TWI629451B - 物件厚度量測系統、方法、檢測設備、及其電腦可讀取記錄媒體及電腦程式產品 - Google Patents

物件厚度量測系統、方法、檢測設備、及其電腦可讀取記錄媒體及電腦程式產品 Download PDF

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Abstract

一種物件厚度量測系統，用以量測一物件的厚度。該量測系統包括一第一非接觸式量測裝置、一第二非接觸式量測裝置、以及一耦接至該第一非接觸式量測裝置及該第二非接觸式量測裝置的運算模組。該第一非接觸式量測裝置測量該物件的一第一側表面至一第一參考面之間的距離，以獲得一第一間距。該第二非接觸式量測裝置測量該物件的一第二側表面至一第二參考面之間的距離，以獲得一第二間距。該運算模組根據一參考間距、該第一間距與該第二間距，獲得該物件的一量測厚度值。

Description

物件厚度量測系統、方法、檢測設備、及其電腦可讀取記錄媒 體及電腦程式產品
本發明係有關於一種物件厚度量測系統及其方法，尤指一種經由非接觸式檢測方式獲得物件厚度的物件厚度量測系統及其方法。
隨著電子產業的蓬勃發展，印刷電路板的技術已有長足的發展、提升，已可達到相當精確的要求，然而印刷電路板在量產的過程中因為製造環境的限制，難免會因碰撞、摩擦、異塵或人為疏失而產生瑕疵，這類的瑕疵可能例如為缺件、歪斜、反向、錫誤等，在印刷電路板出貨前有必要針對印刷電路板進行檢測，藉以將瑕疵品、NG品與良品區分開來。
在電子裝置朝向高頻化、精密化的時代，為確保訊號的完整度並減少反射及雜訊，印刷電路板的尺寸及厚度都是錙銖必較，尤其在表面黏著技術(SMT)普及的現在，印刷電路板結構的厚度亦具有相當精度的要求，於將電路板的精度控制在合理範圍內，現有的檢測技術已無法滿足現代製程中對印刷電路板精度 的需求。
本發明的主要目的，在於解決上述習知技術之需求，提供一種物件厚度量測裝置，以應用於外觀瑕疵檢測。
為達到上述目的，本發明係提供一種物件厚度量測系統，用以量測一物件的厚度，包含一第一非接觸式量測裝置、一第二非接觸式量測裝置、以及一耦接至該第一非接觸式量測裝置及該第二非接觸式量測裝置的運算模組。該第一非接觸式量測裝置於一第一參考面上移動，測量該物件的一第一側表面至該第一參考面之間的距離，以獲得一第一間距。該第二非接觸式量測裝置於一第二參考面上移動，測量該物件的一第二側表面至該第二參考面之間的距離，以獲得一第二間距。該運算模組耦接至該第一非接觸式量測裝置及該第二非接觸式量測裝置，並根據一參考間距、該第一間距與該第二間距，獲得該物件的一量測厚度值；其中該參考間距為該第一參考面至該第二參考面之間的距離；其中該量測厚度值為該第一側表面與該第二側表面相對應的目標位置的量測厚度。
本發明的另一目的，在於提供一種物件檢測設備，具有如上所述之物件厚度量測系統，該物件檢測設備包含：一影像感測裝置，用以擷取該物件之影像；以及一影像分析模組，根據該物件之影像，檢測該物件之表面瑕疵。
本發明的另一目的，在於提供一種物件厚度量測方 法，包括：提供一第一非接觸式量測裝置，量測該物件的一第一側表面上的任一點至一第一參考面之間的距離，以獲得一第一間距；提供一第二非接觸式量測裝置，量測該物件的第二側表面上的任一點至一第二參考面之間的距離，以獲得一第二間距；以及根據一參考間距、該第一間距與該第二間距，以獲得該物件的一量測厚度值；其中該參考間距為該第一參考面至該第二參考面之間的距離；其中該量測厚度值為該第一側表面與該第二側表面相對應的目標位置的量測厚度。
本發明的更一目的，在於提供一種電腦可讀取記錄媒體，其中，該電腦可讀取記錄媒體記錄一組電腦可執行程式，當該電腦可讀取記錄媒體被一運算模組讀取時，該運算模組執行該電腦可執行程式以實施如上所述之方法。
本發明不僅可透過第一非接觸式量測裝置及第二非接觸式量測裝置檢測物件的表面狀態，同時可透過兩側的第一非接觸式量測裝置及第二非接觸式量測裝置獲得薄型物件的量測厚度值，以便用於物件的外觀瑕疵檢測。此外，本發明可透過簡單的演算法快速的取得薄型物件的表面狀態及各個位置的量測厚度值，增加檢測的效率。
100‧‧‧物件厚度量測系統
OB‧‧‧物件
S1‧‧‧第一側表面
S2‧‧‧第二側表面
RB‧‧‧高度規
D1‧‧‧第一側表面
D2‧‧‧第二側表面
