CN111197966A - 使用冷凝手段的表面检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本揭露提出一种使用冷凝手段的表面检测装置及其方法。表面检测装置用于检测一待测物件的表面。表面检测装置包含气流产生器、发光元件以及感光元件。气流产生器位于待测物件上方，配置以朝向待测物件的表面喷射蒸气气流而在待测物件的表面上形成冷凝层。发光元件位于待测物件上方且朝向冷凝层，配置以对冷凝层投射光线。感光元件位于待测物件上方，配置以接收被冷凝层所散射的光线。通过冷凝层覆盖后方的待测物件，使得表面检测方法能够检测透明、弯折的待测物件，有效避免光线穿透待测物件后被其他物体反射而造成感光元件接收到大量的背景噪讯。

Description

使用冷凝手段的表面检测装置及其方法

技术领域

本揭露有关于一种表面检测装置以及表面检测方法。

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(如玻璃或压克力)作为产品组件(如手机面板、手机机壳、透镜)。为了确保品质，产品组件可经由量测装置量测而得到其表面形貌。然而量测透明组件有其技术上的难度。举例而言，透明材质反射率低，若要量到足够准确的透明组件影像，需要增加对透明组件的曝光时间或光源强度，若透明组件的内部或表面具有瑕疵或灰尘粒子，也可能被量测装置量测到，而导致信号误判。而若透明组件的表面为曲面，在量测时也易有受到待测物表面倾角影响反射光线偏折路径，导致高度量测误判的情况发生。

有关于上述技术问题，现有技术人员尝试使用有三次元量床以及喷涂非透明粒子(如：二氧化钛粒子)来试图重建产品组件的三维形貌。然而，三次元量床的时间、金钱成本过高，而喷涂非透明粒子则容易破坏产品组件本体，因此本领域人士仍亟欲找出一种更低成本、快速并得以有效量测产品组件的方法。

发明内容

本揭露提出一种表面检测装置，用于检测一待测物件的表面。表面检测装置包含气流产生器、发光元件以及感光元件。气流产生器位于待测物件上方，配置以朝向待测物件的表面喷射蒸气气流而在待测物件的表面上形成冷凝层。发光元件位于待测物件上方且朝向冷凝层，配置以对冷凝层投射光线。感光元件位于待测物件上方，配置以接收被冷凝层所散射的光线。

在一些实施方式中，气流产生器包含温度调节器、湿度调节器以及风速调节器。温度调节器配置以控制蒸气气流的温度。湿度调节器配置以控制蒸气气流的湿度。风速调节器配置以控制蒸气气流的风速。

在一些实施方式中，气流产生器的蒸气气流的方向与发光元件的光线的方向夹有一锐角。

在一些实施方式中，冷凝层中包含多个水粒子。水粒子的半径介于0.1微米至100微米之间。

本揭露的另一面向是有关于一种表面检测装置，用于检测待测物件的表面。表面检测装置包含气流产生器、平台、发光元件以及感光元件。气流产生器配置以喷射蒸气气流。平台设置于气流产生器下方，配置以支撑待测物件，并移动待测物件经过气流产生器下方而在待测物件的表面上形成冷凝层。发光元件，设置于平台上方，配置以朝向冷凝层投射光线。感光元件设置于平台上方，配置以接收被冷凝层所散射的光线。

在一些实施方式中，气流产生器包含温度调节器、湿度调节器以及风速调节器。温度调节器配置以控制蒸气气流的温度。湿度调节器配置以控制蒸气气流的湿度。风速调节器配置以控制蒸气气流的风速。

在一些实施方式中，平台进一步包含移动组件，待测物件位于移动组件上，移动组件配置以在第一时间将待测物件移动至气流产生器下方，并在第二时间将待测物件移动至发光元件下方。

在本揭露的又一面向，是提出一种表面检测方法，用以检测待测物件的表面。表面检测方法包含：使用气流产生器朝向表面喷射蒸气气流，并在表面上形成冷凝层；使用发光元件朝向冷凝层投射光线；以及使用感光元件接收被冷凝层散射的光线。

在一些实施方式中，表面检测方法进一步包含：控制蒸气气流的温度及湿度，以使蒸气气流的一露点温度高于待测物件的温度；以及控制蒸气气流的风速。

在一些实施方式中，表面检测方法所发生的散射现象为米式散射(Miescattering)。

综上所述，本揭露中所提出的表面检测方法与表面检测装置相较于现有技术具备诸多优点。首先，通过冷凝层屏蔽后方的待测物件，使得表面检测方法与表面检测装置能够检测透明的待测物件，有效避免光线穿透待测物件后被平台反射造成感光元件接收到大量的背景噪讯。其次，通过控制冷凝层中液态粒子的粒径的大小以及选用恰当波长的光线，使光线与冷凝层发生米式散射，使得表面检测方法与表面检测装置能够检测具有弯折的待测表面，有效避免光线在弯折的待测表面上过度偏折而造成感光元件无法接收到信号的问题。

