CN109798839B - 表面量测系统 - Google Patents

Abstract

一种表面量测系统，用以量测具低反射的表面的待测物。表面量测系统包含结露装置与量测装置。结露装置用以形成一液体层于待测物的表面上。结露装置包含腔体、控温气体源与增湿气体源。腔体用以容纳待测物。控温气体源连接至腔体，用以提供控温气体至腔体中以控制待测物的温度。增湿气体源连接至腔体，用以提供水气至腔体中以形成液体层于待测物的表面上。量测装置包含平台、光源与影像撷取装置。平台用以放置具有液体层的待测物。光源用以提供光束以照射平台上的待测物。影像撷取装置用以侦测自平台上的待测物散射的光束。通过在表面上形成液体层，可增加光束照射于表面上的散射量。因此影像具有高信噪比，表面能够被精准量测与提升量测速度。

Description

表面量测系统

技术领域

本发明是有关于一种表面量测系统。

背景技术

随着科技的进步，越来越多的电子产品使用透明材质(如玻璃)作为产品组件(如手机面板、手机机壳、透镜)。为了确保品质，透明组件可经由量测而测得其表面形貌。然而透明材质具有低反射率的问题，若要量到足够准确的影像，需要增加量测的曝光时间与/或光源强度。若组件内部或底部具有瑕疵，也可能被量测到，导致信号误判。另外，若组件表面为曲面，也会有多重反射的情况发生。

发明内容

本发明的一方面提供一种表面量测系统，用以量测具低反射的表面的待测物。表面量测系统包含结露装置与量测装置。结露装置用以形成一液体层于待测物的表面上。结露装置包含腔体、控温气体源与增湿气体源。腔体用以容纳待测物。控温气体源连接至腔体，用以提供控温气体至腔体中以控制待测物的温度。增湿气体源连接至腔体，用以提供水气至腔体中以形成液体层于待测物的表面上。量测装置包含平台、光源与影像撷取装置。平台用以放置具有液体层的待测物。光源用以提供光束以照射平台上的待测物。影像撷取装置用以侦测自平台上的待测物散射的光束。

在一或多个实施方式中，结露装置还包含导流结构，置于腔体中。导流结构用以将控温气体与水气均匀的导向待测物上。

在一或多个实施方式中，导流结构包含扩散板与整流板。扩散板置于控温气体源的出气口前。扩散板置于整流板与控温气体源之间。整流板具有多个贯穿孔，用以将控温气体与水气的流向均匀化。

在一或多个实施方式中，导流结构还包含集气板，置于扩散板与整流板之间，用以集中控温气体与水气。

在一或多个实施方式中，集气板具有一通道。通道的宽度自扩散板至整流板的方向渐缩。

本发明的另一方面提供一种表面量测系统，用以量测具低反射的表面的待测物。表面量测系统包含控温装置、增湿装置与量测装置。控温装置包含控温腔体与控温气体源。控温腔体用以容纳待测物。控温气体源连接至控温腔体，用以提供控温气体至控温腔体中以控制待测物的温度。增湿装置包含增湿腔体与增湿气体源。增湿腔体用以容纳已控温的待测物。增湿气体源连接至增湿腔体，用以提供水气至增湿腔体中以形成液体层于待测物的表面上。量测装置包含平台、光源与影像撷取装置。平台用以放置具有液体层的待测物。光源用以提供光束以照射平台上的待测物。影像撷取装置用以侦测自平台上的待测物散射的光束。

在一或多个实施方式中，控温装置还包含导流结构，置于控温腔体中。导流结构用以将控温气体均匀的导向待测物上。

在一或多个实施方式中，导流结构包含扩散板与整流板。扩散板置于控温气体源的出气口前。扩散板置于整流板与控温气体源之间。整流板具有多个贯穿孔，用以将控温气体的流向均匀化。

在一或多个实施方式中，导流结构还包含集气板，置于扩散板与整流板之间，用以集中控温气体。

在一或多个实施方式中，集气板具有一通道。通道的宽度自扩散板至整流板的方向渐缩。

上述实施方式的表面量测系统通过在待测物的表面上形成液体层，以增加光束照射于表面上的散射量。如此一来，测得的影像具有高信噪比，因此表面能够被精准量测，亦可提升量测速度。

