TWI553304B - 高反光表面冷凝量測系統與方法 - Google Patents

高反光表面冷凝量測系統與方法 Download PDF

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    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect

Description

高反光表面冷凝量測系統與方法
本揭露係一種物體表面量測系統與方法，特別是針對物體表面具有高反光特性之冷凝量測系統與方法。
隨著科技進步，各項產品之表面加工越見平滑，亦即是具有了高反光特性(reflectivity)，雖然增加了外觀價值，但對於以光學設備進行表面量測或瑕疵檢測而言，將因為高強度之反射光進入設備而影響了量測或檢測之結果。
有鑒於上述的問題，本揭露提出一種利用微細液滴形成於物體表面而降低反光強度的表面量測系統與方法，以提升自動化非接觸性光學量測的準確度。
依據本揭露所實現的一種表面冷凝量測方法，包括以下步驟：降低一物體周圍空氣之溫度；對該物體表面進行一光學掃描，以取得一電性訊號；處理該電性訊號。
依據本揭露一實施例所實現的一種表面冷凝量測系統，包括：一平台；一光源，用以投射一入射光；一光電感測器，用以接收一反射光並轉換成一電性訊號；至少一熱電致冷模組，再包括一冷端板；一控制器，分別電性連接以驅動該光源、該光電感測器、該熱電致冷模組；以及一處理器，電性連接該控制器以接收並處理該電性訊號。
依據本揭露另一實施例所實現的一種表面冷凝量測系統，包括：一平台，再包括一冷房；一光源，用以投射一入射光；一光電感測器，用以接收一反射光並轉換成一電性訊號；一冷風出口，用以輸入低溫空氣至該冷房；一控制器，分別電性連接以驅動該光源、該光電感測器、該冷風出口；以及一處理器，電性連接該控制器以接收並處理該電性訊號。
依據本揭露再一實施例所實現的一種表面冷凝量測系統，包括：一平台，再包括一前冷房與一後冷房；一光源，用以投射一入射光；一光電感測器，用以接收一反射光並轉換成一電性訊號；一前冷風出口，用以輸入一低溫空氣至該前冷房；一後冷風出口，用以輸入另一低溫空氣至該後冷房；一控制器，分別電性連接以驅動該光源、該光電感測器、該前冷風出口、該後冷風出口；以及一處理器，電性連接該控制器以接收並處理該電性訊號
綜上所述，本揭露的表面冷凝量測系統與方法，係利用降低受測物體周圍空氣之溫度，使微細水滴均勻附著於物體表面上，暫時性地提高其表面粗糙度以提升光學設備接收該表面反射光的準確度。
以上有關於本揭露實施內容之說明係用以示範與解釋本揭露之精神與原理，並且提供本揭露之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本揭露之特徵，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本揭露之技術內容並據以實施，且根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應可輕易地理解本揭露之用意。以下實施例係進一步說明本揭露之觀點，但非用以限制本揭露之範疇。
圖1A 係為說明產生所謂鏡面反射(specular reflection)之示意圖，當一物體之表面71，無論是平面或曲面，若為高度平滑或粗糙度(roughness)甚低時，當以平行入射光31 投射至該表面71 後，將依循相同於入射角之單一反射角反射，此平行反射光32 若進入光學設備，將因為強度過大而無法進行感測。若該表面71 不夠平滑或粗糙度較高時，見圖1B，平行入射光31 雖然仍依循反射原理，但並非所有反射角都相同，此即所謂漫反射(diffuse reflection)，光學設備接收反射光32 後便能根據其強弱，進行處理以取得該表面之形貌(surface profile)或瑕疵(defect)位置。
圖2 係依據本揭露之藉平行入射光經水珠產生漫反射，以說明如何暫時地提高物體表面粗糙度之示意圖。由於某些物體，例如水龍頭等衛浴五金，材質不論是金屬或非金屬，其表面71 經過多次拋光或電鍍完工後呈現出高度平滑，如此使得後續之非接觸式光學設備，在進行量測或檢測上便有困難，本揭露藉由暫時性地在該表面上主動形成多數微細之水珠(drop)，使得入射光31 在水珠D 上經過多次反射與折射，出射後之反射光32 則各有不同之反射角，此情形等同於漫反射，也等同於提高了粗糙度而利於後續光學資訊之取得與處理。本段說明雖以水珠為例，但並不以此為限。
利用水珠或其他液體以微細型體附著於物體表面上時，因為不同之粗糙度與表面張力等原因，將產生不同之接觸角θ(contact angle)，從而改變了反射角，見圖2 所示，此改變可根據物體材質、表面狀況與量測作業等來選擇之，本揭露以水珠為例是為稍後並不需要另行去除，若有其他限制或考慮，亦可有不同之搭配，例如使用甲醇等，但仍要避免過小之接觸角θ 而產生潤濕(wetting)現象，或過大之接觸角θ 而無法穩定地附著於物體表面上。
請先參考圖4，圖4 係依據本揭露一實施例之一表面冷凝量測系統之架構圖，以說明整體架構之如何實現將微細水珠形成於物體表面以進行量測。本系統例如包括有：一可置放具有表面71 之物體7 之平台6或輸送台(未圖示)、一光電感測器2、一光源3、至少一與物體7 直接或間接接觸之熱電致冷模組50 (thermoelectric cooling module)，及一處理器11，此處理器並經由一控制器12 至少與上述光電感測器2、光源3 與熱電致冷模組50 作電性連接，以進行驅動控制、資訊收集與處理等作業；上述平台6 若具有移動或轉動之功能時，則亦須與控制器12 電性連接；但若平台6 為固定，則光電感測器2 或光源3 要能適度地相對移動以完成掃描，光源3 與光電感測器2 實體上可結合成單一設備。以上說明雖指明了各元件之數量與名稱，但本揭露並不以此為限。
