TWI645157B - 工件輪廓的光學量測系統及量測方法 - Google Patents

Abstract

一種工件輪廓的光學量測系統及量測方法，該工件輪廓的光學量測系統包含一座體、一量測平台、一校正點層、至少一取像鏡頭及一處理器；藉由校正點層及量測平台的設置，能夠降低設備的成本，並且達到工件所需之檢測精度。

Description

工件輪廓的光學量測系統及量測方法

本發明係關於一種光學量測系統及量測方法，特別是關於對工件進行二維輪廓量測的一種工件輪廓的光學量測系統及量測方法。

隨著工業技術的進步，業界對於各式工件的輪廓精密度要求也越來越嚴苛，而在加工技術不斷進步的同時，足夠精確的量測技術也必須同步發展，才能真正的提升工業技術。

以接觸式而言，對於輪廓外形複雜，同時輪廓精密度要求又極高的工件，目前的輪廓量測方式，是利用輪廓儀的探針接觸掃描待測工件的整體曲線形貌後，再反推還原出工件的輪廓，進而得知該工件的輪廓精確度是否滿足規格要求。但是，實施的方式主要是利用探針作接觸量測，由於需以即細微的探針探行相對極巨大的工件輪廓，所耗費的作業時間較長，另外，會有探針損耗或是工件表面刮傷的疑慮。

以非接觸式而言，隨著自動光學檢測技術之發展已日趨成熟，不僅能大幅改善人工檢測速度慢且檢測標準不一致之缺點，又能將所量測之尺寸來進行檢測。然而，自動光學檢測系統之構成成本高，如取像設備與鏡頭、檢測程式所需之軟體，甚至是承載與運送待測目標物件之傳動機構等，對於一般企業來說實在難以導入電腦視覺檢測。

因此，有必要提供改良的一種工件輪廓的光學量測系統及量測方法，以解決上述習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種工件輪廓的光學量測系統及量測方法，藉由校正點層及量測平台的設置，能夠降低設備的成本，並且達到工件所需之檢測精度。

為達上述之目的，本發明提供一種工件輪廓的光學量測系統，包含一座體、一量測平台、一校正點層、至少一取像鏡頭及一處理器；其中該量測平台可旋轉地設置在該座體上；該校正點層設置在該量測平台上，用以供一工件放置，其中該校正點層形成一校正中心及多個校正點，該等校正點圍繞在該校正中心外，該工件放置在該等校正點之間，而且每一校正點對應一X座標值及一Y座標值；該取像鏡頭設置在該校正點層上方，用以拍攝該工件及校正點層；該處理器用以電性連接該取像鏡頭；該量測平台旋轉一預設角度，並利用該取像鏡頭拍攝一圖像，當旋轉該預設角度N次而滿足360度時，疊合拍攝的N個圖像，將取得的每一圖像中的多個校正點與該工件的一局部輪廓的一相對位置資料，透過該處理器根據所有圖像的相對位置資料，以計算該工件的一整體輪廓的X座標值及Y座標值，其中N為正整數。

在本發明之一實施例中，該量測平台具有一基座、一透光板及一發光源，該透光板設置在該基座上，該校正點層設置在該透光板上，且該發光源設置在該基座內。

在本發明之一實施例中，該量測平台另具有一雙向止推滾珠軸承，該基座設置在該雙向止推滾珠軸承上，且該雙向止推滾珠軸承配置用以帶動該基座旋轉。

在本發明之一實施例中，該座體具有一底座及一立架，該立架設置在該底座上，而且該工件輪廓的光學量測系統的二取像鏡頭彼此間隔地固定在該立架上。

在本發明之一實施例中，該校正點層定義一內群圈、一中群圈及一外群圈，該中群圈位於該內群圈及該外群圈之間，該等校正點分別位於該內群圈、中群圈及外群圈上，而且該工件位於該中群圈及外群圈之間。

為達上述之目的，本發明提供一種工件輪廓的量測方法，包含一備置步驟、一對位步驟、一取像步驟、一疊合步驟及一計算步驟；其中該備置步驟係在一量測平台上鋪設一校正點層，其中該校正點層形成一校正中心及多個校正點，該等校正點圍繞在該校正中心外，而且每一校正點對應一X座標值及一Y座標值；該對位步驟係將一工件放置在該校正點層上，而且位於該等校正點之間；該取像步驟係對該量測平台旋轉一預設角度，並利用一取像鏡頭拍攝一圖像，當旋轉該預設角度N次而滿足360度時，疊合拍攝的N個圖像，其中N為正整數；該疊合步驟係疊合該等圖像，並取得每一圖像中的多個校正點與該工件的一局部輪廓的一相對位置資料；該計算步驟係根據所有圖像的相對位置資料計算該工件的一整體輪廓的X座標值及Y座標值。

