TWI650544B - 表面量測系統 - Google Patents

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TWI650544B TW106139765A TW106139765A TWI650544B TW I650544 B TWI650544 B TW I650544B TW 106139765 A TW106139765 A TW 106139765A TW 106139765 A TW106139765 A TW 106139765A TW I650544 B TWI650544 B TW I650544B
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潘世耀
楊蘭昇
郭修瑋
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Abstract

一種表面量測系統用以量測具低反射的表面的待測物。表面量測系統包含結露裝置與量測裝置。結露裝置用以形成一液體層於待測物的表面上。結露裝置包含腔體、控溫氣體源與增濕氣體源。腔體用以容納待測物。控溫氣體源連接至腔體，用以提供控溫氣體至腔體中以控制待測物的溫度。增濕氣體源連接至腔體，用以提供水氣至腔體中以形成液體層於待測物的表面上。量測裝置包含平台、光源與影像擷取裝置。平台用以放置具有液體層的待測物。光源用以提供光束以照射平台上的待測物。影像擷取裝置用以偵測自平台上的待測物散射的光束。

Description

表面量測系統
本發明是有關於一種表面量測系統。
隨著科技的進步，越來越多的電子產品使用透明材質(如玻璃)作為產品組件(如手機面板、手機機殼、透鏡)。為了確保品質，透明組件可經由量測而測得其表面形貌。然而透明材質具有低反射率的問題，若要量到足夠準確的影像，需要增加量測的曝光時間與/或光源強度。若組件內部或底部具有瑕疵，也可能被量測到，導致訊號誤判。另外，若組件表面為曲面，也會有多重反射的情況發生。
本發明之一態樣提供一種表面量測系統，用以量測具低反射的表面的待測物。表面量測系統包含結露裝置與量測裝置。結露裝置用以形成一液體層於待測物的表面上。結露裝置包含腔體、控溫氣體源與增濕氣體源。腔體用以容納待測物。控溫氣體源連接至腔體，用以提供控溫氣體至腔體中以控制待測物的溫度。增濕氣體源連接至腔體，用以提供水氣至腔體中以形成液體層於待測物的表面上。量測裝置包含平台、光 源與影像擷取裝置。平台用以放置具有液體層的待測物。光源用以提供光束以照射平台上的待測物。影像擷取裝置用以偵測自平台上的待測物散射的光束。
本發明之另一態樣提供一種表面量測系統，用以量測具低反射的表面的待測物。表面量測系統包含控溫裝置、增濕裝置與量測裝置。控溫裝置包含控溫腔體與控溫氣體源。控溫腔體用以容納待測物。控溫氣體源連接至控溫腔體，用以提供控溫氣體至控溫腔體中以控制待測物的溫度。增濕裝置包含增濕腔體與增濕氣體源。增濕腔體用以容納已控溫的待測物。增濕氣體源連接至增濕腔體，用以提供水氣至增濕腔體中以形成液體層於待測物的表面上。量測裝置包含平台、光源與影像擷取裝置。平台用以放置具有液體層的待測物。光源用以提供光束以照射平台上的待測物。影像擷取裝置用以偵測自平台上的待測物散射的光束。
上述實施方式的表面量測系統藉由在待測物的表面上形成液體層，以增加光束照射於表面上的散射量。如此一來，測得的影像具有高訊雜比，因此表面能夠被精準量測，亦可提升量測速度。
100、200‧‧‧表面量測系統
110‧‧‧結露裝置
112‧‧‧腔體
112a、212a、232a‧‧‧入口
112b、212b、232b‧‧‧出口
114、214‧‧‧控溫氣體源
115、117、215、235‧‧‧出氣口
116、234‧‧‧增濕氣體源
118a、118b、218a、218b、238a、238b‧‧‧空氣門裝置
120、220、240‧‧‧導流結構
122、222、242‧‧‧擴散板
124、224、244‧‧‧整流板
125、225、245‧‧‧貫穿孔
126、226、246‧‧‧集氣板
127、227、247‧‧‧通道
160‧‧‧量測裝置
162‧‧‧平台
164‧‧‧光源
