TWI463109B

TWI463109B - 表面紋理之檢驗方法

Info

Publication number: TWI463109B
Application number: TW101133937A
Authority: TW
Inventors: Jui Yiao Su; Yan Chen Liu; Ping Cheng Hsieh; Chun Sheng Wang
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2014-12-01
Also published as: TW201413216A; CN103675200A

Description

表面紋理之檢驗方法

本揭露係關於一種檢驗方法，詳而言之，係關於一種表面紋理之檢驗方法。

現今社會在物品使用上，除實用性外亦已逐漸重視觀賞性與藝術性，常常透過表面加工紋理來提高物件質感。此外，質感在人類生活中，雖不如形與色具有極大的影響力，但由於形與色是屬於視覺的感知，而質感則是屬於觸覺的感知，因此對人類而言，質感無庸置疑是表現產品特性的另一個重要因素。

表面加工紋理品質的好壞主要跟壓花(或稱咬花)模具的狀況有關，如模具經放電加工後所產生的表面花紋、模具焊補處的材質變化、電鍍與表面被覆狀況等，而目前加工紋理品質檢驗大都透過人工鑑別，缺乏標準與自動化流程，往往使得紋理品質參差不齊，且高觀賞性與藝術性之壓花通常伴隨高度紋理複雜度(非重複性圖紋)，一般視覺檢驗難以取得比對標準。

習知技術常使用探針量測物品表面紋理，然而探針量測技術無法獲取整個表面的二維紋理特徵，且探針容易造成柔軟待測物的表面損傷。亦有利用聚二氟乙烯膜(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)壓電薄膜及壓力感測器進行物體表面紋理檢驗，主要針對因觸壓所產生之電荷訊號及壓力訊號進行分析，惟利用壓電技術所取得電荷或壓電訊號相當複雜且不易分析，難以判斷物件表面紋理之一致性。另有對物件表面擷取影像並利用影像處理、或利用雷射量測技術以獲得物件表面凹凸資訊的表面檢驗方法，但是僅僅獲得表面凹凸資訊仍無法判斷物件表面紋理之一致性。

因此，如何提供一個簡易快速的表面紋理檢驗方法以達到物件表面紋理之一致性判斷，便顯得格外重要。

本揭露提出一種表面紋理之檢驗方法，係包括：(1)令感測器以預設條件接觸參考物，以感測該參考物的表面紋理所產生之壓力振動資訊；(2)分析該參考物的表面紋理所產生之壓力振動資訊，以取得一組表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料；(3)令該感測器以該預設條件接觸待測物，以感測該待測物的表面紋理所產生之壓力振動資訊；以及(4)根據該組表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料，分析該待測物的表面紋理所產生之壓力振動資訊，以產生該待測物之表面紋理檢驗結果。

相較於習知技術，本揭露使用的是液壓式壓力感測器，以取得液壓式壓力振動資訊，首先，在一預設條件下接觸參考物，以取得一組表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料，再根據所取得之表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料，對待測物所產生之壓力振動資訊進行分析，以獲得該待測物之表面紋理檢驗結果，進而判斷待測物與參考物的表面紋理之一致性。

以下藉由特定的實施例說明本案之技術手段與內容，所屬技術領域中具有通常知識者及熟習此技藝之人士，皆可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本案之其他優點與功效。

請參閱第1圖和第2圖，第1圖所示為本揭露之表面紋理檢驗方法之流程圖，第2圖係概略繪示本揭露之表面紋理檢驗方法之應用架構。如第2圖所示，利用感測器10接觸待測物20以取得待測物20之壓力振動資訊，其中感測器10為一種液壓式壓力感測器，其外覆彈性材質而內裝填液體並以水聽器量測液體壓力變化，當感測器10接觸(或稱摩擦)待測物20時會產生液體壓力振動資訊。此外，待測物20的表面具有咬花，可能為規則或不規則、重複或不重複的紋理，而於第2圖所示之待測物20之波浪狀表面僅為示意。