在本發明之一實施例中，在該對位步驟中，該校正點層定義一內群圈、一中群圈及一外群圈，該等校正點分別位於該內群圈、中群圈及外群圈上，將該工件放置在該中群圈及外群圈之間。

在本發明之一實施例中，在該對位步驟之後及該取像步驟之前另包含一背光步驟，以將一發光源向該量測平台的一透光板及透光板上的校正點層投射光。

在本發明之一實施例中，在該取像步驟中，每一圖像是根據該預設角度分切的一扇形圖像，且每一圖像的校正點的數量為23個至29個。

在本發明之一實施例中，在該疊合步驟中，每一圖像利用二值化處理來取得該工件的局部輪廓。

如上所述，本發明工件輪廓的光學量測系統建立該等校正點位置與X座標值及Y座標值的關聯性，再把該工件放置在可旋轉的量測平台上，利用該等取像鏡頭以預設角度分段取像再進行疊合，接著對所得到的校正點與該工件的局部輪廓的相對位置資料來進行該工件的整體輪廓的計算，進而能夠獲得該工件的輪廓。藉此可避免接觸量測所耗費的作業時間以及工件表面刮傷的疑慮，同時使整體設備成本降低，並且能夠達到該工件所需之檢測精度。

101‧‧‧工件

102‧‧‧疊合紙

2‧‧‧座體

21‧‧‧底座

22‧‧‧立架

3‧‧‧量測平台

31‧‧‧基座

32‧‧‧透光板

33‧‧‧發光源

34‧‧‧雙向止推滾珠軸承

4‧‧‧校正點層

41‧‧‧校正中心

42‧‧‧校正點

5‧‧‧取像鏡頭

6‧‧‧處理器

C1‧‧‧內群圈

C2‧‧‧中群圈

C3‧‧‧外群圈

A‧‧‧預設角度

S201‧‧‧備置步驟

S202‧‧‧對位步驟

S203‧‧‧背光步驟

S204‧‧‧取像步驟

S205‧‧‧疊合步驟

S206‧‧‧計算步驟

第1圖是依據本發明工件輪廓的光學量測系統的一較佳實施例的一分解示意圖。

第2圖是依據本發明工件輪廓的光學量測系統的一較佳實施例的一組合示意圖。

第3圖是依據本發明工件輪廓的光學量測系統的一較佳實施例的校正點層的一上視圖。

第4圖是依據本發明工件輪廓的光學量測系統的一較佳實施例將一工件放置在校正點層上的一上視圖。

第5圖是依據本發明工件輪廓的光學量測系統的一較佳實施例將第4圖依一預設角度進行分切的一上視圖。

第6圖是依據本發明工件輪廓的光學量測系統的一較佳實施例將多個圖像進行疊合的一示意圖。

第7圖是依據本發明工件輪廓的量測方法的一較佳實施例的一流程圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1及2圖所示，為本發明工件輪廓的光學量測系統的一較佳實施例，主要以非接處式量測設備對一工件101的單向軸承環形輪廓進行尺寸檢測。該工件輪廓的光學量測系統包含一座體2、一量測平台3、一校正點層4、至少一取像鏡頭5及一處理器6，在本實施例中，該光學量測 系統係設置有二個取像鏡頭5，例如：感光耦合元件(Charge-Coupled Device；CCD)；本發明將於下文詳細說明各元件的細部構造、組裝關係及其運作原理。

續參照第1及2圖所示，該座體2具有一底座21及一立架22，該立架22呈倒U狀，並設置在該底座21上，而且該工件輪廓的光學量測系統的二個取像鏡頭5彼此間隔地固定在該立架22的一頂端。

續參照第1及2圖所示，該量測平台3可旋轉地設置在該座體2的底座21上，其中該量測平台3具有一基座31、一透光板32、一發光源33及一雙向止推滾珠軸承34，該透光板32設置在該基座31上，該校正點層4設置在該透光板32上，而且該發光源33設置在該基座31內，該基座31設置在該雙向止推滾珠軸承34上，且該雙向止推滾珠軸承34配置用以帶動該基座31旋轉。要說明的是，該量測平台3為背向打光，利用該發光源33照射到該工件101的背面，使該工件101成像在該等取像鏡頭5拍攝的圖像上時，會有高對比的效果，而將夠將該該工件101的輪廓明顯且完整呈現。

