TW201343372A - 監控工件加工進程的監控裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種監控工件加工進程的監控裝置，其包括光源、螢幕、相機模組及處理器。光源與加工裝置相對靜止。光源發射一束入射光到工件的微結構壓印圖案上，形成複數束出射光。出射光照射到螢幕上，形成複數待比較光點。相機模組拍攝該複數待比較光點，得到待比較圖像。待比較圖像包括複數待比較光點圖像。處理器內存儲一包括複數標準光點的標準圖像。處理器比較複數待比較光點圖像是否與對應的標準光點圖像重合，以判斷加工裝置的移動是否出現了偏位。處理器還計算加工裝置的偏位位移。

Description

監控工件加工進程的監控裝置

本發明涉及一種監控裝置，尤其涉及一種監控工件加工進程的監控裝置。

光學膜片成型技術中，對於具有週期性光學結構如應用於顯示器的增亮膜(Brightness Enhancement Film)、3D顯示器的柱狀透鏡陣列(Lenticular lens array)等，常使用滾筒加工壓印成型技術(Roller to Roller)大量製作。滾筒上開設有微結構壓印圖案。微結構壓印圖案由複數密集，等間距且平行設置的，具有週期性的圖案單元構成。滾筒上的微結構壓印圖案將轉印到光學膜片的光學面上。因此若該滾筒上的微結構壓印圖案的週期(即相鄰兩圖案單元的間距)控制不好，會嚴重影響到光學膜片的光學品質，降低光學膜片的產品良率。

有鑒於此，有必要提供一種監控工件加工進程的監控裝置，其能夠在一個加工裝置在一個工件上加工微結構壓印圖案的過程中進行監控，以提高工件的微結構壓印圖案的加工精度。

一種監控工件加工進程的監控裝置，用於監控一個加工裝置在一個工件的表面加工出週期性的微結構壓印圖案的過程中，是否出現偏位，該微結構壓印圖案能夠形成光柵。該監控裝置包括一個光源、一個螢幕、一個相機模組及一個處理器。該光源能夠隨該加工裝置一起移動，使得該光源與該加工裝置相對靜止。該光源用於以固定的入射角度發射出一束入射光到該微結構壓印圖案上，被繞射及干涉而形成複數束出射光。該複數束出射光照射到該螢幕上，得到複數與該複數束出射光一一對應的待比較光點，該相機模組用於拍攝該複數待比較光點，得到一個待比較圖像，該待比較圖像包括與該複數待比較光點對應的複數待比較光點圖像，該處理器內存儲有一個標準圖像，該標準圖像包括複數標準光點圖像，該處理器用於比較該複數待比較光點圖像是否與對應的標準光點圖像重合，若重合，則判斷該加工裝置的移動沒有發生偏位，若不重合，則判斷該加工裝置的移動出現了偏位。該處理器還用於計算出該加工裝置的偏位位移。該處理器用於與該加工裝置電連接，並根據該處理器的計算結果調整該加工裝置的移動。

相較於先前技術，本發明的監控工件加工進程的監控裝置，通過該光源發射出的入射光照射在微結構壓印圖案上，被繞射及干涉形成複數條出射光，該複數條出射光照射在該螢幕上所形成的複數待比較光點，通過該相機模組拍攝該複數待比較光點，得到待比較圖像，然後比較至少一階待比較光點圖像是否與同階的標準光點圖像重合，以判斷該刀具的加工是否出現偏位，同時還計算出偏位位移，使得該加工裝置能夠即時對偏位進行補償，從而有效提高該加工裝置的加工精度。

下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，為本發明實施方式提供的一種監控工件加工進程的監控裝置100，用於即時監控一個加工裝置200在一個工件300上的即時加工進程，以便於即時調整該加工裝置200的位移偏位，從而提高該加工裝置200的加工精度及該工件300的加工良率。

該加工裝置200包括一個刀具210及一個控制器220。該刀具210用於在該工件300的外圓周面310上加工出微結構壓印圖案311。該控制器220用於控制該刀具210的移動方向、移動距離及加工深度。

