TWI795111B - 交錯光源取像系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種交錯光源取像系統，包含第一影像產生裝置及第二影像產生裝置。第一影像產生裝置包含第一光源模組、第一光學模組、第一影像擷取模組及第一處理模組。第一光源模組產生第一光束至工件上，並根據第一處理模組產生的第一控制訊號產生第一光束。第一影像擷取模組擷取工件之第一影像。第二影像產生裝置包含第二光源模組、第二光學模組、第二影像擷取模組、第二處理模組。第二光源模組產生第二光束至工件上，並根據第二處理模組產生的第二控制訊號產生第二光束。第二影像擷取模組擷取工件之第二影像；其中第一控制訊號於第一週期內產生第一光束的第一強度大於第二光束的第二強度，於第二週期內產生第一光束的第一強度小於第二光束的第二強度。

Description

交錯光源取像系統

本發明係有關於一種取像系統，特別是有關於一種交錯光源取像系統。

任何機械加工完成的工件必須針對尺寸量測其是否符合公差範圍，其中，包含工件是否具有同心圓的量測。

以扣件檢測為例，傳統的檢測方式是使用同心儀，並以接觸式量測為主，但缺點在於量測過程必須正確，因而需要仰賴檢測者的量測經驗，再加上由於量測的程序是接觸式量測，因此每一次的量測僅能針對單一個工件進行量測，導致其量測過程緩慢且結果重複性不佳。

此外，機械加工的程序亦包含例如棘齒等紋路的加工，而對於外觀紋路的檢測亦必須透過檢測者肉眼的檢測才能完成，因而耗費許多檢測時間。

為了改善上述問題，目前係可透過擷取工件的影像進行影像的辨識，由影像辨識工件的同心圓以及紋路。然而，在擷取影像的裝置上，往往會因為光源亮度的因素，進而影響擷取影像的清晰度。

請參閱圖5A及圖5B，其係分別為第一工件及第二工件的影像示意圖。如圖5A所示，以習知的擷取影像裝置上，由於光源亮度因素的影響，其擷取第一工件的紋路(棘齒)影像並不夠清晰。如圖5B所示，由於光源亮度因素的影響，其擷取第二工件的外形輪廓影像並不夠清晰。

據此，如何提供一種光源取像系統已成為目前急需研究的課題。

鑑於上述問題，本發明揭露一種交錯光源取像系統，包含一第一影像產生裝置及一第二影像產生裝置。第一影像產生裝置包含一第一光源模組、一第一光學模組、一第一影像擷取模組及一第一處理模組。第一光源模組產生第一光束至一工件上。第一光學模組對應第一光源模組的位置設置。第一影像擷取模組對應第一光學模組的位置設置，並透過第一光學模組以及產生至工件上之第一光束擷取工件之第一影像。第一處理模組產生第一控制訊號且連接第一光源模組，使第一光源模組根據第一控制訊號產生第一光束。第二影像產生裝置包含一第二光源模組、一第二光學模組、一第二影像擷取模組、一第二處理模組。第二光源模組產生第二光束至工件上。第二光學模組對應第二光源模組的位置設置。第二影像擷取模組對應第二光學模組的位置設置，並透過第二光學模組以及產生至工件上之第二光束擷取工件之第二影像。第二處理模組產生第二控制訊號且連接第二光源模組，使第二光源模組根據第二控制訊號產生第二光束；其中第一控制訊號於第一週期內產生第一光束的第一強度大於第二光束的第二強度，於第二週期內產生第一光束的第一強度小於第二光束的第二強度，且第一影像擷取模組透過第一光學模組擷取由工件反射之第一光束以及入射至工件之第二光束，以產生工件之第一影像；第二控制訊號於第一週期內產生第二光束的第二強度小於第一光束的第一強度，於第二週期內產生第二光束的第二強度大於第一光束的第一強度，且第二影像擷取模組透過第二光學模組擷取由工件反射之第二光束以及入射至工件之第一光束，以產生工件之第二影像。

