TWI509214B - 微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統及其方法 - Google Patents

微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統及其方法 Download PDF

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TWI509214B
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Description

微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統及其方法
本發明係關於一種微型鑽針之芯厚值的量測系統與方法，尤其係關於一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統與方法。
微型鑽針已被大量地應用在各種印刷電路板的微孔加工。請參照「第1A圖」、「第1B圖」與「第1C圖」，係分別為微型鑽針的一實施例側視結構示意圖、依據「第1A圖」之1B-1B的剖面結構示意圖與依據「第1A圖」之1C-1C的剖面結構示意圖。如「第1A圖」、「第1B圖」與「第1C圖」所示，微型鑽針50為一種ST型(Standard type、Straight type，亦稱標準型)鑽針，其包括中心軸51、鑽柄(Shank)52與鑽部(Drill body)54，鑽部54包括尖部(Drill point)60、鑽槽58(Helical flute)與鑽尖60a(Drill tip)。其中，鑽部54相對於鑽柄52之比例被加以放大以利說明。鑽部54在功能上由尖部60及鑽槽58所構成，尖部60用以產生鑽削作用，鑽槽58則用以排除切屑。在鑽部54 中未被開槽的圓錐狀核心部分即為鑽芯56(Web)，且鑽芯56的厚度〔以下簡稱芯厚(Web thickness)62〕與鑽槽58之深度在設計上互為衝突。芯厚62較大的微型鑽針50具有較佳的剛性，但其鑽槽58之深度較小，使得排屑效果較差；反之，鑽槽58之深度較大者具有較佳的排屑效果，但其剛性較差。因此，芯厚是影響微型鑽針品質的關鍵參數。針對微型鑽針成品的芯厚值進行量測以改善製程參數是鑽針製造廠所關切的重要品管工作之一。
此外，業界通用之鑽針除了「第1A圖」所示的屬於ST型的鑽針之外，更包括有屬於UC型(Undercut type，亦稱過切型)的鑽針。請參照「第1D圖」、「第1E圖」與「第1F圖」，係分別為微型鑽針的另一實施例側視結構示意圖、依據「第1D圖」之1E-1E的剖面結構示意圖與依據「第1D圖」之1F-1F的剖面結構示意圖。如「第1D圖」、「第1E圖」與「第1F圖」所示，屬於UC型的微型鑽針50' 同樣包括鑽柄52' 與鑽部54' ，其中鑽部54' 包括尖部60' 、鑽槽58' 與鑽尖60a' 。微型鑽針50' 的特點在於鑽部54' 被研磨一段略小於鑽徑(即1E-1E的剖面所對應外徑)的UC徑(即1F-1F的剖面所對應外徑)。故在鑽孔的過程中，微型鑽針50' 可有效地減少與孔壁之間的接觸面積，以降低鑽孔時的熱量並改善孔壁品質，而特別適用於多層板的鑽孔作業。
由「第1C圖」、「第1E圖」與「第1F圖」可以清楚地觀察到，屬於ST型的微型鑽針50以及屬於UC型的微型鑽針 50' 具有截面幾何形狀的差異。屬於ST型的微型鑽針50的兩鑽槽輪廓呈現內凹的趨勢，使得微型鑽針50的芯厚值在理論上會等於兩鑽槽輪廓的最小公切圓直徑(即兩鑽槽輪廓之間的最短距離)，因此較易於量測。屬於UC型的微型鑽針50' 由於研磨UC徑以及使用多段圓弧所組成的磨輪輪廓進行開槽的關係，使得微型鑽針50' 的截面上的兩鑽槽輪廓呈現反曲或外凸的趨勢，亦使得微型鑽針50' 的芯厚值在理論上會等於兩鑽槽輪廓的最大公切圓直徑，其定義方式較為複雜，也較不易量測。
微型鑽針之芯厚量測方法可以概分為破壞式及非破壞式兩大類。中華民國發明專利公報第I413756號與中華民國發明專利公報第I464363號分別提出兩種微型鑽針之破壞式芯厚值量測系統及其方法，其分別透過機器視覺模組來擷取微型鑽針之影像，以依序對微型鑽針進行定位程序、研磨程序以及影像計算程序，藉此計算出微型鑽針於待量測截面位置上的芯厚值。然而，在對微型鑽針進行研磨程序時會將其鑽部磨斷，故破壞式芯厚量測僅能進行微型鑽針的抽檢。中華民國專利公報第I254124號提出一種微型鑽針之非破壞式芯厚值量測裝置及其方法，其透過線雷射掃瞄系統與點雷射測距系統的搭配以量測出微型鑽針於待量測截面位置上的芯厚值。然而，該非破壞式芯厚量測技術在實務上仍具有硬體成本極高、量測穩定度不足與量測效率不高的問題。
鑑於上述，本發明提出一種微型鑽針芯厚之非破壞 式暨光學量測自動化系統與方法，藉以改善先前技術中破壞式量測技術僅能進行抽檢的缺點，以及降低非破壞式量測技術之硬體成本並提高其量測穩定度與量測效率。
本發明提供了一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統，其用以量測一微型鑽針的一芯厚值，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統包含計算機裝置、線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器。其中，光學感測器包含發光模組與感測模組。其中線性運動平台具有第一乘載平台，且旋轉夾頭設置於第一乘載平台上。旋轉運動平台具有第二乘載平台。所述的發光模組設置於第二乘載平台的一端，感測模組則設置於第二乘載平台的另一端。計算機裝置分別電性連接線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器的感測模組。線性運動平台根據計算機裝置的指示，使第一承載平台沿一第一軸向移動，其中第一軸向平行第一承載平台所在之平面。旋轉夾頭用以夾持該微型鑽針，以使微型鑽針的中心軸平行第一軸向，並根據計算機裝置的指示，使微型鑽針以其中心軸為軸心轉動。旋轉運動平台根據計算機裝置的指示，使第二承載平台以一第二軸向為軸心轉動，其中第二軸向垂直第二承載平台所在之平面，且第二軸向更垂直第一軸向與微型鑽針的中心軸。發光模組用以發出光束。感測模組用以接收光束，以使光束的傳播路徑上形成一平行於第二軸向的光學量測平面，並於微型鑽針位於光束的傳播路徑上時，感測出當下微型鑽針的截面寬度、第一間距量 與第二間距量。其中截面寬度係為被微型鑽針所阻隔而未被感測模組所接收到的光束的寬度，而第一間距量與第二間距量係為感測模組所接收到的未被微型鑽針所阻隔的光束的寬度。除此之外，計算機裝置依據微型鑽針的螺旋角控制第二承載平台以第二軸向為軸心轉動，並使微型鑽針的中心軸與光學量測平面之間的夾角實質上等於螺旋角且微型鑽針的待測截面位於光學量測平面上後，計算機裝置更控制旋轉夾頭以微型鑽針的中心軸為軸心轉動微型鑽針，並依據感測模組於微型鑽針進行轉動時所感測出的最大的截面寬度、微型鑽針轉動於其中一半圈時的最大的第一間距量與最小的第一間距量以及微型鑽針轉動於接下來的另一半圈時的最大的第一間距量與最小的第一間距量計算出待測截面的芯厚值。
