CN112857234A - 结合物体二维和高度信息的测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种结合物体二维和高度信息的测量方法及其装置，结合物体二维和高度信息的测量方法包括：提供一基准平面以供放置测量对象；投射红、绿、蓝三原色光源于测量对象上，其中至少一色彩的光源是形成多个光束，多个光束倾斜地投射于测量对象的顶面并形成多数个光点；通过摄像装置提取测量对象图像，并且提取对应于三原色光源通道的图像信息；利用对应于多个光束颜色通道的图像信息，通过光束投射于测量对象上所形成光点的水平偏移量，以取得测量对象的高度信息；利用其余颜色通道的图像信息，通过图像辨识方式以取得二维测量或检测信息。

Description

结合物体二维和高度信息的测量方法及其装置

技术领域

本发明有关于一种结合物体二维和高度信息的测量方法及其装置，特别是有关于一种适合于印刷电路板、集成电路、电子组件基板等类型具有二维及立体形貌对象的测量或检测作业使用的结合物体二维和高度信息的测量方法及其装置。

背景技术

现有的印刷电路板、集成电路、或电子基板等类型具有二维形貌和三维形貌的对象，常利用视觉检测方式进行检测或测量。

然而目前的测量技术通常需要通过两组(或以上)的摄像装置或光学扫瞄装置对物体进行多次扫描，以分别得到物体的2D及3D测量结果。如此不仅耗费测量时间，还会增加机具成本。

此外，现有的视觉检测技术所使用三维测量方法通常使用的扫瞄装置的结构相当复杂，因此也造成了测量设备昂贵的问题存在。

由于以上原因，造成现有测量技术的缺点，故如何通过结构改良，以解决前述各项问题，已成为该项产品所欲解决的重要课题之一。

发明内容

本发明主要目的，在于提供一种能够解决目前测量技术中，必须多次扫瞄方能够取得二维及三维测量信息的缺点。

为了解决上述的技术问题，本发明一实施例提供一种结合物体二维和高度信息的测量方法，其中包括：提供一基准平面以供放置测量对象；通过照明装置投射红、绿、蓝三原色光源于所述测量对象上，所述三原色光源中至少一色彩的光源是通过光束产生装置产生的多个光束，并且多个所述光束相对于所述基准平面倾斜地投射于所述测量对象上，而于所述测量对象顶面形成多数个光点；通过摄像装置提取所述测量对象图像，并且从所述摄像装置输出的图像信息中提取对应于所述三原色光源通道的图像信息；利用对应于所述光束产生装置所发出的光源颜色通道的图像信息，通过图像辨识方式计算光束投射于测量对象上所形成光点的水平偏移量，以取得所述测量对象的高度信息；利用除了所述光束产生装置所发出的光线颜色以外的其余颜色光源通道的图像信息，通过图像辨识方式以以取得二维测量或检测信息。

本发明测量方法的一优选实施例中，所述照明装置还具有多个发光组件，用以产生所述三原色光源当中，除了所述光束产生装置所输出光源颜色以外的其余色彩的所述原色光源。

本发明测量方法的一优选实施例中，其中所述测量对象的高度信息，能够通过下列公式取得：h＝d×tan(θ)；其中，h为所述测量对象顶面距离所述基准平面高度；d为所述光束产生装置输出光束形成于所述测量对象顶面的光点和激光束与所述基准平面交会点的水平方向偏移距离；以及θ为所述光束与所述基准平面的夹角。

本发明实施例还提供一种用于实施本发明方法的测量装置，其中包括：一基座，所述基座顶面形成所述基准平面；一本体部，所述本体部具有一镜头支架，用以设置所述摄像装置，以及多个安装架，用以设置所述照明装置的所述光束产生装置及多个所述发光组件。

本发明测量装置的一优选实施例，其中所述光束产生装置具有一光源装置，用以产生多个所述光束，以及至少一反射镜，用以反射多个所述光束，而使得多个所述光束以预定倾斜角度投射于所述基准平面上。

本发明的有益效果，在于能够同时取得物体的二维测量及高度测量数据，而简化检测作业，并提高效率。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明所使用测量装置的立体示意图。

图2为本发明使用测量装置的局部分解示意图。

图3为本发明使用测量装置的剖面示意图。

图4为本发明取得二维测量信息及高度信息操作方法的示意图。

图5为本发明测量方法的方块流程示意图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“具有薄膜发声组件的可挠性电子组件及其电子装置”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“结合物体二维和高度信息的测量方法及其装置”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

