TW202237350A - 曲面工件承載裝置、包含其的光學檢測系統及光學檢測方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種曲面工件承載裝置，連接至一多軸機械手臂。曲面工件承載裝置包含複數個支撐單元、複數個調節單元以及一載台基座。支撐單元用以承載一曲面工件。調節單元對應地連接至支撐單元，以調整支撐單元所形成的一支撐面，支撐面適於承載曲面工件。載台基座連接於調節單元與多軸機械手臂之間。多軸機械手臂依據曲面工件的一表面曲率設定一移動路徑，以控制曲面工件承載裝置上的曲面工件沿著移動路徑移動。

Description

曲面工件承載裝置、包含其的光學檢測系統及光學檢測方法

本發明係有關於一種承載裝置及包含其的光學檢測系統、及光學檢測方法，尤指一種曲面工件承載裝置及包含其的光學檢測系統、及光學檢測方法。

自動光學檢查（Automated Optical Inspection, AOI），係為運用機器視覺進行檢測的技術，用以改良傳統上以人力使用光學儀器進行檢測的缺失，應用層面包括從高科技產業之研發、製造品管，以至國防、民生、醫療、環保、電力…等領域。

目前機器視覺的技術已廣泛地應用於生產線上，主要用於將產品透過移載設備送進檢測站，透過檢測站的影像擷取裝置對待測物進行拍攝，並於執行特徵辨識後，通過傳統演算法、或類神經網路判定有瑕疵的項目。

在影像檢測的技術中，曲面工件的處理相對平面工件的處理困難很多，主要原因是影像擷取裝置多半具有合適的焦距，當攝影機拍攝曲面工件時，曲面工件的每一個位置通常難以落在影像擷取裝置的焦距範圍內，在高精度檢測時容易降低檢測的效果；另一方面，攝影機拍攝曲面工件時，由於曲面工件的每一個位置與攝影機之間的距離均不相同，所拍攝到的影像容易會有視角缺失(例如曲面的表面角度與攝影機非正交時造成的影像形變、或桶狀變形等)，造成曲面工件檢測的效率低落。

本發明的主要目的，在於提供一種曲面工件承載裝置，連接至一多軸機械手臂。曲面工件承載裝置包含複數個支撐單元、複數個調節單元以及一載台基座。支撐單元用以承載一曲面工件。調節單元對應地連接至支撐單元，以調整支撐單元所形成的一支撐面，支撐面適於承載曲面工件。載台基座連接於調節單元與多軸機械手臂之間。多軸機械手臂依據曲面工件的一表面曲率設定一移動路徑，以控制曲面工件承載裝置上的曲面工件沿著移動路徑移動。

本發明的另一目的，在於提供一種光學檢測系統，包含一多軸機械手臂、一曲面工件承載裝置以及一影像擷取裝置。曲面工件承載裝置結合至多軸機械手臂上，包括複數個支撐單元、複數個調節單元以及一載台基座。支撐單元用以承載一曲面工件。調節單元對應地連接至支撐單元，以調節支撐單元所形成的一支撐面，支撐面適於承載曲面工件。載台基座連接於調節單元與多軸機械手臂之間。影像擷取裝置設置於曲面工件承載裝置一側，並具有一對焦距離。多軸機械手臂依據曲面工件的一表面曲率設定一移動路徑，以控制曲面工件承載裝置帶動曲面工件沿著移動路徑移動，使曲面工件的表面保持在對焦距離上，藉此影像擷取裝置得以拍攝曲面工件的整面影像。

本發明的另一目的，在於提供一種光學檢測方法，包含以下步驟:放置一曲面工件至一曲面工件承載裝置上；調整曲面工件承載裝置上的複數個調節單元，使得曲面工件承載裝置上的複數個支撐單元所形成的一支撐面適於承載曲面工件；利用一多軸機械手臂依據曲面工件的表面曲率設定一移動路徑；控制曲面工件承載裝置帶動曲面工件沿著移動路徑移動；以及利用一影像擷取裝置拍攝曲面工件的整面影像。

