CN115128091A - 曲面工件承载装置、包含其的光学检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种曲面工件承载装置、包含其的光学检测系统及方法，该曲面工件承载装置连接至一多轴机械手臂。曲面工件承载装置包括支撑单元、调节单元以及载台基座。支撑单元用以承载曲面工件。调节单元对应地连接至支撑单元，以调整支撑单元所形成的支撑面，支撑面适于承载曲面工件。载台基座连接于调节单元与多轴机械手臂之间。多轴机械手臂依据曲面工件的表面曲率设定动作路径，以控制曲面工件承载装置上的曲面工件沿着动作路径移动。本发明的曲面工件承载装置可以用以承载曲面工件进行对应的加工或检测，降低曲面工件加工或检测的难度。

Description

曲面工件承载装置、包含其的光学检测系统及方法

技术领域

本发明有关于一种承载装置，及包括承载装置的光学检测系统及光学检测方法，尤指一种曲面工件承载装置，及包括曲面工件承载装置的光学检测系统及光学检测方法。

背景技术

自动光学检查(Automated Optical Inspection,AOI)，为运用机器视觉进行检测的技术，用以改良传统上以人力使用光学仪器进行检测的缺失，应用层面包括从高科技产业的研发、制造品管，以至国防、民生、医疗、环保、电力等领域。

目前机器视觉的技术已广泛地应用于生产在线，主要用于将产品通过移载设备送进检测站，通过检测站的图像捕获设备对待测物进行拍摄，并于执行特征辨识后，通过传统算法或类神经网络判定有瑕疵的项目。

在图像检测的技术中，曲面工件的处理相对平面工件的处理困难很多，主要原因是图像捕获设备多半具有合适的焦距，当摄像机拍摄曲面工件时，曲面工件的每一个位置通常难以落在图像捕获设备的焦距范围内，在高精度检测时容易降低检测的效果；另一方面，摄像机拍摄曲面工件时，由于曲面工件的每一个位置与摄像机之间的距离均不相同，所拍摄到的图像容易会有视角缺失(例如曲面的表面角度与摄像机非正交时造成的图像形变或桶状变形等)，造成曲面工件检测的效率低下。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种曲面工件承载装置，连接至一多轴机械手臂。曲面工件承载装置包括多个支撑单元、多个调节单元以及一载台基座。支撑单元用以承载一曲面工件。调节单元对应地连接至支撑单元，以调整支撑单元所形成的一支撑面，支撑面适于承载曲面工件。载台基座连接于调节单元与多轴机械手臂之间。多轴机械手臂依据曲面工件的一表面曲率设定一动作路径，以控制曲面工件承载装置上的曲面工件沿着动作路径移动。

本发明的另一目的，在于提供一种光学检测系统，包括一多轴机械手臂、一曲面工件承载装置以及一图像捕获设备。曲面工件承载装置结合至多轴机械手臂上，包括多个支撑单元、多个调节单元以及一载台基座。支撑单元用以承载一曲面工件。调节单元对应地连接至支撑单元，以调节支撑单元所形成的一支撑面，支撑面适于承载曲面工件。载台基座连接于调节单元与多轴机械手臂之间。图像捕获设备设置于曲面工件承载装置一侧，并具有一对焦距离。多轴机械手臂依据曲面工件的一表面曲率设定一动作路径，以控制曲面工件承载装置带动曲面工件沿着动作路径移动，使曲面工件的表面保持在对焦距离上，因此图像捕获设备得以拍摄曲面工件的整面图像。

本发明的另一目的，在于提供一种光学检测方法，包括以下步骤:放置一曲面工件至一曲面工件承载装置上；调整曲面工件承载装置上的多个调节单元，使得曲面工件承载装置上的多个支撑单元所形成的一支撑面适于承载曲面工件；利用一多轴机械手臂依据曲面工件的表面曲率设定一动作路径；控制曲面工件承载装置带动曲面工件沿着动作路径移动；以及利用一图像捕获设备拍摄曲面工件的整面图像。

因此，本发明的曲面工件承载装置可以用以承载曲面工件进行对应的加工或检测，降低曲面工件加工或检测的难度。另一方面，本发明的光学检测系统及光学检测方法可以有效率的捕获曲面工件的整面图像，降低图像检测装置的误检率并提升检测效能。

