TWI419015B - 座標資訊轉換及顯示系統 - Google Patents

Description

座標資訊轉換及顯示系統

本發明涉及座標資料同步轉換，特別是擷取一工具機控制器之座標區域影像，透過本發明之影像辨識及轉換技術，將該座標區域影像轉換為可供電腦系統運算的座標值，並將其同步的顯示於量測系統的螢幕介面上，供量測系統使用。

早期的工業領域中，接觸式量測法為物件檢測工程之主要手段。為達到精確測量之要求，需針對不同的物件或物件上的待測目標設計不同的檢具和治具。治具將待測物件定位在特定的檢測位置，在此一基礎被滿足的條件下，利用對應的檢具取得的量測值將是有效的且具有可利用性。但是治具和檢具的製作和設計非常複雜耗時，且檢測之前尚需經過複雜的前置作業，例如待測物件定位、定位校準、檢具之接觸位置設定....等，相當繁瑣費時，檢測作業的成本相對高昂。而現今工業產品具有多樣化、微型化和精密化的特徵，上述的接觸式量測法對於檢測人員而言是一項充滿挑戰、負擔以及失準率的工作。

為了解決這個問題，高精密非接觸式量測手段在近幾年被陸續提出，且目前仍在不斷的發展中。已知的非接觸式量測手段包括雷射、超音波、光學以及影像量測...等等，皆不外乎在為高精密之加工服務。

有正確的量測系統才能進一步做到高精密度的加工作業，而加工線上的直接量測，更是精密加工的重要基礎，是以；如今的精密量測，已進步到配合高精密光學鏡頭來輔助加工作業的量測，然而，光學鏡頭的範圍畢竟有限，必須配合加工機械本身各軸的光學尺或編碼器(encoder)等，方能達到較大範圍的精密量測。但是，加工機械廠牌各異，所使用的光學尺、編碼器規格、模式、訊號各不相同，甚至不開放光學訊號的擷取，因此；若要完全適用於各種廠牌之加工機械的光學尺、編碼器等規格，則量測系 統的製造成本，將極其高昂，無法普及大多數之加工業者，如此；將越來越要求精密加工的產業趨勢而言，明顯阻礙其發展。

如何能以較低階方式及成本，獲得大範圍及高精密的量測系統，使一般多數加工業者受惠，則為本發明人所積極追求目的及方向，是以，本發明發明人提出了一個新穎的技術方案，來解決並輔助精密量測系統之此一問題。

本發明之目的係在提供一種座標資訊轉換及顯示系統，其特點是利用影像擷取手段從一機台控制器的畫面中擷取一座標區域影像，該座標區域影像中包含X、Y、Z軸的座標數字圖像，該座標數字圖像中的座標數字是由加工機械本身的光學尺量測而得並顯示在控制器的畫面中。本發明透過影像辨識及轉換技術，將該座標數字圖像轉換為可運算的座標值，免去直接解譯加工機械光學尺或編碼器(encoder)的上揭所敘問題，即等同於直接取得光學尺或編碼器的X、Y、Z軸的座標數值，但本發明因不涉及光學尺或編碼器的電子訊號、光學訊號之擷取技術，所以不受制於光學尺或編碼器的技術規格，換言之，任何加工機械，任何規格的光學尺或編碼器(encoder)均可以利用本發明之影像辨識及轉換技術，間接的取得加工機械光學尺或編碼器的X、Y、Z軸的座標數值。更進一步的，本發明於擷取該座標區域影像之同時隨即同步進行影像資料的辨識、轉換及顯示等三個步驟，達到同步、即時、高效率、高正確性之資料轉換目的，且經轉換後的座標值資料可供程式系統利用及運算。

一種座標資訊轉換及顯示系統，主要包括：一影像擷取模組，執行從一加工機之控制器畫面中擷取一座標區域影像之步驟；該座標區域影像中包含座標數字圖像；一影像接收模組，與該影像擷取模組耦合，接收上述座標區域影像，並將該座標區域影像顯示於一操作介面； 一辨識區域設定模組，與該影像接收模組耦合，在該操作介面中提供操作工具(如：滑鼠)，供使用者在該座標區域影像中設定待辨識區域；一辨識暨轉換模組，與該辨識區域設定模組耦合，接收該待辨識區域的資訊，將該待辨識區域中的座標數字圖像，轉換為可供系統運算的X、Y、Z軸座標數值，並表現於該操作介面的一結果顯示區塊中。

