TWI419762B - 工具機工件線上量測方法及其裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種線上量測方法及裝置，尤指一種用以量測手動式工具機工件線上量測方法及裝置者。
目前對於手動式加工機工件的尺寸量測，大多透過人工(手動或目視)或者機械的方式進行量測，雖可量測出工件的幾何尺寸，但既有的量測方法不僅容易造成量測上的誤差，進而影響加工的準確度，且無法即時地於線上對於工件進行量測，會相對提高量測時所需之的人力與成本，誠有加以改進之處。
因此，本發明人有鑑於目前手動式加工機工件的尺寸量測方法及裝置，無法即時且準確量測的不足與問題，特經過不斷的研究與試驗，終於發展出一種能改進現有缺失之本發明。
本發明之主要目的係在於提供一種工具機工件線上量測方法及其裝置，其係可即時地且準確地對於工具機工件的尺寸參數進行量測，進而提供一可即時量測及提高量測精度之目的者。
為達到上述目的，本發明係提供一種工具機工件線上量測方法，其操作流程係包含有：儀器設置：準備一量測裝置，該量測裝置係設有一控制裝置、一與該控制裝置相電性連接的移動裝置、一設於該移動裝置上且與該控制裝置相電性連接的夾制裝置及一可相對該夾制裝置移動而設於該移動裝置上並與該控制裝置相電性連接的影像擷取裝置，其中該控制裝置係具有影像處理運算能力及人機控制介面的功能；影像處理與量測：將一待測的工件固定於該夾制裝置上，透過該控制裝置驅動該移動裝置的方式，使該影像擷取裝置可對於該待測工件的外觀進行影像擷取，並將所擷取的影像傳送至該控制裝置中進行影像的處理與分析，藉以取得該待測工件的外廓影像，並透過量測該待測工件的外廓影像以求出該待測工件的尺寸參數；以及自動量測：透過該控制裝置驅動該移動裝置及該夾制裝置的方式，使待測工件可隨著夾制裝置而相對該影像擷取裝置產生移動與轉動，藉以讓該影像擷取裝置可自動地對於待測工件的各側外觀影像進行量測。
進一步，在影像處理與量測的操作步驟中，在擷取待測工件影像時，係先擷取出該待測工件外觀的彩色影像，並將該彩色影像傳送至該控制裝置中，對於所擷取到的彩色影像進行灰階化的轉換，使該彩色影像轉換成一灰階影像，再對該灰階影像進行二值化的轉換，使該灰階影像轉換為一黑白影像，藉以取得該待測工件的外廓影像。
再進一步，在影像處理與量測的操作步驟中，係量測出該待測工件外廓影像的圓弧半徑、段差與直徑的尺寸參數。
本發明另提供一種工具機工件線上量測裝置，其係包含有一控制裝置、一移動裝置、一夾制裝置及一影像擷取裝置，其中：該控制裝置係設有一電腦及一控制器，該控制器係與該電腦相電性連接；該移動裝置係與該控制裝置相電性連接且設有兩多軸向移動平台及一滑動平台，兩多軸向移動平台係平行設置且分別與該控制裝置相電性連接，其中一多軸向移動平台係設於一工具機頂面，而該滑動平台係設於另一多軸向移動平台上且伸設至工具機上方；該夾制裝置係固設於該移動裝置位於工具機頂面的多軸向移動平台上且與該控制裝置相電性連接，用以夾制待量測的工件；以及該影像擷取裝置係固設於該移動裝置的滑動平台上且與該控制裝置相電性連接而位於待測工件的上方處，該影像擷取裝置係可對待測工件進行影像擷取，並將擷取結果傳送至該控制裝置的電腦中，藉以對於該待測工件的尺寸參數進行運算與分析。
進一步，兩多軸向移動平台係分別為一第一多軸向移動平台與一第二多軸向移動平台，其中該第一多軸向移動平台係設於一工具機頂面，而該第二多軸向移動平台係平行地設於該第一軸向移動平台的一側邊，該滑動平台係設於該第二多軸向移動平台上並設有一軌道與一滑動架，該軌道係垂直設於該第二多軸向移動平台上，而該滑動架係受該控制裝置的驅動而可滑動地與該軌道相結合而位於第一多軸向移動平台上方，該夾制裝置係固設於該移動裝置的第一多軸向移動平台的頂面，該影像擷取裝置係固設於該移動裝置的滑動架上。
再進一步，該移動裝置係分別於兩多軸向移動平台的側邊設有一用以紀錄平台位移量的光學尺，其中透過光學尺的偵測而可得知該待測工件與該影像擷取裝置的相對位置，且透過控制裝置計算出光學尺所偵測出的位移量。
較佳地，該影像擷取裝置係於該第一多軸向移動平台的頂面上設有一位於待測工件下方處的背光板，其中該背光板係可提供一白光背景，進而讓該待測工件的擷取影像更顯清晰。
較佳地，該電腦係設有一主機、一顯示器及一輸入介面，該顯示器與輸入介面與該係分別與該主機相電性連接。