承上所述，本發明交錯光源取像系統採用分時觸發、分時調光第一光源模組及第二光源模組的概念，在第一光源模組擔任正光源時，第二光源模組擔任背光源，在第一光源模組擔任背光源時，第二光源模組擔任正光源，並利用脈衝寬度調變技術進行分時觸發與分時調光，即可達到上下同時取像而使光線不被互相干擾的功效。

1:交錯光源取像系統

11:第一影像產生裝置

111:第一光源模組

112:第一光學模組

113:第一影像擷取模組

114:第一處理模組

12:第二影像產生裝置

121:第二光源模組

122:第二光學模組

123:第二影像擷取模組

124:第二處理模組

L1:第一光束

L2:第二光束

C1:第一控制訊號

C2:第二控制訊號

I1:強度

I2:強度

W:工件

TS1:時間區間

TS2:時間區間

TC1:第一取像時間區間

TC2:第二取像時間區間

T1:第一時間區間

T2:第二時間區間

圖1A及圖1B係為本發明交錯光源取像系統的方塊示意圖及結構示意圖；圖2係為本發明交錯光源取像系統的第一光源模組及第二光源模組產生第一光束及第二光束的波形示意圖；圖3係為本發明第一影像示意圖；圖4係為本發明另一實施例之第一影像示意圖；圖5A係為習知第一工件的影像示意圖；以及圖5B係為習知第二工件的影像示意圖。

請參閱圖1A及圖1B，其係為本發明交錯光源取像系統的方塊示意圖及結構示意圖。交錯光源取像系統1包含一第一影像產生裝置11及一第二影像產生裝置12。第一影像產生裝置11包含一第一光源模組111、一第一光學模組112、一第一影像擷取模組113及一第一處理模組114。第一光學模組112對應第一光源模組111的位置設置。第一影像擷取模組113對應第一光學模組112的位置設置。第一處理模組114連接第一光源模組111。當第一處理模組114產生並輸出第一控制訊號C1至第一光源模組111時，第一光源模組111根據接收的 第一控制訊號C1產生第一光束L1。第二影像產生裝置12包含一第二光源模組121、一第二光學模組122、一第二影像擷取模組123、一第二處理模組124。第二光學模組122對應第二光源模組121的位置設置。第二影像擷取模組123對應第二光學模組122的位置設置。第二處理模組124連接第二光源模組121。當第二處理模組124產生並輸出第二控制訊號C2至第二光源模組121時，第二光源模組121根據接收的第二控制訊號C2產生第二光束L2，其中第一光源模組111在第一控制訊號C1於第一時間區間內產生第一光束L1的第一強度大於第二光束L2的第二強度，第一光源模組111在第二時間區間內產生第一光束L1的第一強度小於第二光束L2的第二強度，且第一影像擷取模組113透過第一光學模組112擷取由工件W反射之第一光束L1以及入射至工件W之第二光束L2，以產生工件W之第一影像；第二控制訊號C2於第一時間區間內產生第二光束L2的第二強度小於第一光束L1的第一強度，於第二時間區間內產生第二光束L2的第二強度大於第一光束L1的第一強度，且第二影像擷取模組123透過第二光學模組122擷取由工件W反射之第二光束L2以及入射至工件W之第一光束L1，以產生工件W之第二影像，其中第一時間區間與第二時間區間係構成一個週期。

