TWI483757B - 組裝高爾夫球桿桿頭之方法及其系統 - Google Patents

Description

組裝高爾夫球桿桿頭之方法及其系統

本發明為一種組裝一高爾夫球桿桿頭之方法及系統，尤指一種利用自動控制調整而使桿頭本體與打擊面板具一特定相對關係之組裝高爾夫球桿桿頭的方法及系統。

隨著科技進步、市場需求增大與產業競爭激烈壓力下，如何能以最低成本於生產線提高產能與品質為各家廠商追求之目標，近年機械手臂與相關技術逐漸崛起且廣泛運用於生產線上取代人力，即使在添購或維修機械設備上需投入大量資金，但考量機械之長效工作特性、運行效率及篩選與測量物體精度之同步率均較穩定性偏低之人力為佳，因此智慧型視覺化機械手臂之應用仍深具發展潛力。

工業上常透過機器手臂進行自動化製程，例如汽車行業中焊接機器手臂非常普遍，焊接過程經影像擷取後進行特徵辨識，並依影像特徵推算對應三維空間座標與旋轉角度，快速動態規畫平滑路徑，使機械手臂能準確到達正確位置。而相關的文獻資料請參閱B.Rooks，在造船業之自動焊接“Robot welding in shipbuilding”工業自動化(Industrial Robot),24(6),pp.413-7,1997。M.J.Tsai,Lin Shi-Da,Chen M.C.，用於自動電弧焊接離線程式系統之精確模型"Mathematic Model for Robotic Arc Welding Off-line Programming System," Int.J.結合 電腦製作(Computer Integrated Manufacture),5(4),pp.300-309,1992。KimJ.-S.,Choi B.O.,Nnaji D.W.,利用一旋轉/傾斜所定位之自動電弧焊接操作計畫“Robot arc welding operations planning with a rotating/tilting positioned,”Int.J.產品研究(Production Research),36(4),pp.957,1998]等。

請參閱第一圖，顯示出傳統的高爾夫球桿桿頭，其包括一桿部101、一頂部102、一頭部103，而其製造程序是先選定3,4個焊接點進行初焊，接著再檢測打擊面板之橫向的板面角(Face Angle，圖中未示出)以及球打擊面中心切線與地平面106之鉛垂線104的方向所形成之傾角(Loft Angle)φ 105是否符合標準，若合乎標準即可進行加點銲而完成一個桿頭，否則即需弄掉初焊點再重來一遍。而Tsai使用機械手臂結合機器視覺建構一高爾夫球桿頭自動焊接系統，擷取經過初焊之高爾夫球頭影像，透過Sobel與Laplace濾波器進行邊緣分離，並依計算之移動路徑與偏轉角度驅使機械手臂進行自動焊接工作。M.J.Tsai and Nai-Jun Ann，一種使用3D機器視覺系統之自動的高爾夫球桿頭自動焊接系統“An Automatic Golf Head Robotic Welding System Using 3D Machine Vision System,”IEEE Conf.在高等自動及其社會衝擊(on Advanced Robotics and its Social Impacts)。

Burdea於機械手臂安裝CCD攝影機抓取拼圖影像，針對欲接合之位置與待接合之拼圖碎片擷取輪廓特徵，推 導兩者間角點位置，進而比對對應角點，導正拼圖碎片之角度後，由機械手臂進行組裝。請參閱G.C.Burdea,1987，利用視覺、定位及強制回饋之二片拼圖猜謎自動組裝“Two Piece Jigsaw Puzzle Robot Assembly With Vision,Position and Force Feedback,”IEEE電腦協會報刊之會刊(Transaction of Computer Society Press,pp.505-511。

徐子勝自行製作機械手臂，可夾取600克之重物，並利用兩架CCD攝影機距離、焦距與三維空間投影至二維影像上位置，透過相似三角形原理推導物體深度資訊，進而模擬雙眼立體成像視覺以決定物體空間座標，機械手臂於空間之動作採正向運動學結合平移旋轉矩陣操作以利夾取目標物。徐子勝，「以立體視覺為基礎之機械手臂應用系統」，國立中央大學資訊工程研究所碩士論文，中華民國九十九年七月。

農業上亦有機械手臂結合視覺化自動操作之應用，如張文宏、陳世民等人使用機械手臂進行水果選別作業，以存取控制表(Access Control List,ACL)指令配合內部控制器以比例-積分-微分(Proportional-Integral-De-rivative,PID)方式修正機械手臂之定位精度，最後透過機器視覺技術依水果顏色、大小等特徵加以分類。張文宏、陳世銘。1993。以機器視覺引導機器人選別水果。農業機械學刊。2(3)：11-24。

李柔靜等人利用單一攝影機搭配移動平台初步擷取 左眼視覺影像，由此影像分析後自動判別是否有番茄存在畫面中，若偵測目標物且符合採收標準，則再擷取右眼影像，由左、右眼視角影像搜尋相同特徵位置，計算番茄於三維空間坐標，機械手臂依此坐標至定點採收番茄，進行室內蔬果無人採收作業。李柔靜、陳世銘、陳毓良、邱奕志、杜威霆、潘姵如。2009。番茄採收機械視覺系統之研究。2009年生物機電與農機科技論文發表會p679-684。