該微結構壓印圖案311由複數密集，等間距且平行設置的，具有週期性的圖案單元311a構成。在本實施方式中，該工件300為滾筒，該圖案單元311a為一個圍繞該外圓周面310的環形溝槽，該圖案單元311a的圓心位於該工件300的旋轉軸上。

結合圖2所示，為該工件300被加工後沿其自身旋轉軸的方向的剖視圖。每個圖案單元311a的剖面均為倒置的梯形。其中虛線部分為該刀具210的加工路徑。該加工裝置200的加工過程如下：該工件300圍繞其自身的旋轉軸進行自轉，該控制器220控制該刀具210朝向該外圓周面310推進，以使該刀具210車入該外圓周面310一預定深度H0，即該刀具210的進刀深度，等到加工出一個該圖案單元311a後，該控制器220控制該刀具210沿著該工件300的旋轉軸的方向移動一預定距離，然後再控制該刀具210朝向該外圓周面310推進，加工出另一個圖案單元311a。圖2中的Λ為相鄰兩個圖案單元311a的底面312的中心點之間的距離，即為該微結構壓印圖案311的週期。H1為該圖案單元311a的深度，H2為該工件300上被該刀具210切掉的部分的厚度，H0=H1+H2，D為每個圖案單元311a的底面312沿該工件300的旋轉軸方向的寬度。

該監控裝置100包括一個光源10、一個螢幕20、一個相機模組30及一個處理器40。

結合圖3所示，該光源10與該加工裝置200通過一個連接裝置50(比如連接桿)固定連接，並能夠隨該加工裝置200一起移動。該複數密集，等間距且平行設置的圖案單元311a，形成了一個光柵。該光源10發射出的光線能夠同時照射到複數圖案單元311a內，且每個圖案單元311a都能將該光源10發射出的光線進行繞射，形成複數束繞射光。不同的圖案單元311a的複數束繞射光線在空氣中能夠發生干涉，從而形成出射角度不同的複數條出射光L0、L1、L2、L3、L4。該出射光投射到該螢幕20上，形成與該複數條出射光L0、L1、L2、L3、L4對應的複數待比較光點。該相機模組30用於拍攝該螢幕20，得到一個待比較圖像。該待比較圖像包括與該複數待比較光對應的複數待比較光點圖像。在本實施方式中，該光源10為準直單波長同調光源(比如氦氖雷射)。由於該光源10隨著該加工裝置200一起移動，且該刀具210的加工方向固定，因此該光源10發射出的入射光的入射角度也是固定的。

根據光柵定律，其中，m為階數、Λ為光柵的週期、為入射光所在介質的折射率、為入射角度、為出射光所在介質的折射率、為出射角度。在本實施方式中，為該光源10與該底面312的法線之間的夾角，為各出射光與零階出射光之間的夾角。

由於該入射光與該出射光均在空氣中進行傳播，使得n1=n2=1。由於該光源10與該刀具210固定在一起，且同時移動，使得該光源10與該刀具210相對靜止，因此該光源10入射到該複數圖案單元311a上時，相等。針對標準工件來講，Λ相等，因此僅與m有關係。也就是說，階數m不同，則出射角度也不相同，從而形成複數條出射光，並在該螢幕20上形成複數間隔設置的光點。根據該光柵定律可知，當m=0時，=，因此，只要入射角度相等，不管Λ如何變化，零階出射光在該螢幕20上形成的光點的位置不變。

該五條出射光中，最中間的出射光L0的m=0，即為零階出射光。位於該零階出射光的相對兩側的出射光為 階出射光，即光線L0左側的出射光L1為+1階出射光，光線L0右側的出射光L2為-1階出射光，依次類推，若將各出射光靠近該零階出射光L0的一側稱為“內側”，將各出射光遠離該零階出射光L0的一側稱為“外側”，則位於+1階光線L1外側的出射光L3為+2階出射光，位於-1階光線L2外側的出射光L4為+2階出射光。也就是說，該待比較圖像包括一個零階待比較光點圖像及複數其他階待比較光點圖像。