附图说明

图1为本发明一实施方式的表面量测系统的示意图；

图2A为图1的结露装置的立体图；

图2B为图1的结露装置与待测物的剖面图；

图3为本发明另一实施方式的表面量测系统的示意图；

图4A为图3的控温装置的立体图；

图4B为图3的控温装置与待测物的剖面图；

图5A为图3的增湿装置的立体图；

图5B为图3的增湿装置与待测物的剖面图。

具体实施方式

以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示之。

图1为本发明一实施方式的表面量测系统100的示意图。表面量测系统100用以量测具低反射的表面910的待测物900。表面量测系统100包含结露装置110与量测装置160。结露装置110用以形成一液体层920于待测物900的表面910上。量测装置160用以量测具液体层920的待测物900。

具体而言，本实施方式利用结露装置110在低反射表面910上形成液体层920，使得量测装置160照射表面910时，于液体层920上形成散射，以增加量测装置160接收的光量，亦可减少待测物900多重反射所增加的噪声。

详细而言，本实施方式的待测物900可为透明或半透明材质，例如玻璃、塑胶或其他合适的材料。待测物900的表面910具有低反射率，因此当光线照射至表面910(本实施方式为待测物900的上表面)时，多数光线会穿透待测物900，如此一来，量测装置160所能撷取的反射光量便会相当少，甚至于无法成像，造成表面量测的困难。再加上，待测物900的下表面亦会反射些许光线，此部分的光线会与上表面反射的光线互相干扰而产生噪声，使得影像的辨识更加困难。另外，若待测物900的表面910为曲面(如图1所示)，则光线于表面910上各处的反射方向皆不同，亦会增加撷取影像的困难。

然而，因本实施方式在量测表面910之前，先在表面910上形成液体层920，此液体层920可增加光线的散射量，因此可改善上述反射率不足、反射方向不一的问题。另外，液体层920也可阻挡自下表面反射的光线，因此能降低影像噪声，提升影像撷取的品质。

图2A为图1的结露装置110的立体图，图2B为图1的结露装置110与待测物900的剖面图。结露装置110包含腔体112、控温气体源114与增湿气体源116。腔体112用以容纳待测物900。控温气体源114连接至腔体112，用以提供控温气体至腔体112中以控制待测物900的温度。增湿气体源116连接至腔体112，用以提供水气至腔体112中以形成液体层920于待测物900的表面910上。

具体而言，先将欲进行表面量测的待测物900置入腔体112中，之后控温气体源114将控温气体(例如为空气或其他合适的气体)提供至腔体112中。此控温气体与腔体112的温度不同，例如控温气体的温度低于腔体112的温度(例如室温)，因此当控温气体进入腔体112后，通过对流的方式，便可改变待测物900的温度，例如使待测物900降温。

接着，增湿气体源116再提供水气至腔体112中。因腔体112与待测物900的温度皆已降低，因此提供至腔体112的水气较易达到饱和而凝结成液体，并在待测物900的表面910结露而形成液体层920，其成分为液态水。之后，形成液体层920的待测物900便可以离开结露装置110并移到图1的量测装置160进行表面量测。

虽然上述实施方式以先降温再增湿的方式形成液体层920，然而在一些其他的实施方式中，亦可先提供水气至腔体112中增加腔体112的湿度，再提供控温气体至腔体112中以降低待测物900的温度，或者同时提供控温气体与水气，上述的步骤皆可在待测物900上形成液体层920。另外，因上述实施方式是降低腔体112内部空气温度，因此腔体112内可不需在高湿度的环境下即可结露，可避免生锈、发霉的情形发生。

均匀的液体层920可增加散射效果，此处的均匀是指液体层920的液珠(例如水珠)具有相似的尺寸，例如液珠的直径为约2微米至约5微米，及/或液珠之间具有相似的间距。液体层920的均匀度与形成温度(由控温气体决定)及腔体112内气体的流场有关。因此在一些实施方式中，结露装置110可还包含导流结构120，置于腔体112中。导流结构120用以控制控温气体与水气的流场，将控温气体与水气均匀的导向待测物900上，以在待测物900上形成均匀的液体层920。

