檢測，由于受到視場和分辨率(或精度)的相互制約，或生產(chǎn)節(jié)拍對檢測速度有特殊的要求，單相機(jī)組成的AOI系統(tǒng)有時難以勝任，因此可能需要有多個基本單元集成在一起，協(xié)同工作，共同完成高難度檢測任務(wù)。即采取一種多傳感器成像、高速分布式處理的AOI系統(tǒng)集成架構(gòu)。

外觀缺陷檢測AOI檢測系統(tǒng)的通用架構(gòu)，該系統(tǒng)由光源，相機(jī)陣列、顯微復(fù)檢、集群并行處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、主控計算機(jī)、服務(wù)器組成，以及與工廠數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的工業(yè)局域網(wǎng)組成。該系統(tǒng)架構(gòu)具有大幅面表面缺陷低分辨率快速檢出和高分辨率顯微復(fù)檢兩種功能。完整的AOI系統(tǒng)不僅集成了照明與光學(xué)成像單元，還需要有被測件支撐傳輸單元、精密運(yùn)動機(jī)構(gòu)與控制單元、高速并行圖像處理單元等。

AOI檢測方法

隨著智能制造過程對檢測分辨率、精度、速度的要求越來越高，利用相機(jī)直接光學(xué)成像方式構(gòu)成的簡單AOI系統(tǒng)往往無法滿足制造過程的高要求。因為一方面幾何光學(xué)直接成像的分辨率受鏡頭分辨率的限制，光學(xué)顯微成像最高分辨率只有四分之一照明光源的波長大小，即約150 μm;另一面許多被檢測特征不是簡單用相機(jī)直接成像能夠感知和探測的，必須選擇合理的檢測方法。常用的AOI檢測方法有以下方式。

角度分辨檢測方法

角度分辨散射方法是基于光在物體表面不同方向的散射特性與物體表面的特征相關(guān)原理實(shí)現(xiàn)的。光束照射到被測表面后根據(jù)粗糙度的不同會發(fā)生鏡面反射、方向散射和均勻散射三種現(xiàn)象;合理布局照明方向、相機(jī)光軸方向相對于物體表面法線方向的夾角，可以檢測不同種類的表面特征，產(chǎn)生了不同的光學(xué)散射角度分辨AOI方法，如同軸、明場、暗場、漫反射、背光等照明檢測方法等。

色彩分辨檢測方法

圖像的顏色不僅與被測物表面的顏色有關(guān)，而且與光源的顏色有關(guān)，不同顏色的物體對不同顏色的光具有選擇吸收性，如一束白光照射在紅色物體上，只有紅光被反射，其他顏色的光被吸收，物體呈紅色;如果選用紅光照射在紅色物體上，則反射光線較強(qiáng);如果選用與紅光波長相距較遠(yuǎn)的單色光照射在紅色物體上，則反射光線幾乎沒有。

因此，根據(jù)被檢測對象的背景顏色和前景特征顏色，選擇不同顏色的光源照明，可以有效地辨率出被檢測特征。紅、綠、藍(lán)三種顏色光源照射不同顏色物體表面，用黑白相機(jī)生成圖像的灰度變化，從中可以看出選擇合適的照明顏色，可以獲取更高質(zhì)量的圖像。

近幾年來，尤其我國2015年發(fā)布《中國制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略以來，用機(jī)器代替人，即采用機(jī)器視覺或自動光學(xué)檢測代替人工視覺外觀缺陷檢測，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零部件制造質(zhì)量在線高效自動檢測和品質(zhì)控制，得到諸多行業(yè)的青睞。AOI技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)療等行業(yè)，尤其在精密制造與組裝行業(yè)，如手機(jī)、液晶面板、硅片、印制電路板等領(lǐng)域，尤其是3D AOI機(jī)器人引導(dǎo)裝配與抓取，2D AOI表面缺陷技術(shù)發(fā)展異常迅速，各種高新技術(shù)檢測裝備層出不窮。

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