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1 CFPhoto破片影響及Mura機(jī)作用

1.1 CFPhotoLayout說明

Photo主要有BM/R/G/B/OC/PS工序，其中OC無曝光和顯影外，其他工序設(shè)備類型相同。如圖1所示，以R工藝為例設(shè)備Layout簡要說明。

設(shè)備依次為發(fā)片機(jī)、傳送帶1、清洗機(jī)、機(jī)械手1、涂布機(jī)、機(jī)械手2、真空干燥機(jī)、Mura檢測機(jī)、傳送帶2、機(jī)械手3、熱固化單元、冷卻單元、曝光機(jī)、機(jī)械手4、顯影機(jī)、傳送帶3、自動光學(xué)檢測機(jī)（AOI）、熱烘烤設(shè)備、傳送帶4、收片機(jī)。其中Mura機(jī)是基于機(jī)器視覺技術(shù)的涂布膜厚檢測設(shè)備。

1.2 不同設(shè)備破片造成的影響

發(fā)生破片時，因各個設(shè)備內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)和腔室的差異，造成的停機(jī)時間差別較大，對生產(chǎn)造成的影響以時間來統(tǒng)計如圖2、圖3所示。

圖1 Photo Layout（R）

圖2 不同類型設(shè)備破片停機(jī)時間

圖3 不同類型設(shè)備破片一次造成基板NG數(shù)量

從圖表中可知，TR02傳送帶后面的非傳送帶設(shè)備發(fā)生破片時所需的時間均比較長，同時造成的基板NG數(shù)量也比較多。因此，將有裂紋或破損的基板在TR02或Mura處提前檢測出并處理掉，可有效的減少破片對生產(chǎn)線的影響。

1.3 Mura機(jī)作用

在面板生產(chǎn)線的品質(zhì)監(jiān)控中，要對涂布完成的膜厚進(jìn)行實時檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)不良；如圖4所示，Photo各個工序Mura檢測圖像通過KVM將檢測圖像傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控室的監(jiān)控顯示器上，設(shè)置專門作業(yè)員可以同時對多個工序的進(jìn)行集中監(jiān)控及時發(fā)現(xiàn)異常。破片發(fā)生時，破片Mura圖像如圖5、圖6所示。

圖4 Mura集中監(jiān)控示意圖

圖5 裂紋

圖6 缺角

2 CFMura機(jī)結(jié)構(gòu)與檢測原理

2.1 Mura機(jī)結(jié)構(gòu)

圖7為Mura機(jī)結(jié)構(gòu)，傳送過程中采集圖像數(shù)據(jù)傳輸至PC進(jìn)行處理。

圖7 Mura機(jī)結(jié)構(gòu)

根據(jù)CF不同工序特性，采用不同光源和檢查原理如表1、表2所示。

BM通過透過率來檢測膜厚均一性，如圖8所示，CCD采用8bit分辨率，通常BM膜厚為2000nm，對應(yīng)256灰階，理論上可分辨最小膜厚差為7.8nm。

其他工序采用反射方式通過膜厚上下表面的光程差來反應(yīng)膜厚的差異性，根據(jù)光源波長及CCD參數(shù)可計算出理論膜厚分辨率。圖9為干涉原理檢測膜厚的示意圖，其中，λ為光源波長，m為整數(shù)，Θ為折射角。

表1 BM工序

圖8 BM工序透光檢查原理示意圖

表2 其他工序

圖9 光的干涉檢查原理示意圖

使用鈉燈時Mura機(jī)對膜厚檢測的理論分辨率：

2.2 圖像處理過程

本文研究的Mura機(jī)圖像處理方面最大特點(diǎn)是采用圖像做差法，利用標(biāo)準(zhǔn)畫像來消除疑似缺陷。在開始檢測前必須先對當(dāng)前產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)畫像的錄入。在說明圖像處理流程之前先了解標(biāo)準(zhǔn)畫像的生成過程。

1）標(biāo)準(zhǔn)畫像的制作

標(biāo)準(zhǔn)畫像制作主要步驟如圖10所示：（1）選擇基板；（2）提取并處理數(shù)據(jù)；（3）根據(jù)數(shù)據(jù)生成標(biāo)準(zhǔn)畫像。

