TWI413756B - 微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及其方法 - Google Patents

Description

微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及其方法

本發明係關於一種微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及其方法，特別關於一種可自動化的微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及其方法。

微型鑽針已被大量地應用在各種印刷電路板的微孔加工。請參照「第1A圖」、「第1B圖」與「第1C圖」，係分別為微型鑽針的一實施例側視結構示意圖、依據「第1A圖」之1B-1B的剖面結構示意圖與依據「第1A圖」之1C-1C的剖面結構示意圖。鑽針50包括中心軸51、鑽柄(Shank)52與鑽部(Drill body)54，鑽部54包括尖部(Drill point)60、鑽槽58(Helical flute)與鑽尖60a(Drill tip)。其中，鑽部54相對於鑽柄52之比例被加以放大以利說明。鑽部54在功能上由尖部60及鑽槽58所構成，尖部60用以產生鑽削行為，鑽槽58則用以排除切屑。在鑽部54中未被開槽的圓錐狀核心部分即為鑽芯56(Web)，且鑽芯56的厚度[以下簡稱芯厚(Web thickness)62]與鑽槽58之深度在設計上互為衝突。芯厚62較大的微型鑽針50具有較佳的剛性，但其鑽槽58之深度較小，使得排屑效果較差；反之，鑽槽58之深度較大者具有較佳的排屑效果，但其剛性較差。因此，芯厚是影響微型鑽針品質的關鍵參數。針對微型鑽針成品的芯厚值進行量測以改善製程參數是鑽針製造廠所關切的重要品管工作之一。

微型鑽針之芯厚值量測方法可以概分為非破壞式及破壞式兩大類。中華民國專利公報第I254124號提出一種基於雷射測微儀(Laser micro-gauge，LMG)與雷射共焦位移計(Laser confocal displacement meter，LCDM)的非破壞式芯厚值量測技術，然而，上述非破壞式芯厚值量測技術在實務上仍具有成本極高與穩定度不足的問題，而不利於非破壞式芯厚值量測技術的發展。基於上述瓶頸，習知業者多仍採用破壞式芯厚值量測技術。傳統上所採用的破壞式芯厚值量測程序為利用鎢鋼鑽頭研磨機將微型鑽針之鑽部進行破壞式研磨至某一軸向截面的待檢測截面位置，然後再透過有經驗的量測人員使用工具顯微鏡(Measuring microscope)針對軸向截面之芯厚進行量測。其中，量測人員乃是根據兩開槽輪廓(Flute contours)間所測得之最短距離得到芯厚值。由於上述過程係利用人工的方式進行操作，因此，存在有費時且難以確保檢測位置的準確性與芯厚值的精度之問題。

鑒於以上問題，本發明提出一種微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及其方法，藉以解決先前技術所存在費時且難以確保檢測位置的準確性與芯厚值的精度之問題。

依據本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統係適用於量測微型鑽針的芯厚值。在一實施例中，微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統包括計算機裝置、雙軸運動平台模組、鑽針研磨模組、定位視覺模組與芯厚值量測視覺模組。雙軸運動平台模組與計算機裝置耦接，雙軸運動平台模組用以挾持微型鑽針，且由計算機裝置控制雙軸運動平台模組，以使微型鑽針移動。當計算機裝置控制雙軸運動平台模組將微型鑽針移動於研磨位置時，鑽針研磨模組將微型鑽針之鑽部研磨至其待檢測截面位置。

當計算機裝置控制雙軸運動平台模組將微型鑽針移動至第一定位位置時，定位視覺模組擷取並輸出第一影像至計算機裝置，計算機裝置依據第一影像進行定位程序而獲得微型鑽針與鑽針研磨模組之間的第一間距。計算機裝置依據第一間距與待檢測截面位置控制雙軸運動平台模組與鑽針研磨模組，以使鑽針研磨模組研磨微型鑽針至其待檢測截面位置。其中，第一定位位置係位於定位視覺模組的第一影像擷取範圍內，且微型鑽針未接觸鑽針研磨模組。當計算機裝置控制雙軸運動平台模組將微型鑽針移動至影像量測位置時，芯厚值量測視覺模組擷取並輸出第二影像至計算機裝置，計算機裝置依據第二影像進行影像計算程序而獲得微型鑽針於其待檢測截面位置的芯厚值。其中，影像量測位置係位於芯厚值量測視覺模組的第二影像擷取範圍內。

依據本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法的一實施例，微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法包括：將雙軸運動平台模組移動至原點位置；以位置參數設定微型鑽針的待檢測截面位置；藉由雙軸運動平台模組將微型鑽針移動至第一定位位置，第一定位位置係位於定位視覺模組的第一影像擷取範圍內，且微型鑽針未接觸鑽針研磨模組；藉由定位視覺模組擷取第一影像；依據第一影像進行定位程序而獲得微型鑽針與鑽針研磨模組之間的第一間距；依據第一間距與待檢測截面位置進行研磨程序，使鑽針研磨模組研磨微型鑽針至其待檢測截面位置；藉由雙軸運動平台模組將微型鑽針移動至影像量測位置，影像量測位置係位於芯厚值量測視覺模組的第二影像擷取範圍內；藉由芯厚值量測視覺模組擷取第二影像；以及依據第二影像進行影像計算程序而獲得微型鑽針於其待檢測截面位置的芯厚值。

