TWI474098B - 工業生產線上拍攝物件影像的方法 - Google Patents

Description

工業生產線上拍攝物件影像的方法

本創作是關於一種工業生產線上拍攝物件影像的方法，特別是一種控制燈源發光程序與相機快門曝光程序使其同步化，以有效拍攝物件影像的方法。

在當今的工業生產過程中，影像檢測技術大量的應用於自動化生產線上，進行諸如物件檢驗、自動定位、尺寸量測、甚至元件搜尋等用途。其中，透過對生產線上物件進行影像拍攝，並分析所擷取的影像資料，可檢查所製作生產的物件是否符合規格需求。

習知技術中，在對生產線上的物件進行影像檢測時，除了會在生產線或工具機台上架設相機，對準所欲檢測的物件進行拍攝外，也會在相機旁邊，另外架設一組燈源，提供相機拍攝時所需的光線。

為了確保相機能順利的拍攝出清晰的物件影像，所架設的燈源會採用高亮度的燈泡，持續的照射光線於物件上，方便相機鏡頭隨時補捉影像。但是，以高亮度的燈泡持續的照明， 往往會消耗相當可觀的電力，而增加了物件生產的碳成本。因此，近來相關的影像檢測，大多改用了發光二極體燈源，來取代傳統的高亮度燈泡。

雖然發光二極體燈源也能提供拍攝物件影像時所需 的高亮度光線，但是當發光二極體燈源長時間持續不斷的以高亮度光線照明時，很容易因為溫度過高而損毀。

此外，在部份的生產線上，由於產線流程的設計較為緊湊，因此在進行影像檢測時，需要對動態中的物件進行拍攝。亦即，物件在通過相機鏡頭時，並不會暫時停留以供相機拍攝，而是會以一定的速度直接穿越鏡頭下方。此時，若相機快門曝光的時間過長，所拍攝的物件影像便容易出現殘影，而無法清楚辨識。當然，對操作者而言，可藉著調整相機快門的曝光時間來避免出現殘影。但是，當物件通過相機鏡頭的速度非常快的時候，受限於相機鏡頭快門的硬體規格，可能無法以更短的曝光時間來照像，而使得所拍攝的影像仍然會發生殘影的問題。

由於習知技術中，在生產線上進行影像檢測時，仍有上述諸多不便與問題，有鑑於此，本案創作人乃希望能提供一種新的設計，以期有效解決上述問題。

本創作提供一種在工業生產線上拍攝物件影像的方法，包含下列步驟：提供一取像裝置，其中取像裝置內建一燈源控制器與一相機單元。提供一燈源，連結於取像裝置，並接受燈源 控制器的驅動而發光。相機單元開啟快門進行一曝光程序，並在曝光程序結束時關閉快門。燈源控制器驅動燈源進行一發光程序，提供相機單元所需的曝光亮度，並在發光程序結束時關閉燈源，其中發光程序基本上同步於曝光程序。

在第一實施例中，發光程序持續的時間，短於曝光程序持續的時間。其中，發光程序結束的時間，可早於曝光程序結束的時間。至於，發光程序開始的時間，可晚於曝光程序開始的時間。由於相機單元只有在發光程序持續的時間中，才能藉由燈源所提供的亮度，進行有效的曝光，因此透過控制發光程序持續的時間，使其短於曝光程序持續的時間，可進一步調整相機單元真正有效曝光的時間，而能補捉生產線上高速移動的物件影像，避免殘影的產生。

在第二實施例中，發光程序持續的時間，則稍長於曝光程序持續的時間。其中，發光程序開始的時間，可稍早於曝光程序開始的時間。至於，發光程序結束的時間，可稍晚於曝光程序結束的時間。基本上，藉著讓整個發光程序持續的時間，稍長於整個曝光程序持續的時間，可控制燈源只在相機單元曝光時才進行照明，並且在曝光程序結束後便立即關閉燈源，防止燈源因為長時間不間斷的照明，而容易發生燒毀等問題。

