Автоматизированный рентгеновский контроль
Автоматизированный рентгеновский контроль ( AXI ) — это технология, основанная на тех же принципах, что и автоматический оптический контроль (AOI). Он использует рентгеновские лучи в качестве источника вместо видимого света для автоматического осмотра объектов, которые обычно скрыты от глаз.
Автоматизированный рентгеновский контроль используется в широком спектре отраслей и приложений, преимущественно с двумя основными целями:
- Оптимизация процесса, т.е. результаты проверки используются для оптимизации последующих этапов обработки,
- Обнаружение аномалий, т. е. результат проверки, служат критерием для отказа от детали (в брак или доработку).
В то время как AOI в основном связан с производством электроники (из-за широкого использования в производстве печатных плат), AXI имеет гораздо более широкий спектр применения. Это варьируется от проверки качества легкосплавных дисков [1] до обнаружения костных фрагментов [2] в переработанном мясе. Там, где большое количество очень похожих изделий производится в соответствии с определенным стандартом, автоматический контроль с использованием передового программного обеспечения для обработки изображений и распознавания образов ( компьютерное зрение ) становится полезным инструментом для обеспечения качества и повышения производительности при обработке и производстве. [3]
Принцип работы
[ редактировать ]В то время как оптический контроль создает полноцветные изображения поверхности объекта, рентгеновский контроль пропускает рентгеновские лучи через объект и записывает изображения отбрасываемых теней в оттенках серого. Затем изображение обрабатывается программным обеспечением для обработки изображений, которое определяет положение и размер/форму ожидаемых особенностей (для оптимизации процесса) или наличие/отсутствие неожиданных/непредусмотренных объектов или особенностей (для обнаружения аномалий).
Рентгеновские лучи генерируются рентгеновской трубкой, обычно расположенной непосредственно над или под обследуемым объектом. Детектор, расположенный на противоположной стороне объекта, записывает изображение рентгеновских лучей, прошедших через объект. Детектор либо сначала преобразует рентгеновские лучи в видимый свет, который отображается оптической камерой, либо обнаруживает непосредственно с помощью матрицы рентгеновских датчиков . Обследуемый объект можно получить при большем увеличении, переместив объект ближе к рентгеновской трубке, или при меньшем увеличении ближе к детектору.
Поскольку изображение создается за счет различного поглощения рентгеновских лучей при прохождении через объект, оно может выявить структуры внутри объекта, скрытые от внешнего взгляда.
Приложения
[ редактировать ]С развитием программного обеспечения для обработки изображений количество приложений для автоматического рентгеновского контроля огромно и постоянно растет. Первые применения начались в отраслях, где аспекты безопасности компонентов требовали тщательного контроля каждой произведенной детали (например, сварные швы металлических деталей на атомных электростанциях), поскольку поначалу технология ожидалась очень дорогой. Но с более широким внедрением технологии цены значительно снизились, и автоматизированный рентгеновский контроль стал доступен для гораздо более широкой области применения, что частично снова обусловлено аспектами безопасности (например, обнаружение металла, стекла или других материалов в обработанных пищевых продуктах) или увеличением выхода продукции. и оптимизировать обработку (например, определение размера и расположения отверстий в сыре для оптимизации схемы нарезки). [4]
При массовом производстве сложных изделий (например, в производстве электроники) раннее обнаружение дефектов может значительно снизить общую стоимость, поскольку предотвращает использование дефектных деталей на последующих этапах производства. Это приводит к трем основным преимуществам: а) он обеспечивает обратную связь на самой ранней стадии о том, что материалы дефектны или параметры процесса вышли из-под контроля, б) предотвращает добавление стоимости к компонентам, которые уже дефектны, и, следовательно, снижает общую стоимость дефекта. и в) это увеличивает вероятность появления дефектов конечного продукта на месте, поскольку дефект может не быть обнаружен на более поздних этапах контроля качества или во время функционального тестирования из-за ограниченного набора тестовых шаблонов.
Использование AXI в пищевой промышленности
[ редактировать ]Обнаружение инородных тел, контроль уровня заполнения и управление процессом — три основные области использования AXI в пищевой промышленности. Использование рентгеновских сканеров, особенно в упакованных товарах в конце линии фасовки и упаковки, стало скорее нормой, чем исключением. Его часто используют в сочетании с другими мерами контроля качества, особенно с встроенными контрольными весами.
Большая часть его ограничивается проверкой «хорошо/плохо», т.е. он выдает брак после станции AXI, но в некоторых приложениях он напрямую используется для управления процессом, когда данные из AXI подаются в процесс и могут контролировать другие переменные. Часто приводимым примером является контроль толщины ломтиков сыра после того, как AXI определил распределение и положение «дырок» внутри сырного блока. (чтобы обеспечить постоянный общий вес упаковки).
