延續(xù)自21世紀(jì)初臺(tái)灣推動(dòng)兩兆雙星產(chǎn)業(yè)以來，不僅成功導(dǎo)入2D/3D自動(dòng)光學(xué)檢測設(shè)備，提高產(chǎn)品良率。到了邁向工業(yè)4.0時(shí)代，機(jī)器視覺更扮演了傳感器角色，在製程中蒐集資訊，並結(jié)合協(xié)作機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)引車自主移動(dòng)；如今還可望結(jié)合人工智慧，擴(kuò)大於投入PCB、Mini LED等次世代產(chǎn)業(yè)應(yīng)用來提升價(jià)值。

除了過去傳統(tǒng)「自動(dòng)光學(xué)檢測（Automated Optical Inspection；AOI）」，係指透過光學(xué)系統(tǒng)來取得成品的表面狀態(tài)，再藉電腦影像處理技術(shù)來檢出異物或圖案異常等瑕疵，得以在現(xiàn)今越來越精密，又不容許接觸檢測的製程中取代人工目測，透過非接觸方式在製程中就檢查半成品的尺寸、瑕疵。

因此，對(duì)於2D/3D自動(dòng)光學(xué)檢測設(shè)備需求大增，在高精度光學(xué)影像檢測系統(tǒng)架構(gòu)，包含光源、光學(xué)鏡頭，以及定位量測、光源照明補(bǔ)償、影像處理識(shí)別等技術(shù)，以避免如晶圓、LCD面板、LED光電等高價(jià)值產(chǎn)品一旦出現(xiàn)瑕疵，損失將難以估計(jì)。

圖1 : 傳統(tǒng)AOI係指透過非接觸光學(xué)系統(tǒng)來取得成品的表面狀態(tài)，再藉電腦影像處理技術(shù)來檢出異物或圖案異常等瑕疵，在製程中就檢查半成品的尺寸、瑕疵。（source：advcloudfiles.advantech.com）

直到邁向工業(yè)4.0時(shí)代，各國智慧製造趨勢崛起，對(duì)於產(chǎn)品的品質(zhì)全檢要求越來越高，機(jī)器視覺更扮演了視覺傳感器的角色，要求可安裝於各工作站檢測及蒐集所有生產(chǎn)步驟資訊來管控品質(zhì)，甚至搭配工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行高速全檢作業(yè)。

如今還結(jié)合了協(xié)作機(jī)器人的手、足部的自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV），組成自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR-Autonomous Mobile Robot；AMR），透過視覺導(dǎo)引來彌補(bǔ)其精度不足，並符合ISO安全規(guī)範(fàn)。進(jìn)而上傳雲(yún)端，待蒐集足夠大數(shù)據(jù)供軟體模擬、分析、演算，建立人工智慧（AI）加值應(yīng)用所需資料庫。

整合AOI智慧化元素　為自主機(jī)器人點(diǎn)睛開光

如依精密機(jī)械研發(fā)中心（PMC）技術(shù)總監(jiān)蕭仁忠分析現(xiàn)今製造業(yè)演進(jìn)趨勢，依序?yàn)椋捍罅可a(chǎn)、大量客製化到「彈性客製化」，除了因此要求機(jī)械設(shè)備須能自主移動(dòng)、產(chǎn)線重組來調(diào)整產(chǎn)能，以因應(yīng)不可預(yù)測的頻繁生產(chǎn)變動(dòng)需求，也考驗(yàn)著工業(yè)機(jī)器人適應(yīng)彈性生產(chǎn)的能力，以壓低耗費(fèi)時(shí)間及成本的門檻，使之正式成為生產(chǎn)線的核心要角。

其次是「智慧化」，不僅可利用擬人的感官（感測器）蒐集外部資訊，與思維（AI）技術(shù)進(jìn)步來強(qiáng)化自我認(rèn)知及學(xué)習(xí)能力，加速製程設(shè)備AI化，還要能協(xié)助業(yè)者設(shè)備及產(chǎn)線升級(jí)轉(zhuǎn)型，以判斷並及早因應(yīng)周遭環(huán)境和生產(chǎn)情境之外；並應(yīng)用AI供應(yīng)鏈串流數(shù)位技術(shù)，帶動(dòng)相關(guān)上下游產(chǎn)業(yè)成長，達(dá)到AI應(yīng)用複製擴(kuò)散的效果，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)，提高競爭力及效率。