本發明更提供了一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測方法，其用以量測微型鑽針的芯厚值，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測方法包含設定量測參數，其中量測參數指示有微型鑽針的待測截面的位置與所重複量測之次數。藉由光學感測器提供光學量測平面，其中光學量測平面係為由光學感測器的發光模組與感測模組之間的光束的傳播路徑所形成。進行鑽尖定位程序，使微型鑽針的鑽尖位於所述的光學量測平面。進行螺旋角測定程序，計算出微型鑽針的螺旋角。使微型鑽針的中心軸與光學量測平面之間的夾角實質上等於螺旋角，並使微型鑽針的待測截面位於光學量測平面。以微型鑽針的中心軸為軸心轉動微型鑽 針。透過光學感測器感測出當下的截面寬度、第一間距量與第二間距量，其中截面寬度係為被微型鑽針所阻隔而未被感測模組所接收到的光束的寬度，而第一間距量與第二間距量係為光學感測器所接收到的未被微型鑽針所阻隔的光束的寬度。依據光學感測器於微型鑽針進行轉動時所感測出的最大的截面寬度、微型鑽針轉動於其中一半圈時的最大的第一間距量與最小的第一間距量以及微型鑽針轉動於接下來的另一半圈時的最大的第一間距量與最小的第一間距量計算出待測截面的芯厚值。
綜上所述，本發明提供了一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統及方法，從一計算得的待測微型鑽針的螺旋角輔以光學量測方式量測得待量測截面的兩側槽深，並推算出待測微型鑽針於某一待測截面上的相對應芯厚值。透過此創新的光學量測方法與系統，可以改善先前破壞式量測僅能進行抽檢的缺點，更可降低先前非破壞式量測之硬體成本並提高其量測穩定度與量測效率。
以上關於本發明的內容及以下關於實施方式的說明係用以示範與闡明本發明的精神與原理，並提供對本發明的申請專利範圍更進一步的解釋。
100、100' 、100" ‧‧‧微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統
101、101' 、101" ‧‧‧線性運動平台
102、102' 、102" ‧‧‧第一乘載平台
103、103' 、103" ‧‧‧旋轉夾頭
104、104' 、104" ‧‧‧光學感測器
1041、1041' 、1041" ‧‧‧發光模組
1042、1042' 、1042" ‧‧‧感測模組
105、105' 、105" ‧‧‧第二乘載平台
106、106' 、106" ‧‧‧旋轉運動平台
107、107' 、107" ‧‧‧配電箱
108、108' 、108" ‧‧‧計算機裝置
109' ‧‧‧反射鏡
110" ‧‧‧支撐模組
111" ‧‧‧攝影機
112" ‧‧‧鏡頭
113" ‧‧‧背光源
121‧‧‧運動控制單元
122‧‧‧第一伺服馬達驅動單元
123‧‧‧步進馬達驅動單元
124‧‧‧第二伺服馬達驅動單元
125‧‧‧第一伺服馬達
126‧‧‧步進馬達
127‧‧‧第二伺服馬達
128‧‧‧中央處理模組
129‧‧‧人機介面
130‧‧‧記憶單元
3‧‧‧待測物
50、50' ‧‧‧微型鑽針
51‧‧‧中心軸
52、52' ‧‧‧鑽柄
54、54' ‧‧‧鑽部
56‧‧‧鑽芯
58、58' ‧‧‧鑽槽
60、60' ‧‧‧尖部
60a、60a' ‧‧‧鑽尖
61、61' 、63、63' ‧‧‧槽深
62、62' ‧‧‧芯厚
71、72‧‧‧光學量測平面
D‧‧‧待量測截面位置
Db 、Db ' ‧‧‧外徑
Dt 、Dt ' ‧‧‧公切圓直徑
df1 、df2 、df1 ' 、df2 ' ‧‧‧槽深值
GU ‧‧‧第一間距量
GU,max 、GU,max ' 、GU,max(1) ~GU,max(4) 、GU,max(1) ' ~GU,max(4) ' ‧‧‧最大第一間距量
GU,min 、GU,min ' 、GU,min(1) 、GU,min(2) 、GU,min(1) ' 、GU,min(2) ' ‧‧‧最小第一間距量
Pm1 、Pm2 、Pm1 ' 、Pm2 ' 、Pt1 、Pt2 、Pt1 ' 、Pt2 ' ‧‧‧點
△L‧‧‧螺距
△x‧‧‧定位距離
Ψ、Ψ' ‧‧‧螺旋角
Z1 ‧‧‧第一區
Z2 ‧‧‧第二區
W、W' ‧‧‧截面寬度
Wmax 、Wmax ' ‧‧‧最大截面寬度
S901~S911、S1101~S1113、S1301~S1315、S1801~S1815‧‧‧步驟流程
第1A圖係微型鑽針的一實施例側視結構示意圖。
第1B圖係為依據第1A圖之1B-1B的剖面結構示意圖。
第1C圖係為依據第1A圖之1C-1C的剖面結構示意圖。
第1D圖係微型鑽針的另一實施例側視結構示意圖。
第1E圖係為依據第1D圖之1E-1E的剖面結構示意圖。
第1F圖係為依據第1D圖之1F-1F的剖面結構示意圖。
第2圖系為依據本發明所揭露之微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統之一實施例中的結構方塊示意圖。
第3A圖係本發明所揭露之線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器之一實施例中的立體示意圖。
第3B圖係本發明所揭露之線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器之一實施例中的局部俯視示意圖。
第4圖係本發明所揭露之光學感測器用以量測一待測物時的示意圖。
第5A圖係本發明所揭露之線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器之另一實施例中的立體示意圖。
第5B圖係本發明所揭露之線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器之另一實施例中的局部俯視示意圖。
第6A圖係本發明所揭露之鑽尖定位程序之一實施例中的鑽尖與量測光束在第一時間的相對位置示意圖。
第6B圖係本發明所揭露之鑽尖定位程序之一實施例中的鑽尖與量測光束在第二時間的相對位置示意圖。
第6C圖係本發明所揭露之鑽尖定位程序之一實施例中的鑽尖與量測光束在第三時間的相對位置示意圖。
第6D圖係本發明所揭露之鑽尖定位程序之一實施例中的鑽尖與量測光束在第四時間的相對位置示意圖。
第6E圖係本發明所揭露之鑽尖定位程序之一實施例中的鑽尖與量測光束在定位結束時的相對位置示意圖。
第7圖係本發明所揭露之線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器之更一實施例中的立體示意圖。
第8A圖係本發明所揭露之一種影像式鑽尖定位程序之一實施例中的鑽尖與量測光束在起始位置的相對位置示意圖。
第8B圖係本發明所揭露之一種影像式鑽尖定位程序之一實施例中的鑽尖與量測光束在定位結束時的相對位置示意圖。
第9圖係本發明所揭露之一種影像式鑽尖定位程序的方法流程示意圖。
第10A圖係發明所揭露之光學式螺旋角測定程序所需的參數對應於微型鑽針形狀的示意圖。
第10B圖係發明所揭露之光學式螺旋角測定程序所量測得的多個第一間距值對應鑽針位置的曲線示意圖。
第11圖係本發明所揭露之一種光學式螺旋角測定程序的方法流程示意圖。
第12A~12B圖係發明所揭露之影像式螺旋角測定程序所需的參數對應於擷取得的鑽針影像的示意圖。
第13圖係本發明所揭露之一種影像式螺旋角測定程序的方法流程示意圖。
第14A圖係本發明所揭露之ST型微型鑽針的垂直剖面示意圖。
第14B圖係本發明所揭露之UC型微型鑽針的垂直剖面示意圖。
第15A圖係ST型微型鑽針位於第一角位置時的側視示意圖。
第15B圖係ST型微型鑽針在第一角位置時沿14B-14B剖面線的剖面示意圖。
第15C圖係ST型微型鑽針在第一角位置時沿14C-14C剖面線的剖面示意圖。