10‧‧‧第一非接觸式量測裝置
20‧‧‧第二非接觸式量測裝置
30‧‧‧運算模組
P1‧‧‧第一參考面
P2‧‧‧第二參考面
A‧‧‧第一參考間距
B‧‧‧第二參考間距
T‧‧‧量測厚度值
L‧‧‧參考間距
A'‧‧‧第一間距
B'‧‧‧第二間距
T'‧‧‧量測厚度值
10A‧‧‧第一非接觸式量測裝置
11A‧‧‧第一平面載台
20A‧‧‧第二非接觸式量測裝置
21A‧‧‧第二平面載台
50‧‧‧同步載台
51‧‧‧設置平台
52‧‧‧第一載台
53‧‧‧第二載台
54‧‧‧驅動裝置
10B‧‧‧第一非接觸式量測裝置
20B‧‧‧第二非接觸式量測裝置
200‧‧‧物件檢測設備
201‧‧‧影像感測裝置
202‧‧‧影像分析模組
步驟S01~步驟S05
步驟S21~步驟S22
圖1，本發明物件厚度量測系統的方塊示意圖。
圖2，本發明厚度量測方法的流程示意圖。
圖3，本發明校正程序的流程示意圖。
圖4，本發明校正程序的工作示意圖。
圖5，本發明厚度檢測的工作示意圖。
圖6，本發明第一實施例的示意圖。
圖7，本發明第二實施例的示意圖。
圖8，本發明另一較佳實施例的方塊示意圖。
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。
本發明係揭示一種物件厚度量測系統，用以對檢測位置上的物件進行檢測，透過非接觸式量測裝置掃描物件的表面以獲得該物件的表面分布數據，所獲得的表面分布數據可以藉由ASC點資料格式、IGES點資料格式、DXF點資料格式、STL點資料格式或其他類此的資料格式記錄物件表面分布的狀態，並藉由兩側表面分布的數值獲得物件對應位置的量測厚度值。除上述的實施例外，本發明亦可個別針對物件的感興趣位置單獨進行檢測，藉以測量物件單一位置上的量測厚度值。所述的物件厚度量測系統除應用於檢測上，亦可以應用於逆向工程相關領域，於本發明中不予以限制。
請參閱「圖1」，為本發明物件厚度量測系統的方塊示意圖。
本發明係揭示一物件厚度量測系統100，該量測系統100係用以量測檢測位置上物件OB的厚度。該量測系統100主要包括有一設置於該檢測位置一側的第一非接觸式量測裝置10、一設置於該檢測位置相對該第一非接觸式量測裝置10另一側的第二非接觸式量測裝置20、以及一耦接至該第一非接觸式量測裝置10及該第二非接觸式量測裝置20的運算模組30。
具體而言，所述的第一非接觸式量測裝置10及第二非接觸式量測裝置20係可以為光學非接觸式量測裝置或雷射測距裝置。於一較佳實施例中，所述的第一非接觸式量測裝置10及第二非接觸式量測裝置20可以為飛行時間(TOF)雷射測距裝置、相位差雷射測距裝置、或三角測距式雷射測距裝置等，於本發明中不予以限制。
於另一較佳實施例中，所述的第一非接觸式量測裝置10及第二非接觸式量測裝置20可以透過平面載台沿水平方向或垂直方向(視物件OB厚度的方向而定)移動，針對上述的實施例，後面將分別予以說明。
所述的運算模組30可耦接於用以儲存資料的儲存單元以藉由存取該儲存單元內的程式或資料執行對應的步驟。該運算模組30可為中央處理器(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程式化並具有一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device,PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合，於本發明中不予以限制。
請一併參閱圖2、圖4至圖5，所述的運算模組30係經由以下的方式獲得物件OB的量測厚度值：該運算模組30指示第一非接觸式量測裝置10量測該物件OB的第一側表面S1至第一參考面P1之間的距離，以獲得第一間距A’；該運算模組30指示第二非接觸式量測裝置20量測該物件OB的第二側表面S2至一第二參考面P2之間的距離，以獲得一第二間距B’。所述的第一參考面P1及第二參考面P2係可以為空間中的任何一平面，一般預設通常為非接觸式量測裝置的接收器所在的平面，惟上述的條件可經由軟體簡單換算而變更至其他於空間中可能的平面上，即便修改上述第一參考面P1及第二參考面P2所在的位置(並非於同一次檢測中)，仍可套用於本發明中所述的公式及原理而獲得相同的結果，因此本發明並不欲限定該第一參考面P1及該第二參考面P2確實所在的平面。