165、167‧‧‧光束
166‧‧‧影像擷取裝置
210‧‧‧控溫裝置
212‧‧‧控溫腔體
230‧‧‧增濕裝置
232‧‧‧增濕腔體
900‧‧‧待測物
910‧‧‧表面
920‧‧‧液體層
第1圖為本發明一實施方式之表面量測系統的示意圖。
第2A圖為第1圖的結露裝置的立體圖。
第2B圖為第1圖的結露裝置與待測物的剖面圖。
第3圖為本發明另一實施方式之表面量測系統的示意圖。
第4A圖為第3圖的控溫裝置的立體圖。
第4B圖為第3圖的控溫裝置與待測物的剖面圖。
第5A圖為第3圖的增濕裝置的立體圖。
第5B圖為第3圖的增濕裝置與待測物的剖面圖。
以下將以圖式揭露本發明的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1圖為本發明一實施方式之表面量測系統100的示意圖。表面量測系統100用以量測具低反射的表面910的待測物900。表面量測系統100包含結露裝置110與量測裝置160。結露裝置110用以形成一液體層920於待測物900的表面910上。量測裝置160用以量測具液體層920的待測物900。
具體而言，本實施方式利用結露裝置110在低反射表面910上形成液體層920，使得量測裝置160照射表面910時，於液體層920上形成散射，以增加量測裝置160接收的光量，亦可減少待測物900多重反射所增加的雜訊。
詳細而言，本實施方式的待測物900可為透明或半透明材質，例如玻璃、塑膠或其他合適的材料。待測物900 的表面910具有低反射率，因此當光線照射至表面910(本實施方式為待測物900的上表面)時，多數光線會穿透待測物900，如此一來，量測裝置160所能擷取的反射光量便會相當少，甚至於無法成像，造成表面量測的困難。再加上，待測物900的下表面亦會反射些許光線，此部分的光線會與上表面反射的光線互相干擾而產生雜訊，使得影像的辨識更加困難。另外，若待測物900的表面910為曲面(如第1圖所示)，則光線於表面910上各處的反射方向皆不同，亦會增加擷取影像的困難。
然而，因本實施方式在量測表面910之前，先在表面910上形成液體層920，此液體層920可增加光線的散射量，因此可改善上述反射率不足、反射方向不一的問題。另外，液體層920也可阻擋自下表面反射的光線，因此能降低影像雜訊，提升影像擷取的品質。
第2A圖為第1圖的結露裝置110的立體圖，第2B圖為第1圖的結露裝置110與待測物900的剖面圖。結露裝置110包含腔體112、控溫氣體源114與增濕氣體源116。腔體112用以容納待測物900。控溫氣體源114連接至腔體112，用以提供控溫氣體至腔體112中以控制待測物900的溫度。增濕氣體源116連接至腔體112，用以提供水氣至腔體112中以形成液體層920於待測物900的表面910上。
具體而言，先將欲進行表面量測的待測物900置入腔體112中，之後控溫氣體源114將控溫氣體(例如為空氣或其他合適的氣體)提供至腔體112中。此控溫氣體與腔體112的溫度不同，例如控溫氣體的溫度低於腔體112的溫度(例如室 溫)，因此當控溫氣體進入腔體112後，藉由對流的方式，便可改變待測物900的溫度，例如使待測物900降溫。
接著，增濕氣體源116再提供水氣至腔體112中。因腔體112與待測物900的溫度皆已降低，因此提供至腔體112的水氣較易達到飽和而凝結成液體，並在待測物900的表面910結露而形成液體層920，其成分為液態水。之後，形成液體層920的待測物900便可以離開結露裝置110並移到第1圖的量測裝置160進行表面量測。
雖然上述實施方式以先降溫再增濕的方式形成液體層920，然而在一些其他的實施方式中，亦可先提供水氣至腔體112中增加腔體112的濕度，再提供控溫氣體至腔體112中以降低待測物900的溫度，或者同時提供控溫氣體與水氣，上述之步驟皆可在待測物900上形成液體層920。另外，因上述實施方式係降低腔體112內部空氣溫度，因此腔體112內可不需在高濕度的環境下即可結露，可避免生銹、發霉的情形發生。