是以，本發明的曲面工件承載裝置可以用以承載曲面工件進行對應的加工或檢測，降低曲面工件加工或檢測的難度。另一方面，本發明的光學檢測系統、及光學檢測方法可以有效率的擷取曲面工件的整面影像，降低影像檢測裝置的誤檢率並提升檢測效能。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本發明中之圖式，為說明方便，其比例未必照實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本創作之範圍，在此先行敘明。

以下針對本發明的其中一實施例進行說明，請一併參閱「圖1」至「圖3」，係為本發明中光學檢測系統的外觀示意圖、側面示意圖、以及曲面工件承載裝置的外觀示意圖，如圖所示。

本實施例係揭示一種光學檢測系統100，用以對曲面工件W進行檢測，所述的曲面工件W，包含但不限於，例如可以是曲面面板、曲面電路板、曲面玻璃等或其他具備弧形曲面的工件，曲面工件W的種類非屬本發明所欲限制的範圍。所述的光學檢測系統100主要包括一多軸機械手臂10、一曲面工件承載裝置20、一影像擷取裝置30、一照明裝置40以及一影像檢測裝置50。

多軸機械手臂10包括一手腕部11以及至少一連接機構12。多軸機械手臂10透過複數個軸關節控制手腕部11的動作。至少一連接機構12連接於曲面工件承載裝置20以及手腕部11之間，用以固定曲面工件承載裝置20。於一實施例中，多軸機械手臂10可以為三軸(三關節)、四軸或四軸以上的機械手臂。於軟體程序的種類進行分類，多軸機械手臂10依據控制模式可以是直角座標型、圓柱座標型、極座標型、關節型座標等實施例，所述實施例非屬本發明所欲限制的範圍。曲面工件承載裝置20結合至多軸機械手臂10上，透過多軸機械手臂10的至少一連接機構12來配合多軸機械手臂10的移動路徑移動。

如「圖3」所示，曲面工件承載裝置20包括複數個支撐單元21、複數個調節單元22以及一載台基座23。支撐單元21用以承載一曲面工件W。調節單元22對應地連接至支撐單元21，以調節支撐單元21所形成的一支撐面P，支撐面P適於承載曲面工件W。載台基座23連接於調節單元22與多軸機械手臂10之間。其中，調節單元22包括複數個設置於載台基座23上的高度調節單元22a以及複數個分別設置於高度調節單元22a上的角度調節單元22b。支撐單元21分別連結於角度調節單元22b上。支撐單元21配合高度調節單元22a調整高度，以及配合角度調節單元22b調整旋轉角度，以適於曲面工件W設置，藉此通過支撐單元21的高低落差以及角度旋轉使得支撐單元21所形成的支撐面P符合曲面工件W的表面曲率。

請再參閱「圖4」，係為本發明中曲面工件承載裝置配合不同曲率工件調整示意圖。如「圖4」所示，當具有第一曲率的曲面工件W改變至具有第二曲率的曲面工件W’時，至少一高度調節單元221a也調整高度至高度調節單元221a’的位置(圖式中左側)、至少一高度調節單元222a也調整高度至高度調節單元222a’的位置(圖式中右側)，而至少一角度調節單元221b的旋轉角度亦對應曲面工件W’的曲率調整角度調節單元221b’的旋轉角度(圖式中左側)、至少一角度調節單元222b的旋轉角度亦對應曲面工件W’的曲率調整角度調節單元222b’的旋轉角度(圖式中右側)。藉此，曲面工件承載裝置20可以承載具有不同曲率的曲面工件W(曲面工件W’)，增加曲面工件承載裝置20的適用性。