藉由上述之技術手段，本發明工具機工件線上量測方法及其裝置，僅需將待測的工件固定於該夾制裝置上，即可方便地透過該影像擷取裝置而取得夾制於該夾制裝置的待測工件的影像，並進行灰階化轉換與二值化轉換後取得該待測工件的外廓影像，得以精確計算該待測工件的外觀尺寸，進而提供一可即時量測及提高量測精度之量測方法及裝置者。
為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，玆進一步以圖式(如第一至三圖所示)所示的較佳實施例，詳細說明如后：本發明之目的在於提供一工具機工件線上量測方法及其裝置，其係透過數位影像處理與線上即時量測的方式，進而提供一可即時量測及提高量測精度之量測方法及裝置者。
本發明之工具機工件線上量測方法，其操作流程係包含有：A、儀器設置：準備一量測裝置，該量測裝置係設有一控制裝置(10)、一移動裝置(20)、一夾制裝置(30)及一影像擷取裝置(40)，其中該控制裝置(10)係具有影像處理運算能力及人機控制介面的功能且設有一電腦(11)及一控制器(12)，該電腦(11)係可執行多功能的線上影像量測且設有一主機(13)、一顯示器(14)及一輸入介面(15)，較佳地，該主機(13)係設有一與电荷耦合器(Charge-Coupled Device，CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor，CMOS)等設備相電性連接的電氣訊號輸出入介面，該顯示器(14)與該輸入介面(15)係分別與該主機(13)相電性連接，而該控制器(12)係與該電腦(11)相電性連接；該移動裝置(20)係與該控制裝置(10)相電性連接且設有兩多軸向移動平台(21，22)及一滑動平台(23)，其中兩多軸向移動平台(21，22)係分別為一第一多軸向移動平台(21)與一第二多軸向移動平台(22)，其中該第一多軸向移動平台(21)係設於一工具機(50)頂面且與該控制裝置(10)相電性連接，而該第二多軸向移動平台(22)係平行地設於該第一軸向移動平台(21)的一側邊且與該控制裝置(10)相電性連接，兩多軸向移動平台(21，22)係受該控制裝置(10)的驅動而可沿著X軸與Y軸方向進行移動，該滑動平台(23)係設於該第二多軸向移動平台(22)上且與該控制裝置(10)相電性連接並設有一軌道(231)與一滑動架(232)，其中該軌道(231)係垂直設於該第二多軸向移動平台(22)上，而該滑動架(232)係受該控制裝置(10)的驅動而可滑動地與該軌道(231)相結合而位於第一多軸向移動平台(21)上方，較佳地，該移動裝置(20)係分別於兩多軸向移動平台(21，22)的側邊設有一用以紀錄平台位移量的光學尺(24)；該夾制裝置(30)係固設於該移動裝置(20)的第一多軸向移動平台(21)的頂面且與該控制裝置(10)相電性連接，用以夾制待量測的工件(60)；該影像擷取裝置(40)係固設於該移動裝置(20)的滑動架(232)上且與該控制裝置(10)相電性連接而位於待測工件(60)的上方處，該影像擷取裝置(40)係可對待測工件(60)進行影像擷取，並將擷取結果傳送至該控制裝置(10)的電腦(11)中，藉以對於該待測工件(60)的尺寸參數進行運算與分析，較佳地，該影像擷取裝置(40)係為一电荷耦合器(Charge-Coupled Device，CCD)，且該影像擷取裝置(40)係於該第一多軸向移動平台(21)的頂面上設有一位於待測工件(60)下方處的背光板(41)，其中透過光學尺(24)的偵測而可得知該待測工件(60)與該影像擷取裝置(40)的相對位置，並透過該控制裝置(10)計算出光學尺(24)所偵測出的位移量；B、影像處理與量測：將一待測的工件(60)固定於該夾制裝置(30)上，透過該控制裝置(10)驅動該移動裝置(20)的方式，使位於該滑動架(232)上的影像擷取裝置(40)可對於該待測工件(60)的外觀進行彩色影像的擷取，其中該背光板(41)係可提供一白光背景，進而讓該待測工件(60)的擷取影像更顯清晰，並將所擷取的待測工件(60)彩色影像傳送至該控制裝置(10)的電腦(11)中進行影像的處理與分析，其中係先對於所擷取到的彩色影像進行灰階化的轉換，使該彩色影像轉換成一灰階影像，再對該灰階影像進行二值化的轉換，使該灰階影像轉換為一黑白影像，藉以取得該待測工件(60)的外廓影像；其中二值化(thresholding)處理又稱為臨界值處理，其係為影像分割中最重要的方法之一，在影像進行分析前的第一步是進行影像分割，以灰階臨界值來區分目標物與背景，藉以達到影像分割的目的，其中利用一直方圖可求得臨界值(T 0
