TWI674422B - 非接觸式光學量測方法與系統 - Google Patents

Abstract

一種非接觸式光學量測方法與系統，該系統具有一取像單元、一投影 單元與一計算單元，其中取像單元所擷取的影像當中投影單元所投影圖案的一投影位置隨著取像單元的高度變動而改變，因而可以執行多次的校準作業，利用取像單元對尺寸已知的標準試片進行影像擷取，紀錄取像單元所擷取的影像當中投影單元所投影圖案的的投影位置，並利用計算單元計算得出轉換係數，最後完成一轉換係數表，於實際的光學檢測時可以利用查表快速取得正確的轉換係數，提升量測效率並維持量測的精確度。

Description

非接觸式光學量測方法與系統

本發明與光學量測技術有關，具體而言是指一種非接觸式光學量測方法與系統，能夠在檢測作業時快速取用正確的轉換係數，維持光學量測的精確度並提升作業效率。

隨著電子產品造型輕薄短小，以及智慧多工的性能發展趨勢，電子零組件的製造組裝變成越來越精細而複雜，因此電子產品的製程開始廣泛採用自動光學檢測(AOI)系統來進行產品缺陷的檢測作業。

傳統的自動光學檢測系統是使用非接觸式的光學成像來進行2D平面量測作業，自動光學檢測系統當中取像單元(Image Capture Unit)所擷取的數位影像只有像素的資訊，因此還需要透過自動光學檢測系統當中的計算單元進行單位轉換作業，才能取得所需的尺寸物理數值。

在進行單位轉換作業之前必須進行校準作業，先利用尺寸已知的標準試片(可能為圓形、矩形或其他圖案)進行取像動作，接著將取像單元所擷取影像的像素資訊與已知的試片尺寸進行計算，可以得出一轉換係數(例如0.05mm/像素)，如此才能夠將轉換係數套用於單位轉換作業，得到取像單元在進行檢測作業時所擷取待測物影像的實際尺寸。

由於校準作業與檢測作業的取像動作是在不同的時間進行，需要分別進行對焦，校準作業與檢測作業就必須維持在一樣的環境才能夠確保轉換係數的正確性。因此，目前實際進行檢測作業之前都必須進行一次校準作業，或是額外使用夾治具來確保自動光學檢測系統的量測環境，以上兩種方法都會耗費許多時間與成本，降低作業效率。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種非接觸式光學量測方法與系統，能夠提升作業效率並維持檢測的精確度。

本發明所提供一種非接觸式光學量測方法，其步驟包含有：

準備一取像單元與一投影單元，且該投影單元所投影圖案的投影位置隨著該取像單元的高度變動而改變；

進行校準作業，啟動該取像單元與該投影單元對尺寸已知的一標準試片進行影像擷取，紀錄該投影單元的投影位置，並利用一計算單元計算得出一轉換係數；以及

調整該取像單元的高度再回到前一步驟，直到一轉換係數表建立完成，其中該轉換係數表紀錄有該投影單元的投影位置與所對應的該轉換係數。

如此一來，由於轉換係數表已經預先建立完成，應用前述方法的光學檢測系統在對待量測目標進行光學檢測時，可以執行一查表作業，根據投影單元的投影位置查詢轉換係數表取得所對應的轉換係數，省去每次作業前的校準作業時間，因而能夠維持檢測的正確性，並提升效率。

本發明還提供一種非接觸式光學量測系統，其包含有一取像單元；一投影單元，其光軸與取像單元的光軸為非平行設置，使投影單元所投影圖案的投影位置隨著該取像單元的高度變動而改變；以及一計算單元，儲存有一轉換係數表紀錄該投影單元所投影圖案的複數個投影位置與所對應的複數個轉換係數，且該計算單元能夠接收該取像單元所擷取的影像，判斷該投影單元的投影位置並查詢該轉換係數表取得對應的轉換係數。

較佳的實施態樣是，非接觸式光學量測系統還具有一承載平台，其中取像單元與投影單元為固定設置的，承載平台則可以朝向靠近或遠離取像單元的方向移動。

藉此，本發明利用投影單元的投影位置變化，建置該轉換係數表，於實際進行量測時，就可以根據投影位置而對轉換係數表進行查表，快速取得正確的轉換係數，以加速完成量測作業，兼顧量測的精確度。

以下為具體說明本發明的實施方式與技術功效，提供一較佳實施例並搭配圖式說明如後。請參閱圖1，本發明所提供較佳實施例為一非接觸式光學量測系統，包含有一取像單元10、投影單元20與一計算單元30。

取像單元10為具有CMOS或CCD感光元件的攝像機，能夠擷取位於承載平台40上待測物W的影像。在本實施例中，承載平台40是可以朝向靠近取像單元10或遠離取像單元10的方向移動，因此取像單元10的高度H (亦即取像單元10與承載平台40之間的距離)是可以調整的。在其他的實施態樣下，也可以沿著承載平台40的法線方向調整取像單元10的設置位置，以調整取像單元10的高度H。

該投影單元20可以採用一般投影機或雷射投影裝置，用來朝向承載平台投射圖案M，如圖2所示。由於在本實施例中投影單元20的位置是固定的，投影單元20的光軸Y與取像單元10的光軸X為非平行設置，當承載平台40朝向靠近取像單元10或遠離取像單元10的方向(亦即沿著光軸X的方向)產生位移時，投影單元20投射在承載平台40上的圖案M的位置也會隨之改變。換言之，取像單元10所擷取的影像當中，投影單元20所投影圖案M的投影位置隨著取像單元10的高度H變動而改變。