此外，光學檢測系統100亦可以通過改變曲面工件W與影像擷取裝置30的相對位置，來調整曲面工件W相對於影像擷取裝置30拍攝方向的傾斜角度。再者，光學檢測系統100可以更進一步配置測距感測器(圖未示)，用以即時追蹤曲面工件W與影像擷取裝置30的距離，藉此修正多軸機械手臂10手腕部11的移動路徑，確保曲面工件W於移動的過程中曲面工件W的表面可以保持在影像擷取裝置30的對焦距離D上(參圖1)。

於一實施例中，高度調節單元22a可以是機械式(例如螺桿、定位滑塊、鎖螺機構等)、或電機式(例如線性滑軌、氣壓缸等)的結構，用以控制支撐單元21的高度位置，於本發明中不予以限制。於一實施例中，角度調節單元22b可以是離合齒輪、有段轉軸、無段轉軸、止動阻尼轉軸、具制動功能的馬達或其他類此的裝置或機構，用以控制支撐單元21的旋轉角度，於本發明中不允以限制。於一實施例中，支撐單元21係為一端固定於角度調節單元22b上的牙叉，通過牙叉支托曲面工件W的底側、或是穿過曲面工件W，達到支撐的效果。支撐單元21除了可以通過牙叉實施外，亦可以是托盤、支架、或其他類此的機構，支撐單元21在機構上的變化非屬本發明所欲限制的範圍。另外，於本實施例中，曲面工件承載裝置20包括三個支撐單元21(包括對應的三個高度調節單元22a以及三個角度調節單元22b)的實施例，於其他實施例中，支撐單元21為了配合曲面工件W，依據實際需求可以配置為不同數量，於本發明中不予以限制。

值得注意的是，於本實施例中，三個支撐單元21之間係間隔設置，藉此支撐單元21得以平穩地支撐曲面工件W；於其他實施例中，支撐單元21的空間配置得以依照實際需求設計，於本發明中不允以限制。

請復一併參閱「圖1」至「圖3」，於一實施例中，由於多軸機械手臂10的手腕部11係配合曲面工件W的曲面狀態(例如表面的曲率)，移動曲面工件承載裝置20，在移動行程中通常不會是直線的行程；而且由於多軸機械手臂10的手腕部11是基於曲面工件W的表面移動，曲面工件W一旦相對支撐單元21滑動或移動，將會造成多軸機械手臂10的移動路徑與曲面工件W的表面不匹配；為了避免曲面工件W於支撐單元21上移動甚或由支撐單元21上掉落的情況，支撐單元21上設置有至少一真空吸附單元211，用以吸附曲面工件W。於一實施例中，至少一真空吸附單元211可以是設置於支撐單元21上的真空吸盤，配合抽真空裝置(圖未示)設置以達到真空吸附的效果，至少一真空吸附單元211的設置方式於本發明中不允以限制。

值得注意的是，於一實施例中，曲面工件承載裝置20的載台基座23可以是弧形的設計，通過弧形的設計可以最大幅度地減少曲面工件承載裝置20行程所占去的空間，藉此減少碰撞的風險。於其他實施例中，載台基座23的形態設計可以依實際需求而變更，於本發明中不允以限制。

值得注意的是，於其他實施例中，本發明的曲面工件承載裝置20除了可用於自動光學檢測領域(Automated Optical Inspection, AOI)外，亦可以使用於產品加工領域上，例如在曲面工件W上加工，再利用多軸機械手臂10基於固定的加工位置移動曲面工件承載裝置20，使曲面工件W的表面於加工位置上移動，以完成加工程序(例如點膠、或焊接)，上述實施例的變化非屬本發明所欲限制的範圍。

如「圖1」所示，影像擷取裝置30設置於曲面工件承載裝置20一側，影像擷取裝置30依據取像範圍於空間中具有一對焦距離D。於一實施例中，影像擷取裝置30可以是線掃描攝影機(Line Scan Camera)或面掃描攝影機(Area Scan Camera)，於本發明中不予以限制。