附图说明

图1本发明中光学检测系统的外观示意图。

图2本发明中光学检测系统的侧面示意图。

图3本发明中曲面工件承载装置的外观示意图。

图4本发明中曲面工件承载装置配合具有不同曲率工件的调整示意图。

图5本发明中光学检测系统的使用状态示意图(一)。

图6本发明中光学检测系统的使用状态示意图(二)。

图7本发明中光学检测系统的使用状态示意图(三)。

图8为本发明光学检测方法的流程示意图。

附图标记说明：

100 光学检测系统

10 多轴机械手臂

11 手腕部

12 连接机构

20 曲面工件承载装置

21 支撑单元

211 真空吸附单元

22 调节单元

221a 第一高度调节单元

222a 第二高度调节单元

223a 第三高度调节单元

221b 第一角度调节单元

222b 第二角度调节单元

223b 第三角度调节单元

23 载台基座

30 图像捕获设备

40 照明装置

50 图像检测装置

H 拍摄区域

A 位置

B 位置

C 曲面

D 对焦距离

P 支撑面

W 曲面工件

W’ 另一曲面工件

θ1 第一角度

θ2 第二角度

a1 第一高度

a2 第二高度

a3 第三高度

a4 第四高度

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合附图说明如下。再者，本发明中的附图，为说明方便，附图比例未必照实际比例绘制，所述图式及比例并非用以限制本发明的范围，在此先行叙明。

以下针对本发明的其中一实施例进行说明，请一并参阅图1至图3，为本发明中光学检测系统的外观示意图、侧面示意图、以及曲面工件承载装置的外观示意图，如图所示。

本实施例揭示一种光学检测系统100，用以对曲面工件W进行检测，所述的曲面工件W，包括但不限于，例如可以是曲面面板、曲面电路板、曲面玻璃等或其他具备弧形曲面的工件，曲面工件W的种类非属本发明所欲限制的范围。所述的光学检测系统100主要包括一多轴机械手臂10、一曲面工件承载装置20、一图像捕获设备30、一照明装置40以及一图像检测装置50。

多轴机械手臂10包括一手腕部11以及至少一连接机构12。多轴机械手臂10通过多个轴关节控制手腕部11的动作。至少一连接机构12连接于曲面工件承载装置20以及手腕部11之间，用以固定曲面工件承载装置20。于一实施例中，多轴机械手臂10可以为三轴(三关节)、四轴或四轴以上的机械手臂。于软件程序的种类进行分类，多轴机械手臂10依据控制模式可以是直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、关节型坐标等实施例，所述实施例非属本发明所欲限制的范围。曲面工件承载装置20结合至多轴机械手臂10上，通过多轴机械手臂10的至少一连接机构12来配合多轴机械手臂10的动作路径移动。

如图3所示，曲面工件承载装置20包括多个支撑单元21、多个调节单元22以及一载台基座23。支撑单元21用以承载一曲面工件W。调节单元22对应地连接至支撑单元21，以调节支撑单元21所形成的一支撑面P，支撑面P适于承载曲面工件W。载台基座23连接于调节单元22与多轴机械手臂10之间。调节单元22包括多个设置于载台基座23上的高度调节单元(例如第一高度调节单元221a、第二高度调节单元222a、第三高度调节单元223a)以及多个分别设置于高度调节单元(例如第一高度调节单元221a、第二高度调节单元222a、第三高度调节单元223a)上的角度调节单元(例如第一角度调节单元221b、第二角度调节单元222b、第三角度调节单元223b)。支撑单元21分别链接于角度调节单元(例如第一角度调节单元221b、第二角度调节单元222b、第三角度调节单元223b)上。支撑单元21配合高度调节单元(例如第一高度调节单元221a、第二高度调节单元222a、第三高度调节单元223a)调整高度，以及配合角度调节单元(例如第一角度调节单元221b、第二角度调节单元222b、第三角度调节单元223b)调整旋转角度，以适于曲面工件W设置，因此通过支撑单元21的高低落差以及角度旋转使得支撑单元21所形成的支撑面P符合曲面工件W的表面曲率。

请再参阅图4，为本发明中曲面工件承载装置配合不同曲率工件调整示意图。如图4所示，于一实施例中，当具有第一曲率的曲面工件W改变至具有第二曲率的另一曲面工件W’时，第一高度调节单元221a也调整第一高度a1至第二高度a2的位置(图式中左侧)、第二高度调节单元222a也调整第三高度a3至第四高度a4的位置(图式中右侧)，而第一角度调节单元221b的旋转角度也对应另一曲面工件W’的曲率调整(图式中左侧，第一角度θ1)、第二角度调节单元222b也对应另一曲面工件W’的曲率调整(图式中右侧，第二角度θ2)，而第三高度调节单元223a、第三角度调节单元223b则无需调整。因此，曲面工件承载装置20可以承载具有不同曲率的曲面工件W(另一曲面工件W’)，增加曲面工件承载装置20的适用性。