該處理器40與該控制器220電連接，用於判斷該刀具210的移動是否出現偏位，並計算出偏位位移。結合圖4所示，該處理器40包括一個存儲模組41、一個計算模組42及一個判斷模組43。

該存儲模組41內存儲有一個標準圖像。該標準圖像為該光源以該固定的入射角度入射到一個標準工件的微結構壓印圖案上，形成複數束標準出射光，將該複數束標準出射光照射到該螢幕上，形成複數標準光點，該相機模組對該複數標準光點進行拍攝所得到的圖像。該標準圖像包括複數標準光點圖像，該複數標準光點圖像包括一個零階標準光點圖像及複數其他階標準光點圖像。該存儲模組41內還存儲有該複數其他階標準光點圖像中的至少一個其他階標準光點圖像與該零階標準光點圖像之間的標準距離。

可以理解，根據該光柵定律，由於一個標準工件的週期Λ是固定不變的，則該光源10以該固定入射角度發出的出射光照射在該標準工件的不同圖案單元上所形成的對應階數的出射光的出射角度也是相等的，也就是說，該相機模組30拍攝該標準工件的不同圖案單元所得到的多幅圖像中的同階光點圖像均是重合的，因此可以將該相機模組30拍攝的任意一幅該標準工件的圖像作為標準光點圖像。

若該刀具210在加工該工件300的過程中，移動的位移準確，沒有出現偏位，則該光源10照射到該工件300的圖案單元311a上時，該待比較圖像中的複數待比較光點圖像應該分別與該標準圖像中的同階的標準光點圖像重合。若該刀具210在加工該工件300的過程中，移動的位移出現偏差，就會導致週期Λ發生變化，則 就會發生變化，從而使得該待比較圖像中的複數待比較光點圖像與該標準圖像中的同階標準光點圖像不重合。

該計算模組42用於接收該待比較圖像，並計算出該待比較光點圖像中的至少一個其他階待比較光點圖像與該零階待比較光點之間的待比較距離，然後還計算出該待比較距離與對應的標準距離之間的差值，若該差值為0，則該判斷模組43判斷該至少一個其他階待比較光點圖像與該至少一個其他階標準光點圖像重合，該加工裝置200移動沒有出現偏位，若該差值不為0，則該判斷模組43判斷該至少一個其他階待比較光點圖像與該至少一個其他階標準光點圖像不重合，該加工裝置200移動出現偏位。

可以理解，若週期Λ變化，則各階出射光的出射角度均會發生變化，因此僅計算某一階待比較光點圖像與零階待比較光點圖像之間的待比較距離，然後計算出該待比較距離與對應的標準距離之間的差值，可簡化計算過程。

該計算模組42還用於當該差值不為0時，根據該差值，計算出該加工裝置200的偏位位移。

由於 位於0度到90度之間，則越大，sin越大。根據該光柵定律可知，各待比較光點圖像與同階的標準光點圖像的階數m相等。若該待比較光點圖像位於同階的標準光點圖像的外側，即變大，則Λ偏小，則可知該刀具210需要增加位移量。該計算模組42先根據該該至少一階待比較光點圖像與該螢幕20上對應的待比較光點的之間存在一定的比例關係，將該差值換算成該螢幕20上的偏移量，然後根據該偏移量及三角形計算公式，計算出該實際的出射角度，將該實際出射角度帶入該光柵定律中，得到實際週期，將該實際週期減去該標準工件的週期，即得到該刀具210加工時的偏位位移。