如第1圖所示，於步驟S11中，感測器10以預設條件接觸參考物，以取得感測該參考物的表面紋理所產生之壓力振動資訊。例如，所述之預設條件可包括該感測器與參考物的接觸時間、該感測器與參考物的接觸平移速度、以及該感測器與參考物的接觸深度或接觸壓力。於實驗例中，參考物可為實驗用標準片，其表面具有複數個柱狀體之塑膠片，各個柱狀體具有相同之直徑和高度，且各該柱狀體之間的間距相同。於具體實施例中，參考物可為待量測之標準物，例如咬花案例中，參考物為標準咬花樣版，而待測物為咬花加工後之產品表面或模型。此參考物係作為後續分析待測物的表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料的依據。接著進至步驟S12。

於步驟S12中，分析該參考物的表面紋理所產生之壓力振動資訊，以取得一組表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料，其中該壓力振動資訊包含有直流振動成分和交流振動成分，可利用頻譜分析技術對該壓力振動資訊進行分析，以取得該交流振動成分的至少一特徵或該直流振動成分的至少一特徵。例如，交流振動部分為交流壓力PAC(AC Pressure)，其為可感測20~1000Hz的振動之壓力感測器的高通濾波及放大輸出，直流振動部分為直流壓力PDC(DC Pressure)，其為可量測0~15psi的液壓式壓力感測器的低通濾波輸出，而所述之頻譜分析技術可為快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)頻譜分析技術，所分析出之直流或交流振動部分的特徵包括至少一主要組成頻率與對應之係數(為經快速傅利葉轉換後的各頻率項係數)。此外，所述之表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料可包括參考物的表面紋理參數(可包含表面上柱狀體的直徑、高度以及彼此間距等資訊)、預設條件(可包含感測器與其所接觸物的接觸時間、該感測器與其所接觸物的接觸平移速度、以及該感測器與其所接觸物的接觸深度或接觸壓力)、交流振動成分、直流振動成分、交流振動成分的至少一主要組成頻率與對應之係數或該直流振動成分的至少一主要組成頻率與對應之係數等內容。於具體實施例中，較常使用的是預設條件、參考物的表面紋理參數、直流振動成分、交流振動成分及交流振動成分的至少一主要組成頻率與對應之係數之組合，或使用預設條件、參考物的表面紋理參數、直流振動成分及交流振動成分之組合，或使用預設條件、參考物的表面紋理參數、直流振動成分、交流振動成分的至少一主要組成頻率與對應之係數之組合。接著進至步驟S13。

於步驟S13中，使用感測器10以該預設條件接觸待測物20，以感測該待測物20的表面紋理所產生之壓力振動資訊。在此所指之待測物可為產品本身或用以製作產品的模具。接著進至步驟S14。

於步驟S14中，根據該組表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料，分析該待測物的表面紋理所產生之壓力振動資訊，以產生該待測物之表面紋理檢驗結果。詳言之，可根據該交流振動成分的至少一主要組成頻率與對應之係數或該直流振動成分的至少一主要組成頻率與對應之係數，產生該待測物的之表面紋理檢驗結果。

以下係以第一和第二實施例詳細說明本揭露之內容，須說明的是，於第一和第二實施例中所出現之數據僅為實驗性範例，非用以限制本揭露之權利範圍。

第一實施例

參閱下表一，參考物Type A、B、C之表面具有複數個直徑1.6mm、高度0.92mm之柱狀體，且參考物Type A、B、C之各個柱狀體的間距分別為5.55mm、2.9mm、2.6mm。

預設條件設定為接觸壓力=30克、接觸的平移速度=1.75mm/s、接觸時間=15s。在預設條件下，各參考物重複9次實驗。參考物Type A、B、C之實際液壓振動訊號如第3圖所示，其中，液壓振動訊號可分為交流振動成分和直流振動成分，前者為交流壓力PAC(AC Pressure)，其為可感測20~1000Hz的振動之壓力感測器的高通濾波及放大輸出；後者為直流壓力PDC(DC Pressure)，其為可量測0~15psi的液壓式壓力感測器的低通濾波輸出。由第3圖可知，當感測器完全接觸到參考物的表面紋理時，相同紋理的參考物會有相似的振動成分，可利用(但不限制)快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)來對液壓振動訊號的交流或直流振動成分進行處理，以取得至少一個FFT分析後的主要組成頻率與對應之係數，其較佳為第2至10個組成頻率與對應之係數。通常選取PDC的平均值及PAC經FFT分析後的第2至10個組成頻率與對應之係數以繪製出第4圖，其橫軸為PAC經FFT分析後的主要組成頻率，而縱軸為該頻率對應之係數。第4圖顯示參考物Type A(柱狀體間距較疏)與參考物Type C(柱狀體間距較密) 從PAC經FFT分析後選擇第2至10個組成頻率的頻率係數分佈，即可看出其有明顯不同。

