CN106596555B - 运用多轴机臂的光学检查设备 - Google Patents
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Abstract
一种运用多轴机臂的光学检查设备，用以检测一待测物表面上的瑕疵，该设备包含有一多轴机臂、一移动式摄像装置、以及一移动式照明装置。该多轴机臂依据控制器的指示抓取该待测物，控制该待测物在待测区域上呈现多个拍摄面。该移动式摄像装置由移动载台带动位移，依据程序设定沿默认的拍摄路径移动，以于多个方向对应至该待测区域并拍摄该待测物的影像。该移动式照明装置设置在该移动式摄像装置的一侧，并由移动载台带动位移，所述的移动式照明装置追随该移动式摄像装置的对焦区域并对该对焦区域上的待测物的表面进行持续或间歇性的补光。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学检查设备，尤指一种运用多轴机臂的光学检查设备。
背景技术
精密检测是自动化控制中极为重要之一环。观之自动控制技术的发展，可由量产的概念说起。量产是大量生产(Mass Production)的缩写，其概念很早即出现于人类的社会，具有低成本、高效率的优点。但量产的实行受制于规格化的先决条件。在规格化尚未能达成之前，量产的对象仅限于低技术、低精密度的产业，如砖块等简单产品。随着规格化的普及，分工越细，量产所能处理的对象也同时增多。然而随着精密工业所带来的高规格的需求，对于产品的质量亦需经过严密的检测才可符合一般供应链的标准。是以，如何对产品进行高精密度的检测，以提供高质量的产料输出成为制程厂商的一大课题。
现有的光学检测设备通常使用XYθ载台调整待测物的位置、角度，使待测物的取像面正对光学仪器的景深范围内，以拍摄待测物的表面影像。XYθ载台移动多面体必须单一向量之维度到达定位时，才可进行另一向量方向的位移，受限于操作的速率，该设备用于大量检测的效果并不甚理想。另一种光学检测设备是通过多轴机臂抓取待测物后，改变该待测物的位置或拍摄面，并分多次分别拍摄待测物的表面，由此检查待测物多个表面的影像。然而，多轴机臂在拍摄具有复杂表面的待测物时，受限于多轴机臂轴距或机构上的限制，在拍摄待测物例如曲面或多边形位置时，待测物的表面无法精确控制在该摄像机景深范围内，造成影像模糊从而产生漏检、误判的现象。
发明内容
本发明的目的，在于解决现有多轴机臂在进行多面检测时，待测物的曲面无法精确控制在该摄像机景深范围内的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种运用多轴机臂的光学检查设备，用以检测一待测物表面上的瑕疵，该光学检查设备包含有一多轴机臂、一或多个移动式摄像装置、以及一或多个移动式照明装置。该多轴机臂依据控制器的指示抓取该待测物，将该待测物移动至一待测区域，以控制该待测物在该待测区域上呈现多个拍摄面。该移动式摄像装置沿默认的拍摄路径移动，由多个方向对应至该待测区域，以拍摄该待测物的影像。该移动式照明装置设置于该移动式摄像装置的一侧，对应该移动式摄像装置的对焦区域移动，为该对焦区域上的待测物的表面提供光源。
进一步地，该移动式摄像装置具有一移动载台，依据程序设定将摄像装置沿默认的拍摄路径移动。
进一步地，该移动载台为一可于XY平面上移动的XY载台。
进一步地，该移动式照明装置与该摄像装置设置在同一个该移动载台上，使该移动式照明装置的照光区域得以追随摄像装置的对焦区域移动。
进一步地，该移动式照明装置设置在另一移动载台上，当该摄像装置对该待测物的表面取像时，该移动式照明装置可移动至多个不同的角度。
进一步地，该移动式照明装置提供持续或间歇性光源至该待测物。
进一步地，该移动式摄像装置为线扫描摄影机，该多轴机臂将该待测物移动至该待测区域并将该待测物以不同的拍摄面对应至该待测区域，该移动载台将该线扫描摄影机沿该待测区域一侧的方向移动，将该线扫描摄影机与该待测物保持于适当间距以将该待测物的表面控制在景深范围内。
进一步地，该移动式照明装置提供线光源至该待测物的表面。
进一步地，该移动式摄像装置为面扫描摄影机，该多轴机臂将该待测物移动至该待测区域并将该待测物以不同的拍摄面对应至该待测区域，该移动载台系将该面扫描摄影机与该待测物保持适当间距以将该待测物的表面控制在景深范围内。