所述的運算模組30係預存有該第一參考面P1及該第二參考面P2之間距離的參考間距L，該參考間距L係可以預先透過一校正程序而獲得，有關於校正程序獲得的方法後面將有詳細的說明。透過校正程序，運算模組30可以確認該第一參考面P1及該第二參考面P2之間的距離(參考間距L)，當運算模組30獲得該物件OB於同一位置兩側與該第一參考面P1及該第二參考面P2 之間的該第一間距A’及該第二間距B’後，根據該參考間距L、第一間距A’及該第二間距B’可以獲得物件OB於該位置上的量測厚度值，該量測厚度值為該第一側表面S1與該第二側表面S2相對應的目標位置的量測厚度。
有關於校正程序以及獲得物件OB厚度的方法及流程，以下係配合圖2至圖4進行說明。
首先，透過上述的配置將第一非接觸式量測裝置10提供至檢測位置一側，並將第二非接觸式量測裝置20提供至該檢測位置相對該第一非接觸式量測裝置10的另一側，藉以由對向的兩側分別測量物件OB的表面分布(步驟S01)。
接續，運算模組30係透過校正程序計算第一參考面P1以及第二參考面P2之間的距離，以獲得一參考間距L(步驟S02)。
於進行程序校正時，係先將一高度規RB設置於該第一非接觸式量測裝置10及該第二非接觸式量測裝置20之間的檢測位置上，以分別透過該第一非接觸式量測裝置10及該第二非接觸式量測裝置20進行測量，以獲得該高度規RB與該第一參考面P1之間的第一參考間距A，以及該高度規RB與該第二參考面P2之間的第二參考間距B(步驟S21)。所述的高度規RB於較佳實施例中可以為依據標準公規尺寸製作且不容易熱漲冷縮的公規塊、或是任意物件於進行校正程序前預先經由精密尺規預先測量獲得該高度規RB的量測厚度值後，再進行校正程序，於本發明中不予 以限制。
於本實施例中，該第一參考面P1及該第二參考面P2係以非接觸式量測裝置所在位置的平面作為預設值，惟，同上面所述，該第一參考面P1及該第二參考面P2係可以經由軟體簡單換算而變更至其他於空間中可能的平面上，於本發明中不予以限制。
經由上述的過程中，運算模組30可以獲得三個數值，分別為第一參考面P1至高度規RB第一側表面D1中任一點之間的第一參考間距A，第二參考面P2至高度規RB第二側表面D2中任一點之間的第二參考間距B，以及該高度規RB的量測厚度值T。
接續，將該第一參考間距A、該第二參考間距B及該高度規RB的量測厚度值T相加後獲得該參考間距L(步驟S22)，式子如下：A+B+T=L
其中可以由圖4可知，該參考間距L係為第一參考間距A、第二參考間距B及高度規RB的量測厚度值T的加總。
經由上述的校正程序後，可以獲得第一參考面P1至第二參考面P2之間的參考間距L，此時量測系統100已可以預備運作並用以對物件OB進行檢測。
於進行檢測時，該運算模組30係傳遞第一控制指令至第一非接觸式量測裝置10，透過該第一非接觸式量測裝置10 量測該物件OB的第一側表面S1上的任一點至該第一參考面P1之間的距離，以獲得一第一間距A'(步驟S03)；另一側的部分，該運算模組30係傳遞第二控制指令至第二非接觸式量測裝置20，透過該第二非接觸式量測裝置20量測該物件OB的第二側表面S2上的任一點至該第二參考面P2之間的距離，以獲得一第二間距B'(步驟S04)。
經由上述的過程中，可以獲得以下兩個數值，分別為第一側表面S1與第一參考面P1之間的第一間距A'、以及第二側表面S2與第二參考面P2之間的第二間距B'，此時將該參考間距L減去該第一間距A'及該第二間距B'後即可獲得該物件OB的量測厚度值T'(步驟S05)，式子如下：L=A'+T'+B'
T'=L-A'-B'=(A-A')+T+(B-B')
其中可以由圖5得知，經由上述的式子後，即可以獲得該物件OB的量測厚度值T'，這邊需注意的是，於檢測程序中所設定的第一參考面P1及第二參考面P2與校正程序中所設定的第一參考面P1及第二參考面P2必須相同。經由上述的演算方式，物件OB每一位置的量測厚度值T'可以被獲得。於獲得量測厚度值T'時，該運算模組30係可對應座標位置比較該量測厚度值T'與一預設厚度值是否一致。
針對硬體的架構，以下係分別舉出多種不同實施例分別進行說明，請參閱「圖6」，係本發明第一實施例的示意圖。