「虛實(shí)一體化架構(gòu)」，係將AR/VR、雲(yún)端服務(wù)等數(shù)位科技結(jié)合實(shí)體各式各樣設(shè)備，再透過IoT聯(lián)網(wǎng)串連虛擬端，整合不同專業(yè)領(lǐng)域（Domain knowledge）技術(shù)，都能在虛擬端完整重現(xiàn)實(shí)體端的行為，進(jìn)而開發(fā)智能加值模組來監(jiān)控整線，提高生產(chǎn)效率。

這也迎合未來智慧機(jī)器人發(fā)展的5大趨勢之一，即除了傳統(tǒng)搬運(yùn)取放之外，機(jī)器人還要融入AI及視/觸覺感測系統(tǒng)等智慧元素，以學(xué)會(huì)更多新技巧來克服越來越多艱鉅任務(wù)；在智能工廠裡也會(huì)有越多工作型態(tài)，如納入安全協(xié)作型機(jī)種（co-robot），以大幅減省占用空間、操作複雜度，能重新自行規(guī)劃夾治具配置，以最短cycle time導(dǎo)入生產(chǎn)線，或者經(jīng)過IoT與AGV結(jié)合為一體的自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）；進(jìn)而持續(xù)跨足新興自動(dòng)化市場應(yīng)用，例如食品、紡織、塑橡膠產(chǎn)業(yè)等。

加上因機(jī)器人具備可節(jié)能特性，更有助於減少碳足跡，得以直接降低生產(chǎn)能耗，或透過更高精度、穩(wěn)定性來減少廢品和不合格品，對(duì)於投入與產(chǎn)出資源的比率造成積極影響。如受到這波疫情衝擊，凸顯全球化供應(yīng)（長）鏈的弱點(diǎn)而易見，機(jī)器人也有助於強(qiáng)化生產(chǎn)力、靈活性和安全性，打造更安全供應(yīng)（短）鏈，從而解決旅行限制、供應(yīng)鏈中斷和其他供應(yīng)方問題，同時(shí)滿足資通訊、醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的旺盛需求。

圖2 : 除了傳統(tǒng)搬運(yùn)取放之外，機(jī)器人還要融入AI及視/觸覺感測系統(tǒng)等智慧元素；與AGV結(jié)合為一體的自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR），以學(xué)會(huì)更多新技巧來克服越來越多艱鉅任務(wù)。（source：i.ytimg.com）

但蕭仁忠坦言，現(xiàn)今機(jī)器人要面對(duì)的挑戰(zhàn)，還包含環(huán)境適應(yīng)、多機(jī)合作、協(xié)作安全、精度提升、IoT整合、虛實(shí)一體等。過往為了提升對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力，而導(dǎo)入影像視覺感測器應(yīng)用（eye to hand vision），係利用固定式視覺來提供機(jī)器人取放及周邊環(huán)境資訊，優(yōu)點(diǎn)是可視範(fàn)圍廣，可判斷是否有人或異物侵入干涉，卻造成容易被機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)遮蔽，無法精確定位的缺點(diǎn)。

目前改裝為eye in hand型式，則將鏡頭安裝於機(jī)器人手臂末端，得以補(bǔ)償絕對(duì)精度的誤差，避免遮蔽機(jī)械視覺的視野，進(jìn)而利用機(jī)器人挾帶機(jī)器視覺進(jìn)行多角度取像，再將之結(jié)合運(yùn)算，以重建物體形狀。如川田工業(yè)（KAWADA）開發(fā)的Nextage機(jī)器人，在頭部及雙臂都搭載了機(jī)械視覺，前者用來辨識(shí)物體在工作環(huán)境及空間的初略位置，以及後者來補(bǔ)償頭部鏡頭的計(jì)算誤差，以精準(zhǔn)定位出物體的位置。目前包含：ABB、YASKAWA、EPSON等大廠，均以擬人化雙臂機(jī)器人（Dual Arm Robot）搭配視覺技術(shù)，來執(zhí)行組立作業(yè)。

