在快速發(fā)展的印刷電子工業(yè)中，NIR成像技術(shù)為基于有機材料的電路完整性檢測提供了一種有
效的途徑。圖像處理中的近紅外光譜已經(jīng)在光伏行業(yè)建立了良好的光學(xué)機器視覺檢測程序，即機器視覺檢測微裂紋。
近紅外光譜的圖像處理已經(jīng)在光伏產(chǎn)業(yè)中得到了很好的應(yīng)用，它被用于要求光學(xué)檢測程序，機器視覺檢測太陽能電池在晶體生長和晶片鋸切過程中可能出現(xiàn)的微裂紋。但是，正如本文所示，這項技術(shù)在其他領(lǐng)域的重要性越來越大。
近紅外(NIR)光譜工業(yè)圖像處理技術(shù)是一種強大的無損分析技術(shù)，用于生產(chǎn)線的質(zhì)量保證和提高生產(chǎn)率。這一技術(shù)被證明是一種可靠的制造工具，用于一系列產(chǎn)品的在線機器視覺檢測和分類。
例如，在近紅外光譜中響應(yīng)的行掃描相機系統(tǒng)目前用于機器視覺檢測太陽能電池和含有電子部件的印刷電路板，以及用于大型網(wǎng)絡(luò)和涂層機器視覺檢測。
在可見光譜中工作的照相機產(chǎn)生基于RGB色差的數(shù)據(jù)?？梢姽庾V允許分析元件的表面層，但近紅外光譜中的電磁輻射(波長為0.75~1.4m)可以更深地穿透物體，提供遠離表面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。
這是許多公司投入時間和資金開發(fā)分析工具和成像系統(tǒng)的一個關(guān)鍵原因，這些分析工具和成像系統(tǒng)使用NIR來“觀察”物體如何與特定波長的電磁輻射發(fā)生相互作用(吸收或發(fā)射)，以提供有關(guān)其材料特性、特性和結(jié)構(gòu)組成的信息和數(shù)據(jù)。
太陽能電池制造
光伏產(chǎn)業(yè)是一個迅速看到使用這些工具的好處的行業(yè)，由典型的100至200米厚的晶片制成的光伏太陽能電池，在制造的任何階段都能發(fā)現(xiàn)缺陷。
當(dāng)這些精密晶片被機械處理時，施加的應(yīng)力可能會產(chǎn)生無法預(yù)測的微裂紋，導(dǎo)致晶片在隨后的加工階段發(fā)生機械故障。
重要的是，在生產(chǎn)過程的早期就清除具有臨界微裂紋的晶片，以防止對已經(jīng)損壞的晶片的浪費處理，以及由于加工過程中破碎的晶片碎片的污染而造成的生產(chǎn)線停工。
太陽能電池制造商不斷受到壓力，需要尋找提高效率、提高質(zhì)量和降低成本的方法。隨著太陽能產(chǎn)業(yè)進入成熟階段，AOI系統(tǒng)正在迅速發(fā)展，在這一階段，機器視覺將在生產(chǎn)層大規(guī)模采用。
在典型的制造環(huán)境中，AOI幫助進行錯誤檢測和過程控制的方法有很多種。通過使用行掃描相機，NIR正在發(fā)揮重要作用。
一種方法是背光和近紅外波長的發(fā)光檢測。在背光條件下，裂縫會分散光線，在光線背景下形成一條很容易探測到的暗線。傳感器需要2-8k像素的分辨率，7-14像素大小的分辨率才能檢測到這些缺陷。
另一種高效的測試技術(shù)使用電致發(fā)光或光致發(fā)光。在激發(fā)時，無論是電的還是光學(xué)的，硅在近紅外光譜中在1050
nm左右的波段發(fā)光。高分辨率機器視覺可以檢測到微裂紋，這些裂紋在由近紅外光源激發(fā)的圖像中表現(xiàn)為細小、黑暗的線條。
然而，這兩種技術(shù)并不完美?！皞鞲衅骱拖鄼C的選擇是開發(fā)用于背光源微裂紋檢測的AOI系統(tǒng)的關(guān)鍵，”星飛解釋道。
“挑戰(zhàn)是電荷耦合器件(Ccd)圖像傳感器通常在近紅外波長下具有較低的量子效率(Qe)，從而導(dǎo)致相對較弱的信號。此外，相機系統(tǒng)的近紅外靈敏度差異很大。一些相機在900
nm處顯示出高達30-40%的QE，而另一些則可能要低得多。
硅近紅外發(fā)光效率低，輸出強度較弱。為了產(chǎn)生有用的圖像，相機需要集成使用的時間，往往是太長的在線機器視覺檢測，在當(dāng)今日益增長的生產(chǎn)線速度。樣品晶片通常需要使用固定區(qū)域掃描相機進行離線檢測.