一種座標資訊轉換及顯示系統，執行以下步驟：座標區域影像擷取暨傳送步驟：以一影像擷取模組擷取加工機控制器畫面中的X、Y、Z軸座標區域影像，該座標區域影像中包含了座標數字圖像；該影像擷取模組將該座標區域影像傳送至一影像接收模組，該影像接收模組在一操作介面中顯示該X、Y、Z軸座標區域影像；辨識區域設定步驟：使用者透過一辨識區域設定模組所提供之操作工具，在該操作介面中，對該X、Y、Z軸座標區域影像，設定複數個待辨識區域，並將該待辨識區域的資料傳送至一辨識暨轉換模組；辨識暨轉換步驟：該辨識暨轉換模組將該待辨識區域中的X、Y、Z軸座標數字圖像，轉換為可供系統運算的X、Y、Z軸座標數值，並同步的表現於該操作介面的一結果顯示區塊中，而在辨識過程需先設定0~9的數字圖像樣本，以供辨識系統辨識。

為便於說明本創作於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。且以下的說明中，類似的元件是以相同的編號來表示。

如第一圖，本發明座標資訊轉換及顯示系統，主要包括一影像擷取模組20、一影像接收模組21，一辨識區域設定模組22，一辨識暨轉換模組24。

該影像擷取模組20從一加工機10之控制器52畫面中擷取一X、Y、 Z軸座標區域影像30，如第四圖所示；該座標區域影像30中包含座標數字圖像32；該座標數字圖像32中的座標數字，是由加工機本身的X、Y、Z軸光學尺訊號所解譯，而顯示於該控制器螢幕上。

如第五圖，該影像接收模組21，與該影像擷取模組20耦合，接收上述X、Y、Z軸座標區域影像30，並將該座標區域影像30顯示於一操作介面211；該辨識區域設定模組22，與該影像接收模組21耦合，在該操作介面中提供操作工具(如：滑鼠)，供使用者在該座標區域影像30中設定待辨識區域；一辨識暨轉換模組24，與該辨識區域設定模組22耦合，接收該待辨識區域的資訊，將該待辨識區域中的X、Y、Z軸座標數字圖像，轉換為可供系統運算的座標數值，並同步表現於該操作介面211的一結果顯示區塊212中，而在辨識過程需先設定0~9的數字與X、Y、Z軸圖像樣本相互對應，以供辨識系統辨識。

以下舉一實例說明上述各模組之運作步驟，如第二圖，一工具機10的機台配備有光學尺或編碼器(encoder)，以檢測X、Y、Z三軸的位移。一待測物件50被固定於該機台11上。一物件取像鏡頭51對該物件50進行取像，並將影像傳輸至與工具機10之控制器52耦合的第一顯示器53。可透過該控制器52及該第一顯示器53對該待測物件50進行所需之量測工作，其中；該工具機10控制器52之螢幕上，會有座標顯示區531以顯示該工具機目前的X、Y、Z三軸座標值。

如第三至八圖所式，透過本發明上述各模組，依序實施以下步驟：座標區域影像擷取暨傳送步驟：如第三圖，該影像擷取模組20以取像鏡頭201拍攝該第一顯示器53畫面中的座標顯示區531，產生一X、Y、Z三軸座標區域影像30(如第四圖)，該座標區域影像30中具備X、Y、Z三軸文字影像31以及座標數字圖像32。該影像擷取模組20將該X、Y 、Z軸座標區域影像30，傳送至該影像接收模組21，該影像接收模組21將該X、Y、Z軸座標區域影像30表現於一操作介面211，如第五圖。