第15D圖係ST型微型鑽針位於第二角位置時的側視示意圖。
第15E圖係ST型微型鑽針在第二角位置時14E-14E剖面的剖面示意圖。
第15F圖係ST型微型鑽針在第二角位置時14F-14F剖面的剖面示意圖。
第15G圖係UC型微型鑽針位於第三角位置時的側視示意圖。
第15H圖係UC型微型鑽針在第三角位置時沿14H-14H剖面線的剖面示意圖。
第15I圖係UC型微型鑽針在第三角位置時沿14I-14I剖面線的剖面示意圖。
第15J圖係UC型微型鑽針位於第四角位置時的側視示意圖。
第15K圖係UC型微型鑽針在第四角位置時14K-14K剖面的剖面示意圖。
第15L圖係UC型微型鑽針在第四角位置時14L-14L剖面的剖面示意圖。
第16A圖係為當ST型微型鑽針位於第一角位置時其15C-15C截面位於量測平面上時的示意圖。
第16B圖係為當ST型微型鑽針位於第二角位置時其15F-15F截面位於量測平面上時的示意圖。
第16C圖係為當UC型微型鑽針位於第一角位置時其15I-15I截面位於量測平面上時的示意圖。
第16D圖係為當UC型微型鑽針位於第二角位置時其15L-15L截面位於量測平面上時的示意圖。
第17A圖係進行芯厚值量測程序時上間距值與寬度值隨時間變化的示意圖。
第17B圖係進行芯厚值量測程序時上間距值隨時間變化的細部示意圖。
第18圖係芯厚值量測程序的方法流程圖。
以下在實施方式中敘述本發明之詳細特徵，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且依據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下實施例係進一步說明本發明之諸面向，但非以任何面向限制本發明之範疇。且需先一提的是，為使圖式簡明易懂，所附圖式均為簡化之 示意圖，僅以示意方式說明本創作之基本結構與方法。因此，所顯示之元件並非以實際實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸以及殼體外型實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態可能更為複雜，先于敘明。
請參照「第2圖」、「第3A圖」與「第3B圖」，其中第2圖係為依據本發明所揭露之微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統之一實施例中的結構方塊示意圖、第3A圖係本發明所揭露之線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器之一實施例中的立體示意圖、第3B圖係本發明所揭露之線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器之一實施例中的局部俯視示意圖。在本實施例中，本發明的微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100適用於量測微型鑽針50的芯厚62。在此需先說明的是，在以下的實施例說明中，有關微型鑽針50的相關敘述亦泛指微型鑽針50' ，換句話說，在以下的說明中，微型鑽針50可泛指ST型微型鑽針或UC型微型鑽針。
如第2、3A圖所示，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100包含有線性運動平台101、旋轉夾頭103、旋轉運動平台106、光學感測器104與計算機裝置108。其中光學感測器104更包含發光模組1041與感測模組1042。而如第3A圖所示，線性運動平台101與旋轉運動平台106係設置於配電箱107的第一表面上並間隔有一預設距離。線性運動平台101具有一第一乘載平台102，旋轉夾頭103係設置於第一乘載平台102上。 旋轉運動平台106具有一第二乘載平台105，所述光學感測器104係設置於第二乘載平台105上。
更詳細地來說，光學感測器104的發光模組1041設置於第二乘載平台105的一端，而其感測模組1042係設置於第二乘載平台105的另一端。而前述的線性運動平台101、旋轉夾頭103、旋轉運動平台106與光學感測器104的感測模組1042分別電性連接計算機裝置108(未繪示於第3A圖)。所述的計算機裝置108包含有中央處理模組128、人機介面129與記憶單元130。其可例如為個人電腦等具有運算功能或人機操作介面的電子裝置，在此並不加以限制。
請再參照第2、3A圖，事實上，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100更包含有一配電箱107，配電箱107中包含有運動控制單元121、第一伺服馬達驅動單元122、步進馬達驅動單元123與第二伺服馬達驅動單元124。運動控制單元121分別電性連接第一伺服馬達驅動單元122、步進馬達驅動單元123、第二伺服馬達驅動單元124與計算機裝置108。第一伺服馬達驅動單元122、步進馬達驅動單元123與第二伺服馬達驅動單元124分別電性連接第一伺服馬達125、步進馬達126與第二伺服馬達127。以下分別介紹微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100的各功能模組。
在本實施例中，線性運動平台101包含有步進馬達126，用以使第一乘載平台102連帶其所乘載的旋轉夾頭103沿第 3B圖的x軸向移動。當旋轉夾頭103夾持有待測的微型鑽針50時，微型鑽針50的中心軸係平行於所述的x軸向；而當線性運動平台101驅動第一乘載平台102連帶旋轉夾頭103沿所述x軸向移動，微型鑽針50即隨著旋轉夾頭103沿其移動方向同步移動。線性運動平台101更包含有第一伺服馬達125，用以驅動旋轉夾頭103旋轉。而當旋轉夾頭103夾持有待測的微型鑽針50時，微型鑽針50可隨著旋轉夾頭103同步以微型鑽針50的中心軸為旋轉軸心旋轉。
旋轉運動平台106包含有第二伺服馬達127，用以使第二乘載平台105連帶其所乘載的光學感測器104以第二軸向為軸心旋轉。所述的第二軸向係平行於第3A圖中所繪示的z軸並垂直於x軸、y軸所形成的平面，且第二軸向更垂直微型鑽針的中心軸。所述的光學感測器104可例如為光學測微計(Optical micrometer)，其包含發光模組1041與感測模組1042。發光模組1041用以發出量測光束，感測模組1042用以接收所述量測光束，以使光束的傳播路徑上形成平行第二軸向的光學量測平面。
請參照第3B圖及第4圖，第3B圖係本發明所揭露之線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器之一實施例中的局部俯視示意圖，第4圖係本發明所揭露之光學感測器用以量測一待測物時的示意圖。如第3B圖、第4圖所示，當有待測物3設置於量測光束的傳播路徑上時，至少一部分的量測光束會被所述待測物3遮擋，此時感測模組1042感測到當下微型探 針50的截面寬度W、第一間距量GU 與第二間距量GL 。
其中，截面寬度W係為被微型鑽針50所阻隔而未被感測模組1042所接收到的光束的寬度，而第一間距量GU 與第二間距量GL 係為未被微型探針50所阻隔而被感測模組1042所接收到的光束的兩寬度。計算機裝置108則根據量測到的截面寬度W、第一間距量GU 與第二間距量GL 進行後續的處理分析。上述的量測光束可例如為由發光二極體(Light emitting diode)發出的平行光或者是線雷射；而所述的感測模組1042可例如是包含互補式金氧半場效電晶體(Complementary metal-oxide-semiconductor,CMOS)或電荷耦合元件(Charge coupled device,CCD)等感光元件，在此並不加以限制。