依據本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法，可用以自動化量測微型鑽針於其待檢測截面位置的芯厚值。藉由定位視覺模組的設計，可於定位程序與研磨程序中有效的掌握鑽針研磨模組是否有將微型鑽針研磨至其待檢測截面位置。藉由芯厚值量測視覺模組與影像計算程序的設計，可使本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統的量測穩定度提高。藉由計算機裝置的設置，可有效的掌握微型鑽針之破壞式芯厚值量測的流程。

以上關於本發明的內容說明及以下之實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的精神與原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

請參照「第2A圖」、「第2B圖」與「第2C圖」，係分別為依據本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統一實施例結構方塊示意圖、依據本發明所揭露之雙軸運動平台模組、鑽針研磨模組、定位視覺模組與芯厚值量測視覺模組的一實施例立體結構示意圖與俯視結構示意圖。在本實施例中，微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統200適用於量測微型鑽針50於其待檢測截面位置D的芯厚62(請參照「第1A圖」與「第1C圖」)。微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統200包括計算機裝置201、雙軸運動平台模組202、鑽針研磨模組204、定位視覺模組206、芯厚值量測視覺模組208、磨輪開關次模組248與運動控制次模組258。其中，雙軸運動平台模組202、鑽針研磨模組204、定位視覺模組206及芯厚值量測視覺模組208均配置於基座90上；雙軸運動平台模組202與運動控制次模組258耦接，運動控制次模組258係附屬於雙軸運動平台模組202；鑽針研磨模組204與磨輪開關次模組248耦接，磨輪開關次模組248係附屬於鑽針研磨模組204；定位視覺模組206、芯厚值量測視覺模組208、磨輪開關次模組248及運動控制次模組258分別與計算機裝置201耦接。計算機裝置201可為但不限於桌上型電腦或筆記型電腦，磨輪開關次模組248可包括輸入/輸出單元262與繼電器單元264，運動控制次模組258可包括運動控制單元266、第一步進馬達驅動單元268、第二步進馬達驅動單元270、第一線性編碼器272與第二線性編碼器274。

在本實施例中，雙軸運動平台模組202可將微型鑽針50沿縱向Y或橫向X移動，其中，縱向Y與橫向X垂直。雙軸運動平台模組202可包括鑽針夾治具210、縱向運動單元212與橫向運動單元214，鑽針夾治具210用以夾持微型鑽針50(請參照「第2D圖」，係為依據「第2C圖」之鑽針夾治具與微型鑽針的放大結構示意圖)。縱向運動單元212包括第一步進馬達216，縱向運動單元212用以使鑽針夾治具210沿縱向Y移動。橫向運動單元214包括第二步進馬達220，橫向運動單元214用以使鑽針夾治具210沿橫向X移動。鑽針研磨模組204用以研磨微型鑽針50至其待檢測截面位置D，鑽針研磨模組204可包括感應馬達224、傳動單元226與磨輪228，感應馬達224可藉由傳動單元226帶動磨輪228旋轉，以研磨微型鑽針50至其待檢測截面位置D，但本實施例並非用以限定本發明，也就是說，鑽針研磨模組204更可包括集塵單元(未標示)，以收集鑽針研磨模組204研磨微型鑽針50時所產生的粉塵，避免粉塵影響定位視覺模組206的影像擷取。

定位視覺模組206用以擷取微型鑽針50於第一定位位置(即定位視覺模組206的第一影像擷取範圍內，且微型鑽針50未接觸鑽針研磨模組204)的第一影像。定位視覺模組206可包括第一光源230、第一鏡頭232、第一光源調控器234與第一影像感測單元236；第一光源230發出第一光線80，第一光源調控器234用以調控第一光線80的亮度，第一光線80的行進方向及第一鏡頭232的第一軸向70分別與橫向X實質上平行。其中，第一影像感測單元236可接收經過第一鏡頭232的第一光線80並輸出第一影像，第一影像感測單元236可為但不限於互補式金氧半場效電晶體攝影機(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor camera，CMOS camera)，也就是說，第一影像感測單元236亦可為電荷耦合元件攝影機(Charge Coupled Device camera，CCD camera)。

芯厚值量測視覺模組208用以擷取微型鑽針50於影像量測位置(即芯厚值量測視覺模組208的第二影像擷取範圍內)的第二影像。芯厚值量測視覺模組208可包括第二光源238、第二鏡頭240、第二光源調控器242與第二影像感測單元244；第二光源238發出第二光線82，第二光源調控器242用以調控第二光線82的亮度，第二光線82會照射到微型鑽針50之待檢測的軸向截面57(請參照「第7A圖」)，同時，第二光線82照射到微型鑽針50之待檢測的軸向截面57所形成的反射光會經過第二鏡頭240而被第二影像感測單元244所接收並輸出第二影像。其中，第二鏡頭240的第二軸向72可平行微型鑽針50的中心軸51，以避免產生誤差。在本實施例中，第二軸向72可為但不限於重合微型鑽針50的中心軸51(請參照「第2E圖」，係為依據「第2C圖」之微型鑽針於影像量測位置的俯視結構示意圖)。

