在快速發(fā)展的印刷電子工業(yè)中，NIR成像技術(shù)為基于有機(jī)材料的電路完整性檢測(cè)提供了一種有
效的途徑。圖像處理中的近紅外光譜已經(jīng)在光伏行業(yè)建立了良好的光學(xué)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)程序，即機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)微裂紋。
近紅外光譜的圖像處理已經(jīng)在光伏產(chǎn)業(yè)中得到了很好的應(yīng)用，它被用于要求光學(xué)檢測(cè)程序，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)太陽(yáng)能電池在晶體生長(zhǎng)和晶片鋸切過(guò)程中可能出現(xiàn)的微裂紋。但是，正如本文所示，這項(xiàng)技術(shù)在其他領(lǐng)域的重要性越來(lái)越大。
近紅外(NIR)光譜工業(yè)圖像處理技術(shù)是一種強(qiáng)大的無(wú)損分析技術(shù)，用于生產(chǎn)線的質(zhì)量保證和提高生產(chǎn)率。這一技術(shù)被證明是一種可靠的制造工具，用于一系列產(chǎn)品的在線機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)和分類(lèi)。
例如，在近紅外光譜中響應(yīng)的行掃描相機(jī)系統(tǒng)目前用于機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)太陽(yáng)能電池和含有電子部件的印刷電路板，以及用于大型網(wǎng)絡(luò)和涂層機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)。
在可見(jiàn)光譜中工作的照相機(jī)產(chǎn)生基于RGB色差的數(shù)據(jù)。可見(jiàn)光譜允許分析元件的表面層，但近紅外光譜中的電磁輻射(波長(zhǎng)為0.75~1.4m)可以更深地穿透物體，提供遠(yuǎn)離表面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。
這是許多公司投入時(shí)間和資金開(kāi)發(fā)分析工具和成像系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵原因，這些分析工具和成像系統(tǒng)使用NIR來(lái)“觀察”物體如何與特定波長(zhǎng)的電磁輻射發(fā)生相互作用(吸收或發(fā)射)，以提供有關(guān)其材料特性、特性和結(jié)構(gòu)組成的信息和數(shù)據(jù)。
太陽(yáng)能電池制造
光伏產(chǎn)業(yè)是一個(gè)迅速看到使用這些工具的好處的行業(yè)，由典型的100至200米厚的晶片制成的光伏太陽(yáng)能電池，在制造的任何階段都能發(fā)現(xiàn)缺陷。
當(dāng)這些精密晶片被機(jī)械處理時(shí)，施加的應(yīng)力可能會(huì)產(chǎn)生無(wú)法預(yù)測(cè)的微裂紋，導(dǎo)致晶片在隨后的加工階段發(fā)生機(jī)械故障。
重要的是，在生產(chǎn)過(guò)程的早期就清除具有臨界微裂紋的晶片，以防止對(duì)已經(jīng)損壞的晶片的浪費(fèi)處理，以及由于加工過(guò)程中破碎的晶片碎片的污染而造成的生產(chǎn)線停工。
太陽(yáng)能電池制造商不斷受到壓力，需要尋找提高效率、提高質(zhì)量和降低成本的方法。隨著太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成熟階段，AOI系統(tǒng)正在迅速發(fā)展，在這一階段，機(jī)器視覺(jué)將在生產(chǎn)層大規(guī)模采用。
在典型的制造環(huán)境中，AOI幫助進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和過(guò)程控制的方法有很多種。通過(guò)使用行掃描相機(jī)，NIR正在發(fā)揮重要作用。
一種方法是背光和近紅外波長(zhǎng)的發(fā)光檢測(cè)。在背光條件下，裂縫會(huì)分散光線，在光線背景下形成一條很容易探測(cè)到的暗線。傳感器需要2-8k像素的分辨率，7-14像素大小的分辨率才能檢測(cè)到這些缺陷。
另一種高效的測(cè)試技術(shù)使用電致發(fā)光或光致發(fā)光。在激發(fā)時(shí)，無(wú)論是電的還是光學(xué)的，硅在近紅外光譜中在1050
nm左右的波段發(fā)光。高分辨率機(jī)器視覺(jué)可以檢測(cè)到微裂紋，這些裂紋在由近紅外光源激發(fā)的圖像中表現(xiàn)為細(xì)小、黑暗的線條。
然而，這兩種技術(shù)并不完美?！皞鞲衅骱拖鄼C(jī)的選擇是開(kāi)發(fā)用于背光源微裂紋檢測(cè)的AOI系統(tǒng)的關(guān)鍵，”星飛解釋道。
“挑戰(zhàn)是電荷耦合器件(Ccd)圖像傳感器通常在近紅外波長(zhǎng)下具有較低的量子效率(Qe)，從而導(dǎo)致相對(duì)較弱的信號(hào)。此外，相機(jī)系統(tǒng)的近紅外靈敏度差異很大。一些相機(jī)在900
nm處顯示出高達(dá)30-40%的QE，而另一些則可能要低得多。
硅近紅外發(fā)光效率低，輸出強(qiáng)度較弱。為了產(chǎn)生有用的圖像，相機(jī)需要集成使用的時(shí)間，往往是太長(zhǎng)的在線機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)，在當(dāng)今日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)線速度。樣品晶片通常需要使用固定區(qū)域掃描相機(jī)進(jìn)行離線檢測(cè).