照明裝置40設置於曲面工件承載裝置20一側，照明裝置40的出光方向係對準至影像擷取裝置30對應至曲面工件W的拍攝位置上，確保曲面工件W配合曲面工件承載裝置20移動時，影像擷取裝置30所拍攝到的影像都能夠接受到充分的照明。於一實施例中，照明裝置40例如可以是但不限定於同軸光源、環形光源、側向光源、或環境光源等，於本發明中不予以限制。

如「圖2」所示，影像檢測裝置50連接至影像擷取裝置30，影像檢測裝置50於獲取曲面工件W的整面影像後執行影像檢測程序，以確認曲面工件W 是否有瑕疵。於一實施例中，影像檢測裝置50可以通過傳統影像分析演算法獲取曲面工件W上的瑕疵、或是通過機器學習(Machine Learning)、深度學習(Deep Learning)、或其他類神經網絡分析影像並獲得檢測結果，於本發明中不予以限制。於一實施例中，影像檢測裝置50可以將處理過後的影像再傳送至顯示器，以經由人員目檢的方式獲得檢測結果，於本發明中不予以限制。

針對本發明的工作模式，請一併參閱「圖5」至「圖7」，係為本發明中光學檢測系統的使用狀態示意圖(一)~(三)，如圖所示。

為了讓影像擷取裝置30掃描曲面工件W的表面時，讓曲面工件W的表面於移動的路徑上始終保持在影像擷取裝置30的對焦距離D上，以拍攝獲取曲面工件W的整面影像，多軸機械手臂10依據曲面工件W的一表面曲率設定一移動路徑，以控制曲面工件承載裝置20帶動曲面工件W沿著移動路徑移動，使曲面工件W的表面保持在對焦距離D上，藉此影像擷取裝置30得以拍攝曲面工件W的整面影像。

如「圖5」所示，影像擷取裝置30依據其拍攝方向及影像擷取裝置30的對焦距離D可以決定空間中的拍攝區域H。拍攝區域H的大小可以由影像擷取裝置30的數值孔徑(Numerical Aperture)及有效取像範圍(例如有效景深範圍)決定。於起始時，在曲面工件承載裝置20的起始位置(復歸位置)係配置為將曲面工件W的末端位置(如位置A)鄰近或落入於影像擷取裝置30的拍攝區域H內，以作為拍攝的起始點。

接續，如「圖6」所示，於啟動拍攝時，多軸機械手臂10依據曲面工件W的表面曲率設定移動路徑(例如手腕部11)，以控制曲面工件承載裝置20上的曲面工件W的表面保持於對焦距離D上移動；為了讓曲面工件W表面的每一個位置(位置A至位置B之間的曲面C)都能通過拍攝區域上，多軸機械手臂10的移動路徑可以是與曲面工件W的表面狀態(曲面C)一致。於一實施例中，多軸機械手臂10的移動路徑可以即時的依據測距感測器進行修正，藉此避免公差問題。

最終，如「圖7」所示，多軸機械手臂10將曲面工件W的另一末端位置(位置B)移動至拍攝區域H，藉此完成拍攝曲面工件W的整面影像。於拍攝完成後，再移動至復歸位置，將已拍攝完成的曲面工件W移載後再進行下一個曲面工件W的拍攝。

於一實施例中，多軸機械手臂10將曲面工件W沿移動路徑移動時，係配合曲面工件W的曲率調整角度，確保曲面工件W每一曲面位置於通過拍攝區域H時，曲面位置的切面都能夠正交於影像擷取裝置30的拍攝方向。

以下針對本發明的另一實施例進行說明，請參閱「圖8」，係為本發明光學檢測方法的流程示意圖，如圖所示。

本實施例揭示一種光學檢測方法，包含以下步驟：

放置一曲面工件至一曲面工件承載裝置上(步驟S01)；

接續，調整曲面工件承載裝置上的複數個調節單元，使得曲面工件承載裝置上的複數個支撐單元所形成的一支撐面適於承載曲面工件(步驟S02)；於一實施例中，調節單元包括複數個高度調節單元以及複數個角度調節單元，支撐單元分別配合高度調節單元調整高度以及角度調節單元調整旋轉角度，以配合曲面工件設置。於一實施例中，支撐單元係間隔設置。又於一實施例中，每一支撐單元上設置有至少一真空吸附單元。

