自動化光學檢測基本原理與產業應用 時間：2012/5/17 報告人：黃瑞宗

個人檔案 姓名：黃瑞宗 學歷：逢甲大學資訊電機工程碩士 (93-98) 碩士論文： 任職：台灣暹勁股份有限公司 職稱：視覺課課長 『機器視覺應用於高速、高精度之托盤內積體電路板雷射蓋印之自動檢測』 任職：台灣暹勁股份有限公司 職稱：視覺課課長 E-Mail：ray@prov.com.tw

資料來源：104人力銀行

2012年半導體資本支出將下降19.5% 資料來源：科技產業資訊室 http://iknow.stpi.org.tw/

大綱 機器視覺系統簡介 機器視覺系統應用 機器視覺系統元件介紹 產業應用 專長與工作 打光與光源 鏡頭 影像處理 CCD 高速動態取像辨識系統 專長與工作 臺灣博碩士論文知識加值系統 工作分析

機器視覺的定義 一種非接觸式感測（non-contact sensing）的裝置，能夠自動擷取與解釋（interpret）真實景物的影像，然後取得影像的資訊以控制機器或製程 “The use of devices for non-contact sensing to automatically receive and interpret an image of a real scene in order to obtain information and/or control machines or process.” The Society of Manufacturing Engineers(SME 國際製造工程協會)

Why Machine Vision? 自動化 品質管理 降低成本 避免曝露於高危險工作環境當中 避免持續且重複性的工作傷害 快速處理即時性事件 品質管理 提升高精確的量測工作 降低成本 減少人工處理錯誤

機械視覺系統的相關技術領域 光學 影像處理 電腦視覺 機械視覺系統 自動控制 照明工程 電子電機 機器人學 機械

人類視覺 VS 機器視覺 人眼視覺 可見光 眼球 大腦 手、腳 水晶體 視網膜 鏡頭 CCD 電腦 軟體 Motion 機器手臂 不可見光 取像元件 影像處理器 自動化機器 機器視覺

機器視覺系統架構 機械視覺系統 電腦視覺系統 機械人機構與 驅動單元 取像機構 影像處理單元 機械手臂 機械人介面卡 機械人驅動器 照明設備 光學裝置 攝影機 PC Frame Graber Monitor

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機器視覺系統之應用 檢測(Inspection) 識別(Recognition) 量測(Measurement) 定位(Alighment) 瑕疵檢查 識別(Recognition) OCR、車牌 量測(Measurement) 長度、寬度、厚度 定位(Alighment) 取放、打線

機器視覺的產業應用 電器電子產品 半導體業 液晶LCD 食品業 醫藥類 其他 印刷電路板檢查、二維條碼、手機 蓋印品質檢查、錫球檢查 亮點檢查、Mura檢查 食品業 米粒塞檢、土豆分類 醫藥類 藥罐日期、藥品顏色分類 其他 包裝、印刷、汽車、博奕 圖片來源：Cognex、光道視覺、OPTMV

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打光與光源 打光是機器視覺中非常困難的部分，需要很多直覺與經驗 打光技術並無通則，但對於特定應用場合已有經驗可循 打光方法是依據待測物的光學特性來決定

打光的目的 強化特徵的對比 使前景與背景明顯不同 強化訊噪比S/N ratio 凍結移動中物體的運動 去除反射

可見光與電磁輻射 可見光是電磁輻射的一種，其波長在380～780nm之間 圖片來源：AEEA 天文教育資訊網

基本的打光技術 正向打光 高角度 低角度 同軸光 背向打光 背光板 結構打光 雷射結構光 圖片來源：CCS網站、EO Edmund

光源種類 螢光燈 鹵素燈 LED 氙氣燈 圖片來源：肯定資訊

各種光源特性比較 Win 光源比較表 光源 螢光燈 鹵素燈 LED 氙氣燈 白光 光譜 白光(微綠) 白光(微黃) 單光譜 (微藍) 壽命(小時) 5,000~7,000 1,000~2,000 60,000~100,000 3,000~7,000 光強度 亮 非常亮 暗~亮 備註 便宜、高頻、擴散式 高熱、相對便宜 便宜 高熱 Win

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鏡頭基本參數 視野範圍（FOV） 工作距離（WD） 景深（DOF） 解析度（Resolution） 圖片來源：EO Edmund

薄透鏡成像公式

鏡頭種類 依照接頭分類 依照應用分類 特殊應用 CCTV Lens C Mount Zoom Lens Filter CS Mount Macro Lens Telecentric Lens C Mount CS Mount F Mount Filter Polarizer Prism 圖片來源：肯定資訊、碁仕科技

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Image Process 1 Original Image Reverse Exponential Power X

Image Process 2 Original Image Laplacian Sobel Dilate Erode

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CCD攝影機分類 色系 形狀 感光頻譜 掃瞄方式 視訊訊號 Color Mono 面型（Area） 線型（Line） 可見光 紅外光（Infra Red） 紫外光（Ultra Violet） X-Ray 掃瞄方式 交錯式（Interlaced） 非交錯式（Progressive） 視訊訊號 類比（Analog） 數位（Digital）

