CN102171553A - 孔洞检测方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种孔洞检测方法及其装置，该检测装置包括一照明器，以利将照明光束指向一具备两个端点及延伸在该两个端点间一内部表面的孔洞；该检测装置同时也包括一镜头总成，以利将该孔洞该内部表面投射成二维影像；该镜头总成具备一圆柱型视界，同时也具备一圆柱型景深，该圆柱型景深至少在该孔洞该两个端点之间延伸；该检测装置进一步包括一影像捕捉设备，以利捕捉该二维影像以及一影像处理设备，以利执行该二维影像检测，进而检测该孔洞该内部表面；更具体而言，在该孔洞两个端点间延伸的该内部表面沿着该二维影像充分聚焦。

Description

孔洞检测方法及其装置
技术领域
本发明系涉及一种对象的检测装置与方法，更具体而言，本发明系涉及检测对象孔洞内部表面的装置与方法。
背景技术
许多制造商都会定期检测所制造之产品，此为典型的质量管理措施，用来鉴别瑕疵产品，进而控制所制造产品的质量。
许多产品必须检测其内部表面，例如螺孔等。一般而言，传统的孔洞检测方法系运用摄影机捕捉孔洞内部表面，摄影机与受检测产品通常必须相对转动，以期能够获得内部表面完整的视界。
许多情况下，摄影机与受检测产品通常必须相对转动360°，当摄影机与受检测产品完成360°转动后，摄影机能够捕捉受检测产品内部表面完整的影像，然后利用所捕捉受检测产品内部表面的影像鉴别产品可能的瑕疵。
然而传统孔洞检测方法必须使摄影机与受检测产品相对转动，是一种极为耗费时间检测方法。
另外，因为传统检测方法必须让摄影机环绕着受检测产品转动，因此必须设计一个转动机械装置，是一种极为耗费成本的检测方法。同时因为转动机械装置会产生振动，也会影响传统检测方法影像的质量。
而且，执行传统孔洞检测的系统并不具备足够之聚焦深度，导致传统孔洞检测系统所捕捉影像产生散焦问题，同时也会影响影像质量，并产生影像失真问题。因为失真影像之校准容易造成影像分辨率不佳之结果，所以失真影像不易检测，也不易获取重要尺寸信息。
传统孔洞检测系统请参照图6a、6b所示，如图6a所示，一光学系统600，包括安装在沿着一个中心轴线606转动的一个转动机械装置(未显示)上的一部摄影机602与一光学模块604；一个转动工作台(未显示)将光学模块604移动至三个不同位置1、2、3，并在该三个不同位置捕捉对象608的三个影像，也就是影像1、影像2与影像3；一个照明器609用来照明物件608；依据检测目的及受检测对象，可配置更多影像捕捉位置以获得更多影像；随后一控制器610执行所捕捉影像之检测，以鉴别各个影像之瑕疵，并将受检测参数与标准樣板实施比对，或与使用者所设定瑕疵范围实施比较，以决定对象608的良窳。
图6b显示另一个传统系统700，该系统中转动的是对象608，而非光学模块604；该传统系统700通常用来检测中、小型尺寸与重量之对象，或是因为空间或设计等限制因素无法转动光学模块的情况下采用之。在该传统系统700中，转动对象608，而光学模块604则依据不同预先设定时间间隔捕捉对象608之影像，以产生如第6a图所示传统系统600之效果。
利用上述传统系统600与700，捕捉数个影像所需时间极为冗长，同时控制器610需处理数个影像，以产生检测所需的影像。此外前述传统系统须利用一个马达与编码器模组612转动光学模组604或物件608，所费不赀。光学模组604与物件608的转动信息则回馈到控制器610，以利在适当触发预设点触发摄影机602。
因此有必要开发一个孔洞内部表面检测方法，该方法无需转动受检测对象，并透过检测孔洞整个内部表面单一影像，即能快速获致最佳的结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种孔洞检测方法及其装置，在无须转动受检测对象的情况下，检测孔洞内部表面。
本发明采用以下技术方案：