關於本創作所述在工業生產線上拍攝物件影像的方法，可以藉由以下創作詳述及所附圖示，得到進一步的瞭解。

S10、S20、S25、S30與S40‧‧‧步驟

1‧‧‧取像裝置

10‧‧‧外殼

12‧‧‧相機單元

14‧‧‧燈源控制器

2‧‧‧外界電源

3‧‧‧燈源

4‧‧‧電腦

T₁ ‧‧‧曝光程序的時間

T₂ ‧‧‧發光程序的時間

N‧‧‧觸發訊號

T_P ‧‧‧發光準備時間

T_F ‧‧‧觸發過濾時間

T_L ‧‧‧曝光領先時間

第一圖顯示本創作所提供一種在工業生產線上拍攝物件影像的方法流程圖；第二圖顯示本創作所提供的取像裝置其內部構件以及與外部周邊設備的連結關係；第三圖顯示本創作第一實施例中相機單元的曝光程序與燈源的發光程序之間的同步關係；第四圖顯示本創作第二實施例中相機單元的曝光程序與燈源的發光程序之間的同步關係；及第五圖顯示本創作第二實施例透過一觸發訊號驅動燈源與相機單元的相關時序圖。

請參照第一圖，此圖顯示本創作所提供一種在工業生產線上拍攝物件影像的方法流程圖。其主要步驟包括了：

S10：提供一取像裝置，取像裝置內建一燈源控制器與一相機單元。

S20：提供一燈源，連結於取像裝置，受燈源控制器驅動而發光。

S25：提供一電腦，連結於取像裝置，以進行資料或指令的傳輸。

S30：相機單元開啟快門進行一曝光程序，並在曝光程序結束時關閉快門。

S40：燈源控制器驅動燈源進行一發光程序，提供相 機單元所需的曝光亮度，並在發光程序結束時關閉燈源，其中發光程序基本上(substantially)同步於曝光程序。

為了避免對相機單元進行曝光成像的程序造成干擾，取像裝置的環境亮度會控制使其低於相機單元曝光所需的亮度。如此一來，只有在燈源發光時，相機單元才能成功的曝光成像。操作者可以藉由控制燈源的發光程序，使其基本上同步於相機單元的曝光程序，而順利的拍攝物件影像。特別是，當相機單元受限於快門的硬體規格，無法提供更短的曝光時間時，操作者還可藉著縮短燈源其發光程序的持續時間，而達到控制有效曝光時間的效果。

為了能準確控制相機單元進行曝光程序以及燈源進行發光程序的時間點，如步驟S10所示，本創作特別提供了一取像裝置，此取像裝置內建了一燈源控制器與一相機單元。

請同時參照第二圖，此圖顯示了本創作所提供的取像裝置1其內部構件以及與外部周邊設備的連結關係。此取像裝置1具有一外殼10，用來容納包覆一相機單元12與一燈源控制器14。相機單元12具有一鏡頭，凸出於外殼10表面，用以攝取生產線上的物件影像。燈源控制器14，可經由一電源線，接收外界電源2所提供的電力，並將電力調變後向外輸送至一燈源3，以控制燈源3發光的時間與亮度。此外，相機單元12與燈源控制器14亦連結至外部的一電腦4，可接受由電腦4所傳送的指令或訊息。

參照第一圖中的步驟S20以及第二圖中所顯示的連 結關係，本創作提供了一燈源3，連結於取像裝置1，並接受燈源控制器14的驅動而發光。在一較佳實施例中，燈源3可為一發光二極體燈源。

此外，為了能即時擷取並分析生產線上物件的影像，或是傳送指令至取像裝置1以控制相機單元12與燈源控制器14，請參照第一圖的步驟S25，可提供一電腦4，連結於取像裝置1，以進行資料或指令的傳輸。

在完成取像裝置1、燈源3以及電腦4的設置與連結後，接著可進行步驟S30，讓相機單元12開啟快門進行一曝光程序，並在曝光程序結束時關閉快門。並且，進行步驟S40，由燈源控制器14驅動燈源3進行一發光程序，提供相機單元12所需的曝光亮度，並在發光程序結束時關閉燈源3，其中發光程序基本上(substantially)同步於曝光程序。亦即，發光程序所持續的時間，基本上會重疊於曝光程序所持續的時間。