如图1至图3所示，为本发明测量方法所使用测量装置的一具体实施例。本实施例中，测量装置2设置于一测量机台1上，所述测量机台1具有一基座3，基座3的顶面形成一基准平面301，用以供放置测量对象，以及一移动装置4，设置于基座3顶面，移动装置4包括有一移动机架401，以及设置于基座3顶面的第一滑轨402，以及设置于移动机架401上的第二滑轨403。

本发明的测量装置2设置于移动机架401上，并且能够通过移动机架401的第一滑轨402及第二滑轨403带动测量装置2沿着基座3的基准平面301位移，而使得测量装置2的位置能够移动到基准平面301的任一位置。

如图2及图3所示，本发明的测量装置2包括有一本体部10、摄像装置20、照明装置30。其中，本体部10具有一可拆卸的外壳11，用以保护摄像装置20、照明装置30等主要组件，并且外壳11能够容易拆卸，以利于维修内部组件。本体部10的上端设置有一镜头支架12，用以固定摄像装置20，以及多个安装架13，用以设置所述照明装置30。本体部10的底部设置一开口部14，所述开口部14面向于所述基准平面，摄像装置20的镜头21能够通过开口部14提取测量对象的图像，并且照明装置30以及光束产生装置32的光线能够通过开口部14投射于测量对象上。本实施例中，本体部10能够定义出一中心轴线C，所述中心轴线C垂直于基座3的基准平面301，并且所述摄像装置20以及所述开口部14均位于中心轴线C上。

摄像装置20具有一镜头21，以及一连接于镜头21的图像捕获设备22，图像捕获设备22通过镜头21提取测量对象的图像，且将测量对象图像传送至一后台处理系统(例如：计算机主机)进行处理，并通过图像辨识方式取得测量信息。

请配合图3及图4所示，本发明的照明装置30是采用多个发光组件31a、31b和至少一光束产生装置32组合，而用以产生三原色的光源(例如：红R、绿G、蓝B三色)于测量对象40上以作为测量的光源，并且照明装置30所发出的三原色光源的光轴和基准平面之间的倾斜角度彼此不同。例如，本实施例中，照明装置30具有一光束产生装置32，以及多个发光组件31a、和发光组件31b，其中光束产生装置32用以发出红、绿、蓝三原色当中其中一种颜色的光线，而发光组件31a、和发光组件31b则用以产生和光束产生装置32不同颜色的其他两种颜色的光源。

其中，照明装置30的发光组件31a、和发光组件31b分别为用以发出不同颜色光线的发光二极管芯片，其中发光组件31a和发光组件31b分别安装于本体部10的上下两个安装架13上，因此使得发光组件31a和发光组件31b被安装在不同高度位置上。并且，本实施例中，两安装架13均呈圆环状，并且多个发光组件31a以及发光组件31b能够以本体部10中心轴线C为中心，而以圆环状排列设置于两安装架13上，并且对称于中心轴线C。如图3及图4所示，发光组件31a以及发光组件31b所发光的光线分别以不同倾斜角度投射于基准平面301上，并且发光组件31a以及发光组件31b所发光的光线的光轴共同地交会于中心轴线C和基准平面301的交会处。

光束产生装置32所产生的光线型态为多个光束的型态，所述多个光束投射于基准平面301或测量对象40的表面后，能够于基准平面301或测量对象40的表面形成多个光点。光束产生装置32投射于基准平面301或测量对象40表面的复数光点的分布位置位于摄像装置20的图像提取的范围内。本实施例中，光束产生装置32具有一光源装置321、反射镜322、以及透射片323。光源装置321所输出的光线形成了多个光束L3，光束L3经由反射镜322反射，并通过透射片323后能够以预定倾斜角度投射于基准平面301及测量对象40的表面上。

特别说明，本发明较佳实施例中，光束产生装置32可以为激光发光装置，而且其中光源装置321为激光发光装置。然而，本发明其他实施例中，光束产生装置32也可以采用诸如：发光二极管，或其他发光组件结合透镜或光纤等导光组件而输出复数光束。

本发明的测量装置2是通过照明装置30以三原色光源照射于测量对象40，并且通过摄像装置20提取测量对象图像后，再由摄像装置20输出图像文件案中提取红、绿、蓝三原色通道的图像信息后，再分别以不同颜色通道的图像信息进行光学检测，因此本发明的技术能够通过摄像装置20单次的图像提取程序，而同时进行多种不同类型的光学检测。