接續，利用一多軸機械手臂依據曲面工件的表面曲率設定一移動路徑(步驟S03)。

接續，控制曲面工件承載裝置帶動曲面工件沿著移動路徑移動(步驟S04)。

接續，利用一影像擷取裝置拍攝曲面工件的整面影像(步驟S05)；其中，利用影像擷取裝置拍攝曲面工件的整面影像時，還可以利用一照明裝置提供光源至影像擷取裝置對應至曲面工件的一拍攝位置上。

最後，影像擷取裝置在拍攝完曲面工件的整面影像後，提供整面影像至一影像檢測裝置，以執行一影像檢測程序(步驟S06)。

綜上所述，本發明的曲面工件承載裝置可以用以承載曲面工件進行對應的加工或檢測，降低曲面工件加工或檢測的難度。另一方面，本發明的光學檢測系統及光學檢測方法可以有效率的擷取曲面工件的整面影像，降低影像檢測裝置的誤檢率並提升檢測效能。

以上已將本發明做一詳細說明，惟，以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

100:光學檢測系統 10:多軸機械手臂 11:手腕部 12:連接機構 20:曲面工件承載裝置 21:支撐單元 211:真空吸附單元 22:調節單元 22a:高度調節單元 221a、221a’:高度調節單元 222a、222a’:高度調節單元 22b:角度調節單元 221b、221b’:角度調節單元 222b、222b’:角度調節單元 23:載台基座 30:影像擷取裝置 40:照明裝置 50:影像檢測裝置 H:拍攝區域 A:位置 B:位置 C:曲面 D:對焦距離 P:支撐面 W 、W’:曲面工件

圖1，本發明中光學檢測系統的外觀示意圖。

圖2，本發明中光學檢測系統的側面示意圖。

圖3，本發明中曲面工件承載裝置的外觀示意圖。

圖4，本發明中曲面工件承載裝置配合具有不同曲率工件的調整示意圖。

圖5，本發明中光學檢測系統的使用狀態示意圖(一)。

圖6，本發明中光學檢測系統的使用狀態示意圖(二)。

圖7，本發明中光學檢測系統的使用狀態示意圖(三)。

圖8，為本發明光學檢測方法的流程示意圖。

100:光學檢測系統

10:多軸機械手臂

11:手腕部

12:連接機構

20:曲面工作承載裝置

22:調節單元

22a:高度調節單元

23:載台基座

30:影像擷取裝置

40:照明裝置

D:對焦距離

W:曲面工件

Claims (20)