辨識區域設定步驟：該辨識區域設定模組22在該操作介面211中提供一操作工具，供使用者於螢幕畫面中設定X、Y、Z軸座標待辨識區域。所述的操作工具為一滑鼠十字游標221，供使用者在該座標區域影像30中將X、Y、Z軸座標數字圖像32一個一個的框選出來，而成為複數個待辨識區域。框選方式，如第六圖，係使用者將該十字游標221的座標軸，分別點選該X、Y、Z軸座標數字圖像32中每一軸座標數字圖像的上限及下限座標點，之後再將十字游標221的座標軸，分別點選經過該三軸中任一軸的座標數字圖像32中每一數字圖像的中心點，以此形成一如十字交差的辨識區域。該十字游標221移動時，該辨識區域設定模組22，即時的提供十字游標221的二維座標值，據此，使用者可獲得上限座標61、下限座標62以及中心座標63。而一個上限座標61、一個下限座標62、與一個中心座標63即構成一個待辨識區域。請參閱第七圖所示；使用者可透過一座標值輸入介面66，將該上限座標61、下限座標62以及中心座標63一一輸入相對應的欄框中，使該辨識暨轉換模組24獲得每一個待辨識區域的資料。第七圖描述該座標值輸入介面66的大致樣態，具有X、Y、Z軸的上限座標輸入欄框661，下限座標輸入欄框662以及中心座標輸入欄框663，使用者在各欄框中分別輸入該上限座標61、下限座標62以及中心座標63。

影像辨識暨轉換步驟：該辨識暨轉換模組24將對每一個待辨識區域的座標數字圖像32進行辨識，並轉換成可供系統運算的數值資料，並以阿拉伯數字顯示於該操作介面211的一結果顯示區塊212中，如第五圖。相應的是，在辨識過程需先設定0~9的數字與X、Y、Z軸座標數字圖像樣本，相互對應，以供辨識系統辨識。

上述辨識區域設定步驟，係在本發明系統嵌入機台控制系統時執行即 可，嗣後，當該影像擷取模組20擷取一座標區域影像30後，隨即進行影像辨識暨轉換步驟，從而將X、Y、Z軸座標區域影像中的座標數字圖像，轉換成可供系統運算使用的X、Y、Z軸座標值，並同步顯示於本發明之系統畫面中，以供量測系統運算之參數設定。

綜上所陳，本發明利用影像擷取手段從一機台控制器的畫面中擷取一X、Y、Z軸座標區域影像30，透過影像辨識及轉換技術，將該X、Y、Z軸座標區域影像30中的座標數字圖像32，轉換為可運算的X、Y、Z軸座標值，並即時同步的將轉換的結果顯示於量測介面。據此本發明在擷取X、Y、Z軸座標區域影像之時，即同步進行影像資料的辨識、轉換及顯示等三個步驟，達到同步、即時、高效率、高正確性之資料轉換目的，且經轉換後的X、Y、Z軸座標值資料可供量測程式系統利用及運算。而本發明不涉及光學尺或編碼器(encoder)的電子訊號、光學訊號之擷取技術，所以不受制於光學尺或編碼器的技術規格，因此任何加工機，任何規格的光學尺或編碼器模示，均可以利用本發明之影像辨識及轉換技術取得光學尺或編碼器所顯示的X、Y、Z軸座標值，並供量測系統運算。

雖然本發明是以最佳實施例做說明，但精於此技藝者能在不脫離本創作精神與範疇下做各種不同形式的改變。以上所舉實施例僅用以說明本創作而已，非用以限制本創作之範圍。舉凡不違本創作精神所從事的種種修改或變化，俱屬本創作申請專利範圍。

