TWI571627B - 運用多軸機臂的光學檢查設備 - Google Patents

Description

運用多軸機臂的光學檢查設備

本發明係有關於一種光學檢查設備，尤指一種運用多軸機臂的光學檢查設備。

精密檢測，係為自動化控制中極為重要之一環。觀之自動控制技術的發展，係可由量產之概念說起。量產係為大量生產(Mass Production)的縮寫，其概念很早即出現於人類的社會，具有低成本、高效率的優點。但量產的實行係受制於規格化的先決條件。在規格化尚未能達成之前，量產的對象僅限於低技術、低精密度之產業，如磚塊等簡單產品。隨著規格化之普及，分工越細，量產所能處理的對象也同時增多。然而隨著精密工業所帶來的高規格之需求，對於產品之品質亦需經過嚴密之檢測始可符合一般供應鏈之標準。是以，如何對產品進行高精密度之檢測，以提供高品質的產料輸出係為製程廠商之一大課題。

習知的光學檢測設備通常使用XY θ載台調整待測物的位置、角度，使待測物之取像面正對光學儀器的景深範圍內，以拍攝待測物的表面影像。XY θ載台移動多面體必須單一向量之維度到達定位時，始可進行另一向量方向之位移，受限於操作之 速率，該設備用於大量檢測的效果並不甚理想。另一種光學檢測設備係透過多軸機臂抓取待測物後，改變該待測物的位置或拍攝面向，並分多次分別拍攝待測物的表面，藉此檢查待測物複數個表面的影像。然而，多軸機臂於拍攝具有複雜表面的待測物時，受限於多軸機臂軸距或機構上的限制，於拍攝待測物例如曲面或多邊形位置時，待測物的表面無法精確控制在該攝像機景深範圍內，造成影像模糊以產生漏檢、誤判之情事。

本發明的目的，在於解決習知多軸機臂在進行多面檢測時，待測物的曲面無法精確控制在該攝像機景深範圍內的問題。

為解決上述問題，本發明提供一種運用多軸機臂的光學檢查設備，用以檢測一待測物表面上的瑕疵，該光學檢查設備包含有一多軸機臂、一或複數個移動式攝像裝置、以及一或複數個移動式照明裝置。該多軸機臂依據控制器的指示抓取該待測物，將該待測物移動至一待測區域，以控制該待測物於該待測區域上呈現複數個拍攝面向。該移動式攝像裝置具有一移動載台，沿預設的拍攝路徑移動，由複數個方向對應至該待測區域，並透過測距手段偵測該待測物與該移動式攝像裝置間的間距，將待測物與移動式攝像裝置間保持在設定的間距範圍內，以於該間距範圍內拍攝該待測物的影像。該移動式照明裝置係設置於該移動式攝像裝置另一側的移動載台上，對應該移動式攝像裝置的對焦區 域移動，當該攝像裝置對該待測物的表面取像時，該移動式照明裝置可移動至複數個不同的角度對該對焦區域上的待測物的表面提供光源。

進一步地，該移動式攝像裝置係具有一移動載台，依據程式設定將攝像裝置沿預設的拍攝路徑移動。

進一步地，該移動載台係為一可於XY平面上移動的XY載台。

進一步地，該移動式照明裝置係與該攝像裝置設置於同一個該移動載台上，使該移動式照明裝置的照光區域得以追隨攝像裝置的對焦區域移動。

進一步地，該移動式照明裝置係提供持續或間歇性光源至該待測物。

進一步地，該移動式攝像裝置係為線掃描攝影機，該多軸機臂將該待測物移動至該待測區域並將該待測物以不同的拍攝面向對應至該待測區域，該移動載台係將該線掃描攝影機沿該待測區域一側的方向移動，將該線掃描攝影機與該待測物保持於適當間距以將該待測物的表面控制於景深範圍內。

進一步地，該移動式照明裝置係提供線光源至該待測物的表面。

進一步地，該移動式攝像裝置係為面掃描攝影機，該多軸機臂將該待測物移動至該待測區域並將該待測物以不同的拍攝面向對應至該待測區域，該移動載台係將該面掃描攝影機與 該待測物保持適當間距以將該待測物的表面控制於景深範圍內。

