隨著光學攝錄影技術、影像處理/辨識技術的突飛猛進,機器視覺系統不僅應用在PC、行動裝置與遊戲機的人臉辨識、手勢控制的應用,在工業自動化部分也廣泛的取代人眼的品質檢測,以自動光學檢測機台為生產線產品的快速精準定位、品質瑕疵檢測等工作;隨著雲端運算/行動運算技術日漸成熟,假以時日機器視覺也將應用在協助駕駛者的汽車自動駕駛系統,甚至是無人駕駛系統等明日應用...

機器視覺應用於3C裝置與工業自動化

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提供完整2D+3D視覺應用硬體與軟體開發套件。Source:Cognex

AOI設備商土洋爭霸,本土業者籌組AOIEA產業聯盟。Source:Orbotech/sigmatek

 

機器視覺(Machine Vision)系統,是指用電腦硬體/軟體技術來實現人類對三維世界的識別。其組成一般由主控端電腦(Host Computer)、影像擷取卡(Image Capture Card)與影像處理器(Image Processor)、影像攝影機(如CCTV攝影機、顯微鏡頭)、照明光源(例如Halogen鹵素燈、LED光源、紅外線光源、高週波螢光燈源、閃光燈源、X光燈源或其他特殊光源)、影像顯示器,若是工業檢測應用的機器視覺系統,還會追加由PLC、PC-Base控制器、伺服運動(Server Motion)機台等組成的機構及控制系統。軟體技術上則使用到到圖像處理、數位信號轉換處理、人工智慧與模式識別等演算法則。

機器視覺的應用,從PC/3C/遊戲機的人臉辨識、手勢控制,物流倉儲業、智慧醫療上的條碼讀取器(Barcode Reader),以及目前蔚為應用主流的工業自動化用途。特別是自動光學檢測(Automatic Optical Inspection;AOI)機台設備,可以部署於生產線上,協助生產人員檢測出像PCB、BGA、LCD與晶圓各種產品的缺陷,協助快速判斷並選擇物料,測量尺寸,進行校準與精準定位等等,是目前自動化生產線上近80%的主要應用,也是從工業3.0邁向工業4.0第一道關卡所在。

近年來無論是半導體、液晶面板或光通訊產業,以及食品加工/包裝業、紡織皮革工業、金屬鋼鐵業、汽車工業、建築材料等,都需要應用工業自動化以提升品管檢驗品質。

特別是Wafer矽晶圓、IC與被動元件、PCB電路板、LCD液晶面板、BGA錫球陣列、太陽能光電轉換元件,已經被要求做到百分之百的全檢;善用機器視覺/AOI設備,可以部署於生產線的節點中間,以非接觸式方式檢查半成品與成品,並藉由影像處理技術來檢出異物或圖案異常等瑕疵,進行必要的篩選,不僅不影響產能,還能提高整體生產效率。自然因此AOI設備成為這些產業中比重甚高的自動化必要投資。

條碼判讀在物流倉儲、醫療與品管上的應用

當工廠自動化、物流倉儲需要做生產管理與產品追溯時,可在產品上運用一維或二維條碼來進行產品的追溯與管理。但是當前電子產品製程的組裝精度要求日益提高、材質多樣化,再加上各種條碼的品質不一、讀取方向與可讀取的角度限制、直接刻碼製程逐漸成為主流,導致電子產品的ID讀取越來越不容易。

像美商Cognex以在機器視覺領域研發多年經驗,提供全系列的低至高階的影像讀碼器產品,搭配PC的平台,以及其2D(平面)與3D(立體)的視覺應用範圍,提供定位(Guidance)、表面檢驗(Inspection)、尺寸量測(Gauging),尤其支援惡劣環境(刮傷、對比過低、照明不均、模糊、雜點背景)下各式電子零件上面的條碼ID讀取(Identification)等功能。

同時也提供Cognex Designer整合式開發環境(IDE),支援多相機、3D輪廓環境、拖放圖形化的人機介面、豐富的I/O支援、資料庫/審核線索/方法管理等特色,靈活地整合協力廠商硬體運動平台,亦可在現場配置合適、可改寫的解決方案以因應生產需求。

