TWI670487B - 光學影像螺紋檢測系統及其方法 - Google Patents

Abstract

一種光學影像螺紋檢測系統，利用雷射投射光機投射線形雷射光束於複數個待測螺紋，複數個待測螺紋將線性雷射光束反射至影像感測模組，影像感測模組擷取反射的線性雷射光束及產生螺紋影像，電子裝置接續接收螺紋影像及對其解析出螺紋雷射圖樣、峰部圖樣、根部圖樣、水平間距以及垂直間距，並將其與電子裝置內儲存的參考螺紋雷射圖樣、參考峰部圖樣、參考根部圖樣、參考水平間距以及參考垂直間距比對，以判斷該複數個待測螺紋是否有缺陷。

Description

光學影像螺紋檢測系統及其方法

本發明關於一種利用線形雷射光束投射於複數個螺紋並搭配影像感測模組和電子裝置來產生及分析螺紋影像之光學影像螺紋檢測系統。

習知的螺紋量測方法為接觸式的量測方法，例如：分厘卡、塞規、三次元量測儀等，其雖可量測待測元件的各種螺距，然而，接觸式的量測方法有可能對待測元件造成損毀，且無法即時得知待測元件的螺紋缺陷。

近來，有許多論文研究利用雷射三角測量技術測量待測元件之螺紋的螺距(pitch )及有效徑(pitch diameter)，但其所架設的光路相當複雜，導致測量螺距及有效徑所需的時間較長，也無法即時得知待測元件的螺紋缺陷。

綜觀前述，本發明之發明者思索並設計一種光學影像螺紋檢測系統，以期針對習知技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於上述習知之問題，本發明的目的在於提供一種光學影像螺紋檢測系統，用以解決習知技術中所面臨之問題。

基於上述目的，本發明提供一種光學影像螺紋檢測系統，其包括雷射投射光機、影像感測模組以及電子裝置。雷射投射光機係產生線形雷射光束，且雷射投射光機將線形雷射光束投射至複數個待測螺紋上，使線形雷射光束大致平行於複數個待測螺紋之排列方向；影像感測模組擷取由複數個待測螺紋反射之線形雷射光束，並產生螺紋影像；電子裝置係連接於影像感測模組以接收螺紋影像，電子裝置對螺紋影像進行影像處理，解析出線形雷射光束於複數個待測螺紋所形成之螺紋雷射圖樣，且電子裝置於螺紋雷射圖樣邊緣定義出複數個峰部圖樣及複數個根部圖樣，以計算各峰部或各根部之間的水平間距，電子裝置進一步根據複數個峰部及複數個根部決定複數個峰部代表值及複數個根部代表值，以根據複數個峰部代表值及複數個根部代表值計算各峰部和各根部之垂直間距，電子裝置將複數個水平間距及複數個垂直間距與參考水平間距及參考垂直間距比對，以判斷複數個螺紋是否有缺陷，而從水平間距的比對能得知複數個螺紋的螺距是否有缺陷，從垂直間距的比對能得知複數個螺紋的有效徑是否有缺陷。本發明之光學影像螺紋檢測系統利用線形雷射光束投射於複數個螺紋並搭配影像感測模組和電子裝置來產生及分析螺紋影像，而能即時得知複數個螺紋是否有缺陷，且並不會對複數個螺紋所屬之元件產生損壞。

較佳地，雷射投射光機包括雷射光源、柱面鏡、第一鏡頭以及第一反射鏡，雷射光源發出雷射光束，柱面鏡位於雷射光束的光軸以將雷射光束變成條狀線雷射光束，第一鏡頭位於條狀線雷射光束的光軸及聚焦條狀線雷射光束為線形雷射光束，以投射線形雷射光束於第一反射鏡，第一反射鏡位於線形雷射光束的光軸上，以接收及反射線形雷射光束於複數個待測螺紋。

較佳地，本發明之光學影像螺紋檢測系統更包括第二反射鏡，第二反射鏡位於由複數個待測螺紋反射之線形雷射光束的光軸上，並接收及反射由複數個待測螺紋反射之線形雷射光束於影像感測模組。