圖10 標(biāo)準(zhǔn)畫像簡化原理圖

詳細(xì)步驟如圖11所示，玻璃搬送方向為X方向，攝像機(jī)掃描方向為Y方向；當(dāng)玻璃通過Mura機(jī)時對玻璃表面進(jìn)行掃描（Y方向），分別得到L(x1)～L(xn)等N組照度曲線，每條曲線代表攝像機(jī)掃描一行圖像得到的照度值，通過對這N組照度曲線進(jìn)行疊加，并求出其平均照度曲線，即L(x)為制作標(biāo)準(zhǔn)畫像所使用的數(shù)據(jù)，再用L(x)×n（n為在x方向上的像素數(shù)）即為補(bǔ)正所用的標(biāo)準(zhǔn)畫像。

圖11 標(biāo)準(zhǔn)畫像制作原理圖

按圖11制作方法，原始畫像像素矩陣變化至標(biāo)準(zhǔn)畫像像素矩陣的過程如圖12所示。

圖12 原始畫像至標(biāo)準(zhǔn)畫像矩陣的說明

2）圖像處理流程

圖13 圖像處理總體流程

圖像處理總體流程如圖13所示，具體說明如下：

圖像采集：根據(jù)基板的傳送速度和Line CCD拍攝的最小寬度進(jìn)行匹配獲取基板膜面的原始圖像。

圖像合成：對三個CCD獲取的圖像進(jìn)行裁剪、拼接進(jìn)而成一張完整的基板圖像。

亮度補(bǔ)正：原始圖像與標(biāo)準(zhǔn)畫像相減后再加128進(jìn)行增益放大，進(jìn)行亮度補(bǔ)正消除背景的干擾和疑似缺陷。如圖14所示為標(biāo)準(zhǔn)畫像進(jìn)行亮度補(bǔ)正消除假缺陷的過程說明。

圖14 標(biāo)準(zhǔn)畫像亮度補(bǔ)正的像素矩陣圖

圖像預(yù)處理：高斯濾波（5×5）、中值濾波（5×5）進(jìn)行噪聲處理、灰度膨脹進(jìn)行邊緣強(qiáng)化。

缺陷分割：采用梯度算子的方法對灰度圖像的每個像素點(diǎn)考察0°、45°、90°、135°四個方向鄰點(diǎn)灰度進(jìn)行加權(quán)平均，然后進(jìn)行微分運(yùn)算，得到該點(diǎn)的邊緣強(qiáng)度值，該參數(shù)可以反映圖像每一個像素點(diǎn)與周圍像素點(diǎn)局部變化的強(qiáng)度。通過人工設(shè)定合適的閾值識別出破片；采用基于邊緣灰度二值化的方法確定缺陷的位置[4]。

缺陷量化：以亮度差和邊緣強(qiáng)度兩個參數(shù)進(jìn)行相與的關(guān)系對缺陷進(jìn)行等級判定。根據(jù)缺陷分割出的平均像素亮度值與非缺陷區(qū)的平均像素亮度值做差，差值作為亮度差；同時缺陷區(qū)邊緣的一次微分值作為邊緣強(qiáng)度值。

綜上，通過人工設(shè)定二值化閾值識別和篩選出缺陷的位置，然后通過亮度差和邊緣強(qiáng)度的組合對識別的缺陷量化判級。軟件中二值化閾值、亮度差和邊緣強(qiáng)度均需要工程師根據(jù)各型號產(chǎn)品進(jìn)行實驗驗證，最終找到合適的參數(shù)。

3 Mura機(jī)在破片檢測中的應(yīng)用

通過對Mura檢測機(jī)圖像處理算法和缺陷量化等級規(guī)則的研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，如果經(jīng)過Mura檢測機(jī)的基板有裂紋或發(fā)生破損，檢測生成的圖像必然會發(fā)生灰階的突變，這個突變可以通過二值化閾值識別和篩選出；接著通過相應(yīng)區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)邊緣強(qiáng)度和亮度差的值可以給裂紋或破損的破片位置判定等級；如果通過實驗設(shè)置合理的參數(shù)將破片基板識別出來并通過修改PLC程序或軟件報警功能就能實現(xiàn)破片基板的自動檢出和停機(jī)功能；這樣就可以有效的減少生產(chǎn)流水線的停機(jī)時間。

3.1 破片檢測技術(shù)方案

圖15 破片檢出技術(shù)方案圖

如圖15所示，為實現(xiàn)Mura機(jī)自動檢出破片停機(jī)的技術(shù)方案，在此方案中，假定Coater處或之前出現(xiàn)破片，在Mura處自動檢出，基板會停留在Mura設(shè)備傳送帶內(nèi)，同時停止上游Coater的投入避免發(fā)生劃傷；工程師確認(rèn)停在Mura機(jī)內(nèi)的破片基板后，手動操控設(shè)備傳送至TR02處進(jìn)行人工處理；TR02為傳送帶結(jié)構(gòu)簡單，人工處理破片方便快速且易清潔；因此可有效減少破片影響。

