AOI，Automated Optical Inspection，是自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)的縮寫，是一種基于光學(xué)原理，借助于自動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像的自動(dòng)采集，利用智能圖像算法實(shí)現(xiàn)圖像中的異常檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量判斷的設(shè)備。識(shí)淵科技AOI檢測(cè)設(shè)備通過光學(xué)技術(shù)來檢測(cè)電子產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，以幫助提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)，是現(xiàn)代電子制造業(yè)中不可缺少的關(guān)鍵工具之一。

一、AOI工作原理及設(shè)備構(gòu)成

AOI檢測(cè)技術(shù)是基于人眼視覺成像與人腦智能判斷的原理，采用光學(xué)照明與圖像傳感技術(shù)獲取被測(cè)對(duì)象的信息，通過數(shù)字圖像處理增強(qiáng)目標(biāo)特征，再采用模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法從背景圖像中提取特征信息，并進(jìn)行分類與表征，然后反饋給執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的分類、分組或分選、生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制等。AOI是一種機(jī)器視覺技術(shù)，集電子學(xué)、光電探測(cè)、圖像處理和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一身，是精密測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最具發(fā)展?jié)摿Φ男录夹g(shù)。

AOI技術(shù)主要涉及的技術(shù)環(huán)節(jié)包括：光源、光學(xué)鏡頭及CCD成像、數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別算法、精密機(jī)械移動(dòng)等。AOI設(shè)備集成了機(jī)械、自動(dòng)化、光學(xué)和軟件等多學(xué)科的技術(shù)，形成了一個(gè)完備的硬件系統(tǒng)，包括工作平臺(tái)、成像系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等。AOI技術(shù)檢測(cè)的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省人力，降低成本，提高生產(chǎn)效率，統(tǒng)一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和排除人為因素干擾，保證了檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性，可重復(fù)性和準(zhǔn)確性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的不良，確保出貨質(zhì)量。

AOI簡(jiǎn)易工作原理示意圖

二、AOI關(guān)鍵技術(shù)解析與應(yīng)用

AOI技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)的SMT生產(chǎn)線上，具有快速、準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn)，是最常用的一種SMT檢測(cè)技術(shù)，其主要通過攝像頭和圖像處理技術(shù)，來檢測(cè)PCB板上元器件的貼裝位置、焊點(diǎn)形狀以及錫膏是否存在缺陷等問題。AOI檢測(cè)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)生產(chǎn)線上板子的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，保證產(chǎn)品質(zhì)量。AOI在實(shí)際應(yīng)用中面臨諸多技術(shù)難題，如成像質(zhì)量、檢測(cè)精度、檢測(cè)速度以及環(huán)境適應(yīng)性等問題。

1.圖像處理與成像質(zhì)量

PCBA元件種類繁多、尺寸和形狀各異，如何在復(fù)雜背景下準(zhǔn)確識(shí)別并測(cè)量各類元器件的位置、方向和尺寸，是光學(xué)檢測(cè)的核心難點(diǎn)。為了提高AOI設(shè)備的圖像處理與識(shí)別精度，適應(yīng)各種復(fù)雜檢測(cè)任務(wù)的需求。通?？梢圆捎锰厥忡R頭、高分辨率工業(yè)相機(jī)以及特定的打光方案等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。

雙遠(yuǎn)心鏡頭：使用雙遠(yuǎn)心鏡頭可以有效減少視角畸變，提高測(cè)量的精度和一致性，特別是在檢測(cè)小尺寸或精密元件時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。遠(yuǎn)心鏡頭能夠保證圖像從中心到邊緣的放大倍率一致，減少因視角變化導(dǎo)致的畸變和尺寸誤差。雙遠(yuǎn)心鏡頭進(jìn)一步增強(qiáng)了這種效果，不僅在物方，而且在像方都保持遠(yuǎn)心性。

高分辨率工業(yè)相機(jī)：通過使用高分辨率相機(jī)，可以在不犧牲速度的前提下提高檢測(cè)精度，同時(shí)減少檢測(cè)盲區(qū)，確保每個(gè)細(xì)節(jié)都被準(zhǔn)確識(shí)別。高分辨率工業(yè)相機(jī)可以捕捉到更多的圖像細(xì)節(jié)，提供更大的檢測(cè)視野或更高的檢測(cè)精度，這對(duì)于復(fù)雜PCBA上的微小元件和細(xì)小缺陷的檢測(cè)至關(guān)重要。

四色環(huán)形光源打光方式：使用紅、綠、藍(lán)、白四色環(huán)形光源可以提供多種不同波長(zhǎng)的光線，使得不同材質(zhì)和顏色的元器件在圖像中呈現(xiàn)出更清晰的對(duì)比度。通過選擇合適的光源組合，可以減少光照不均勻和表面反光對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。種打光方式能夠顯著提升圖像的清晰度和對(duì)比度，有助于更準(zhǔn)確地識(shí)別和分辨元器件的邊緣和細(xì)節(jié)。