上述各系統雖於三維空間中使用機械手臂進行抓取、移動物體，但不需進行精準空間對位與組件嵌合。而高爾夫球桿桿頭生產是包括由製作金屬膜、鑄造形成毛胚後，再經後段加工、強度測試等複雜精密過程完成，其中後段加工多以人工方式完成組裝與焊接，耗費大量人力，且過程中所使用之化學物品更易危及操作人員健康。Tsai之系統中高爾夫球頭已經過初步焊接，但仍無法達到完全自動化之高爾夫球桿頭製程，是故該自動化製程實有相當大的改善空間。

因此，如何改善高爾夫球桿頭自動化製程之無法全程自動作業的問題，經發明人致於實驗、測試及研究後，終於獲得一種組裝一高爾夫球桿桿頭之方法及系統，除了有效解決此高爾夫球桿頭自動化製程中無法全程自動作業的缺點外，亦能提昇高爾夫球桿頭自動化製程之組裝檢測效率及精準度。亦即本發明所欲解決的課題即為如何克服桿頭本體與打擊面板之間需具有一特定相對關係的問題，而使得桿頭本體與打擊面板之相對位置可以自動控制 調整，以及如何克服桿頭本體與打擊面板須先經初焊而後再進行加點焊的問題，又如何克服需要檢測該所組裝之該高爾夫球桿桿頭是否合乎標準的問題等。

本發明為一種組裝一高爾夫球桿桿頭之方法，其包括A)提供一桿頭本體及一打擊面板，B)結合該桿頭本體及該打擊面板以形成該高爾夫球桿桿頭，以及C)檢測該所組裝之該高爾夫球桿桿頭是否合乎標準，其特徵在於在該步驟A)中，該桿頭本體與該打擊面板之間係經一自動控制調整而具一特定相對關係。

又按照一主要技術的觀點來看，本發明可以涵蓋到一種組裝一高爾夫球桿桿頭之方法，其包括A)提供一桿頭本體及一打擊面板，B)結合該桿頭本體及該打擊面板以形成該高爾夫球桿桿頭，以及C)檢測該所組裝之該高爾夫球桿桿頭是否合乎標準，其特徵在於該桿頭本體及該打擊面板之組裝係借單一該步驟B)達成。

若是從另一個可行的角度來看，本發明即為一種組裝一高爾夫球桿桿頭之方法，其包括A)提供一桿頭本體及一打擊面板，B)結合該桿頭本體及該打擊面板以形成該高爾夫球桿桿頭，以及C)檢測該所組裝之該高爾夫球桿桿頭是否合乎標準，其特徵在於該步驟C)係借一影像擷取技術之輔助而達成。

若是從另一個可實施的模式來看，本發明即為一種組裝一高爾夫球桿桿頭之系統，其包括一桿頭本體，一打擊 面板，結合於該桿頭本體以形成一結合之高爾夫球桿桿頭，一自動控制調整裝置，用以調整該桿頭本體與該打擊面板之間而使具一特定相對關係，以及一自動控制檢測裝置，用以檢測該結合之高爾夫球桿桿頭是否合乎標準。

若是從另一個可執行的型態來看，本發明即為一種組裝一高爾夫球桿桿頭之系統，其包括一桿頭本體，一打擊面板，結合於該桿頭本體以形成一結合之高爾夫球桿桿頭，以及一自動控制檢測裝置，用以檢測該結合之高爾夫球桿桿頭是否合乎標準。

若是從另一個可進行的態樣來看，本發明即為一種組裝一高爾夫球桿桿頭之系統，其包括一桿頭本體，一打擊面板，結合於該桿頭本體以形成一結合之高爾夫球桿桿頭，一影像擷取裝置，用以擷取該桿頭本體之一第三側面影像，以及一自動控制檢測裝置，其利用該第三側面影像以檢測該結合之高爾夫球桿桿頭是否合乎標準。

本發明經由上述構想的解說，即能看出所運用之組裝一高爾夫球桿桿頭之方法及系統，果能利用一自動控制調整，而使該桿頭本體與該打擊面板之間具有一特定相對關係，並具有藉由單一該步驟B)即達成該桿頭本體及該打擊面板的組裝之特色。為了易於說明，本發明得藉由下述之較佳實施例及圖示而得到一更加瞭解。