进一步地，该移动式照明装置提供面光源至该待测物的表面。
进一步地，提供多个该移动式照明装置分别设置于该待测区域多个不同角度的位置上，对该待测物多个角度进行补光。
进一步地，该移动式照明装置提供多层次、多角度、或多频率的光源至该待测物的表面，以取得该待测物表面的瑕疵影像。
进一步地，所述的光学检查设备更进一步包含有一乘载该待测物的输送带、以及一设置在该输送带一侧以拍摄该待测物被抓取面的摄像装置。
进一步地，该移动式摄像装置以斜向角度对该待测物的表面进行拍摄。
是以，本发明比现有技术具有以下优势功效：
1.本发明的光学检查设备可取得产品导角曲面位置的清晰影像，有效的将产品的影像控制在合理的焦距范围内。
2.本发明配合线扫描摄影机，可将产品导角曲面影像的宽度控制在合理的范围内，避免影像宽窄不一时产生的误差。
附图说明
图1，本发明光学检查设备的外观示意图(一)。
图2，本发明光学检查设备的外观示意图(二)。
图3-1至图3-3，是本发明光学检查设备的工作示意图(一)至(三)。
符号说明：
100 光学检查设备
10 多轴机臂
11 抓取机构
20 移动式摄像装置
21 移动载台
22 摄像装置
30 移动式照明装置
40 输送带
41 摄像装置
50 输送带
R1 待测物
A 待测区域
R11 侧边
R21 曲面导角
R31 被抓取面
IN 间距
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图示说明如下。再者，本发明中的图示，为说明方便，其比例未必照实际比例绘制，该等图示及其比例并非用以限制本发明的范围，在此先行说明。
请参阅图1及图2，是本发明光学检查设备的外观示意图(一)及外观示意图(二)，如图所示：
本发明中所述的光学检查设备100，是用于自动化控制设备的后端，用以对加工后的待测物R1进行瑕疵检测，由此检测出例如颜色、形状、残胶、油墨、刮痕、毛边、粉尘等工件表面上常见的瑕疵。所拍摄到的待测物R1影像将由图像处理装置进行图形处理(例如对比度处理、二值化处理)，标记出待测物R1表面上的瑕疵，并依据瑕疵将待测物R1分类为良品或瑕疵品或依据瑕疵的种类进行分类，以将有瑕疵的待测物R1进行淘汰或是再加工的程序。
以下的实施例中，虽未于图示中直接揭示处理器、控制器等控制设备，但本领域的通常知识者依一般知识应可理解，本发明应包含有可处理程序的中央控制设备例如可程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)抑或是一般处理器例如中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、微处理器(Microprocessor)、或数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)等，用以控制所述光学检测设备100的运作或是通过程序进行图形处理，在此必须先行说明。
所述的光学检查设备100主要包含有多轴机臂10、移动式摄像装置20、移动式照明装置30、以及乘载待测物R1的输送带40。
所述的输送带40是用以乘载该待测物R1，并将该待测物R1移动至检测平台上，以供该多轴机臂10抓取。该输送带40可以是步进马达或伺服马达驱动，并以真空吸附的方式固定该待测物R1，所述输送带40的类型在本发明中并不予以限制。该输送带40的一侧设置有摄像装置41，用以拍摄该待测物R1的被抓取面，以解决多轴机臂10抓取待测物R1时待测物R1的被抓取面R31无法拍摄的问题。在该输送带40的另一侧设置有另一输送带50，检测完成的待测物R1是通过多轴机臂10送至该输送带50上，由此将该待测物品P进行分类。所述的输送带50可以为一或多个，用以将待测物R1依据不同的输送带50分类为良品、瑕疵品、及NG品，以针对待测物品P不同的状况分别进行不同的工序。
所述的多轴机臂10基于程序在三维空间中设定一待测区域A，并依据控制器的指示抓取该待测物R1，将该待测物R1移动至该待测区域A以控制该待测物R1在该待测区域A上呈现多个拍摄面。该多轴机臂10的前端设置有抓取机构11，该抓取机构11可以抓取或吸附(例如磁吸或真空吸附)待测物R1，并将待测物R1移动至所述的待测区域A。在较佳的实施例中，所述的多轴机臂10应为四轴以上，四轴分别为X轴、Y轴、Z轴、以及θ轴，其中该X轴、Y轴、Z轴是用于操作该待测物R1在三维空间内移动，θ轴则用于定点操作该待测物R1旋转，惟，本发明并不予限制该多轴机臂10的关节数量，在此先行说明。