此外，芯厚值量測視覺模組208更可包括集光單元246，集光單元246可使第二光線82實質上更佳地匯聚於影像量測位置，以增加第二影像感測單元244擷取第二影像的亮度。第二影像感測單元244可為但不限於電荷耦合元件攝影機，也就是說，第二影像感測單元244亦可為互補式金氧半場效電晶體攝影機。

計算機裝置201包括第一通用序列匯流排介面250(Universal serial bus，USB)、第二通用序列匯流排介面252、記憶單元254、中央處理模組256與人機介面260。計算機裝置201可藉由輸入/輸出單元262與繼電器單元264控制感應馬達224，進而啟動鑽針研磨模組204。第一通用序列匯流排介面250及第二通用序列匯流排介面252分別與第一影像感測單元236及第二影像感測單元244耦接，使計算機裝置201可接收第一影像與第二影像。記憶單元254可用以儲存第一影像與第二影像，中央處理模組256可用以控制與處理微型鑽針之破壞式芯厚值量測的流程。計算機裝置201可藉由運動控制單元266啟動第一步進馬達驅動單元268與第二步進馬達驅動單元270，進而驅動第一步進馬達216與第二步進馬達220的運作(即縱向運動單元212沿縱向Y移動，橫向運動單元214沿橫向X移動)。第一線性編碼器272測得縱向運動單元212的位置而回傳至運動控制單元266，以進行縱向Y的閉迴路運動控制(即控制縱向運動單元212的位移距離)，第二線性編碼器274測得橫向運動單元214的位置而回傳至運動控制單元266以進行橫向X的閉迴路運動控制(即控制橫向運動單元214的位移距離)。人機介面260一方面可用以接收使用者所輸入的位置參數與量測相關設定值，以供微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統200依實際量測的需求進行調整，另一方面可用以提供顯示微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統200所進行的流程、第一影像與第二影像。

請參照「第2A圖」與「第3圖」，「第3圖」係為依據「第2A圖」的微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統所應用的微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法一實施例流程示意圖。微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法包括：步驟302：將雙軸運動平台模組移動至原點位置；步驟304：以一位置參數設定微型鑽針的待檢測截面位置；步驟306：藉由雙軸運動平台模組將該微型鑽針移動至第一定位位置，第一定位位置係位於定位視覺模組的第一影像擷取範圍內，且微型鑽針未接觸鑽針研磨模組之磨輪；步驟308：藉由定位視覺模組擷取第一影像；步驟310：依據第一影像進行定位程序而獲得微型鑽針與鑽針研磨模組之磨輪端面的第一間距；步驟312：依據第一間距與待檢測截面位置進行研磨程序，使鑽針研磨模組之磨輪研磨微型鑽針至其待檢測截面位置；步驟314：藉由雙軸運動平台模組將微型鑽針移動至影像量測位置，影像量測位置係位於芯厚值量測視覺模組的第二影像擷取範圍內；步驟316：藉由芯厚值量測視覺模組擷取第二影像；以及步驟318：依據第二影像進行影像計算程序而獲得微型鑽針於其待檢測截面位置的芯厚值。

需注意的是，使用者可在執行步驟302之前或之後，藉由鑽針夾治具夾持微型鑽針50以進行芯厚值的量測。上述步驟302所述之原點位置係為使用者制定雙軸運動平台模組202的初始位置，可為但不限於易於安裝微型鑽針50於鑽針夾治具210的位置，實際原點位置可依據實際需求進行調整。在步驟304所述之位置參數係為使用者利用人機介面260所輸入計算機裝置201的參數，在本實施例中位置參數的數量可為但不限於一個，也就是說，位置參數可為複數個，關於位置參數為複數個的情形請容後描述。

步驟306係為計算機裝置201利用運動控制次模組258控制縱向運動單元212與橫向運動單元214移動，以調整微型鑽針50至第一定位位置。上述步驟308中，計算機裝置201係利用定位視覺模組206的第一影像感測單元236擷取第一影像。請參照「第4圖」，係為依據步驟310所述之定位程序的一實施例流程示意圖。定位程序可包括：步驟402：藉由第一影像獲得微型鑽針的鑽針端面與鑽針研磨模組的磨輪端面；步驟404：計算鑽針端面與磨輪端面間的多個縱向距離；以及步驟406：比較每一縱向距離而獲得第一間距。

請參照「第4圖」與「第5A圖」，「第5A圖」係為本發明所揭露之步驟308的第一影像的一實施例示意圖。其中，第一影像包括鑽針端面10與磨輪端面11。鑽針端面10可為未研磨過之微型鑽針50之尖部60的端面或是已研磨過之微型鑽針50之被磨斷截面位置的端面。更進一步地說明，當微型鑽針50尚未被移動至第一定位位置時，僅磨輪228之磨輪端面11會處於第一光源230與第一鏡頭232之間；當微型鑽針50被移動至第一定位位置時，微型鑽針50與磨輪228之磨輪端面11會同時處於第一光源230與第一鏡頭232之間，使得第一光源230所發出之第一光線在通過微型鑽針50與磨輪228之端面後會經過第一鏡頭232而在第一影像感測單元236形成第一影像，以使第一影像上同時具有微型鑽針50與磨輪228之端面的邊緣輪廓特徵；上述成像方式為背光源成像。