附图说明

图1绘示依据本揭露一实施方式的表面检测方法的流程图；

图2A绘示表面检测方法所采用的表面检测装置于一阶段的侧视图；

图2B绘示表面检测方法所采用的表面检测装置于另一阶段的侧视图；

图2C绘示表面检测方法所采用的表面检测装置于又一阶段的侧视图；

图3绘示依据本揭露一实施方式的气流产生器的方块图；

图4绘示光线的波长与冷凝层中液态粒子的粒径所对应发生的干扰现象的对照图；

图5绘示依据本揭露另一实施方式的表面检测装置的示意图；

图6绘示依据本揭露又一实施方式的表面检测装置的示意图。

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。并且，除非有其他表示，在不同附图中相同的元件符号可视为相对应的元件。这些附图的绘示是为了清楚表达这些实施方式中各元件之间的连接关系，并非绘示各元件的实际尺寸。

请参照图1，其绘示依据本揭露一实施方式的表面检测方法100的流程图。如图1所示，表面检测方法100包含步骤S110、S120以及S130。表面检测方法100可用以检测待测物件的表面的轮廓。

如图1所示，表面检测方法100由步骤S110开始：使用气流产生器朝向待测物件的表面喷射蒸气气流，并在待测物件的表面上形成冷凝层。接着执行步骤S120：使用发光元件朝向待测物件的表面上的冷凝层投射光线。最后执行步骤S130：使用感光元件接收被冷凝层散射的光线。在一些实施方式中，感光元件将接收到的光线信号传送至处理器，处理器可将信号转换算成待测物件的表面的轮廓。

有关于表面检测方法100中采用的各个元件的具体配置方式将于后文中参照附图进行描述。在此为了说明起见，可先参照图2A至图2C，其分别绘示表面检测方法100所采用的表面检测装置200于各个阶段的侧视图。应了解，表面检测方法100可以搭配各种不同的表面检测装置(举例而言，如图5与图6中所示者)，但此处为了方便说明起见，先以图2A至图2C中的表面检测装置200作为举例。

如图2A所示，表面检测装置200是用以检测待测物件300，而表面检测装置200本身包含有气流产生器210、平台220、发光元件230以及感光元件240。气流产生器210配置以喷射出一道蒸气气流211。平台220设置于气流产生器210下方，并配置以支撑待测物件300，且平台220可移动待测物件300。发光元件230设置于平台220上方，并配置以朝向平台220投射光线231。感光元件240设置于平台220上方，并配置以接收光线。

在本实施方式中的平台220上可包含有移动组件，移动组件位于气流产生器210以及发光元件230下方，而待测物件300位于移动组件上方。如图2A至图2C所示，移动组件可让待测物件300由气流产生器210朝向发光元件230的方向D1移动。也就是说，待测物件300会依序经过气流产生器210下方以及发光元件230下方。具体而言，在第一时间，使用者可将待测物件300放置于第一位置(如图2A所示)；接着在第二时间，平台220的移动组件将待测物件300传输至气流产生器210与平台220之间的位置(如图2B所示)；最后在第三时间，平台220的移动组件将待测物件300传输至发光元件230与平台220之间的位置(如图2C所示)。在一些实施方式中，移动组件可包含马达、齿轮以及传输带。

如图2B所示，当待测物件300被传输至气流产生器210与平台220之间时，气流产生器210喷射出的蒸气气流211接触至待测物件300面朝气流产生器210的待测表面310，并在其上产生冷凝层311。在本实施方式中，气流产生器210喷射出的蒸气气流211垂直于平台220。如此一来，可以使蒸气气流211均匀的接触至待测表面310。

在本实施方式中，气流产生器210可以是各种产生气流的装置(诸如风扇、气压泵浦等等)，并配置以在待测物件300的待测表面310附近制造气体对流。蒸气气流211接触至待测表面310后，蒸气气流211中的部分蒸气将会凝结至待测表面310上方并形成许多液态微粒，这些液态微粒进而构成冷凝层311。