實務上，計算機裝置108除了可以綜合應用截面寬度W、第一間距量GU 或第二間距量GL 以判斷得微型鑽針50的芯厚值外，計算機裝置108也可以根據截面寬度W、第一間距量GU 或第二間距量GL 其中之一以及其他的已知參數以判斷得微型鑽針50的芯厚值。以下將以計算機裝置108根據第一間距量GU 判斷得芯厚值為例進行介紹，惟所屬技術領域具通常知識者應可理解本發明還可綜合應用截面寬度W、第一間距量GU 或第二間距量GL 來判斷得芯厚值。
請參照第5A圖、第5B圖，第5A圖、第5B圖係分別為本發明所揭露之線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器之另一實施例中的立體示意圖及局部俯視示意圖。於 第5A圖及第5B圖所對應的實施例中，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100' 包含有反射鏡109' 。在此實施例中，光學感測器104' 所發出的量測光束係先入射至反射鏡109' 並被反射鏡109' 反射。感測模組則接收到經反射的反射光。而如第5B圖所示，計算機裝置108' 可以驅動線性運動平台101' 以使微型鑽針50' 位於經反射之量測光束的傳播路徑上，以使感測模組1042' 感測到對應的感測數據。
請繼續參照第2圖，計算機裝置108可以經由運動控制單元121啟動第一伺服馬達驅動單元122、第二伺服馬達驅動單元124與步進馬達驅動單元123，以驅動第一伺服馬達125、第二伺服馬達127與步進馬達126，進而驅動所述的第一乘載平台102、第二乘載平台105與旋轉夾頭103進行如前述的線性移動或者旋轉。亦即，使用者可以經由計算機裝置108指示非破壞式的微型鑽針50芯厚值量測系統100移動、旋轉待測的微型鑽針50，以進行芯厚值的量測。
事實上，使用者可以經由計算機裝置108的人機介面129輸入各項參數，例如微型鑽針50的型號、其公稱參數值、位置參數與量測相關參數值，以供微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100依實際量測的需求進行調整。另一方面，人機介面129可用以提供微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100的量測流程操作或量測過程中量測得的各項結果，以讓使用者即時地監控量測過程。
於實務上，使用微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100進行量測的過程可以包含「鑽尖定位程序」、「螺旋角測定程序」以及「芯厚值量測程序」。簡單來說，計算機裝置108先根據「鑽尖定位程序」將待測的微型鑽針50移動到所欲的定位位置；計算機裝置108再根據「螺旋角測定程序」量測出待測的微型鑽針50的螺旋角，並使待測的微型鑽針50與光學感測器104所發出的光束所形成的光學量測平面之間的夾角為待測微型鑽針50的螺旋角。計算機裝置108再根據「芯厚值量測程序」量測出待測微型鑽針50的芯厚值。所述每一道程序分別有多種實施方式，以下分別依序介紹各道程序。
在一實施例中，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100係以光學式的「鑽尖定位程序」進行定位。簡單來說，此實施例中的「鑽尖定位程序」係經由線性運動平台101使待測的微型鑽針50進行相對於量測光束所提供之光學量測平面的往復運動，以使鑽尖60a逼近所述的光學量測平面。在往復運動的過程中，計算機裝置108係以光學感測器104感測得的數據判斷出鑽尖60a是否到達量測光束所形成的光學量測平面，藉此使待測的微型鑽針50位於所欲的位置。
舉一例子來說，請參照第6A~6E圖，第6A~6E圖係本發明所揭露之鑽尖定位程序之一實施例中的鑽尖與量測光束在各時間點的相對位置示意圖。計算機裝置108先驅動線性運動平台101以使待測的微型鑽針50位於一起始位置，並以光學感測 器104感測得的數據判斷待測的微型鑽針50的鑽尖60a係位於相對於本實施例中的光學量測平面71的第一區Z1 或第二區Z2 。如第6A~6E圖所示，當鑽尖60a位於第一區Z1 時，待測的微型鑽針50的一部分係位於光學感測器104所發出的量測光束之傳播路徑上，意即光學量測平面71通過待測的微型鑽針50的一部分。因此光學感測器104可以感測到被微型探針50遮擋住部分的量測光束，而計算機裝置108則根據光學感測器104相對於此的讀值判斷鑽尖60a係位於第一區Z1 。同樣地，當鑽尖60a位於第二區Z2 時，光學量測平面並未通過微型鑽針50，是故待測的微型鑽針50並未遮擋光學感測器104所發出的量測光束。因此光學感測器104可以感測到完整的量測光束，而計算機裝置108則根據光學感測器104相對於此的讀值判斷鑽尖60a係位於第二區Z2 。
延續前一舉例，在第6A圖所處的時刻，計算機裝置108根據光學感測器104的感測值判斷鑽尖60a係位於第一區Z1 。接著計算機裝置108驅動線性運動平台101，以使第一乘載平台102沿前述的x軸移動一第一預設距離，亦即微型鑽針50的鑽尖60a往第二區Z2 移動第一預設距離，使得微型鑽針50與光學量測平面71的相對位置如第6B圖所示。此時計算機裝置108根據光學感測器104的感測值判斷鑽尖60a位於第二區Z2 ，因此計算機裝置108驅動線性運動平台101以使鑽尖60a往第一區Z1 移動一第二預設距離，並落於第6C圖所示的位置，其中，第二預設距離小於第一預設距離。接著，在經過接連的往復運動並使 移動的預設距離逐步遞減後，鑽尖60a與光學量測平面71的相對位置依序為如第6C、6D圖所示。可以看到的是鑽尖60a與光學量測平面71的距離隨著往復移動的次數增加而對應的縮小。最後在第6E圖所述的時刻，此時計算機裝置108根據一預設條件判斷微型鑽針已到達光學量測平面71，結束「鑽尖定位程序」。所述的預設條件例如為鑽尖60a與光學量測平面71重疊一微小的預設截面寬度、往復運動的次數已到達一預設門檻值或者是往復運動之移動的預設距離已遞減至小於一預設門檻值。
事實上，當微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100更包含有一機器視覺模組時，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100更可用影像式的「鑽尖定位程序」來進行定位。請參照第7圖，第7圖係本發明所揭露之線性運動平台、旋轉夾頭、旋轉運動平台與光學感測器之更一實施例的立體示意圖。如圖所示，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100" 更包含支撐機構110" 、攝影機111" 、鏡頭112" 以及背光源113" 。支撐機構110" 係設置於配電箱107" 上，而攝影機111" 的一側連接支撐機構110" ，其另一側則連接鏡頭112" 。更精確地來說，攝影機111" 藉由支撐機構110" 的支撐而得以從z軸方向往x-y平面透過鏡頭112" 拍攝待測的微型鑽針50與光束以形成對應的鑽針影像。背光源113" 設置於第二乘載平台105" 上，且位於發光模組1041" 與感測模組1042" 之間，用以提供攝影機111" 拍攝時所需的光源。
