TW202133114A

TW202133114A - 尺寸量測裝置及尺寸量測方法

Info

Publication number: TW202133114A
Application number: TW109105939A
Authority: TW
Inventors: 林映碩; 郭中夷; 許毓婷
Original assignee: 鉅祥企業股份有限公司
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-09-01

Abstract

本發明實施例提供一種尺寸量測裝置及尺寸量測方法。在此方法中，將數張擷取影像組合成一張整體影像，依據檢驗資訊判斷此整體影像中的數個檢測部分的尺寸資訊，且判斷整體影像的尺寸資訊是否符合對應的那些規範尺寸，並據以得出檢驗結果。整體影像包括完整的待測物。各擷取影像是針對待測物的數個拍攝部分中的一者。檢驗資訊包括待測物的那些檢測部分及對應的數個規範尺寸。藉此，可自動化完成量測及檢驗流程，從而省時並省人力。

Description

尺寸量測裝置及尺寸量測方法

本發明是有關於一種檢測技術，且特別是有關於一種尺寸量測裝置及尺寸量測方法。

現有對於產品的尺寸量測技術，一直都是使用傳統投影機來進行人工量測。可想而知，現有量測方式的量測時間相當長，且遇到要輸出製程能力指標(Process Capability Index，CPK)報表(連續量測20~50件數(pieces，PCS)不等的產品偏差值比較)的情況還會花費更多時間。人工量測數據、手工抄寫、數據統整等程序無限循環，不僅耗費大量工時，更造成人力成本。若不幸遇到檢測人員疲勞，將導致作業疏失及誤判發生。此外，若人員作業呆板，更可能造成人員流動快，教育訓練成本高，進而造成產品成本提高之窘境。

有鑑於此，本發明實施例提供一種尺寸量測裝置及尺寸量測方法，其可自動化控制拍攝、尺寸量測及驗證程序，不僅有效率更能避免人工問題。

本發明實施例的尺寸量測裝置，其用於檢測待測物。此尺寸量測裝置包括但不僅限於影像擷取裝置及處理器。影像擷取裝置分別對待測物的數個拍攝部分拍攝，以取得多張擷取影像。各擷取影像針對待測物的一個拍攝部分。處理器耦接影像擷取裝置，並經配置用以執行下列步驟：將那些擷取影像組合成一張整體影像；依據檢驗資訊判斷此整體影像中的數個檢測部分的尺寸資訊；判斷整體影像的尺寸資訊是否符合對應的那些規範尺寸，並據以得出檢驗結果。整體影像包括完整的待測物。檢驗資訊包括待測物的那些檢測部分及對應的數個規範尺寸。

本發明實施例的尺寸量測方法，其用於檢測待測物。尺寸量測方法包括下列步驟：將數張擷取影像組合成一張整體影像；依據檢驗資訊判斷此整體影像中的數個檢測部分的尺寸資訊；判斷整體影像的尺寸資訊是否符合對應的那些規範尺寸，並據以得出檢驗結果。整體影像包括完整的待測物。各擷取影像是針對待測物的數個拍攝部分中的一者。檢驗資訊包括待測物的那些檢測部分及對應的數個規範尺寸。

基於上述，本發明實施例的尺寸量測裝置及尺寸量測方法，改變影像擷取裝置與待測物的相對位置以形成針對待測物上的數個拍攝部位的對應擷取影像，將這些擷取影像組合成涵蓋待測物整體的一張整體影像，並對此整體影像量測對應檢測部分的尺寸資訊，且據以驗證與規範尺寸的符合程度。藉此，可量測例如88×75公厘(mm)甚至更大尺寸的工業製品，並整合軟體及硬體控制，以自動化操作達到縮時省力的效果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依據本發明一實施例的尺寸量測裝置100的元件方塊圖。請參照圖1，尺寸量測裝置100包括但不僅限於影像擷取裝置110、光源120、移動機構130、儲存器140及處理器150。

影像擷取裝置110可以是相機、攝影機等裝置，影像擷取裝置110並可以包括影像感測器(例如，電荷耦合裝置(Charge Coupled Device，CCD)、互補式金氧半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)等)、光學鏡頭、影像控制電路等元件。在一實施例中，影像擷取裝置110包括的鏡頭規格(例如，取像光圈、倍率、焦距、取像可視角度、影像感測器大小及畫素等)可能不同，且其數量可依據實際需求而調整。