如圖1B所示，第一光源模組111對應第一光學模組112以及工件W的位置，設置於第一光學模組112以及工件W之間，第一影像擷取模組113對應反射後的光束路徑位置設置，以便於第一光源模組111產生的第一光束L1經由第一光學模組112入射至工件W上，且經由工件W反射的第一光束L1經由第一光學模組112反射後，由對應反射光束路徑設置位置的第一影像擷取模組113接收反射光束，於本發明之實施例中，第一光學模組112包含45度角的透鏡，用於反射第一光束L1，使第一光束L1形成90度的轉向，朝向第一影像擷取模組113入射。相似地，第二光源模組121對應第二光學模組122以及工件W的位置，設置於第二光學模組122以及工件W之間，第二影像擷取模組123對應反射 後的光束路徑位置設置，以便於第二光源模組121產生的第二光束L2經由第二光學模組122入射至工件W上，且經由工件W反射的第二光束L2經由第二光學模組122反射後，由對應反射光束路徑設置位置的第二影像擷取模組123接收反射光束。於本發明之實施例中，第二光學模組122包含45度角的透鏡，用於反射第二光束L2，使第二光束L2形成90度的轉向，朝向第二影像擷取模組123入射。於本發明之一實施例中，第一光源模組111與第二光源模組121係可進一步設置在一固定板(未圖示)上及固定板下，工件W則設置在固定板的一透明板上，以便於第一光源模組111與第二光源模組121產生的第一光束L1及第二光束L2可入射到工件W上。

需注意的是，在本案的實施例中，雖然在第一影像產生裝置11以及第二影像產生裝置12中分別設置第一處理模組114以及第二處理模組124，但在本發明其它實施例中，亦可僅設置單一個處理模組，並同時連接第一影像產生裝置11的第一光源模組111、第一影像擷取模組113，以及連接第二影像產生裝置12的第二光源模組121、第二影像擷取模組123，以分別產生第一控制訊號控制及第二控制訊號控制至第一光源模組111及第二光源模組121。

請參閱圖2，其係為本發明交錯光源取像系統的第一光源模組111及第二光源模組121產生第一光束L1及第二光束L2的波形示意圖。於本發明之一實施例中，第一影像擷取模組113及該第二影像擷取模組123係為一感光耦合元件(Charge-coupled Device；CCD)。第一控制訊號C1及第二控制訊號C2係為脈衝寬度調變訊號，其中第一控制訊號C1(第一脈衝寬度調變訊號)的第一時間區間(duty cycle)大於第二控制訊號C2(第二脈衝寬度調變訊號)的第二時間區間。第一控制訊號C1包含多個第一時間區間T1及第二時間區間T2，第二控制訊號C2包含多個第一時間區間T1及第二時間區間T2，第一時間區間T1及第二時間區間T2係構成一個週期，第一處理模組114產生第一脈衝寬度調變訊號與第 二脈衝寬度調變訊號，使第一光源模組111在第一時間區間T1內，根據第一脈衝寬度調變訊號產生第一光束L1，且在第二時間區間T2內，根據第二脈衝寬度調變訊號產生第一光束L1。第二處理模組124產生第一脈衝寬度調變訊號與第二脈衝寬度調變訊號，使第二光源模組121在第一時間區間內T1，根據第二脈衝寬度調變訊號產生第二光束L2，且在第二時間區間T2內，根據第一脈衝寬度調變訊號產生第二光束L2，在第一時間區間T1內，第一光束L1入射至工件W上，經工件W反射的第一光束L1經由該第一光學模組112被第一影像擷取模組113接收，且第二光束L2亦入射至工件W上，並經由第一光學模組112被第一影像擷取模組113接收。而第一影像模組113根據接收到的第二光束L2及反射的第一光束L1擷取出工件W之第一影像，其中在第一時間區間T1內，第一控制訊號C1所產生的第一光束L1強度I1係高於第二控制訊號C2所產生的第二光束L2強度I2。換句話說，第一控制訊號C1與第二控制訊號C2係為分別在不同的第一時間區間T1及第二時間區間T2，以強度I1及強度I2交替循環的控制訊號。

在第二周期T2內，第二光束L2射至工件W，經工件W反射的第二光束L2經由該第二光學模組122被第二影像擷取模組123接收，且第一光束L1經由第二光學模組122被第二影像擷取模組123接收。而第二影像模組123根據接收到的第一光束L1及反射的第二光束L2擷取出工件W之第二影像，其中在第二時間區間T2內，第二控制訊號C2所產生的第二光束L2強度I1係高於第一控制訊號C1所產生的第一光束L1強度I2。