機器視覺設備土洋爭霸  業者籌聯盟並結合產官學深耕

至於要進一步以機器視覺做生產線上的品管、檢測與篩選,則需要專門打造的機器視覺/AOI設備機台。設備廠商會依品管檢驗的產能與複雜度,設計出整合為一個單一機台外觀的設備(Machine Based)-常見於產能全開的生產線節點,或者由PC桌機為主體,搭配取像設備、驅動機構單元所部署的儀器(PC Based),加上高解析度影像擷取卡與顯示器,結合獨立的照明光源、光學裝置(鏡頭)、CCD攝影機,及具備可程式邏輯控制器(PLC)的機構與驅動單元:如取用檢品的機器人手臂或輸送帶,相關動作控制的介面卡與驅動程式等所組成。

機器視覺/AOI機台技術,涵蓋了光電技術、機構(電機、機械、自動化控制)與演算法(資工、工業工程、數學)三大領域。台灣機器視覺/AOI機台設備主要廠商,有精映科技(AVVA R&D)、大元科技(Dayen Technology)、常鴻新科技(ERtek)等廠商。

PC AOI設備則有彈性化、少量多樣且具備成本效益,如研華(Advantech)、艾訊(Axiomtek)、新漢(NEXCOM)等原先在工控電腦廠商耕耘許久的廠商最適合切入的目標。

國外機器視覺/AOI設備商部分,日本有Takano、KGK、日立(Hitachi)、V Technology、太洋工業(Taiyo Industrial),南韓則有Ajuhitek、三星(Samsung)等廠商;以色列奧寶科技(Orbotech)、Camtek等,德國則有Mikrotron等AOI設備供應商,以及美商康耐視(Cognex)等,大陸有深圳易科訊科技(ekt-Tech)、廣東力德創(LeadAOI)、神州視覺科技(Aleader)等,提供各種機器視覺/AOI檢測機台設備。

台灣機器視覺AOI設備業者的優勢,在於具備彈性的設計能力,較低成本以及貼近本地市場的在地需求,針對客戶提供客製化且開發時間短的機台設備與部署能力。但是,台灣AOI設備商產業面臨從光學鏡頭(FUJINON、MORITEX、Schneider)、高解析度CCD攝影機(DALSA、iAi、REDLAKE)、照明光源(VOLPI、PHLOX、SAKAI-G)到精準判讀元件/線路偏移與瑕疵的影像函式庫等關鍵元件/技術,均仰賴國外美、日、歐洲進口(COGNEX、eVision、MATROX),面對國外機器視覺AOI設備廠商掌握自主關鍵技術,在競爭上處於不利的地位。

有鑑於此,自1990年開始,工研院量測技術發展中心投入多項量測儀器技術開發,並透過業界合作、技術移轉上市販售,進而推動多家合作儀器/設備廠商的上市櫃。並於2004年3月29日,聯合台灣機器視覺/AOI設備廠,成立非營利性「自動光學檢測設備聯盟(Automatic Optical Inspection Equipment Association;AOIEA)」,結合產、官、學、研及用戶,一同開發台灣主流產業-半導體、光電、寬頻通訊、電子製造、生技、微機電/奈米產業之製程檢測設備/系統技術,以加速推動台灣機器視覺/AOI設備產業的發展並提升產業整體技術水準。

Markets and Markets以及Reportlinker市調機構均指出,機器視覺系統與元件市場,從2013年將以8.2%的年複合成長率(CAGR),到2018年市場規模達到50億美元;而整體智慧影像分析市場產值,至2020年將攀升至390億美元。

AOI聯盟會長指出,近年來國產機器視覺/AOI設備商,已在PCB、FPD建立灘頭堡,未來若能切入佔檢測設備市場60%的半導體產業,像漢民微測科技(Hermes MicroVision Inc;HMI),正積極研發解析度2奈米的E-Beam電子束晶圓檢測方案,以布局未來1x奈米的3D立體鰭式場效電晶體(FinFET)製程技術的需要。他也鼓勵業者進一步開拓體感遊戲、人臉辨識等新興科技應用,為整體產業進一步擴大全球的應用藍海與商機。

 

Reference: https://www.digitimes.com.tw/iot/article.asp?cat=130&id=0000406193_eov235al8j5hmo4fzjzg1

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