在本实施方式中，蒸气气流211中包含水气，蒸气气流211接触至待测表面310后水气凝结为液态水珠，而这些水珠构成了冷凝层311。在其他实施方式中，蒸气气流211亦可包含不同的物质的蒸气。在一些实施方式中，可选用对待测物件300造成影响较小的物质(如水、惰性粒子、微金属粒子等)。又或者，可选用较容易由待测物件300的待测表面310上移除的物质，如各式有机溶剂(如甲醚、乙醇等)。

在本实施方式中，气流产生器210除了可选用不同的物质来形成冷凝层311外，气流产生器210亦可调整喷出的蒸气气流211的温度以及蒸气压，借此控制冷凝层311的特性。举例而言，冷凝层311的特性包含：液态粒子的数量、分布以及每个液态粒子的粒径(粒子的半径)大小等等。

具体而言请参照图3，其绘示依据本揭露一实施方式的气流产生器210的方块图。气流产生器210中可包含有温度调节器212、湿度调节器213以及风速调节器214。温度调节器212配置以控制蒸气气流211的温度。湿度调节器213配置以控制蒸气气流211的湿度。风速调节器214配置以控制蒸气气流211的风速。

在一些实施方式中，温度调节器212可包含加热器，使得蒸气气流211温度上升。具体而言，蒸气气流211的温度大于待测物件300的待测表面310的温度。通过以上设计，当蒸气气流211接触至待测表面310时，蒸气气流211被待测表面310降温，而使得蒸气气流211中的蒸气较容易凝结成液态粒子并附着于待测表面310上，能有效加速冷凝层311中液态粒子的形成速度。

在一些实施方式中，湿度调节器213可包含蒸发器，使得蒸气气流211中特定物质的蒸气压大于环境中该物质的蒸气压。在本实施方式中，湿度调节器213将液态水蒸发，使得蒸气气流211的湿度提升。由于蒸气气流211包含有较高的湿度，而使得蒸气气流211中的蒸气较容易凝结成液态粒子并附着于待测表面310上，能有效加速冷凝层311中液态粒子的形成速度。

在一些实施方式中，可透过温度调节器212与湿度调节器213来分别控制蒸气气流211的温度与湿度，以使蒸气气流211的露点温度高于待测物的温度，因此冷凝层311即会形成于待测物件300的待测表面310上。

在一些实施方式中，风速调节器214可包含风扇，通过调整风扇的转速快慢，即可调整蒸气气流211的流速大小。当蒸气气流211的流速较大时，可促进待测表面310附近蒸气气流211的对流，并借此影响冷凝层311中液态粒子的形成、蒸发速度。在一些实施方式中，风速调节器214还可包含气流整合模组，使得蒸气气流211流出气流产生器210时具有各处均匀的流速，以此控制液态粒子在待测表面310上的分布情形。

由上述段落可知，通过气流产生器210中温度调节器212、湿度调节器213以及风速调节器214的调节，能够改变冷凝层311中液态粒子的形成速度。在这样的情形下，只需要控制蒸气气流211接触至待测表面310的时间，即可控制冷凝层311中液态粒子的数量以及粒径大小。

举例而言，当待测物件300位于气流产生器210下方的时间越久，则冷凝层311中液态粒子的数量就越多，且液态粒子的粒径也会越大。在本实施方式中，只需控制平台220的移动组件移动待测物件300的速度，即可决定待测物件300位于气流产生器210下方的时间。在一些实施方式中，亦可通过开启以及关闭气流产生器210的方式来控制蒸气气流211接触至待测表面310的时间。

接下来请参考图2C，平台220的移动组件将待测物件300传输至发光元件230下方。发光元件230朝向待测物件300投射光线231。光线231入射冷凝层311会与冷凝层311中的液态微粒发生干扰现象，而使光线231改变行进方向。在本实施方式中，光线231出射冷凝层311的方向相异于光线231入射冷凝层311的方向。接着，一部分的光线231离开冷凝层311后会被感光元件240接收。

在本实施方式中，可以通过控制冷凝层311中液态粒子的粒径大小来控制光线231入射冷凝层311后发生的干扰现象。具体而言，干扰现象可为透射、反射、折射或是散射等等。

具体而言请参考图4，其绘示光线231的波长λ与冷凝层311中液态粒子的粒径R所对应发生的干扰现象的对照图。在本实施方式中，发光元件230发出的光线231为紫光，其波长λ大约为405纳米。而如图4所示，在光线231的波长λ约为405纳米的状况下，当冷凝层311中液态粒子的粒径R小于约10纳米时，光线231会发生瑞利散射(Rayleigh scattering)；当冷凝层311中液态粒子的粒径R介于约10纳米至100微米时，光线231会发生米式散射(Miescattering)；而当冷凝层311中液态粒子的粒径R大于约100微米时，光线231则会遵守一般的几何光学(即反射、折射)。