承上所述，如圖2所示，在取像的第一時間區間T1中，第一光源模組111作為正光源，第二光源模組121作為背光源，則第一影像擷取模組113根據第一取像時間區間TC1在第一時間區間T1內擷取影像。在取像的第二時間區間T2中，第二光源模組121作為正光源，第一光源模組111則作為背光源，則第二影像擷取模組123根據第二取像時間區間TC2在第二時間區間T2內擷取影 像，其中第一影像產生裝置11與第二影像產生裝置12係以相對位置設置，使得第一光源模組111及第二光源模組121可根據相對設置的位置，交錯形成正光源及背光源。

請參閱圖3，其係為本發明第一影像示意圖。於本發明之一實施例中，第一光源模組111作為正光源，產生的第一光束L1係為平行同軸光束。進一步而言，以具有桿部特徵及頭部特徵的工件W為例，當第一光源模組111產生平行同軸光束時，桿部元件的邊緣特徵在平行同軸光束的照射下，取得產生的第一影像，並透過後續的影像處理辨識第一影像是否為同心圓影像。在此實施例中，第一影像包含具有桿部特徵之工件的影像，工件的桿部特徵係朝向第一光源模組111射出平行同軸光束的方向，藉此可清楚取得桿部特徵影像，亦即可清楚取得較佳的桿部邊緣特徵。再者，當第二光源模組121係作為正光源時，第二光源模組121產生的第二光束L2係為擴散同軸光束，因此，透過擷取頭部的影像，結合上述擷取桿部的影像，可作為後續影像處理辨識判斷是否具有同心圓的特徵。

請參閱圖4，其係為本發明另一實施例之第一影像示意圖。於此實施例中，係以螺帽的工件W為例，並擷取螺帽的正面影像，以形成第一影像。。相似地，第一光源模組111作為正光源，產生的第一光束L1係為平行同軸光束，螺帽工件W的邊緣特徵在平行同軸光束的照射下，取得產生的第一影像，並透過後續的影像處理辨識第一影像是否為同心圓影像。再者，當第二光源模組121係作為正光源時，第二光源模組121產生的第二光束L2係為擴散同軸光束，因此，透過擷取螺帽工件W的背面影像，結合上述擷取的正面影像，可作為後續影像處理辨識判斷是否具有同心圓的特徵。

再者，當以具有沖孔邊緣特徵線條的工件W為例，第二光源模組121作為正光源，產生擴散同軸光束時，沖孔邊緣特徵線條在擴散同軸光束 的照射下，取得產生的第二影像係為表面紋路影像，亦即頭部特徵的影像，其中頭部特徵包含紋路特徵、沖孔特徵以及盲孔特徵。進一步而言，第二影像包含具有紋路特徵、沖孔特徵或盲孔特徵等頭部特徵之工件W的影像，工件W的紋路特徵、沖孔特徵或盲孔特徵係朝向第二光源模組121射出擴散同軸光束的方向，藉此可清楚取得工件W表面的形貌特徵(頭部特徵)。此外，當第一光源模組111作為正光源時，透過擷取沖孔邊緣特徵線條的工件W背面影像(第一影像)，結合上述擷取的正面影像(第二影像)，可作為後續影像處理辨識工件表面的形貌特徵。

綜上所述，本發明交錯光源取像系統採用分時觸發、分時調光第一光源模組及第二光源模組的概念，在第一光源模組擔任正光源時，第二光源模組擔任背光源，在第一光源模組擔任背光源時，第二光源模組擔任正光源，並利用脈衝寬度調變技術進行分時觸發與分時調光，即可達到上下同時取像而使光線不被互相干擾的功效。

