Wyzwania inspekcji AOI komponentów 01005

Super rozdzielczość 

Obecnie rozpowszechnia się nowe podejście, oparte na sprawdzonej technologii, które nie wiąże się z wprowadzaniem nowego drogiego sprzętu ani ze zwiększeniem złożoności systemu. Dzięki nowej technologii można utrzymać duże pole widzenia, a ilość światła otrzymywanego przez każdy piksel nie jest zmniejszana. Ta rozpowszechniająca się metoda wykorzystuje technologię super rozdzielczości, łącząc wiele obrazów o niższej rozdzielczości w jeden obraz o wyższej rozdzielczości. Obraz o wyższej rozdzielczości można następnie wykorzystać do lepszej identyfikacji obecności lub jej braku komponentu 01005, dokładniej ustalić jego lokalizację oraz utworzyć jaśniejszy, bardziej przyjazny dla użytkownika obraz wszelkich potencjalnych problemów. 

Super rozdzielczość to nie tylko marketingowy żargon. Jest to termin matematyczny używany od 20 lat, a pierwsza praca na ten temat została opublikowana w 1984 roku. Super rozdzielczość była wcześniej stosowana w obrazowaniu satelitarnym, nadzorze wideo, mikroskopii, tomografii komputerowej w medycynie i rekonstrukcji wideo. Jej zastosowanie w automatycznej kontroli komponentów jest stosunkowo nowym rozwiązaniem.

Wieloklatkowa super rozdzielczość, zapewniająca więcej korzyści niż wariant jednoklatkowy, wykorzystuje przesunięcie subpikseli między wieloma obrazami tego samego FOV. W praktyce dwa obrazy można łączyć matematycznie w celu uzyskania piksela stanowiącego połowę długości i szerokości (tj. jednej czwartej obszaru) rozmiaru piksela oryginalnego obrazu.

Choć cała koncepcja wydaje się prosta, jest jednak matematycznie złożona. Początkowy obraz jest przechwytywany, a następnie po przesunięciu aparatu i obiektywu na znaną odległość, która stanowi ułamek piksela, przechwytuje się kolejny obraz. Zapewnia to więcej informacji na temat badanego obszaru niż pojedynczy obraz w tej samej rozdzielczości. Dwa (lub więcej) obrazy można następnie interpolować do siatki o wysokiej rozdzielczości. Gdyby ramię kamery zostało przesunięte o równą wielokrotność długości piksela między poszczególnymi obrazami, nie pozyskano by żadnych nowych informacji.

AOI w naturalny sposób nadaje się do technik super rozdzielczości z dwóch głównych powodów. Po pierwsze mamy możliwość kontrolowania badanego obrazu: obiektyw może pozostać nieruchomy, oświetlenie można zdublować, a wszelkie zmiany otoczenia lub ścieżki optycznej są tak małe, że nie mają żadnego znaczenia. Po drugie, możliwość dokładnego kontrolowania pozycji kamery jest integralną częścią konstrukcji maszyny. Lokalizacja systemu przechwytywania obrazu z subpikselową precyzją powinna być możliwa w każdym renomowanym systemie AOI.

Rysunek 1. Kondensator 01005 w rozdzielczości standardowej i super-rozdzielczości (ze skojarzoną siatką pikseli w celach informacyjnych). Źródło: ‘AOI In an 01005 world’, © Vi Technology

Zalety super rozdzielczości są nie tylko teoretyczne, lecz potwierdzone w testach. Testy ANOVA GRR, przeprowadzone na komponentach 01005, wykazały co najmniej 38% poprawę skuteczności w porównaniu z tymi samymi testami wykonanymi bez super rozdzielczości. Niektóre wartości GRR poprawiły się nawet o 65%.

Zwiększona rozdzielczość uzyskana dzięki zastosowaniu super rozdzielczości nie musi wiązać się z dodatkowymi obciążeniami finansowymi, ale podobnie jak większość jej alternatyw, wiąże się z pewnym wydłużeniem czasów inspekcji. Ponieważ w technice tej łączy się wiele obrazów, aby utworzyć pojedynczą klatkę w super rozdzielczości, konieczne jest uchwycenie większej liczby obrazów, niż byłoby to wymagane w innym przypadku. Opracowano jednak środki, które minimalizują wpływ super rozdzielczości na czas inspekcji po jej wdrożeniu. Po pierwsze, można zastosować szybsze urządzenia do przechwytywania obrazu (kamery, frame grabbery, itp.), jednak najbardziej opłacalnym środkiem jest inteligentne zastosowanie oprogramowania. Dzięki selektywnemu stosowaniu super rozdzielczości tj, tylko tam gdzie jest to ewidentnie niezbędne, negatywny wpływ na czas inspekcji ograniczany jest do minimum.

Łącząc super rozdzielczość z innymi technologiami można maksymalizować wykorzystanie informacji o pikselach. Funkcja subpikseli nie zwiększa znacząco czasu cyklu, a jednocześnie wykorzystuje zaawansowane algorytmy do określania lokalizacji linii, krawędzi i punktów z dokładnością mniejszą niż piksel. Techniki te można zastosować do dokładniejszego określenia położenia elementów, a także do dokładniejszej kontroli połączeń lutowanych.

Podczas wyszukiwania krawędzi lub obszaru kontrastu algorytm subpikseli bada poziomy szarości sąsiednich pikseli i interpoluje rzeczywistą lokalizację krawędzi do ułamka piksela. Ze względu na minimalny wpływ obliczeń subpikseli na czas inspekcji, można je zastosować do wszystkich komponentów w całym układzie bez obawy, że system AOI stanie się wąskim gardłem na linii produkcyjnej.

Rysunek 2. Krawędź rezystora zdefiniowana z precyzją subpikseli w super rozdzielczości. Źródło: ‘AOI In an 01005 world’, © Vi Technology

Dzięki jednoczesnemu zastosowaniu technologii super-rozdzielczości i subpikseli, urządzenia z optycznym rozmiarem piksela 26 mikronów może przeprowadzać inspekcje z dokładnością zbliżoną do kamery o rozmiarze piksela 3 lub 4 mikrony. Ten poziom precyzji można osiągnąć bez zmniejszania pola widzenia, wprowadzania kosztownego nowego sprzętu, zmniejszania ilości światła dostępnego dla czujnika i bez niekorzystanie wydłużonych czasów inspekcji.

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

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