如前所述，在第7圖所對應實施例中，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100" 可以根據影像式的「鑽尖定位程序」來進行定位。請參照第8A圖、第8B圖以協助說明，第8A圖係本發明所揭露之一種影像式定位程序之一實施例中的鑽尖與量測光束在起始位置的相對位置示意圖，而第8B圖係本發明所揭露之一種影像式鑽尖定位程序之一實施例中的鑽尖與量測光束在定位結束時的相對位置示意圖。
在影像式的「鑽尖定位程序」中，計算機裝置108" 先驅動線性運動平台101" 以使第一乘載平台102" 沿x軸方向移動，進而使待測的微型鑽針50位於一起始位置。待測的微型鑽針50在此起始位置與量測光束所形成的光學量測平面72的相對位置如第8A圖所示，光學量測平面72係為所述的光學量測平面71於攝影機111" 所擷取到之影像中的對應位置所得出的一虛擬參考面。此時微型鑽針50的鑽尖60a與光學量測平面72間隔有定位距離△x。攝影機111" 經由鏡頭112" 擷取得如第8A圖的畫面，而計算機裝置108" 則根據擷取得的畫面更精確地判斷得鑽尖60a與光學量測平面72的距離，亦即定位距離△x的值。計算機裝置108" 可例如以定位距離△x在所述畫面中所佔畫素的個數來界定定位距離△x的值；惟此係為所屬技術領域具通常知識者可以自由設計，在此不加以限制。當計算機裝置108" 判斷得定位距離△x的值後，計算機裝置108" 根據定位距離△x驅動線性運動平台101" ，以使定位距離△x小於一預設門檻值，進而使鑽尖60a逼近 光學量測平面72。所述預設門檻值可以用畫素值或其他長度單位進行定義，在此不加以限制。
根據前述，可以對應得到一影像式的「鑽尖定位程序」，請參照第9圖以協助說明，第9圖係為所揭露之一種影像式定位程序的方法流程示意圖。影像式定位程序包含：將微型鑽針50移動至第一位置，其中微型鑽針50於第一位置時，微型鑽針50的鑽尖位於攝影機111" 的影像擷取範圍內(步驟S901)。透過攝影機111" 擷取微型鑽針50的鑽尖影像(步驟S903)，再獲得鑽尖影像上的多個輪廓點(步驟S905)。依據此多個輪廓點的座標，判斷出鑽尖點，其中鑽尖點係為微型鑽針50的鑽尖60a的座標點(步驟S907)。依據鑽尖點計算當下微型鑽針50的鑽尖與光學量測平面之間的距離(步驟S909)，並使微型鑽針朝向光學量測平面移動所述的距離(步驟S911)。
根據前述的光學式或影像式「鑽尖定位程序」完成鑽尖定位後，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100、100' 或100" 再根據「螺旋角測定程序」量測得對應於待測的微型鑽針50的螺旋角，以應用於「螺旋角測定程序」。根據微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100或100" 之結構的不同，「螺旋角測定程序」同樣可以分為光學式與影像式兩種。以下分別就第3A圖與第7圖所對應的不同實施例，分別介紹對應的「螺旋角測定程序」。
在第3A圖所對應的實施例中，微型鑽針芯厚之非破 壞式暨光學量測自動化系統100可以根據光學式「螺旋角測定程序」量測得螺旋角。請參照第10A圖，第10A圖係本發明所揭露之光學式「螺旋角測定程序」所需的參數對應於微型鑽針形狀的示意圖。在此實施例中的光學式「螺旋角測定程序」，微型鑽針50一開始所在的第一起始位置係等同於「鑽尖定位程序」完成後的定位位置。計算機裝置108接著驅動線性運動平台101，使微型鑽針50沿x軸方向移動一預設距離並位於第二起始位置，以使微型鑽針50的鑽部54的某一部分位於光束所形成的光學量測平面71上。
接著，計算機裝置108再驅動線性運動平台101移動一第二預設距離，使鑽部54的至少一個螺距通過光束所形成的光學量測平面71，進而使光學感測器104感測到相對應於所述至少一個螺距之移動量的多個第一間距量GU 。所述的多個第一間距量GU 中更包含多個最大的第一間距量，即第10A圖所示的第一間距量GU,max(3) 、GU,max(4) 。請參照第10B圖，第10B圖係本發明所揭露之光學式「螺旋角測定程序」所量測得的多個第一間距量GU 對應鑽針位置的曲線示意圖。第10B圖的縱軸係為第一間距量GU 的值，而橫軸則用以表示第一間距量GU 對應於微型鑽針50的位置，橫軸、縱軸的單位可為所述技術領域具通常知識者自由定義，在此並不加以限制。
由第10B圖可以得知，當微型鑽針50輪廓往中心軸方向凹陷時，第一間距量隨之變大；而當微型鑽針50輪廓凸出 時，第一間距量隨之變小。因此第10B圖所繪第一間距量所形成的曲線係具有與第10A圖中微型鑽針輪廓的高低起伏相反的趨勢。計算機裝置108可以根據光學感測器104感測到的第一間距量GU 的值形成如第10B圖的圖表以供使用者知悉。而實際上每一個量測到的第一間距量GU 的值可以都儲存於計算機裝置108的記憶單元130中，並等待感測單元1042感測到所有的第一間距量GU 的值後，計算機裝置108再據以進行分析。以下用第10B圖進行「螺旋角測定程序」的說明，惟所屬技術領域具通常知識者應可理解計算機裝置108實際上並不真的先建立圖表再根據圖表分析。
延續前一實施例，當感測到所有第一間距量GU 的值後，計算機裝置108可以判斷出至少兩個相鄰的最大第一間距量GU,max 或至少兩個相鄰的最小第一間距量GU,min 。以最大值為例來說，計算機裝置108先判斷得如第10B圖中所繪示的兩個相鄰的最大值GU,max(3) 與GU,max(4) 之距離所代表的的螺距△L。其中螺距△L係為導程值的一半(此係微型鑽針之鑽槽通常為對稱雙螺旋槽之幾何設計所致)，意即導程值係為2△L。再將導程值2△L連同微型鑽針之鑽部的公稱外徑值Dn 一同代入計算公式： 便可計算得螺旋角Ψ的約略值，以供給後續「芯厚值量測程序」。其中，π係為圓周率。
由前述對光學式「螺旋角測定程序」的敘述，可以整理得光學式「螺旋角測定程序」的方法流程。請參照第11圖，第11圖係本發明所揭露之一種光學式「螺旋角測定程序」的方法流程示意圖。光學式「螺旋角測定程序」包含：提供微型鑽針50的一公稱外徑(步驟S1101)。接著，將微型鑽針50由一第一位置移動至一第二位置，其中微型鑽針50由第一位置移動至第二位置時，微型鑽針50的至少一螺距通過光學量測平面(步驟S1103)。然後，透過光學感測器104感測出微型鑽針50由第一位置移動至第二位置時的所有第一間距量(步驟S1105)。依據上述的多個第一間距量，搜尋出這些第一間距量之波形曲線的至少二波峰位置(步驟S1107)。計算相鄰兩波峰位置之間的一波峰距離(步驟S1107)，並依據上述波峰距離計算出微型鑽針50的一導程的距離(步驟S1111)，以及依據公稱外徑與導程的距離計算出螺旋角(步驟S1113)。
而在第7圖所對應實施例中，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100" 可以根據影像式「螺旋角測定程序」量測得螺旋角。請參照第12A~12B圖，第12A~12B圖係本發明所揭露之影像式「螺旋角測定程序」所需的參數對應於擷取得的鑽針影像的示意圖。在此實施例中的影像式「螺旋角測定程序」，微型鑽針50一開始所在的起始位置係等同於「鑽尖定位程序」完成後的定位位置。計算機裝置108接著驅動線性運動平台101，使微型鑽針50沿x軸方向移動一所欲距離並位於量測位 置，以使攝影機111" 可以透過鏡頭112" 擷取得微型鑽針50的至少一個鑽槽58的鑽槽影像。接著，計算機裝置108對鑽槽影像進行影像處理，以獲得鑽槽影像上的多個輪廓點。接著根據輪廓點判斷出鑽槽輪廓的相鄰兩波峰或者是相鄰兩波谷所間隔的波峰距離或波谷距離，所述波峰距離或波谷距離的值即為前述的螺距△L。最後再根據螺距△L、公稱外徑值Dn 以及前述的螺旋角公式計算出螺旋角Ψ，以供給後續「芯厚值量測程序」使用。