Недавно были разработаны автоматизированные методы рентгеновского контроля пищевых продуктов, проходящих по конвейерной ленте. [5] [6] [7]
Использование AXI в производстве электроники
[ редактировать ]Растущее использование микросхем ( интегральных схем ) в таких корпусах, как BGA ( матрица шариковых решеток ), где соединения находятся под чипом и не видны, означает, что обычный оптический контроль невозможен. Поскольку соединения находятся под корпусом микросхем, существует большая потребность в обеспечении правильного размещения этих микросхем в производственном процессе. Кроме того, чипы, использующие корпуса BGA, как правило, более крупные и имеют множество соединений. Поэтому очень важно, чтобы все соединения были выполнены правильно. [8]
Процесс рентгеновского контроля заключается в получении внутренней структуры тестируемого объекта, а затем в наблюдении внутренней информации тестируемого объекта без разрушения тестируемого объекта.
AXI часто сочетается с тестированием, обеспечиваемым тестом граничного сканирования , внутрисхемным тестом и функциональным тестом.
Процесс
[ редактировать ]Поскольку соединения BGA не видны, единственной альтернативой является использование рентгеновского контроля низкого уровня. AXI способен находить такие неисправности, как обрывы, короткие замыкания, недостаточная и чрезмерная припой, отсутствие электрических деталей и несоосность компонентов. Дефекты обнаруживаются и устраняются в течение короткого времени отладки.
Эти системы контроля стоят дороже, чем обычные оптические системы, но они способны проверять все соединения, даже те, которые находятся под корпусом чипа.
Для достижения максимальной производительности машины AXI используют отдельные 2D-рентгеновские изображения, где это возможно, для принятия решения. Однако по мере увеличения плотности компонентов на обеих сторонах печатной платы становится все труднее добиться четкого 2D-изображения, не затененного другими компонентами. Такие методы, как томосинтез, часто используются для фильтрации фоновых компонентов путем создания 3D-модели из нескольких рентгеновских изображений, сделанных под разными углами.
Связанные технологии
[ редактировать ]Ниже приведены сопутствующие технологии, которые также используются в производстве электроники для проверки правильности работы печатных плат электроники.
- Внутрисхемное тестирование (ICT)
- Объединенная группа действий по тестированию (JTAG)
- Автоматизированный оптический контроль (АОИ)
- Функциональное тестирование (см. приемочное тестирование )
Внешние ссылки
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Автоматизированный радиоскопический контроль алюминиевых отливок под давлением», Доминго Мери, факультет компьютерных наук Папского католического университета Чили, Викунья Макена, 4860 (183) Сантьяго-де-Чили. http://www.ndt.net/article/v12n12/mery.pdf
- ^ с компенсацией по толщине рентгеновской у птицы без костей с помощью визуализации Обнаружение фрагментов костей - модельный анализ. И Тао, Дж. Г. Ибарра - Труды ASAE, 200 - elibrary.asabe.org http://elibrary.asabe.org/abstract.asp?aid=2725
- ^ «Применение и технология рентгеновского контроля в обрабатывающей и обрабатывающей промышленности» . www.x-rayinspection.us . Проверено 8 марта 2016 г.
- ^ Броснан, Тадг; Сунь, Да-Вэнь (1 января 2004 г.). «Улучшение контроля качества пищевых продуктов с помощью компьютерного зрения – обзор». Журнал пищевой инженерии . Применение компьютерного зрения в пищевой промышленности. 61 (1): 3–16. дои : 10.1016/S0260-8774(03)00183-3 .
- ^ Янссенс, Э.; Хранитель костей, Дж.; Ван Даэль, М.; Де Шрайвер, Т.; Ван Хоребеке, Л.; Вербовен, П.; Николай, Б.; Сийберс, Дж. (2018). «Нейронная сеть, фильтрованная обратная проекция на основе преобразования Гильберта для быстрого оперативного рентгеновского контроля». Измерительная наука и технология . 29 (3): 034012. Бибкод : 2018MeScT..29c4012J . дои : 10.1088/1361-6501/aa9de3 . hdl : 1854/LU-8551475 . S2CID 54502005 .
- ^ Ван Даэль, М.; Вербовен, П.; Дэн, Дж.; Ван Хоребеке, Л.; Сийберс, Дж.; Николай, Б. (2017). «Мультисенсорный рентгеновский контроль внутренних дефектов плодоовощной продукции». Послеуборочная биология и технологии 128 : 33–43. doi : 10.1016/postharvbio.2017.02.002 .
- ^ Янссенс, Э.; Алвес Перейра, Л.; Хранитель костей, Дж.; Цанг, ИК; Ван Даэль, М.; Вербовен, П.; Николай, Б.; Сийберс, Дж. (2018). «Быстрая встроенная проверка с помощью фильтрованной обратной проекции на основе нейронной сети: применение к проверке яблок» . Практические примеры неразрушающего контроля и оценки . 6 :14–20. дои : 10.1016/j.csndt.2016.03.003 .
- ^ Рентгеновский контроль печатных плат и BGA