TWI543830B

TWI543830B - 視覺誤差校正方法

Info

Publication number: TWI543830B
Application number: TW102116750A
Authority: TW
Inventors: 呂紹銓; 曾介亭; 李閔凱
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2016-08-01
Also published as: CN104139247A; TW201442811A; US9423248B2; US20140333931A1; CN104139247B

Description

視覺誤差校正方法

本揭露是有關於一種校正方法，且特別是有關於一種視覺誤差校正方法。

在許多先進材料加工製程與精密加工製程中，傳統加工技術已不敷需求，而需借重雷射微加工技術，才能因應製程所需。精密加工製程中，視覺定位功能亦是精密加工的手段之一。

一般而言，振鏡的雷射加工系統其控制的方法是利用反射鏡片來改變雷射光束的入射角度，將雷射光束控制在工件的預加工位置。搭配同軸視覺技術，加工物可在電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)上進行成像，來達成視覺定位的功能，由於雷射光束與可見光波段不同，造成雷射光束的光軸與可見光的光軸不同，因而產生光程誤差或其它可能的誤差。這些誤差會使電荷耦合元件上的影像有視覺誤差的產生，進而降低視覺的定位精度。

因此，雷射同軸視覺模組的視覺誤差問題，實為目前研發人員關注的重要課題。

本揭露的一實施例的一種視覺誤差校正方法適於校正一雷射加工裝置的多個視覺定位誤差，其包括：提供一對位圖案，對位圖案具有至少一對位點；使對位圖案的一預設點位於一工作區域的一第一預設位置上，對位圖案於一影像感測單元的一可視區域上形成一對位圖案影像，且預設點於可視區域上形成的一預設影像點位於可視區域的一預設位置上，其中工作區域具有多個第二預設位置；使對位圖案的至少一對位點位於其中一第二預設位置上；調整一振鏡掃描模組的多個參數，使至少一對位點於可視區域上形成的一對位影像點位於可視區域的預設位置上，且記錄振鏡掃描模組的這些參數；使對位影像點陸續地相對移動至可視區域的多個位置上，並分別記錄對位影像點於可視區域的這些位置、對位點於工作區域中的多個位置以及振鏡掃描模組的這些參數，以製作工作區域所屬的一對位表。

為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

60‧‧‧雷射光

70‧‧‧可見光

100、200‧‧‧雷射加工裝置

110‧‧‧雷射源

120‧‧‧振鏡掃描模組

121‧‧‧聚焦鏡

123、125‧‧‧反射鏡

122、124‧‧‧旋轉機構

130‧‧‧分光鏡

140‧‧‧影像感測單元

150‧‧‧移動平台

160‧‧‧控制單元

T‧‧‧校正點

A、A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8‧‧‧對位點

C‧‧‧預設點

TI‧‧‧校正影像點

AI、AI0、AI1、AI2、AI6‧‧‧對位影像點

CI‧‧‧預設影像點

AO‧‧‧預設位置

O‧‧‧第一預設位置

O0、O1、O2、O3、O4、O5、O6、O7、O8‧‧‧第二預設位置

P1、P2、P3、P4‧‧‧位置

TP‧‧‧歸零對位圖案

AP、AP’‧‧‧對位圖案

AP0、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8‧‧‧子對位圖案

PI‧‧‧對位圖案影像

WS‧‧‧雷射加工試片

AS‧‧‧校正試片

WA‧‧‧工作區域

WA0、WA1、WA2、WA3、WA4、WA5、WA6、WA7、WA8‧‧‧子工作區域

AA‧‧‧可視區域

(θ_X,θ_Y)‧‧‧振鏡參數(以座標方式表示)