請參照第三圖，此圖顯示本發明第一實施例中，相機單元12其曝光程序與燈源3的發光程序之間的時序關係。其中，發光程序開始的時間點，稍早於曝光程序開始的時間點。至於，發光程序結束的時間點，則稍晚於曝光程序結束的時間點。亦即，整個發光程序持續的時間T₂ ，會稍長於整個曝光程序所持續的時間T₁ 。如此一來，燈源3基本上只會在相機單元12其快門進行曝光時，才提供所需的曝光照明，因此可避免習知技術中燈源3長時間持續照明，所導致容易過熱燒毀的問題。

請參照第四圖，此圖則顯示本發明第二實施例中，相機單元12其曝光程序與燈源3的發光程序之間的時序關係。其中，發光程序開始的時間點，明顯晚於曝光程序開始的時間點。至於，發光程序結束的時間點，則早於曝光程序結束的時間點。亦即，整個發光程序持續的時間T₂ ，會短於整個曝光程序所持續的時間T₁ 。

由於相機單元12基本上只會在燈源3提供照明時，才能進行有效的曝光，因此儘管整個曝光程序持續的時間T₁ 較長，但是其真正有效的曝光時間，只有燈源3發光程序所持續的時間T₂ 而已。

如此一來，對操作者而言，只要藉由設定相機單元12其曝光程序的時間T₁ ，並且設定燈源3發光程序的時間T₂ ，便可調整使發光程序的時間T₂ 短於曝光程序的時間T₁ ，並且讓發光程序的時間T₂ 介於曝光程序的時間T₁ 中。

如同前述，由於相機單元12的快門速度會受限於其硬體規格，因此即便已經將相機單元12設定成最短的曝光時間，可能依舊無法補捉生產線上移動物件的影像。此時，操作者便可藉著控制燈源3發光程序的時間T₂ ，進而達到控制相機單元12的有效曝光時間，以順利的拍攝物件影像。

要特別說明的是，儘管透過操作者輸入的指令，可在預定的時間點，觸發燈源控制器14驅動燈源3發光，或是觸發相機單元12開啟快門曝光。但是，在實際操作中，燈源控制器14調 整電力與供給電力所需的準備時間，以及相機單元12操作機件所需的準備時間，都可能使燈源3實際發光的時間或是相機單元12快門真實啟動的時間向後遞延。因此，在設定燈源控制器14與相機單元12快門的觸發時點時，尚需考慮上述的準備時間。

請參照第五圖，此圖顯示了上述第二實施例，在實際應用時，透過外界一觸發訊號，驅動取像裝置1內部的燈源3與相機單元12的相關時序圖。

藉由前述步驟S25，提供一電腦4連結於取像裝置1，可傳送觸發訊號N至取像裝置1，以驅動相機單元12進行曝光程序，並且控制燈源控制器14驅動燈源3進行發光程序。

值得注意的是，從觸發訊號N傳送至取像裝置1，觸發燈源控制器14驅動燈源3發光，到燈源3實際發光，會間隔一發光準備時間T_P 。此發光準備時間T_P ，是因為燈源控制器14需要調整電力大小，再輸出電力至燈源3以驅動其發光，因此會產生時間上的遞延。

另一方面，取像裝置1在接收觸發訊號N後，也會先進行一過濾觸發訊號N的步驟，以確定訊號正確無誤。接著，才會驅動相機單元12實際開啟快門進行曝光。

此外，相機單元12並會根據前述燈源的發光準備時間T_P ，進一步的延後其曝光程序的開始時間點，以便控制發光程序能同步於曝光程序。其中，相機單元12過濾觸發訊號N所耗費的時間，為圖中的觸發過濾時間T_F ，至於延後曝光程序開始的時間， 則為圖中的曝光領先時間T_L 。

燈源控制器14驅動燈源3所耗費的發光準備時間T_P ，受制於相關機件的規格，因此無法加以調整。至於相機單元12過濾觸發訊號N所耗費的過濾時間T_F ，以及相機單元12延後曝光程序的曝光領先時間T_L ，則皆屬於操作者可調整的參數。