在图2A与图2B中，导流结构120包含扩散板122与整流板124。扩散板122置于控温气体源114的出气口115前，且置于整流板124与控温气体源114之间。此处的出气口115为控温气体自控温气体源114离开至腔体112的出口。整流板124具有多个贯穿孔125，用以将控温气体的流向均匀化。具体而言，扩散板122可为一平板，当控温气体自出气口115进入腔体112中时，控温气体会接触到扩散板122进而被扩散板122反射，使得控温气体的行进路线改变，导致控温气体具有不规则的流向，因此能够均匀地在腔体112中流动。控温气体接着到达整流板124，整流板124只允许具有特定角度/方向的控温气体通过，而此角度/方向取决于贯穿孔125的设置。贯穿孔125例如为垂直设置(如图2B所示)，因此只有垂直方向的控温气体可通过。另外，大角度方向的控温气体则会撞击到贯穿孔125的内壁而被反射。经过多次反射后，控温气体的行进方向则会被导为实质垂直方向。如此一来，通过整流板124的控温气体便具有准直性，亦即流向均匀化。此流向均匀化的控温气体能够均匀降低待测物900的温度，以避免降温不均的情况产生。

另外，扩散板122亦可进一步置于增湿气体源116的出气口117前，且置于整流板124与增湿气体源116之间。此处的出气口117为水气自增湿气体源116离开至腔体112的出口。整流板124亦用以将水气的流向均匀化。如上所述，当增湿气体源116的水气进入腔体112中时，水气会接触到扩散板122进而被扩散板122反射，因此水气能够均匀地在腔体112中流动。而整流板124亦能够准直水气的流动方向，将水气的流向均匀化。此流向均匀化的水气能够均匀地结露在待测物900的表面910上，以得到液珠尺寸与/或间距均匀的液体层920。在一些实施方式中，流向均匀化的水气的流场的雷诺数(Reynolds number)为约10至约100，然而本发明不以此为限。

应注意的是，图2A与图2B的出气孔115与117的位置与数量皆为例示，并非用以限制本发明。本发明所属领域具通常知识者，应视实际需要，弹性选择出气孔115与117的位置与数量。另外，只要扩散板122置于至少一出气孔115与117前，皆在本发明的范畴中。

在一些实施方式中，导流结构120可还包含集气板126，置于扩散板122与整流板124之间，用以集中控温气体与水气。具体而言，经过扩散板122的控温气体与水气具有不均匀的流向，所以有部分的控温气体与水气可能无法到达整流板124，而集气板126可将控温气体与水气集中，以增加控温气体与水气到达整流板124的量。在一些实施方式中，集气板126具有通道127，通道127的宽度自扩散板122至整流板124的方向渐缩，因此可将大角度的控温气体与水气集中。在一些实施方式中，集气板126可具有三角截面(如图2B所示)，而通道127则具有倒梯形截面(如图2B所示)，然而本发明不以此为限。另外，虽然在图2A与图2B中，通道127的内表面为平面，不过在其他的实施方式中，内表面可为曲面，以增加收集/集中控温气体与水气的效率。

在图2A与图2B中，腔体112具有一入口112a与一出口112b。待测物900可自入口112a进入腔体112，并由出口112b离开腔体112。在一些实施方式中，入口112a与出口112b可为开放式，亦即腔体112可不具备阀门以开启或关闭入口112a与出口112b。结露装置110可还包含空气门装置118a与118b，分别设置于入口112a上与出口112b上。空气门装置118a与118b具有出风口，用以产生高压气流，此气流可将腔体112内与腔体112外的空气做隔绝，以达到封闭的效果。然而，在其他的实施方式中，入口112a与出口112b可使用其他方式或架构以隔绝腔体112内外的空气，本发明不以此为限。