該控制器220用於根據該處理器40的計算結果，調整該刀具210的偏位，從而提高該加工裝置200的加工精度。

在其他實施方式中，該判斷模組43用於接收該待比較圖像。該判斷模組43還用於提取該待比較圖像的邊框及該待比較光點圖像的輪廓，然後直接將該待比較圖像及該待比較光點圖像的輪廓覆蓋在該標準圖像上，以判斷該各階待比較光點圖像是否分別與對應階的標準光點圖像重合。由於該光源10的入射角相等，因此不管Λ如何變化，零階出射光在該螢幕20上形成的光點的位置始終不變。在該判斷模組43進行比較的過程中，先將該待比較圖像的邊框與該標準圖像的邊框重合，並將該零階待比較光點圖像與該零階標準光點圖像重合，再比較該其他階的待比較光點圖像是否與該對應階的標準光點圖像重合。

在其他實施方式中，也可先使用一個精密加工機在該工件300上加工出複數標準圖案單元，然後將該光源以該固定的入射角度照射到該複數標準圖案單元上，形成複數束標準出射光，將該複數束標準出射光照射到該螢幕20上，形成複數標準光點，該相機模組30對該複數標準光點進行拍攝，得到一個標準圖像，該標準圖像包括複數標準光點圖像。

相較於先前技術，本發明的監控裝置，通過該光源發射出的入射光照射在微結構壓印圖案上，被繞射及干涉形成複數條出射光，該複數條出射光照射在該螢幕上所形成的複數待比較光點，通過該相機模組拍攝該複數待比較光點，得到待比較圖像，然後比較至少一階待比較光點圖像是否與同階的標準光點圖像重合，以判斷該刀具的加工是否出現偏位，同時還計算出偏位位移，使得該加工裝置能夠即時對偏位進行補償，從而有效提高該加工裝置的加工精度。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100．．．監控工件加工進程的監控裝置

10．．．光源

20．．．螢幕

30．．．相機模組

40．．．處理器

41．．．存儲模組

42．．．計算模組

43．．．判斷模組

200．．．加工裝置

210．．．刀具

220．．．控制器

300．．．工件

310．．．外圓周面

311．．．微結構壓印圖案

311a．．．圖案單元

312．．．底面

50．．．連接裝置

L0、L1、L2、L3、L4．．．出射光

圖1係本發明較佳實施方式的監控工件加工進程的監控裝置的結構示意圖。

圖2係一個工件被加工後沿其自身旋轉軸方向的剖視圖。

圖3係圖1的監控工件加工進程的監控裝置的光路示意圖。

圖4係圖1的監控工件加工進程的監控裝置的處理器的模組圖。

100．．．監控工件加工進程的監控裝置

10．．．光源

20．．．螢幕

30．．．相機模組

40．．．處理器

200．．．加工裝置

210．．．刀具

220．．．控制器

300．．．工件

310．．．外圓周面

311．．．微結構壓印圖案

50．．．連接裝置

Claims (10)