均勻的液體層920可增加散射效果，此處的均勻係指液體層920的液珠(例如水珠)具有相似的尺寸，例如液珠的直徑為約2微米至約5微米，及/或液珠之間具有相似的間距。液體層920的均勻度與形成溫度(由控溫氣體決定)及腔體112內氣體的流場有關。因此在一些實施方式中，結露裝置110可更包含導流結構120，置於腔體112中。導流結構120用以控制控溫氣體與水氣的流場，將控溫氣體與水氣均勻的導向待測物900上，以在待測物900上形成均勻的液體層920。
在第2A圖與第2B圖中，導流結構120包含擴散板122與整流板124。擴散板122置於控溫氣體源114的出氣口115前，且置於整流板124與控溫氣體源114之間。此處的出氣口115為控溫氣體自控溫氣體源114離開至腔體112的出口。整流板124具有複數個貫穿孔125，用以將控溫氣體的流向均勻化。具體而言，擴散板122可為一平板，當控溫氣體自出氣口115進入腔體112中時，控溫氣體會接觸到擴散板122進而被擴散板122反射，使得控溫氣體的行進路線改變，導致控溫氣體具有不規則的流向，因此能夠均勻地在腔體112中流動。控溫氣體接著到達整流板124，整流板124只允許具有特定角度/方向的控溫氣體通過，而此角度/方向取決於貫穿孔125的設置。貫穿孔125例如為垂直設置(如第2B圖所示)，因此只有垂直方向的控溫氣體可通過。另外，大角度方向的控溫氣體則會撞擊到貫穿孔125的內壁而被反射。經過多次反射後，控溫氣體的行進方向則會被導為實質垂直方向。如此一來，通過整流板124的控溫氣體便具有準直性，亦即流向均勻化。此流向均勻化的控溫氣體能夠均勻降低待測物900的溫度，以避免降溫不均的情況產生。
另外，擴散板122亦可進一步置於增濕氣體源116的出氣口117前，且置於整流板124與增濕氣體源116之間。此處的出氣口117為水氣自增濕氣體源116離開至腔體112的出口。整流板124亦用以將水氣的流向均勻化。如上所述，當增濕氣體源116的水氣進入腔體112中時，水氣會接觸到擴散板122進而被擴散板122反射，因此水氣能夠均勻地在腔體112中 流動。而整流板124亦能夠準直水氣的流動方向，將水氣的流向均勻化。此流向均勻化的水氣能夠均勻地結露在待測物900的表面910上，以得到液珠尺寸與/或間距均勻的液體層920。在一些實施方式中，流向均勻化的水氣的流場之雷諾數(Reynolds number)為約10至約100，然而本發明不以此為限。
應注意的是，第2A圖與第2B圖的出氣孔115與117的位置與數量皆為例示，並非用以限制本發明。本發明所屬領域具通常知識者，應視實際需要，彈性選擇出氣孔115與117的位置與數量。另外，只要擴散板122置於至少一出氣孔115與117前，皆在本發明之範疇中。
在一些實施方式中，導流結構120可更包含集氣板126，置於擴散板122與整流板124之間，用以集中控溫氣體與水氣。具體而言，經過擴散板122的控溫氣體與水氣具有不均勻的流向，所以有部分的控溫氣體與水氣可能無法到達整流板124，而集氣板126可將控溫氣體與水氣集中，以增加控溫氣體與水氣到達整流板124的量。在一些實施方式中，集氣板126具有通道127，通道127的寬度自擴散板122至整流板124的方向漸縮，因此可將大角度的控溫氣體與水氣集中。在一些實施方式中，集氣板126可具有三角截面(如第2B圖所示)，而通道127則具有倒梯形截面(如第2B圖所示)，然而本發明不以此為限。另外，雖然在第2A圖與第2B圖中，通道127的內表面為平面，不過在其他的實施方式中，內表面可為曲面，以增加收集/集中控溫氣體與水氣的效率。
在第2A圖與第2B圖中，腔體112具有一入口112a與一出口112b。待測物900可自入口112a進入腔體112，並由出口112b離開腔體112。在一些實施方式中，入口112a與出口112b可為開放式，亦即腔體112可不具備閥門以開啟或關閉入口112a與出口112b。結露裝置110可更包含空氣門裝置118a與118b，分別設置於入口112a上與出口112b上。空氣門裝置118a與118b具有出風口，用以產生高壓氣流，此氣流可將腔體112內與腔體112外的空氣做隔絕，以達到封閉的效果。然而，在其他的實施方式中，入口112a與出口112b可使用其他方式或架構以隔絕腔體112內外的空氣，本發明不以此為限。
