煙臺(tái)機(jī)器視覺(jué)解決方案—合作咨詢(xún)：0535-2163369         13695448998 胡經(jīng)理

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　　在制造業(yè)中，檢測(cè)是必不可少的功能。視覺(jué)檢測(cè)可確保產(chǎn)品符合其預(yù)期的功能和外觀(guān)，并為制造商和客戶(hù)帶來(lái)重要利益。最明顯的是，檢測(cè)結(jié)果能夠提供質(zhì)量保證，可以通過(guò)產(chǎn)品標(biāo)注或標(biāo)簽直接傳達(dá)給客戶(hù)，或者在制造工廠(chǎng)內(nèi)記錄，并作為其質(zhì)量控制過(guò)程的一部分。如果產(chǎn)品從現(xiàn)場(chǎng)退回，檢測(cè)報(bào)告還可以幫助進(jìn)行故障排除，并可以幫助制造商處理任何索賠。

　　此外，在生產(chǎn)過(guò)程中識(shí)別出所有不合格物品可以幫助確定是否需要調(diào)整制造工藝或程序，檢測(cè)結(jié)果可以幫助確定故障原因，例如，電子產(chǎn)品表面貼裝機(jī)中的噴嘴堵塞，瓶裝設(shè)備故障或標(biāo)簽機(jī)械未對(duì)準(zhǔn)等等。實(shí)時(shí)識(shí)別缺陷可以做到立即停止生產(chǎn)，從而馬上解決問(wèn)題。越早發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，解決問(wèn)題的成本就越低。業(yè)界經(jīng)常引用一個(gè)“十倍規(guī)則”：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的成本比生產(chǎn)階段低十倍，依次而行，生產(chǎn)階段的錯(cuò)誤成本比現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也低十倍。

　　從人工檢測(cè)到AOI

　　通常對(duì)生產(chǎn)的每個(gè)產(chǎn)品都需要進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的操作員可以人工進(jìn)行檢測(cè)，尤其是在處理簡(jiǎn)單產(chǎn)品或作為整體外觀(guān)最終檢測(cè)時(shí)更是如此。印刷電路板組件(PCBA)等一些應(yīng)用可能需要放大設(shè)備，最小的功能尺寸(例如高密度IC互連和焊接在電路板上的01005大小SMD芯片)(見(jiàn)圖1)，都對(duì)檢測(cè)人員的視覺(jué)敏感度(visual acuity)提出很大挑戰(zhàn)。

　　但是，隨著產(chǎn)品復(fù)雜性的提高，一些典型組件可能包含大量此類(lèi)器件。檢測(cè)員在進(jìn)行檢測(cè)并記錄結(jié)果時(shí)，必須要克服視覺(jué)和節(jié)拍時(shí)間的雙重挑戰(zhàn)，可能導(dǎo)致人工檢測(cè)不切實(shí)際。在某些情況下，例如高速灌裝工藝，可能根本無(wú)法進(jìn)行人工檢測(cè)。

　　隨著特征尺寸、復(fù)雜性和吞吐量方面的挑戰(zhàn)越來(lái)越嚴(yán)峻，自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)成為確保對(duì)每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行充分檢測(cè)的唯一實(shí)用方法。

　　AOI包括圖像傳感，照明和計(jì)算子系統(tǒng)，它們協(xié)同工作以便捕獲和分析圖像。AOI系統(tǒng)可以將捕獲的圖像與參考圖像進(jìn)行比較，之后得以能夠識(shí)別材料表面的缺陷、焊接缺陷或PCBA上元件缺失或放錯(cuò)位置等缺陷�；蛘�，基于某些規(guī)則的系統(tǒng)會(huì)測(cè)量特征尺寸(例如組件本身或每個(gè)接頭中焊料量)，以確定“良好”(G)或“不良”(NG)狀態(tài)。如果檢測(cè)到缺陷，則機(jī)器設(shè)備可以隔離有缺陷物品，然后繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)檢測(cè)，或者暫停并警告操作員。