較佳地，第一反射鏡和第二反射鏡位於不同的平面上。

較佳地，線形雷射光束透過第一反射鏡至複數個待測螺紋之光線和由複數個待測螺紋反射之線形雷射光束投射至第二反射鏡之光線之間的夾角為介於15度至60度之間。

較佳地，第一反射鏡、複數個待測螺紋以及第二反射鏡之位置為根據雷射三角量測法而配置。

較佳地，影像感測模組包括第二鏡頭以及影像感測器，第二鏡頭設置於影像感測器，以將複數個待測螺紋反射之線形雷射光束成像於影像感測器的焦平面上。

一種光學影像螺紋檢測方法，其包括：(1) 利用雷射投射光機投射線性雷射光束於複數個待測螺紋，影像感測模組則擷取由複數個待測螺紋反射之線形雷射光束以產生螺紋影像。(2)利用電子裝置對螺紋影像進行影像處理，以解析出螺紋雷射圖樣。(3)根據螺紋雷射圖樣邊緣定義出複數個峰部圖樣及複數個根部圖樣，電子裝置計算各峰部圖樣或各根部圖樣之間的水平間距。(4)根據各複數個峰部圖樣及複數個根部圖樣決定複數個峰部代表值及複數個根部代表值，電子裝置計算各峰部圖樣和各根部圖樣之垂直間距。(5)利用電子裝置將各垂直間距分別和複數個模版值相除以取得複數個螺紋比值，電子裝置判斷複數個螺紋比值是否落於臨界範圍，以得知複數個螺紋是否有缺陷。本發明之光學影像螺紋檢測方法，透過判斷螺紋比值是否落於臨界範圍，即能得知複數個螺紋的有效徑是否有缺陷，而不需實際量測複數個螺紋的有效徑。

較佳地，各垂直間距彼此相異，各模版值彼此相異。

較佳地，複數個模版值為多個螺紋雷射圖樣所對應之各垂直間距之平均結果。

承上所述，本發明之光學影像螺紋檢測系統，利用線形雷射光束投射於複數個待測螺紋並搭配影像感測模組和電子裝置來產生及分析螺紋影像，而能即時得知複數個待測螺紋是否有缺陷，且並不會對複數個螺紋所屬之元件產生損壞。

承上所述，本發明之光學影像螺紋檢測方法，透過判斷螺紋比值是否落於臨界範圍，即能得知複數個螺紋的有效徑是否有缺陷，而不需實際量測複數個螺紋的有效徑。

本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。

請參閱第1圖至第5圖，其分別為本發明之光學影像螺紋檢測系統之正視圖、本發明之光學影像螺紋檢測系統之雷射投射光機之配置圖、本發明之光學影像螺紋檢測系統之側視圖、本發明之光學影像螺紋檢測系統之方塊圖以及本發明之光學影像螺紋檢測系統之螺紋雷射圖樣。於本實施例中，本發明之光學影像螺紋檢測系統，其包括雷射投射光機10、影像感測模組30、第二反射鏡40以及電子裝置50。雷射投射光機10包括雷射光源11、柱面鏡12、第一鏡頭13以及第一反射鏡14，雷射光源11發出雷射光束，柱面鏡12位於雷射光束的光軸以將雷射光束變成條狀線雷射光束，第一鏡頭13位於條狀線雷射光束的光軸及聚焦條狀線雷射光束為線形雷射光束，以投射線形雷射光束於第一反射鏡14，第一反射鏡14位於線形雷射光束的光軸上，以接收及反射線形雷射光束於複數個待測螺紋20，且線形雷射光束大致平行於複數個待測螺紋20之排列方向；第二反射鏡40位於由複數個待測螺紋20反射之線形雷射光束的光軸上，並接收及反射由複數個待測螺紋20反射之線形雷射光束於影像感測模組30，其中，第一反射鏡14和第二反射鏡40位於不同的平面上；影像感測模組30包括第二鏡頭32以及影像感測器31，第二鏡頭32設置於影像感測器31，以將複數個待測螺紋20反射之線形雷射光束成像於影像感測器31的焦平面上；電子裝置50係連接於影像感測模組30以接收螺紋影像及包括處理器51及資料庫52，處理器51對螺紋影像進行影像處理，並解析出線形雷射光束於複數個待測螺紋20所形成之螺紋雷射圖樣TLP，且處理器51於螺紋雷射圖樣TLP邊緣定義出複數個峰部圖樣C及複數個根部圖樣R，以計算各峰部圖樣C或各根部圖樣R之間的水平間距H，處理器51進一步根據複數個峰部圖樣C及複數個根部圖樣R決定複數個峰部代表值及複數個根部代表值，以根據複數個峰部代表值及複數個根部代表值計算各峰部圖樣C和各根部圖樣R之垂直間距V，處理器51將複數個水平間距H及複數個垂直間距V與資料庫52內儲存之參考螺紋雷射圖樣之參考水平間距及參考垂直間距比對，以判斷複數個待測螺紋20是否有缺陷。本發明之光學影像螺紋檢測系統利用線形雷射光束投射於複數個螺紋20並搭配影像感測模組30和電子裝置50來產生及分析螺紋影像，而能即時得知複數個螺紋20是否有缺陷，而從水平間距H的比對能得知複數個螺紋20的螺距是否有缺陷，從垂直間距V的比對能得知複數個螺紋20的有效徑是否有缺陷，且並不會對複數個螺紋20所屬之元件產生損壞。