本專利具體實施例之描述，本文針對高爾夫球桿桿頭生產耗時費力之缺點，提出一以視覺為基礎之高爾夫球桿 桿頭組裝及檢測系統(Vision-based Assembly and Inspection System for Golf Club：VAIS-GCH)，VAIS-GCH系統共可細分為打擊面板吸取階段、打擊面板與鑄造本體嵌合階段及傾角檢測階段，此VAIS-GCH係提出一嵌合物件方位校正、三維空間旋轉、物件對位、嵌合及傾角檢測之視覺化系統等，可完成全自動高爾夫球桿桿頭製程。請參閱第二圖，顯示出一LED光源203、一上方(第一)及一側面(第二)攝影機202,208、一機械手臂201、一吸盤部件204、一打擊面板205、一鑄造/桿頭本體206及一治具207之照片。本發明即為一種組裝一高爾夫球桿桿頭之方法，其包括A)提供桿頭本體206及打擊面板205，B)結合桿頭本體206及打擊面板205以形成該高爾夫球桿桿頭，以及C)檢測該所組裝之該高爾夫球桿桿頭是否合乎標準，其特徵在於在該步驟A)中，桿頭本體206與打擊面板205之間係經一自動控制調整而具一特定相對關係。

若是從另一個可行的角度來看，本發明即為一種組裝一高爾夫球桿桿頭之方法，其包括A)提供桿頭本體206及打擊面板205，B)結合桿頭本體206及打擊面板205以形成該高爾夫球桿桿頭，以及C)檢測該所組裝之該高爾夫球桿桿頭是否合乎標準，其特徵在於該步驟C)係借一影像擷取技術之輔助而達成。

若是從另一個可實施的模式來看，本發明即為一種組裝一高爾夫球桿桿頭之系統，其包括桿頭本體206，打擊面板205，結合於桿頭本體206以形成該結合之高爾夫球 桿桿頭，一自動控制調整裝置(包括LED光源203、上方(第一)及側面(第二)攝影機202,208、機械手臂201及吸盤部件204等)，用以調整桿頭本體206與打擊面板205之間的相對位置而使具一特定相對關係，以及一自動控制檢測裝置(包括側面攝影機208及一影像處理軟體)，用以檢測該結合之高爾夫球桿桿頭是否合乎標準。

又該系統係以一視覺為基礎，其中該自動控制調整裝置係包括一自動化設備(包括LED光源203、機械手臂201及吸盤部件204等)及一影像導引裝置(包括上方(第一)及側面(第二)攝影機202,208與該影像處理軟體)，而該自動化設備具有機械手臂201以吸取及移動打擊面板205，該影像導引裝置利用攝影機202,208及該影像處理軟體以導引機械手臂201。

此VAIS-GCH的系統流程即如第三圖所示，機械手臂201需進行一初始化的步驟301，該系統更利用一電腦主機以進行一打擊面板吸取階段(即第(一)階段)，其包括擷取一打擊面板畫面的步驟302，須先將機械手臂201移動至打擊面板205正上方，而配合裝設於機械手臂201之上方攝影機202以擷取一面板影像，而該面板影像經過二值化及一連接的元件標記(Connected Component Labeling,CCL)以獲致一第一邊緣分離，再透過一凸面殼(Convex Hull)程式計算打擊面板205之一最小外接矩形以推導打擊面板205之一面板偏移角度θ、一面板重心位置及一面板重心偏移量(△x,△y)的步驟303，且控制 機械手臂201之吸盤部件204以吸取打擊面板205，並利用該影像處理軟體以進行三維空間對位而校正為一正規方位的步驟304。

若是從另一個可執行的型態來看，本發明即為一種組裝高爾夫球桿桿頭之系統，其包括桿頭本體206，一打擊面板205，結合於桿頭本體206以形成一結合之高爾夫球桿桿頭，以及該自動控制檢測裝置，用以檢測該結合之高爾夫球桿桿頭是否合乎標準。

又該系統更包括進行一鑄造本體嵌合階段(即第(二)階段)，其利用一自動化嵌合與焊接裝置(包括治具207)而將打擊面板205與該桿頭之鑄造本體206相嵌合與焊接，該鑄造本體嵌合階段包括將機械手臂201移動至鑄造本體206側面與上方以擷取一第一側面影像與一本體上方影像的步驟305，而該本體上方影像經過二值化、Close運算、CCL與邊緣擷取後，計算鑄造本體206之一推導邊緣、一本體重心位置及一本體重心偏移量(△x,△y)的步驟306，且使用該推導邊緣與一預存之三維高爾夫球桿桿頭立體影像模板資料庫進一步比對，以進行獲得一本體偏移角度θ與一XY平面偏轉角θ x，θ y的步驟307，機械手臂201再依鑄造本體206之一實際空間置放狀態，調整該打擊面板之三維空間傾仰角，用以將一打擊面板重心移動至該鑄造本體重心，再配合該鑄造本體之一第二側面影像的擷取，經過二值化以獲致一第二邊緣分離的步驟308，再將打擊面板205與鑄造本體206進行一空間對位 後，續以該鑄造本體之一嵌合口與該打擊面板間之一垂直距離而進行推算一嵌合深度d的步驟309，並依該嵌合深度而將打擊面板205與鑄造本體206進行一自動化嵌合與焊接作業的步驟310。

若是從另一個可進行的態樣來看，本發明即為一種組裝高爾夫球桿桿頭之系統，其包括桿頭本體206，打擊面板205，結合於桿頭本體206以形成一結合之高爾夫球桿桿頭，一影像擷取裝置(包括側面攝影機208)，用以擷取桿頭本體206之一第三側面影像，以及該自動控制檢測裝置，其利用該第三側面影像以檢測該結合之高爾夫球桿桿頭是否合乎標準。