進一步地，該移動式照明裝置係提供面光源至該待測物的表面。

進一步地，係提供複數個該移動式照明裝置分別設置於該待測區域複數個不同角度的位置上，對該待測物多個角度進行補光。

進一步地，該移動式照明裝置係提供多層次、多角度、或多頻率的光源至該待測物的表面，以取得該待測物表面的瑕疵影像。

進一步地，所述的光學檢查設備更進一步包含有一乘載該待測物的輸送帶、以及一設置於該輸送帶一側以拍攝該待測物被抓取面的攝像裝置。

進一步地，該移動式攝像裝置係以斜向角度對該待測物的表面進行拍攝。

是以，本發明係比習知技術具有以下之優勢功效：

1.本發明的光學檢查設備可取得產品導角曲面位置的清晰影像，有效的將產品的影像控制在合理的焦距範圍內。

2.本發明配合線掃描攝影機，可將產品導角曲面影像的寬度控制在合理的範圍內，避免影像寬窄不一時產生的誤差。

100‧‧‧光學檢查設備

10‧‧‧多軸機臂

11‧‧‧抓取機構

20‧‧‧移動式攝像裝置

21‧‧‧移動載台

22‧‧‧攝像裝置

30‧‧‧移動式照明裝置

40‧‧‧輸送帶

41‧‧‧攝像裝置

50‧‧‧輸送帶

R1‧‧‧待測物

A‧‧‧待測區域

R11‧‧‧側邊

R21‧‧‧曲面導角

R31‧‧‧被抓取面

IN‧‧‧間距

圖1，本發明光學檢查設備的外觀示意圖(一)。

圖2，本發明光學檢查設備的外觀示意圖(二)。

圖3-1至圖3-3，本發明光學檢查設備的工作示意圖(一)至(三)。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本發明中之圖式，為說明方便，其比例未必照實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本發明之範圍，在此先行敘明。

請參閱「圖1」及「圖2」，係本發明光學檢查設備的外觀示意圖(一)及外觀示意圖(二)，如圖所示：本發明中所述的光學檢查設備100，係用於自動化控制設備的後端，用以對加工後的待測物R1進行瑕疵檢測，藉以檢測出例如顏色、形狀、殘膠、油墨、刮痕、毛邊、粉塵等工件表面上常見的瑕疵。所拍攝到的待測物R1影像將藉由影像處理裝置進行圖形處理(例如對比度處理、二值化處理)，標記出待測物R1表面上的瑕疵，並依據瑕疵將待測物R1分類為良品或瑕疵品或依據瑕疵的種類進行分類，以將有瑕疵的待測物R1進行淘汰或是再加工的程序。

以下的實施態樣中，雖未於圖示中直接揭示處理器、控制器等控制設備，但依據本領域的通常知識者依一般知識應可理解，本發明應包含有可處理程式的中央控制設備例如可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)抑或是一般處理器例如中央處理器(Central Processing Unit,CPU)、微處理器 (Microprocessor)、或數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)等，用以控制所述光學檢測設備100的運作或是透過程式進行圖形處理，在此必須先行敘明。

所述的光學檢查設備100主要包含有多軸機臂10、移動式攝像裝置20、移動式照明裝置30、以及乘載待測物R1的輸送帶40。

所述的輸送帶40係用以乘載該待測物R1，並將該待測物R1移動至檢測平台上，以供該多軸機臂10抓取。該輸送帶40係可以步進馬達或伺服馬達驅動，並以真空吸附的方式固定該待測物R1，所述輸送帶40的類型於本發明中並不欲予以限制。該輸送帶40的一側係設置有攝像裝置41，用以拍攝該待測物R1的被抓取面，以解決多軸機臂10抓取待測物R1時待測物R1的被抓取面R31無法拍攝的問題。於該輸送帶40的另一側係設置有另一輸送帶50，檢測完成的待測物R1係透過多軸機臂10送至該輸送帶50上，藉以將該待測物品P進行分類。所述的輸送帶50可以為一或複數個，用以將待測物R1依據不同的輸送帶50分類為良品、瑕疵品、及NG品，以針對待測物品P不同的狀況分別進行不同的工序。

所述的多軸機臂10基於程式於三維空間中設定一待測區域A，並依據控制器的指示抓取該待測物R1，將該待測物R1移動至該待測區域A以控制該待測物R1於該待測區域A上呈現複數個拍攝面向。該多軸機臂10的前端係設置有抓取機構11，該 抓取機構11可以抓取或吸附(例如磁吸或真空吸附)待測物R1，並將待測物R1移動至所述的待測區域A。於較佳的實施態樣中，所述的多軸機臂10應為四軸以上，四軸分別為X軸、Y軸、Z軸、以及θ軸，其中該X軸、Y軸、Z軸係用於操作該待測物R1於三維空間內移動，θ軸則用於定點操作該待測物R1旋轉，惟，本發明並不欲限制該多軸機臂10的關節數量，在此先行敘明。