在本实施方式中，通过调整光线231的波长λ以及冷凝层311中液态粒子的粒径R的大小，使得光线231入射冷凝层311后发生米式散射。具体而言，光线231可为紫外光、可见光或红外光，而冷凝层311中液态粒子的粒径R可介于约0.1微米至100微米之间。在一些实施方式中，可将液态粒子的粒径R控制为约4微米，其散射光具有均匀、高强度的特性，能使表面检测装置200的准确度进一步提升。

在一些实施方式中，发光元件230与感光元件240整合为一个模组，并可相对于平台220进行移动。也就是说，在图2C中仅绘示出发光元件230发出的光线231投射至待测物件300的待测表面310上的一点，但实际上发光元件230与感光元件240可以相对平台220移动并使光线231扫过待测物件300的待测表面310全部的范围。又或者，发光元件230与感光元件240可固定于平台220，但发光元件230可以改变光线231投射至待测物件300的方向，使光线231扫过待测物件300的待测表面310的全部范围。

在本实施方式中，在光线231扫过待测物件300的待测表面310的同时，感光元件240可将接收到的光强度信号传送至一个外部的处理器，处理器可依据这些光强度信号重建出待测物件300的待测表面310的三维影像信息，并可据此判断待测物件300的待测表面310的轮廓是否符合规范。至此，表面检测装置200已成功的完成了表面检测方法100中的所有步骤。

综上所述，本揭露提出了一种用于检测待测物件300的待测表面310的表面检测方法100以及用以实施表面检测方法100的表面检测装置200。在完成表面检测方法100后，即可获取待测物件300的待测表面310的轮廓信息。

本揭露中所提出的表面检测方法100与表面检测装置200相较于现有技术具备诸多优点。首先，通过冷凝层311覆盖后方的待测物件300，使得表面检测方法100与表面检测装置200能够检测透明的待测物件300，有效避免光线231穿透待测物件300后被平台220反射造成感光元件240接收到大量的背景噪讯。其次，通过控制冷凝层311中液态粒子的粒径R的大小以及选用恰当波长λ的光线231，使光线231与冷凝层311发生米式散射，使得表面检测方法100与表面检测装置200能够检测具有弯折的待测表面310的待测物件300，有效避免光线231在弯折的待测表面310上过度偏折而造成感光元件240无法接收到信号的问题。最后，在表面检测装置200的架构中，可在平台220上连续放置待测物件300，并连续执行表面检测方法100，可以在低时间成本、低金钱成本的前提下检测大数量的待测物件300，相比之下，已知技术则仅能以抽样的方式进行检测。

如前文中所述，表面检测装置200仅为用以实现表面检测方法100的其中一个实施方式。本领域人士可依据实务需求设计不同的系统来实现表面检测方法100。举例而言，在此可参考图5，其绘示依据本揭露另一实施方式的表面检测装置400的示意图。

如图5所示，表面检测装置400是用以检测一个待测物件300。表面检测装置400包含气流产生器410、平台420、发光元件430以及感光元件440。平台420支撑待测物件300。气流产生器410位于待测物件300上方，并配置以朝向待测物件300的待测表面310喷射蒸气气流411而在待测表面310上形成冷凝层311。发光元件430位于待测物件300上方且朝向冷凝层311，并配置以对冷凝层311投射光线431。感光元件440位于待测物件300上方，并配置以接收被冷凝层311散射的光线431。气流产生器410与图2A的气流产生器210的差异在于，气流产生器410喷射出蒸气气流411的方向相对平台420倾斜，而未垂直于平台420。也就是说，在本实施方式中，蒸气气流411的方向与发光元件430投射的光线431的方向夹有一个锐角。

图5的气流产生器410亦可包含如图3中所绘示的温度调节器212、湿度调节器213以及风速调节器214。相关细节可参照上文中有关于图3的描述，于此不再重复。

此外，发光元件430与感光元件440近似于如图2A至图2C中的发光元件230与感光元件240。在本实施方式中，可依照上文中的方法使光线431与冷凝层311发生米式散射，如此一来可设计发光元件430发出的光线431垂直于平台420，而感光元件440接收光线431的方向不垂直于平台420。