此外，光学检测系统100也可以通过改变曲面工件W与图像捕获设备30的相对位置，来调整曲面工件W相对于图像捕获设备30拍摄方向的倾斜角度。再者，光学检测系统100可以还进一步配置测距传感器(图未示)，用以实时追踪曲面工件W与图像捕获设备30的距离，因此修正多轴机械手臂10手腕部11的动作路径，确保曲面工件W于移动的过程中，曲面工件W的表面可以保持在图像捕获设备30的对焦距离D上(参图1)。

于一实施例中，高度调节单元(例如第一高度调节单元221a、第二高度调节单元222a、第三高度调节单元223a)可以是机械式(例如螺杆、定位滑块、锁螺机构等)或电机式(例如线性滑轨、气压缸等)的结构，用以控制支撑单元21的高度位置，于本发明中不予以限制。于一实施例中，角度调节单元(例如第一角度调节单元221b、第二角度调节单元222b、第三角度调节单元223b)可以是离合齿轮、有段转轴、无段转轴、止动阻尼转轴、具制动功能的马达或其他类此的装置或机构，用以控制支撑单元21的旋转角度，于本发明中不允以限制。于一实施例中，支撑单元21为一端固定于角度调节单元(例如第一角度调节单元221b、第二角度调节单元222b、第三角度调节单元223b)上的牙叉，通过牙叉支托曲面工件W的底侧或是穿过曲面工件W，达到支撑的效果。支撑单元21除了可以通过牙叉实施外，也可以是托盘、支架或其他类此的机构，支撑单元21在机构上的变化非属本发明所欲限制的范围。另外，于本实施例中，曲面工件承载装置20包括三个支撑单元21(包括对应的第一高度调节单元221a、第二高度调节单元222a、第三高度调节单元223a以及第一角度调节单元221b、第二角度调节单元222b、第三角度调节单元223b)的实施例，于其他实施例中，支撑单元21为了配合曲面工件W，依据实际需求可以配置为不同数量，于本发明中不予以限制。

值得注意的是，于本实施例中，三个支撑单元21之间是间隔设置，从而支撑单元21得以平稳地支撑曲面工件W；于其他实施例中，支撑单元21的空间配置得以依照实际需求设计，于本发明中不允以限制。

请复一并参阅图1至图3，于一实施例中，由于多轴机械手臂10的手腕部11是配合曲面工件W的曲面状态(例如表面的曲率)，移动曲面工件承载装置20，在移动行程中通常不会是直线的行程；而且由于多轴机械手臂10的手腕部11是基于曲面工件W的表面移动，曲面工件W一旦相对支撑单元21滑动或移动，将会造成多轴机械手臂10的动作路径与曲面工件W的表面不匹配；为了避免曲面工件W于支撑单元21上移动甚或由支撑单元21上掉落的情况，支撑单元21上设置有至少一真空吸附单元211，用以吸附曲面工件W。于一实施例中，至少一真空吸附单元211可以是设置于支撑单元21上的真空吸盘，配合抽真空装置(图未示)设置以达到真空吸附的效果，至少一真空吸附单元211的设置方式于本发明中不允以限制。

值得注意的是，于一实施例中，曲面工件承载装置20的载台基座23可以是弧形的设计，通过弧形的设计可以最大幅度地减少曲面工件承载装置20行程所占去的空间，从而减少碰撞的风险。于其他实施例中，载台基座23的形态设计可以依实际需求而变更，于本发明中不允以限制。

值得注意的是，于其他实施例中，本发明的曲面工件承载装置20除了可用于自动光学检测领域(Automated Optical Inspection,AOI)外，也可以使用于产品加工领域上，例如在曲面工件W上加工，再利用多轴机械手臂10基于固定的加工位置移动曲面工件承载装置20，使曲面工件W的表面于加工位置上移动，以完成加工程序(例如点胶或焊接)，上述实施例的变化非属本发明所欲限制的范围。

如图1所示，图像捕获设备30设置于曲面工件承载装置20一侧，图像捕获设备30依据取像范围于空间中具有一对焦距离D。于一实施例中，图像捕获设备30可以是线扫描摄像机(Line Scan Camera)或面扫描摄像机(Area Scan Camera)，于本发明中不予以限制。

照明装置40设置于曲面工件承载装置20一侧，照明装置40的出光方向是对准至图像捕获设备30对应至曲面工件W的拍摄位置上，确保曲面工件W配合曲面工件承载装置20移动时，图像捕获设备30所拍摄到的图像都能够接受到充分的照明。于一实施例中，照明装置40例如可以是但不限定于同轴光源、环形光源、侧向光源或环境光源等，于本发明中不予以限制。

