TWI490481B - On - line Inspection Method for Panel 3D Defects - Google Patents

Description

面板三維瑕疵之線上檢測方法

本發明係關於一種面板三維瑕疵之線上檢測方法，尤指使用光柵光源對移動中的面板做線掃描，再使用影像擷取單元結合疊紋技術與相移干涉術以做高垂直解析度之量測，進而在生產線上取代人工檢測之面板三維瑕疵之線上檢測方法。

面板在生產的過程中，無論是數十吋的顯示面板，或是精密的光學鏡面，其製程上所面臨的最大問題就是容易產生瑕疵，因此檢測就是生產流程中相當重要的一道關卡，若沒有在品質上做好把關，其在更後續經與其他零件進行組裝後，形成劣質品所造成的損失將更為巨大。

由於面板的範疇相當廣，其在不同應用領域的製程上具有不同的變量，且在尺寸與解析度需求不斷改變之下，瑕疵檢測的複雜程度也隨著提高，一般的檢測設備無法應付所有的情況，因而相當容易產生誤判，故目前廠商對於面板之瑕疵檢測仍多為依賴人工的方式進行。

然而，現階段觸控面板廠商所提出的檢測標準為檢測出寬度為15微米以上之擦痕、刮痕。但由於面板尺寸可達數公分或二十公分以上，而檢測速度則依待測面板尺寸不同而分別要求為每片3~15秒，可謂相當緊迫。如前所述，目前相關廠商的生產線均是 以人工進行檢測，也就是利用反射或透射的光源，讓操作人員的眼睛目視檢測產品缺陷以及汙染物，但這種人工檢測方式常會因為檢測人員的長時間重複性的檢測而造成疲勞、精神不振、情緒等諸多人為因素，影響了檢測效率；再者，人工難免在判斷上具有主觀，並在量測精度上也有其極限，使得檢測品質受到影響。此外，當檢測的項目與產品數量愈多時，所要依賴的勞工就更多，如此大量人力的操作，對廠商而言也是極大的人事成本。

況且，人工檢測也僅能針對二維之瑕疵作檢測，其難以辨識面板在Z軸方向，也就是垂直方向上的瑕疵，特別是在垂直方向上的瑕疵可能僅有1微米之深度，較二維之瑕疵尺寸來得微小而更不易觀察，在檢測上有更高的難度。

因此，是否有透過自動化方法對面板進行三維形貌之檢測，使其瑕疵可在出貨前就被確實發現，即是相關產業在良率上的一大考驗。而如何提出一種能夠直接應用於線上生產，完全取代人工，並且具有高辨識能力之面板三維瑕疵之線上檢測方法，即是本發明需要克服的一道課題。

本發明之主要目的，係提供一種面板三維瑕疵之線上檢測方法，其透過光柵光源投射在面板的表面後，使用線型影像擷取單元做線掃描，以取得反射光之數據，疊合掃描過程中各線型影像所取得之疊合影像，進而檢測面板表面可能存在的刮痕、溝槽等瑕疵結構。

本發明之次要目的，係提供一種面板三維瑕疵之線上檢測方 法，其使用高畫素之線型CCD為影像擷取單元，反應迅速且精確，可在自動化生產線上做直接應用，排除人工檢測所存在的低效率問題。

本發明之另一目的，係提供一種面板三維瑕疵之線上檢測方法，其使用具數條像素之線型CCD為影像擷取單元，其所具有的數條畫素可擷取到數組具等高線條紋略為偏移之待測物體影像圖，其偏移量即對應到鄰近像素取像之相移量，再結合相移干涉技術，即可定量求出面板表面三維輪廓之變化。

為了達到上述之目的，本發明揭示了一種面板三維瑕疵之線上檢測方法，其係包含步驟：放置一面板於一承載平台之上，該承載平台具有一移動速度，使該面板以該移動速度行進；發射一光柵光源至該面板，該光柵光源於該面板產生一反射光；使用一影像擷取單元，以線掃描該面板而接收該反射光；以及整合該反射光之數據而取得一疊合影像；其中，該影像擷取單元包含至少二條線型感光元件，例如彩色線型CCD，其具有RGB三條線型像素。據此，即可滿足光電產業與半導體產業高解析度與高速度三維表面形貌與瑕疵線上檢測之需求，讓面板得以在被承載平台輸送而行進的同時，經由線掃描而被檢測出微米等級深度之瑕疵，得以確保產品的良率。

1‧‧‧承載平台

2‧‧‧影像擷取單元

21‧‧‧線型感光元件

22‧‧‧彩色感光元件

3‧‧‧光柵光源

4‧‧‧面板

5‧‧‧反射光

6‧‧‧待測物

R‧‧‧參考平面

V‧‧‧移動速度

H‧‧‧高度

S‧‧‧RGB間距

P₀‧‧‧水平間距

P_n‧‧‧垂直間距

α‧‧‧投射角度

第一圖：其係為本發明之應用時所需之結構示意圖；第二圖：其係為本發明之步驟流程圖；第三圖：其係為本發明之原理架構示意圖；第四圖：其係為線型CCD之結構示意圖； 第五圖：其係為具數條畫素CCD之結構示意圖；以及第六A~B圖：其係為本發明於應用時，線型CCD結合組成檢測陣列之示意圖。