請參照「第4圖」與「第5B圖」，「第5B圖」係為本發明所揭露之步驟404的一實施例結構示意圖。在步驟404中，縱向距離(即V₁ 、V₂ 、V₃ )係為鑽針端面10至磨輪端面11間的水平影像距離，即縱向距離V₁ 、V₂ 、V₃ 的方向與縱向Y平行，其中縱向距離的單位為像素(Pixel)。舉例而言，鑽針端面10包括三第一端點12、13、14，磨輪端面11包括三第二端點15、16、17，第一端點12與第二端點16間具有縱向距離V₁ ，第一端點13與第二端點17間具有縱向距離V₂ ，第一端點14與第二端點15間具有縱向距離V₃ ，其中，縱向距離V₁ 、V₂ 、V₃ 的方向皆與縱向Y平行。接著進行步驟406，比較縱向距離V₁ 、V₂ 、V₃ 的大小，在本實施例中縱向距離V₂ ＞縱向距離V₃ ＞縱向距離V₁ ，所以縱向距離V₁ 為第一影像間距。最後，將第一影像間距V₁ 進行第一比例轉換程序而獲得第一間距(其單位為實際的長度物理量)，其中關於第一比例轉換程序請容後詳述。

請參照「第2A圖」與「第6圖」，「第6圖」係為依據步驟312所述之研磨程序的一實施例流程示意圖。研磨程序包括：步驟602：藉由磨輪開關次模組啟動鑽針研磨模組；步驟604：藉由雙軸運動平台模組將微型鑽針往鑽針研磨模組方向前進特定距離，使鑽針研磨模組之磨輪研磨微型鑽針至其待檢測截面位置，其中特定距離與位置參數及第一間距有關；以及步驟606：藉由雙軸運動平台模組移動微型鑽針，以使微型鑽針遠離鑽針研磨模組。

上述步驟604之特定距離係為待檢測截面位置D至鑽尖60a(請參照「第1A圖」)的距離及第一間距的總和(請參照「第5C圖」，係為依據本發明所揭露之微型鑽針移動至第一定位位置的一實施例結構示意圖)。當微型鑽針50已被鑽針研磨模組204的磨輪228研磨至待檢測截面位置D時(請參照「第5D圖」，係為依據本發明所揭露之磨輪研磨微型鑽針至其待檢測截面位置一實施例結構示意圖)，可藉由雙軸運動平台模組202的移動使微型鑽針50遠離鑽針研磨模組204(即步驟606)，但本實施例並非用以限定本發明，也就是說，當微型鑽針50已被鑽針研磨模組204的磨輪228研磨至待檢測截面位置D時，亦可藉由磨輪開關次模組248關閉鑽針研磨模組204，而使磨輪228不再研磨微型鑽針50。

接著，可藉由運動控制次模組258控制雙軸運動平台模組202將微型鑽針50移動至影像量測位置(即步驟314)，以使芯厚值量測視覺模組208的第二影像感測單元244擷取第二影像(即步驟316)，其中，第二影像包括微型鑽針50的軸向截面57與背景59(請參照「第7A圖」，係為依據本發明所揭露之步驟316的第二影像一實施例示意圖)。

更進一步地說明，當微型鑽針50被移動至影像量測位置時，會處於集光單元246之前方，使得第二光源238所發出之第二光線照射到微型鑽針50之待檢測軸向截面所形成的反射光會經過第二鏡頭240而被第二影像感測單元244所接收並輸出第二影像，以使第二影像上具有微型鑽針50的軸向截面影像；上述成像方式為正光源成像。

請參照「第7B圖」至「第7I圖」，係為依據步驟318所述之影像計算程序的一實施例流程示意圖。在「第7B圖」中，計算機裝置201利用中央處理模組256調整第二影像的亮度(Brightness)、對比度(Contrast)與伽瑪值(Gamma)；接著，進行二值化(Thresholding)處理，使得背景59可為但不限於黑色且軸向截面57可為但不限於白色，以完全區隔軸向截面57與背景59(請參照「第7C圖」)；由於執行二值化處理時會產生部份誤差，所以藉由形態學處理(Morphological operation)，以去除背景59的雜點(即白點)與補償軸向截面57的空洞(即黑點)(請參照「第7D圖」)。

計算機裝置201利用中央處理模組256依據軸向截面57進行運算程序而獲得軸向截面57的形心93(請參照「第7E圖」)。

以下「第7F圖」至「第7I圖」係為影像計算程序中每一流程的示意圖式，實際相關「第7F圖」至「第7I圖」的運作係為數據運算，而非以影像方式進行運算。因此，「第7F圖」至「第7I圖」僅提供相對應流程的參考。

接著，請參照「第7F圖」，進行邊緣偵測(Edge detection)程序而獲得多個邊緣輪廓點，這些邊緣輪廓點可圍成「第7F圖」圖面中的虛線邊緣，其中，邊緣偵測程序可為但不限於利用Robert測邊遮罩而獲得多個邊緣輪廓點。

