自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用
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自動(dòng)檢測(cè)的形式多種多樣
在各行各業(yè)中均有應(yīng)用
自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)改變了制造業(yè)，由其是對(duì)于半導(dǎo)體芯片或鋰離子電池等體積雖小但價(jià)值昂貴的產(chǎn)品制造有著深遠(yuǎn)影響。自動(dòng)檢測(cè)對(duì)制造業(yè)至關(guān)重要，可用于判斷部件是否符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如果發(fā)現(xiàn)不符合部件則剔除，從而確保成品質(zhì)量。除探傷外，還可進(jìn)行定位、識(shí)別、驗(yàn)證和測(cè)量工作。自動(dòng)檢測(cè)在制造業(yè)中的常見(jiàn)應(yīng)用包括檢測(cè)微芯片和變壓器等微小部件中的潛在異常，通過(guò)平板檢測(cè)發(fā)現(xiàn)電視和電腦屏幕中的劃痕或其他微小缺陷。該視覺(jué)系統(tǒng)還利用類似的攝像技術(shù)檢測(cè)其他平面物體，如太陽(yáng)能電池板，以及食品和飲料等物品。通過(guò)使用近紅外（NIR）等特定波長(zhǎng)和歸一化植被指數(shù)（NDVI）等技術(shù)，可以探測(cè)到僅由可見(jiàn)光無(wú)法觀測(cè)到的細(xì)節(jié)。自動(dòng)檢查的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是可以快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。在生產(chǎn)過(guò)程中，在后期進(jìn)行故障修復(fù)的成本更高，因此及早發(fā)現(xiàn)并糾錯(cuò)至關(guān)重要。除制造業(yè)外，自動(dòng)檢測(cè)還廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)和制藥領(lǐng)域，包括降低交叉污染概率以及識(shí)別細(xì)胞異常。
▲玻璃層出現(xiàn)缺陷容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂什么是自動(dòng)檢測(cè)
自動(dòng)檢測(cè)使用數(shù)字或計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)進(jìn)行測(cè)量和分析部件。自動(dòng)化可用于物體控制、測(cè)量數(shù)據(jù)收集或組件評(píng)估。自動(dòng)檢測(cè)可分為多個(gè)種類，其中一種為自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI），其作用是進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)。AOI系統(tǒng)可在一秒內(nèi)獲取數(shù)百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，用于視覺(jué)檢測(cè)和精密測(cè)量。盡管AOI通常被稱為印刷電路板（PCB）檢測(cè)系統(tǒng)，但該技術(shù)幾乎可用于任何需要進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)的地方。
AOI系統(tǒng)依靠機(jī)器視覺(jué)來(lái)執(zhí)行檢測(cè)流程。機(jī)器視覺(jué)利用成像技術(shù)（攝像頭或傳感器）從周圍環(huán)境中獲取視覺(jué)信息。然后利用硬件和軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，將處理好的信息用于各種應(yīng)用中。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)一般根據(jù)具體需求使用專用攝像頭或傳感器來(lái)獲取圖像。根據(jù)應(yīng)用情景選擇最合適的相機(jī)，常見(jiàn)的相機(jī)接口包括可直接插入主機(jī)設(shè)備的USB3和GigE，而CXP和CLHS則需要連接圖像采集卡提高成像速度。隨后利用圖像數(shù)據(jù)處理、分析和測(cè)量圖像特征。
隨著機(jī)器視覺(jué)相機(jī)的不斷發(fā)展，分辨率越來(lái)越高，以及更先進(jìn)的移動(dòng)物體捕捉技術(shù)，自動(dòng)檢測(cè)變得越來(lái)越精確和完善。軟件和處理算法也在不斷改進(jìn)，人工智能（AI）和深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用日益廣泛，對(duì)自動(dòng)檢測(cè)有著深刻影響。
▲布魯塞爾二氧化碳中性工廠進(jìn)行奧迪e-tron制造：電池單元模塊控制器和電纜的最終驗(yàn)收。AOI是如何工作的
AOI集光學(xué)元件、機(jī)械、電子控制和軟件于一體，可取代人眼進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)，協(xié)助進(jìn)行質(zhì)量控制。其工作原理是由機(jī)器視覺(jué)相機(jī)和光源捕捉被檢測(cè)物體的圖像。該過(guò)程類似于人眼觀察物體，但相機(jī)可以捕捉到更多細(xì)節(jié)，并永久記錄下圖像，并從中進(jìn)行學(xué)習(xí)。之后圖像分析軟件會(huì)對(duì)圖像進(jìn)行檢查，并將其與被檢測(cè)物體的外觀標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。這就好比人腦識(shí)別零件并判斷其是否正常——但軟件可以確保每次都做出一致的決定。