所述的移動式攝像裝置20係藉由移動載台21帶動位移，該移動式攝像裝置20係依據程式設定沿預設的拍攝路徑移動，以於複數個方向對應至該待測區域A並拍攝該待測物R1的影像。於其中一較佳實施例中，所述的移動載台21係為一可於XY平面上移動的XY載台，用以乘載攝像裝置22沿XY平面上移動以拍攝該待測物R1。所述的XY載台係用以乘載該攝像裝置22，並透過測距手段偵測並控制該移動式攝像裝置20與該待測物R1的間距，以令攝像裝置22於拍攝該待測物R1的曲面導角R21(如圖3所示)時，仍與待測物R1間維持適當的間距，藉以將該待測物R1的表面控制在合理的景深範圍內，以取得清晰的影像。所述的測距手段例如可為超音波測距儀、雷射測距儀、光學測距儀、或是透過影像處理的方式測量該待測物R1與移動式攝像裝置20的距離，於本發明中不予以限制。

於其中一較佳實施態樣中，所述的移動式攝像裝置20係為線掃描攝影機，該移動式照明裝置30係提供線光源至該待測物R1的表面。於另一較佳實施態樣中，該移動式攝像裝置20 係為面掃描攝影機，該移動式照明裝置30係提供面光源至該待測物R1的表面，以便對應該攝像裝置22的類型對該待測物R1的表面進行補光。

所述的移動式照明裝置30係用以提供多層次、多角度、或多頻率的光源至該待測物R1的表面，以取得該待測物R1表面的瑕疵影像。該移動式照明裝置30係設置於該移動式攝像裝置20的一側，並藉由移動載台21帶動位移。所述的移動式照明裝置30係追隨該移動式攝像裝置20的對焦區域並對該對焦區域上的待測物R1的表面進行持續或間歇性的補光。於其中一較佳實施態樣中，移動式照明裝置30係可與該攝像裝置22設置於同一個移動載台21上，該移動式照明裝置30的燈具係對應該攝像裝置22的位置進行調校，使移動式照明裝置30的照光區域得以追隨攝像裝置22的對焦區域，以取得待測物R1的清晰影像。於另一較佳實施態樣中，所述的移動式照明裝置30的燈具係可獨立設置於另一移動載台21上，當攝像裝置22對該待測物R1的表面取像時，該移動式照明裝置30可移動至複數個不同的角度，以分別針對不同光源環境下拍攝該待測物R1的影像。於另一較佳實施態樣中，該光學檢查設備100係直接提供複數個移動式照明裝置30分別設置於該待測區域A複數個不同角度的位置上，對該待測物R1多個角度進行補光。

請參閱「圖3-1」，為精確辨識該待測物R1凹凸不平處(例如刮傷、殘膠)的瑕疵，於較佳的實施態樣中，所述的移動式 攝像裝置20係以斜向角度對該待測物R1進行拍攝，該移動式照明裝置30係設置於該待測物R1相對該移動式攝像裝置20的另一側對該待測物R1的表面進行斜向照光。藉由斜向照光，該待測物R1的凹凸表面的位置處產生陰影，由於移動式攝像裝置20係由斜向拍攝該待測物R1表面的影像，所取得的影像不易受到環境中紊亂光源的影響，更容易由影像中找出瑕疵的位置。

請參閱「圖3-1」到「圖3-3」，於進行檢測時，該輸送帶40係將該待測物R1傳送至檢測平台，此時，於輸送帶40一側的攝像裝置41係拍攝該待測物R1的被抓取面R31，以取得該待測物R1被抓取面R31的影像。

接續，於該待測物R1傳送至定位時，多軸機臂10係移動至該輸送帶40的上方並抓取該待測物R1，於抓取到該待測物R1時，該多軸機臂10係將該待測物R1移動至該待測區域A，並旋轉該待測物R1，以供設置於該待測區域A一側的移動式攝像裝置20拍攝該待測物R1側邊R11(窄邊)的影像。

該移動式攝像裝置20進行拍攝時，係透過測距手段持續偵測該待測物R1是否與該移動式攝像裝置20保持適當間距IN，以確保該待測物R1落於該移動式攝像裝置20的景深範圍內。當該待測物R1被轉動時(如圖3-2)，由於待測物R1的轉動軸心與待測物R1表面間的距離會改變，此時該移動式攝像裝置20係沿Y軸方向向前或向後移動以補償至該間距IN，使待測物R1與移動式攝像裝置20間的間距始終保持在設定的間距範圍內，並藉以 拍攝該待測物R1曲面導角R21的影像。