其中，由於第一反射鏡14、複數個待測螺紋20以及第二反射鏡40之位置為根據雷射三角量測法而配置，使得第一反射鏡14、複數個待測螺紋20以及第二反射鏡40形成一個三角形，因此，根據司乃爾定律，線形雷射光束透過第一反射鏡14至複數個待測螺紋20之光線和法線的夾角和由複數個待測螺紋20反射之線形雷射光束投射至第二反射鏡40之光線和法線的夾角為相等，較佳地，線形雷射光束透過第一反射鏡14至複數個待測螺紋20之光線和由複數個待測螺紋20反射之線形雷射光束投射至第二反射鏡40之光線之間的夾角為介於15度至60度之間。

需說明的是，資料庫52為事先儲存並無缺陷之複數個螺紋20所對應之參考螺紋雷射圖樣、參考峰部圖樣、參考根部圖樣、參考水平間距以及參考垂直間距作為比對之基準，處理器51比對螺紋雷射圖樣TLP、峰部圖樣C、根部圖樣R、水平間距H以及垂直間距V和參考螺紋雷射圖樣、參考峰部圖樣、參考根部圖樣、參考水平間距以及參考垂直間距做綜合性比對，而非單方面的比對，進而確認複數個螺紋20是否有缺陷。

續言之，螺紋雷射圖樣TLP並非與實際的複數個待測螺紋20的外形一致而為如第4圖的螺紋雷射圖樣TLP，各水平間距H並非各待測螺紋20的實際螺距，各垂直間距V並非各待測螺紋20的實際有效徑，本發明之光學影像螺紋檢測系統為透過螺紋雷射圖樣TLP和參考螺紋雷射圖樣進行比對，而不需實際量測螺紋和有效徑，即能得知複數個待測螺紋20是否有缺陷。