1. 一種監控工件加工進程的監控裝置，用於監控一個加工裝置在一個工件的表面加工出週期性的微結構壓印圖案的過程中，是否出現偏位，該微結構壓印圖案能夠形成光柵；該監控裝置包括一個光源、一個螢幕、一個相機模組及一個處理器；該光源能夠隨該加工裝置一起移動，使得該光源與該加工裝置相對靜止；該光源用於以固定的入射角度發射出一束入射光到該微結構壓印圖案上，被繞射及干涉而形成複數束出射光；該複數束出射光照射到該螢幕上，得到複數與該複數束出射光一一對應的待比較光點，該相機模組用於拍攝該複數待比較光點，得到一個待比較圖像，該待比較圖像包括與該複數待比較光點對應的複數待比較光點圖像，該處理器內存儲有一個標準圖像，該標準圖像包括複數標準光點圖像，該處理器用於比較該複數待比較光點圖像是否與對應的標準光點圖像重合，若重合，則判斷該加工裝置的移動沒有發生偏位，若不重合，則判斷該加工裝置的移動出現了偏位；該處理器還用於計算出該加工裝置的偏位位移；該處理器用於與該加工裝置電連接，並根據該處理器的計算結果調整該加工裝置的移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述的監控工件加工進程的監控裝置，其中，根據光柵定律，其中Λ為該微結構壓印圖案的週期，m為階數、為入射光所在介質的折射率、為入射角度、為出射光所在介質的折射率、為出射角度，當m=0時的出射光即為零階出射光，由於該入射光和該出射光都在空氣中傳播，使得=，因此零階出射光的出射角度等於該入射角度，該零階出射光照射到該螢幕上，形成零階光點，不管Λ如何變化，該零階光點的位置始終不變；該複數待比較光點圖像包括一個零階待比較光點圖像及複數其他階待比較光點圖像；該複數標準光點圖像包括一個零階標準光點圖像及複數其他階標準光點圖像。
3. 如申請專利範圍第2項所述的監控工件加工進程的監控裝置，其中，該處理器包括一個存儲模組、一個計算模組及一個判斷模組，該存儲模組用於存儲該標準圖像，該判斷模組用於接收該待比較圖像及用於判斷該複數待比較光點圖像中的至少一個該待比較光點圖像是否與對應的標準光點圖像重合；若重合，則該判斷模組判斷該加工裝置的移動沒有出現偏位；若不重合，則該判斷模組判斷該加工裝置的移動出現偏位；該計算模組用於計算出該至少一個待比較光點圖像與該對應的標準光點圖像之間的位移差值。
4. 如申請專利範圍第3項所述的監控工件加工進程的監控裝置，其中，該判斷模組先將該零階待比較光點圖像與該零階標準光點圖像重合，再比較該待比較光點圖像中的該複數其他階待比較光點圖像是否與該複數其他階標準光點圖像重合。
5. 如申請專利範圍第2項所述的監控工件加工進程的監控裝置，其中，該處理器包括一個存儲模組、一個計算模組及一個判斷模組，該存儲模組內還存儲有該複數其他階標準光點圖像中的至少一個其他階標準光點圖像與該零階標準光點圖像之間的標準距離，該計算模組用於接收該待比較圖像，並計算出該待比較光點圖像中的至少一個其他階待比較光點圖像與該零階待比較光點之間的待比較距離，然後還計算出該待比較距離與對應的標準距離之間的差值，若該差值為0，則該判斷模組判斷該至少一個其他階待比較光點圖像與該至少一個其他階標準光點圖像重合，該加工裝置移動沒有出現偏位，若該差值不為0，則該判斷模組判斷該至少一個其他階待比較光點圖像與該至少一個其他階標準光點圖像不重合，該加工裝置移動出現偏位。
6. 如申請專利範圍第5項所述的監控工件加工進程的監控裝置，其中，該計算模組還用於當該差值不為0時，根據該差值，計算出該加工裝置的偏位位移。
7. 如申請專利範圍第6項所述的監控工件加工進程的監控裝置，其中，該計算模組還用於先根據該相機模組所拍攝的圖像與該螢幕之間存在的比例關係，將該差值換算成該螢幕上的偏移量，然後根據該偏移量及三角形計算公式，計算出該實際的出射角度，將該實際出射角度代入該光柵定律中，得到實際週期Λ，將該實際週期減去標準工件的標準週期，即得到該加工裝置的該偏位位移。
8. 如申請專利範圍第3或5項所述的監控工件加工進程的監控裝置，其中，該標準圖像為該光源以該固定的入射角度入射到一個標準工件的微結構壓印圖案上，形成複數束標準出射光，將該複數束標準出射光照射到該螢幕上，形成複數標準光點，該相機模組對該複數標準光點進行拍攝所得到的圖像。
9. 如申請專利範圍第3或5項所述的監控工件加工進程的監控裝置，其中，該微結構壓印圖案包括複數呈週期性排列的圖案單元，該標準圖像通過如下方式得到：採用精密加工機在該工件上加工出複數標準圖案單元，然後將該光源以該固定的入射角度照射到該複數標準圖案單元上，形成複數束標準出射光，將該複數束標準出射光照射到該螢幕上，形成複數標準光點，該相機模組對該複數標準光點進行拍攝所得到的圖像。
10. 如申請專利範圍第1項所述的監控工件加工進程的監控裝置，其中，該監控裝置與該加工裝置通過一個連接裝置固定連接。