10‧‧‧工具機

11‧‧‧機台

20‧‧‧影像擷取模組

201‧‧‧取像鏡頭

21‧‧‧影像接收模組

211‧‧‧操作介面

212‧‧‧結果顯示區塊

22‧‧‧辨識區域設定模組

221‧‧‧十字游標

24‧‧‧辨識暨轉換模組

30‧‧‧座標區域影像

31‧‧‧X,Y,Z三軸文字影像

32‧‧‧座標數字圖像

50‧‧‧待測物件

51‧‧‧物件取像鏡頭

52‧‧‧控制器

53‧‧‧第一顯示器

531‧‧‧座標顯示區

61‧‧‧上限座標

62‧‧‧下限座標

63‧‧‧中心座標

66‧‧‧座標值輸入介面

661‧‧‧上限座標輸入欄框

662‧‧‧下限座標輸入欄框

663‧‧‧中心座標輸入欄框

第一圖為本發明系統方塊配置圖。

第二圖為本發明系統之實施基礎示意圖之一。

第三圖為本發明系統中控制器影像擷取裝置示意圖。

第四圖為本發明系統所擷取之座標區域影像示意圖。

第五圖為操作介面示意圖。

第六圖為使用者設定待辨識區域之示意圖。

第七圖為本發明系統座標值輸入介面之示意圖。

第八圖本發明方法流程圖。

20‧‧‧影像擷取模組

21‧‧‧影像接收模組

22‧‧‧辨識區域設定模組

24‧‧‧辨識暨轉換模組

Claims (8)

1. 一種座標資訊轉換及顯示系統，主要包括：一影像擷取模組，執行從一加工機之控制器畫面中擷取一X、Y、Z軸座標區域影像之步驟；該座標區域影像中包含X、Y、Z軸座標數字圖像；一辨識暨轉換模組，與該影像擷取模組耦合，接收該X、Y、Z軸座標區域影像，將該座標區域影像中的X、Y、Z軸座標數字圖像，轉換為可供系統運算的座標數值，並同步表現於一操作介面的結果顯示區塊中。
2. 如申請專利範圍第1項所述影像量測系統，其中，上述影像擷取模組係以一取像鏡頭拍攝該加工機之控制器畫面，從而取得該X、Y、Z軸座標區域影像。
3. 如申請專利範圍第1項所述座標資訊轉換及顯示系統，其中更包括：一影像接收模組及一辨識區域設定模組；該影像接收模組與該影像擷取模組耦合，接收上述X、Y、Z軸座標區域影像，並將該座標區域影像，顯示於該操作介面；該辨識區域設定模組，與該影像接收模組耦合，在該操作介面中提供操作工具，供使用者在該X、Y、Z軸座標區域影像中設定符辨識區域，該待辨識區域提供給該辨識暨轉換模組，以進行座標數字圖像轉換為座標數值之步驟。
4. 如申請專利範圍第3項所述座標資訊轉換及顯示系統，所述的操作工具為一滑鼠十字游標，供使用者在該X、Y、Z軸座標區域影像中將座標數字圖像一一的點選成為個待辨識區域。
5. 如申請專利範圍第4項所述座標資訊轉換及顯示系統，其中，該X、Y、Z軸待辨識區域，係由一上限座標、一下限座標、以及一中心座標所構成；該上限座標是由該十字游標的座標軸經過該座標數字圖像的上限座標點所取得，該下限座標是由該十字游標的座標軸經過該座標數字圖像的下限座標點所取得，該中心座標係由該十字游標的座標點，點選該三軸 座標值中任一座標值中的所有座標數字圖像之中心點所取得。
6. 如申請專利範圍第5項所述座標資訊轉換及顯示系統，其中，該上限座標、下限座標、以及中心座標，是透過一個座標值輸入介面而傳輸予該辨識暨轉換模組。
7. 一種座標資訊轉換及顯示系統，執行以下步驟：一座標區域影像擷取暨傳送步驟：以一影像擷取模組擷取一工具機控制器畫面中的X、Y、Z軸座標區域影像，該座標區域影像中包含了座標數字圖像；該影像擷取模組將該X、Y、Z軸座標區域影像傳送至一辨識暨轉換模組；辨識暨轉換步驟：該辨識暨轉換模組將該X、Y、Z軸座標區域影像中的座標數字圖像轉換為可供系統運算的座標數值，並同步顯示於一操作介面的一結果顯示區塊中，在辨識過程需先設定0~9的數字與X、Y、Z軸座標數字圖像樣本，相互對應，以供辨識系統辨識。
8. 如申請專利範圍第7項所述座標資訊轉換及顯示系統，其更包含一辨識區域設定步驟，該辨識區域設定步驟介於該座標區域影像擷取暨傳送步驟以及辨識暨轉換步驟之間，使用者透過一辨識區域設定模組所提供之操作工具，在一操作介面中，對該X、Y、Z軸座標區域影像設定複數個待辨識區域，並將該待辨識區域的資料傳送至該辨識暨轉換模組。