Znaczenie precyzji soczewki w kontroli AOI

Dokładność systemów AOI staje się krytyczną cechą podczas kontroli komponentów 01005. Aby zminimalizować nieprawidłowe zgłaszanie błędów i poprawnie oznaczać defekty, maszyna AOI musi być w stanie niezwykle precyzyjnie określić pozycje komponentów. Dodatkowo, aby móc sprawdzić poprawność lutu, system musi mieć możliwość wyrównywania obrazu z rzeczywistym położeniem elementu.

Silniki liniowe z enkoderami optycznymi o wysokiej rozdzielczości zapewniają dokładność, niezbędną do precyzyjnego wyśrodkowania, a następnie pomiaru odchylenia pozycji komponentu. Same osie przesuwu muszą być zamontowane w stabilnej ramie, aby zapewnić stałą pracę kamery.

Nawet jeśli środek pola widzenia znajdzie się w odpowiednim miejscu, optyka niskiej jakości może powodować rozbieżność pomiędzy obrazem obserwowanym przez kamerę a rzeczywistością. Ponieważ obudowy 01005 wymuszają potrzebę dokładności AOI w połączeniu z dokładnym FOV, większość producentów AOI stosuje soczewki o minimalnym poziomie zniekształceń. Należy podkreślić, że jakość ogólnie dostępnych na rynku obiektywów telecentrycznych nie jest wystarczająco wysoka, aby przeprowadzić inspekcję 01005.

Telecentryczność jest podstawową właściwością, umożliwiającą określanie dokładnych rozmiarów obiektów, niezależnie od ich położenia w polu widzenia FOV, nawet jeśli na odległość obiektu i kamery wpływa nieznana zmienna, taka jak np. wypaczenie PCB.

Rysunek 1: Soczewki telecentryczne eliminują zniekształcenia perspektywy. Źródło: ‘AOI In an 01005 world’, © Vi Technology

Jeśli weźmiemy na przykład system z polem widzenia 60 mm x 45 mm i zniekształceniem telecentrycznym 2%, co jest typowe dla dobrej optyki o jakości odpowiedniej dla np. fotografii, błąd pozycjonowania może wynosić nawet 0.74 mm. W przypadku komponentu 01005 o szerokości zaledwie 0.2 mm w ewidentny sposób widać, że jest to niedopuszczalne. Na rynku dostępne są najnowocześniejsze soczewki, które zapewniają zniekształcenia mniejsze niż 0.05%. Oznaczałoby to maksymalny błąd pozycji wynoszący 0.014 mm. Soczewki tego rodzaju są oczywiście droższe niż te produkowane na masową skalę, ale są one absolutnie niezbędne podczas kontroli tak małych elementów. 

Dokładność, jaką można uzyskać za pomocą wysokiej jakości systemu osi i obiektywu telecentrycznego, staje się jeszcze bardziej krytyczna, gdy wykorzystywane są zaawansowane rozwiązania softwareowe. Jak pisaliśmy w poprzednim artykule o kontroli AOI, algorytmy super rozdzielczości opierają się na założeniu, że dostępnych jest wiele obrazów ze znanymi przesunięciami między subpikselami. Dokładność, z jaką uzyskuje się początkowe obrazy, jest kluczem możliwości tworzenia ostrych obrazów w super rozdzielczości. Jeśli występuje zniekształcenie obiektywu lub błąd pozycjonowania osi, te niewiadome muszą zostać uwzględnione podczas wykonywania obliczeń w super rozdzielczości, a wynik będzie gorszy od optymalnego. 

Co prawda istnieją algorytmy super rozdzielczości, które mogą wykorzystywać szacowany ruch i przybliżone początkowe pozycje obrazu, ale wymagają one dodatkowych obrazów o niskiej rozdzielczości, aby utworzyć podobnej jakości obraz w super rozdzielczości, który można utworzyć mając do dyspozycji zaledwie dwa dokładne ujęcia z precyzyjnie określonej lokalizacji. Uzyskiwanie tych dodatkowych ujęć nie jest zalecane, ponieważ niepotrzebnie wydłuża to czas inspekcji. Jakość bazowych klatek o niższej rozdzielczości używanych do kreowania obrazów super rozdzielczości jest najważniejszym czynnikiem, znacznie istotniejszym niż liczba pozyskanych obrazów.

Źródło: Artykuł jest tłumaczeniem części szerszego opracowania ‘AOI In an 01005 world’, opracowanego przez © Vi Technology

Autorzy: Galen Alexander, Cathy Combet, Ming-Ming Chang