光源120可以是同軸光源、背光光源、環形罩光源、條形光源、點光源、條形光源所組成可旋轉邊框光源或其他類型光源。在一實施例中，光源120的數量可依據實際需求而調整，且這些光源120所提供的亮度分布也可能調整。

移動機構130可以是機械手臂、高度調整台、滑軌、滑台、轉台、螺桿、馬達、或汽缸等各類型可驅動連接元件移動或旋轉的機械構件或其組合。在一實施例中，移動機構130可驅動放置的待測物(例如，各類型製品或產品)能升降、移動及/或旋轉。例如，移動機構130可提供平台放置待測物或夾持待測物。在另一實施例中，移動機構130耦接影像擷取裝置110及/或光源120，並使影像擷取裝置110及/或光源120可相對於尺寸量測裝置100的主體進行一軸、二軸或更多軸的運動。例如，影像擷取裝置110或光源120可升降、移動、及/或旋轉。

儲存器140可以是任何型態的固定或可移動隨機存取記憶體(Radom Access Memory，RAM)、唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)、快閃記憶體(flash memory)、傳統硬碟(Hard Disk Drive，HDD)、固態硬碟(Solid-State Drive，SSD)或類似元件，並用以記錄程式碼、軟體模組(例如，拍攝控制模組141、影像組合模組143、檢驗模組145等)、擷取影像、整體影像、檢驗資訊、影像辨識演算法、影像處理演算法、尺寸資訊、規範資訊、檢驗結果、移動機構130的驅動程式、移動機構130相關的移動資訊及其他資料或檔案，其詳細內容待後續實施例詳述。

處理器150耦接影像擷取裝置110、光源120、移動機構130及儲存器140，處理器150並可以是中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、微控制器、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、晶片或其他類似元件或上述元件的組合。於本實施例中，處理器150控制尺寸量測裝置100的所有運作，例如，驅動移動機構130，控制影像擷取裝置110及光源120的功能(例如，開關、拍攝、明暗、至少一軸向的運動等)。此外，處理器150可存取並載入儲存器140所記錄的軟體、資料或檔案。

為了方便理解本發明實施例的操作流程，以下將舉諸多實施例詳細說明本發明實施例中針對待測物的尺寸量測及檢驗的流程。下文中，將搭配尺寸量測裝置100中的各項裝置、元件及模組說明本發明實施例所述之方法。本方法的各個流程可依照實施情形而隨之調整，且並不僅限於此。

圖2是依據本發明一實施例的尺寸量測方法的流程圖。請參照圖2，影像組合模組143將多張擷取影像組合成整體影像(步驟S210)。具體而言，各擷取影像是針對一個待測物的數個拍攝部分中的一者。尺寸量測裝置100可提供使用者介面(例如，透過顯示器)供使用者輸入待測物的識別資訊(例如，料號、產編、序號、或型號等)，處理器150可依據待測物的識別資訊而自儲存器140或自網路下載此待測物對應的檢驗資訊、移動資訊及/或拍攝參數。

在一實施例中，檢驗資訊可以是待測物的檢測部分及對應的數個規範尺寸。例如，待測物中特定部分(即，需要檢驗的檢測部分)的長度、角度、弧度等用以表示形狀或大小的尺寸。需說明的是，規範尺寸代表待測物在正常狀態(例如，可出貨或容許誤差內)的尺寸，並相關於規格或自行定義，且其項目、數量及數值視應用者之需求而可變動。在一些實施例中，檢驗資訊中的規範尺寸可以是來自於諸如企業資源計畫(Enterprise Resource Planning，ERP)或其他系統編輯及/或輸出的資訊。