2.缺陷檢測(cè)算法及及檢測(cè)精度

PCBA元件上的微小缺陷（如焊點(diǎn)缺陷、錯(cuò)位、元器件損壞等）檢測(cè)除了需要AOI設(shè)備具備很好的成像外，也需要高效、準(zhǔn)確的機(jī)器視覺識(shí)別、檢測(cè)算法以保證檢出效率，即在保證檢出的情況下避免漏報(bào)，降低誤報(bào)。通過結(jié)合深度學(xué)習(xí)與機(jī)器視覺技術(shù)，綜合運(yùn)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、目標(biāo)檢測(cè)模型、分割模型、識(shí)別模型、缺陷檢測(cè)模型等多個(gè)模型，可提高AOI設(shè)備PCBA電路板缺陷檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。依托數(shù)據(jù)預(yù)處理和特征提取技術(shù)，自研編程軟件可以自動(dòng)識(shí)別器件和器件特征，自動(dòng)生成算法參數(shù)和檢測(cè)指標(biāo)，減少人員參與員差異，大幅降低在線AOI設(shè)備的編程時(shí)間和誤報(bào)率。

深度學(xué)習(xí)與機(jī)器視覺識(shí)別算法：深度學(xué)習(xí)可以處理復(fù)雜的圖像特征，并且具有很強(qiáng)的泛化能力。通過不斷學(xué)習(xí)新的樣本，模型可以不斷改進(jìn)和優(yōu)化，對(duì)不同種類的缺陷進(jìn)行高效識(shí)別，避免漏報(bào)。利用深度學(xué)習(xí)模型（如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，CNN）對(duì)PCBA的缺陷進(jìn)行識(shí)別和分類，通過大量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，模型可自動(dòng)學(xué)習(xí)各種類型缺陷的特征，從而提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和魯棒性。

高效的檢測(cè)算法：在深度學(xué)習(xí)模型的基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化的檢測(cè)算法，能夠在不犧牲準(zhǔn)確度的前提下，加快檢測(cè)速度?？梢圆捎枚嗑€程處理、GPU加速以及模型壓縮等技術(shù)手段來提升實(shí)時(shí)性。優(yōu)化后的檢測(cè)算法可以確保在高速生產(chǎn)線環(huán)境下保持高效運(yùn)行，減少檢測(cè)時(shí)間，降低誤報(bào)率，提高整體檢測(cè)效率。

自適應(yīng)閾值與異常檢測(cè)：利用自適應(yīng)閾值技術(shù)，根據(jù)不同類型的元器件和缺陷類型，動(dòng)態(tài)調(diào)整檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，確保不同場(chǎng)景下的檢測(cè)靈活性和精準(zhǔn)性。同時(shí)，通過異常檢測(cè)算法，識(shí)別出不符合正常分布的異常樣本，有效降低誤報(bào)率。這種方法可以針對(duì)復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境和多變的檢測(cè)需求，提供更精確的檢測(cè)結(jié)果，有助于提高生產(chǎn)線的整體質(zhì)量控制水平。

混合專家模型mix of experts圖示

3.檢測(cè)實(shí)時(shí)性與檢測(cè)速度

在線PCBA光學(xué)檢測(cè)需要在高速生產(chǎn)線下實(shí)時(shí)進(jìn)行，要求AOI設(shè)備既能快速采集和處理圖像，又要保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了解決PCBA檢測(cè)時(shí)的實(shí)時(shí)性與速度要求，可以采用并行處理與多線程技術(shù)、GPU加速、模型壓縮與量化、流水線優(yōu)化、數(shù)據(jù)緩存與預(yù)處理等優(yōu)化措施，在保證高精度的同時(shí)，滿足嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性和速度要求，確保生產(chǎn)線的高效運(yùn)行。

并行處理與多線程技術(shù)：在檢測(cè)系統(tǒng)中引入并行處理和多線程技術(shù)，可將圖像采集、處理、分析等多個(gè)步驟同步進(jìn)行，這種方法可以顯著提高系統(tǒng)的處理速度，減少延遲，確保實(shí)時(shí)性。通過將任務(wù)分解并行執(zhí)行，減少了等待時(shí)間，使得系統(tǒng)可以在不犧牲精度的前提下快速響應(yīng)，適應(yīng)高速生產(chǎn)線的需求。

GPU加速：采用GPU加速深度學(xué)習(xí)模型的推理過程。由于GPU具有強(qiáng)大的并行計(jì)算能力，能夠大幅提升深度學(xué)習(xí)模型的處理速度，特別是在處理大量圖像數(shù)據(jù)時(shí)，效果尤為顯著。GPU加速可以將深度學(xué)習(xí)算法的計(jì)算時(shí)間從數(shù)秒縮短到毫秒級(jí)，使得檢測(cè)系統(tǒng)可以在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