再如圖4 所示，熱電致冷模組50 包括了熱端板51 與冷端板52，其中冷端板52 可以多數拼接之方式接合或裝設於平台6 之下方、上方或圍成一封閉或開放之空間以置放物體7，或直接與物體7 接觸，以形成良好之熱傳導(heat conductivity)，以直接冷卻該物體或降低該物體周圍空氣之溫度。
當物體7 完成被置放於平台6 上後，處理器11 便命令控制器12 驅動熱電致冷模組50 以產生熱電效應(Peltier-Seebeck effect )，冷端板52 便間接或直接地冷卻了與其接觸之物體7 與周圍之空氣，無論物體7是否為良好之熱導體，空氣中之水將被凝結於表面71 上，也即形成了微細水珠D，此水珠D 直徑例如約略為0.1~2μm，端視實際狀況而定，但務使均勻地分布且穩定地附著於表面71 上，接著光源3 受到驅動向表面71 投射入射光31，此入射光31 例如為藍光或紅光，經水珠D 反射後，反射光32 則進入了光電感測器2 並被轉換成一電性訊號，再傳送至處理器11 進行處理，此處理例如包括產生該物體7 之三維點雲(point cloud)資料或檢出該表面71 之瑕疵等，但不以此為限。以上若平台6 改為輸送台時，光源3 與光電感測器2 便可在不同位置對多數物體7 進行連續地獨立操作。
圖3 係依據本揭露之一表面冷凝量測方法之流程圖，首先步驟S10 為降低物體表面或周圍空氣之溫度以形成多數微細水滴於物體表面上，此水滴於該表面上具有適當範圍之接觸角，以使該水滴能均勻且穩定地附著該表面上。當步驟S10 完成水滴形成及附著之後或同時，步驟S20則開始對物體表面進行光學掃描，透過光學設備對物體表面投射入射光並接收反射光，此反射光將帶有該表面之相關資訊並被轉換成電性訊號。最終再由步驟S30 對該電性訊號進行處理，此處理例如包括取得該表面之形貌、瑕疵、點雲等資訊，但不以此為限。
圖5 係依據本揭露另一實施例之一表面冷凝量測系統，與圖4 所示系統不同之處在於取消了熱電致冷模組50，平台6 上則設置了一開放或封閉之冷房53，控制器12 控制空調設備(未圖示)以使其冷風出口54，對置放於冷房53 之物體7 直接或間接地吹拂低溫空氣，降低周圍空氣之溫度而產生微細水珠D 於表面71 上，而所謂低溫空氣係指其溫度低於外界空氣或光電感測器2 周圍空氣之溫度，同樣地若平台6 為輸送台，則冷凝量測作業便可採取連續方式進行。
圖6 係依據本揭露再一實施例之一表面冷凝量測系統，與圖5 所示系統不同之處在於平台6 上設置了前冷房53-1 與後冷房53-2，此二冷房在平台6 上之前後位置，係指物體7 隨平台6 移動先後所進入之冷房而定，但並不隨平台6 移動或轉動，此二冷房之溫度與濕度之條件均由控制器12 經空調設備(未圖示)以前冷風出口54-1 及後冷風出口54-2 所輸入之低溫空氣分別控制之，例如前冷房53-1 之溫度為260~300 °K，濕度為0~80%RH，而後冷房53-2 則溫度為273~373 °K，濕度為20~100%RH，但並不為限，藉由二不同溫度、濕度條件之環境，先後使物體7 於前冷房53-1、後冷房53-2 留置一段適當時間以形成微細水滴D 於表面71 上，此二冷房可為開放或封閉、連接或分離之環境，平台6 若可移動或轉動，則冷凝量測作業亦可選擇以連續方式進行。
綜上所述，本揭露實施例之以微細水珠形成於高度平滑之物體表面上之用意，除避免平行入射光於該表面產生鏡面反射而不利於光學設備操作外，該水珠稍後將自行蒸發而不必另行去除，而且也不必事先在該表面上塗佈疏水劑(hydrophobe) 、親水劑(hydrophile) 或螢光劑(fluorescent agent)等，因此本揭露確實具有對高反光表面量測作業之正確性與便捷性，以衛浴五金物體為例，本揭露實施例均可增加80%以上之點雲數量。
雖然本揭露以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。在不脫離本揭露之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本揭露之專利保護範圍。關於本揭露所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
11‧‧‧處理器
12‧‧‧控制器
2‧‧‧光電感測器
3‧‧‧光源
31‧‧‧入射光
32‧‧‧反射光
50‧‧‧熱電致冷模組
51‧‧‧熱端板
52‧‧‧冷端板
53‧‧‧冷房
53-1‧‧‧前冷房
53-2‧‧‧後冷房
54‧‧‧冷風出口
54-1‧‧‧前冷風出口
54-2‧‧‧後冷風出口
6‧‧‧平台或輸送台
7‧‧‧物體
71‧‧‧表面
Θ‧‧‧接觸角
D‧‧‧液滴、水珠
S10~S30‧‧‧步驟
圖1A~1B 係分別為鏡面反射(1A)與漫反射(1B)之示意圖。圖2 係依據本揭露之以入射光經水珠產生漫反射之示意圖。圖3 係依據本揭露之表面冷凝量測方法之流程圖。圖4 係依據本揭露一實施例之表面冷凝量測系統之架構圖。圖5 係依據本揭露另一實施例之表面冷凝量測系統之架構圖。圖6 係依據本揭露再一實施例之表面冷凝量測系統之架構圖。
11‧‧‧處理器
12‧‧‧控制器
2‧‧‧光電感測器
3‧‧‧光源
31‧‧‧入射光
32‧‧‧反射光
50‧‧‧熱電致冷模組
51‧‧‧熱端板
52‧‧‧冷端板
6‧‧‧平台
7‧‧‧物體
71‧‧‧表面