接着请回到图1。量测装置160包含平台162、光源164与影像撷取装置166。平台162用以放置具有液体层920的待测物900。光源164用以提供光束165以照射平台162上的待测物900。影像撷取装置166用以侦测自平台162上的待测物900散射的光束167。具体而言，当待测物900在结露装置110中形成液体层920后，待测物900便自出口112b(如图2B所示)离开结露装置110至量测装置160的平台162上。在一些实施方式中，可通过输送带或手动的方式移动待测物900。另外，光源164可为雷射或其他合适的发光元件；影像撷取装置166可为相机，然而本发明不以此为限。再者，量测装置160可利用雷射三角法、结构光量测法或其他合适的量测方法量测待测物900的表面910。

应注意的是，在下面的说明中，已在上述实施方式提过的相关细节将不再赘述，仅就下列实施方式的变化处加以详述。

图3为本发明另一实施方式的表面量测系统200的示意图。表面量测系统200包含控温装置210、增湿装置230与量测装置160。控温装置210用以控制待测物900的温度，增湿装置230用以形成液体层920于待测物900的表面910上。量测装置160用以量测具液体层920的待测物900。

图4A为图3的控温装置210的立体图，图4B为图3的控温装置210与待测物900的剖面图。控温装置210包含控温腔体212与控温气体源214。控温腔体212用以容纳待测物900。控温气体源214连接至控温腔体212，用以提供控温气体至控温腔体212中以控制待测物900的温度。具体而言，先将欲进行表面量测的待测物900置入控温腔体212中，之后控温气体源214将控温气体提供至控温腔体212中，以改变待测物900的温度，例如使待测物900降温。

在一些实施方式中，控温装置210可还包含导流结构220，置于控温腔体212中。导流结构220用以控制控温气体的流场，将控温气体均匀的导向待测物900上，以达到为待测物900均匀降温的目的。导流结构220包含扩散板222与整流板224。扩散板222置于控温气体源214的出气口215前，且置于整流板224与控温气体源214之间。整流板224具有多个贯穿孔225，用以将控温气体的流向均匀化。如此一来，通过整流板224的控温气体便具有准直性，亦即流向均匀化。此流向均匀化的控温气体能够均匀降低待测物900的温度，以避免降温不均的情况产生。

在一些实施方式中，导流结构220可还包含集气板226，置于扩散板222与整流板224之间，用以集中控温气体。在一些实施方式中，集气板226具有通道227，通道227的宽度自扩散板222至整流板224的方向渐缩，因此可将大角度的控温气体集中。

另外，控温腔体212具有一入口212a与一出口212b。待测物900可自入口212a进入控温腔体212，并由出口212b离开控温腔体212。控温装置210可还包含空气门装置218a与218b，分别设置于入口212a上与出口212b上。空气门装置218a与218b具有出风口，用以产生高压气流，此气流可将控温腔体212内与控温腔体212外的空气做隔绝，以达到封闭的效果。至于本实施方式的控温装置210的其他细节因与图2A及图2B的结露装置110类似，因此便不再赘述。

图5A为图3的增湿装置230的立体图，图5B为图3的增湿装置230与待测物900的剖面图。增湿装置230包含增湿腔体232与增湿气体源234。增湿腔体232用以容纳已控温的待测物900(即离开图3的控温装置210的待测物900)。增湿气体源234连接至增湿腔体232，用以提供水气至增湿腔体232中以形成液体层920于待测物900的表面910上。具体而言，增湿气体源234提供水气至增湿腔体232中。因待测物900的温度已降低，因此水气较易于待测物900的表面910达到饱和而凝结成液体并结露，进而形成液体层920，其成分为液态水。之后，形成液体层920的待测物900便可以离开增湿装置230并移到图3的量测装置160进行表面量测。

在一些实施方式中，增湿装置230可还包含导流结构240，置于增湿腔体232中。导流结构240用以控制水气的流场，将水气均匀的导向待测物900上，以在待测物900上形成均匀的液体层920。导流结构240包含扩散板242与整流板244。扩散板242置于增湿气体源234的出气口235前，且置于整流板244与增湿气体源234之间。整流板244具有多个贯穿孔245，用以将水气的流向均匀化。如此一来，通过整流板244的水气便具有准直性，亦即流向均匀化。此流向均匀化的水气能够均匀地在待测物900的表面910上结露，以形成均匀的液体层920。