請參閱第6圖，其為本發明之光學影像螺紋檢測方法之流程圖。如第6圖所示，並搭配第1圖、第4圖及第5圖說明本發明之光學影像螺紋檢測方法如下：(1)S11步驟：架設如第1圖所示的光學影像螺紋檢測系統，雷射投射光機10投射線性雷射光束於複數個待測螺紋20，影像感測模組30則擷取由複數個待測螺紋20反射之線形雷射光束以產生螺紋影像，接著進入S12步驟。(2)S12步驟：利用電子裝置50的處理器51對螺紋影像進行影像處理，以解析出如第5圖所示的螺紋雷射圖樣TLP，接著進入S13步驟。(3)S13步驟：根據螺紋雷射圖樣TLP邊緣定義出複數個峰部圖樣C及複數個根部圖樣R，電子裝置50計算各峰部圖樣C或各根部圖樣R之間的水平間距H，各水平間距H的數值彼此相異，接著進入S14步驟。(4)S14步驟：根據各複數個峰部圖樣C及複數個根部圖樣R決定複數個峰部代表值及複數個根部代表值，電子裝置50計算各峰部圖樣C和各根部圖樣R之垂直間距V，各垂直間距V彼此相異，接著進入S15步驟。(5)S15步驟：利用電子裝置50的處理器51將各垂直間距V分別和複數個模版值相除以取得複數個螺紋比值，其中，各模板值彼此相異且和各垂直間距V相對應，亦即，單個模版值對應單個垂直間距V，接著進入S16步驟。(6)S16步驟：電子裝置50的處理器51判斷複數個螺紋比值是否落於具有上限和下限的臨界範圍，電子裝置50的處理器51判斷每個螺紋比值是否落於臨界範圍，若複數個螺紋比值皆落於臨界範圍，進入S17步驟；若複數個螺紋比值之其中一個未落於臨界範圍，進入S18步驟。(7)S17步驟：確定複數個待測螺紋20並無有效徑的缺陷。(8)S18步驟：複數個待測螺紋20具備有效徑的缺陷。本發明之光學影像螺紋檢測方法，透過判斷螺紋比值是否落於臨界範圍，即能得知複數個螺紋的有效徑是否有缺陷，而不需實際量測複數個螺紋的有效徑。

需說明的是，本發明之光學影像感測方法也能應用水平間距H的判斷，並非僅為垂直間距V的判斷；複數個模版值為儲存於電子裝置50的資料庫52，複數個模版值為多個螺紋雷射圖樣TLP所對應之各垂直間距V之平均結果，具體而言，單個模版值為多個螺紋雷射圖樣TLP之和模版值相應的垂直間距V之平均值，其他模版值也是如此，進而使各模板值和各垂直間距V為相應的；臨界範圍同樣也儲存於電子裝置50的資料庫52，臨界值範圍的上限和下限為根據無缺陷的待測螺紋20所對應的螺紋比值而設定。

綜上所述，本發明之光學影像螺紋檢測系統，透過線形雷射光束投射於複數個待測螺紋20並搭配影像感測模組30產生螺紋影像，電子裝置50對螺紋影像進行分析以取得螺紋雷射圖樣TLP、峰部圖樣C、根部圖樣R、水平間距H以及垂直間距V，並將螺紋雷射圖樣TLP、峰部圖樣C、根部圖樣R、水平間距H以及垂直間距V和電子裝置50的資料庫52儲存的參考螺紋雷射圖樣、參考峰部圖樣、參考根部圖樣、參考水平間距以及參考垂直間距比對，以得知複數個待測螺紋20是否有缺陷。總括而言，本發明之光學影像螺紋檢測系統，具有如上述的優點，即時得知複數個待測螺紋20是否有缺陷，且不會損壞複數個待測螺紋20所屬之元件。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧雷射投射光機

11‧‧‧雷射光源

12‧‧‧柱面鏡

13‧‧‧第一鏡頭

14‧‧‧第一反射鏡

20‧‧‧待測螺紋

30‧‧‧影像感測模組

31‧‧‧影像感測器

32‧‧‧第二鏡頭

40‧‧‧第二反射鏡

50‧‧‧電子裝置

51‧‧‧處理器

52‧‧‧資料庫

C‧‧‧峰部圖樣

H‧‧‧水平間距

R‧‧‧根部圖樣

TLP‧‧‧螺紋雷射圖樣

V‧‧‧垂直間距

S11~S16‧‧‧步驟

第1圖為本發明之光學影像螺紋檢測系統之正視圖。

第2圖為本發明之光學影像螺紋檢測系統之雷射投射光機之配置圖。

第3圖為本發明之光學影像螺紋檢測系統之側視圖。

第4圖為本發明之光學影像螺紋檢測系統之影像感測模組和電子裝置之連接關係圖。

第5圖為本發明之光學影像螺紋檢測系統之螺紋雷射圖樣。

第6圖為本發明之光學影像螺紋檢測方法之流程圖。

Claims (10)