由前對影像式「螺旋角測定程序」的描述，可以整理得影像式「螺旋角測定程序」的方法流程。請參照第13圖，第13圖係本發明所揭露之一種影像式螺旋角測定程序的方法流程示意圖。影像式「螺旋角測定程序」包含：先提供公稱外徑(步驟S1301)。接著，將微型鑽針移動至第一位置，其中微型鑽針於第一位置時，微型鑽針的鑽槽位於攝影機的影像擷取範圍內(步驟S1303)。然後，透過攝影機擷取微型鑽針的鑽槽影像(步驟S1305)，對鑽槽影像進行影像處理程序，以獲得鑽槽影像上的多個輪廓點(步驟S1307)。依據輪廓點的座標，判斷出相鄰兩波谷點的座標(步驟S1309)。根據上述量測得的結果，計算出相鄰兩波谷點之間的波谷距離(步驟S1311)，並依據波谷距離計算出微型鑽針的導程值(步驟S1313)，以及依據公稱外徑與導程值計算出螺旋角(步驟S1315)。
事實上，由於第7圖所對應的實施例中，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100" 也同樣包含光學感 測器104" ，是故第7圖所對應的實施例同樣也可根據第11圖所示的光學式「螺旋角測定程序」測得對應於待測微型鑽針50的螺旋角。在第7圖所對應的實施例中，使用者可以根據實際的量測考量，應用其中一種「螺旋角測定程序」測得螺旋角，或者以兩種方式分別量測得對應的結果再加以比較，在此並不加以限制。
在「螺旋角測定程序」結束後，計算機裝置108測得螺旋角Ψ，然後，計算機裝置108驅動線性運動平台101以使微型鑽針50移動到一預設位置，此預設位置可以是先前根據「鑽尖定位程序」完成後的定位位置，在此不加以限制。接著，微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100根據「芯厚值量測程序」量測待測微型鑽針50的芯厚值。
請參照第14A圖與第14B圖，第14A圖係本發明所揭露之ST型微型鑽針的垂直剖面示意圖，第14B圖係本發明所揭露之UC型微型鑽針的垂直剖面示意圖。如圖示，不論是ST型微型鑽針50或UC型微型鑽針50' ，微型鑽針50、50' 的外徑Db 、Db ' 理論上會分別等於公切圓直徑Dt 、Dt ' (即芯厚值62、62' )加上對應的兩槽深61、63、61' 、63' 。以下係以兩個實施例分別說明以本發明的「芯厚值量測程序」量測ST型微型鑽針50或UC型微型鑽針50' 時的芯厚值之實際情況。
請接著參照第15A圖~第15F圖以協助說明。第15A、15D圖係ST型微型鑽針分別在第一、第二角位置的側視示意圖、第15B、15C圖係ST型微型鑽針在第一角位置時的 15B-15B、15C-15C剖面的剖面示意圖、第15E、15F圖係ST型微型鑽針在第二角位置時的15E-15E、15F-15F剖面的剖面示意圖。
延續先前敘述，當ST型微型鑽針50以其中心軸為軸心旋轉至第一角位置時，其15B-15B剖面以及15C-15C剖面分別如第15B圖及第15C圖所示。值得注意的是，在第15B圖中所繪示的點Pm1 、Pm2 的連線長度係為微型鑽針50的外徑值(即第14圖所示的外徑Db )，且點Pm1 、Pm2 也位於微型鑽針50的15C-15C剖面的邊緣。而且此時點Pm1 所在的15C-15C剖面邊緣係為一凸狀輪廓(Convex contour)。
請同時參照第16A圖，第16A圖係為當微型鑽針位於第一角位置時其15C-15C截面位於光學量測平面上時的示意圖。如第16A圖所示，當此時的15C-15C平面位於量測光束的所形成的光學量測平面時，量測光束及其光學量測平面可以切過點Pm1 ，並使感測模組1042感測到相對應的最小第一間距量GU,min(1) 。而當微型鑽針50以其中心軸為軸心轉動180度時，此時點Pm2 位於凸狀輪廓上，光學量測平面可以切過點Pm2 ，並使感測模組1042感測到相對應的最小第一間距量GU,min(2) 。事實上，當感測模組1042感測到最小第一間距量GU,min(1) 、GU,min(2) 時，感測模組1042同時感測到最大的截面寬度Wmax 。而由第1圖以及第16A圖可以理解此最大的截面寬度Wmax 即為微型鑽針50的外徑Db 。
同理，由第15D圖、第15E圖、第15F圖可知，Pt1 、Pt2 的連線距離係為微型鑽針50的公切圓直徑，且點Pt1 、Pt2 也位於微型鑽針50的15F-15F剖面的邊緣。而且此時點Pt1 所在的15F-15F剖面邊緣係為一凸狀輪廓。請同時參照第16B圖，第16B圖係為當微型鑽針位於第二角位置時其15F-15F截面位於光學量測平面上時的示意圖。如第16B圖所示，當此時的15F-15F平面位於量測光束的所形成的光學量測平面時，光學量測平面可以切過點Pt1 ，並使感測模組1042感測到相對應的第一間距量GU,max(1) 。而當微型鑽針50以其中心軸為軸心轉動180度時，此時點Pt2 位於凸狀輪廓上，且量測光束所形成的光學量測平面可以通過點Pt2 ，並使感測模組1042感測到相對應的第一間距量GU,max(2) 。
前述的量測方法也適用於UC型的微型鑽針上。請接著參照第15G圖~第15L圖。第15G、15J圖係UC型微型鑽針分別在第三、第四角位置的側視示意圖，第15H、15I圖係UC型微型鑽針在第三角位置時的15H-15H、15I-15I剖面的剖面示意圖、第15K、15L圖係UC型微型鑽針在第四角位置時的15K-15K、15L-15L剖面的剖面示意圖。當UC型微型鑽針50' 以其中心軸為軸心旋轉至第三角位置時，其15H-15H剖面以及15I-15I剖面分別如第15H圖及第15I圖所示。如前所述，在第15H圖中所繪示的點Pm1 ' 、Pm2 ' 的連線長度係為微型鑽針50’的外徑值Db ' ，且點Pm1 ' 、Pm2 ' 也位於微型鑽針50' 的15I-15I剖面的邊緣。而且此時 點Pm1 ' 所在的15I-15I剖面邊緣係為一凸狀輪廓。
請同時參照第16C圖，第16C圖係為當微型鑽針50' 位於第三角位置時其15I-15I截面位於光學量測平面上時的示意圖。如第16C圖所示，當此時的15I-15I平面位於量測光束的所形成的光學量測平面時，量測光束及其光學量測平面可以切過點Pm2 ' ，並使感測模組1042感測到相對應的最小第一間距量GU,min(1) ' 。而當微型鑽針50' 以其中心軸為軸心轉動180度時，此時點Pm2 ' 位於凸狀輪廓上，量測光束可以切過點Pm2 ' ，並使感測模組1042感測到相對應的最小第一間距量GU,min(2) ' 。如前所述，當感測模組1042感測到最小第一間距量GU,min(1) ' 、GU,min(2) ' 時，感測模組1042同時感測到最大的截面寬度Wmax ' 。而由第1圖以及第16A圖可以理解此最大的截面寬度Wmax ' 即為微型鑽針50' 的外徑Db ' 。
同理，由第15J圖、第15K圖、第15L圖可知，Pt1 ' 、Pt2 ' 的連線距離係為微型鑽針50' 的公切圓直徑，且點Pt1 ' 、Pt2 ' 也位於微型鑽針50' 的15L-15L剖面的邊緣。而且此時點Pt1 ' 所在的15L-15L剖面邊緣係為一凸狀輪廓。請同時參照第16D圖，第16D圖係為當UC型微型鑽針位於第四角位置時其15L-15L截面位於光學量測平面上時的示意圖。如第15D圖所示，當此時的15L-15L平面位於量測光束的所形成的光學量測平面時，量測光束可以切過點Pt1 ' ，並使感測模組1042感測到相對應的第一間距量GU,max(1) ' 。而當微型鑽針50' 以其中心軸為軸心轉動180度時， 此時點Pt2 ' 位於凸狀輪廓上，且量測光束所形成的光學量測平面可以通過點Pt2 ' ，並使感測模組1042感測到相對應的第一間距量GU,max(2) ' 。