Digital Camera界面比較 CameraLink IEEE-1394a IEEE-1394b Fiber Channel Max peed 2.38 Gbits/s 12.5-50Mbits/s (100-400Mbits/s) 100-200 Mbits/s (0.8-1.6 Gbits/s) 200-400 Mbits/s No. of devices 1 63 126 Total length of able 30 m 4.5 m/segment72 m to farthest camera To 100 m 30 m-10 km Comments Point-to-point-interface Interface includes SCSI protocol

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影片欣賞 高速動態取像辨識系統

CCD觸發訊號來源比較 軸卡觸發 Sensor觸發

CCD觸發訊號來源比較-結果分析 1、依照曝光時間進行分析不管是Sensor或者是8164卡均無大變異 2、不同速度下Avg會越來越小表示速度越快，收到訊號到取像的時間行走的距離越遠 3、高速取像下8164的誤差0.005μm（0.5pixel）比Sensor誤差0.02μm（2pixel）小，標準差亦較小

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What’s On The Fly

What’s On The Fly

Flow Chart

視覺關鍵參數 以目前使用較多的AVT Guppy046B(下CCD)為例 FPS：每秒傳輸張數（CCD標準規格） Resolution：解析度（單位：μm/pixel，亦即每個像素真實大小） 解析度越小精度越高，但曝光時間內移動越多像素，畫面相對越容易模糊 Exposure Time：曝光時間 曝光時間越小，表示進光量越少，物體會越暗，但曝光時間過大時會因為相同一次曝光移動距離過大造成模糊 計算影像是否可能模糊（曝光時間移動的距離不可超過1個像素）： 曝光時移動距離＝曝光時間*速度≦1pixel * Resolution 範例(RCST)： 20μs*速度≦1 pixel * 6μm/pixel 速度≦6μm/20μs=300mm/s 當視覺系統完成後需自我驗證，使用外部Trigger進行穩定性驗證，並且確保CCD Index Time不會有Lose現象，至少持續3000次以上 CCD對外提供數據僅：CCD Index Time 單位：ms

Progressive Scan 漸進式(progressive)相機是指取像時，影像感測器在預設的電子快門時間內，進行一次曝光與傳送，再透過暫存器，循序將影像訊號輸出，完成全畫面的擷取動作。 漸進式相機適合於高速動態取像，光源亮度固定，而不會產生拖影現象。 交錯式(Interlaces)為一般較常用靜態取像檢測，若用動態取像需搭配閃光燈源作同步取像。

Progressive Scan

Cell Size Cell Size越大表示單位像素可以感光的面積越多，高速移動時曝光時間極短，所需感應的亮度越高 相同解析度應該要選擇Sensor越大越好

F-Number（以N表示） N值越小，表示進光亮越多，高速移動時曝光時間極短（約20μs）需要的亮度要更大 相對的N值越小景深便會犧牲了

Light Source LED光源具有亮度高、壽命長、單價便宜以及可以支援Strobe(頻閃) 唯一的缺點就是害怕熱，使用頻閃剛好可以避免熱量的累積 高速動態取像因曝光時間極短（約20μs）需要更高亮度

機構移動參數 RPM：每分鐘轉速：Revolution(s) Per Minute 螺距：螺桿每轉移動距離（mm） Pitch：每次拍照的間隔距離（mm） 速度曲線：一般會呈現T形CCD取像，必須於穩速區段才可以取 到穩定之影像

為何於加速段會造成取像位置不一定？

移動距離積分 距離＝將速度以時間進行積分 故加減速段每次行走距離均不相同 於穩速段無速差故不會發生取像問題 S：距離 v：速度 t：時間

機構設計與視覺溝通

範例 範例1： 範例2： CCD Index Time＝50ms 吸嘴Pitch＝30mm 螺距＝10mm/rev 速度＝吸嘴Pitch/CCD Index Time＝30/50＝0.6mm/ms＝600mm/s 轉速RPM：速度/螺距＝600(mm/s)/10(mm/rev)＝60(rev/s) =3600(rev/min) 範例2： CCD Index Time＝40ms 吸嘴Pitch＝20mm 螺距＝20mm/rev 速度＝吸嘴Pitch/CCD Index Time＝20/40＝0.5mm/ms＝500mm/s 轉速RPM：速度/螺距＝500(mm/s)/20(mm/rev)＝25(rev/s) =1500(Rev/min)

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臺灣博碩士論文知識加值系統 關鍵字：Machine Vision，共2992筆 資料來源臺灣博碩士論文知識加值系統 查詢時間：2012/5/15 

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工作分析 相關職缺： 機器視覺工程師 視覺工程師 影像軟體工程師 自動化檢測工程師 影像處理工程師

相關論壇 http://aoiea.itri.org.tw/company/index.aspx

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