1:交錯光源取像系統

11:第一影像產生裝置

111:第一光源模組

112:第一光學模組

113:第一影像擷取模組

114:第一處理模組

12:第二影像產生裝置

121:第二光源模組

122:第二光學模組

123:第二影像擷取模組

124:第二處理模組

L1:第一光束

L2:第二光束

C1:第一控制訊號

C2:第二控制訊號

W:工件

Claims (10)

1. 一種交錯光源取像系統，包含：一第一影像產生裝置，包含：一第一光源模組，根據接收的一第一控制訊號產生一第一光束至一工件上；一第一光學模組，對應該第一光源模組的位置設置；一第一影像擷取模組，對應該第一光學模組的位置設置，並透過該第一光學模組擷取由該工件反射之該第一光束；及以及一第二影像產生裝置，包含：一第二光源模組，根據接收的一第二控制訊號產生一第二光束至該工件上及該第一影像擷取模組上；一第二光學模組，對應該第二光源模組的位置設置；一第二影像擷取模組，對應該第二光學模組的位置設置，並透過該第二光學模組擷取由該工件反射之該第二光束；及其中該第一光源模組在該第一控制訊號的一第一時間區間內產生該第一光束之一第一強度大於該第二光束之一第二強度，該第一光源模組在該第一控制訊號的一第二時間區間內產生該第一光束之該第一強度小於該第二光束之該第二強度；其中該第一影像擷取模組透過該第一光學模組擷取由該工件反射之該第一光束以及入射至該工件之該第二光束，以產生該工件之一第一影像；其中該第二影像擷取模組透過該第二光學模組擷取由該工件反射之該第二光束以及入射至該工件之該第一光束，以產生該工件之一第二影像。
2. 如請求項1所述之交錯光源取像系統，其中該第一光源模組與該第二光源模組係相對設置。
3. 如請求項1所述之交錯光源取像系統，其中該第一影像擷取模組及該第二影像擷取模組係為一感光耦合元件。
4. 如請求項1所述之交錯光源取像系統，其中該第一光源模組產生之該第一光束係為一平行同軸光束，其中該第一影像包含具有一桿部特徵之該工件的影像，該工件之該桿部特徵係朝向該第一光源模組射出該平行同軸光束之一方向。
5. 如請求項4所述之交錯光源取像系統，其中該第一影像係為一同心圓影像。
6. 如請求項1所述之交錯光源取像系統，其中該第二光源模組產生之該第二光束係為一擴散同軸光束，其中該第二影像包含具有一紋路特徵、一沖孔特徵或一盲孔特徵之該工件的影像，該工件之該紋路特徵、該沖孔特徵或該盲孔特徵係朝向該第二光源模組射出該擴散同軸光束之一方向。
7. 如請求項6所述之交錯光源取像系統，其中該第二影像係為一表面紋路影像。
8. 如請求項1所述之交錯光源取像系統，更包含一處理模組，連接該第一光源模組及該第二光源模組，產生該第一控制訊號及該第二控制訊號。
9. 如請求項8所述之交錯光源取像系統，其中該第一控制訊號係為一第一脈衝寬度調變訊號，該第一光源模組在該第一脈衝寬度調變訊號之該第一時間區間產生該第一光束，該第二控制訊號係為一第二脈衝寬度調變訊號，該第二光源模組在該第二脈衝寬度調變訊號之該第二時間區間產生該第二光束，該第一時間區間與該第二時間區間構成一週期。
10. 如請求項1所述之交錯光源取像系統，更包含一第一處理模組及一第二處理模組，該第一處理模組產生一第一脈衝寬度調變訊號，使該第一光源模組根據該第一脈衝寬度調變訊號之該第一時間區間產生該第一光束，該第二處理模組產生一第二脈衝寬度調變訊號，使該第二光源模組根據該第二脈衝寬度調變訊號之該第二時間區間產生該第二光束，其中該第一時間區間與該第二時間區間構成一週期。

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