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【110年 應用案例】 光學產業AOI導入AI大躍進 徹底解決鏡片瑕疵檢測痛點

智慧型手機、遠距工作等宅經濟發威,資通訊產業暢旺,帶動光學產業蓬勃發展。然光學鏡片的瑕疵檢測多以人眼檢測進行,不僅耗時費力,受限於人眼容易疲勞,誤判率也是光學業者揮之不去的痛點。受惠於AI技術的演進,上暘光學導入繞射光學技術拍攝,以系統拍攝後影像為數據來源,導入AI模型訓練,並將攝像系統與影像辨識整合為一產線工作站,大大提升瑕疵辨識率高達90%以上。

台灣光學產值佔全球10% 精密光學應用範圍日廣

光學產業為消費性電子之主流產品,於2019年即使台灣受中美貿易爭端之影響,光電產值仍達463億美元,佔全球10%。其中,在「精密光學」部分,即佔新台幣870億元(約29億美元)產值。有鑑於智慧型手機鏡頭數目的增加,相較其他領域之衰退狀況,精密光學仍保有4%的持續成長。

自2000年夏普推出全球首款搭載後置11萬像素鏡頭的拍照手機開始,終端消費者即對智慧型手機攝像性能的要求不斷提高,且隨著網際網路5G高速網路的浪潮來襲,帶動擴增實境(AR)或虛擬實境(VR)等應用市場的活絡,其技術的創新與應用更為光學產業增添許多動能,而應用的領域更已從智慧型手機延伸普及至汽車、家庭娛樂等大眾民生市場。

光學鏡頭對於「精密光學」經濟發展密不可分,隨著半導體技術的不斷成熟、網路速度的不斷提高,光學鏡頭的運用不僅僅在智慧型手機、平板電腦、傳統相機、播映投影、民生車載領域,其在高精密製程之工程視覺檢測、安防應用的需求更是不斷高速成長。

光學鏡頭瑕疵檢測多以人工進行。

▲光學鏡頭瑕疵檢測多以人工進行。

「光學鏡片」為整體光機系統之必要零組件,其進料後與出貨前的鏡片光潔檢測不僅左右整體產線效能發展,對終端客戶的品質承諾影響更是不容小覷。 長期以來,光學產業多以人眼檢測進行瑕疵檢查,隨著生產量的持續提升,不僅人力成本持續上漲。隨著檢驗人員的年齡增長,視力逐漸衰退,誤判率更是年年增高。且近年人力招募困難,即使有幸招募,該檢驗技術養成不易,且訓練時間冗長,無法及時因應產線人力需求。

導入繞射光學技術及AI訓練模型 提升瑕疵辨識率達90%以上

現行市面充斥著大量自動化光學檢測系統,並具有多項針對鏡片瑕疵的實質案例。但經由上暘光學多年來的市場探勘與評估,該系統仍無法解決現行人工檢測之問題,其主要在於光學鏡片外型為曲面且透明,並不容易拍攝到各種瑕疵狀況,且一旦瑕疵周圍有其他雜光之干擾,判斷難度更高。且不同型號的鏡片都需依瑕疵狀況個別透過旋動打光、拍攝手法的調校方可進入到判別階段,人力耗費比例仍高居不下,並不符合效益成本。

藉此,經過經濟部工業局AI計畫執行團隊的媒合,小馬光學協助上暘光電建立有效瑕疵拍攝系統。由小馬光學提供精密繞射光學的指導,基於「光」波動的特性即可以統一鏡頭拍攝方式獲取鏡片瑕疵狀況。 現行市場拍攝系統多採幾何光學方式,幾何光學以直線光行進,對於鍍膜缺失、細微刮痕、液態髒污等瑕疵並不易拍攝。合作方案導入繞射光學技術拍攝,經過全角度的精密成像可達到比一般幾何光學元件更高的對比、更卓越的降噪程度,以獲取必要之瑕疵影像。