1. 一種曲面工件承載裝置，連接至一多軸機械手臂，該曲面工件承載裝置包含： 複數個支撐單元，用以承載一曲面工件； 複數個調節單元，對應地連接至該等支撐單元，以調整該等支撐單元所形成的一支撐面，該支撐面適於承載該曲面工件；以及 一載台基座，連接於該等調節單元與該多軸機械手臂之間； 其中，該多軸機械手臂依據該曲面工件的一表面曲率設定一移動路徑，以控制該曲面工件承載裝置上的該曲面工件沿著該移動路徑移動。
2. 如請求項1所述的曲面工件承載裝置，其中，該等調節單元包括： 複數個高度調節單元，設置於該載台基座上；以及 複數個角度調節單元，分別設置於該等高度調節單元上； 該等支撐單元分別配合該等高度調節單元調整高度以及該等角度調節單元調整旋轉角度，以配合該曲面工件設置。
3. 如請求項2所述的曲面工件承載裝置，其中，每一該等支撐單元係為一端固定於對應的該角度調節單元上的牙叉。
4. 如請求項1所述的曲面工件承載裝置，其中，每一該等支撐單元上設置有至少一真空吸附單元。
5. 如請求項1所述的曲面工件承載裝置，其中，該等支撐單元係間隔設置。
6. 一種光學檢測系統，包含： 一多軸機械手臂； 一曲面工件承載裝置，結合至該多軸機械手臂上，包括複數個支撐單元、複數個調節單元以及一載台基座，該等支撐單元用以承載一曲面工件，該等調節單元對應地連接至該等支撐單元，以調節該等支撐單元所形成的一支撐面，該支撐面適於承載該曲面工件，該載台基座連接於該等調節單元與該多軸機械手臂之間；以及 一影像擷取裝置，設置於該曲面工件承載裝置一側，並具有一對焦距離； 其中，該多軸機械手臂依據該曲面工件的一表面曲率設定一移動路徑，以控制該曲面工件承載裝置帶動該曲面工件沿著該移動路徑移動，使該曲面工件的表面保持在該對焦距離上，藉此該影像擷取裝置得以拍攝該曲面工件的整面影像。
7. 如請求項6所述的光學檢測系統，更進一步包含一連接至該影像擷取裝置的影像檢測裝置，該影像檢測裝置於獲取該曲面工件的該整面影像後執行一影像檢測程序。
8. 如請求項6所述的光學檢測系統，更進一步包含一設置於該曲面工件承載裝置一側的照明裝置。
9. 如請求項6所述的光學檢測系統，其中，該等調節單元包括： 複數個高度調節單元，設置於該載台基座上；以及 複數個角度調節單元，分別設置於該等高度調節單元上； 該等支撐單元分別配合該等高度調節單元調整高度以及該 等角度調節單元調整旋轉角度，以配合該曲面工件設置。
10. 如請求項9所述的光學檢測系統，其中，每一該等支撐單元係為一端固定於對應的該角度調節單元上的牙叉。
11. 如請求項6所述的光學檢測系統，其中，該影像擷取裝置為一面掃描攝影機或一線掃描攝影機。
12. 如請求項6所述的光學檢測系統，其中，每一該等支撐單元上設置有至少一真空吸附單元。
13. 如請求項6所述的光學檢測系統，其中，該等支撐單元係間隔設置。
14. 如請求項6所述的光學檢測系統，其中，該多軸機械手臂包括一手腕部以及至少一連接機構，該至少一連接機構連接於該曲面工件承載裝置以及該手腕部之間。
15. 一種光學檢測方法，包含以下步驟: 放置一曲面工件至一曲面工件承載裝置上； 調整該曲面工件承載裝置上的複數個調節單元，使得該曲面工件承載裝置上的複數個支撐單元所形成的一支撐面適於承載該曲面工件； 利用一多軸機械手臂依據該曲面工件的表面曲率設定一移動路徑； 控制該曲面工件承載裝置帶動該曲面工件沿著該移動路徑移動；以及 利用一影像擷取裝置拍攝該曲面工件的整面影像。
16. 如請求項15所述之光學檢測方法，其中，利用該影像擷取裝置拍攝該曲面工件的該整面影像時，還利用一照明裝置提供光源至該影像擷取裝置對應至該曲面工件的一拍攝位置上。
17. 如請求項15所述之光學檢測方法，其中，該影像擷取裝置在拍攝完該曲面工件的該整面影像後，提供該整面影像至一影像檢測裝置，以執行一影像檢測程序。
18. 如請求項15所述之光學檢測方法，其中，該等調節單元包括複數個高度調節單元以及複數個角度調節單元，該等支撐單元分別配合該等高度調節單元調整高度以及該等角度調節單元調整旋轉角度，以配合該曲面工件設置。
19. 如請求項15所述之光學檢測方法，其中，每一該等支撐單元上設置有至少一真空吸附單元。
20. 如請求項15所述之光學檢測方法，其中，該等支撐單元係間隔設置。

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