請參照第1、3及4圖所示，該校正點層4設置在該量測平台3的基座31上，該校正點層4配置用以供該工件101放置，其中該校正點層4形成有一校正中心41及多個校正點42，該等校正點42圍繞在該校正中心41外，該工件101放置在該等校正點42之間；要進一步說明的是，每一校正點42對應一X座標值及一Y座標值(如第3圖所示)，該等取像鏡頭5設置在該校正點層4上方，用以拍攝該工件101及校正點層4。另外，如第3及4圖所示，該校正點層4定義一內群圈C1、一中群圈C2及一外群圈C3，該中群圈C2位於該內群圈C1及該外群圈C3之間，該等校正點42分別位於該內群圈C1、中 群圈C2及外群圈C3上，而且該工件101被放置位於該中群圈C2及外群圈C3之間的位置上。

請參照第1、5圖所示，該處理器6被配置用以電性連接該等取像鏡頭5，當該量測平台旋轉一預設角度A，並利用該等取像鏡頭5拍攝一圖像(如第5圖所示)，當旋轉該預設角度A在第N次之後而滿足360度時，例如：該預設角度A為30度，利用一取像鏡頭5旋轉該預設角度A第12次之後而滿足360度；或者該預設角度A為30度，利用二個相對取像鏡頭5旋轉該預設角度A第6次之後而滿足360度。接著，疊合拍攝的N個圖像，例如：該預設角度A為30度，每一張疊合紙102具有2個圖像，將6張疊合紙102中的圖像疊合在一起(如第6圖所示)，最後，將取得的每一圖像中的多個校正點與該工件的一局部輪廓的一相對位置資料，透過該處理器6根據所有圖像的相對位置資料，以計算該工件101的一整體輪廓的X座標值及Y座標值，其中N為正整數。也就是說，依據長度及角度排序之每個校正點42都有對應的X座標值及Y座標值。

依據上述的結構，將該等取像鏡頭5分別擺放在位於6點鐘、12點鐘方向對該校正點層4及工件101進行圖像擷取，為了擷取該工件101的圖像，藉由轉動該量測平台3來讓該兩該等取像鏡頭5擷取到12張圖像，接著疊合拍攝的12個圖像，並利用二值化處理來取得該工件101的局部輪廓，再透過該處理器6根據所有圖像的相對位置資料，以計算該工件101的整體輪廓的X座標值及Y座標值。

如上所述，本發明工件輪廓的光學量測系統建立該等校正點42位置與X座標值及Y座標值的關聯性，再把該工件101放置在可旋轉的 量測平台3上，利用該等取像鏡頭5以預設角度A分段取像再進行疊合，接著對所得到的校正點42與該工件101的局部輪廓的相對位置資料來進行該工件101的整體輪廓的計算，進而能夠獲得該工件101的輪廓。藉此可避免接觸量測所耗費的作業時間以及工件表面刮傷的疑慮，同時使整體設備成本降低，並且能夠達到該工件101所需之檢測精度。

請參照第7圖並配合第1圖所示，本發明工件輪廓的量測方法的一較佳實施例，是利用上述工件輪廓的光學量測系統進行量測，該量測方法包含一備置步驟S201、一對位步驟S202、一背光步驟S203、一取像步驟S204、一疊合步驟S205及一計算步驟S206。本發明將於下文詳細說明各步驟的運作流程。

請參照第7圖並配合第1圖所示，在該備置步驟S201中，在一量測平台3上鋪設一校正點層4，其中該校正點層4形成一校正中心41及多個校正點42，該等校正點42圍繞在該校正中心41外，而且每一校正點42對應一X座標值及一Y座標值。

請參照第7圖並配合第1及4圖所示，在該對位步驟S202中，將該工件101放置在該校正點層4上，而且位於該等校正點42之間，其中該校正點層4定義一內群圈C1、一中群圈C2及一外群圈C3，該等校正點42分別位於該內群圈C1、中群圈C2及外群圈C3上，將該工件101放置在該中群圈C2及外群圈C3之間。

續參照第7圖並配合第1及4圖所示，在該背光步驟S203中，將一發光源33向該量測平台3的一透光板32及該透光板32上的校正點層4投射光，使該透光板32為背向打光，利用該發光源33照射到該工件101的背 面，使該工件101成像在該等取像鏡頭5拍攝的圖像上時，會有高對比的效果，而將夠將該該工件101的輪廓明顯且完整呈現。

續參照第7圖並配合第1及4圖所示，在該取像步驟S204中，對該量測平台3旋轉一預設角度A，並利用至少一取像鏡頭5拍攝一圖像，當旋轉該預設角度A第N次而滿足360度時，疊合拍攝的N個圖像，其中N為正整數。在本實施例中，如第5圖所示，每一圖像是根據該預設角度A分切的一扇形圖像，且每一圖像的校正點的數量為23個至29個，例如：序號1-5號為內群圈C1，序號6-12號為中群圈C2，序號13-23號為外群圈C3。