為了滿足光電行業(yè)對高速成像系統(tǒng)的需求，傳感器開發(fā)商和制造商不斷尋找更好的替代方案。一種方法是使用一種基于砷化銦(InGaAs)的傳感器，它在1.1m處具有更高的靈敏度，而不是使用硅CCD。不幸的是，這項技術(shù)也非常昂貴。
一種叫做時間延遲和集成(Tdi)的技術(shù)，與高分辨率行掃描機器視覺攝像機相結(jié)合，創(chuàng)造了一種有潛力應(yīng)對太陽能電池制造商目前面臨的許多挑戰(zhàn)的系統(tǒng)。線掃描技術(shù)可以捕獲晶片的圖像，這些晶片正以生產(chǎn)線的速度穩(wěn)定地沿著傳送帶移動。采用“多次曝光”技術(shù)，TDI相機有效地獲得了更高的響應(yīng)率和更好的信噪比。
Teledyne
DALSA巧妙地結(jié)合了關(guān)鍵要素–在NIR和TDI技術(shù)中增強的QE–當(dāng)它開發(fā)其Piranha HS
NIR行掃描相機時。目前在生產(chǎn)中，其響應(yīng)率可與基于InGaAs的系統(tǒng)相媲美，但具有更高的成本效益(見“單攝像機可見和近紅外成像”和“延時和集成技術(shù)”)。
“Piranha HS
NIR的TDI技術(shù)能夠在保持低噪聲性能的同時，使靈敏度提高數(shù)量級的多次曝光–這是高速和低噪聲應(yīng)用的理想選擇?！?
機器視覺更多應(yīng)用了解
對一個行業(yè)的機器視覺檢測性能和效率產(chǎn)生重大影響的技術(shù)在其他領(lǐng)域引起了相當(dāng)大的興趣，這是不足為奇的。
NIR相機也被印刷行業(yè)用來機器視覺檢測用于制造鈔票的紙上的安全特性。紙幣的生產(chǎn)正變得越來越復(fù)雜。貨幣通常在多個地方印刷，但仍然必須符合一套嚴格的印刷要求。
紙幣還包括一系列安全功能，如嵌入磁條和水印，必須機器視覺檢測印刷過程，以確保它們符合特定標準。
“用可見光來機器視覺檢測紙幣上的水印是很困難的，所以這類應(yīng)用經(jīng)常使用近紅外光譜(NIR)，”邢飛解釋說。
通常，系統(tǒng)使用一種驅(qū)動機制組合，通過CCD線陣來攜帶紙張，該陣列捕獲模式的可見圖像和近紅外圖像，并對照存儲的模板進行機器視覺檢測。
機器視覺檢測質(zhì)量
現(xiàn)在每個國家對紙幣進行嚴格機器視覺檢測，但機器視覺檢測用于保護藥品的包裝也是必不可少的，還有一個特別具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用是驗證盲文浮雕的結(jié)構(gòu)。
據(jù)設(shè)在英國的制藥公司稱，自2005年10月以來，歐洲聯(lián)盟(歐盟)成員國一直被要求制定符合歐盟第2001/83/EC號指令的立法。這就要求所有在2005年10月30日后授權(quán)的產(chǎn)品必須帶有盲文識別。2009年5月，國際雕刻和模具制造協(xié)會宣布了“CAN-Am盲文”-一套在美國和加拿大包裝上使用盲文的指導(dǎo)方針和建議。