(x,y)‧‧‧可視區域上的位置座標

(X,Y)‧‧‧工作區域上的位置座標

L‧‧‧水平參考軸

S110、S111、S112、S120、S121、S122、S130、S140、S150、S210、S220、S230、S240、S250、S260、S270‧‧‧步驟

圖1是本揭露一實施例的一種視覺誤差校正方法的流程圖。

圖2是本揭露一實施例的一種雷射加工裝置的架構示意圖。

圖3A是圖1的實施例的部份視覺誤差校正方法的流程圖。

圖3B是圖2的一種振鏡掃描模組的架構示意圖。

圖3C是圖3A的實施例的一種對位圖案正視示意圖。

圖3D是圖3A的實施例的工作區域正視示意圖。

圖3E是圖3A的實施例的對位圖案影像於可視區域的正視示意圖。

圖4A是圖1的實施例的對位圖案於工作區域觀測座標系內的正視示意圖。

圖4B是圖2的一種移動平台的側視示意圖。

圖4C是圖1的實施例的工作區域位於移動平台上的正視示意圖。

圖4D與圖4E是圖4A的對位圖案影像於不同可視區域觀測座標系上的正視示意圖。

圖5A是圖1的實施例的對位圖案的移動路徑示意圖。

圖5B是圖5A的對位圖案影像於可視區域上的正視示意圖。

圖5C是圖5A的對位圖案的移動路徑示意圖。

圖5D是圖5C的對位圖案影像於可視區域上的正視示意圖。

圖6是本揭露另一實施例的一種視覺誤差校正方法的流程圖。

圖7是本揭露另一實施例的一種雷射加工裝置的架構示意圖。

圖8是圖6的實施例的一種對位圖案正視示意圖。

圖9A至圖9E是圖6的實施例的一種對位圖案位置的校正方法的流程示意圖。

圖10A是圖6的實施例的工作區域觀測座標系以及可視區域觀測座標系間的相對移動路徑示意圖。

圖10B與圖10C是圖10A中的一子對位圖案影像於不同可視區域觀測座標系上的正視示意圖。

圖11A是圖6的實施例的工作區域觀測座標系以及可視區域觀測座標系間的相對移動路徑示意圖。

圖11B與圖11C是圖11A中的子對位圖案影像於不同可視區域觀測座標系上的正視示意圖。

圖1是本揭露一實施例的一種視覺誤差校正方法的流程圖。圖2是本揭露一實施例的一種雷射加工裝置的架構示意圖。請參照圖1，在本實施例中，視覺誤差校正方法例如可利用圖2中的雷射加工裝置100來執行，但本揭露不以此為限。或者，視覺誤差校正方法亦可透過一載入圖2中的雷射加工裝置100的電腦程式產品(包含用以執行此視覺誤差校正方法的程式指令)及其相關硬體設備來執行，但本揭露亦不以此為限。本實施例的視覺誤差校正方法可用以校正一雷射加工裝置100的多個視覺定位誤差，其包括下列步驟：首先，執行步驟S110，提供一對位圖案AP，對位圖案AP上並具有至少一對位點A。以下將搭配圖3A至3C，針對步驟S110的執行方法進行詳細描述。

圖3A是圖1的實施例的部份視覺誤差校正方法的流程圖。圖3B是圖2的一種振鏡掃描模組的架構示意圖。圖3C是圖3A的實施例的一種對位圖案正視示意圖。請參照圖3A至圖3C，先執行步驟S111，提供一雷射加工試片WS，並使雷射加工試片WS位於工作區域WA內，接著執行步驟S112，於雷射加工試片WS上形成一對位圖案AP。具體而言，在本實施例中，形成對位圖案AP的方式例如可利用圖2中的雷射加工裝置100的一雷射源110所發出的雷射光60於雷射加工試片WS上進行加工。進一步而言，在本實施例中，加工雷射加工試片WS的步驟例如可利用圖3B中的振鏡掃描模組120來執行。更詳細而言，振鏡掃描模組120位於雷射光60的傳遞路徑上，並包括一聚焦鏡121以及二反射鏡123、125，反射鏡123、125並分別與二旋轉機構122、124連接，旋轉機構122、124可旋轉反射鏡123、125，並藉此反折雷射光60。舉例而言，旋轉機構122、124為電流計(galvanometer)馬達，但本揭露不以此為限。雷射光60被振鏡掃描模組120反射後經由聚焦鏡121聚焦至工作區域WA上，對雷射加工試片WS進行加工，以形成對位圖案AP。

如圖3C所示，在本實施例中，對位圖案AP的圖案為一十字型，但本揭露不以此為限。在其他實施例中，對位圖案AP亦可為圓形、多邊形或其他易於辨識的任意形狀。此外，在本實施例中，對位點A的數量為一個，且對位點A例如為對位圖案AP 的中心，但本揭露亦不以此為限。在其他可行的實施例中，對位點A可不只有一個，且亦可為對位圖案AP的其他部分，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來進行對位點A的設計，此處便不再贅述。

接著，請再次參照圖1，執行步驟S120，使對位圖案AP的一預設點C位於工作區域WA的第一預設位置O上，且使預設點C於可視區域AA上形成的一預設影像點CI位於可視區域AA的一預設位置AO上。以下將搭配圖3A、圖3D至3E，針對步驟S120的執行方法進行詳細描述。

圖3D是圖3A的實施例的工作區域正視示意圖。圖3E是圖3A的實施例的對位圖案影像於可視區域的正視示意圖。請參照圖3A與圖3D，執行步驟S121，使對位圖案AP的一預設點C位於工作區域WA的第一預設位置O上。在本實施例中，預設點C與第一預設位置O例如分別為對位圖案AP與工作區域WA的中心，但本揭露不以此為限，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來進行預設點C與第一預設位置O的位置設定，此處便不再贅述。

接著，請參照圖3D與圖3E，執行步驟S122，調整一分光鏡130的角度參數，使預設點C於可視區域AA上形成的一預設影像點CI位於可視區域AA的預設位置AO上。具體而言，在本實施例中，步驟S122可利用調整圖2中的雷射加工裝置100的分光鏡130來執行。如圖2所示，更詳細而言，雷射加工裝置100 的分光鏡130位於雷射光60的傳遞路徑上，其中可見光70可經由分光鏡130傳遞至雷射加工裝置100的一影像感測單元140中，並使對位圖案AP此時於影像感測單元140的可視區域AA上形成一對位圖案影像PI，且預設點C可於影像感測單元140的可視區域AA上形成預設影像點CI。藉由調整分光鏡130的角度參數，將可使預設影像點CI位於可視區域AA的預設位置AO上。此外，亦需說明的是，在本實施例中，可視區域AA的解析度例如可為640x480像素，而預設位置AO例如為可視區域AA的中心，亦即為(320,240)的座標位置，但本揭露不以此為限。在其他實施例中，可視區域AA的尺寸例如可為900x900像素或其他適合解析度的像素範圍，且預設位置AO亦可不為可視區域AA的中心，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來進行可視區域AA的解析度選擇預設位置AO的位置設定，此處便不再贅述。