第二實施例

參閱下表二，參考物Type D係具有光滑表面，而參考物Type A、B、C具有如同表一所示之表面紋理參數。

預設條件設定為接觸深度H(亦即感測器與參考物之接觸深度)=24mm(深)、25mm(中)、26mm(淺)，接觸的平移速度V=1.75mm/s，接觸時間=5s。在預設條件下，各參考物重複5次實驗(取樣頻率100Hz)再平均。選取PDC的平均值及PAC經FFT分析後的第2至10個組成頻率與對應之係數，即得到表三至表五的實驗結果，並繪製成第5至7圖。

第5、6及7圖係分別表示以接觸深度H=24mm、25mm、26mm接觸參考物所取得之壓力振動資訊之PAC經FFT分析後選擇第2至10個組成頻率的頻率係數分佈，根據表二，參考物表面紋理由稀疏到緻密依序為Type A、Type B、Type C、Type D，其中，Type D具有光滑平面。至此，取得了表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料。

接著參閱第8圖，其表示以第二實施例的預設條件對待測物進行表面紋理檢驗時，根據第二實施例所取得之表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料來分類待測物。

以接觸深度H=24mm的預設條件下，於步驟S21中，於PAC經FFT分析後的第2組成頻率係數大於等於2且第3組成頻率係數大於等於4時，判斷待測物具有與參考物Type A相同的表面紋理，反之則進至步驟S22；於步驟S22中，於PAC經FFT分析後的第6組成頻率係數大於等於5時，判斷待測物具有與參考物Type D相同的表面紋理，反之則進至步驟S23；於步驟S23中，於PAC經FFT分析後的第4組成頻率係數大於等於1時且第9組成頻率係數大於等於2時，判斷待測物具有與參考物Type B相同的表面紋理，反之則判斷待測物具有與參考物Type C相同的表面紋理。

以接觸深度H=25mm的預設條件下，於步驟S31中，於PAC經FFT分析後的第2組成頻率係數大於等於1且第3組成頻率係數大於等於2時，判斷待測物具有與參考物Type A相同的表面紋理，反之則進至步驟S32；於步驟S32中，於PAC經FFT分析後的第6組成頻率係數大於等於16時，判斷待測物具有與參考物Type D相同的表面紋理，反之則進至步驟S33；於步驟S33中，於PAC經FFT分析後的第4組成頻率係數大於等於1，判斷待測物具有與參考物Type B相同的表面紋理，反之則判斷待測物具有與參考物Type C相同的表面紋理。

以接觸深度H=26mm的預設條件下，於步驟S41中，於PAC經FFT分析後的第2組成頻率係數大於等於2且第3組成頻率係數大於等於6時，判斷待測物具有與參考物 Type A相同的表面紋理，反之則進至步驟S42；於步驟S42中，於PAC經FFT分析後的第3組成頻率係數大於等於3時，判斷待測物具有與參考物Type C相同的表面紋理，反之則進至步驟S43；於步驟S43中，於PAC經FFT分析後的第6組成頻率係數大於等於7，判斷待測物具有與參考物Type B相同的表面紋理，反之則判斷待測物具有與參考物Type D相同的表面紋理。藉此，根據第8圖所示之流程圖可知待測物的表面紋理的檢驗結果。

綜上所述，本揭露提供一種可用以判斷參考物和待測物的表面紋理之一致性的表面紋理檢驗方法，其先以參考物的表面紋理作為標準以建立表面紋理與壓力振動資訊之關連性，再根據此關聯性分析待測物的表面紋理，其中，所述之表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料可包括參考物的表面紋理參數、該預設條件、該交流振動成分、該直流振動成分、該交流振動成分的至少一特徵或該直流振動成分的至少一特徵，而通常以該交流振動成分的至少一特徵，也就是經頻譜分析後的至少一主要組成頻率與對應之係數，來作為待測物與參考物的表面紋理一致性之判斷。藉此，可簡單快速地檢驗待測物的表面紋理並判斷其與參考物的表面紋理之一致性。