如图2所示，图像检测装置50连接至图像捕获设备30，图像检测装置50于获取曲面工件W的整面图像后执行影像检测程序，以确认曲面工件W是否有瑕疵。于一实施例中，图像检测装置50可以通过传统图像分析算法获取曲面工件W上的瑕疵、或是通过机器学习(Machine Learning)、深度学习(Deep Learning)或其他类神经网络分析图像并获得检测结果，于本发明中不予以限制。于一实施例中，图像检测装置50可以将处理过后的图像再传送至显示器，以通过人员目检的方式获得检测结果，于本发明中不予以限制。

针对本发明的工作模式，请一并参阅图5至图7，为本发明中光学检测系统的使用状态示意图(一)至(三)，如图所示。

为了让图像捕获设备30扫描曲面工件W的表面时，让曲面工件W的表面于动作的路径上始终保持在图像捕获设备30的对焦距离D上，以拍摄获取曲面工件W的整面图像，多轴机械手臂10依据曲面工件W的一表面曲率设定一动作路径，以控制曲面工件承载装置20带动曲面工件W沿着动作路径移动，使曲面工件W的表面保持在对焦距离D上，从而图像捕获设备30得以拍摄曲面工件W的整面图像。

如图5所示，图像捕获设备30依据拍摄方向及图像捕获设备30的对焦距离D可以决定空间中的拍摄区域H。拍摄区域H的大小可以由图像捕获设备30的数值孔径(NumericalAperture)及有效取像范围(例如有效景深范围)决定。于起始时，在曲面工件承载装置20的起始位置(复归位置)配置为将曲面工件W的末端位置(如位置A)邻近或落入于图像捕获设备30的拍摄区域H内，以作为拍摄的起始点。

接续，如图6所示，于启动拍摄时，多轴机械手臂10依据曲面工件W的表面曲率设定动作路径(例如手腕部11)，以控制曲面工件承载装置20上的曲面工件W的表面保持于对焦距离D上移动；为了让曲面工件W表面的每一个位置(位置A至位置B之间的曲面C)都能通过拍摄区域上，多轴机械手臂10的动作路径可以是与曲面工件W的表面状态(曲面C)一致。于一实施例中，多轴机械手臂10的动作路径可以实时的依据测距传感器进行修正，从而避免公差问题。

最终，如图7所示，多轴机械手臂10将曲面工件W的另一末端位置(位置B)移动至拍摄区域H，从而完成拍摄曲面工件W的整面图像。于拍摄完成后，再移动至复归位置，将已拍摄完成的曲面工件W移载后再进行下一个曲面工件W的拍摄。

于一实施例中，多轴机械手臂10将曲面工件W沿动作路径移动时，是配合曲面工件W的曲率调整角度，确保曲面工件W每一曲面位置于通过拍摄区域H时，曲面位置的切面都能够正交于图像捕获设备30的拍摄方向。

以下针对本发明的另一实施例进行说明，请参阅图8，为本发明光学检测方法的流程示意图，如图所示。

本实施例揭示一种光学检测方法，包括以下步骤：

放置一曲面工件至一曲面工件承载装置上(步骤S01)；

接续，调整曲面工件承载装置上的多个调节单元，使得曲面工件承载装置上的多个支撑单元所形成的一支撑面适于承载曲面工件(步骤S02)；于一实施例中，调节单元包括多个高度调节单元以及多个角度调节单元，支撑单元分别配合高度调节单元调整高度以及角度调节单元调整旋转角度，以配合曲面工件设置。于一实施例中，支撑单元是间隔设置。又于一实施例中，每一支撑单元上设置有至少一真空吸附单元。

接续，利用一多轴机械手臂依据曲面工件的表面曲率设定一动作路径(步骤S03)。

接续，控制曲面工件承载装置带动曲面工件沿着动作路径移动(步骤S04)。

接续，利用一图像捕获设备拍摄曲面工件的整面图像(步骤S05)；利用图像捕获设备拍摄曲面工件的整面图像时，还可以利用一照明装置提供光源至图像捕获设备对应至曲面工件的一拍摄位置上。

最后，图像捕获设备在拍摄完曲面工件的整面图像后，提供整面图像至一图像检测装置，以执行一图像检测程序(步骤S06)。

综上所述，本发明的曲面工件承载装置可以用以承载曲面工件进行对应的加工或检测，降低曲面工件加工或检测的难度。另一方面，本发明的光学检测系统及光学检测方法可以有效率的撷取曲面工件的整面影图，降低图像检测装置的误检率并提升检测效能。