圖4A是圖1的實施例的對位圖案於工作區域觀測座標系內的正視示意圖。請參照圖4A，在本實施例中，工作區域WA更具有多個第二預設位置O0、O1、O2、O3、O4、O5、O6、O7、O8。詳細而言，在本實施例中，工作區域WA可區分為多個陣列排列的子工作區域WA0、WA1、WA2、WA3、WA4、WA5、WA6、WA7、WA8，而各第二預設位置O0、O1、O2、O3、O4、O5、O6、O7、O8分別為各子工作區域WA0、WA1、WA2、WA3、WA4、WA5、WA6、WA7、WA8的中心，但本揭露不以此為限，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來進行各第二預設位置 O0、O1、O2、O3、O4、O5、O6、O7、O8的位置設定，此處便不再贅述。

需說明的是，本實施例是藉由對位圖案AP的對位點A(繪示於圖4C)與其所形成的對位影像點AI(繪示於圖4D)分別陸續地相對移動至工作區域WA與可視區域AA的多個位置上，並進行相關參數的記錄，以製作工作區域WA所屬的對位表。因此，以下將搭配圖4B至5D，針對執行製作工作區域WA所屬對位表的方法進行詳細描述，且將加註對位點A與其所形成的對位影像點AI於各座標系中的位置座標以明示工作區域WA與可視區域AA上的各點位置對應關係。

圖4B是圖2的一種移動平台的側視示意圖。圖4C是圖1的實施例的工作區域位於移動平台上的正視示意圖。請參照圖4B與圖4C，執行步驟S130，使對位圖案AP的對位點A位於其中一第二預設位置例如為O1(-Q,-Q)上。具體而言，在本實施例中，步驟S130例如可利用調整圖4B的移動平台150來執行，但本揭露不以此為限。如圖4C所示，更詳細而言，此時對位圖案AP位於工作區域WA的移動平台150上，且對位點A亦位於工作區域WA座標系的第一預設位置O(0,0)上。接著，可使移動平台150相對於工作區域WA移動。如此一來，將可使對位點A位於工作區域WA座標系的其中一第二預設位置O1(-Q,-Q)上。

圖4D與圖4E是圖4A的對位圖案影像於不同可視區域觀測座標系上的正視示意圖。接著，執行步驟S140，調整振鏡掃描模組120的多個參數(θ_X,θ_Y)，使對位點A於可視區域AA上形成的一對位影像點AI位於可視區域AA的預設位置AO上，且記錄振鏡掃描模組120的這些參數(θ_X,θ_Y)。具體而言，在本實施例中，振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)例如為反射鏡123、125的角度參數或位置參數。詳細而言，在理論上，振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)與工作區域中WA的位置座標(X,Y)有一相對應的關係，而可藉由調整振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)，以使工作區域WA的不同區域影像出現在可視區域AA內。

然而，一般而言，由於在雷射加工裝置100中行進的可見光70與雷射光60因波段不同，造成可見光經過光學元件(聚焦鏡121等光學元件)後，可見光70與雷射光60的光軸不同，因而產生視覺誤差。如此一來，工作區域WA上的對位點A於可視區域AA所形成的對位影像點AI的實際位置與雷射加工位置就會出現誤差。

舉例而言，當對位點A位於工作區域WA座標系的第二預設位置O1(-Q,-Q)上，並調整振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)為(θ_-Q,θ_-Q)時，理論上應可使預設位置AO上為對位點A所形成的對位影像點AI，但如圖4D所示，實際上，對位影像點AI卻會偏離預設位置AO。因此，需再次進行振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)的微調，以使對位影像點AI位於可視區域AA的預設位置AO上。此時，振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)可表示為(θ_-Q+△θ_{X O1},θ_-Q+△θ_{Y O1})，相關實際數值並可同時記錄至系統中，以供後續參照。

進一步而言，由於上述的視覺誤差可能也包括因影像扭曲而衍生的影像計算誤差，因此可再進行影像點AI於可視區域AA上的多個位置例如是位置P1(320+x1,240-y1)、P2(320-x1,240-y1)、P3(320-x1,240+y1)、P4(320+x1,240+y1)的校正，以製作更精確的對位表。以下將搭配圖5A至5D，進行詳細的敘述。

圖5A是圖1的實施例的對位圖案的移動路徑示意圖。圖5B是圖5A的對位圖案影像於可視區域上的正視示意圖。圖5C是圖5A的對位圖案的移動路徑示意圖。圖5D是圖5C的對位圖案影像於可視區域上的正視示意圖。請參照圖5A至圖5D，執行步驟S150，使對位影像點AI陸續地相對移動至可視區域AA的多個位置P1(320+x1,240-y1)、P2(320-x1,240-y1)、P3(320-x1,240+y1)、P4(320+x1,240+y1)上，並分別記錄對位影像點AI於可視區域AA的各位置座標(x,y)、對位點A於工作區域WA中的各位置座標(X,Y)以及振鏡掃描模組120的各參數(θ_X,θ_Y)，以製作工作區域WA所屬的對位表。