人工視覺(jué)檢測(cè)通常被拿來(lái)與自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)進(jìn)行對(duì)比。利用計(jì)算機(jī)檢測(cè)，該技術(shù)可以更快地檢測(cè)物品，并獲得更一致、更可靠的結(jié)果。而且，與人類不同的是，計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)感到疲倦，永遠(yuǎn)不需要休息，也不介意一遍又一遍地重復(fù)相同的工作。
由于印刷電路板或其他微小元件體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細(xì)節(jié)精細(xì)，僅通過(guò)人眼無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效檢查。隨著電路板越做越小、越來(lái)越復(fù)雜，即使一塊相對(duì)簡(jiǎn)單的電路板也可能由數(shù)千個(gè)元件組成。與人類視覺(jué)檢測(cè)進(jìn)行對(duì)比有助于我們進(jìn)一步了解這個(gè)過(guò)程，在部分行業(yè)仍在保持著人工檢測(cè)。
哪些行業(yè)采用自動(dòng)檢測(cè)
自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)主要運(yùn)用于半導(dǎo)體芯片等超小型部件的制造過(guò)程中，但對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)或變速箱中的許多鍛造和機(jī)加工部件等較大型設(shè)備來(lái)說(shuō)，自動(dòng)檢測(cè)并不常見(jiàn)。據(jù)Metrology News報(bào)道，只有約20%的制造現(xiàn)場(chǎng)依靠自動(dòng)化流程來(lái)檢測(cè)大中型零件，這對(duì)制造廠商來(lái)說(shuō)是個(gè)不小的問(wèn)題。若要對(duì)此類的制成品進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，就必須能夠在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下精確地測(cè)量出不規(guī)則度，同時(shí)完全不受工廠車間環(huán)境光線的影響。但直到最近才出現(xiàn)了符合要求的在線測(cè)量設(shè)備，因此制造商在進(jìn)行此類檢測(cè)時(shí)仍然主要依靠人眼。隨著自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的不斷發(fā)展，大型部件制造商將逐漸轉(zhuǎn)為自動(dòng)檢測(cè)。
從半導(dǎo)體和消費(fèi)電子產(chǎn)品，到汽車和航空航天，再到生物技術(shù)和基因組學(xué)，自動(dòng)檢測(cè)有助于提高產(chǎn)品安全性和質(zhì)量。
▲每個(gè)包裝站一開(kāi)始會(huì)通過(guò)一個(gè)相機(jī)讀取包裝箱上的條形碼，然后根據(jù)條碼對(duì)產(chǎn)品類型進(jìn)行分類，并將其分配到相應(yīng)的傳送帶上AOI的優(yōu)勢(shì)是什么
制造商通常會(huì)與系統(tǒng)集成商合作，為其應(yīng)用開(kāi)發(fā)特定的AOI系統(tǒng)，集成各種組件，并對(duì)制造商進(jìn)行培訓(xùn)。AOI系統(tǒng)為公司帶來(lái)了許多好處，包括：提高生產(chǎn)率
自動(dòng)化檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)全天候批量生產(chǎn)
持續(xù)可用
系統(tǒng)可一天24小時(shí)工作
速度快
可實(shí)現(xiàn)較高的檢測(cè)速度和產(chǎn)量
準(zhǔn)確、精準(zhǔn)、可靠、一致
可以通過(guò)編程來(lái)識(shí)別精確的細(xì)節(jié)，并以恒定、持續(xù)的速度準(zhǔn)確、可靠地完成任務(wù)
適應(yīng)性高、可編程性強(qiáng)
可以快速、輕松地適應(yīng)各類產(chǎn)品和表面，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程編程和監(jiān)控
長(zhǎng)期成本降低
進(jìn)行初始投資后，AOI可帶來(lái)長(zhǎng)期成本效益
改善安全與工作條件
自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)消除了安全問(wèn)題和人工檢測(cè)人員繁瑣的重復(fù)性工作，讓員工有機(jī)會(huì)把時(shí)間投入到價(jià)值更高的工作中
提升產(chǎn)品質(zhì)量
最終目標(biāo)是生產(chǎn)出更安全、壽命更長(zhǎng)、不易損壞的高質(zhì)量產(chǎn)品
配合AI和深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用，AOI的這些優(yōu)勢(shì)將更加明顯。通過(guò)AI，系統(tǒng)可以不斷“學(xué)習(xí)”，利用不斷完善的數(shù)據(jù)集更新訓(xùn)練模型，從而提高性能。AI軟件還能使檢測(cè)系統(tǒng)的編程更加直觀。利用AI和深度學(xué)習(xí)進(jìn)一步完善檢測(cè)工作