1. 一種光學影像螺紋檢測系統，其包括： 一雷射投射光機，係產生一線形雷射光束，且該雷射投射光機係將該線形雷射光束投射至複數個待測螺紋上，使該線形雷射光束大致平行於該複數個待測螺紋之排列方向； 一影像感測模組，係擷取由該複數個待測螺紋反射之該線形雷射光束，並產生一螺紋影像；以及 一電子裝置，係連接於該影像感測模組以接收該螺紋影像，該電子裝置對該螺紋影像進行影像處理，解析出該線形雷射光束於該複數個待測螺紋所形成之一螺紋雷射圖樣，且該電子裝置於該螺紋雷射圖樣邊緣定義出複數個峰部圖樣及複數個根部圖樣，以計算各該峰部圖樣或各該根部圖樣之間的一水平間距，該電子裝置進一步根據該複數個峰部圖樣及該複數個根部圖樣決定複數個峰部代表值及複數個根部代表值，以根據該複數個峰部代表值及該複數個根部代表值計算各該峰部圖樣和各該根部圖樣之一垂直間距，該電子裝置將該複數個水平間距及該複數個垂直間距與一參考水平間距及一參考垂直間距比對，以判斷該複數個螺紋是否有缺陷。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學影像螺紋檢測系統，其中，該雷射投射光機包括一雷射光源、一柱面鏡、一第一鏡頭以及一第一反射鏡，該雷射光源發出一雷射光束，該柱面鏡位於該雷射光束的光軸以將該雷射光束變成一條狀線雷射光束，該第一鏡頭位於該條狀線雷射光束的光軸及聚焦該條狀線雷射光束為該線形雷射光束，以投射該線形雷射光束於該第一反射鏡，該第一反射鏡位於該線形雷射光束的光軸，以接收及反射該線形雷射光束於該複數個待測螺紋。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光學影像螺紋檢測系統，更包括一第二反射鏡，該第二反射鏡位於由該複數個待測螺紋反射之該線形雷射光束的光軸上，並接收及反射由該複數個待測螺紋反射之該線形雷射光束於該影像感測模組。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學影像螺紋檢測系統，其中，該第一反射鏡和該第二反射鏡位於不同的平面上。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光學影像螺紋檢測系統，該線形雷射光束透過該第一反射鏡至該複數個待測螺紋之光線和由該複數個待測螺紋反射之該線形雷射光束投射至該第二反射鏡之光線之間的夾角為介於15度至60度之間。
6. 如申請專利範圍第3項所述之光學影像螺紋檢測系統，其中，該第一反射鏡、該複數個待測螺紋以及該第二反射鏡之位置為根據雷射三角量測法而配置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學影像內螺紋檢測系統，其中，該影像感測模組包括一第二鏡頭以及一影像感測器，該第二鏡頭設置於該影像感測器，以將該複數個待測螺紋反射之該線形雷射光束成像於該影像感測器的焦平面上。
8. 一種光學影像螺紋檢測方法，其包括： 利用一雷射投射光機投射一線性雷射光束於複數個待測螺紋，一影像感測模組則擷取由該複數個待測螺紋反射之該線形雷射光束以產生一螺紋影像； 利用一電子裝置對該螺紋影像進行影像處理，以解析出一螺紋雷射圖樣； 根據該螺紋雷射圖樣邊緣定義出複數個峰部圖樣及複數個根部圖樣，該電子裝置計算各該峰部圖樣或各該根部圖樣之間的一水平間距； 根據各該複數個峰部圖樣及該複數個根部圖樣決定複數個峰部代表值及複數個根部代表值，該電子裝置計算各該峰部圖樣和各該根部圖樣之一垂直間距；以及 利用電子裝置將各該垂直間距分別和複數個模版值相除以取得複數個螺紋比值，該電子裝置判斷該複數個螺紋比值是否落於一臨界範圍，以得知該複數個螺紋是否有缺陷。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學影像螺紋檢測方法，其中，各該垂直間距彼此相異，各該模版值彼此相異。
10. 如申請專利範圍第8項所數之光學影像螺紋檢測方法，其中，該複數個模版值為多個螺紋雷射圖樣所對應之各該垂直間距之平均結果。