藥品包裝制造中的小故障可能造成危險后果。例如，一個盲點太小，或不夠高，可能會混淆，甚至不正確地表示藥物和劑量的信息。因此，制造商必須實施徹底的機器視覺質(zhì)量控制程序，以消除錯誤。
盲文字體的點高對未經(jīng)訓(xùn)練的手指是看不出來的，因此字符通常是通過機器視覺檢測來評估的，但這會造成損壞，而且耗時。作為另一種選擇，光學(xué)機器視覺檢測系統(tǒng)可以可靠地識別盲文點并評估它們的觸覺質(zhì)量。
可見光不能用來機器視覺檢測這些點，因為使用的一些材料是透明的，所以一種方法是使用近紅外光譜。通過這種方式，制造商可以保證100%的包裝機器視覺檢測。
機器視覺應(yīng)用在藥品和生命健康
NIR技術(shù)不僅適用于包裝，也適用于其所含的藥物。在藥品生產(chǎn)中，它被用于質(zhì)量控制，正如北美銷售副總裁布拉德·芬尼(BradFinney)所解釋的那樣。
Nir是用來機器視覺檢測藥片的。它觀察活性成分的物理位置，或者它是如何在整個藥片中分布的。雖然它沒有用于生產(chǎn)線的速度，但它能夠分析從生產(chǎn)運行中采集的樣品。
芬尼接著說：“在醫(yī)療生命健康領(lǐng)域，光學(xué)相干斷層成像(OCT)是NIR的一個成熟應(yīng)用，它被用來獲取病人視網(wǎng)膜的圖像。在虛擬組織學(xué)中，它在需要更深的組織滲透的領(lǐng)域中的應(yīng)用代表了一個即將到來的市場細分，目前的研究和開發(fā)工作正在研究如何將這項技術(shù)從實驗室?guī)У揭粋€主流的商業(yè)環(huán)境中，通過幫助檢測和分析皮膚表面或附近的腫瘤來診斷黑色素瘤和乳腺癌。數(shù)字病理學(xué)中的樣品和幻燈片也需要NIR靈敏度，這依賴于特殊的熒光染料。
最后了解視覺檢測
除了在半導(dǎo)體工業(yè)中使用外，NIR成像還可以為快速發(fā)展的印刷電子工業(yè)提供一種基于有機材料的電路完整性機器視覺檢測的有效方法，邢飛說。
印刷電子學(xué)是電功能元件或光學(xué)油墨，它們沉積在基板上，以產(chǎn)生有源或無源器件，如薄膜晶體管或電阻。
預(yù)計這種生產(chǎn)技術(shù)將為柔性顯示器、智能標簽和動畫海報等應(yīng)用帶來廣泛、低成本、低性能的電子產(chǎn)品，因此，對于目前正在開發(fā)和銷售NIR成像系統(tǒng)的公司來說，有潛力成為一個巨大的市場。
基于NIR技術(shù)的相機系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)展，并在不斷擴大的應(yīng)用中得到應(yīng)用–其中一些已經(jīng)建立起來，而另一些還處于發(fā)展階段。
最近研究人員表明，NIR/SWIR機器視覺檢測的性能優(yōu)于超聲波熱成像和光脈沖/鎖定熱成像，這些實驗的目的是分析玻璃纖維增強塑料(GFRP)在制造過程中可能出現(xiàn)的各種缺陷–如脫層、孔隙率、不理想插入件和材料不連續(xù)性。GFRP通常用于航空航天工業(yè)質(zhì)量控制是最重要的部門，而且，基于國家清單報告的機器視覺檢測程序似乎再次顯示出其有用性。