具體而言，在本實施例中，步驟S150例如可利用調整圖4B的移動平台150來執行，但本揭露不以此為限。如圖5A所示，更詳細而言，若欲將對位影像點AI相對移動至可視區域AA的位置P1(320+x1,240-y1)上，可先依據一計算的理論值，使移動平台150相對於工作區域WA移動至一點P，此時對位點A於工作區域WA中的位置座標(X,Y)將可表示為位置座標(-Q+X_P1,-Q+Y_P1)。然而，如圖5B所示，此時可視區域AA中的對位影像點AI卻會些微偏離位置P1(320+x1,240-y1)。因此，需再次使移動平台150相對於工作區域WA進行些微的移動，以微調對位圖案AP的位置(如圖5C所示)，以使對位影像點AI可位於可視區域AA的位置P1(320+x1,240-y1)上(如圖5D所示)。此時，對位點A於工作區域WA中的位置座標(X,Y)將可表示為位置座標(-Q+X_P1+△X_O1P1,-Q+Y_P1+△Y_O1P1)，相關實際數值並可同時記錄至系統中，以供後續參照。接著，可再繼續進行其他位置P2(320-x1,240-y1)、P3(320-x1,240+y1)、P4(320+x1,240+y1)的校正，並同時記錄相關實際數值至系統中，以供後續參照。需說明的是，本揭露不限定其他位置P2、P3、P4的校正順序，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來進行這些位置P2、P3、P4的校正順序，此處便不再贅述。此外，執行其他位置P2、P3、P4校正的方法與圖5A至圖5D中的執行步驟類似，在此亦不再重述。

表1是記錄圖1實施例中的對位點座標變化的一種對位表。

如表1所示，在完成步驟S130、S140以及S150之後，可彙整所得的對位影像點AI於可視區域AA的各點位置座標(x,y)、對位點A於工作區域WA中的各點位置座標(X,Y)以及振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)，以形成子工作區域WA1所屬的對位表。此外，值得注意的是，在本實施例中，上述可視區域AA的多個位置雖以4個呈陣列排列的位置P1、P2、P3、P4為例示，但本揭露不限定這些位置的數量，亦不限定其排列方式。換言之，在其他可行的實施例中，這些位置的數目亦可為其他數量，其排列方式亦可為其他適合的規則排列或不規則方式，本揭露皆不以此為限。

表2是記錄圖1實施例中的對位點座標變化的另一種對位表示意圖。

在本實施例中，更可重覆執行步驟S130、S140以及S150 多次，且多次重複的步驟S130中的第二預設位置O0、O1、O2、O3、O4、O5、O6、O7、O8彼此不相同，以分別完成各子工作區域WA0、WA1、WA2、WA3、WA4、WA5、WA6、WA7、WA8所屬的各對位表。在完成了所需的工作區域WA的實際需求範圍的校正後，可將所得的對位影像點AI於可視區域AA的各點位置座標(x,y)、對位點A於工作區域WA中的各點位置座標(X,Y)以及振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)，彙整至工作區域WA所屬的對位表中，以供後續參照。

舉例而言，在表2中，包括WA1、P1、P2、P3、P4...Pn、θ_-Q+△θ_{X O1},θ_-Q+△θ_{Y O1}的此列意義例如可作為代表子工作區域WA1所屬的對位表。換言之，在完成子工作區域WA1所屬的對位表(即表1)製作後，可將其彙整至工作區域WA所屬的對位表(即表2)中所標示的WA1、P1、P2、P3、P4...Pn、θ_-Q+△θ_{X O1},θ_-Q+△θ_{Y O1}的此列位置上，以完成工作區域WA所屬的對位表(即表2)的製作。此外，在本實施例中，並不限定子工作區域WA1的對位位置數量，因此以P1、P2、P3、P4...Pn來表示子工作區域WA1的多個對位位置。在本實施例中，完成子工作區域WA1所屬對位表的方法類似於表1的製作方法，詳細說明請參照上述段落，在此不再重述。

另，亦值得注意的是，在上述步驟的說明中，工作區域WA雖以區分為9個子工作區域WA0、WA1、WA2、WA3、WA4、WA5、WA6、WA7、WA8為例示，但本實施例不限定子工作區域的數量，因此以WA1、WA2…WAn來表示多個子工作區域，其中製作各子工作區域WA1、WA2…WAn所屬對位表的方法類似於表1的製作方法，詳細說明請參照上述段落，在此亦不再重述。換言之，在完成子工作區域WA1、WA2…WAn所屬的對位表製作後，可將其彙整至工作區域WA所屬的對位表(即表2)中所標示的WA1、WA2…WAn的各列位置上，以完成工作區域WA所屬的對位表(即表2)的製作。

另，在本實施例中，亦不限定各子工作區域的排列方式。換言之，在本實施例中，子工作區域的數目亦可為其他數量或其他適合的排列方式，本揭露不以此為限。此外，亦值得注意的是，本揭露不限定各子工作區域的執行順序，亦不限定各子工作區域皆須經過校正。此技術領域中具有通常知識者當可依據工作區域WA的實際需求範圍來決定是否進行各子工作區域的校正以及其相關執行順序的安排，此處便不再贅述。