於本實施例中，第一非接觸式量測裝置10A設置於一第一平面載台11A上，該第二非接觸式量測裝置20A設置於一第二平面載台21A上，透過該第一平面載台11A及第二平面載台21A各別帶動該第一非接觸式量測裝置10A及該第二非接觸式量測裝置20A沿第一參考面及第二參考面移動，以獲得該物件OB第一側表面S1及第二側表面S2的表面狀態。其中，該第一平面載台11A及該第二平面載台21A係可以依據座標資訊移動位置，並於移動的同時經由該第一非接觸式量測裝置10A及該第二非接觸式量測裝置20A射出的光束，記錄該物件OB第一側表面S1及第二側表面S2的複數個該第一間距及第二間距，以獲得物件OB兩側的表面狀態。
該運算模組30將該參考間距減去相同座標位置兩側的該第一間距及該第二間距後獲得該物件OB對應該座標位置的量測厚度值。
以下係針對另一較佳實施例進行說明，請參閱「圖7」，係本發明第二實施例的方塊示意圖。
於本實施例中，係提供一同步載台50帶動第一非接觸式量測裝置10B及第二非接觸式量測裝置20B於物件OB的兩側同步移動，以確保第一非接觸式量測裝置10B及第二非接觸式量測裝置20B獲得同一位置的量測厚度值。該同步載台50係包含有一設置平台51、一設置於該設置平台51一端用以設置該第一非接觸式量測裝置10B的第一載台52、一設置於該設置平台51相 對該第一載台51另一端用以設置該第二非接觸式量測裝置20B的第二載台53、以及一帶動該設置平台51沿檢測區域方向水平移動的驅動裝置54。所述的驅動裝置54可以為XY載台、或是為自由度更高的XYθ載台以配合物件的形狀轉動該設置平台51，避免設置平台51碰撞該物件OB的邊緣。該第一非接觸式量測裝置10B及該第二非接觸式量測裝置20B係對準至相同座標位置，該驅動裝置54係帶動該設置平台51位移以獲得同一該座標位置上該物件OB的該第一側表面S1及該第二側表面S2的第一間距及第二間距，該運算模組30於獲得該第一間距及第二間距後，係將該參考間距減去相同座標位置兩側的該第一間距及該第二間距後獲得該物件對應該座標位置的量測厚度值。
以下係針對另一較佳實施例進行說明，請參閱「圖8」。
本發明的物件厚度量測系統100係可以用於一物件檢測設備200上，該物件檢測設備200包含一影像感測裝置201、以及一影像分析模組202。
所述的影像感測裝置201係用以擷取該物件OB之影像，並將該影像傳送至該影像分析模組202，以分析該物件OB表面的瑕疵。所述的影像分析模組202係可以為獨立的運算器、或是與該運算模組30共構為一運算器，於本發明中不予以限制。該影像分析模組202係根據該物件OB之影像，檢測該物件OB之表面瑕疵。所述的影像感測裝置201係可設置於該物件厚度量測系 統100的前端或後端，並於檢測完成後經由移載裝置於兩個平台之間移動，此部分端看配置上的需求，於本發明中不予以限制。
上述的實施例，僅為實現本發明技術的幾種具體實施方式的例示，所列舉的實施方式並非用以限制本發明的主要技術概念，在此必須先予敘明。
綜上所述，本發明不僅可透過第一非接觸式量測裝置及第二非接觸式量測裝置檢測物件的表面狀態，同時可透過兩側的第一非接觸式量測裝置及第二非接觸式量測裝置獲得薄型物件的量測厚度值。此外，本發明可透過簡單的演算法快速的取得薄型物件的表面狀態及各個位置的量測厚度值，增加檢測的效率。
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，即凡依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。

Claims (11)

  1. 一種物件厚度量測系統，用以量測一物件的厚度，包含：一第一非接觸式量測裝置，設置於一第一平面載台，該第一平面載台依據第一座標資訊將該第一非接觸式量測裝置沿該第一參考面移動，測量該物件的一第一側表面至該第一參考面之間的距離，以獲得該物件第一側表面與該第一座標資訊對應的複數個第一間距；一第二非接觸式量測裝置，設置於一與該第一平面載台分離設置的第二平面載台，該第二平面載台依據第二座標資訊將該第二非接觸式量測裝置沿一第二參考面移動，測量該物件的一第二側表面至該第二參考面之間的距離，以獲得該物件第二側表面與該第二座標資訊對應的複數個第二間距；以及一運算模組，耦接至該第一非接觸式量測裝置及該第二非接觸式量測裝置，並根據該第一座標資訊及該第二座標資訊複數個對應位置上的參考間距、該第一間距與該第二間距，獲得該物件的複數個量測厚度值；