)，並以該臨界值(T 0
)作為基準將影像二值化，其中當影像中像素的灰階值大於臨界值(T 0
)者，則該點的灰階值變為255，反之，當影像的灰階值小於臨界值(T 0
)者，則灰階值變為0，該影像二值化處理的方式係根據方程式(1)所求得：
透過該電腦(11)對於經二值化處理的黑白影像進行量測，由於擷取的影像範圍常會包含待測工件(60)的其他部位的影像，因此先定義出欲量測的範圍後，可更容易且準確地取得所需的量測值，進而量測出該待測工件(60)外廓影像的圓弧半徑(R)、段差(L)與直徑(D)等的尺寸參數；請配合參看如第四圖所示，其中係以最小平方近似圓弧法求得其圓弧半徑(R)，以下為最小平方近似圓弧法之運算，其中一般圓的方程式係如方程式(2)所示：
x 2
+y 2
+ax
+by
+c
=0 (2)
其中a
、b
、c
為係數，x、y
為圓弧邊緣上的座標點，其中任一量測點(x i
,y i
)的誤差可表示為：
E i
=x i 2
+y i 2
+ax i
+by i
+c
(3)
其平方和誤差為：
分別對係數a
、b
、c
一次偏微分等於零，可得方程式(5)：
將方程式(5)整理為一矩陣型式：
由方程式(6)可解得係數a
、b
、c
，將其代入方程式(7)中，即可求出待測工件(60)的圓弧半徑(R)：
如方程式(8)所示，採用最小平方法求出斜線方程式，利用兩點求距離公式，即可求得段差(L1、L2與L3)：
關於待測工件(60)的直徑(D)，主要係將每一個上下邊緣輪廓的座標點(x
,y
)及該移動裝置y
軸的位移量(Y Stage
)代入下列方程式(9)中，即可求得平行待測工件(60)的平均直徑(D)：
其中該r image
為影像解析度，(θ1
)為工件中心軸線與水平軸線的夾角，而Y Stage
為光學尺所偵測出的位置參數；以及C、自動量測：透過該控制裝置(10)驅動該移動裝置(20)及該夾制裝置(30)的方式，使待測工件(60)可隨著夾制裝置(30)而相對該影像擷取裝置(40)產生移動與轉動，藉以讓該影像擷取裝置(40)可自動地對於待測工件(60)的各側外觀影像進行量測。
藉由上述之技術手段，本發明工具機工件線上量測方法及其裝置，僅需將待測工件(60)固定於該夾制裝置(30)上，即可方便地透過該影像擷取裝置(40)而取得夾制於該夾制裝置(30)的待測工件(60)的影像，並進行灰階化轉換與二值化轉換後取得該待測工件(60)的外廓影像，得以精確計算該待測工件(60)的外觀尺寸，進而提供一可即時量測及提高量測精度之量測方法及裝置者。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本發明所提技術方案的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，並且未脫離本發明的技術方案內容，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
(10)．．．控制裝置
(11)．．．電腦
(12)．．．控制器
(13)．．．主機
(14)．．．顯示器
(15)．．．輸入介面
(20)．．．移動裝置
(21)．．．第一多軸向移動平台
(22)．．．第二多軸向移動平台
(23)．．．滑動平台
(231)．．．軌道
(232)．．．滑動架
(24)．．．光學尺
(30)．．．夾制裝置
(40)．．．影像擷取裝置
(41)．．．背光板
(50)．．．工具機
(60)．．．待測工件
第一圖係本發明工具機工件線上量測方法之操作流程方塊圖。
第二圖係本發明量測裝置之外觀立體示意圖。
第三圖係本發明量測裝置之局部放大外觀立體示意圖。
第四圖係本發明工具機待測工件之影像側視示意圖。
Claims (8)