且該系統更包括一傾角檢測階段(即第(三)階段)，其包括從鑄造本體206之側面擷取一第三側面影像，其經二值化以進行獲致一第三邊緣分離的步驟311，推導該鑄造本體底端之一地平線和該打擊面板之一中心切線，再經計算一垂直地平線向量與一中心切線向量所成之一傾角φ的步驟312，並有檢測傾角φ是否符合一規格的步驟313，當傾角φ是符合規格時，即進行下一個桿頭組裝作業之機械手臂初始化，而當該傾角不符合規格時，則重複進行該鑄造本體嵌合階段及該傾角檢測階段。

有關本發明之打擊面板吸取之階段(第(一)階段)，包括將機械手臂201移動至輸送帶之打擊面板205正上方，由攝影機202擷取打擊面板205影像，其如第四圖所示。欲將打擊面板205校正為正規方位，需計算偏移角θ 與重心位置偏移量(△x,△y)，CCD拍攝畫面所擷取之打擊面板205影像為灰階影像，運用二值化方式可將影像依亮度值轉換為黑與白之二元影像，清楚分離打擊面板205與背景，如第五圖所示。二值化又稱灰度分劃(Thresholding)，使用二值化時必需先設定一門檻(Threshold)值，搜尋最佳門檻值較常使用Otsu’s演算法，Otsu’s演算法透過對影像中像素值分布之統計推導最佳門檻值，假設影像具有N個像素點，其灰階分布為1至L，灰階值為i之累計像素數量表示為『f i 』，則灰階值i之機率可表示為：

假設影像中以二值化門檻值t將像素點分類成兩個群組C₁ 與C₂ ，C₁ 所包含之灰階度範圍為[1,…,t]，C₁ 內像素個數加總佔所有N個像素點比例為ω₁ ；C₂ 群組中之灰階度範圍則為[t+1,…,L]，C₂ 群組內像素個數加總佔所有N像素點比例為ω₂ ，C₁ 、C₂ 兩群組機率分布可表示為(2)與(3)式： 令C₁ 、C₂ 之平均灰階度值為μ₁ 、μ₂ ，μ_T 為影像中所有像素點之平均灰階值，如(4)式所示： 在灰階值1至L中任意抓取參數t*作為門檻值，若能使C₁ 、C₂ 間產生之變異數為最大，則此t*即為二值化分割之最佳解，C₁ 、C₂ 之間變異數如(5)式所示。

打擊面板對應至二值化影像中面積最大物件，故使用CCL將打擊面板自影像中分離，如第六圖所示，CCL為影像分割與辨識之基礎運算，主要目的是使相連接物件標記為同一物件，自影像左上角依序由左至右、由上至下，判斷目前像素點左上、上方、右上與左方相鄰像素點之顏色，若相同顏色之點，則標記為相同區塊，若無則標記為另一區塊，當發現與目前像素相鄰之點為相同顏色卻標記為不同區塊時，如第七圖中標號為701者，則將二區標記為一區塊。

打擊面板方位偏移計有重心位置及置放角度之偏移，機械手臂201自輸送帶吸取打擊面板205時，其吸取位置必須對應至打擊面板重心以維持穩固平衡，且於打擊面板與鑄造本體206嵌合過程中，打擊面板與鑄造本體嵌合口重心位置及置放角度必需保持重合，因此透過機械手臂吸取打擊面板前，必須先偵測打擊面板重心位置及置放角度之偏移量，以利後續打擊面板與鑄造本體之嵌合，影像畫面中主體物件重心位置之決定可令經過CCL分離後之主體影像I _B (x ,y )，1<x<n；1<y<m，m、n分別表示主體影像長寬，先計算其像素總合S _p ： 再分別計算整張影像中打擊面板之x與y位置總和，並除以像素總合，便可求得打擊面板之重心位置(x _c ,y _c )80，如下式及第八圖所示。

打擊面板置放角度偏移量之決定需先透過一包圍打擊面板之最小外接矩形，由最小外接矩形與畫面中心線推導打擊面板偏移角θ，最小外接矩形直接與打擊面板邊緣相關，邊緣偵測技術經常作為特徵、紋理分析時之前置處理，邊緣容易發生在兩相鄰像素點色彩或灰階值劇烈變化位置，於影像中找尋灰階值或一階導數具明顯變化像素點。一般常用邊緣檢測技術為Sobel濾波器，打擊面板經邊緣處理後結果如第九圖所示。