為使本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：首先，請參考第一圖，其係為本發明於應用時，其所架構之結構示意圖，其係在於包含了：一承載平台1、一影像擷取單元2以及一光柵光源3；其中，承載平台1係位於影像擷取單元2之下方，以讓自承載平台1方向被反射之光線行進至影像擷取單元2；而光柵光源3則是位於該承載平台1之至少一側方而做投射，其在形式上可為數位微型反射鏡元件(Digital Micromirror Device,DMD)光柵，但並不僅限於此類型。

另外，本發明中所採用的影像擷取單元2是線型電荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)或互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)等感光元件，其係將感光元件排列在一條直線上，具有很高的線密度，因此有極高像素而可提供超高分辨率。

本發明之應用範疇是在於偵測面板的瑕疵，於實際操作時，請參考第二圖所示之流程，其係包含步驟：步驟S1：放置一面板於一承載平台之上，該承載平台具有一移動速度，使該面板以該移動速度行進；步驟S2：發射一光柵光源至該面板，該光柵光源於該面板產生一 反射光；步驟S3：使用一影像擷取單元，以線掃描該面板而接收該反射光；以及步驟S4：整合該反射光之數據而取得一疊合影像。

本發明所檢測的目的是在於找出面板表面可能具有的縱深瑕疵，由於面板的加工製程包含粗拋光與精拋光等程序，其中的精拋光階段之拋光量較小，無法去除在粗拋光階段所留下的較深線紋，從而出現外觀不良，影響其光學性質，故需在精拋光製程前即須確認是否有較深線紋存在。

本發明的技術特徵即是在於面板的生產過程中，直接於線上做檢測，將位於諸如輸送帶等移動式承載平台上的面板所具有的數微米瑕疵透過三維結構的形貌揭露即時地檢測出。

三維形貌與瑕疵檢測指的是擷取形貌與瑕疵在立體座標中Z軸方向的資訊，由於本發明目的在於檢出1微米深度的刮痕，因此使用具數條畫素之線型CCD結合掃描疊紋技術與相移干涉術達到高垂直解析度的量測需求。

請配合參考第二圖，光柵光源3係利用平行正弦強度分布之直線光柵條紋由側向投射於待測物6表面，其基本架構與傳統投射條紋法相同，其一差別在於以線型CCD取代面型CCD，如第四圖所示，影像擷取單元2係具備了線型感光元件21而可進行線掃描擷取反射光。另外，本發明在對待測物6檢測的同時，待測物6是受承載平台1的移動而往單一方向前進。

當諸如面板等待測物6朝單一方向前進時，只需要以線型CCD 累積物體運動時所擷取得到的各組線像素點掃描物體表面的疊合影像，就會以等高線條紋的方式呈現出物體三維輪廓的資料。其原因在於投射至待測物6上之光柵光源3會依待測物6表面輪廓變化而上下起伏，導致線型CCD擷取影像之強度亦隨之變化。當以高精度承載平台1平行移動待測物6，並配合線性馬達訊號同步觸發擷取，以及由線型CCD擷取待測物6移動時，對應光柵光源3高低起伏影像位置的影像灰度資料，而將各組線資料整合後，即可觀測到由表面等高線覆蓋的待測物6之影像。

如所使用的線型CCD為彩色線型CCD，則彩色線型CCD之RGB三條像素因位置不同而擷取到三組條紋略為偏移之影像圖，其偏移量及對應到鄰近像素取像之相移量，再結合相移干涉技術，即可定量求出待測物6的表面三維輪廓變化。

由於本發明之三維形貌與瑕疵檢出時採用的是光柵光源3，當投射於待測物表面的光柵光源3成像於線型CCD上的水平間距為P，並如第五圖所示之三條畫素之線型CCD，其感光元件22之三條線型像素相互間的距離為S，則只要維持P=3S/(1+3n)，n=0,1,2…的關係，就可使CCD上的三條線型像素分別對應擷取具備連續相移量達120°的三組影像資料，亦即可採用120°的相移理論執行影像等高線條紋圖的相位分析。一般n可用0或1，而n越大時，其垂直解析度越高，此外，P與光柵光源3實際投射至待測物6表面的間距P₀不同，因還有放大倍率的問題。例如當線型CCD上的三條像素的相互間距各為30微米且鏡頭放大倍率為1倍時，只要投射條紋水平間距安排為90微米(n=0)或22.5微米(n=1)，即可得到三組相對相移量分別為0°、+120°和+240°的等高線條紋影像圖， 若事先校正三條像素對光柵影像強度的反應曲線為一致時，則其三條像素同一行像素的影像強度值分別為：I₁=I[1+Mcosφ]