- 一種工具機工件線上量測方法，其操作流程係包含有：儀器設置：準備一量測裝置，該量測裝置係設有一控制裝置、一與該控制裝置相電性連接的移動裝置、一設於該移動裝置上且與該控制裝置相電性連接的夾制裝置及一可相對該夾制裝置移動而設於該移動裝置上並與該控制裝置相電性連接的影像擷取裝置，其中該控制裝置係具有影像處理運算能力及人機控制介面的功能；影像處理與量測：將一待測的工件固定於該夾制裝置上，透過該控制裝置驅動該移動裝置的方式，使該影像擷取裝置可對於該待測工件的外觀進行影像擷取，並將所擷取的影像傳送至該控制裝置中進行影像的處理與分析，藉以取得該待測工件的外廓影像，並透過量測該待測工件的外廓影像以求出該待測工件的尺寸參數；以及自動量測：透過該控制裝置驅動該移動裝置及該夾制裝置的方式，使待測工件可隨著夾制裝置而相對該影像擷取裝置產生移動與360度的轉動，藉以讓該影像擷取裝置可自動地對於待測工件的各側外觀影像進行量測。
- 如申請專利範圍第1項所述之工具機工件線上量測方法，其中在影像處理與量測的操作步驟中，在擷取待測工件影像時，係先擷取出該待測工件外觀的彩色影像，並將該彩色影像傳送至該控制裝置中，對於所擷取到的彩色影像進行灰階化的轉換，使該彩色影像轉換成一灰階影像，再對該灰階影像進行二值化的轉換，使該灰階影像轉 換為一黑白影像，藉以取得該待測工件的外廓影像。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之工具機工件線上量測方法，其中在影像處理與量測的操作步驟中，係量測出該待測工件外廓影像的圓弧半徑、段差與直徑的尺寸參數。
- 一種工具機工件線上量測裝置，其係包含有一控制裝置、一移動裝置、一夾制裝置及一影像擷取裝置，其中：該控制裝置係設有一電腦及一控制器，該控制器係與該電腦相電性連接；該移動裝置係與該控制裝置相電性連接且設有兩多軸向移動平台及一滑動平台，兩多軸向移動平台係平行設置且分別與該控制裝置相電性連接，其中兩多軸向移動平台係分別為一第一多軸向移動平台與一第二多軸向移動平台，該第一多軸向移動平台係設於一工具機頂面，而該第二多軸向移動平台係平行地設於該第一軸向移動平台的一側邊，而該滑動平台係設於該第二多軸向移動平台上且伸設至工具機上方並設有一軌道與一滑動架，該軌道係垂直設於該第二多軸向移動平台上，而該滑動架係受該控制裝置的驅動而可滑動地與該軌道相結合而位於第一多軸向移動平台上方；該夾制裝置係固設於該移動裝置的第一多軸向移動平台頂面且與該控制裝置相電性連接，用以夾制待量測的工件；以及該影像擷取裝置係固設於該移動裝置的滑動架上且與該控制裝置相電性連接而位於待測工件的上方處，該影像擷取裝置係可對待測工件進行影像擷取，並將擷取結果傳 送至該控制裝置的電腦中，藉以對於該待測工件的尺寸參數進行運算與分析。
- 如申請專利範圍第4項所述之工具機工件線上量測裝置，其中該移動裝置係分別於兩多軸向移動平台的側邊設有一用以紀錄平台位移量的光學尺，其中透過光學尺的偵測而可得知該待測工件與該影像擷取裝置的相對位置，且透過控制裝置計算出光學尺所偵測出的位移量。
- 如申請專利範圍第5項所述之工具機工件線上量測裝置，其中該影像擷取裝置係於該第一多軸向移動平台的頂面上設有一位於待測工件下方處的背光板，其中該背光板係可提供一白光背景，進而讓該待測工件的擷取影像更顯清晰。
- 如申請專利範圍第6項所述之工具機工件線上量測裝置，其中該電腦係設有一主機、一顯示器及一輸入介面，該顯示器與輸入介面與該係分別與該主機相電性連接。
- 如申請專利範圍第4或5項所述之工具機工件線上量測裝置，其中該電腦係設有一主機、一顯示器及一輸入介面，該顯示器與輸入介面與該係分別與該主機相電性連接。
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| TW99129641A TWI419762B (zh) | 2010-09-02 | 2010-09-02 | 工具機工件線上量測方法及其裝置 |
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| TW201210734A TW201210734A (en) | 2012-03-16 |
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ID=46764088
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Cited By (1)
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