換言之，操作者可藉著調整第五圖中的過濾時間T_F 以及曝光領先時間T_L ，控制相機單元12進行曝光程序的時間點，以達成使曝光程序與發光程序同步化的效果，並且讓發光程序持續的時間T₂ 位於曝光程序持續時間T₁ 之內。如此一來，只有在燈源3進行發光程序的時間T₂ 中，相機單元12才能進行有效的曝光。因此，即使相機單元12受制於其硬體規格，曝光程序最短仍需持續時間T₁ ，但是仍然可以藉由控制過濾時間T_F 與曝光領先時間T_L ，縮短相機單元12的有效曝光時間，使其等於發光程序的時間T₂ ，而順利的拍攝高速移動的物件影像。

本創作透過結合取像裝置1、燈源3與電腦4來進行生產線上物件影像的拍攝，具有相當的優點。

首先，由於本創作中控制了燈源3的發光程序，使其與相機單元12的曝光程序同步化，因此燈源3基本上只會在快門曝光的瞬間才發光，而不會一直持續的提供照明，因此相較於習知技術中燈源需要不間斷持續發光的方式，可大幅提昇燈源3的使用壽命。特別是，對於以發光二極體所構成的燈源3來說，由於只在曝光成像的瞬間發光，因此可避免發光二極體燈源容易燒毀的問 題。

其次，由於本發明利用了發光程序持續時間T₂ 所提供的曝光亮度，縮短相機單元12進行有效曝光的時間，因此即使相機單元12受限於其快門的硬體規格，無法提供更短的曝光時間，操作者仍然可以藉由控制燈源發光程序的時間T₂ ，而順利的拍攝高速移動的物件影像，並解決因快門速度過慢而產生的殘影問題。

本創作雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本創作的精神與創作實體僅止於上述實施例爾。是以，在不脫離本創作的精神與範圍內所作的修改，均應包括在下述申請專利範圍內。

S10、S20、S25、S30與S40‧‧‧步驟

Claims (9)

1. 一種在工業生產線上拍攝物件影像的方法，包含下列步驟：提供一取像裝置，其中該取像裝置內建一燈源控制器與一相機單元；提供一燈源，連結於該取像裝置，並接受該燈源控制器的驅動而發光，其中從該燈源控制器驅動該燈源發光，到該燈源實際發光之間，間隔一發光準備時間；該相機單元開啟快門進行一曝光程序，並在該曝光程序結束時關閉該快門；該燈源控制器驅動該燈源進行一發光程序，提供該相機單元所需的曝光亮度，並在該發光程序結束時關閉該燈源，其中該發光程序基本上同步於該曝光程序。
2. 如申請專利範圍第1項所述在工業生產線上拍攝物件影像的方法，其中該發光程序結束的時間，早於該曝光程序結束的時間。
3. 如申請專利範圍第1項所述在工業生產線上拍攝物件影像的方法，其中該發光程序開始的時間，晚於該曝光程序開始的時間。
4. 如申請專利範圍第1項所述在工業生產線上拍攝物件影像的方法，其中該發光程序持續的時間，短於該曝光程序持續的時間。
5. 如申請專利範圍第1項所述在工業生產線上拍攝物件影像的方法，其中該發光程序結束的時間，稍晚於該曝光程序結束的時間。
6. 如申請專利範圍第1項所述在工業生產線上拍攝物件影像的方法，其中該發光程序開始的時間，稍早於該曝光程序開始的時間。
7. 如申請專利範圍第1項所述在工業生產線上拍攝物件影像的方法，其中該發光程序持續的時間，稍長於該曝光程序持續的時間。
8. 如申請專利範圍第1項所述在工業生產線上拍攝物件影像的方法，更包括下列步驟：提供一電腦，連結於該取像裝置，傳送一觸發訊號至該取像裝置，驅動該相機單元開啟快門進行該曝光程序，並且控制該燈源控制器驅動該燈源進行該發光程序。
9. 如申請專利範圍第8項所述在工業生產線上拍攝物件影像的方法，其中該取像裝置在接收該觸發訊號到實際開啟快門曝光之間，更包括下列步驟：過濾該觸發訊號，以確定訊號正確無誤；且根據該發光準備時間，延後該曝光程序開始的時間點，使該發光程序與該曝光程序基本上同步。