計算機裝置201計算每一邊緣輪廓點(即a₁ 、a₄ 、a₅ 、b₁ 、b₄ 、b₅ )與形心93間的第一距離(請參照「第7G圖」)並比較每一第一距離而從中篩選出第一距離小於特定值所對應的邊緣輪廓點，以獲得第一開槽輪廓區域與第二開槽輪廓區域，其中第一開槽輪廓區域與第二開槽輪廓區域係分別為距離形心93之第一距離小於特定值的第一邊緣輪廓點a₁ 、a₂ 、a₃ 與第二邊緣輪廓點b₁ 、b₂ 、b₃ 所構成的曲線段(請參照「第7H圖」)。特定值可為但不限於所有第一距離中之最小值的1.2倍。接著，計算第一開槽輪廓區域所包括的每一第一邊緣輪廓點a₁ 、a₂ 、a₃ 至第二開槽輪廓區域所包括的每一第二邊緣輪廓點b₁ 、b₂ 、b₃ 間的第二距離(請參照「第7I圖」)。接著，比較每一第二距離，其中最短的第二距離為芯厚影像距離，芯厚影像距離的單位為像素；最後，將芯厚影像距離進行第二比例轉換程序而獲得芯厚值(其單位為實際的長度物理量)，其中關於第二比例轉換程序請容後詳述。

請參照「第8圖」，係為在「第3圖」之步驟304前進行一影像校正程序的一實施例步驟流程圖。影像校正程序包括：步驟802：接收校正棒的真實外徑值，其中，校正棒為已知真實外徑值的圓形棒；步驟804：藉由雙軸運動平台模組將校正棒移動至第二定位位置，第二定位位置係位於第一影像擷取範圍內，且校正棒未接觸鑽針研磨模組之磨輪；步驟806：藉由定位視覺模組擷取第三影像；步驟808：依據第三影像進行定位程序而獲得校正棒之端面與鑽針研磨模組之磨輪端面的第二影像間距，第二影像間距的單位為像素；步驟810：藉由雙軸運動平台模組將校正棒移動至第三定位位置，第三定位位置係位於第一影像擷取範圍內，且校正棒未接觸鑽針研磨模組之磨輪，第二定位位置與第三定位位置間具有定位距離，定位距離乃可由第一線性編碼器測得，且定位距離的單位為實際的長度物理量；步驟812：藉由定位視覺模組擷取第四影像；步驟814：依據第四影像進行定位程序而獲得校正棒之端面與鑽針研磨模組之磨輪端面的第三影像間距，第二影像間距與第三影像間距間具有移動距離，移動距離之單位為像素；步驟816：計算定位距離與移動距離間的比值即獲得第一像素校正值；步驟818：藉由雙軸運動平台模組將校正棒移動至影像量測位置；步驟820：藉由芯厚值量測視覺模組擷取第五影像；步驟822：依據第五影像進行影像處理程序而獲得校正棒的量測外徑值，量測外徑值之單位為像素；以及步驟824：計算真實外徑值與量測外徑值間的比值即獲得第二像素校正值。

在影像校正程序中，鑽針夾治具210係用以挾持校正棒(未標示)，其中，校正棒可為但不限於鑽部未開槽、尖部之幾何特徵未形成且已知真實外徑值的標準鑽針。上述步驟808的第二影像間距係為於第三影像中校正棒之端面與鑽針研磨模組204之磨輪端面11間的影像像素距離。步驟810所述之定位距離為雙軸運動平台模組202於第二定位位置至第三定位位置的實際移動距離，可由第一線性編碼器272測得。上述步驟814的第三影像間距係為於第四影像中校正棒之端面與鑽針研磨模組204之磨輪端面11間的影像像素距離，移動距離係為定位視覺模組206所擷取的第三影像與第四影像中校正棒移動的影像像素距離。步驟816所獲得的第一像素校正值即為第一影像感測單元236的比例尺。上述實施例所述之第一比例轉換程序即為利用第一像素校正值與第一影像像素間距的乘積而獲得第一間距。藉由步驟802所接收的真實外徑值與步驟822所獲得的量測外徑值間的比值，可以得到第二影像感測單元244的比例尺(即第二像素校正值)。在步驟822中，影像處理程序可為但不限於先利用類似「第7A圖」至「第7F圖」的步驟找出校正棒之端面在第五影像上的邊緣輪廓點，然後再以最小平方圓擬合處理(Least-squares circle-fitting approach)的方式計算出量測外徑值。上述實施例所述之第二比例轉換程序即為利用第二像素校正值與芯厚影像距離的乘積而獲得芯厚值。

此外，請參照「第9圖」，係為依據「第2A圖」的微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統所應用的微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法另一實施例流程示意圖。在本實施例中，位置參數的數量為複數個，微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法除了包括「第3圖」所述之實施例的流程外，在步驟304中包括：步驟901：設定一被研磨截面位置為零；步驟902：判斷有無複數個位置參數；步驟903：當無複數個位置參數時，以單數個位置參數減去被研磨截面位置後的數值設定待檢測截面位置；步驟904：當有複數個位置參數時，比較每一位置參數而獲得最小位置參數；步驟906：以最小位置參數減去被研磨截面位置後的數值設定待檢測截面位置；此外，在本實施例中，在執行步驟318後更包括：步驟907：設定被研磨截面位置等於最小位置參數或單數個位置參數；步驟908：移除最小位置參數或單數個位置參數；步驟910：判斷有無其他位置參數；以及步驟912：當有其他位置參數，執行步驟902。