接著請回到第1圖。量測裝置160包含平台162、光源164與影像擷取裝置166。平台162用以放置具有液體層920的待測物900。光源164用以提供光束165以照射平台162上的待測物900。影像擷取裝置166用以偵測自平台162上的待測物900散射的光束167。具體而言，當待測物900在結露裝置110中形成液體層920後，待測物900便自出口112b(如第2B圖所示)離開結露裝置110至量測裝置160的平台162上。在一些實施方式中，可藉由輸送帶或手動的方式移動待測物900。另外，光源164可為雷射或其他合適的發光元件；影像擷取裝置166可為相機，然而本發明不以此為限。再者，量測裝置160可利用雷射三角法、結構光量測法或其他合適的量測方法量測待測物900的表面910。
應注意的是，在下面的說明中，已在上述實施方式提過的相關細節將不再贅述，僅就下列實施方式的變化處加以詳述。
第3圖為本發明另一實施方式之表面量測系統200的示意圖。表面量測系統200包含控溫裝置210、增濕裝置230與量測裝置160。控溫裝置210用以控制待測物900的溫度，增濕裝置230用以形成液體層920於待測物900的表面910上。量測裝置160用以量測具液體層920的待測物900。
第4A圖為第3圖的控溫裝置210的立體圖，第4B圖為第3圖的控溫裝置210與待測物900的剖面圖。控溫裝置210包含控溫腔體212與控溫氣體源214。控溫腔體212用以容納待測物900。控溫氣體源214連接至控溫腔體212，用以提供控溫氣體至控溫腔體212中以控制待測物900的溫度。具體而言，先將欲進行表面量測的待測物900置入控溫腔體212中，之後控溫氣體源214將控溫氣體提供至控溫腔體212中，以改變待測物900的溫度，例如使待測物900降溫。
在一些實施方式中，控溫裝置210可更包含導流結構220，置於控溫腔體212中。導流結構220用以控制控溫氣體的流場，將控溫氣體均勻的導向待測物900上，以達到為待測物900均勻降溫的目的。導流結構220包含擴散板222與整流板224。擴散板222置於控溫氣體源214的出氣口215前，且置於整流板224與控溫氣體源214之間。整流板224具有複數個貫穿孔225，用以將控溫氣體的流向均勻化。如此一來，通過整流板224的控溫氣體便具有準直性，亦即流向均勻化。此流向 均勻化的控溫氣體能夠均勻降低待測物900的溫度，以避免降溫不均的情況產生。
在一些實施方式中，導流結構220可更包含集氣板226，置於擴散板222與整流板224之間，用以集中控溫氣體。在一些實施方式中，集氣板226具有通道227，通道227的寬度自擴散板222至整流板224的方向漸縮，因此可將大角度的控溫氣體集中。
另外，控溫腔體212具有一入口212a與一出口212b。待測物900可自入口212a進入控溫腔體212，並由出口212b離開控溫腔體212。控溫裝置210可更包含空氣門裝置218a與218b，分別設置於入口212a上與出口212b上。空氣門裝置218a與218b具有出風口，用以產生高壓氣流，此氣流可將控溫腔體212內與控溫腔體212外的空氣做隔絕，以達到封閉的效果。至於本實施方式的控溫裝置210的其他細節因與第2A圖及第2B圖的結露裝置110類似，因此便不再贅述。
第5A圖為第3圖的增濕裝置230的立體圖，第5B圖為第3圖的增濕裝置230與待測物900的剖面圖。增濕裝置230包含增濕腔體232與增濕氣體源234。增濕腔體232用以容納已控溫的待測物900(即離開第3圖的控溫裝置210的待測物900)。增濕氣體源234連接至增濕腔體232，用以提供水氣至增濕腔體232中以形成液體層920於待測物900的表面910上。具體而言，增濕氣體源234提供水氣至增濕腔體232中。因待測物900的溫度已降低，因此水氣較易於待測物900的表面910達到飽和而凝結成液體並結露，進而形成液體層920，其成分 為液態水。之後，形成液體層920的待測物900便可以離開增濕裝置230並移到第3圖的量測裝置160進行表面量測。
在一些實施方式中，增濕裝置230可更包含導流結構240，置於增濕腔體232中。導流結構240用以控制水氣的流場，將水氣均勻的導向待測物900上，以在待測物900上形成均勻的液體層920。導流結構240包含擴散板242與整流板244。擴散板242置於增濕氣體源234的出氣口235前，且置於整流板244與增濕氣體源234之間。整流板244具有複數個貫穿孔245，用以將水氣的流向均勻化。如此一來，通過整流板244的水氣便具有準直性，亦即流向均勻化。此流向均勻化的水氣能夠均勻地在待測物900的表面910上結露，以形成均勻的液體層920。