在一實施例中，移動資訊相關於移動機構130的活動距離或方向，且移動資訊更相關於影像擷取裝置110分別朝向待測物的各拍攝部分(於此定義影像擷取裝置110對待測物拍攝的部分稱為拍攝部分)的相對位置。也就是說，移動資訊也相關於如何對待測物區分成一個或更多個拍攝部分。不同料號的待測物對應檢驗資訊對應的檢測部分或其形狀大小不同，而拍攝控制模組141可依據檢驗資訊(相關於檢測部分及待測物的形狀大小)產生移動資訊。例如，拍攝部分是5公厘×5公厘的拍攝範圍，且拍攝控制模組141依據此拍攝範圍對待測物切割(拍攝部分可能重疊)，並據以規劃滑台的移動軌跡，使待測物的拍攝部位可依序移動至可被影像擷取裝置110拍攝的位置。也就是說，移動資訊用於指示移動機構130如何驅動影像擷取裝置110或待測物活動，並使影像擷取裝置110可朝向待測物的某一個拍攝部分。接著，拍攝控制模組141可依據移動資訊驅動移動機構130活動，並依序拍攝部分或全部的拍攝部分。例如，移動資訊是向左平移待測物3公分，或是影像擷取裝置110向上平移5公分，也可能是每隔特定時間移動待測物2公分。

在一實施例中，拍攝參數相關於影像擷取裝置110的曝光時間及焦距、以及光源(例如，光源類型、特定方向的亮度、或光源分佈等)。不同類型的待測物所合適的拍攝環境不同，且這些拍攝參數可事先定義或依據檢驗結果來調整。

由此可知，拍攝控制模組141依據移動資訊控制移動機構130，並依據拍測參數透過影像擷取裝置110分別對待測物的一個或更多個拍攝部分拍攝，以取得多張擷取影像。而各擷取影像即可針對待測物的一個拍攝部分。舉例而言，圖3A是一範例說明針對不同拍攝部分的擷取影像CI。請參照圖3A，圖中所示是針對某一個製品拍攝三十張擷取影像CI，各擷取影像CI是針對某一個拍攝部分。

值得注意的是，各擷取影像可能是針對待測物的某一個部分，但單一拍攝部分不一定對應到檢驗資訊中的完整的檢測部分。在一實施例中，拍攝部分與至少另一個拍攝部分有部分區域重疊，且影像組合模組143可依據那些拍攝部分的重疊的部分區域將那些擷取影像組合成整體影像。在本發明實施例定義整體影像包括完整的待測物。拍攝部分的重疊的部分區域的大小及形狀可依據實際需求而自行調整。以圖3A為例，在圖中左上兩張擷取影像CI中，最左上方的擷取影像CI的右邊部分與其右方的擷取影像CI的左邊部分的影像內容相同。影像組合模組143可辨識重疊的部分區域的影像內容，並將這些擷取影像中的重疊區域配對以組合成整體影像。舉例而言，圖3B是一範例說明整體影像WI。請參照圖3A及3B，圖3B的整體影像WI是由圖3A的三十張擷取影像CI組合形成。

在另一實施例中，影像組合模組143也能事先透過機器學習法訓練待測物的辨識模型，且由此辨識模型判斷各擷取影像屬於待測物的哪一個部分及其位置，並依據這些擷取影像的位置相關關係組合成整體影像。

需說明的是，影像組合的手段還可能有其他變化。例如，可應用影像拼接(image stitching)、影像對齊等技術。此外，擷取影像及整體影像可記錄在儲存器140，並可供顯示器或其他外部裝置存取且呈現，以方便使用者檢視。

由此可知，即使待測物的大小過大而使得影像擷取裝置110無法一次拍攝到待測物的整體，本發明實施例可透過分別拍攝並加以組合的方式得到整體影像。此外，在一些應用中，影像擷取裝置110可設定為千萬畫素，使整體影像的細節能可相當清楚。

接著，檢驗模組145依據檢驗資訊判斷整體影像中的檢測部分的尺寸資訊(步驟S230)。具體而言，各待測物件的檢驗資訊記錄了所欲量測的檢測部位(可能是某一個邊緣、頂點或區域)及其標準的規範尺寸(可能是長度、厚度、角度、弧度、半徑、數量等度量標準)。

舉例而言，表(1)是一範例說明規範尺寸：表(1)

項目	規範尺寸	標準值	上限	下限	警戒上限	警戒下限
A	13.6±0.05	13.6	13.65	13.55	13.64	13.56
D	2.3±0.05	2.3	2.35	2.25	2.34	2.26
E	0.7±0.05	0.7	0.75	0.65	0.74	0.66