所述的移动式摄像装置20是由移动载台21带动位移，该移动式摄像装置20依据程序设定沿默认的拍摄路径移动，以在多个方向对应至该待测区域A并拍摄该待测物R1的影像。在其中一较佳实施例中，所述的移动载台21是一可在XY平面上移动的XY载台，用以乘载摄像装置22沿XY平面上移动以拍摄该待测物R1。所述的XY载台用以乘载该摄像装置22，并通过测距手段侦测并控制该移动式摄像装置20与该待测物R1的间距，以令摄像装置22在拍摄该待测物R1的曲面导角R21(如图3所示)时，仍与待测物R1间维持适当的间距，由此将该待测物R1的表面控制在合理的景深范围内，以取得清晰的影像。所述的测距手段例如可为超音波测距仪、雷射测距仪、光学测距仪、或是透过图像处理的方式测量该待测物R1与移动式摄像装置20的距离，在本发明中不予以限制。
在其中一较佳实施态样中，所述的移动式摄像装置20为线扫描摄影机，该移动式照明装置30提供线光源至该待测物R1的表面。在另一较佳实施例中，该移动式摄像装置20为面扫描摄影机，该移动式照明装置30提供面光源至该待测物R1的表面，以便对应该摄像装置22的类型对该待测物R1的表面进行补光。
所述的移动式照明装置30是用以提供多层次、多角度、或多频率的光源至该待测物R1的表面，以取得该待测物R1表面的瑕疵影像。该移动式照明装置30设置在该移动式摄像装置20的一侧，并由移动载台21带动位移。所述的移动式照明装置30追随该移动式摄像装置20的对焦区域并对该对焦区域上的待测物R1的表面进行持续或间歇性的补光。在其中一较佳实施例中，移动式照明装置30可与该摄像装置22设置在同一个移动载台21上，该移动式照明装置30的灯具对应该摄像装置22的位置进行调校，使移动式照明装置30的照光区域得以追随摄像装置22的对焦区域，以取得待测物R1的清晰影像。在另一较佳实施例中，所述的移动式照明装置30的灯具可独立设置在另一移动载台21上，当摄像装置22对该待测物R1的表面取像时，该移动式照明装置30可移动至多个不同的角度，以分别针对不同光源环境下拍摄该待测物R1的影像。在另一较佳实施例中，该光学检查设备100直接提供多个移动式照明装置30分别设置在该待测区域A多个不同角度的位置上，对该待测物R1多个角度进行补光。
请参阅图3-1，为精确辨识该待测物R1凹凸不平处(例如刮伤、残胶)的瑕疵，在较佳的实施例中，所述的移动式摄像装置20是以斜向角度对该待测物R1进行拍摄，该移动式照明装置30设置在该待测物R1相对该移动式摄像装置20的另一侧对该待测物R1的表面进行斜向照光。凭借斜向照光，该待测物R1的凹凸表面的位置处产生阴影，由于移动式摄像装置20由斜向拍摄该待测物R1表面的影像，所取得的影像不易受到环境中紊乱光源的影响，更容易由影像中找出瑕疵的位置。
请参阅图3-1到图3-3，在进行检测时，该输送带40将该待测物R1传送至检测平台，此时，在输送带40一侧的摄像装置41拍摄该待测物R1的被抓取面R31，以取得该待测物R1被抓取面R31的影像。
接着，在该待测物R1传送至定位时，多轴机臂10移动至该输送带40的上方并抓取该待测物R1，在抓取到该待测物R1时，该多轴机臂10将该待测物R1移动至该待测区域A，并旋转该待测物R1，以供设置在该待测区域A一侧的移动式摄像装置20拍摄该待测物R1侧边R11(窄边)的影像。
该移动式摄像装置20进行拍摄时，是通过测距手段持续侦测该待测物R1是否与该移动式摄像装置20保持适当间距IN，以确保该待测物R1落于该移动式摄像装置20的景深范围内。当该待测物R1被转动时(如图3-2)，由于待测物R1的转动轴心与待测物R1表面间的距离会改变，此时该移动式摄像装置20系沿Y轴方向向前或向后移动以补偿至该间距IN，使待测物R1与移动式摄像装置20间的间距始终保持在设定的间距范围内，并由此拍摄该待测物R1曲面导角R21的影像。
当待测物R1的侧边R11拍摄完成时，该多轴机臂10将该待测物R1向上翻转，使该待测物R1相对该被抓取面R31的另一面正对至该移动式摄像装置20，此时移动式摄像装置20可再经由X轴方向水平移动，以拍摄该待测物R1相对该被抓取面R31另一面的影像。