打擊面板205之最小外接矩形可利用最小矩形必有一邊於凸面殼(Convex Hull)所形成多邊形一邊重合之特性決定，Convex Hull圖形內任意兩點連線不會經過圖形外部，其演算法將水平座標順序，變更為依座標大小排序所有點，可解決習知Convex Hull具有重疊點、共線點、退化成線段和點缺失，時間複雜度僅為O (n logn )。將所有邊緣點經過Convex Hull演算處理後，利用其紀錄之Convex Hull集合點計算打擊面板之最小外接矩形可界定打擊面板範圍，計算最小外接矩形演算法如下：

a.從Convex Hull堆疊中紀錄之第一點P₀ 與第二點P₁ 順序 所成邊線為第一條邊，視為最下邊，尋找對於此邊線Convex Hull中最左邊點、最右邊點、最上邊點，得到初始之最小面積。

b.繼續由第二條邊(即P₁ 與P₂ )，對於尋找最左邊點只需從此第二條邊之後點開始尋找，而最右點與最上點也是如此。

c.計算此邊線之包圍面積，若小於前一邊線之面積，則更新最小面積記錄，暫存所找到點。

d.令i表示執行至Convex Hull第i邊，依P_i-1 、P_i 順序與步驟a、b動作持續至最後一個點。

e.根據紀錄為最小面積時對應之五點求得Convex Hull最小包圍矩形。

利用擷取之一影像畫面正中心點1003與打擊面板之一重心位置1001推導重心偏移量(△x,△y)，並利用最小外接矩形求出偏移角θ 1002，如第十圖所示，進行嵌合步驟中機械手臂自輸送帶吸取打擊面板時，由於機械手臂吸盤部件之吸取位置初始設定為畫面中心點，需先平移重心偏移量(△x,△y)以使得吸盤部件之吸取位置對應至打擊面板之重心位置後，再進行吸取動作，吸取後將打擊面板205反旋轉偏移角θ校正為正規方位，如第十一圖所示。

有關本發明之打擊面板與鑄造本體嵌合之階段(第(二)階段)，首先欲使打擊面板205能與鑄造本體206嵌合口正確契合，必須偵測鑄造本體置放位置之偏移量，使 打擊面板與鑄造本體嵌合口可完全重合，鑄造本體由治具固定時於空間座標三軸向均可能產生偏差，須先計算鑄造本體偏移角θ 1201與XY平面偏轉角θ x1202、θ y1203，如第十二圖所示，以使機械手臂校正為正規方位之打擊面板可依鑄造本體偏移角θ與XY平面偏轉角θ x、θ y據以進行旋轉補償後再進行嵌合，計算偏移角θ與θ x、θ y需使用鑄造本體嵌合口正上方及側面擷取影像與資料庫中正規方位之鑄造本體資料進行比對，搜尋最匹配之(θ，θ x，θ y)組合，第十三圖顯示機械手臂201移動至鑄造本體嵌合口後，正上方攝影機所擷取鑄造本體影像，影像中嵌合面口焊接邊緣呈突起狀，在光源照射下嵌合面口邊緣部分亮度較其它部分為高，故透過二值化處理區分鑄造本體與嵌合口以便於後續抓取嵌合口邊緣，如第十四圖所示，其中並顯示出有多個陰影1401的部分。

第十五圖中鑄造本體周圍凹槽處因光源與物體擺放角度影響易誤判而導致Connected Component Labeling抓取物件錯誤，可使用型態學中Close運算消除第十四圖中的陰影1401部分後再進行邊緣抓取，如第十五圖所示。數學形態學(Mathematical Morphology)是分析幾何形狀與結構之數學方法，建立於集合代數基礎上，為透過集合論定量描述幾何結構之科學，數學型態學是由一組型態學之代數運算子組成，運用這些運算子及其組合進行圖像形狀結構分析處理。

形態學中包含Erosion侵蝕與Dilation膨脹二個基 本運算，侵蝕運算中A為基本影像，B為結構元素，(B)z為B平移z個單位像素，運算公式如(8)式所示，膨脹運算式(9)中A為基本影像，B為結構元素，Opening與Closing是結合二個基本運算之操作，Opening與Closing運算公式分別如(10)、(11)式所示。

A 。B =(A ΘB ) ⊕B (10)

A 。B =(A ⊕B )ΘB (11)

鑄造本體影像經過二值化與膨脹侵蝕後，可能因無光照區域被誤判，造成鑄造本體206抓取邊緣產生斷掉或突出現象，故以主動性輪廓方法自動修正邊緣。原始之主動性輪廓為一種可變形之曲線模型，最早由Kass et al.等人提出。主動性輪廓藉由輪廓線具有雲型線(spline)及連續之特性(內力)，外加影像力(外力)及外部限制力之互相作用，而求解其極小能量值以獲得符合影像特徵之輪廓線。

經過上述型態學與主動性輪廓演算法後，Connected component Labeling可正確擷取嵌合口影像，如第十六圖所示，隨後再進行抓取邊緣與重心位置計算，由於鑄造本體為剛體，不論鑄造本體與空間三軸向之夾角，均可使用鑄造本體嵌合口邊緣進行重心位置計算，如第十七圖所示。