圖3 : 為了提升對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力，而導(dǎo)入影像視覺感測器並改裝為eye in hand型式，將鏡頭安裝於機(jī)器人手臂末端，得以補(bǔ)償絕對(duì)精度，避免遮蔽機(jī)械視覺的視野（source：invision-news.com）

另外，為了彌補(bǔ)協(xié)作型機(jī)器人在速度、精度先天不足，搭配AI、AOI功能變得更為重要，才能被真正導(dǎo)入組裝、檢測應(yīng)用。日系機(jī)器人大廠FANUC不僅早在該公司SCARA機(jī)器人搭配自主開發(fā)的視覺感測器，或是其他AOI大廠的硬、軟體產(chǎn)品，毋須外接運(yùn)算伺服器或PC，即可進(jìn)行2D補(bǔ)償位置/3D追蹤辨識(shí)等作業(yè)。

經(jīng)常用於高階3D AOI系統(tǒng)的散亂堆放及隨機(jī)取放應(yīng)用的3D Bin-picking功能，只要簡單設(shè)定，劃設(shè)活動(dòng)範(fàn)圍，就能自行判斷、檢測、辨識(shí)物件，而不必在新增種類時(shí)追加教導(dǎo)設(shè)定，提高效率、縮短時(shí)間，適用於多樣少量生產(chǎn)。

打造人性化智慧工廠　經(jīng)AOI協(xié)助設(shè)備及品質(zhì)診斷

此外，隨著國際上跨區(qū)分工生產(chǎn)、組裝供應(yīng)鏈破碎的風(fēng)氣愈盛，未來企業(yè)對(duì)於產(chǎn)品製程的監(jiān)控必定是逐步朝向數(shù)位轉(zhuǎn)型、跨國監(jiān)控等模式。即使是在美中貿(mào)易戰(zhàn)、疫情連續(xù)衝擊下，諸多企業(yè)的業(yè)績難都受到影響，但在最近取代快時(shí)尚品牌優(yōu)尼庫（Uniqlo）創(chuàng)辦人柳井正，成為日本首富的自動(dòng)化設(shè)備大廠基恩斯公司（Keyence）創(chuàng)辦人瀧崎武光，仍在最新發(fā)布的2018年度財(cái)報(bào)依舊傲視群雄，與美國康耐視公司（COGNEX）壟斷全球一半以上的機(jī)器視覺市場。

除了歸功於前者採用無工廠、直銷模式，創(chuàng)造高達(dá)54%營利率，已超越工具機(jī)大廠FANUC的26%營利率，可見利潤豐厚；又以8.1兆日?qǐng)A（約1,670億美元）市值排名日本第4，僅次於豐田汽車、軟銀控股和日本電信電話（NTT），都代表著疫情引發(fā)財(cái)富重分配的範(fàn)例。

回顧臺(tái)灣傳統(tǒng)AOI檢測廠商重要的分水嶺之一，也因應(yīng)2006年iPhone問世以來，蘋果公司（Apple）為了管理旗下龐大供應(yīng)鏈體系，要求組裝代工廠的來料皆須經(jīng)過全檢，以確保品質(zhì)一致，也促成AOI業(yè)者為此開發(fā)專屬快速全檢設(shè)備。

加上2016年Alphago以Deep learning技術(shù)，擊敗人類棋士而帶來啟發(fā)，可望藉此突破高反光/透光材質(zhì)等瑕疵檢測技術(shù)的瓶頸，促使業(yè)者趁機(jī)結(jié)合AOI+AI技術(shù)發(fā)展，並推出一系列3D內(nèi)外部瑕疵/尺寸檢測設(shè)備，以擷取正確影像數(shù)據(jù)分析來判定品質(zhì)及智能化生產(chǎn)，逐步邁向無人化工廠。