因此，當ST型微型鑽針50或UC型微型鑽針50' 透過旋轉夾頭103而旋轉至少一圈後，光學感測器104可以量測到至少一組最大第一間距量GU,max(1) 、GU,max(2) 或GU,max(1) ' 、GU,max(2) ' 與多個最小第一間距量GU,min(1) 、GU,min(2) 或GU,min(1) ' 、GU,min(2) ' ，如第17A圖與第17B圖所示，第17A圖係進行芯厚值量測程序時第一間距量與寬度值隨時間變化的示意圖；第17B圖係進行芯厚值量測程序時第一間距量隨時間變化的細部示意圖。如第17A圖所示，量測得的第一間距量GU 與實際上的截面寬度W呈現相反的變化趨勢：當第一間距量GU 增加時，截面寬度W隨之減少；而當第一間距量GU 減少時，截面寬度W隨之增加。
在一實施例中，計算機裝置108可以只根據第一間距量GU 即算出槽深61、63的值。由所量測得的第一間距量GU 中，計算機裝置108可以判斷出多個最大第一間距量GU,max 以及多個最小第一間距量GU,min 。所述的最大第一間距量GU,max 以及多個最小第一間距量GU,min 係為第一間距量GU 的區域最大值(Local maximum)以及區域最小值(Local minimum)。更具體地對應於第17B圖中所示的GU 波形，多個最大第一間距量GU,max 係對應於曲線的各波峰，多個最小第一間距量GU,min 係對應於曲線的各波谷。
延續前一實施例，計算機裝置108可以根據ST型微型鑽針50的這些多個最大、最小第一間距量GU,max(1) 、GU,max(2) 、GU,min(1) 、GU,min(2) 以及以下的計算式計算得ST型微型鑽針50的槽深61、63的值df1 、df2 ：df1 =GU,max(1) -GU,min(1)
df2 =GU,max(2) -GU,min(2) 再根據下式： 計算機裝置108即可判斷得ST型微型鑽針50的芯厚值。
事實上，計算機裝置108也可以根據UC型微型鑽針50' 的多個最大、最小第一間距量GU,max(1) ' 、GU,max(2) ' 、GU,min(1) ' 、GU,min(2) ' 以及以下的計算式計算得UC型微型鑽針50' 的槽深61' 、63' 的值df1 ' 、df2 ' ：df1 ' =GU,max(1) ' -GU,min(1) '
df2 ' =GU,max(2) ' -GU,min(2) ' 再根據下式： 計算機裝置108即可判斷得UC型微型鑽針50' 的芯厚值。
是故，在「芯厚值量測程序」中，計算機裝置108先驅動旋轉運動平台106，以使第二乘載平台105以前述的z軸方向為軸心旋轉，進而使得待測微型鑽針50之中心軸與光學量測平面兩者所夾有的夾角之角度實質上等同於前述的螺旋角Ψ。且 計算機裝置108更驅動線性運動平台101，以使微型鑽針50的某一待測截面位於光學量測平面上。接著，計算機裝置108更驅動旋轉夾頭103以微型鑽針50的中心軸為軸心轉動所述的待測微型鑽針50至少一圈。
當微型鑽針50轉動時，位於量測光束所形成之量測平面的微型鑽針50的輪廓會不斷地根據其轉動而變化。因此，感測模組1042所感測出的第一間距量GU 也對應地不斷變化。計算機裝置108則先從所感測到的第一間距量GU 判斷出最大第一間距量GU,max 與最小第一間距量GU,min ，再如前述依序計算出槽深61、63以及芯厚62的值。
在此為求敘述簡明，僅敘述以「芯厚值量測程序」量測一次單一待測截面，並根據量測一次所得的量測值判斷得芯厚值。惟所屬技術領域具通常知識者當可理解，在實務上也可以用「芯厚值量測程序」對單一截面量測多次後，根據多次量測所得的量測值判斷微型鑽針50的芯厚值；甚或，在量測完一待測截面後，計算機裝置108更可驅動線性運動平台101，以使微型鑽針50的另一個待測截面位於所述的光學量測平面上，以進行另一次的量測；亦即，以微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統100連續量測多個待測截面的芯厚值。
根據先前對「芯厚值量測程序」的敘述，可以整理得其方法流程。請參照第18圖，第18圖係芯厚值量測程序的方法流程圖。芯厚值量測程序包含：先設定量測參數，其中量測參 數指示有微型鑽針的待測截面的位置與所重複量測之次數(步驟S1801)。接著，藉由光學感測器提供光學量測平面，其中光學量測平面係為由光學感測器的發光模組與感測模組之間的光束的傳播路徑所形成(步驟S1803)。進行鑽尖定位程序，使微型鑽針的鑽尖位於光學量測平面(步驟S1805)。進行螺旋角測定程序，計算出微型鑽針的螺旋角(步驟S1807)。使微型鑽針的中心軸與光學量測平面之間的夾角實質上等於螺旋角，並使微型鑽針的待測截面位於光學量測平面(步驟S1809)。以微型鑽針的中心軸為軸心轉動微型鑽針(步驟S1811)。透過光學感測器感測出當下的截面寬度、第一間距量與第二間距量，其中截面寬度係為被微型鑽針所阻隔而未被感測模組所接收到的光束的寬度，而第一間距量與第二間距量係為光學感測器所接收到的未被微型鑽針所阻隔的光束的兩寬度(步驟S1813)。最後，依據光學感測器於微型鑽針進行轉動時所感測出的最大的截面寬度、微型鑽針轉動於其中一半圈時的最大的第一間距量與最小的第一間距量以及微型鑽針轉動於接下來的另一半圈時的最大的第一間距量與最小的第一間距量計算出待測截面的芯厚值(步驟S1815)。
綜上所述，本發明提供了一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統及方法，根據微型鑽針的螺旋角輔以光學量測方式取得一相對應的量測影像，並對所述量測影像進行訊號處理以取得微型鑽針的待量測截面的各個所需特徵值，再據以推算出所述待量測截面所對應鑽槽的芯厚值。透過此創新的光 學量測方法與系統，除了可以改善先前破壞式量測技術僅能進行抽檢的缺點，更可降低先前非破壞式量測技術的硬體成本及改善其量測穩定度與量測效率；除此之外，以本發明之系統與方法所取得的量測數據更能符合業界所要求的精確度與穩定性，相當具有實用性。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

Claims (10)