更详细地说，本发明的摄像装置20的图像捕获设备22为具有图像传感器(图中未示)，所述图像传感器为具有红、绿、蓝三原色像素的传感器(例如：CCD或CMOS图像传感器)，因此每一感光像素(Pixel)中分别包含有红、绿、蓝三色像素单元，分别用以感测红光、绿光及蓝光。并且图像捕获设备22能够输出未压缩图像文件格式(RAW文件)，并且从所述未压缩图像文件案中提取出红、绿、蓝三种颜色通道(Channel)的图像信息。当然，本发明也能够由摄像装置20的图像捕获设备22直接输出三原色光源颜色通道的图像信息。

其中，本发明是以对应于光束产生装置32所输出光线颜色(例如：蓝色)的通道的图像信息进行测量对象40的高度信息的测量作业，而且以对应于发光组件31a以及发光组件31b输出光线颜色的通道的图像信息(例如：红色、绿色通道)进行二维轮廓的测量或检测测对象表面处理情形或缺陷的二维信息检测或测量。

进一步说明，本发明的测量装置2是通过光束产生装置32输出光束L3投影于测量对象40表面上的复数光点的偏移量，而测量到测量对象40的高度信息。如图4所示，由于光束产生装置32产生的复数光束是以预定倾斜角度投射于基准平面301上，因此当测量对象40放置于基准平面301上时，投射于测量对象40表面上的复数光点将会产生水平方向的偏移。因此，通过三角函数原理，能够通过光点水平偏移量而得到高度信息。例如，本发明能够以下列公式取得测量对象40的高度信息：h＝d×tan(θ)；其中，h为测量对象40表面距离基准平面301高度；d为光束L3形成于测量对象40顶面的光点和激光束L3与基准平面301交会点的水平方向距离；以及θ为光束L3与基准平面301的夹角(亦即图4标示θ3)。

特别说明，本发明的光束产生装置32所产生的光束L3和基准平面301的夹角较佳者为安排介于35度至55度的范围内，而其中以45度为最佳的角度。此乃因45度角时，光束L3形成于测量对象40表面光点的水平偏移距离d将等于测量对象40的高度h，因此当光束倾斜角度为45度的实施例中，不需经由运算便能够直接通过测量出光点偏移量d而得到测量对象高度h，因此能够简化运算且减少误差。

此外，本发明能够进一步通过发光组件31a以及发光组件31b输出光线颜色的通道的图像信息进行二维轮廓的测量或检测作业。例如本实施例中，照明装置30还具有两组发出不同颜色光线的发光组件31a以及发光组件31b，因此能够分别利用对应于发光组件31a以及发光组件31b输出光线颜色通道的图像信息进行不同种类的测量或检测。例如，本实施例中，发光组件31a输出光线的光轴L1和基准平面301的夹角θ1大于发光组件31b输出光线的光轴L2和基准平面301的夹角θ2，因此本发明能够通过发光组件31a输出光线颜色通道的图像信息进行测量对象40表面处理情形或刮痕等不良情形的检测，并且利用发光组件31b输出光线颜色通道的图像信息进行测量对象40的轮廓检测或二维轮廓尺寸测量作业。

特别说明，本实施例中公开的照明装置30虽然是由一组光束产生装置32搭配两组发光组件31a及发光组件31b以输出三原色光源，然而在本发其他实施例中亦能够有不同的组合方式，例如：将光束产生装置32的数量增加为两组，而发光组件的数量减少为一组。此外，本实施例中，摄像装置20的数量为一组，但本发明其他实施例中，亦可使用一组以上的摄像装置20提取图像，并以相同方法进行测量或检测作业。

如图5所示，为本发明测量方法的方块流程示意图。本发明所提供的结合物体二维和高度信息的测量方法主要包含下列步骤。其中，步骤S1中，为提供一测量基准面以供放置测量对象。接着步骤S2中，为投射红、绿、蓝三原色光源于测量对象上，并且三原色光源中至少一色彩的光源是通过光束产生装置产生的多个光束，并且多个所述光束投射于测量对象上形成多个光点。

特别说明，步骤S2中，三原色光源当中，除了由所述光束产生装置所发出的光线以外，其余颜色的原色光源为采用发光二极管发光组件所发出，并且三色光源投射于基准平面上的夹角彼此不同。并且其中光束产生装置所产生光束和基准平面的夹角较佳者安排于介于35度至55度的范围内，而其中以45度为最佳的角度。

步骤S3中，为通过摄像装置提取测量对象图像，并且从摄像装置输出图像信息中提取对应于三原色光源通道的图像信息。

步骤S4中，为利用对应于光束产生装置所发出的光线颜色通道的图像信息，通过图像辨识方式计算光束投射于测量对象上所形成光点的水平偏移量，以测量对象的高度。其中测量对象的高度能够以下列计算式取得：h＝d×tan(θ)；其中，h为测量对象顶面距离基准平面高度；d为激光束形成于测量对象顶面的光点和激光束与基准平面交会点的水平方向偏移距离；以及θ为激光束与基准平面的夹角。