提出一种孔洞检测方法，包括：引导照明光线指向一个具备两个端点及延伸在两个端点之间一个内部表面的孔洞；接收通过一个镜头总成反射自该内部表面的光线；将该孔洞内部表面投射成一个二维影像；在一个影像平面捕捉该孔洞内部表面该二维影像，该内部表面沿着该二维影像充分聚焦；执行影像处理，进而检测该孔洞内部表面。
设计、制作一种孔洞检测装置，包括：照明器，以利将照明光线指向一个具备两个端点及延伸在两个端点之间一个内部表面的孔洞；镜头总成，以利接收反射自该内部表面的光线，同时将该孔洞该内部表面投射成一个二维影像，该镜头总成具备一个至少延伸至该孔洞该两个端点之间的一个景深；影像捕捉设备，以利捕捉在一个影像平面上该内部表面的该二维影像，该内部表面沿着该二维影像充分聚焦；与处理器，以利执行影像处理，进而检测该孔洞该内部表面。
附图说明
图1是本发明孔洞检测方法流程图。
图2是本发明显示孔洞检测装置剖视图。
图3是图2中的镜头总成剖面视图。
图4是图2之装置运用背景照明所捕捉到通孔之影像示意图。
图5是图2之装置运用背景照明所捕捉到具备螺帽槽通孔之影像示意图。
图6a、6b是现有技术所使用系统图。
具体实施方式 以下结合优选实施例进行详细描述
参照附图，本发明各实施例涉及检测物件孔洞内表面，不需要物件被旋转移动。
传统方法由于需要将物体360°转动因而耗费时间，且传统检测方法因为需要将检测装置和物件相对移动的操作装置，因而费用很高。
为了简洁和清晰，以下本发明的说明中，关于本申请所检测孔洞内表面的物体限制为不需要被旋转移动，然而这并不排除有利于物件内部检测而不需要物件被旋转移动的其它形式的实施例，本发明各实施例所基于的基本发明原理和概念是共同的。
以下结合图1只图5对典型实施例进行更详细的描述。
图1是依据本发明一个实施例，显示物件孔洞检测方法10的流程图。该方法10包括步骤12，该步骤12将照明光线指向该孔洞，该孔洞具备两端，以及延伸至该孔洞两端的内部表面。
该方法10包括步骤14，该步骤14可将反射自该孔洞内部表面的光线导向一个镜头总成；该方法10同时包括步骤15，该步骤15可将该孔洞内部表面投射成二维环状影像(flat ring image)，该二维环状影像可显示该孔洞内部表面完整细节；该方法10也包括步骤16，该步骤16可捕捉二维环状影像，同时将该二维环状影像由光学形式转换成数字形式；该方法10进一步包括步骤18，该步骤18处理并检测该二维环状影像，进而检测该孔洞内部表面。
依据本发明一个实施例，此处说明一种检测装置100，请参阅图2。该装置100包括一个或多个照明光源102，以利将照明光束103指向孔洞104，该孔洞104系属圆柱型孔洞，该孔洞104系形成于对象106之上，正如同某一制造产品上的通孔。本发明此一实施例中，运用该照明光源102将光线指向该孔洞104。该孔洞104具备第一端点108、第二端点110，以及内部表面112，该内部表面112延伸于该第一端点108与该第二端点110之间；该第一端点108与该第二端点110相较，该第一端点108比较接近该装置100；该孔洞104可以是通孔，也可以是盲孔(blind hole)；同理，该照明光源102用来提供该通孔或该盲孔之照明。
该照明光源102提供白色、彩色或单色光线以照明该孔洞104。该照明光源102范例如荧光灯管与白色、彩色或单色发光二极管，或是来自太阳之自然光线。如果该孔洞104为一通孔，可行的方式是以背景灯光指向该第二端点110，反之如果该孔洞104为一盲孔，可行的方式是将照明指向该第一端点108。
该装置100也包括镜头总成116，如图2所示，照明光束反射自该孔洞104该内部表面112，并指向该镜头总成116。优选的方式是该镜头总成116应配置在该孔洞104该第一端点108之上。
图3是图2所示的镜头总成116一个完整图示，同时图3也显示穿过该镜头总成116光线117的路径。更具体而言，图3所示该镜头总成116包括复数镜头，也就是一个第一镜头118、一个第二镜头120、一个第三镜头122、一个第四镜头124与一个第五镜头126。或者该等复数镜头可由棱镜取代之，以达到相同的光学效果。优选方式是该第一至第五镜头118、120、122、124、126中，每一镜头沿着该镜头总成116一个中心轴线128配置，可行的方式是该中心轴线128与图2所示该孔洞104纵轴重合。