續參照第7圖並配合第1及4圖所示，在該疊合步驟S205中，係疊合該等圖像，例如：第6圖所示的每一張疊合紙102具有2個圖像，將6張疊合紙102中的圖像疊合在一起，接著取得每一圖像中的多個校正點42與該工件101的一局部輪廓的一相對位置資料。在本實施例中，每一圖像利用二值化處理來取得該工件101的局部輪廓。

續參照第7圖並配合第1及4圖所示，在該計算步驟S206中，根據所有圖像的相對位置資料計算該工件101的一整體輪廓的X座標值及Y座標值。

如上所述，本發明工件輪廓的光學量測系統建立該等校正點42位置與X座標值及Y座標值的關聯性，再把該工件101放置在可旋轉的量測平台3上，利用該等取像鏡頭5以預設角度A分段取像再進行疊合，接著對所得到的校正點42與該工件101的局部輪廓的相對位置資料來進行該工件101的整體輪廓的計算，進而能夠獲得該工件101的輪廓。藉此可避免接 觸量測所耗費的作業時間以及工件表面刮傷的疑慮，同時使整體設備成本降低，並且能夠達到該工件101所需之檢測精度。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種工件輪廓的光學量測系統，包含：一座體；一量測平台，可旋轉地設置在該座體上；一校正點層，設置在該量測平台上，用以供一工件放置，其中該校正點層形成一校正中心及多個校正點，該等校正點圍繞在該校正中心外，該工件放置在該等校正點之間，而且每一校正點對應一X座標值及一Y座標值；至少一取像鏡頭，設置在該校正點層上方，用以拍攝該工件及校正點層；及一處理器，用以電性連接該取像鏡頭；其中該量測平台旋轉一預設角度，並利用該取像鏡頭拍攝一圖像，當旋轉該預設角度N次而滿足360度時，疊合拍攝的N個圖像，將取得的每一圖像中的多個校正點與該工件的一局部輪廓的一相對位置資料，透過該處理器根據所有圖像的相對位置資料，以計算該工件的一整體輪廓的X座標值及Y座標值，其中N為正整數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之工件輪廓的光學量測系統，其中該量測平台具有一基座、一透光板及一發光源，該透光板設置在該基座上，該校正點層設置在該透光板上，且該發光源設置在該基座內。
3. 如申請專利範圍第2項所述之工件輪廓的光學量測系統，其中該量測平台另具有一雙向止推滾珠軸承，該基座設置在該雙向止推滾珠軸承上，且該雙向止推滾珠軸承配置用以帶動該基座旋轉。
4. 如申請專利範圍第1項所述之工件輪廓的光學量測系統，其中該座體具有一底座及一立架，該立架設置在該底座上，而且該工件輪廓的光學量測系統設置有兩個該取像鏡頭彼此間隔地固定在該立架上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之工件輪廓的光學量測系統，其中該校正點層定義一內群圈、一中群圈及一外群圈，該中群圈位於該內群圈及該外群圈之間，該等校正點分別位於該內群圈、中群圈及外群圈上，而且該工件位於該中群圈及外群圈之間。
6. 一種工件輪廓的量測方法，包含：一備置步驟，在一量測平台上鋪設一校正點層，其中該校正點層形成一校正中心及多個校正點，該等校正點圍繞在該校正中心外，而且每一校正點對應一X座標值及一Y座標值；一對位步驟，將一工件放置在該校正點層上，而且位於該等校正點之間；一取像步驟，對該量測平台旋轉一預設角度，並利用一取像鏡頭拍攝一圖像，當旋轉該預設角度N次而滿足360度時，疊合拍攝的N個圖像，其中N為正整數； 一疊合步驟，疊合該等圖像，並取得每一圖像中的多個校正點與該工件的一局部輪廓的一相對位置資料；及一計算步驟，根據所有圖像的相對位置資料計算該工件的一整體輪廓的X座標值及Y座標值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之工件輪廓的量測方法，其中在該對位步驟中，該校正點層定義一內群圈、一中群圈及一外群圈，該等校正點分別位於該內群圈、中群圈及外群圈上，將該工件放置在該中群圈及外群圈之間。
8. 如申請專利範圍第6項所述之工件輪廓的量測方法，其中在該對位步驟之後及該取像步驟之前另包含一背光步驟，以將一發光源向該量測平台的一透光板及透光板上的校正點層投射光。
9. 如申請專利範圍第6項所述之工件輪廓的量測方法，其中在該取像步驟中，每一圖像是根據該預設角度分切的一扇形圖像，且每一圖像的校正點的數量為23個至29個。
10. 如申請專利範圍第6項所述之工件輪廓的量測方法，其中在該疊合步驟中，每一圖像利用二值化處理來取得該工件的局部輪廓。