3.2 破片檢出條件參數(shù)選擇

如前所述缺陷量化是根據(jù)亮度差和邊緣強(qiáng)度差進(jìn)行判定，通過讀取破片與缺陷畫像，反復(fù)更改判定條件，將破片亮度差和邊緣強(qiáng)度差的最低值作為判定破片的下限。以PS工序為例，圖16為缺陷亮度差檢測值，圖17為缺陷邊緣強(qiáng)度檢測值，據(jù)此得出破損區(qū)檢出值下限，亮度差設(shè)定65，邊緣強(qiáng)度66.5設(shè)定檢出破片條件。

圖16 亮度差檢測值

圖17 邊緣強(qiáng)度差檢測值

表3 破片檢出干擾項檢出值

表4 種異常情況對策表

圖18 破片檢出運(yùn)營方案

從檢出值來看，設(shè)定的條件下存在嚴(yán)重破膜、亮度異常、上游NG、錯位四種干擾情況會誤檢為破損基板。實例如表3所示。

針對上面的干擾項，我們可以根據(jù)產(chǎn)生原因分別給出對策評估如表4所示。

4 Mura破片檢出運(yùn)營方案及效果

4.1 Mura自動檢出破片運(yùn)營方案

原有模式下，Mura機(jī)僅生成圖像不進(jìn)行等級判定，即使發(fā)生破片也不停機(jī)，圖像僅供工程師往回查時發(fā)現(xiàn)經(jīng)過Mura機(jī)時已經(jīng)破片；實現(xiàn)破片檢出后，設(shè)備自動報警停機(jī)，作業(yè)員在集中監(jiān)控會看到破片圖像立即通知工程師到達(dá)現(xiàn)場，在傳送帶上確認(rèn)基板并將真正破損基板處理，避免破損基板在下游設(shè)備破片。

4.2 運(yùn)營方案風(fēng)險點(diǎn)對策及運(yùn)營效果

針對風(fēng)險高的上流NG和亮度異常情況，雖然可以通過軟件跳過檢測，但由于仍然存在破片的可能性，因此制定如下解決方案：

當(dāng)出現(xiàn)上流NG或亮度異?；鍟r，以報警聲音形式增加設(shè)備提醒作業(yè)員，聲音傳播至集中監(jiān)控室，作業(yè)員可在5分鐘內(nèi)確認(rèn)圖像，判定出是否為破片，如果為破片通過軟件上的按鈕，對下游的TR02傳送帶進(jìn)行投入限制，避免繼續(xù)流入下游；采用以上運(yùn)營方案后，以月為單位統(tǒng)計各工序破片檢測準(zhǔn)確比例如圖21所示，每月每個工序減少破片停機(jī)時間超過10小時，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖19 干擾項處理方案

圖20 各個工序Mura檢測破片準(zhǔn)確比率

圖21 各個工序月減少停機(jī)時間

5 結(jié)論

通過對采用機(jī)器視覺技術(shù)的CF Mura檢測機(jī)檢測原理的研究，并通過大量實驗設(shè)置合理的檢測閾值實現(xiàn)了破片自動檢出，結(jié)合PLC程序軟件的修改實現(xiàn)設(shè)備的破片檢出時自動停機(jī)，減少了裂紋或碎片基板流入下游結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備內(nèi)，減少了碎片處理所需的停機(jī)時間，減少了碎屑對產(chǎn)線的污染，提升了產(chǎn)線產(chǎn)能和良率；為面板生產(chǎn)線破片自動光學(xué)檢測提供一套完整的優(yōu)化方案。

[1]徐春燕.基于圖像處理的液晶屏基板玻璃裂紋自動檢測系統(tǒng)[D].南京理工大學(xué),2011.

[2]姜穎軍.計算機(jī)視覺在玻璃制品裂紋檢測中的應(yīng)用[D].廣西師范大學(xué),2000.

[3]張一楊.基于圖像處理技術(shù)的玻璃裂紋檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].唐山學(xué)院學(xué)報,2016.

[4]吳冰,山海濤,郭建星.基于邊緣灰度的二值化閾值確定方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版）,2003.