在本實施例中，藉由上述步驟之執行可自動化量測微型鑽針50於不同待檢測截面位置的芯厚值62。其中，當無其他位置參數外的位置參數時，結束微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法。

以下係為利用上述實施例所開發之雛型機台進行的實際實驗結果。請參照下列「表1」，在本實驗中，利用本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及其方法對三種不同的微型鑽針A、B、C於同一待檢測截面位置但不同擺放角度(即第二影像中軸向截面57之角位置有變化)重複進行10次芯厚值的量測。

從上述「表1」可知本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及其方法的重現性(Repeatability)為±0.002毫米(即±2微米)內。其中，重現性為10組量測數據的±3倍標準差。

此外，利用本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及其方法對三種不同的微型鑽針A、B、C進行四個不同待檢測截面位置的芯厚值，其中L_A 、L_B 、L_c 分別為微型鑽針A、B、C的鑽部長度。在本實驗中，除了利用上述微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法進行芯厚量測外，也利用習知人工量測的方式進行芯厚量測，芯厚量測結果如下列「表2」：

從上述「表2」可知當待檢測截面位置越接近鑽柄時，芯厚值也越大，且其趨勢呈近似線性變化。再者本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法與習知工具顯微鏡量測方法的差異量絕對值在0.003毫米(即3微米)內。

依據本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法，可藉由計算機裝置的設置，進行自動化量測微型鑽針於其待檢測截面位置的芯厚值。藉由定位視覺模組的設計，可於定位程序與研磨程序中有效的掌握鑽針研磨模組是否有將微型鑽針研磨至待檢測截面位置。藉由芯厚值量測視覺模組與影像計算程序的設計，可使本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統的量測穩定度提高，從實驗結果可驗證本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統的量測重現性在±2微米內，且本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法與習知工具顯微鏡量測方法的差異量絕對值在3微米內。藉由計算機裝置的設置，可有效的掌握微型鑽針之破壞式芯厚值量測的流程。

雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，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，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。

10．．．鑽針端面

11．．．磨輪端面

12、13、14．．．第一端點

15、16、17．．．第二端點

50．．．微型鑽針

51．．．中心軸

52．．．鑽柄

54．．．鑽部

56．．．鑽芯

57．．．軸向截面

58．．．鑽槽

59．．．背景

60．．．尖部

60a．．．鑽尖

62．．．芯厚值

70．．．第一軸向

72．．．第二軸向

80．．．第一光線

82．．．第二光線

90．．．基座

93．．．形心

200．．．微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統

201．．．計算機裝置

202．．．雙軸運動平台模組

204．．．鑽針研磨模組

206．．．定位視覺模組

208．．．芯厚值量測視覺模組

210．．．鑽針夾治具

212．．．縱向運動單元

214．．．橫向運動單元

216．．．第一步進馬達

220．．．第二步進馬達

224．．．感應馬達

226．．．傳動單元

228．．．磨輪

230．．．第一光源

232．．．第一鏡頭

234．．．第一光源調控器

236．．．第一影像感測單元

238．．．第二光源

240．．．第二鏡頭

242．．．第二光源調控器

244．．．第二影像感測單元

246．．．集光單元

248．．．磨輪開關次模組

250．．．第一通用序列匯流排介面

252．．．第二通用序列匯流排介面

254．．．記憶單元

256．．．中央處理模組

258．．．運動控制次模組

260．．．人機介面

262．．．輸入/輸出單元

264．．．繼電器單元

266．．．運動控制單元

268．．．第一步進馬達驅動單元

270．．．第二步進馬達驅動單元

272．．．第一線性編碼器

274．．．第二線性編碼器

第1A圖係為微型鑽針的一實施例側視結構示意圖。

第1B圖係為依據第1A圖之1B-1B的剖面結構示意圖。

第1C圖係為依據第1A圖之1C-1C的剖面結構示意圖。

第2A圖係為依據本發明所揭露之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統一實施例結構方塊示意圖。

第2B圖係為依據本發明所揭露之雙軸運動平台模組、鑽針研磨模組、定位視覺模組與芯厚值量測視覺模組的一實施例立體結構示意圖。

第2C圖係為依據本發明所揭露之雙軸運動平台模組、鑽針研磨模組、定位視覺模組與芯厚值量測視覺模組的一實施例俯視結構示意圖。

第2D圖係為依據第2C圖之鑽針夾治具與微型鑽針的放大結構示意圖。

第2E圖係為依據第2C圖之微型鑽針於影像量測位置的俯視結構示意圖。

第3圖係為依據第2A圖的微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統所應用的微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法一實施例流程示意圖。