光學鏡頭刮傷瑕疵示意圖。

▲光學鏡頭刮傷瑕疵示意圖。

為提升本案更細緻的瑕疵檢測辨識率,上暘光學基於系統拍攝後影像為數據來源,導入AI模型訓練,並將攝像系統與影像辨識整合為一產線工作站,不僅提升瑕疵辨識率達90%以上,更有助於後續自動化產線發展。

此合作案的AI模型訓練由奕瑞科技提供,目前大部分廠商導入產線瑕疵檢查AOI的系統,大多採用OCR(光學字元辨識,是指對文字資料的圖像檔案進行分析辨識處理,取得文字及版面資訊的過程)技術,需要達到百分之百的精確度,沒有任何容錯的空間,導致誤殺的情況時常發生。

加入AI訓練模型之後,光學鏡頭瑕疵辨識率大大提升。

▲加入AI訓練模型之後,光學鏡頭瑕疵辨識率大大提升。

AI+AOI解決人力不足及誤判率過高兩大痛點

此次奕瑞科技與小馬光學合作,將奕瑞的AI系統搭載在小馬光學研發的光學檢測儀器,在光學檢測瑕疵上加入AI演算法,根據客戶提供的資料與需求,訓練AI模型辨識對於瑕疵的判定,可大幅提升判別的準確度,提生良率,並增加產線效率。透過上暘光學、小馬光學與奕瑞科技三方合作,將光學產業AOI導入AI,期望能徹底解決產業鏡片瑕疵檢測之痛點。

上暘光學自2019年設立生產線後,即希望導入智慧化生產模式。有鑑於公司營運持續成長,生產量持續提升,透過該成果的導入與拓展,將大幅減緩人力需求,更可因高準確判別率指標降低生產排程影響,進而提高生產效率。

上暘光學表示,由於開發成果落地,將可引領該技術推播至光學產業上下游業者,諸如上游光學鏡片原料供應商直至下游成品應用端,包含沉浸式遊戲設備、相關曲面玻璃產品、民生車載及安防攝像裝置等。