在一些實施方式中，導流結構240可更包含集氣板246，置於擴散板242與整流板244之間，用以集中水氣。在一些實施方式中，集氣板246具有通道247，通道247的寬度自擴散板242至整流板244的方向漸縮，因此可將大角度的水氣集中。
另外，增濕腔體232具有一入口232a與一出口232b。待測物900可自入口232a進入增濕腔體232，並由出口232b離開增濕腔體232。增濕裝置230可更包含空氣門裝置238a與238b，分別設置於入口232a上與出口232b上。空氣門裝置238a與238b具有出風口，用以產生高壓氣流，此氣流可將增濕腔體232內與增濕腔體232外的空氣做隔絕，以達到封閉的效果。至於本實施方式的增濕裝置230的其他細節因與第 2A圖及第2B圖的結露裝置110類似，因此便不再贅述。另外，在形成液體層920後，待測物900便離開增濕裝置230，並在量測裝置160上進行表面量測。至於本實施方式的量測裝置160與第1圖的量測裝置160的元件與量測方法相同，因此便不再贅述。
綜上所述，上述實施方式的表面量測系統藉由在待測物的表面上形成液體層，以增加光束照射於表面上的散射量。如此一來，測得的影像具有高訊雜比，因此表面能夠被精準量測，亦可提升量測速度。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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 (6)

  1. 一種表面量測系統，用以量測具低反射的表面的一待測物，該表面量測系統包含：一結露裝置，用以形成一液體層於該待測物的該表面上，該結露裝置包含：一腔體，用以容納該待測物；一控溫氣體源，連接至該腔體，用以提供一控溫氣體至該腔體中以控制該待測物的溫度；一增濕氣體源，連接至該腔體，用以提供水氣至該腔體中以形成該液體層於該待測物的該表面上；以及一導流結構，置於該腔體中，該導流結構用以將該控溫氣體與該水氣均勻的導向該待測物上，其中該導流結構包含：一擴散板，置於該控溫氣體源的出氣口前；以及一整流板，該擴散板置於該整流板與該控溫氣體源之間，該整流板具有複數個貫穿孔，用以將該控溫氣體與該水氣的流向均勻化；以及一量測裝置，包含：一平台，用以放置具有該液體層的該待測物；一光源，用以提供一光束以照射該平台上的該待測物；以及一影像擷取裝置，用以偵測自該平台上的該待測物散射的該光束。
  2. 如請求項1所述的表面量測系統，其中該導流結構更包含：一集氣板，置於該擴散板與該整流板之間，用以集中該控溫氣體與該水氣。
  3. 如請求項2所述的表面量測系統，其中該集氣板具有一通道，該通道的寬度自該擴散板至該整流板的方向漸縮。
  4. 一種表面量測系統，用以量測具低反射表面之一待測物，該表面量測系統包含：一控溫裝置，包含：一控溫腔體，用以容納該待測物；一控溫氣體源，連接至該控溫腔體，用以提供一控溫氣體至該控溫腔體中以控制該待測物的溫度；以及一導流結構，置於該控溫腔體中，該導流結構用以將該控溫氣體均勻的導向該待測物上，其中該導流結構包含：一擴散板，置於該控溫氣體源的出氣口前；以及一整流板，該擴散板置於該整流板與該控溫氣體源之間，該整流板具有複數個貫穿孔，用以將該控溫氣體的流向均勻化；一增濕裝置，包含：一增濕腔體，用以容納已控溫的該待測物；以及一增濕氣體源，連接至該增濕腔體，用以提供水氣至該增濕腔體中以形成一液體層於該待測物的該表面上；以及一量測裝置，包含：一平台，用以放置具有該液體層的該待測物；一光源，用以提供一光束以照射該平台上的該待測物；以及一影像擷取裝置，用以偵測自該平台上的該待測物散射的該光束。
  5. 如請求項4所述的表面量測系統，其中該導流結構更包含：一集氣板，置於該擴散板與該整流板之間，用以集中該控溫氣體。
  6. 如請求項5所述的表面量測系統，其中該集氣板具有一通道，該通道的寬度自該擴散板至該整流板的方向漸縮。
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