第4圖係為依據步驟310所述之定位程序的一實施例流程示意圖。

第5A圖係為本發明所揭露之步驟308的第一影像的一實施例示意圖。

第5B圖係為本發明所揭露之步驟404的一實施例結構示意圖。

第5C圖係為依據本發明所揭露之微型鑽針移動至第一定位位置的一實施例結構示意圖。

第5D圖係為依據本發明所揭露之磨輪研磨微型鑽針至其待檢測截面位置一實施例結構示意圖

第6圖係為依據步驟312所述之研磨程序的一實施例流程示意圖。

第7A圖係為依據本發明所揭露之步驟316的第二影像一實施例示意圖。

第7B圖至第7I圖，係為依據步驟318所述之影像計算程序的一實施例流程示意圖。

第8圖係為在第3圖之步驟304前進行一影像校正程序的一實施例步驟流程圖。

第9圖係為依據第2A圖的微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統所應用的微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法另一實施例流程示意圖。

200．．．微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統

201．．．計算機裝置

202．．．雙軸運動平台模組

204．．．鑽針研磨模組

206．．．定位視覺模組

208．．．芯厚值量測視覺模組

210．．．鑽針夾治具

212．．．縱向運動單元

214．．．橫向運動單元

216．．．第一步進馬達

220．．．第二步進馬達

224．．．感應馬達

226．．．傳動單元

228．．．磨輪

230．．．第一光源

232．．．第一鏡頭

234．．．第一光源調控器

236．．．第一影像感測單元

238．．．第二光源

240．．．第二鏡頭

242．．．第二光源調控器

244．．．第二影像感測單元

246．．．集光單元

248．．．磨輪開關次模組

250．．．第一通用序列匯流排介面

252．．．第二通用序列匯流排介面

254．．．記憶單元

256．．．中央處理模組

258．．．運動控制次模組

260．．．人機介面

262．．．輸入/輸出單元

264．．．繼電器單元

266．．．運動控制單元

268．．．第一步進馬達驅動單元

270．．．第二步進馬達驅動單元

272．．．第一線性編碼器

274．．．第二線性編碼器

Claims (13)