步骤S5，为利用除了光束产生装置所发出的光线颜色以外的其余颜色光源通道的图像信息，通过图像辨识方式以及运算以进行二维轮廓的测量或检测，而以取得二维测量信息。特别说明，本发明的二维轮廓的测量或检测，包括有测量对象二维轮廓的图形检测或比对，以及二维轮廓的尺寸测量，以及测量对象表面处理情形或缺陷检测。

本发明的测量方法及测量装置的特点及功效如下所述：

1、本发明的技术能够通过单次取像，提取不同色彩通道的图像信息，而同时进行高度信息以及多种二维测量信息或检测作业，因此能够增进测量效率，并且适合用于需要多种测量信息的用途。例如：将本发明技术运用于印刷电路板工艺检测用途时，能够通过测量高度信息的方式达到检测铜箔厚度、检测电路板翘曲等检测作业，并且同时进行图形轮廓比对、尺寸测量、表面处理或刮痕检测等检测作业。

2、本发明技术能够通过平面图像进行高度信息的测量，因此能够通过简单的装置达到高度测量作业的目的，因此降低了装置成本。

3、本发明技术为通过三原色光源作为测量光源，因此使得三种不同颜色光源通道的图像不会互相干扰，而能够达到利用不同原色光源通道的图像信息进行图像辨识以进行测量，而同时取得多种测量作业的目的。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种结合物体二维和高度信息的测量方法，其特征在于，包括：

提供一基准平面以供放置测量对象；

通过照明装置投射红、绿、蓝三原色光源于所述基准平面上的测量对象上，所述三原色光源中至少一原色的光源是通过光束产生装置产生的多个光束，并且多个所述多个光束相对于所述基准平面倾斜地投射于所述测量对象上所述测量对象顶面形成多个光点；

通过摄像装置提取所述测量对象图像，并且从所述摄像装置输出的图像信息中提取对应于所述三原色光源通道的图像信息；

利用对应于所述光束产生装置所发出的光源颜色通道的图像信息，通过图像辨识方式计算光束投射于测量对象上所形成多个光点的水平偏移量，以取得所述测量对象的高度信息；

利用除了所述光束产生装置所发出的光源颜色通道以外的其余颜色通道的图像信息，通过图像辨识方式以取得二维测量或检测信息。

2.如权利要求1所述的结合物体二维和高度信息的测量方法，其特征在于，所述照明装置还具有多个发光组件，用以产生所述三原色光源当中，除了所述光束产生装置所输出光源颜色以外的其余色彩的所述原色光源。

3.如权利要求2所述的结合物体二维和高度信息的测量方法，其特征在于，所述测量对象的高度信息，能够通过下列公式取得：h＝d×tan(θ)；其中，h为所述测量对象顶面距离所述基准平面高度；d为所述多个光束形成于所述测量对象顶面的多个光点和所述多个光束与所述基准平面交会点的水平方向偏移距离；以及θ为所述多个光束与所述基准平面的夹角。

4.如权利要求2所述的结合物体二维和高度信息的测量方法，其特征在于，至少一所述光束产生装置所产生的所述多个光束和所述基准平面的夹角介于35度至55度的范围内。

5.如权利要求4所述的结合物体二维和高度信息的测量方法，其特征在于，至少一所述光束产生装置所产生的所述多个光束和所述基准平面的夹角为45度。

6.如权利要求3所述的结合物体二维和高度信息的测量方法，其特征在于，多个所述发光组件中，用以发出不同色彩光源的所述发光组件所输出光线的光轴和所述基准平面的夹角彼此不同。

7.如权利要求1所述的结合物体二维和高度信息的测量方法，其特征在于，为通过一个或一个以上的所述摄像装置提取所述测量对象图像。

8.如权利要求1所述的结合物体二维和高度信息的测量方法，其特征在于，为通过所述摄像装置输出未压缩的图像文件案中，提取所述三原色光源颜色通道的图像信息，或者由所述摄像装置直接输出三原色光源颜色通道的图像信息。

9.一种用于权利要求1至8其中任一项所述测量方法使用的测量装置，其特征在于，包括：

一基座，所述基座顶面形成所述基准平面；

一本体部，所述本体部具有一镜头支架，用以设置所述摄像装置，以及多个安装架，用以设置所述照明装置的所述光束产生装置及多个所述发光组件。

10.如权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述光束产生装置具有一光源装置，用以产生所述多个光束，以及至少一反射镜，用以反射所述多个光束，而使得所述多个光束以预定倾斜角度投射于所述基准平面上。

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