上述各實施例僅例示性說明本案之原理、特點及功效，並非用以限制本案之可實施範疇。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本案之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變，而任何運用本案所揭示之內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。因此，本案之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

10‧‧‧感測器

20‧‧‧待測物

S11~S14‧‧‧步驟

S21~S23‧‧‧步驟

S31~S33‧‧‧步驟

S41~S43‧‧‧步驟

第1圖為本案之表面紋理檢驗方法之流程圖；第2圖為本案之表面紋理檢驗方法之應用示意圖；第3圖為本案之表面紋理檢驗方法之第一實施例之感測器所感測到的參考物之實際液壓振動資訊；第4圖為本案之表面紋理檢驗方法之第一實施例之參考物Type A和Type C的壓力振動資訊經FFT分析後之第2至10個組成頻率與對應之係數分佈；第5圖為本案之表面紋理檢驗方法之第二實施例之參考物Type A~D於接觸厚度24mm的壓力振動資訊經FFT分析後之第2至10個組成頻率與對應之係數分佈；第6圖為本案之表面紋理檢驗方法之第二實施例之參考物Type A~D於接觸厚度25mm的壓力振動資訊經FFT分析後之第2至10個組成頻率與對應之係數分佈；第7圖為本案之表面紋理檢驗方法之第二實施例之參考物Type A~D於接觸厚度26mm的壓力振動資訊經FFT分析後之第2至10個組成頻率與對應之係數分佈；以及第8圖為本案之表面紋理檢驗方法之第二實施例之分析待測物表面紋理之流程圖。

S11~S14‧‧‧步驟

Claims

一種表面紋理檢驗方法，係包括以下步驟：(1)令感測器以預設條件接觸一參考物，以感測該參考物的表面紋理所產生之壓力振動資訊；(2)分析該參考物的表面紋理所產生之壓力振動資訊，以取得一組該參考物的表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料；(3)令該感測器以該預設條件接觸一待測物，以感測該待測物的表面紋理所產生之壓力振動資訊；以及(4)根據該組該參考物的表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料，分析該待測物的表面紋理所產生之壓力振動資訊，以產生該待測物之表面紋理檢驗結果。
如申請專利範圍第1項所述之表面紋理檢驗方法，其中，步驟(2)復包括利用頻譜分析技術對該壓力振動資訊進行分析。
如申請專利範圍第2項所述之表面紋理檢驗方法，其中，該壓力振動資訊包含交流振動成分及直流振動成分，且步驟(2)復包括利用該頻譜分析技術對該壓力振動資訊進行分析，以取得該交流振動成分的至少一特徵或該直流振動成分的至少一特徵。
如申請專利範圍第3項所述之表面紋理檢驗方法，其中，該交流振動成分的至少一特徵或該直流振動成分的至少一特徵包括至少一主要組成頻率及與該至少一主要組成頻率對應之係數。
如申請專利範圍第3項所述之表面紋理檢驗方法，其中，步驟(4)復包括根據該交流振動成分的至少一特徵或該直流振動成分的至少一特徵，產生該待測物的之表面紋理檢驗結果，該交流振動成分的至少一特徵或該直流振動成分的至少一特徵包括至少一主要組成頻率及與該至少一主要組成頻率對應之係數。
如申請專利範圍第3項所述之表面紋理檢驗方法，其中，該組表面紋理與壓力振動資訊之關連性資料包括該參考物的表面紋理參數、該預設條件、該交流振動成分、該直流振動成分、該交流振動成分的至少一特徵或該直流振動成分的至少一特徵，該交流振動成分的至少一特徵或該直流振動成分的至少一特徵包括至少一主要組成頻率及與該至少一主要組成頻率對應之係數。
如申請專利範圍第1項所述之表面紋理檢驗方法，其中，該預設條件包括該感測器與其所接觸物的接觸時間、該感測器與其所接觸物的接觸平移速度、以及該感測器與其所接觸物的接觸深度或接觸壓力。
如申請專利範圍第1項所述之表面紋理檢驗方法，其中，該感測器為液壓式壓力感測器，該壓力振動資訊為液壓式壓力振動資訊。