舉例而言，在其他實施例中，若使用者工作的實際需求範圍為四個子工作區域，則使用者可僅對所需區域進行校正。詳細而言，使用者例如可針對子工作區域WA0、WA8、WA1以及WA2等四個子工作區域重覆執行步驟S130、S140以及S150多次，以製作一包括所需WA0、WA8、WA1以及WA2等四個子工作區域的對位表，而即可滿足實際操作雷射加工裝置100加工工件時的工作範圍需求。

此外，亦值得說明的是，本實施例亦可僅針對位於工作區域WA四角落中的4個子工作區域WA1、WA3、WA5、WA7進行校正，並據此製作一對位表，再根據此對位表的記錄資料與利用內插法的計算求得其他子工作區域的對應值。如此，亦可完成工作區域WA所屬的對位表的製作。

更進一步而言，使用者在實際操作雷射加工裝置100加工工件時，則可透過可視區域AA所觀測到的工件影像以控制雷射光60在工件的希望位置上進行加工，並同時參照表1、表2或是前述其他範圍的工作區域對位表中所記錄的資料，以內插法求得此一希望位置於工作區域WA上所對應的實際位置後，再進行雷射加工裝置100的相關參數或位置設定，以執行工件的加工。如此一來，即可使雷射加工裝置達到「所見即所打」的作用，並有效降低視覺定位誤差與影像計算誤差。

圖6是本揭露另一實施例的一種視覺誤差校正方法的流程圖。圖7是本揭露另一實施例的一種雷射加工裝置的架構示意圖。在本實施例中，視覺誤差校正方法例如可利用圖2中的雷射加工裝置100或是圖7中的雷射加工裝置200來執行，但本揭露不以此為限。或者，視覺誤差校正方法亦可透過一載入圖2中的雷射加工裝置100或是圖7中的雷射加工裝置200的電腦程式產品(包含用以執行此視覺誤差校正方法的程式指令)及其相關硬體設備來執行，但本揭露亦不以此為限。本實施例的視覺誤差校正方法的方法與圖1實施例中的視覺誤差校正方法的方法類似，而兩者的差異如下所述。

首先，請參照圖6，執行步驟210，進行歸零校正。先於一雷射加工試片WS上利用雷射加工形成一歸零對位圖案TP後，使歸零對位圖案TP的一校正點T位於工作區域WA的第一預設位置O上，且使校正點T於可視區域AA上形成的一校正影像點TI位於可視區域AA的預設位置AO(即可視區域AA的中心)上。在本實施例中，校正點T為歸零對位圖案TP的中心，但本揭露不以此為限，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來進行校正點T的設計，此處便不再贅述。此外，在本實施例中，形成歸零對位圖案TP以及移動校正點T與校正影像點TI的方法與圖3A至圖3E所繪示的形成對位圖案AP以及移動預設點C與預設影像點CI的方法類似，相關細節已在上述段落中詳述，在此不再重述。

圖8是圖6的實施例的一種對位圖案正視示意圖。請參照圖8，接著，執行步驟S220，提供一校正試片AS。在本實施例中，校正試片AS例如由光學玻璃所製成。此外，校正試片AS上具有準確的對位圖案AP’，且對位圖案AP’具有多個對位點A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8。具體而言，在本實施例中，各對位點A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8並分別位於對位圖案AP’的多個子對位圖案AP0、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8上。這些子對位圖案AP0、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8對稱分佈於校正試片AS上。在本實施例中，各對位點A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8分別皆為各子對位圖案AP0、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、 AP6、AP7、AP8的中心，但本揭露不以此為限，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來進行各對位點A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8的設計，此處便不再贅述。此外，亦須說明的是，在本實施例中，各子對位圖案AP0、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8的形狀皆為一十字型，但本揭露不以此為限。在其他實施例中，各子對位圖案AP0、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8亦可為圓形、多邊形或其他易於辨識的任意形狀，且亦可相同或不同，本揭露皆不以此為限。

另一方面，由於在本實施例中，對位圖案AP’與歸零對位圖案TP並不相同，且由於對位圖案AP’包括了多個子對位圖案AP0、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8，因此需再進行校正試片AS方向上的調整，以避免對位圖案AP’的不同區域影像在可視區域AA內移動時，會出現移動方向的偏移。以下將搭配圖9A至圖9E，對此進行詳細的描述。

圖9A至圖9E是圖6的實施例的一種對位圖案位置的校正方法的流程示意圖。請參照圖9A，調整振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)，使位於校正試片AS的一固定方向例如為方向D1上的各子對位圖案AP0、AP2、AP6的對位點A0、A2、A6可分別於可視區域AA內先後形成各對位影像點AI0、AI2、AI6。在本實施例中，工作區域WA座標系的X軸與可視區域AA座標系的x軸例如皆為水平方向。然而，如圖9B及圖9C所示，此時的對位影像點AI2、AI6將分別出現在可視區域AA的預設位置AO的下方及上方，而無法平行於工作區域WA座標系與可視區域AA座標系的一相對移動方向D2。在本實施例中，方向D2例如與可視區域AA座標系的x軸(即水平方向)平行。換言之，此時校正試片AS的置放方向與工作區域WA座標系的方向並不平行。