於待測物R1的側邊R11拍攝完成時，該多軸機臂10係將該待測物R1向上翻轉，使該待測物R1相對該被抓取面R31的另一面正對至該移動式攝像裝置20，此時移動式攝像裝置20係可再經由X軸方向水平移動，以拍攝該待測物R1相對該被抓取面R31另一面的影像。

於六面均檢測完成時，該多軸機臂10係將該待測物R1移載至輸送帶50，用以將該待測物品P分類後送至下一個站台，以對該待測物品P進行再加工或分類的工作。

綜上所述，本發明的光學檢查設備可取得產品導角曲面位置的清晰影像，有效的將產品的影像控制在合理的焦距範圍內。本發明配合線掃描攝影機，可將產品導角曲面影像的寬度控制在合理的範圍內，避免影像寬窄不一時產生的誤差。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡一本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

100‧‧‧光學檢查設備

10‧‧‧多軸機臂

20‧‧‧移動式攝像裝置

21‧‧‧移動載台

22‧‧‧攝像裝置

30‧‧‧移動式照明裝置

40‧‧‧輸送帶

41‧‧‧攝像裝置

R1‧‧‧待測物

A‧‧‧待測區域

Claims (13)

1. 一種運用多軸機臂的光學檢查設備，用以檢測一待測物表面上的瑕疵，該光學檢查設備包含有：一多軸機臂，依據控制器的指示抓取該待測物，將該待測物移動至一待測區域，以控制該待測物於該待測區域上呈現複數個拍攝面向；一或複數個移動式攝像裝置，該移動式攝像裝置具有一移動載台，沿預設的拍攝路徑移動，由複數個方向對應至該待測區域，並透過測距手段偵測該待測物與該移動式攝像裝置間的間距，將待測物與移動式攝像裝置間保持在設定的間距範圍內，以於該間距範圍內拍攝該待測物的影像；以及一或複數個移動式照明裝置，係設置於該移動式攝像裝置另一側的移動載台上，對應該移動式攝像裝置的對焦區域移動，當該攝像裝置對該待測物的表面取像時，該移動式照明裝置可移動至複數個不同的角度對該對焦區域上的待測物的表面提供光源。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學檢查設備，其中，該移動式攝像裝置係具有一移動載台，依據程式設定將攝像裝置沿預設的拍攝路徑移動。
3. 如申請專利範圍第2項所述的光學檢查設備，其中，該移動載台係為一可於XY平面上移動的XY載台。
4. 如申請專利範圍第2項所述的光學檢查設備，其中，該移動式照明裝置係與該攝像裝置設置於同一個該移動載台上，使該移動式照明裝置的照光區域得以追隨該攝像裝置的對焦區域移動。
5. 如申請專利範圍第2項所述的光學檢查設備，其中，該移動式照明裝置係提供持續或間歇性光源至該待測物。
6. 如申請專利範圍第2至5項中任一項所述的光學檢查設備，其中，該移動式攝像裝置係為線掃描攝影機，該多軸機臂將該待測物移動至該待測區域並將該待測物以不同的拍攝面向對應至該待測區域，該移動載台係將該線掃描攝影機沿該待測區域一側的方向移動，將該線掃描攝影機與該待測物保持於適當間距以將該待測物的表面控制於景深範圍內。
7. 如申請專利範圍第6項所述的光學檢查設備，其中，該移動式照明裝置係提供線光源至該待測物的表面。
8. 如申請專利範圍第2至5項中任一項所述的光學檢查設備，其中，該移動式攝像裝置係為面掃描攝影機，該多軸機臂將該待測物移動至該待測區域並將該待測物以不同的拍攝面向對應至該待測區域，該移動載台係將該面掃描攝影機與該待測物保持適當間距以將該待測物的表面控制於景深範圍內。
9. 如申請專利範圍第8項所述的光學檢查設備，其中，該移動式照明裝置係提供面光源至該待測物的表面。
10. 如申請專利範圍第1項所述的光學檢查設備，其中，係提供複數個該移動式照明裝置分別設置於該待測區域複數個不同角度的位置上，對該待測物多個角度進行補光。
11. 如申請專利範圍第1項所述的光學檢查設備，其中，該移動式照明裝置係提供多層次、多角度、或多頻率的光源至該待測物的表面，以取得該待測物表面的瑕疵影像。
12. 如申請專利範圍第1項所述的光學檢查設備，更進一步包含有一乘載該待測物的輸送帶、以及一設置於該輸送帶一側以拍攝該待測物被抓取面的攝像裝置。
13. 如申請專利範圍第1項所述的光學檢查設備，其中，該移動式攝像裝置係以斜向角度對該待測物的表面進行拍攝。