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7月18日,星期二
2023-07-18 23:11
工业质检转型时,灵眸 OCT 加速落地千行百业

作为工厂生产至关重要的环节,质检直接关系着产品的质量,其重要性不言而喻:工厂可以通过质检技术检测材料、产品瑕疵,以提高产品良率、增加销量、建立口碑。

由于材料的不同,质检所需要的技术也极具差异化。

比如,检测透明或半透明产品的内部缺陷,和一般的物体表面检测并不一致。因为产品的材质发生了变化,导致检测设备接收的信息也随之改变,给后续的信息处理和图像重建带来影响。

 

并且,伴随着高端制造业的发展,许多产品的质检不再局限于表面,而是深入到产品内部,从 2D 变成了 3D,多了一个维度的信息,给整个质检技术带来了新的挑战。

 

市场急需新的技术,来解决质检出现的新需求,并在提高效率、保证质量的同时,具备成本优势。

 

一、从人力检测到工业 CT,OCT 异军突起

在很多行业,质检仍然依靠人力,通过人的眼睛和经验来识别缺陷。这种方式效率很低且非常容易出错,已经渐渐被光学检测所替代。

 

光学检测指的是通过摄像头来捕捉物体的缺陷,好处是效率高、准确度高,能节约人力;缺点是,光学检测只能获得产品的表面信息,而无法深入到物体内部,对于一些高密度、厚度的产品,很难检测到内部是否有缺陷。

 

基于此,市场上出现了超声探测和 XCT 检测。

超声探测指的是设备发出声波,声波在被检测物体中进行传播,这个过程中会发生衰减和散射,而后设备通过接受这些反射波,来检测缺陷;
XCT 检测的原理与超声波相似,即依据设备发射出辐射源,检测其在物体中的衰减规律及分布情况,获取物体内部信息,然后利用计算机信息处理和图像重建技术,还原物体内部情况。

这两种检测方法,都可以获取物体内部的 3D 信息,但空间分辨率低(毫米级)、检测较慢,并且存在一定的辐射,对产品和使用人员而言存在安全风险。如果要提高分辨率,则设备成本呈比例上升,不适合工业检测。

因而,在 XCT 之后,市场上出现了质检的新技术——OCT。

OCT(光学相干层析技术)是指,光波在物体内部会发生被吸收、反射和折射等现象,并且传播距离、反射时间也存在差异,设备对样品中的后向散射光和参考光与干涉光进行频率分析,从而获取物体的内部信息。

 

如果说超声是声纳的缩小版,那么 OCT 就相当于雷达的缩小版,像一把「虚拟的光刀」,只需要扫出一个切面,就能非常清晰地看到产品某特定位置 2D 结构,快速精准识别和定位人眼难以发现的内部缺陷。

 

该技术成像快、分辨率高,已在医疗领域,特别是眼科诊断行业得到广泛应用。

 

但在工业领域,OCT 技术尚未普及,国际仅有少数几家将该技术迁移至工业,例如日本的 Santec 公司,国内提供工业 OCT 的厂商几乎属于空白。

 

在此背景下,微亿智造自主研发了灵眸 OCT 3D 高精度层析缺陷检测仪,率先将 OCT 技术迁应用到工业质检,填补了传统检测技术在穿透深度上的空白。

▲灵眸 OCT|3D 高精度层析缺陷检测仪标准机台

二、从医疗到工业,OCT 技术的突破

OCT 最早在医疗领域使用,该技术被迁移至工业领域时,由于行业差异、被检测物体的不同,对检测的范围、速度、质量等具体需求发生了变化。

 

以检测范围为例,OCT 技术在医疗领域的检测范围比较小,基本尺度在 5x5x1mm,大小接近于手机 SIM 卡的一半,但工业领域对检测范围的要求更广、更深。

 

为了满足工业质检的需求,微亿智造推出了灵眸 OCT 质检设备,从多个方面对 OCT 技术进行了提升。

 

•成像范围更大

灵眸 OCT 基于光学扫描系统,实现更大范围扫描,并确保各点成像质量一致,检测范围可达到 50x50x10mm,视野几乎扩大了 1000 倍。

 

