線掃描相機閃頻應用案例-LineScan Camera Flash Application

2024.04.12

 

線掃描相機閃頻應用案例

 

1-1 應用產品介紹

此次分享案例的樣品為”網版印刷電極”,網版印刷電極被廣泛應用於環境監測、食品安全、醫療診斷、生物科技、光電等產業。常見的產品有水質檢測試劑、農藥或重金屬殘留檢測試劑、妊娠試劑、血糖試劑。

 

 

上圖為檢測電極實體照
(*圖片取自網路)

 

 

(上圖為LineScan相機掃描整片網版印刷電極之影像)

 

 

電極材料大部分為使用碳導電墨水與銀/銀氯化物導電墨水來印刷,印刷上去的電極接觸農產品或是血液時會產生電化學反應,使而產生電流來檢測農藥殘留或血糖數值等。

 

 

1-2 檢測需求

網版印刷電極製程中常見的外觀瑕疵如下:

  1. 墨水擴散:如果墨水超出了預定的區域,可能會導致電極之間的不必要連接,這可能被誤認為是短路,或者實際上導致短路。
  2. 氣泡和破孔:在印刷層中的氣泡或破孔可能會影響電極的結構完整性,降低其性能。
  3. 刮痕或損傷:物理損傷,如刮痕或裂縫,可能會破壞電極的導電路徑,影響其功能。
  4. 圖案尺寸誤差:電極圖案的尺寸不精確可能會影響其性能,尤其是當電極的工作原理依賴於精確的幾何尺寸時。

 

印刷製程上如果有外觀上的瑕疵都會使電極運作異常,導致試劑檢測失準或失敗,所以在生產過程中必須導入影像檢測,利用電腦視覺AI來檢測外觀上是否有異常,由於網版面積大、線路愈加變細的趨勢,尤其利用Linescan相機能得到最有效率的取像效率,是目前檢測方式的主流。

 

 


 

 

2-1 LineScan相機測試環境說明

 

 

2-2光場設計/取像效果比較

在LineScan線掃描相機拍攝下,一隻相機(一站)通常只搭配一種光源,來取得一種光源效果的影像,如果兩種不同效果的光源都照射在同一隻相機的視野內,會造成兩種效果互相干擾的情況,比較如下圖說明,上中下三張影像都是在同個位置,不知道各位是否看得出差異。

 

(上:只開正光、中:只開背光、下:正光背光都開)

 

 

接著,我們於各個圖中加上註記,以說明不同瑕疵於各光場的適用性:

 

1.註記A的瑕疵:比較可得[只開背光]的缺口瑕疵灰階對比是最好的,對比灰階大,最容易抓出此類瑕疵。

2.註記B的瑕疵:比較可得[只開正光]與[正光背光都開]的影像都能看到白色髒汙,其中又以[只開正光]效果較佳,灰階對比最明顯。

3.註記C的瑕疵:是背面隔離版有一道刮痕,只有用背光才能將刮痕打出來。

4.註記D的瑕疵:可以看到[只開背光]效果是最好的,線路的輪廓不論是銀漆或黑漆拍攝出來都是黑色的,與背景非常分明,適合尺寸量測或是線路短路判別。

 

 

 

2-3比較與結論

從2-2四個註記效果來看,[正光背光都開]的拍攝效果,的確會造成互相干擾,無法同時取得最佳的瑕疵灰階對比,以及清楚的外觀輪廓影像,這些都會影響到AI檢測的正確性與誤判率。由上述的實驗可推導出此結論:分別取得正光與背光的效果,會是對應各種瑕疵檢測的最好方式。但是要如何讓線掃描相機在一次的掃描中同時取得兩種效果呢? 雖然一般的線掃描相機無法做到這功能,但搭配奧騰獨家取得德國技術的[Linescan閃頻模組],就可輕易完成。

 

關於閃頻取像技術的介紹,可以參考網站中的技術分享文章:
(請點擊以下文章連結)

Line Scan 多光譜閃頻模組

LineScan Flashing閃頻系統

 

 


 

 

3-1 其他網版印刷電極影像之閃頻效果比較:

以下是各種不同的印刷電極產品,實際利用線掃描相機搭配閃頻模組,於一次掃瞄中取得的兩種效果影像,左邊為背光效果、右邊則是正光效果。

 

 

● 效果比較1 ——————————

背光(左): 黃框中可清楚辨識兩個圓形印刷的輪廓,適合印刷線路量測用。
正光(右): 紅框中可清楚檢測出印刷表面的白色刮痕,適合作為外觀檢測用。

 

下圖為黃框的放大追加說明,希望能說明地更清楚,相較於正光影像的兩個圓圈印刷因為影像過曝的關係,導致難以判斷是否與其他印刷有無誤觸連接,背光則可清楚呈現出印刷輪廓; 再者,黑色線路在正光下都呈現了陰影,不利於影像量測之用。

 

 

● 效果比較2 ——————————

背光(左): 黃框中能檢測出隔離板上的刮傷。
正光(右): 紅框中能輕易檢測出破孔(印刷不均造成)。

 

 

● 效果比較3 ——————————

背光(左): 黃框中能清楚辨識出印刷電極短路錯誤。
正光(右): 紅框中能檢測出印刷表面的刮傷。

 

印刷墨水殘留會造成電極短路,背光影像能清楚看到多餘的印刷墨水,正光也能看到但是很模糊,容易誤判。

 

 

● 效果比較4 ——————————

背光(左)與正光(右)的兩張影像,皆能看到印刷電路因刮傷而斷裂的特徵。

 

其中背光影像更為明顯,AI檢測會更準確,正光影像斷裂處色彩對比不大,容易誤判。

 

 

 

 

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