鑄造本體206放置於治具207上易具有偏移角θ與 XY平面偏轉角θ x、θ y，將正上方所擷取之鑄造本體影像與資料庫中正規方位之鑄造本體比對，以推導鑄造本體之偏移角θ與XY平面偏轉角θ x、θ y，第十八圖為鑄造本體資料庫影像，將資料庫中正規方位之鑄造本體以全域搜尋方式進行沿(θ，θ x，θ y)之空間三維偏移調整，再投影至XY平面，比較投影後嵌合口邊緣與攝影機所擷取鑄造本體影像中嵌合口邊緣相似程度，進而推導出偏移角θ與XY平面偏轉角θ x、θ y，令資料庫中正規方位之鑄造本體1801為T、每個三維空間點均由xyz座標構成、每個xyz資訊均受鑄造本體之偏移角θ與XY平面偏轉角θ x、θ y影響，故可將鑄造本體表示T(x(θ ,θ _x ,θ _y ),y(θ ,θ _x ,θ _y ),z(θ ,θ _x ,θ _y )) ，令其投影至XY平面之影像1802為A _t (x(θ ,θ _x ,θ _y ),y(θ ,θ _x ,θ _y )) ，如第十九圖所示，假設正上方攝影機所擷取之鑄造本體影像為A ₀ (x(θ ,θ _x ,θ _y ),y(θ ,θ _x ,θ _y )) ，如第二十圖所示，對At進行三維旋轉，對應至最小D值之(θ min,θ xmin,θ ymin)即為鑄造本體之偏移角θ與XY平面偏轉角θ x、θ y。

請參閱如第二十一圖所示，按鑄造本體206之嵌合口凹槽距打擊面板205之垂直距離即為嵌合深度，欲打擊面板205與鑄造本體206之嵌合口完全密合，則必需計算嵌合深度d(詳標號2501)，否則可能發生打擊面板嵌合深度過淺或過深情況，利用側面影像中鑄造本體嵌合口邊緣之凹槽，可推導出打擊面板嵌合深度是否正確，嵌合過淺時 則會看到打擊面板之邊緣超出嵌合口，如第二十二圖所示，反之嵌合深度過深時由嵌合口將無法看到面板邊緣，如第二十三圖所示，欲計算嵌合深度d，需計算鑄造本體之平面與打擊面板之平面間垂直距離，第二十四圖顯示側面攝影機所擷取之鑄造本體影像，由於嵌合口邊緣呈突起狀，在光源照射下嵌合口邊緣部分亮度較其它部分為高，故可施加二值化處理以區分鑄造本體206與打擊面板205嵌合口，並自二值化影像邊緣辨識對應至嵌合口邊緣之部分。

機械手臂201透過上述步驟所得鑄造本體偏移角θ與XY平面偏轉角θ x、θ y將打擊面板進行三維空間旋轉，並移動打擊面板重心至鑄造本體嵌合口重心位置，使打擊面板與鑄造本體嵌合口可完全重合，機械手臂往下移動距離d以完全密合打擊面板與鑄造本體，如第二十六圖所示。

有關本發明之傾角檢測之階段(第(三)階段)，即在完成打擊面板205與鑄造本體206之嵌合後，必須檢測打擊面板之傾角φ(標號為2703)是否符合預定規格，欲計算傾角φ必須先求出本體底端地平線2704和打擊面板中心線2701，如第二十七圖所示，透過側面攝影機取像，經二值化與邊緣擷取鑄造本體與打擊面板邊緣，鑄造本體底部邊緣之最外側點P之切線即對應至地平線2704，傾角φ檢測中需以打擊面板205於嵌合口最突出點為中心點0，由擷取之打擊面板205邊緣推導與鑄造本體206 嵌合口距離最遠點Q之切線即為中心線2701，中心線與地平線之交點為Q，於Q製作垂直之鉛直線2702，傾角φ即為與之夾角，進一步判斷導出之傾角φ是否符合預定之球桿桿頭規格，若符合則繼續處理下一個打擊面板與鑄造本體之嵌合作業，若不符合則再次進行打擊面板與鑄造本體嵌合階段。

簡言之，機械手臂201於打擊面板205吸取階段開始時，移動至打擊面板上方，並以上方攝影機202擷取影像，擷取之正上方影像經過二值化、CCL與邊緣分離後，透過Convex Hull計算打擊面板之最小外接矩形以推導打擊面板偏移角度θ、重心位置及重心偏移量(△x,△y)，據以控制機械手臂吸盤部件吸取打擊面板並校正為正規方位，進入鑄造本體206嵌合階段，機械手臂移動至鑄造本體上方後以上方攝影機202擷取影像，擷取之影像經過二值化、Close運算、Connected Component Labeling與邊緣擷取後，計算鑄造本體邊緣、重心位置及重心偏移量(△x,△y)，並使用推導之鑄造本體邊緣與預存之模板資料庫進一步比對，以獲得偏移角度θ與XY平面偏轉角θ x，θ y，機械手臂再依鑄造本體之實際空間置放狀態，調整打擊面板三維空間傾仰角，將打擊面板重心移動至鑄造本體重心，配合側面擷取之鑄造本體影像經過二值化與邊緣分離，以鑄造本體嵌合口與打擊面板間垂直距離推算嵌合深度d，並依推算所得的嵌合深度d將打擊面板與鑄造本體進行嵌合，最後在傾角檢測階段中，側面擷取之鑄造 本體影像經二值化與邊緣分離，推導鑄造本體底端地平線和打擊面板中心線，再檢測垂直地平線之向量與中心線向量所成傾角φ是否符合規格。

