(北京京東方顯示技術(shù)有限公司,北京 100176)
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(dòng)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。
發(fā)生破片時(shí),因各個(gè)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(shí)間差別較大,對生產(chǎn)造成的影響以時(shí)間來統(tǒng)計(jì)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(shí)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(shí)所需的時(shí)間均比較長,同時(shí)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。
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(shí)時(shí)檢測,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)不良;如圖4所示,Photo各個(gè)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(shí)對多個(gè)工序的進(jìn)行集中監(jiān)控及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。破片發(fā)生時(shí),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
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(jì)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(shí)Mura機(jī)對膜厚檢測的理論分辨率:
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?yàn)閄方向,攝像機(jī)掃描方向?yàn)閅方向;當(dāng)玻璃通過Mura機(jī)時(shí)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?cái)?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(gè)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(gè)像素點(diǎn)考察0°、45°、90°、135°四個(gè)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(gè)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(shí)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(gè)參數(shù)進(jìn)行相與的關(guān)系對缺陷進(jìn)行等級(jí)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(shí)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(shí)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(shí)別的缺陷量化判級(jí)。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(hào)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,最終找到合適的參數(shù)。
通過對Mura檢測機(jī)圖像處理算法和缺陷量化等級(jí)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(huì)發(fā)生灰階的突變,這個(gè)突變可以通過二值化閾值識(shí)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(jí);如果通過實(shí)驗(yàn)設(shè)置合理的參數(shù)將破片基板識(shí)別出來并通過修改PLC程序或軟件報(bào)警功能就能實(shí)現(xiàn)破片基板的自動(dòng)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(shí)間。
圖15 破片檢出技術(shù)方案圖
如圖15所示,為實(shí)現(xiàn)Mura機(jī)自動(dòng)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(dòng)檢出,基板會(huì)停留在Mura設(shè)備傳送帶內(nèi),同時(shí)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(dòng)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。
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?yàn)槔?,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(xiàng)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(cuò)位四種干擾情況會(huì)誤檢為破損基板。實(shí)例如表3所示。
針對上面的干擾項(xiàng),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。
原有模式下,Mura機(jī)僅生成圖像不進(jìn)行等級(jí)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(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過Mura機(jī)時(shí)已經(jīng)破片;實(shí)現(xiàn)破片檢出后,設(shè)備自動(dòng)報(bào)警停機(jī),作業(yè)員在集中監(jiān)控會(huì)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。
針對風(fēng)險(xiǎn)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(shí),以報(bào)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(jì)各工序破片檢測準(zhǔn)確比例如圖21所示,每月每個(gè)工序減少破片停機(jī)時(shí)間超過10小時(shí),取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
圖19 干擾項(xiàng)處理方案
圖20 各個(gè)工序Mura檢測破片準(zhǔn)確比率
圖21 各個(gè)工序月減少停機(jī)時(shí)間
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(shí)驗(yàn)設(shè)置合理的檢測閾值實(shí)現(xiàn)了破片自動(dòng)檢出,結(jié)合PLC程序軟件的修改實(shí)現(xiàn)設(shè)備的破片檢出時(shí)自動(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)檢測系統(tǒng)[D].南京理工大學(xué),2011.
[2]姜穎軍.計(jì)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(jì)[J].唐山學(xué)院學(xué)報(bào),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(bào)(工學(xué)版),2003.