因此，請參照圖9D，執行步驟S230，調整校正試片AS的水平擺放角度，並調整振鏡掃描模組的角度參數，使先後進入可視區域AA內的對位影像點AI2、AI6的連線實質上平行於可視區域AA的座標軸x方向(即水平方向)，以完成校正試片AS的方向調校。在本實施例中，先後進入可視區域AA內的各對位影像點AI2、AI6的連線實質上則與可視區域AA的一水平參考軸L重合，其中水平參考軸L例如為一通過可視區域AA的預設位置AO的水平線。

接著，如圖9E所示，執行步驟S240與執行步驟S250，使對位圖案AP’的一預設點C位於工作區域WA的第一預設位置O上，並使預設點C於可視區域AA上形成的一預設影像點CI位於監控可視區域AA的一預設位置AO上，以及調整校正試片AS的位置，使其中至少一對位點例如對位點A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7或A8重合於工作區域WA的其中至少一第二預設位置O0、O1、O2、O3、O4、O5、O6、O7或O8上。在本實施例中，各對位點A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8分別與工作區域WA的各第二預設位置O0、O1、O2、O3、O4、O5、O6、O7與O8重合，但本揭露不以此為限。

圖10A是圖6的實施例的工作區域觀測座標系以及可視區域觀測座標系間的相對移動路徑示意圖。圖10B與圖10C是圖10A中一對位圖案影像於不同可視區域觀測座標系上的正視示意圖。接著，請參照圖10A至圖10C，執行步驟S260，調整振鏡掃描模組120的多個參數(θ_X,θ_Y)，使位於其中一第二預設位置O1的對位點A1於可視區域AA上形成的一對位影像點AI1位於可視區域AA的預設位置AO上(如圖10C所示)，且記錄振鏡掃描模組120的這些參數(θ_X,θ_Y)。在本實施例中，步驟S260與步驟S140的執行方法類似，相關執行細節已在上述段落中詳述，在此不再重述。

圖11A是圖6的實施例的工作區域觀測座標系以及可視區域觀測座標系間的相對移動路徑示意圖。圖11B與圖11C是圖11A中的子對位圖案影像於不同可視區域觀測座標系上的正視示意圖。接著，請參照圖11A至圖11C，執行步驟S270，使對位影像點AI1陸續地相對移動至可視區域AA的多個位置上P1(320+x1,240-y1)、P2(320-x1,240-y1)、P3(320-x1,240+y1)、P4(320+x1,240+y1)，並分別記錄對位影像點AI1於可視區域AA的各點位置座標(x,y)、對位點A1於工作區域WA中的各點位置座標(X,Y)以及振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)，以製作子工作區域WA1所屬的對位表。

具體而言，在本實施例中，步驟S270與步驟S150類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例中，使對位影像點AI1陸續地相對移動的方法，例如為利用調整振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)來執行。請參照圖11A與圖11B，更詳細而言，若以欲將對位影像點AI1相對移動至可視區域AA的位置P1(320+x1,240-y1)上為例，可先依據一計算的理論值，調整振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)以使對位影像點AI1在可視區域AA中移動至一點P，此時振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)可表示為(θ_-Q+△θ_O1X+θ_XP1,θ_-Q+△θ_O1Y+θ_YP2)。然而，亦如圖11B所示，此時可視區域AA中的對位影像點AI1卻會些微偏離位置P1(320+x1,240-y1)。因此，需再次微調振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)，以使對位影像點AI可位於可視區域AA的位置P1(320+x1,240-y1)上(如圖11C所示)，此時振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)可表示為(θ_-Q+△θ_{X O1}+θ_{X P1}+△θ_{X O1P1},θ_-Q+△θ_{Y O1}+θ_{Y P1}+△θ_{X O1P1})。相關實際數值並可同時記錄至系統中，以供後續參照。接著，可再繼續進行其他位置P2(320-x1,240-y1)、P3(320-x1,240+y1)、P4(320+x1,240+y1)的校正，並同時記錄相關實際數值至系統中，以供後續參照。此部分的執行細節與上述圖11A至圖11C中的執行步驟類似，且其餘相關說明亦已在圖5A至圖5D中的執行步驟中詳述，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。

表3是記錄圖6實施例中的對位點及對位影像點座標變化的一種對位表示意圖。

如表3所示，在完成步驟S250、S260以及S270之後，可彙整所得的對位影像點AI1於可視區域AA的各點位置座標(x,y)、對位點A1於工作區域WA中的各點位置座標(X,Y)以及振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)，以形成子工作區域WA1所屬的對位表。在本實施例中，彙整表3表格與彙整表1表格的執行方法類似，相關執行細節已在上述段落中詳述，在此不再重述。

表4是記錄圖6實施例中的對位點及對位影像點座標變化的另一種對位表示意圖。

如表4所示，在本實施例中，可重覆執行步驟S260以及S270多次，且多次重複的步驟中的第二預設位置O0、O1、O2、O3、O4、O5、O6、O7、O8彼此不相同，以分別完成各子工作區域WA0、WA1、WA2、WA3、WA4、WA5、WA6、WA7、WA8所屬的各對位表。在完成了所需的工作區域WA的實際需求範圍的校正後，可將各對位點A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7或A8於工作區域WA中的各點位置座標(X,Y)、與其所對應的各對位影像點於可視區域AA的各點位置座標(x,y)、以及振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)，彙整至工作區域WA所屬的對位表中(如表4 所示)，以供後續參照。