I₂=I[1+Mcos(φ+2nπ+120°)]

I₃=I[1+Mcos(φ+4nπ+240°)]可得相位值為： 其中之M係為投射系統之邊緣對比值，其在相同投射系統下係為一常數，可事先測量得知。當得到影像相位分佈時，高度分佈即為H(x,y)=N(x,y)P_n=[φ(x,y)/2π]P₀cotα，其中物體之高度H之高度函數H(x,y)如第三圖所示係相對於一參考平面R，而所投射之光柵光源3在此參考平面上的間距為P₀，光柵光源之投射角度為α，其投影至CCD影像光軸的垂直間距為P_n，即相當於等高線的條紋垂直間距，N為等高線之條紋序號。一般而言，相移干涉技術的精度為百分之一光柵間距，解析度為千分之一光柵間距，故可達到微米量測精度需求。

而若本發明所使用的線型CCD更精簡，為包含至少二條像素之線型感光元件，則以兩條像素為例，其兩條像素因位置不同可而擷取到兩組條紋略為偏移之影像圖，其偏移量及對應到鄰近像素取像之相移量，再結合相移干涉技術，亦可定量求出待測物6的表面三維輪廓變化。

此時，其感光元件22之二條線型像素相互間的距離為S，投 射於待測物表面的光柵光源3成像於線型CCD上的水平間距為P，則在維持P=2S/(1+2n)，n=0,1,2…的關係之下，就可使CCD上的二條線型像素分別對應擷取具備連續相移量達180°的二組影像資料。若事先校正二條像素對光柵影像強度的反應曲線為一致時，則其二條像素同一行像素的影像強度值分別為：I₁=I[1+Mcosφ]

I₂=I[1+Mcos(φ+2nπ+180°)]可得相位值為：

在經取得高精密度的疊合影像後，使用者即可使用相關程式自動分析此疊合影像，以透過其外觀之變化量而判斷其是否具有諸如刮痕、突塊等外觀瑕疵，而此些瑕疵即便是只有微米程度之大小，在本發明的檢測之下仍然無所遁形。

最後，若待測之面板4的寬度較大，致使規格大小有限之單一影像擷取單元2沒有辦法對面板4做完整的線型偵測時，請參考第六A圖和第六B圖之流程，本發明容許使用複數個影像擷取單元2結合組成檢測陣列，讓整體陣列的感光寬度能夠大於面板4的寬度。在配合增加圖形處理器(Graphics Processing Units,GPU)的數量和結合平形處理的技術之下，即便是檢測大面積的面板，本發明也可以此方式做相對應的結構組裝和調整強化，充分滿足產業在生產線上的高速檢測需求。

本發明是以配合面板製程做線上即時量測為出發點，而量測 速度必須搭配製程線上面板的移位速度；同時在製程上做拋光時，具有確認面板表面是否存留粗拋光所留下之深線紋等瑕疵結構存在的能力，因此高速度與高解析度的需求也必須同時滿足。因此，本發明在硬體架構上以高傳輸率高像素線型CCD為設計核心，依據待測物尺寸而設計光機取像系統並固定於檢測機台，以移動待測物之方式進行線掃描取像，可方便地結合生產線輸送帶方式，直接進行待測物件的連續置入檢測區執行製程線上檢測。

綜上所述，本發明基於該些硬體架構之結合，利用其線掃描的方式檢測在輸送裝置上移動之面板，在經結合運用疊紋技術與相移干涉技術而求出面板表面三維輪廓之變化之下，可在微米之解析度之下做檢視。故在兼具了結合現有製程的便利性和本身的卓越功效之下，本發明確實具有充分的產業利用價值。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧承載平台

2‧‧‧影像擷取單元

3‧‧‧光柵光源

4‧‧‧面板

5‧‧‧反射光

V‧‧‧移動速度

Claims (4)

1. 一種面板三維瑕疵之線上檢測方法，其係包含步驟：放置一面板於一承載平台之上，該承載平台具有一移動速度，使該面板以該移動速度行進；發射一光柵光源至該面板，該光柵光源於該面板產生一反射光；使用一影像擷取單元，以線掃描該面板而接收該反射光；以及整合該反射光之數據而取得一疊合影像；其中，該影像擷取單元為包含至少二條像素之線型感光元件；其中於整合該反射光之數據而取得該疊合影像之步驟中，其係使用該感光元件之各條線型像素，每條像素各取得一組疊合影像，從而擷取數組具等高線條紋之物體影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之線上檢測方法，其中該影像擷取單元係包含一電荷耦合元件(CCD)或一互補式金屬氧化物半導體(CMOS)感光元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之線上檢測方法，其中該面板之寬度大於該影像擷取單元之感光寬度時，更設置複數個影像擷取單元以組成陣列。
4. 如申請專利範圍第1項所述之線上檢測方法，其中於整合該反射光之數據而取得複數組該疊合影像之步驟後，更包含步驟：分析該些疊合影像，以取得該面板之高度分布資訊及判斷其瑕疵狀態。