以下将说明镜头总成设计的一个实施例。该第一至第五镜头118、120、122、124、126中，每一镜头规格尺寸及该镜头总成116型态模块如附表一：
附表一
可对该镜头总成116进行型号配置，以利检测具备较大尺寸范围的孔洞，例如直径范围8mm至16mm、深度范围8mm至16mm的孔洞。本发明这一实施例中，该镜头总成116有效焦长大约为5.7mm，该镜头总成116可提供该孔洞104内部表面112高质量影像。
该镜头总成116具备一个圆柱型视界(cylindrical field of view)与一个圆柱型景深(cylindrical depth of view)，该圆柱型景深至少在该孔洞104该两端点108、110之间延伸；该镜头总成116将该圆柱型孔洞104内部表面112投射成一个二维环状影像134。
参阅图2与图3，该装置100进一步包括一个影像捕捉设备130，例如一部摄影机，以捕捉该二维环状影像134，该影像捕捉设备130沿着该镜头总成116中心轴线128配置；该影像捕捉设备130一个影像侦测器(未显示)配置于该镜头总成116一个影像平面132之上，该孔洞104两个端点108、110之间内部表面112之环状影像134在该影像平面132上形成；更具体而言，该孔洞104两个端点108、110之间内部表面112与该影像平面132二维环状影像134充分聚焦。
优选的方式是该装置100与一部计算机(未显示)连结，以利处理影像及显示该内部表面112之环状影像134，例如图4系该计算机一个显示工具(未显示)所显示一个结果影像，例如一个计算机屏幕，该计算机屏幕显示该装置100所捕捉的一个通孔影像。更具体而言，该结果影像阐释该孔洞104内部表面112一个瑕疵300或刮痕的聚焦影像。
更进一步一个范例，图5是在该显示工具上所显示的一个具有螺帽螺纹通孔的结果影像，更具体而言，某些螺帽螺纹清楚显示出瑕疵部份400。该装置100能够在短暂时间内，精确鉴别该瑕疵部份400。
优选的方式是透过一个运用软件应用系统的影像处理设备(未显示)，执行该孔洞104内部表面112之检测作业。该影像处理设备可侦测该孔洞表面诸如螺帽螺纹等特色，进而侦测并鉴识该等特色之瑕疵。优选的方式是在该显示工具上配置指示器设备，以指出该孔洞104内部表面是否出现瑕疵。
此外，透过处理第5图所示该二维环状影像134，该装置100可确认该孔洞104内部表面112所形成内部螺纹之螺纹间距pi。更具体而言，该内部螺纹的螺纹间距与相对应于任何径向内部螺纹的每一螺旋半径Ri之公式如下：
p i = | R 0 - R i + 1 k + b ( R 0 - R i + 1 ) - R 0 - R i k + b ( R 0 - R i ) |
在这一公式中，R0、b与k为常数，i为该孔洞104内部表面112所形成螺旋螺纹的数值，Ri与Ri+1系沿着径向该二维环状影像134螺旋螺纹之半径。
该装置100进一步能够检测焊垫(bond pads)、接合线(bonding wires)或是半导体芯片间接口之瑕疵，该半导体芯片被置入该装置100视界中，以利检测前述瑕疵，其方式与孔洞检测方法10类似。
以前述方式，依据本发明一个实施例，此处说明孔洞检测的一个装置与方法，以解决前述传统检测方法之缺失。虽然此处仅揭露本发明一些实施例，但依据本发明内容，本领域专业人士应当了解，此处所揭露之发明仍有许多变化或修订，以利运用于各种不同尺寸与高度孔洞之检测作业，而该等变化与修订仍不脱离本发明的范畴与精神。

Claims (24)

1.一种孔洞检测方法，包括：
引导照明光线指向一个具备两个端点及延伸在两个端点之间一个内部表面的孔洞；
接收通过一个镜头总成反射自该内部表面的光线；