舉例而言，在表4中，包括WA1、P1、P2、P3、P4...Pn、的此列意義例如可作為代表子工作區域WA1所屬的對位表。換言之，在完成子工作區域WA1所屬的對位表(即表3)製作後，可將其彙整至工作區域WA所屬的對位表(即表4)中所標示的WA1、P1、P2、P3、P4...Pn的此列位置上，以完成工作區域WA所屬的對位表(即表4)的製作。此外，在本實施例中，並不限定子工作區域WA1的對位位置數量，因此以P1、P2、P3、P4...Pn來表示子工作區域WA1的多個對位位置。在本實施例中，完成子工作區域WA1所屬對位表的方法類似於表3的製作方法，詳細說明請參照上述段落，在此不再重述。

另，亦值得注意的是，本實施例亦可不限定子工作區域的數量，因此可以WA1、WA2…WAn來表示多個子工作區域，其中製作各子工作區域WA1、WA2…WAn所屬對位表的方法類似於表3的製作方法，詳細說明請參照上述段落，在此亦不再重述。換言之，在完成子工作區域WA1、WA2…WAn所屬的對位表製作後，可將其彙整至工作區域WA所屬的對位表(即表4)中所標示的WA1、WA2…WAn的各列位置上，以完成本實施例的工作區域WA所屬的對位表(即表4)的製作。

由於在本實施例中，彙整表4表格亦與彙整表2表格的執行方法類似，其餘相關細節已在上述段落中詳述，在此不再重述。此外，在本實施例中，使用者亦可依據工作區域WA的實際需求範圍來決定是否進行各子工作區域的校正以及其相關執行順序的安排，本實施例此部份針對實際需求範圍執行校正的方法與圖1實施例中針對實際需求範圍執行校正的方法類似，相關細節請見上述相關段落，在此不再重述。

類似地，由於圖1實施例中的對位表與圖6實施例中的的對位表差異僅在於紀錄的數值不同，但這並不影響對位表中記錄的振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)、可視區域AA的各點位置座標(x,y)與工作區域WA的各點位置座標(X,Y)的對應關係。因此，在實際操作雷射加工裝置100或雷射加工裝置200加工工件時，亦可參照圖6實施例中的對位表(表3以及表4)並使用內插法求得可視區域AA的希望加工位置與工作區域WA上的實際加工位置之間的對應數值，以進行工件的加工。而圖6實施例的視覺誤差校正方法同樣地具有上述圖1實施例的視覺誤差校正方法所描述的優點，在此便不再贅述。

請再次參照圖7，本實施例的雷射加工裝置200，可用以自動校正多個視覺定位誤差，並用以執行圖6的實施例的視覺誤差校正方法，但本揭露不以此為限。雷射加工裝置200包括一雷射源110、一振鏡掃描模組120、一分光鏡130、一影像感測單元140以及一控制單元160。雷射源110適於發出一雷射光60。振鏡掃描模組120具有一聚焦鏡121以及二反射鏡123、125。具體而言，振鏡掃描模組120位於雷射光60的傳遞路徑上，雷射光60並被振鏡掃描模組120的二反射鏡123、125反射後產生偏折而聚焦至工作區域WA上。另一方面，分光鏡130亦位於雷射光60的傳遞路徑上，其中至少部份波段的可見光70經由分光鏡130傳遞至影像感測單元140的一可視區域AA中。如此一來，由於觀測光軸與雷射光軸為同軸，因此影像感測單元140中所見的影像中心，即為雷射聚焦焦點。

控制單元160則電性連接至振鏡掃描模組120與影像感測單元140。控制單元160並可調整振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)，其中振鏡掃描模組120的參數(θ_X,θ_Y)為反射鏡123、125的角度參數或位置參數。進一步而言，雷射加工裝置200的控制單元160可用以執行圖6實施例中的S210、S220、S230、S240、S250、S260、S270等步驟。控制單元160可使對位圖案AP與其於可視區域上所形成的對位圖案影像PI分別陸續地相對移動至工作區域WA與可視區域AA的多個位置上。控制單元160判斷對位圖案AP與對位圖案影像PI是否對應後，記錄對位圖案影像PI於可視區域AA的各點位置座標(x,y)、對位圖案AP於工作區域WA中的各點位置座標(X,Y)以及振鏡掃描模組的各參數(θ_X,θ_Y)，以製作一工作區域WA所屬的對位表(如圖6、圖11B及圖11C所示)，以供後續參照，並藉以自動校正多個視覺定位誤差。本實施例的雷射加工裝置200的其他執行細節已在上述圖6的實施例的視覺誤差校正方法中詳述，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。

請再次參照圖2，本實施例的雷射加工裝置100與圖7的雷射加工裝置200類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例中，雷射加工裝置100更具有一位於工作區域WA的移動平台150，移動平台150並電性連接至控制單元160。進一步而言，雷射加工裝置100的控制單元160使對位圖案AP與對位圖案影像PI分別陸續地相對移動的方法更包括控制移動平台150相對於工作區域WA移動，因此更可用以執行S110、S120、S130、S140、S150等步驟，並完成圖4D及圖4E所示的表格。其餘的相關執行細節已在前述的圖1的實施例中詳述，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。