至於本專利優點，即在於本發明提出一以視覺為基礎之高爾夫球桿桿頭組裝及檢測系統，採用自動化機械手臂201配合攝影機擷取畫面與影像處理技術進行三維空間對位，攝影機自正上方擷取打擊面板205影像以推導打擊面板重心位置與偏轉角度等資訊，進而透過機械手臂自重心吸取打擊面板並校正偏移角度，再依所擷取鑄造本體206側面與正上方之二維影像資料，計算鑄造本體重心位置，並經比對預存之三維高爾夫球桿桿頭立體影像模板而推導鑄造本體擺放時之偏轉角度(偏移量)，將打擊面板與鑄造本體進行空間對位後，進行自動化嵌合與焊接作業，並由側面影像檢測球桿打擊面中心切線與地面鉛垂線方向所形成之傾角(Loft Angle)是否符合標準/規格，可大幅提升高爾夫球桿桿頭鑄造本體與打擊面板之嵌合精確度，增加生產及檢測效率。

總之，本發明透過攝影機202擷取打擊面板205與鑄造本體206影像進行視覺化處理，經影像二值化、邊緣偵測、特徵擷取、物件範圍與中心辨識等步驟，決定目標物空間方位，據以推導打擊面板之重心偏移量(△x,△y)與偏移角度θ、鑄造本體重心偏移量(△x,△y)、偏移角度θ與XY平面偏轉角θ x、θ y、嵌入深度d，進而指示機械手臂依量測打擊面板重心偏移量與偏移角度抓取及 調整待組裝物件至正規方位，並將打擊面板依鑄造本體偏移角度與XY平面偏轉角進行三維空間旋轉後依鑄造本體重心偏移量移動至鑄造本體重心，俾利於完成打擊面板與鑄造本體之嵌合及焊接程序，並針對打擊面板與鑄造本體嵌合後之傾角φ及進行檢測，提高高爾夫球桿桿頭組裝檢測效率及精準度，經實測而得知其對位誤差係小於0.8mm，而運算速度亦能小於2秒。

綜上所述，本發明確能以一嶄新的設計，藉由利用一自動控制調整，而使該桿頭本體與該打擊面板之間具有一特定相對關係，並且所運用之藉由單一該步驟B)，果能獲致達成該桿頭本體及該打擊面板的組裝之功效。故凡熟習本技藝之人士，得任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

101‧‧‧桿部

102‧‧‧頂部

103‧‧‧頭部

104‧‧‧地面鉛垂線

105‧‧‧傾角

106‧‧‧地平面

201‧‧‧機械/器手臂

202‧‧‧上方攝影機

203‧‧‧環型LED光源

204‧‧‧吸盤部件

205‧‧‧打擊面板

206‧‧‧鑄造(桿頭)本體

207‧‧‧治具

208‧‧‧側面攝影機

301‧‧‧機械手臂初始化

302‧‧‧機械手臂移動至打擊面板正上方擷取影像

303‧‧‧打擊面板之偏移角度θ、重心位置、重心偏移量(△x,△y)

304‧‧‧機械手臂吸取打擊面板並校正

305‧‧‧鑄造本體邊緣、重心位置、重心偏移量(△x,△y)

306‧‧‧機械手臂移動至鑄造本體正上方擷取影像

307‧‧‧鑄造本體邊緣與模板資料庫推導偏移角度θ與XY平 面偏轉角θ x，θ y

308‧‧‧擷取側面鑄造本體影像經二值化與邊緣擷取

309‧‧‧鑄造本體嵌合口與打擊面板垂直距離計算嵌合深度d

310‧‧‧由上列計算資訊進行嵌合

311‧‧‧側面擷取之鑄造本體影像經過二值化與邊緣擷取

312‧‧‧計算垂直地平線之向量與中心線向量所成傾角φ

313‧‧‧傾角φ是否符合規定

701‧‧‧CCL演算法中物件連接

1001‧‧‧打擊面板之重心位置

1002‧‧‧打擊面板之偏移角度θ

1003‧‧‧打擊面板之畫面中心點

1201‧‧‧鑄造本體之XY平面偏轉角θ x

1202‧‧‧鑄造本體之XY平面偏轉角θ y

1203‧‧‧鑄造本體之偏移角度θ

1401‧‧‧經過二值化之鑄造本體影像之陰影

1801‧‧‧鑄造本體資料庫之影像

1802‧‧‧鑄造本體資料庫之XY平面投影影像

2101‧‧‧打擊面板嵌合深度太淺緣

2201‧‧‧打擊面板嵌合深度太深

2501‧‧‧打擊面板嵌合深度d

2701‧‧‧打擊面板中心線

2702‧‧‧鉛直線

2703‧‧‧打擊面板傾角φ

2704‧‧‧地平線

80‧‧‧重心位置(x _c ,y _c )