图5的表面检测装置400亦可执行前述图1的步骤S110、步骤S120与步骤S130，不重复赘述。在步骤S130后，感光元件440可将接收到的光线信号传送至处理器，处理器再进一步将光线信号转换算成待测物件300的待测表面310的三维轮廓。

综上所述，表面检测装置400除了可以用以检测透明的待测物件300，或用以检测具有弯曲的待测表面310的待测物件300外，表面检测装置400中的待测物件300是静置于平台420上方，因此具有稳定性高的优点。此外，表面检测装置400整体占用的体积小，具有节省空间成本的优点。

在一些实施方式中，为了进一步控制待测表面310上的冷凝层311的特性，可以设置多个气流产生器410于平台420上方。具体而言可以参照图6，其绘示依据本揭露又一实施方式的表面检测装置400a的示意图。

如图6所示，表面检测装置400a中所包含的大部分元件与表面检测装置400相同，其中差异处在于表面检测装置400a包含有两个气流产生器410。两个气流产生器410对称于平台420的法线421。也就是说，其中一个气流产生器410与法线421夹有第一角度，另一个气流产生器410与法线421夹有第二角度，而第一角度相等于第二角度。

使用表面检测装置400a执行表面检测方法100的流程与表面检测装置400相同，且表面检测装置400a除了具备相同于表面检测装置400的所有优点，由于多设置了一个气流产生器410，能够更细部的控制冷凝层311的特性。其余优点请参照先前的段落，于此不再重复。

本揭露已由范例及上述实施方式描述，应了解本发明并不限于所揭露的实施方式。相反的，本发明涵盖多种更动及近似的布置(如，此领域中的通常技艺者所能明显得知者)。因此，附加的请求项应依据最宽的解释以涵盖所有此类更动及近似布置。

Claims (10)

1.一种表面检测装置，用于检测一待测物件的一表面，其特征在于，该表面检测装置包含：

一气流产生器，位于该待测物件上方，配置以朝向该待测物件的该表面喷射一蒸气气流而在该表面上形成一冷凝层；

一发光元件，位于该待测物件上方且朝向该冷凝层，配置以对该冷凝层投射一光线；以及

一感光元件，位于该待测物件上方，配置以接收被该冷凝层所散射的该光线。

2.根据权利要求1所述的表面检测装置，其特征在于，该气流产生器包含：

一温度调节器，配置以控制该蒸气气流的一温度；

一湿度调节器，配置以控制该蒸气气流的一湿度；以及

一风速调节器，配置以控制该蒸气气流的一风速。

3.根据权利要求1所述的表面检测装置，其特征在于，该气流产生器的该蒸气气流的方向与该发光元件的该光线的方向夹有一锐角。

4.根据权利要求1所述的表面检测方法，其特征在于，该冷凝层中包含：

多个水粒子，所述多个水粒子的半径介于0.1微米至100微米之间。

5.一种表面检测装置，用于检测一待测物件的一表面，其特征在于，该表面检测装置包含：

一气流产生器，配置以喷射一蒸气气流；

一平台，设置于该气流产生器下方，配置以支撑该待测物件，并移动该待测物件经过该气流产生器下方而在该待测物件的该表面上形成一冷凝层；

一发光元件，设置于该平台上方，配置以朝向该冷凝层投射一光线；以及一感光元件，设置于该平台上方，配置以接收被该冷凝层所散射的该光线。

6.根据权利要求5所述的表面检测装置，其特征在于，该气流产生器包含：

一温度调节器，配置以控制该蒸气气流的一温度；

一湿度调节器，配置以控制该蒸气气流的一湿度；以及

一风速调节器，配置以控制该蒸气气流的一风速。

7.根据权利要求5所述的表面检测装置，其特征在于，该平台进一步包含：

一移动组件，该待测物件位于该移动组件上，该移动组件配置以在第一时间将该待测物件移动至该气流产生器下方，并在第二时间将该待测物件移动至该发光元件下方。

8.一种表面检测方法，用以检测一待测物件的一表面，其特征在于，该表面检测方法包含：

使用一气流产生器朝向该表面喷射一蒸气气流，并在该表面上形成一冷凝层；

使用一发光元件朝向该冷凝层投射一光线；以及

使用一感光元件接收被该冷凝层散射的该光线。

9.根据权利要求8所述的表面检测方法，其特征在于，进一步包含：

控制该蒸气气流的一温度及一湿度，以使该蒸气气流的一露点温度高于该待测物件的一温度；以及

控制该蒸气气流的一风速。

10.根据权利要求8所述的表面检测方法，其特征在于，该散射为米式散射。

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