隨著AI和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的出現(xiàn)，自動(dòng)檢測(cè)得到進(jìn)一步完善。其核心為軟件、新的深度學(xué)習(xí)技術(shù)、并行處理能力和易用性工具。AI用于訓(xùn)練機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，以識(shí)別缺陷和異常。傳統(tǒng)的圖像處理軟件依賴于特定任務(wù)的算法，需要數(shù)百甚至數(shù)千張高質(zhì)量的人工分類圖像來(lái)訓(xùn)練系統(tǒng)。但如今，深度學(xué)習(xí)軟件僅需對(duì)少數(shù)圖像進(jìn)行分類，并且提高了可預(yù)測(cè)性。此外，通過(guò)訓(xùn)練有素的AI視覺(jué)系統(tǒng)，軟件可以快速識(shí)別圖像中的變動(dòng)，而傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)則有可能漏過(guò)的錯(cuò)誤。
有一種新型深度學(xué)習(xí)分類技術(shù)叫做異常檢測(cè)，即僅使用優(yōu)良示例來(lái)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)。從而讓網(wǎng)絡(luò)可以識(shí)別正常數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)集之外的數(shù)據(jù)都視為異常數(shù)據(jù)。異常檢測(cè)工具可擴(kuò)大深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用范圍。異常檢測(cè)有助于減少訓(xùn)練系統(tǒng)所需的工程工作。收集好數(shù)據(jù)后，即使是非專業(yè)人士也能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)，從而大大降低成本。現(xiàn)在的深度學(xué)習(xí)軟件比其他任何傳統(tǒng)算法都能更好地對(duì)圖像進(jìn)行分類。但對(duì)于可預(yù)測(cè)性很強(qiáng)、變化不大的檢測(cè)，最好還是使用傳統(tǒng)視覺(jué)算法，以降低系統(tǒng)工作量。
檢查太陽(yáng)能電池板、茶葉包裝和鋰電池
為了說(shuō)明自動(dòng)檢測(cè)的實(shí)際運(yùn)用情況，以下舉了三個(gè)應(yīng)用實(shí)例，可以看出該技術(shù)的廣泛應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。1
自動(dòng)化檢測(cè)在太陽(yáng)能電池板制造中起著至關(guān)重要的作用。與電子制造領(lǐng)域一樣，太陽(yáng)能電池板的全球主要制造商均已實(shí)現(xiàn)100%的自動(dòng)檢測(cè)，其他行業(yè)也在向自動(dòng)檢測(cè)轉(zhuǎn)型。微裂縫檢測(cè)非常重要，因?yàn)榇祟惞收峡赡軐?dǎo)致整個(gè)太陽(yáng)能電池板碎裂，對(duì)其他電池板和設(shè)備造成損害，進(jìn)而產(chǎn)生昂貴的停機(jī)清理和維修費(fèi)用。
在其伊斯坦布爾食品包裝廠內(nèi)，Kibele-PIMS已經(jīng)為聯(lián)合利華的兩家公司家樂(lè)（Knorr）和立頓（Lipton）開(kāi)發(fā)并調(diào)試了兩套先進(jìn)的全自動(dòng)化系統(tǒng)，利用機(jī)器人對(duì)湯料和茶葉紙箱進(jìn)行識(shí)別、分揀，然后碼放在托盤(pán)上。采用全自動(dòng)化解決方案以前，食品包裝需要通過(guò)人工揀選，是一項(xiàng)非常繁瑣的工作。現(xiàn)在紙箱送達(dá)間隔時(shí)間僅需1.5到2秒，從而大大提高了生產(chǎn)效率，并降低了錯(cuò)誤率。
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鋰離子電池（LIB）廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、電動(dòng)工具等設(shè)備，需求量最大的是電動(dòng)汽車。在電力系統(tǒng)中，電池故障會(huì)帶來(lái)多重危險(xiǎn)，因此自動(dòng)檢測(cè)至關(guān)重要。最好能在生產(chǎn)過(guò)程中早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以免浪費(fèi)時(shí)間和資源。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，制造商們認(rèn)為，缺陷識(shí)別的級(jí)別最好保持在50微米以下乃至10微米。
自動(dòng)檢測(cè)的形式多種多樣，在各行各業(yè)中均有應(yīng)用。對(duì)于高價(jià)值產(chǎn)品（如半導(dǎo)體、鋰離子電池和太陽(yáng)能電池板）而言，由于漏查可能大大增加材料成本，因此AOI能帶來(lái)更直接的投資回報(bào)。自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)在其他行業(yè)同樣能夠發(fā)揮較大優(yōu)勢(shì)，減少誤差、提高總體質(zhì)量、提高生產(chǎn)率并增加盈利能力。隨著AI與深度學(xué)習(xí)的融入，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)有望在未來(lái)幾年得到進(jìn)一步完善。轉(zhuǎn)自：Teledyne Imaging
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