在一些实施方式中，导流结构240可还包含集气板246，置于扩散板242与整流板244之间，用以集中水气。在一些实施方式中，集气板246具有通道247，通道247的宽度自扩散板242至整流板244的方向渐缩，因此可将大角度的水气集中。

另外，增湿腔体232具有一入口232a与一出口232b。待测物900可自入口232a进入增湿腔体232，并由出口232b离开增湿腔体232。增湿装置230可还包含空气门装置238a与238b，分别设置于入口232a上与出口232b上。空气门装置238a与238b具有出风口，用以产生高压气流，此气流可将增湿腔体232内与增湿腔体232外的空气做隔绝，以达到封闭的效果。至于本实施方式的增湿装置230的其他细节因与图2A及图2B的结露装置110类似，因此便不再赘述。另外，在形成液体层920后，待测物900便离开增湿装置230，并在量测装置160上进行表面量测。至于本实施方式的量测装置160与图1的量测装置160的元件与量测方法相同，因此便不再赘述。

综上所述，上述实施方式的表面量测系统通过在待测物的表面上形成液体层，以增加光束照射于表面上的散射量。如此一来，测得的影像具有高信噪比，因此表面能够被精准量测，亦可提升量测速度。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种表面量测系统，用以量测具低反射的表面的一待测物，其特征在于，该表面量测系统包含：

一结露装置，用以形成一液体层于该待测物的该表面上，该结露装置包含：一腔体，用以容纳该待测物；一控温气体源，连接至该腔体，用以提供一控温气体至该腔体中以控制该待测物的温度；一增湿气体源，连接至该腔体，用以提供水气至该腔体中以形成该液体层于该待测物的该表面上；以及一导流结构，置于该腔体中，该导流结构用以将该控温气体与该水气均匀的导向该待测物上，其中该导流结构包含：

一扩散板，置于该控温气体源的出气口前，该扩散板为一平板，用以反射该控温气体与该水气以形成该控温气体与该水气的不规则流向；

一整流板，该扩散板置于该整流板与该控温气体源之间；以及

一集气板，置于该扩散板与该整流板之间，用以集中该控温气体与该水气，其中该集气板具有一通道，该通道的宽度自该扩散板往该整流板的方向渐缩；以及

一量测装置，包含：一平台，用以放置具有该液体层的该待测物；一光源，用以提供一光束以照射该平台上的该待测物；以及一影像撷取装置，用以侦测自该平台上的该待测物散射的该光束。

2.根据权利要求1所述的表面量测系统，其特征在于，该整流板具有多个贯穿孔，用以将该控温气体与该水气的流向均匀化。

3.一种表面量测系统，用以量测具低反射表面的一待测物，其特征在于，该表面量测系统包含：

一控温装置，包含：一控温腔体，用以容纳该待测物；一控温气体源，连接至该控温腔体，用以提供一控温气体至该控温腔体中以控制该待测物的温度；以及一导流结构，置于该控温腔体中，该导流结构用以将该控温气体均匀的导向该待测物上，其中该导流结构包含：

一扩散板，置于该控温气体源的出气口前，该扩散板为一平板，用以反射该控温气体以形成该控温气体的不规则流向；

一整流板，该扩散板置于该整流板与该控温气体源之间；以及

一集气板，置于该扩散板与该整流板之间，用以集中该控温气体，其中该集气板具有一通道，该通道的宽度自该扩散板至该整流板的方向渐缩；

一增湿装置，包含：一增湿腔体，用以容纳已控温的该待测物；以及一增湿气体源，连接至该增湿腔体，用以提供水气至该增湿腔体中以形成一液体层于该待测物的该表面上；以及

一量测装置，包含：一平台，用以放置具有该液体层的该待测物；一光源，用以提供一光束以照射该平台上的该待测物；以及一影像撷取装置，用以侦测自该平台上的该待测物散射的该光束。

4.根据权利要求3所述的表面量测系统，其特征在于，该整流板具有多个贯穿孔，用以将该控温气体的流向均匀化。

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