　　盡管AOI在復(fù)雜性、吞吐量存在，或兩者兼而有之的情況下已經(jīng)超過(guò)了人工檢測(cè)，但是傳統(tǒng)的圖像處理系統(tǒng)和算法仍存在一些缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)在系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)以及在工廠(chǎng)車(chē)間進(jìn)行設(shè)備安裝時(shí)非常明顯。

　　從傳統(tǒng)圖像處理到AI

　　圖像識(shí)別的基本原理是將每個(gè)捕獲的圖像數(shù)字化，并應(yīng)用各種濾鏡來(lái)檢測(cè)圖案和特征。邊緣檢測(cè)濾鏡通常用于檢測(cè)圖像中的對(duì)象。能夠識(shí)別人類(lèi)的算法可以應(yīng)用坡度斜率檢測(cè)(slope detection)來(lái)識(shí)別手臂、肩膀，、腿部等特征，該算法還需要檢測(cè)這些被檢測(cè)特征相對(duì)于彼此的方向，作為進(jìn)一步的界定標(biāo)準(zhǔn)。

　　檢測(cè)焊點(diǎn)的算法可以采用邊緣檢測(cè)和顏色檢測(cè)來(lái)識(shí)別焊點(diǎn)，并檢測(cè)焊點(diǎn)表面(fillet)的坡度是否在可接受范圍內(nèi)。光學(xué)系統(tǒng)可以使用不同顏色從不同角度照亮待測(cè)單元。如果焊點(diǎn)表面的斜率正確，則可能會(huì)反射出更大比例的綠色波長(zhǎng)。如果有更多的紅色波長(zhǎng)或整個(gè)表面上呈現(xiàn)不斷變化的顏色組合，則表示有較淺焊點(diǎn)表面，表明焊料量或焊球形成不足，表明在焊接過(guò)程中沾錫較差。

　　無(wú)論是在安全監(jiān)控或汽車(chē)行人檢測(cè)等應(yīng)用中的人員識(shí)別，在社交媒體應(yīng)用中的面部識(shí)別，還是在工業(yè)檢測(cè)中進(jìn)行缺陷檢測(cè)等所有應(yīng)用，傳統(tǒng)的圖像識(shí)別都面臨著眾多挑戰(zhàn)。

　　定義規(guī)則并創(chuàng)建算法以檢測(cè)和分類(lèi)數(shù)字圖像中的對(duì)象非常復(fù)雜。在工業(yè)檢測(cè)中，開(kāi)發(fā)可靠的算法既昂貴又費(fèi)時(shí)。在檢測(cè)PCB組件時(shí)，焊點(diǎn)的質(zhì)量只是要檢測(cè)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，還必須驗(yàn)證每個(gè)組件的存在，以及相對(duì)于阻焊層的(solder mask)位置和方向、組件的共面性以及不需要的物體(例如焊料飛濺在電路板表面上)的存在。為所有情況和所有例外創(chuàng)建規(guī)則幾乎是不可能的。

　　微調(diào)算法和添加更多算法以覆蓋其他更多情況，這是一項(xiàng)永無(wú)止境的任務(wù)，需要不斷更新軟件。每當(dāng)行業(yè)中使用新產(chǎn)品(例如高級(jí)電子組件封裝)時(shí)，都必須開(kāi)發(fā)新算法以對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

　　人工智能(AI)可以在一定程度上模仿人類(lèi)將學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到圖像識(shí)別，從而能夠應(yīng)對(duì)無(wú)限變化帶來(lái)的挑戰(zhàn)。在A(yíng)I總體概念下涵蓋的各種計(jì)算結(jié)構(gòu)中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)通常用于圖像識(shí)別。這些包括相互連接的人工神經(jīng)元，并排列成層(見(jiàn)圖2)。它們通常是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在輸入和輸出層之間包含多個(gè)內(nèi)部或隱藏層。隱藏層對(duì)從前一層接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行特定、嚴(yán)格定義的采樣(pooling)和卷積計(jì)算。結(jié)果被發(fā)送到下一層，最終到達(dá)輸出層，可表明是否已識(shí)別出所尋找的對(duì)象。

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責(zé)任編輯：胡金鵬