当六面均检测完成时，该多轴机臂10将该待测物R1移载至输送带50，用以将该待测物品P分类后送至下一个站台，以对该待测物品P进行再加工或分类的工作。
综上所述，本发明的光学检查设备可取得产品导角曲面位置的清晰影像，有效的将产品的影像控制在合理的焦距范围内。本发明配合线扫描摄影机，可将产品导角曲面影像的宽度控制在合理的范围内，避免影像宽窄不一时产生的误差。
以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述，仅惟本发明的一较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡一本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。
Claims (14)
1.一种运用多轴机臂的光学检查设备，用以检测一待测物表面上的瑕疵，其特征在于，该光学检查设备包含有：
一多轴机臂，依据控制器的指示抓取该待测物，将该待测物移动至一待测区域，以控制该待测物在该待测区域上呈现多个拍摄面；
一或多个移动式摄像装置，沿默认的拍摄路径移动，由多个方向对应至该待测区域并控制该移动式摄像装置与该待测物的间距，以拍摄该待测物的影像；以及
一或多个移动式照明装置，设置于该移动式摄像装置的一侧，对应该移动式摄像装置的对焦区域移动，为该对焦区域上的待测物的表面提供光源。
2.根据权利要求1所述的光学检查设备，其特征在于，该移动式摄像装置具有一移动载台，依据程序设定将摄像装置沿默认的拍摄路径移动。
3.根据权利要求2所述的光学检查设备，其特征在于，该移动载台为一可在XY平面上移动的XY载台。
4.根据权利要求2所述的光学检查设备，其特征在于，该移动式照明装置与该摄像装置设置在同一个该移动载台上，使该移动式照明装置的照光区域得以追随该摄像装置的对焦区域移动。
5.根据权利要求2所述的光学检查设备，其特征在于，该移动式照明装置设置在另一移动载台上，当该摄像装置对该待测物的表面取像时，该移动式照明装置可移动至多个不同的角度。
6.根据权利要求2所述的光学检查设备，其特征在于，该移动式照明装置提供持续或间歇性光源至该待测物。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的光学检查设备，其特征在于，该移动式摄像装置为线扫描摄影机，该多轴机臂将该待测物移动至该待测区域并将该待测物以不同的拍摄面对应至该待测区域，该移动载台将该线扫描摄影机沿该待测区域一侧的方向移动，将该线扫描摄影机与该待测物保持在适当间距以将该待测物的表面控制于景深范围内。
8.根据权利要求7所述的光学检查设备，其特征在于，该移动式照明装置提供线光源至该待测物的表面。
9.根据权利要求2至6中任一项所述的光学检查设备，其特征在于，该移动式摄像装置为面扫描摄影机，该多轴机臂将该待测物移动至该待测区域并将该待测物以不同的拍摄面对应至该待测区域，该移动载台将该面扫描摄影机与该待测物保持适当间距以将该待测物的表面控制在景深范围内。
10.根据权利要求9所述的光学检查设备，其特征在于，该移动式照明装置提供面光源至该待测物的表面。
11.根据权利要求1所述的光学检查设备，其特征在于，提供多个该移动式照明装置分别设置在该待测区域多个不同角度的位置上，对该待测物多个角度进行补光。
12.根据权利要求1所述的光学检查设备，其特征在于，该移动式照明装置提供多层次、多角度、或多频率的光源至该待测物的表面，以取得该待测物表面的瑕疵影像。
13.根据权利要求1所述的光学检查设备，其特征在于，更进一步包含有一乘载该待测物的输送带、以及一设置在该输送带一侧以拍摄该待测物被抓取面的摄像装置。
14.根据权利要求1所述的光学检查设备，其特征在于，该移动式摄像装置以斜向角度对该待测物的表面进行拍摄。
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| TW201715221A (zh) | 2017-05-01 |
| TWI571627B (zh) | 2017-02-21 |
| CN106596555A (zh) | 2017-04-26 |
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