以上已将本发明做一详细说明，但，以上所述者，仅为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，即凡依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 (11)

1.一种曲面工件承载装置，连接至一多轴机械手臂，其特征在于，所述曲面工件承载装置包括：

多个支撑单元，用以承载一曲面工件；

多个调节单元，对应地连接至所述支撑单元，以调整所述支撑单元所形成的一支撑面，所述支撑面适于承载所述曲面工件；以及

一载台基座，连接于所述调节单元与所述多轴机械手臂之间；

所述多轴机械手臂依据所述曲面工件的一表面曲率设定一动作路径，以控制所述曲面工件承载装置上的所述曲面工件沿着所述动作路径移动。

2.根据权利要求1所述的曲面工件承载装置，其特征在于，所述调节单元包括：

多个高度调节单元，设置于所述载台基座上；以及

多个角度调节单元，分别设置于所述高度调节单元上；

所述支撑单元分别配合所述高度调节单元调整高度以及所述角度调节单元调整旋转角度，以配合所述曲面工件设置。

3.根据权利要求1所述的曲面工件承载装置，其特征在于，每一所述支撑单元上设置有至少一真空吸附单元。

4.一种包含曲面工件承载装置的光学检测系统，其特征在于，包括：

一多轴机械手臂；

一曲面工件承载装置，结合至所述多轴机械手臂上，包括多个支撑单元、多个调节单元以及一载台基座，所述支撑单元用以承载一曲面工件，所述调节单元对应地连接至所述支撑单元，以调节所述支撑单元所形成的一支撑面，所述支撑面适于承载所述曲面工件，所述载台基座连接于所述调节单元与所述多轴机械手臂之间；以及

一图像捕获设备，设置于所述曲面工件承载装置一侧，并具有一对焦距离；

所述多轴机械手臂依据所述曲面工件的一表面曲率设定一动作路径，以控制所述曲面工件承载装置带动所述曲面工件沿着所述动作路径移动，使所述曲面工件的表面保持在所述对焦距离上，因此图像捕获设备得以拍摄所述曲面工件的整面图像。

5.根据权利要求4所述的包含曲面工件承载装置的光学检测系统，其特征在于，所述光学检测系统还包括一连接至所述图像捕获设备的图像检测装置以及一设置于所述曲面工件承载装置一侧的照明装置，所述图像检测装置于获取所述曲面工件的所述整面图像后执行一图像检测程序。

6.根据权利要求4所述的包含曲面工件承载装置的光学检测系统，其特征在于，所述调节单元包括：

多个高度调节单元，设置于所述载台基座上；以及

多个角度调节单元，分别设置于所述高度调节单元上；

所述支撑单元分别配合所述高度调节单元调整高度以及所述角度调节单元调整旋转角度，以配合所述曲面工件设置。

7.根据权利要求4所述的包含曲面工件承载装置的光学检测系统，其特征在于，每一所述支撑单元上设置有至少一真空吸附单元。

8.一种包含曲面工件承载装置的光学检测方法，其特征在于，包括以下步骤:

放置一曲面工件至一曲面工件承载装置上；

调整所述曲面工件承载装置上的多个调节单元，使得所述曲面工件承载装置上的多个支撑单元所形成的一支撑面适于承载所述曲面工件；

利用一多轴机械手臂依据所述曲面工件的表面曲率设定一动作路径；

控制所述曲面工件承载装置带动所述曲面工件沿着所述动作路径移动；以及

利用一图像捕获设备拍摄所述曲面工件的整面图像。

9.根据权利要求8所述的包含曲面工件承载装置的光学检测方法，其特征在于，利用所述图像捕获设备拍摄所述曲面工件的所述整面图像时，还利用一照明装置提供光源至所述图像捕获设备对应至所述曲面工件的一拍摄位置上，所述图像捕获设备在拍摄完所述曲面工件的所述整面图像后，提供所述整面图像至一图像检测装置，以执行一影像检测程序。

10.根据权利要求8所述的包含曲面工件承载装置的光学检测方法，其特征在于，所述调节单元包括多个高度调节单元以及多个角度调节单元，所述支撑单元分别配合所述高度调节单元调整高度以及所述角度调节单元调整旋转角度，以配合所述曲面工件设置。

11.根据权利要求8所述的包含曲面工件承载装置的光学检测方法，其特征在于，每一所述支撑单元上设置有至少一真空吸附单元。

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