1. 一種微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統，用以量測一微型鑽針的一芯厚值，該微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統包括：一計算機裝置；一雙軸運動平台模組，與該計算機裝置耦接，該雙軸運動平台模組用以挾持該微型鑽針，且由該計算機裝置控制該雙軸運動平台模組，以使該微型鑽針移動；一鑽針研磨模組，當該計算機裝置控制該雙軸運動平台模組將該微型鑽針移動於一研磨位置時，該鑽針研磨模組研磨該微型鑽針至一待檢測截面位置；一定位視覺模組，當該計算機裝置控制該雙軸運動平台模組將該微型鑽針移動至一第一定位位置時，定位視覺模組擷取並輸出一第一影像至該計算機裝置，該計算機裝置依據該第一影像進行一定位程序而獲得該微型鑽針與該鑽針研磨模組之間的一第一間距，該計算機裝置依據該第一間距與該待檢測截面位置控制該鑽針研磨模組，以使該鑽針研磨模組研磨該微型鑽針至該待檢測截面位置，其中該第一定位位置係位於該定位視覺模組的該第一影像擷取範圍內，且該微型鑽針未接觸該鑽針研磨模組；以及一芯厚值量測視覺模組，當該計算機裝置控制該雙軸運動平台模組將該微型鑽針移動至一影像量測位置時，該芯厚值量測視覺模組擷取並輸出一第二影像至該計算機裝置，該計算機裝置依據該第二影像進行一影像計算程序而獲得該微型鑽針於該待檢測截面位置的該芯厚值，其中該影像量測位置係位於該芯厚值量測視覺模組的該第二影像擷取範圍內。
2. 如請求項1所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統，其中，該雙軸運動平台模組包括一鑽針夾治具、一縱向運動單元與一橫向運動單元，該鑽針夾治具用以夾持該微型鑽針，該縱向運動單元使該鑽針夾治具沿一縱向移動，該橫向運動單元使該鑽針夾治具沿一橫向移動，其中該橫向與該縱向垂直。
3. 如請求項1所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統，其中，該鑽針研磨模組包括一感應馬達、一傳動單元與一磨輪，該計算機裝置控制該感應馬達，並使該感應馬達藉由該傳動單元帶動該磨輪旋轉，以研磨該微型鑽針至該待檢測截面位置。
4. 如請求項1所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統，其中，該定位視覺模組包括一第一光源、一第一鏡頭與一第一影像感測單元，該第一光源發出一第一光線，該第一光線的行進方向及該第一鏡頭的一第一軸向分別與一橫向實質上平行，當該雙軸運動平台模組將該微型鑽針移動至該第一定位位置時，該第一影像感測單元接收經過該第一鏡頭的該第一光線並輸出該第一影像至該計算機裝置。
5. 如請求項1所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統，其中，該芯厚值量測視覺模組包括一第二光源、一第二鏡頭與一第二影像感測單元，該第二光源發出一第二光線，當該雙軸運動平台模組將該微型鑽針移動至該影像量測位置時，該第二光線會照射到該微型鑽針之該待檢測截面位置的一軸向截面，且該第二光線照射到該軸向截面所形成的一反射光會經過該第二鏡頭而被該第二影像感測單元所接收，該第二影像感測單元依據該反射光輸出該第二影像至該計算機裝置，其中該第二鏡頭的一第二軸向平行該微型鑽針的一中心軸。
6. 如請求項5所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統，其中，該芯厚值量測視覺模組更包括一集光單元，該集光單元使該第二光線實質上匯聚於該影像量測位置。
7. 一種微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法，包括：將一雙軸運動平台模組移動至一原點位置；以一位置參數設定一微型鑽針的一待檢測截面位置；藉由該雙軸運動平台模組將該微型鑽針移動至一第一定位位置，該第一定位位置係位於一定位視覺模組的一第一影像擷取範圍內，且該微型鑽針未接觸一鑽針研磨模組；藉由該定位視覺模組擷取一第一影像；依據該第一影像進行一定位程序而獲得該微型鑽針與該鑽針研磨模組之間的一第一間距；依據該第一間距與該待檢測截面位置進行一研磨程序，使該鑽針研磨模組研磨該微型鑽針至該待檢測截面位置；藉由該雙軸運動平台模組將該微型鑽針移動至一影像量測位置，該影像量測位置係位於一芯厚值量測視覺模組的一第二影像擷取範圍內；藉由該芯厚值量測視覺模組擷取一第二影像；以及依據該第二影像進行一影像計算程序而獲得該微型鑽針於該待檢測截面位置的一芯厚值。
8. 如請求項7所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法，其中，該定位程序包括：藉由該第一影像獲得該微型鑽針的一鑽針端面與該鑽針研磨模組的一磨輪端面；計算該鑽針端面與該磨輪端面間的多個縱向距離；以及比較該些縱向距離而獲得該第一間距。
9. 如請求項7所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法，其中，該研磨程序包括：藉由一磨輪開關次模組啟動該鑽針研磨模組；藉由該雙軸運動平台模組將該微型鑽針往該鑽針研磨模組方向前進一特定距離，使該鑽針研磨模組研磨該微型鑽針至該待檢測截面位置，其中該特定距離與該位置參數及該第一間距有關；以及藉由該雙軸運動平台模組移動該微型鑽針，以使該微型鑽針遠離該鑽針研磨模組。
10. 如請求項7所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法，其中，該影像計算程序包括：調整該第二影像的亮度(Brightness)、對比度(Contrast)與伽瑪值(Gamma)，該第二影像包括該微型鑽針一軸向截面與一背景；進行一二值化(Thresholding)處理，以完全區隔該軸向截面與該背景；進行一型態學處理(Morphological operation)，以去除該背景的至少一雜點與補償該軸向截面的至少一空洞；依據該軸向截面進行一運算程序而獲得該軸向截面的一形心；進行一邊緣偵測(Edge detection)程序而獲得多個邊緣輪廓點；計算每一該邊緣輪廓點與該形心間的一第一距離；比較該些第一距離而獲得一第一開槽輪廓區域與一第二開槽輪廓區域；計算該第一開槽輪廓區域所包括的每一該邊緣輪廓點至該第二開槽輪廓區域所包括的每一該邊緣輪廓點間的一第二距離；比較該些第二距離而獲得一芯厚影像距離；以及將該芯厚影像距離進行一比例轉換程序而獲得該芯厚值。
11. 如請求項7所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法，其中，在以該位置參數設定該微型鑽針的該待檢測截面位置之步驟前，進行一影像校正程序，該影像校正程序包括：接收一校正棒的一真實外徑值；藉由該雙軸運動平台模組將該校正棒移動至一第二定位位置，該第二定位位置係位於該第一影像擷取範圍內，且該校正棒未接觸該鑽針研磨模組；藉由該定位視覺模組擷取一第三影像；依據該第三影像進行該定位程序而獲得該校正棒與該鑽針研磨模組之間的一第二影像間距；藉由該雙軸運動平台模組將該校正棒移動至一第三定位位置，該第三定位位置係位於該第一影像擷取範圍內，且該校正棒未接觸該鑽針研磨模組，該第二定位位置與該第三定位位置間具有一定位距離；藉由該定位視覺模組擷取一第四影像；依據該第四影像進行該定位程序而獲得該校正棒與該鑽針研磨模組之間的一第三影像間距，該第二影像間距與該第三影像間距間具有一移動距離；計算該定位距離與該移動距離間的比值而獲得一第一像素校正值；藉由該雙軸運動平台模組將該校正棒移動至該影像量測位置；藉由該芯厚值量測視覺模組擷取一第五影像；依據該第五影像進行一影像處理程序而獲得一量測外徑值；以及計算該量測外徑值與該真實外徑值間的比值而獲得一第二像素校正值。
12. 如請求項7所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法，其中，以該位置參數設定該微型鑽針的該待檢測截面位置的步驟包括：設定一被研磨截面位置為零；判斷有無複數個該位置參數；當無複數個該位置參數時，以單數個該位置參數減去該被研磨截面位置之後的數值設定該待檢測截面位置；當有該些位置參數時，比較每一該位置參數而獲得一最小位置參數；以及以該最小位置參數減去該被研磨截面位置之後的數值設定該待檢測截面位置。
13. 如請求項12所述之微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法，其中，在依據該第二影像進行該影像計算程序而獲得該微型鑽針於該待檢測截面位置的該芯厚值的步驟後，該微型鑽針之破壞式芯厚值量測方法更包括：設定該被研磨截面位置等於該最小位置參數或該單數個位置參數；移除該最小位置參數或該單數個位置參數；判斷有無其他該位置參數；以及當有其他該位置參數時，執行該判斷有無複數個該位置參數的步驟。