另一方面，檢驗模組145可辨識整體影像中對應的檢測部分，並分別對這些檢測部分量測其尺寸以作為尺寸資訊。舉例而言，圖3C是一範例說明尺寸測量。請參照圖3C，整體影像WI中定義有檢測部分301、302，檢驗模組145可分別量測這些檢測部分301、302中的線段長度、邊緣間夾角等尺寸資訊。

接著，檢驗模組145可判斷整體影像的尺寸資訊是否符合對應的那些規範尺寸，並據以得出檢驗結果(步驟S250)。具體而言，檢驗模組145可比對尺寸資訊與對應規範尺寸的大小、尺寸資訊是否超出上限、下限或警戒上下限、或判斷兩者之間的差異是否超出差異門檻值。檢驗模組145可分別記錄那些檢測部分的尺寸資訊、對應規範尺寸、差異及其符合程度(例如，是否正常、是否為NG品、容許異常等)，並挑選全部或部分資訊作為檢驗結果。在一實施例中，檢驗模組145還可設定容許數量(例如，1、3、或10等)，並反應於檢測部分不符合規範尺寸的數量超過容許數量才視為NG品。此檢驗結果可能是表格、圖表或其他形式(例如，CPK報表或其他報表)，並可輸出到顯示器或其他外部裝置檢視。檢驗結果也能結合整體影像或擷取影像，並在影像中標記異常位置。

在一實施例中，檢驗結果包括檢測部分的尺寸資訊與對應規範尺寸的差異。檢驗模組145可取得在不同的數個時間點對不同的多個待測物所得的那些檢測部分的對應差異，並依據那些待測物在不同的檢測部分的對應差異產生趨勢圖。此趨勢圖記錄那些時間點對應的差異及對應容許範圍。檢驗模組145可對各待測物的檢驗結果附加時間戳(timestamp)，並對相同類型的待測物在不同時間點所取得檢驗結果整合。例如，檢驗模組145對檢測部分的項目進行分類，並將相同檢測部分的差異及符合程度依據時間順序排列甚至圖表化，以作為趨勢圖。

圖4是一範例說明趨勢圖。請參照圖4，此圖是針對某一個檢測部分的尺寸所形成的趨勢圖。尺寸資訊403分別是不同時間點所得的量測結果(例如，1.966、1.956的數值)。這些量測結果經連線後可得出數值隨時間減少的趨勢。此外，趨勢圖可另外設定下限401及上限402，透過顯示器顯示後可清楚且快速地觀察出差異。使用者發現量測結果超過下限401或上限402，即可針對此檢測部分查找異常原因，並據以排除障礙。而藉由趨勢圖的分析，使用者可在產品製程的過程中了解機台運作的穩定性，並可即時地排除異常，以避免過多NG品產出。

綜上所述，在本發明實施例的尺寸量測裝置及尺寸量測方法中，可自動化地拍攝待測物(更可適用於大型尺寸的待測物)，並快速地執行精密量測(精度可達微米，甚至更小)。對於待測物在尺寸上的檢驗可連結標準的規範尺寸，並自動判斷OK及NG品，從而避免人為誤判。量測數據、拍攝影像或檢驗結果可以數位化方式儲存，並可自動產出各類型報表，從而節省人力。檢驗結果的圖表分析，可供使用者快速判斷產品生產狀況。此外，本發明實施例簡化量測步驟，可降低教育成本及人員流動率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:尺寸量測裝置 110:影像擷取裝置 120:光源 130:移動機構 140:儲存器 141:拍攝控制模駔 143:影像組合模組 145:檢驗模組 150:處理器 S210~S250:步驟 CI:擷取影像 WI:整體影像 301、302:檢測部分 401:下限 402:上限 403:尺寸資訊

圖1是依據本發明一實施例的尺寸量測裝置的元件方塊圖。圖2是依據本發明一實施例的尺寸量測方法的流程圖。圖3A是一範例說明針對不同拍攝部分的擷取影像。圖3B是一範例說明整體影像。圖3C是一範例說明尺寸測量。圖4是一範例說明趨勢圖。