歷經(jīng)從2018年至今，美中貿(mào)易戰(zhàn)、疫情接踵而來，擴(kuò)大供應(yīng)鏈在地化重組需求，勢必建立具備可快速移動(dòng)與韌性的智慧化半自動(dòng)（人性化）生產(chǎn)線，既減少人力，又不必過度仰賴?yán)蠋煾到?jīng)驗(yàn)。工研院也順勢提供臺(tái)灣中小企業(yè)導(dǎo)入智慧製造的關(guān)鍵技術(shù)元素，包含：

1.物聯(lián)網(wǎng)建立通訊讓語言統(tǒng)一，可讓廠內(nèi)設(shè)備之間，或與人、系統(tǒng)溝通無礙；

2.設(shè)備品質(zhì)醫(yī)生，以隨著自動(dòng)化程度增加，更應(yīng)精確掌握、預(yù)測設(shè)備壽命；

3.產(chǎn)品品質(zhì)醫(yī)生，不再像過去須仰賴?yán)蠋煾到?jīng)驗(yàn)，而可以改用機(jī)器視覺等工具協(xié)助辨識(shí)；

4.智能產(chǎn)線用來整合實(shí)現(xiàn)智能控制，以實(shí)現(xiàn)最佳化參數(shù)操作而節(jié)能省水。

藉此結(jié)合工業(yè)AI平臺(tái)、產(chǎn)線布局等，利用產(chǎn)線動(dòng)態(tài)模擬工具，讓自動(dòng)化產(chǎn)線效率最快達(dá)到最佳化；利用機(jī)上盒（SMB）、通訊標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)網(wǎng)來掌握產(chǎn)品（AOI）/設(shè)備（PMS）品質(zhì)，從而建立AI智能系統(tǒng)最佳化製程參數(shù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)即時(shí)調(diào)控。工研院機(jī)械所工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組組長吳志平強(qiáng)調(diào)：「智能產(chǎn)線與智慧機(jī)械最大不同，在於能涵括從前段產(chǎn)品設(shè)計(jì)、製程設(shè)備、量/檢測，直到後段產(chǎn)品組裝、性能檢測等先進(jìn)製程最佳化控制。」

其中，針對(duì)掌控「產(chǎn)品品質(zhì)」所需的智慧視覺技術(shù)，包含：視覺、影像處理、AI等，工研院藉此發(fā)展相關(guān)2D/3D形貌缺陷檢測技術(shù)、尺寸/曲度/粗糙度檢測技術(shù)，進(jìn)而在不同情境利用2D+AGV視覺導(dǎo)引定位（VGR）自動(dòng)上下料、3D物件辨識(shí)及檢測技術(shù)，可讓機(jī)器人隨機(jī)精準(zhǔn)取物（RBP）。基於製程前後兩端須透過機(jī)器人+AGV，加裝眼睛、皮膚、手指、腳等感測器以自動(dòng)上/下料、隨機(jī)精準(zhǔn)取物，不必編寫就能自動(dòng)產(chǎn)生路徑程式，以串聯(lián)各站物流。

對(duì)於高反光/透光工件，則得以縮短檢/量測時(shí)間、減少人力需求，並提高檢測正確率，甚至可將數(shù)據(jù)回饋設(shè)備，優(yōu)化製程參數(shù)。吳志平進(jìn)一步指出，目前AOI雖在半導(dǎo)體、面板、PCB、太陽能等產(chǎn)業(yè)普遍應(yīng)用，但在PCB產(chǎn)業(yè)還須採取人工複檢。所以工研院將之更改為AOI結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)的仿生式複判流程策略「AOI2」。

既有別於過去，須靠機(jī)器學(xué)習(xí)瑕疵來排除不良品，雖然採用最嚴(yán)格參數(shù)，讓漏檢率接近於0，卻造成大量被誤檢產(chǎn)品。目前則將之改為學(xué)習(xí)辨識(shí)良品特徵，使誤殺率趨近為0，又毋須更動(dòng)原設(shè)備架構(gòu)，即可兼顧低漏檢率、低誤殺率，從而縮短檢測設(shè)備調(diào)機(jī)時(shí)間。