推薦案例

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AI輔助紅十字會 急難救助更智慧

多一點準備 少一點損失 社團法人台灣食物銀行聯合會,每日收集來自全台各地量販店、中盤商、零售商、製造商、甚至善心人士捐贈的愛心物資,也會搶救即將被丟棄的可食用物資,進行妥善調配並配送至需求的愛心戶手上,幫助在地弱勢邊緣戶。 當台灣發生天然災害時,如地震、山崩、土石流、颱風、水災、旱災等,食物銀行的各項物資,也可即刻投入救災。本次場域驗證單位社團法人南投縣紅十字會食物銀行據點之一,以下簡稱南投紅十字會承擔「備災」物資預前準備、「救災」物資分配等工作,協助政府擔負起災變的救助與賑濟的責任。 在臺灣各項天災均具有發生時間長短和空間覆蓋廣闊或狹隘的特性,加上極端氣候常態化,災害規模與數量逐漸增加,也更難預測。而不同災情所需的物資數量和種類皆有不同,且須應對不同災區人民生活、救援需要、交通狀況、地形限制等各項因素,進行多樣化的物資調配,亦面臨諸多挑戰。 卡努颱風重創南投山區交通 法治國小親愛村奧萬大進行物資遞送" src"httpsaihuborgtwimages35f4ec12f8201e1d7cb12e2f22a64c89jpeg" alt"南投縣紅十字會規劃山區路線 埔里法治國小親愛村奧萬大進行物資遞送" aria-label"南投縣紅十字會規劃山區路線 埔里法治國小親愛村奧萬大進行物資遞送" data-image-id"748" 南投縣紅十字會規劃山區路線 埔里法治國小親愛村奧萬大進行物資遞送 災難不斷反覆發生,我們需要時刻做好準備,有效「備災」可減緩災害所造成的衝擊,除了快速應對災區物資需求、賑濟物資,甚至可起到心理支持作用,使災區人民多一層生命財產的保障。 救災資訊缺乏即時性 社團法人台灣食物銀行聯合會為改善偏鄉生活及物資缺乏問題,除了與南投紅十字會合作,並陸續於南投市、埔里、仁愛力行、瑞岩、信義望美、同富、水里、鹿谷及草屯等共9站設立食物銀行據點,每月載運每戶等值新台幣6001000元之物資供應。但在天然災害發生時,仍有許多問題需要克服。 例如當颱風、地震、山崩等天災發生時,救災調度系統的資訊來源依賴於災害發生後的回報,從回報到應變再到執行過程中的時間差,無法及時以災區需求進行「救災」物資調整和分配,資訊缺乏即時性時,就會影響救援效率。 南投紅十字會的「備災」物資如乾糧、水、泡麵等存量、有效期限、發給都是以人力來紀錄,當災害發生時,可能面臨「備災」物資已過期,無法成為「救災」物資。 也有可能前述兩種狀況同時發生 造成花費更多時間把「備災」物資重新調配成可用「救災」物資。另一方面,民眾接到災區缺乏物資的訊息後,熱心捐贈的物資,時常與災區實際需求的物資品項差異甚大,容易造成物資過剩問題。 天災發生前後之物資作業流程 AI預判天災 補強備災物資調度正確性 應用 API 技術介接運算氣候狀態、災況搶救強度,並將南投紅十字會主要工作與搜救之需求地區為優先導入,並搭配南投紅十字會既有豪雨、颱風等模擬救災訓練,建立「天然災害緊急救備物資調度及補充決策系統」以下稱急救備物資系統。 在物資管理上,將物資庫存資料與即時供給的資料輸入急救備物資系統,進行比對分析後,協助南投紅十字會快速辨認物資,如餅乾乾糧、飲品、冷凍食品、衛生紙等,並判斷物資應成為「備災」物資或定期發放的物資。再加上資訊預判,了解偏鄉地區後續可能的災情狀況,進行食物遞送,同時解決前端食物浪費並解決後端實務需求。當天災發生時,可更快速進行應變與決策,完成物資部屬,使物資作業轉換速度增加20。 AI急救備物資系統 幫助物資調配快速應變 透過南投紅十字會的場域驗證將AI系統、物資管理、相關應用推廣至更多不同地區的急救難團體,同時持續改進急救備物資系統中的預警功能,加強預警技術基礎、提高預測精度系統即時性、優化數據收集和分析過程。 同時可與政府機構、氣象部門或其他救援團隊合作,研討整合更多數據源後,建立共享資源和數據的機制,及時共享信息,幫助更多急救難團體提高災難應變的能力,掌握黃金救援時間。