為了滿足光電行業(yè)對(duì)高速成像系統(tǒng)的需求，傳感器開(kāi)發(fā)商和制造商不斷尋找更好的替代方案。一種方法是使用一種基于砷化銦(InGaAs)的傳感器，它在1.1m處具有更高的靈敏度，而不是使用硅CCD。不幸的是，這項(xiàng)技術(shù)也非常昂貴。
一種叫做時(shí)間延遲和集成(Tdi)的技術(shù)，與高分辨率行掃描機(jī)器視覺(jué)攝像機(jī)相結(jié)合，創(chuàng)造了一種有潛力應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能電池制造商目前面臨的許多挑戰(zhàn)的系統(tǒng)。線掃描技術(shù)可以捕獲晶片的圖像，這些晶片正以生產(chǎn)線的速度穩(wěn)定地沿著傳送帶移動(dòng)。采用“多次曝光”技術(shù)，TDI相機(jī)有效地獲得了更高的響應(yīng)率和更好的信噪比。
Teledyne
DALSA巧妙地結(jié)合了關(guān)鍵要素–在NIR和TDI技術(shù)中增強(qiáng)的QE–當(dāng)它開(kāi)發(fā)其Piranha HS
NIR行掃描相機(jī)時(shí)。目前在生產(chǎn)中，其響應(yīng)率可與基于InGaAs的系統(tǒng)相媲美，但具有更高的成本效益(見(jiàn)“單攝像機(jī)可見(jiàn)和近紅外成像”和“延時(shí)和集成技術(shù)”)。
“Piranha HS
NIR的TDI技術(shù)能夠在保持低噪聲性能的同時(shí)，使靈敏度提高數(shù)量級(jí)的多次曝光–這是高速和低噪聲應(yīng)用的理想選擇?！?
機(jī)器視覺(jué)更多應(yīng)用了解
對(duì)一個(gè)行業(yè)的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)性能和效率產(chǎn)生重大影響的技術(shù)在其他領(lǐng)域引起了相當(dāng)大的興趣，這是不足為奇的。
NIR相機(jī)也被印刷行業(yè)用來(lái)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)用于制造鈔票的紙上的安全特性。紙幣的生產(chǎn)正變得越來(lái)越復(fù)雜。貨幣通常在多個(gè)地方印刷，但仍然必須符合一套嚴(yán)格的印刷要求。
紙幣還包括一系列安全功能，如嵌入磁條和水印，必須機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)印刷過(guò)程，以確保它們符合特定標(biāo)準(zhǔn)。
“用可見(jiàn)光來(lái)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)紙幣上的水印是很困難的，所以這類(lèi)應(yīng)用經(jīng)常使用近紅外光譜(NIR)，”邢飛解釋說(shuō)。
通常，系統(tǒng)使用一種驅(qū)動(dòng)機(jī)制組合，通過(guò)CCD線陣來(lái)攜帶紙張，該陣列捕獲模式的可見(jiàn)圖像和近紅外圖像，并對(duì)照存儲(chǔ)的模板進(jìn)行機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)。
機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)質(zhì)量
現(xiàn)在每個(gè)國(guó)家對(duì)紙幣進(jìn)行嚴(yán)格機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)，但機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)用于保護(hù)藥品的包裝也是必不可少的，還有一個(gè)特別具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用是驗(yàn)證盲文浮雕的結(jié)構(gòu)。
據(jù)設(shè)在英國(guó)的制藥公司稱(chēng)，自2005年10月以來(lái)，歐洲聯(lián)盟(歐盟)成員國(guó)一直被要求制定符合歐盟第2001/83/EC號(hào)指令的立法。這就要求所有在2005年10月30日后授權(quán)的產(chǎn)品必須帶有盲文識(shí)別。2009年5月，國(guó)際雕刻和模具制造協(xié)會(huì)宣布了“CAN-Am盲文”-一套在美國(guó)和加拿大包裝上使用盲文的指導(dǎo)方針和建議。
藥品包裝制造中的小故障可能造成危險(xiǎn)后果。例如，一個(gè)盲點(diǎn)太小，或不夠高，可能會(huì)混淆，甚至不正確地表示藥物和劑量的信息。因此，制造商必須實(shí)施徹底的機(jī)器視覺(jué)質(zhì)量控制程序，以消除錯(cuò)誤。