S210~S250:步驟

Claims

一種尺寸量測裝置，用於檢測一待測物，且該尺寸量測裝置包括：一影像擷取裝置，分別對該待測物的多個拍攝部分拍攝，以取得多張擷取影像，其中每一該擷取影像針對該待測物的一該拍攝部分；以及一處理器，耦接該影像擷取裝置，並經配置用以執行：將該些擷取影像組合成一整體影像，其中該整體影像包括完整的該待測物；依據一檢驗資訊判斷該整體影像中的多個檢測部分的尺寸資訊，其中該檢驗資訊包括該待測物的該些檢測部分及對應的多個規範尺寸；以及判斷該整體影像的該尺寸資訊是否符合對應的該些規範尺寸，並據以得出一檢驗結果。
如申請專利範圍第1項所述的尺寸量測裝置，更包括：一移動機構，耦接該影像擷取裝置或供該待測物放置，其中該處理器經配置用以：依據該檢驗資訊產生一移動資訊，其中該移動資訊相關於該移動機構的活動距離或方向，且該移動資訊更相關於該影像擷取裝置分別朝向該待測物的每一該拍攝部分的相對位置；以及依據該移動資訊驅動該移動機構活動。
如申請專利範圍第1項所述的尺寸量測裝置，其中每一該拍攝部分與至少另一該拍攝部分有部分區域重疊，且該處理器經配置用以：依據該些拍攝部分的重疊的部分區域將該些擷取影像組合成該整體影像。
如申請專利範圍第1項所述的尺寸量測裝置，其中該處理器經配置用以：依據該待測物的識別資訊取得該檢驗資訊、一移動資訊及一拍攝參數，其中該移動資訊相關於該影像擷取裝置分別朝向該待測物的每一該拍攝部分的相對位置，且該拍攝參數相關於該影像擷取裝置的曝光時間及焦距、以及光源。
如申請專利範圍第1項所述的尺寸量測裝置，其中該檢驗結果包括該尺寸資訊與對應該規範尺寸的差異，且該處理器經配置用以：取得在不同的多個時間點對不同的多個該待測物所得的該些檢測部分的對應差異；以及依據該些待測物在不同該檢測部分的對應差異產生一趨勢圖，其中該趨勢圖記錄該些時間點對應的差異及對應容許範圍。
一種尺寸量測方法，適用於檢測一待測物，且該尺寸量測方法包括：將多張擷取影像組合成一整體影像，其中該整體影像包括完整的該待測物，其中每一該擷取影像針對該待測物的多個拍攝部分中的一者；依據一檢驗資訊判斷該整體影像中的多個檢測部分的尺寸資訊，其中該檢驗資訊包括該待測物的該些檢測部分及對應的多個規範尺寸；以及判斷該整體影像的該尺寸資訊是否符合對應的該些規範尺寸，並據以得出一檢驗結果。
如申請專利範圍第6項所述的尺寸量測方法，更包括：依據該檢驗資訊產生一移動資訊，其中該移動資訊相關於一影像擷取裝置分別朝向該待測物的每一該拍攝部分的相對位置。
如申請專利範圍第6項所述的尺寸量測方法，其中每一該拍攝部分與至少另一該拍攝部分有部分區域重疊，且將該些擷取影像組合成該整體影像的步驟包括：依據該些拍攝部分的重疊的部分區域將該些擷取影像組合成該整體影像。
如申請專利範圍第6項所述的尺寸量測方法，更包括：依據該待測物的識別資訊取得該檢驗資訊、一移動資訊及一拍攝參數，其中該移動資訊相關於一影像擷取裝置分別朝向該待測物的每一該拍攝部分的相對位置，且該拍攝參數相關於該影像擷取裝置的曝光時間及焦距、以及光源。
如申請專利範圍第6項所述的尺寸量測方法，該檢驗結果包括該尺寸資訊與對應該規範尺寸的差異，且該尺寸量測方法更包括：取得在不同的多個時間點對不同的多個該待測物所得的該些檢測部分的對應差異；以及依據該些待測物在不同該檢測部分的對應差異產生一趨勢圖，其中該趨勢圖記錄該些時間點對應的差異及對應容許範圍。