圖4 : 針對(duì)掌控「產(chǎn)品品質(zhì)」所需的智慧視覺技術(shù)，包含視覺、影像處理、AI等，可改為學(xué)習(xí)辨識(shí)良品特徵，使誤殺率趨近為0，又毋須更動(dòng)原設(shè)備架構(gòu)，從而縮短調(diào)機(jī)時(shí)間。（source：automate.org）

AOI擴(kuò)大應(yīng)用後勢可期　跨足PCB、半導(dǎo)體封測市場

面對(duì)近年來無線通訊網(wǎng)路開始進(jìn)入5G/6G高速傳輸時(shí)代，要求高效運(yùn)算（HPC）裝置微型化，期待藉由縮小體積優(yōu)勢，開創(chuàng)出更多應(yīng)用需求。根據(jù)臺(tái)灣電路板協(xié)會(huì)（TPCA）最新發(fā)布2021年上半年臺(tái)商兩岸PCB產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值高達(dá)3,557億新臺(tái)幣（約為126.21億美元），創(chuàng)下歷年上半年同期新高。

惟若進(jìn)一步細(xì)分產(chǎn)品時(shí)，可發(fā)現(xiàn)在臺(tái)灣PCB產(chǎn)業(yè)Q2產(chǎn)值除了軟硬結(jié)合板持續(xù)下滑之外，其他IC載板、多層板、單雙面板、HDI、軟板等品項(xiàng)皆維持成長趨勢。被歸類於銅箔基板的ABF載板從前被普遍應(yīng)用於CPU、GPU等高端晶片，也曾在10年前因?yàn)橹腔坌褪謾C(jī)橫空出世，早期還用不到ABF載板產(chǎn)出的高端晶片，而沉寂一段時(shí)間。

直到近年來市場上對(duì)於傳輸訊息速度、效率提升與技術(shù)上的突破，讓高效能運(yùn)算新應(yīng)用逐漸浮出檯面，如今ABF已能跟上半導(dǎo)體先進(jìn)製程的腳步，達(dá)到細(xì)線路、細(xì)線寬/線距的要求，造成需求在短期大量增加，也讓ABF載板處於供不應(yīng)求的狀態(tài)。

因?yàn)锳BF與類載板的製程品質(zhì)提升，並適應(yīng)多樣化產(chǎn)品生產(chǎn)的機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)，於前段製程執(zhí)行In-process檢測＋大數(shù)據(jù)分析立即回饋，再搭配AI智慧決策系統(tǒng)、專家知識(shí)庫及資安解決方案，確保品質(zhì)；在後段製程執(zhí)行即時(shí)檢測＋填/疊孔、高階HDI雷射打孔的精度最佳化分析，有效回饋生產(chǎn)結(jié)果，提升品質(zhì)及穩(wěn)定性，導(dǎo)入半導(dǎo)體、PCB及Mini LED等次世代產(chǎn)品封測應(yīng)用。

圖5 : 因應(yīng)ABF與類載板的製程品質(zhì)提升，並適應(yīng)多樣化產(chǎn)品生產(chǎn)的機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)，在後段製程執(zhí)行即時(shí)檢測＋填/疊孔、高階HDI雷射打孔的精度最佳化分析，提升品質(zhì)及穩(wěn)定性。（source：engineeredmechanicalsystems.com）

臺(tái)灣除了由田新技公司（UTECHZONE）過去致力於顯示器產(chǎn)業(yè)，而在均衡化電路板、半導(dǎo)體與顯示器產(chǎn)品的組合配置後，隨著5G應(yīng)用逐漸明朗，對(duì)於高階載板與車用晶片需求強(qiáng)勁，帶動(dòng)PCB業(yè)者與封測業(yè)者的高速成長。該公司趁機(jī)把握市場趨勢，目前在產(chǎn)品營收表現(xiàn)上，載板檢測市場仍是由田營收成長的重要基石，晶圓級(jí)封裝設(shè)備則將成為支持下一波營收成長的強(qiáng)勁動(dòng)能之一。

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