模型壓縮與量化：通過模型壓縮和量化技術(shù)，減少深度學(xué)習(xí)模型的大小和復(fù)雜度，同時(shí)保持模型的檢測(cè)精度。這包括剪枝、蒸餾、低比特量化等技術(shù)，能夠減少模型的計(jì)算資源需求。優(yōu)化后的模型可以在邊緣設(shè)備或嵌入式系統(tǒng)上高效運(yùn)行，進(jìn)一步提高檢測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和適應(yīng)性。

流水線優(yōu)化：對(duì)整個(gè)檢測(cè)流程進(jìn)行流水線優(yōu)化，將圖像采集、預(yù)處理、缺陷檢測(cè)和結(jié)果輸出等步驟串聯(lián)起來，并確保每個(gè)步驟都盡可能地在上一步驟完成后立即開始。這種流水線式的操作減少了各步驟之間的停滯時(shí)間，提高了整體檢測(cè)速度，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)處理高密度的PCBA生產(chǎn)任務(wù)。

數(shù)據(jù)緩存與預(yù)處理：在圖像采集和處理的過程中引入數(shù)據(jù)緩存機(jī)制，將多幀圖像數(shù)據(jù)緩存并批量處理。通過預(yù)處理步驟對(duì)圖像進(jìn)行裁剪、降噪和增強(qiáng)，減少后續(xù)深度學(xué)習(xí)模型的計(jì)算負(fù)擔(dān)。緩存與預(yù)處理技術(shù)可以減少數(shù)據(jù)傳輸和處理的瓶頸，提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并在一定程度上緩解由于數(shù)據(jù)量大而導(dǎo)致的延遲問題。

4.環(huán)境適用性

AOI設(shè)備需要適應(yīng)各種生產(chǎn)環(huán)境，包括溫度、濕度、振動(dòng)和電磁干擾等，為了提高AOI設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性和一致性，適應(yīng)不同生產(chǎn)線的需求，可以采取以下技術(shù)措施：

工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)：采用工業(yè)級(jí)材料和組件設(shè)計(jì)設(shè)備，確保在高溫、低溫、高濕度、震動(dòng)和電磁干擾等極端環(huán)境下正常運(yùn)行。選擇抗疲勞、抗腐蝕、耐高溫和防潮的材料，尤其是外殼和關(guān)鍵組件。工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)提高了設(shè)備的可靠性和壽命，即使在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中，也能保證穩(wěn)定的檢測(cè)性能。

防塵與防靜電設(shè)計(jì)：在設(shè)備設(shè)計(jì)中引入防塵和防靜電措施，如安裝防塵罩、使用防靜電材料，特別是在光學(xué)元件和傳感器周圍，以防止灰塵和靜電干擾檢測(cè)精度。有效的防塵與防靜電設(shè)計(jì)可以減少因外部污染物和靜電積累導(dǎo)致的檢測(cè)故障，保證檢測(cè)結(jié)果的一致性和可靠性。

散熱與溫控系統(tǒng)：設(shè)計(jì)高效的散熱系統(tǒng)，使用散熱片、風(fēng)扇或液冷等方式，保持設(shè)備內(nèi)部溫度的穩(wěn)定。同時(shí)，配置溫控系統(tǒng)，在高溫或低溫環(huán)境下自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備內(nèi)部溫度，以維持設(shè)備的最佳工作狀態(tài)。良好的散熱和溫控系統(tǒng)可以防止設(shè)備過熱或過冷，避免因溫度波動(dòng)導(dǎo)致的性能下降或損壞，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

電磁干擾（EMI）防護(hù)：通過屏蔽技術(shù)（如屏蔽外殼、屏蔽線纜）和接地設(shè)計(jì)，減少設(shè)備內(nèi)部和外部的電磁干擾對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的影響。關(guān)鍵部件如傳感器和信號(hào)處理電路需進(jìn)行良好的電磁兼容（EMC）設(shè)計(jì)。有效的EMI防護(hù)能夠減少電磁噪聲干擾，提高設(shè)備的信號(hào)穩(wěn)定性，確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。

隨著工業(yè)4.0的步伐逐步推進(jìn)，制造業(yè)正向智能化、自動(dòng)化和柔性化大步邁進(jìn)，智能自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)也在日新月異地發(fā)展，國(guó)產(chǎn)AOI設(shè)備迎來快速發(fā)展期。識(shí)淵科技深耕自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備細(xì)分領(lǐng)域，致力于將全球領(lǐng)先的AI技術(shù)賦能工業(yè)質(zhì)檢領(lǐng)域，不斷豐富PCBA AOI、溢膠檢測(cè)AOI等智能檢測(cè)裝備產(chǎn)品系列，為行業(yè)用戶提供卓越的檢測(cè)性能體驗(yàn)，引領(lǐng)智能檢測(cè)裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力，以“新”提“質(zhì)”、以“質(zhì)”催“新”，塑造更多發(fā)展新動(dòng)能新優(yōu)勢(shì)。