【導入案例】化身大型AIOT科技遊樂場 海科館華麗轉身好吸睛
化身大型AIOT科技遊樂場 海科館華麗轉身好吸睛

臺灣是一個海洋國家,你去基隆八斗子漁港或潮境公園遊玩時,是否順道去占地48公頃的國立海洋科技博物館探索海洋世界的奧秘呢為了讓更多人親近海洋科技,基隆海科館導入科技服務,將場館化身為一個大型科技遊樂場,讓大小朋友都樂不思蜀,充分發揮「寓教於樂」的功能。 歷經長時間的規劃,北臺灣最大的基隆海洋科技博物館於2014年元月開幕營運,館內以海洋教育科技為主題,號稱擁有全臺最大的IMAX 3D海洋劇場,主題具有獨特性、又擁有新穎的視廳設備,理應成為基隆知名的地標景點。然而,原先的展覽規畫以靜態為主,內容相當專業,與民眾互動不足,曾經前往參觀的遊客也反映展出內容有限且十分無趣,整體消費者體驗評價欠佳。 海科館不滿意的前3項為周邊景點連結弱、展示內容不吸引人、展示內容少 根據海科館的統計數據顯示,海科館遊客結構當地民眾與外來客的比重約為 64,其中外地遊客以北部居多;交通方式以開車與客運方式為主;出遊類型以家族、親子、朋友居多;逗留時間為 1至2 小時。 再深入了解,遊客感到不滿意的前3項分別為周邊景點連結弱、展示內容不吸引人、展示內容少等,館方分析可能的原因包括部分展示內容的呈現方式過於專業,讓民眾看不懂,以及缺發互動體驗的元素,讓參展民眾覺得無趣,停留的時間匆促而短暫。分析遊客的輪廓可以發現,由於基隆科博館主要客源有半數以上來自於當地民眾,外來客必須以開車或大眾運輸方式前來,來一趟並不是那麼容易,因此,場館與展覽的設計必須導入更多的互動性及趣味性,讓本地客願意一來再來,外地客的停留時間也能拉長一點。並透過科技服務將博物館特色凸顯出來。 經由經濟部工業局AI團隊之一中華民國資訊軟體協會引薦,海科館就委託巨鷗科技協助解決場館無法吸引人的問題。 巨鷗科技初步訪談之後發現,許多遊客前往海科館,大多是受到海科館建築外型、周邊牆面所張貼的告示及懸掛的旗幟、或正在舉辦的活動所吸引;而遊客最感興趣的為 3D 海洋劇場,顯示內容以影音、實體景方式呈現較能吸引遊客。 七大AI科技導入 海科館帶動區域觀光人潮 巨鷗科技透過科技服務的導入,將占地48公頃的場域設計成AI語音導覽、尋寶解謎遊戲、AI展物互動活化、AI空間展館互動體驗、AI人流管控、Face AI互動式體驗、AI語音客服系統等7大服務,藉由AIoT物聯網以及雲端科技讓看展變有趣、不僅解決孩童靜態看展無趣的議題,並可提升雙倍學習效率,讓消費者對海科館的印象改觀,大大提升來客意願,也同步拉升區域觀光人潮。 國立海洋科技博物館導入AI語音導覽等七大科技應用服務。 巨鷗科技以改善海科館空間場域優化為目標,透過臺灣北部海濱鳥類特展的展覽背景為雛形,結合包括「人臉」、「肢體」、「人流」三大主軸,從提升功能的面向,來協助改善海科館對AI的應用。 在具體作法上,海科館及巨鷗科技首先針對場域內的特展進行篩選,先避免在已展出的展覽內進行水電工程、管路等相關建置,影響到展覽本身的觀看品質,轉而找出展期未到的場館先行導入,透過展覽本身的特點搭配一系列的科技服務進行導入。 在海科館內臺灣北部海濱鳥類特展施工內容與策展人討論,初步在展館入口處利用Bella X1做迎賓互動說明,接著搭配AI智慧導覽中文英文X1進行講解,搭配趣味性尋寶解謎集章活動-APP X1,讓民眾闖關,後續將鳥類特展內鳥種進行標本活化互動X1、甚至在展覽空間中導入AR之情境X1增添趣味性娛樂,最後在Face AI做人臉之互動測試臉部進行微笑打分數。nbsp 華麗變身後的海科館將成為親子最佳旅遊地點。圖海科館FB粉絲頁 海科館這套AIoT服務未來可延伸運用於各大展覽類博物館,甚至擴及到靜態美術館等地區,依據不同場域特點導入。同時也可透過政府專案及相關計畫推動,幫助農村再生,讓遊客不再只是去農村看看而已,添加趣味互動以擺脫對不同場域的刻板印象,應用服務範圍十分廣泛。