綜上所述，本揭露的視覺誤差校正方法與雷射加工裝置可藉由對位圖案與其所形成的對位圖案影像分別陸續地相對移動至工作區域與可視區域的多個位置上，並進行相關參數的記錄，以製作工作區域所屬的對位表，以供後續參照，並藉以校正多個視覺定位誤差。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S110、S120、S130、S140、S150‧‧‧步驟

Claims

一種視覺誤差校正方法，適於校正一雷射加工裝置的多個視覺定位誤差，而該視覺誤差校正方法包括：(a)提供一對位圖案，該對位圖案具有至少一對位點；(b)使該對位圖案的一預設點位於一工作區域的一第一預設位置上，該對位圖案於一影像感測單元的一可視區域上形成一對位圖案影像，且該預設點於該可視區域上形成的一預設影像點位於該可視區域的一預設位置上，其中該工作區域具有多個第二預設位置；(c)使該對位圖案的至少一該對位點位於其中一該第二預設位置上；(d)調整一振鏡掃描模組的多個參數，使該至少一該對位點於該可視區域上形成的一對位影像點位於該可視區域的該預設位置上，且記錄該振鏡掃描模組的該些參數；以及(e)使該對位影像點陸續地相對移動至該可視區域的多個位置上，並分別記錄該對位影像點於該可視區域的該些位置、該對位點於該工作區域中的位置以及該振鏡掃描模組的該些參數，以製作該工作區域所屬的一對位表；其中，執行步驟(b)的方法包括：使該對位圖案的該預設點位於該工作區域的該第一預設位置上；以及調整一分光鏡的角度參數，使該預設點於該可視區域上形成的該預設影像點位於該可視區域的該預設位置上。
如申請專利範圍第1項所述的視覺誤差校正方法，其中執行步驟(a)的方法包括：以一雷射源於一雷射加工試片上進行加工，以形成該對位圖案。
如申請專利範圍第1項所述的視覺誤差校正方法，其中該對位圖案位於該工作區域的一移動平台上。
如申請專利範圍第3項所述的視覺誤差校正方法，其中執行步驟(c)的方法包括：使該移動平台相對於該工作區域移動。
如申請專利範圍第3項所述的視覺誤差校正方法，其中執行步驟(e)的方法包括：使該移動平台相對於該工作區域移動。
如申請專利範圍第1項所述的視覺誤差校正方法，其中該至少一對位點為多個對位點，各該對位點並分別位於該對位圖案的多個子對位圖案上，該些子對位圖案對稱分佈於一校正試片上。
如申請專利範圍第6項所述的視覺誤差校正方法，其中各該對位點亦為各該子對位圖案的中心。
如申請專利範圍第6項所述的視覺誤差校正方法，更包括於執行步驟(a)之前的一歸零校正步驟，該歸零校正步驟包括：於一雷射加工試片上形成一歸零對位圖案；使該歸零對位圖案的一校正點位於該工作區域的該第一預設位置上；以及調整一分光鏡的角度參數，使該校正點於該可視區域上形成的一校正影像點位於該可視區域的該預設位置上。
如申請專利範圍第8項所述的視覺誤差校正方法，其中該校正點為該歸零對位圖案的中心。
如申請專利範圍第6項所述的視覺誤差校正方法，其中於執行步驟(b)之前，該視覺誤差校正方法更包括：調整該振鏡掃描模組的該些參數，使位於該校正試片的一固定方向上的各子對位圖案的各該對位點分別於該可視區域內先後形成各該對位影像點；以及調整該校正試片的角度，並調整該振鏡掃描模組的該些參數，以使先後進入該可視區域內的該些對位影像點的連線實質上平行於該可視區域的一座標軸方向。
如申請專利範圍第6項所述的視覺誤差校正方法，其中執行步驟(c)的方法包括：調整該校正試片的位置，使各該對位點與該工作區域的各該第二預設位置重合。
如申請專利範圍第6項所述的視覺誤差校正方法，其中執行步驟(e)的方法包括：調整該振鏡掃描模組的該些參數。
如申請專利範圍第1項所述的視覺誤差校正方法，其中該振鏡掃描模組包括一聚焦鏡以及二反射鏡，且該振鏡掃描模組的該些參數為該些反射鏡的角度參數或位置參數。
如申請專利範圍第1項所述的視覺誤差校正方法，其中該預設點、該第一預設位置與該預設位置分別為該對位圖案、該工作區域與該可視區域的中心，且該對位點亦為該對位圖案的中心。
如申請專利範圍第1項所述的視覺誤差校正方法，其中該工作區域區分為多個陣列排列的子工作區域，且該視覺誤差校正方法重覆執行步驟(c)、步驟(d)、以及步驟(e)多次，且該多次重複的步驟(c)中的該些第二預設位置彼此不相同，以完成各該子工作區域所屬的各對位表，並彙整至該工作區域所屬的該對位表。
如申請專利範圍第15項所述的視覺誤差校正方法，其中各該第二預設位置為各該子工作區域的中心。