第一圖：是高爾夫球桿桿頭構造側面示意圖；第二圖：是本發明之組裝高爾夫球桿桿頭的方法及系統之LED光源、上方及側面攝影機、機械手臂、吸盤部件、打擊面板、鑄造本體及治具的較佳實施例之立體照片；第三圖：是VAIS-GCH流程圖；第四圖：是所擷取之打擊面板影像；第五圖：是打擊面板之二值化影像；第六圖：是經CCL分離之打擊面板物件；第七圖：是CCL演算法示意圖；第八圖：是打擊面板重心； 第九圖：是打擊面板邊緣；第十圖：是打擊面板校正資訊；第十一圖：是打擊面板之正規方位；第十二圖：是鑄造本體偏移角θ與XY平面偏轉角θ x、θ y；第十三圖：是擷取之鑄造本體正上方影像；第十四圖：是經過二值化之鑄造本體影像；第十五圖：是經過Close之鑄造本體二值化影像；第十六圖：是嵌合口物件影像；第十七圖：是鑄造本體重心位置與邊緣；第十八圖：是鑄造本體資料庫影像；第十九圖：是模板XY平面之投影影像邊緣；第二十圖：是擷取之鑄造本體影像邊緣；第二十一圖：是鑄造本體側面影像嵌合深度d計算；第二十二圖：是打擊面板嵌合深度太淺；第二十三圖：是打擊面板嵌合深度太深；第二十四圖：是鑄造本體側面影像；第二十五圖：是鑄造本體側面邊緣；第二十六圖：是鑄造本體與打擊面板嵌合；以及第二十七圖：是傾角φ檢測。

201‧‧‧機械/器手臂

202‧‧‧上方攝影機

203‧‧‧環型LED光源

204‧‧‧吸盤部件

205‧‧‧打擊面板

206‧‧‧鑄造(桿頭)本體

207‧‧‧治具

208‧‧‧側面攝影機

Claims (7)

1. 一種組裝一高爾夫球桿桿頭之方法，其包括：A)提供一桿頭本體及一打擊面板；B)以一自動控制系統調整該打擊面板與該桿頭本體之間的相對關係，以結合該打擊面板及該桿頭本體以形成該高爾夫球桿桿頭，且以該自動控制系統之一影像擷取裝置擷取該打擊面板之影像，以該自動控制系統之影像處理軟體處理該打擊面板之影像，以取得該打擊面板之方位資訊；以該影像擷取裝置擷取該桿頭本體嵌合處之影像，以該影像處理軟體處理該桿頭本體嵌合處之影像，以取得該桿頭本體嵌合處之方位資訊，再計算該打擊面板與該桿頭本體嵌合處之間的嵌合深度；以及以該自動控制系統之機械手臂調整該打擊面板與該桿頭本體之相對關係；以及C)檢測該所組裝之該高爾夫球桿桿頭是否合乎標準。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中以該自動控制系統之影像處理軟體處理該打擊面板之影像係將該打擊面板影像經過二值化及CCL以獲致一第一邊緣分離，再透過Convex Hull計算該打擊面板之一最小外接矩形以推導該打擊面板之一面板偏移角度、一面板重心位置及一面板重心偏移量。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中以該自動控 制系統之影像處理軟體處理該桿頭本體嵌合處之影像係將該桿頭本體嵌合處之影像經過二值化、Close運算、CCL與邊緣擷取後，計算桿頭本體之一推導邊緣、一本體重心位置及一本體重心偏移量，且使用該推導邊緣與一預存之三維高爾夫球桿桿頭立體影像模板資料庫進一步比對，以獲得一本體偏移角度與一XY平面偏轉角。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟B)係以一焊接手段結合該桿頭本體及該打擊面板以形成該高爾夫球桿桿頭。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟C)另包含：以該自動控制系統之一影像擷取裝置擷取該桿頭本體側面之影像，以該自動控制系統之一影像處理軟體處理該桿頭本體側面之影像；求取該桿頭本體之垂直地平線之向量與該打擊面板之中心線向量，並計算垂直地平線之向量與中心線向量所成之傾角；以及判斷該傾角是否符合規定。
6. 一種組裝一高爾夫球桿桿頭之系統，該高爾夫球桿桿頭具有一桿頭本體及一打擊面板，該打擊面板結合於該桿頭本體以形成該高爾夫球桿桿頭，該組裝一高爾夫球桿桿頭之系統包括：一自動控制調整裝置，用以調整該桿頭本體與該 打擊面板之間而使具一特定相對關係，其中該自動控制調整裝置係包括一自動化設備及一影像導引裝置，而該自動化設備具有一機械手臂以吸取及移動該打擊面板，該影像導引裝置具有一第一攝影機、一第二攝影機及一影像處理軟體，藉此導引該機械手臂進行該打擊面板與該桿頭本體之三維空間對位；以及一自動控制檢測裝置，用以檢測該結合之高爾夫球桿桿頭是否合乎標準。
7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中該自動控制檢測裝置係包括一第二攝影機及一影像處理軟體。