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測試座接觸元件 AI 智能瑕疵檢測

在 5G、AIOT、汽車電子等下游發展迅速,全產業鏈有望受益於此消費市場。在產品需求動能逐漸增加的情況之下,提高生產效率與降低作業成本成為最重要的課題。為符合客戶各封裝產品類型的需求,穎崴科技一直致力於研發高度客製化測試座,但衍伸的作業痛點則是無法大批量與機台全自動化的作業,部分作業仍需依賴人工執行。 在本案 2021 年時測試座探針部分是委外製造,對現行與未來的大量需求下工時、成本、供給、品質是穎崴需面臨的課題。nbsp因探針的體積較小且材質屬於金屬類型,在現行人力目檢下需花上較多的時間調整焦距、亮度等以確保能看得清晰並判斷,而判斷標準會因人而異,容易因主觀意識或人員目檢疲勞產生誤判、作業疏失,導致不良品未檢出、流入客戶端手中,使客戶使用本公司的測試座產生誤判結果,導致客戶產品功能失效等問題,進而影響本公司的商譽。 本公司在接觸元件檢測良率為 9995,看似高良率,但以一個品檢人員平均一天能檢測 1 萬根針,不良品就有 5 根針,在僅 3 公分長寬的測試座上約有 1 千根針,只要有一根不良針可能導致客戶端測試不良。因現有作業模式為人力目檢,當外在因子若為人員疲勞,人員作業疏失,人員非量化判定即有可能造成不良品流出,因此接觸元件的品質必須嚴格把關。 nbsp曾尋求以光學檢測Rule-based進行外觀品質控管,但接觸元件材質為金屬製,對光線會產生射散、背景雜訊干涉、背景刮痕、材質等因素可能造成誤判,因而找到在 AI 技術方面的資服業者來解決我們的檢測難處。 開發 AOI 專用線掃設備 nbsp為了達成本公司 IC 測試座內動輒數千上萬支探針檢測需求,若以傳統面型取像與逐針取像,勢必因取像速度慢無法達到快速檢測以及節約人力的目標。針對此點,資服業者提出可試用 AOI 專用線掃模組方案,以 X 軸 63mm 為面寬,往復掃描測試座上的所有探針,經測試可一次掃描 89 支探針如下圖,大幅提升未來 AOI 機台的檢測效率。nbsp本案將進行上述創新的概念驗證POC,重點於線掃描設備的開發,針對本公司所提供的正常與異常探針進行取像、學習、訓練,先以逐針取像,訓練初步 AI 模型為驗證目標,以達初步認可。 本案客製化開發的線掃描取像模組 未來理想取像結果示意圖 以單一 AI 技術方案解決量檢測需求 nbsp統一以 AI DL CNN 學習方式,取代現行 Rule based 需逐一定義瑕疵,為滿足磨耗的量測需求與缺損異物的外觀瑕疵檢測需求,如機台同時採用採量測檢測兩套技術,除了成本增加外,亦影響檢測速度,則資服業者建議以線掃描設備取像,其解析度足以由 AI 同時判定外觀瑕疵及以大小圓點判斷針頂磨耗狀況,詳如下圖。 以線掃描像素方式,呈現針頂磨耗情形 nbsp依此 AI 檢測技術能符合穎崴的量測與檢測兩項需求,不僅在未來探針檢測上帶來更多的效益,也在 AI 技術方面帶來創新主軸。 改變人檢方式,提升工作效率與產品品質 經以上述硬軟雙劍合璧後線掃描硬體AI 軟體模式訓練,成功挑戰了 AOI 新興檢測應用,經本案 AI 落地 POC 驗證後,包含客製化線掃描模組及初步 AI 模型開發、驗證,計畫明年正式開發 AOI 機台,並導入 IC 測試座生產線。 未來展望 IC 測試座上游探針業者及下游 IC 廠使用者對 AOI 檢測機台均有需求,上游可確保探針出廠品質,下游使用者則可利用本機台定期檢測手中諸多 IC 測試座使用狀況,對未來需求勢必殷切,故本計畫 AOI 機台對 IC 測試產業於可見的未來必將造成極為正面的影響。