  1. 一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統，用以量測一微型鑽針的一芯厚值，該微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統包含：一計算機裝置；一線性運動平台，電性連接該計算機裝置並具有一第一承載平台，該線性運動平台根據該計算機裝置的指示，使該第一承載平台沿一第一軸向移動，其中該第一軸向平行該第一承載平台所在之平面；一旋轉夾頭，電性連接該計算機裝置且設置於該第一承載平台上，該旋轉夾頭用以夾持該微型鑽針，以使該微型鑽針的中心軸平行該第一軸向，並根據該計算機裝置的指示，使該微型鑽針以其中心軸為軸心轉動；一旋轉運動平台，電性連接該計算機裝置並具有一第二承載平台，該旋轉運動平台根據該計算機裝置的指示，使該第二承載平台以一第二軸向為軸心轉動，其中該第二軸向垂直該第二承載平台所在之平面，且該第二軸向垂直該第一軸向與該微型鑽針的中心軸；以及一光學感測器，包含：一發光模組，設置於該第二承載平台的一端，該發光模組用以發出一光束；以及 一感測模組，電性連接該計算機裝置且設置於該第二承載平台的另一端，該感測模組用以接收該光束以使該光束的傳播路徑上形成一平行該第二軸向的一光學量測平面，並於該微型鑽針位於該光學量測平面上時，感測出當下該微型鑽針的一截面寬度、一第一間距量與一第二間距量，其中該截面寬度係為被該微型鑽針所阻隔而未被該感測模組所接收到的該光束的一寬度，且該第一間距量與該第二間距量係為該感測模組所接收到的未被該微型鑽針所阻隔的該光束的兩寬度；其中，該計算機裝置依據該微型鑽針的一螺旋角控制該第二承載平台以該第二軸向為軸心轉動，並使該微型鑽針的中心軸與該光學量測平面之間的夾角實質上等於該螺旋角且該微型鑽針的一待測截面位於該光學量測平面上後，該計算機裝置更控制該旋轉夾頭以該微型鑽針的中心軸為軸心轉動該微型鑽針，並依據該感測模組於該微型鑽針進行轉動時所感測出的最大的該截面寬度、該微型鑽針轉動於其中一半圈時的最大的該第一間距量與最小的該第一間距量以及該微型鑽針轉動於接下來的另一半圈時的最大的該第一間距量與最小的該第一間距量計算出該待測截面的該芯厚值； 其中，該芯厚值等於該微型鑽針進行轉動時所感測出的最大的該截面寬度減去該待測截面的一第一鑽槽深度與一第二鑽槽深度之總和，其中該第一鑽槽深度係為該微型鑽針轉動於其中一半圈時的最大的該第一間距量與最小的該第一間距量之差值，該第二鑽槽深度係為該微型鑽針轉動於接下來的另一半圈時的最大的該第一間距量與最小的該第一間距量之差值。
  2. 如請求項1所述的微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統，其中該計算機裝置係根據該微型鑽針的一公稱外徑與該微型鑽針的一導程值計算出該螺旋角。
  3. 如請求項1所述的微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統，其中該計算機裝置係透過該第一承載平台於該第一軸向上的往復移動以及當下該感測模組所感測到的數據，判斷出該微型鑽針的鑽尖是否位於該光學量測平面上。
  4. 如請求項1所述的微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統，其中更包含一攝影機、一鏡頭與一背光源，該背光源設置於該第二承載平台上且位於該發光模組與該感測模組之間，該攝影機與該鏡頭設置於該背光源上方，當該微型鑽針的鑽尖位於該攝影機的影像擷取範圍內時，該攝影機透過該鏡頭擷取該微型鑽針的一鑽尖影像並將該影像輸出至該計算機裝置，以使該計算機裝置依據該 鑽尖影像計算當下該微型鑽針的鑽尖與該光學量測平面之間的一定位距離，並使該計算機裝置控制該第一承載平台朝向該光學量測平面移動該定位距離，其中該鏡頭的軸心延伸方向垂直該微型鑽針的中心軸。
  5. 如請求項4所述的微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測自動化系統，其中該計算機裝置更透過該鏡頭所擷取到的該微型鑽針的一鑽槽影像，計算出該微型鑽針的一導程值。
  6. 一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測方法，用以量測一微型鑽針的一芯厚值，該微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學光學量測方法包含：設定一量測參數，其中該量測參數指示有該微型鑽針的一待測截面的位置與所重複量測之次數；藉由一光學感測器提供一光學量測平面，其中該光學量測平面係為由該光學感測器的發光模組與感測模組之間的一光束的傳播路徑所形成；進行一鑽尖定位程序，使該微型鑽針的鑽尖位於該光學量測平面；進行一螺旋角測定程序，計算出該微型鑽針的一螺旋角；使該微型鑽針的中心軸與該光學量測平面之間的夾角實質上等於該螺旋角，並使該微型鑽針的該待測截面位於該光學量測平面； 以該微型鑽針的中心軸為軸心轉動該微型鑽針；透過該光學感測器感測出當下的一截面寬度、一第一間距量與一第二間距量，其中該截面寬度係為該感測模組所未接收到的被該微型鑽針所阻隔的該光束的一寬度，且該第一間距量與該第二間距量係為該光學感測器所接收到的未被該微型鑽針所阻隔的該光束的兩寬度；以及依據該光學感測器於該微型鑽針進行轉動時所感測出的最大的該截面寬度、該微型鑽針轉動於其中一半圈時的最大的該第一間距量與最小的該第一間距量以及該微型鑽針轉動於接下來的另一半圈時的最大的該第一間距量與最小的該第一間距量計算出該待測截面的該芯厚值；其中，該芯厚值等於該微型鑽針進行轉動時所感測出的最大的該截面寬度減去該待測截面的一第一鑽槽深度與一第二鑽槽深度之總和，其中該第一鑽槽深度係為該微型鑽針轉動於其中一半圈時的最大的該第一間距量與最小的該第一間距量之差值，該第二鑽槽深度係為該微型鑽針轉動於接下來的另一半圈時的最大的該第一間距量與最小的該第一間距量之差值。
  7. 如請求項6所述的一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測方法，其中該鑽尖定位程序係透過將該微型鑽針於一第一軸向上的往復移動以及當下該光學感測器所感測到的 數據，判斷出該微型鑽針的鑽尖是否位於該光學量測平面，其中該第一軸向平行該微型鑽針的中心軸。
  8. 如請求項6所述的一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測方法，其中該鑽尖定位程序包含：將該微型鑽針移動至一第一位置，其中該微型鑽針於該第一位置時，該微型鑽針的鑽尖位於一攝影機的影像擷取範圍內；透過該攝影機擷取該微型鑽針的一鑽尖影像；獲得該鑽尖影像上的多個輪廓點；依據該些輪廓點的座標，判斷出一鑽尖點，其中該鑽尖點係為該微型鑽針的鑽尖於該鑽尖影像中的座標點；依據該鑽尖點計算當下該微型鑽針的鑽尖與該光學量測平面之間的一定位距離；以及使該微型鑽針朝向該光學量測平面移動該定位距離。
  9. 如請求項6所述的一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測方法，其中該螺旋角測定程序包含：提供一公稱外徑；將該微型鑽針由一第一位置移動至一第二位置，其中該微型鑽針由該第一位置移動至該第二位置時，該微型鑽針的至少一螺距通過該光學量測平面；透過該光學感測器感測出該微型鑽針由該第一位置移動至該第二位置時的所有該第一間距量； 依據該些第一間距量，搜尋出該些第一間距量之波形曲線的至少二波峰位置。計算相鄰兩波峰位置之間的一波峰距離；依據該波峰距離計算出該微型鑽針的一導程值；以及依據該公稱外徑與該導程值計算出該螺旋角。
  10. 如請求項6所述的一種微型鑽針芯厚之非破壞式暨光學量測方法，其中該螺旋角測定程序包含：提供一公稱外徑；將該微型鑽針移動至一第一位置，其中該微型鑽針於該第一位置時，該微型鑽針的鑽槽位於一攝影機的影像擷取範圍內；透過該攝影機擷取該微型鑽針的一鑽槽影像；對該鑽槽影像進行一影像處理程序，以獲得該鑽槽影像上的多個輪廓點；依據該些輪廓點於該鑽槽影像中的座標，判斷出相鄰兩波谷點的座標；計算出相鄰兩波谷點之間的一波谷距離；依據該波谷距離計算出該微型鑽針的一導程值；以及依據該公稱外徑與該導程值計算出該螺旋角。
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