Claims (11)

  1. 一種高反光表面冷凝量測系統，適於對一物體的表面進行量測，該表面適於附著水珠，包括：一平台；一光源，用以投射一入射光；一光電感測器，用以接收一反射光並轉換成一電性訊號；至少一熱電致冷模組，再包括一冷端板；一控制器，分別電性連接以驅動該光源、該光電感測器、該熱電致冷模組；以及一處理器，電性連接該控制器以接收並處理該電性訊號。
  2. 如請求項1所述的高反光表面冷凝量測系統，其中該控制器更電性連接該平台，以驅動該平台移動或轉動。
  3. 如請求項1所述的高反光表面量測系統，其中該冷端板係接合該平台以形成熱傳導。
  4. 一種高反光表面冷凝量測系統，適於對一物體的表面進行量測，該表面適於附著水珠，包括：一平台，再包括一冷房；一光源，用以投射一入射光；一光電感測器，用以接收一反射光並轉換成一電性訊號；一冷風出口，用以輸出一低溫空氣至該冷房；一控制器，分別電性連接以驅動該光源、該光電感測器、該冷風出口；以及 一處理器，電性連接該控制器以接收並處理該電性訊號。
  5. 如請求項4所述的高反光表面冷凝量測系統，其中該控制器更電性連接該平台，以驅動該平台移動或轉動。
  6. 一種高反光表面冷凝量測方法，適於量測一物體表面，該物體表面適於附著水珠，包括以下步驟：降低該物體周圍空氣之溫度；對該物體表面進行一光學掃描，以取得一電性訊號；以及處理該電性訊號。
  7. 如請求項6所述的高反光表面冷凝量測方法，其中該光學掃描係指對該物體表面投射一入射光，並接收一反射光。
  8. 一種高反光表面冷凝量測系統，適於對一物體的表面進行量測，該表面適於附著水珠，包括：一平台，再包括一前冷房與一後冷房；一光源，用以投射一入射光；一光電感測器，用以接收一反射光並轉換成一電性訊號；一前冷風出口，用以輸出一低溫空氣至該前冷房；一後冷風出口，用以輸出另一低溫空氣至該後冷房；一控制器，分別電性連接以驅動該光源、該光電感測器、該前冷風出口、該後冷風出口；以及一處理器，電性連接該控制器以接收並處理該電性訊號。
  9. 如請求項8所述的高反光表面冷凝量測系統，其中該控制器更電性連接該平台，以驅動該平台移動或轉動。
  10. 如請求項8所述的高反光表面冷凝量測系統，其中該前冷房之溫度與該後冷房之溫度不相同。
  11. 如請求項8所述的高反光表面冷凝量測系統，其中該前冷房之濕度與該後冷房之濕度不相同。
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