同时,灵眸 OCT 可满足更多不同形态、不同大小的透明/半透明及高散射等工业产品对缺陷检测的需求。

▲灵眸 OCT 不断丰富的应用领域

•高精度 3D 无损探测

灵眸 OCT 的光学相干层析技术,可以达到空间横向分辨率 9.8μm,深度分辨率 8μm,5 毫米深度最高可解析 1024 层。并且,针对透明材质产品在深度方面的检测需求,在大深度方面迭代的灵眸 OCT 检测深度可达 10mm,可以像 CT 一样透视手机屏幕、手机摄像头或手表玻璃表盖等产品的表面信息、内部结构及缺陷瑕疵,精准定位缺陷位置。

 

灵眸 OCT 还可以通过产品全局及局部 3D 成像展示,直观获取产品层析图像;任意拖拉选择 2D 截面,就能获取关注区域的图像。

▲灵眸 OCT 检测某镜头模组的 3D 成像图

•超高速缺陷检测,4 秒检出 1 个镜头

 

在检测速度方面,灵眸 OCT 基于并行探测功能,一次性获取相对应的所有深度方向信息,相比传统共聚焦成像扫描速度更快;而创新的 3D 深度缺陷检测算法,最高可达 248KHz 点扫描速率,实现 3D 实时渲染和自动化分析;约 100dB 的高灵敏度,也进一步提升了检测效率。

 

具体执行检测任务时,灵眸 OCT 仅需 100s 即可检出 25 个镜头,较国际水平提升了约 75 倍。

▲灵眸 OCT 检测某镜头产品的画面

三、灵眸 OCT「落地」工业质检

OCT 技术要落地到广大企业的生产制造中,除了技术之外,另一个因素是成本。
传统人力质检效率低,而新兴的 AI 质检成本高,许多企业买不起、用不上。

 

这里的成本,一是部署成本;二是运营成本。

 

在部署方面,常见的 AI 质检方案涉及产线改造,牵一发而动全身,并且会造成产线的停摆,不够灵活;运营层面,需要懂技术的人才操作,普通的员工会增加理解成本。

 

灵眸 OCT 对这两个难点进行了技术攻坚,可实现一件调试部署、小时级别的模型迭代,操作简单易懂;对于不同的产线,只需要通过 3D 缺陷检测软件,调整产品的检测位置和系统检测范围即可,切线换型快速方便。

 

在整机成本上,灵眸 OCT 同样性价比很高,并且主要零部件实现了国产替代,性能依然保持领先。

▲灵眸 OCT 与典型竞争性技术产品的性能对比

目前,灵眸 OCT 可实现 3D 无损探测,且具有高精度、大视野、超高速等特点,已满足 3C 透明外观材料、摄像模组层间结构、柔性显示屏薄膜、云母分层材料、高精度异形玻璃、光学镜头、VR/AR 镜片、光学多层结构膜、高分子有机材料及晶圆表面等产品的检测需求。

 

举个例子,云母片作为制造电子产品常用的绝缘材料,其平均厚度仅有 52 微米,使用传统方法区分上下表面以及本体之中的斑点、裂痕和花纹等缺陷非常困难。灵眸 OCT 可以对云母片做清晰的 3D 明场成像,上下表面分层明显,可在上表面看到划痕和花纹缺陷。

 

更进一步,灵眸 OCT 所具有的高灵敏度特点,使其特别适合做暗场成像,云母产品中所关心的各种缺陷如灰尘、脏污等皆能以白色信号凸显。

 

▲(a)为灵眸 0CT 对云母片的明场成像结果;(b) 为灵眸 0CT 对云母片的暗场成像结果

又例如,镜片作为镜头的重要组成部分,倘若其存在缺陷,则会影响成像效果。
灵眸 OCT 基于高灵敏度特性,可实现清晰的暗场成像,展示不同缺陷的 3D 图像,可实时检出包括面取发白、膜色 NG、凹面脏污、取面打痕等各类缺陷。

 

针对直径 4.5mm 的车载广角镜头第一片「帽子透镜」,灵眸 OCT 综合检出率达 99%,过杀率小于 5%。

▲ 灵眸 OCT 对某车载广角镜头第一片「帽子透镜」的暗场成像结果

 

结语

当前,我国正在由制造大国向智造强国迈进,越来越多的高端产业,如汽车、数码 3C、航空航天、半导体等都需要质检,对质检的要求也在逐渐提高。

 

微亿智造深耕质检多年,推出的灵眸 OCT 设备,基于自研的多种技术,解决了许多行业难题,满足企业的多样化质检需求。

 

微亿智造将持续迭代技术和产品,为更多的企业赋能,推动工业数智化发展。

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