其中該參考間距為該第一參考面至該第二參考面之間的距離；其中該量測厚度值為該第一側表面與該第二側表面相對應的目標位置的量測厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的物件厚度量測系統，其中該第一非接觸式量測裝置與該第二非接觸式量測裝置包括一光學非接觸式量測裝置或一雷射測距裝置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的物件厚度量測系統，其中所述的第一非接觸式量測裝置及所述的第二非接觸式量測裝置包括飛行時間(TOF)雷射測距裝置、相位差雷射測距裝置、或三角測距式雷射測距裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的物件厚度量測系統，其中該物件的量測厚度值係經由以下的算式獲得：T'=L-A'-B'其中，T'為目標位置的量測厚度，A'為該第一間距，B'為該第二間距，L為該參考間距。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的物件厚度量測系統，其中該運算模組比較該量測厚度值與一預設厚度值是否一致。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的物件厚度量測系統，其中該第一非接觸式量測裝置係設置於一第一平面載台，該第一平面載台係將該第一非接觸式量測裝置沿該第一參考面移動，以獲得該物件第一側表面的複數個該第一間距；以及該第二非接觸式量測裝置係設置於一第二平面載台，該第二平面載台係將該第二非接觸式量測裝置沿該第二參考面移動，以獲得該物件第二側表面的複數個該第二間距；該運算模組將該參考間距減去相同座標位置兩側的該第一間距及該第二間距後獲得該物件對應該座標位置的量測厚度值。
  7. 一種具有申請專利範圍第1項所述之物件厚度量測系統的物件檢測設備，包含：一影像感測裝置，用以擷取該物件之影像；一影像分析模組，根據該物件之影像，檢測該物件之表面瑕疵。
  8. 一種物件厚度量測方法，包括：提供一第一非接觸式量測裝置，設置於一第一平面載台，該第一平面載台依據第一座標資訊將該第一非接觸式量測裝置沿一第一參考面移動，量測一物件的一第一側表面上的任一點至一第一參考面之間的距離，以獲得複數個第一間距；提供一第二非接觸式量測裝置，設置於一與該第一平面載台分離設置的第二平面載台，該第二平面載台依據第二座標資訊將該第二非接觸式量測裝置沿一第二參考面移動，量測該物件的第二側表面上的任一點至一第二參考面之間的距離，以獲得複數個第二間距；以及根據該第一座標資訊及該第二座標資訊複數個對應位置上的參考間距、該第一間距與該第二間距，以獲得該物件的複數個量測厚度值；其中該參考間距為該第一參考面至該第二參考面之間的距離；其中該量測厚度值為該第一側表面與該第二側表面相對應的目標位置的量測厚度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的物件厚度量測方法，更進一步包含有一校正程序，該校正程序包括：將一高度規設置於該第一非接觸式量測裝置及該第二非接觸式量測裝置之間，以分別透過該第一非接觸式量測裝置及該第二非接觸式量測裝置獲得一第一參考間距以及一第二參考間距；將該第一參考間距、該第二參考間距及該高度規的量測厚度值相加後獲得該參考間距。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的物件厚度量測方法，更包括：對應於檢測區域或該物件設定複數個座標位置；依據該座標位置移動該第一非接觸式量測裝置或由該第一非接觸式量測裝置提供點群至該物件的第一側表面，以獲得該物件第一側表面的複數個該第一間距；依據該座標位置移動該第二非接觸式量測裝置或由該第二非接觸式量測裝置提供點群至該物件的第二側表面，以獲得該物件第二側表面的複數個該第二間距；將該參考間距減去相同座標位置兩側的該第一間距及該第二間距後獲得該物件對應該座標位置的量測厚度值。
  11. 一種電腦程式產品，當一運算模組載入該電腦程式產品並執行後，可完成如申請專利範圍第8項至第10項中任一項所述之方法。
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