補充一提的是，在取像單元10可調整位置的情況下，投影單元20也可以改成與取像單元10同步移動(例如將投影單元20直接組裝固定於取像單元10)，並維持投影單元20光軸與取像單元10的光軸為非平行設置，同樣可以達成投影單元20所投影圖案M的投影位置隨著取像單元10的高度H變動而改變的效果。

該計算單元30具有資料運算功能，能夠接收取像單元10所擷取的影像並進行影像處理與辨識，在校準作業時將取像單元10所擷取影像的像素資訊與已知的標準試片(即本實施例中待測物W)尺寸進行計算，以得出一轉換係數。例如當標準試片的直徑為1mm，而取像單元10所擷取影像中標準試片的直徑為20像素，那麼就可以算出轉換係數為0.05mm/像素。

計算單元30還具有資料儲存功能，能夠儲存一轉換係數表，前述轉換係數表紀錄有投影單元20所投影圖案的複數個投影位置(也就是影像當中的座標在直角座標的位置)與所對應的複數個轉換係數，使計算單元30在檢 測作業時能夠根據投影單元20所投影圖案M的投影位置來查詢轉換係數表，進而取得對應的轉換係數。例如投影位置為(X1,Y1)，對應轉換係數為0.049mm/像素，投影位置為(X2,Y2)，對應轉換係數為0.05mm/像素，以此類推。

此外，投影單元20還可以使用雷射位移感測器，除了投射圖案M之外還能夠量測取像單元10的高度，使得計算單元30在記錄投影單元20所投影圖案M的投影位置的同時，還能夠記錄取像單元10的高度。

藉由本實施例的非接觸式光學量測系統能夠用來執行非接觸式光學量測方法，請參閱圖3，其執行步驟如下：首先執行準備作業S1，準備取像單元10與投影單元20，投影單元20的投影圖案M位於承載平台上的投影位置會隨著取像單元10的高度變動而改變。

接著進行校準作業S2，啟動取像單元10與投影單元20，對尺寸已知的一標準試片(即圖1的待測物W)進行影像擷取，紀錄取像單元10所擷取的影像當中投影單元20投影圖案M的投影位置，並使用計算單元30計算得出一轉換係數。

接著進入建表作業S3，將投影位置的座標與投影位置所對應的轉換係數記錄於一轉換係數表，並由計算單元30加以儲存，然後移動承載平台40以調整取像單元10的高度，再次回到前一步驟(校準作業S2)，反覆數次直到該轉換係數表的資料建立完成。

如此一來，由於轉換係數表已經預先建立完成，非接觸式光學量測系統在對待量測目標進行光學檢測時，可以直接從影像當中的投影位置來查詢轉換係數表，快速取得正確的轉換係數，省去每次作業前的校準作業時間，因而能夠維持檢測的正確性，並提升效率。

本發明利用不同的投影位置對應於不同的轉換係數，預先進行多次校準來建立轉換係數表，也就是也步驟S1~S3為核心，之後的光學檢測就只需要利用投影位置進行查表(步驟S4)，是本技術領域所未有的新技術方案，新穎而進步。

10‧‧‧取像單元

20‧‧‧投影單元

30‧‧‧計算單元

40‧‧‧承載平台

W‧‧‧待測物

H‧‧‧高度

X、Y‧‧‧光軸

M‧‧‧投影圖案

S1~S4‧‧‧步驟

圖1為本發明較佳實施例的系統示意圖。

圖2為本發明較佳實施例中取像單元於校準作業所擷取影像的示意圖。

圖3為本發明較佳實施例的作業流程圖。

Claims (6)

1. 一種非接觸式光學量測方法，其步驟包含有：準備一取像單元與一投影單元，該取像單元所擷取的影像當中該投影單元所投影圖案的一投影位置隨著該取像單元的高度變動而改變；進行校準作業，啟動該取像單元與該投影單元，利用該取像單元對尺寸已知的一標準試片進行影像擷取，紀錄該取像單元所擷取的影像當中該投影單元所投影圖案的一投影位置，並利用一計算單元計算得出一轉換係數調整該取像單元的高度後再次回到前一步驟，直到一轉換係數表建立完成，其中該轉換係數表紀錄有該投影單元所投影圖案的複數個投影位置與所對應的複數個轉換係數；以及進行查表作業，根據該投影單元所投影圖案的投影位置查詢該轉換係數表取得所對應的該轉換係數。
2. 如請求項1所述的非接觸式光學量測方法，其中投影單元所投影圖案的該投影位置為一直角座標。
3. 一種非接觸式光學量測系統，其包含有：一取像單元，用以擷取影像；一投影單元，其光軸與該取像單元的光軸為非平行設置，使該投影單元所投影圖案的投影位置隨著該取像單元的高度變動而改變；以及一計算單元，儲存有一轉換係數表紀錄該投影單元所投影圖案的複數個投影位置與所對應的複數個轉換係數，且該計算單元能夠接收該取像單元所擷取的影像，判斷該投影單元的投影位置並查詢該轉換係數表取得對應的轉換係數。
4. 如請求項3所述的非接觸式光學量測系統，其還包含有一承載平台，其中該取像單元與該投影單元為固定設置的，該承載平台可以朝向靠近或遠離該取像單元的方向移動。
5. 如請求項3所述的非接觸式光學量測系統，其中該取像單元與該投影單元為上下可動的設置。
6. 如請求項3所述的非接觸式光學量測系統，其中該投影單元為一投影機，一雷射投影裝置，或者一雷射位移感測器。