盲文字體的點(diǎn)高對(duì)未經(jīng)訓(xùn)練的手指是看不出來(lái)的，因此字符通常是通過(guò)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)來(lái)評(píng)估的，但這會(huì)造成損壞，而且耗時(shí)。作為另一種選擇，光學(xué)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以可靠地識(shí)別盲文點(diǎn)并評(píng)估它們的觸覺(jué)質(zhì)量。
可見(jiàn)光不能用來(lái)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)這些點(diǎn)，因?yàn)槭褂玫囊恍┎牧鲜峭该鞯模砸环N方法是使用近紅外光譜。通過(guò)這種方式，制造商可以保證100%的包裝機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)。
機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用在藥品和生命健康
NIR技術(shù)不僅適用于包裝，也適用于其所含的藥物。在藥品生產(chǎn)中，它被用于質(zhì)量控制，正如北美銷(xiāo)售副總裁布拉德·芬尼(BradFinney)所解釋的那樣。
Nir是用來(lái)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)藥片的。它觀察活性成分的物理位置，或者它是如何在整個(gè)藥片中分布的。雖然它沒(méi)有用于生產(chǎn)線的速度，但它能夠分析從生產(chǎn)運(yùn)行中采集的樣品。
芬尼接著說(shuō)：“在醫(yī)療生命健康領(lǐng)域，光學(xué)相干斷層成像(OCT)是NIR的一個(gè)成熟應(yīng)用，它被用來(lái)獲取病人視網(wǎng)膜的圖像。在虛擬組織學(xué)中，它在需要更深的組織滲透的領(lǐng)域中的應(yīng)用代表了一個(gè)即將到來(lái)的市場(chǎng)細(xì)分，目前的研究和開(kāi)發(fā)工作正在研究如何將這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室?guī)У揭粋€(gè)主流的商業(yè)環(huán)境中，通過(guò)幫助檢測(cè)和分析皮膚表面或附近的腫瘤來(lái)診斷黑色素瘤和乳腺癌。數(shù)字病理學(xué)中的樣品和幻燈片也需要NIR靈敏度，這依賴(lài)于特殊的熒光染料。
最后了解視覺(jué)檢測(cè)
除了在半導(dǎo)體工業(yè)中使用外，NIR成像還可以為快速發(fā)展的印刷電子工業(yè)提供一種基于有機(jī)材料的電路完整性機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的有效方法，邢飛說(shuō)。
印刷電子學(xué)是電功能元件或光學(xué)油墨，它們沉積在基板上，以產(chǎn)生有源或無(wú)源器件，如薄膜晶體管或電阻。
預(yù)計(jì)這種生產(chǎn)技術(shù)將為柔性顯示器、智能標(biāo)簽和動(dòng)畫(huà)海報(bào)等應(yīng)用帶來(lái)廣泛、低成本、低性能的電子產(chǎn)品，因此，對(duì)于目前正在開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售NIR成像系統(tǒng)的公司來(lái)說(shuō)，有潛力成為一個(gè)巨大的市場(chǎng)。
基于NIR技術(shù)的相機(jī)系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)展，并在不斷擴(kuò)大的應(yīng)用中得到應(yīng)用–其中一些已經(jīng)建立起來(lái)，而另一些還處于發(fā)展階段。
最近研究人員表明，NIR/SWIR機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的性能優(yōu)于超聲波熱成像和光脈沖/鎖定熱成像，這些實(shí)驗(yàn)的目的是分析玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)在制造過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種缺陷–如脫層、孔隙率、不理想插入件和材料不連續(xù)性。GFRP通常用于航空航天工業(yè)質(zhì)量控制是最重要的部門(mén)，而且，基于國(guó)家清單報(bào)告的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)程序似乎再次顯示出其有用性。