将该孔洞内部表面投射成一个二维影像；
在一个影像平面捕捉该孔洞内部表面该二维影像，该内部表面沿着该二维影像充分聚焦；与
执行影像处理，进而检测该孔洞内部表面。
2.依据权利要求1所述的孔洞检测方法，其特征在于：所述引导照明光线指向具备两个端点及延伸在两个端点之间一个内部表面的一个孔洞包括将照明光线指向两个端点其中之一。
3.依据权利要求1所述的孔洞检测方法，其特征在于：进一步包括提供另一个指向该孔洞的照明光线。
4.依据权利要求1所述的孔洞检测方法，其特征在于：所述引导照明光线包括引导白色、彩色与单色光线其中之一。
5.依据权利要求4所述的孔洞检测方法，其特征在于：所述接收通过一个镜头总成反射自该内部表面的光线包括接收通过复数镜头的光束，以利将该孔洞内部表面投射成一个二维环状影像。
6.依据权利要求5所述的孔洞检测方法，其特征在于：所述接收通过复数镜头的光束包括沿着一个轴向配置该复数镜头，该轴向与该孔洞纵轴充分重合。
7.依据权利要求1所述的孔洞检测方法，其特征在于：所述执行影像处理，进而检测该孔洞内部表面包括在一个显示工具显示该二维影像。
8.依据权利要求7所述的孔洞检测方法，其特征在于：进一步包括在该显示工具上提供一个指示方法，该方法与该孔洞该内部表面所侦测到的瑕疵有关。
9.依据权利要求1所述的孔洞检测方法，其特征在于：所述执行影像处理，进而检测该孔洞内部表面包括决定孔洞的深度。
10.依据权利要求1所述的孔洞检测方法，其特征在于：所述执行影像处理，进而检测该孔洞内部表面包括决定在该孔洞该内部表面所形成的内部螺纹间距。
11.一种孔洞检测装置，包括：
照明器，以利将照明光线指向一个具备两个端点及延伸在两个端点之间一个内部表面的孔洞；
镜头总成，以利接收反射自该内部表面的光线，同时将该孔洞该内部表面投射成一个二维影像，该镜头总成具备一个至少延伸至该孔洞该两个端点之间的一个景深；
影像捕捉设备，以利捕捉在一个影像平面上该内部表面的该二维影像，该内部表面沿着该二维影像充分聚焦；与
处理器，以利执行影像处理，进而检测该孔洞该内部表面。
12.依据权利要求11所述的孔洞检测装置，其特征在于：所述照明器将该照明光线指向至少该孔洞该两个端点其中之一。
13.依据权利权利要求11所述的孔洞检测装置，其特征在于：包括将一个照明光线指向该孔洞该两个端点其中之一的第二照明器。
14.依据权利要求11所述的孔洞检测装置，其特征在于：进一步包括另一个照明器，以利将照明光线指向该孔洞。
15.依据权利要求11所述的孔洞检测装置，其特征在于：所述照明光线是该照明器所产生白色、彩色与单色光线其中之一。
16.依据权利要求11所述的孔洞检测装置，其特征在于：所述照明光线系来自太阳之自然光线。
17.依据权利要求11所述的孔洞检测装置，其特征在于：所述镜头总成包括成像配置的复数镜头，以利将该孔洞该内部表面投射成一个二维环状影像。
18.依据权利要求16所述的孔洞检测装置，其特征在于：所述复数镜头沿着一个轴向配置，该轴向与该孔洞纵轴充分重合。
19.依据权利要求11所述的孔洞检测装置，其特征在于：所述影像捕捉设备与一个显示工具连结，以利影像显示。
20.依据权利要求11所述的孔洞检测装置，其特征在于：所述影像捕捉设备与该镜头总成邻接配置，以利捕捉该二维影像。
21.依据权利要求11所述的孔洞检测装置，其特征在于：所述处理器包括检测与该孔洞该内部表面相对应的二维影像的影像处理单元。
22.依据权利要求21所述的孔洞检测装置，其特征在于：所述影像处理单元决定该孔洞的深度。
23.依据权利要求21所述的孔洞检测装置，其特征在于：其中该影像处理单元决定在该孔洞该内部表面所形成的内部螺纹间距。
24.依据权利要求11所述的孔洞检测装置，其特征在于：进一步包括能够在该显示工具显示的指示器，该指示器用来指示该孔洞该内部表面所检测到的瑕疵。
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