1379988 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是一種用於二維表面型態量測裝置及方法，尤 其是關於一種可用於逆向表面型態重建的掃描與表面品質 自動分析檢測之裝置及方法。 【先前技術】 ' 鐘酉己技術是高精.纟高負#的硬執工具機組立過程中奠 立基礎的重要步驟，當硬軌軌道面裝配時均以精密鍵花處 理，，配技術為將硬軌滑動面較高粗糙處_，使機具精 度提昇，且鏟花凹槽（鏟斑）處能儲存潤滑油，使配合面接觸 滑動時更為平滑，提高硬軌滑動面精度壽命。(鏟斑含油)阻 尼丄大減振效果愈佳，加工時之動態剛性也越大（動態彈性 越小），精度也越高。鏟花（鏟配）技術對整體工具機產業精 度品質及可靠度具有決定性的影響。傳統的鏟配技術乃是 )確保工具機平面滑道緊密而平順的最有效方法，是確保精 度與產耐用性的關鍵技術，但傳統鏟配件的粗鏟檢測， 是把顯色劑塗在標準治具上（如花崗岩平台），再將工件與標 準治具接觸摩擦後，讓需要被鏟掉的地方顯.露出來，並配 合千分置錶與厚薄規來判斷面的平整高低差，這樣的檢測 方式不僅精岔度不足’且過程相當繁瑣而不易使用。 另外，也有部分的研究以影像感應裝置（如CCD)拍攝 表面塗有顯影劑之工件後，以灰階影像分析方式解析工件 的表面型態或鐘花品質。 然而，不論顯色劑塗佈或以影像分析的方式，其過程 都比較複雜，而且，知槐处、本 都僅犯達到非常簡略的离赴认 法進—步分析工件的i仙主 的円點檢測，無 十的其他表面型態，諸如本r 花形深度、工件表面A 者士表面、鏟花孔洞 仔表面溝槽邊角形狀等。 【發明内容】 為解決前述的既有的鏟配高點標 測之精確度不.佳及過尸够η〆 表面型態檢 巧％ 几寺技術問題，本 種自動化的鏟配工件量 只月係提供一 且精確分析鏟配工件@ ，達到快速 1于衣面型態品質之目的。 配合解決前述技術問題及達成前述發明 . 提供-種鏟配件表面檢測 、^明 —_ 』久目動化口口負' 榀測裝置，1 —、.隹私動S測以及電性連接 八 制電腦，其中··.. —、.隹私動！測裝置之一控 该三維移動量測裝置包含一量 感夠裝置，哕旦、丨驻 ' 體以及一位移 H罢。裝置本體係為可進行三維㈣的光學掃 :裝置，其可控制—移動臂進行三維度之移動， 知描端子係固定設於該移動臂之自由端； - 該位移感測裝置感應該移動 電腦； 初.碎乏位置亚回報予該控制 該控制電腦依據該位移感測裝置之感，" 私動臂之移動方位，以及控制該掃描 别進扞古厗搞w , 而丁次4 ^不杈組分 产沾" 亚將複數個取樣點之掃描位置及-高产掃 田”，口果予以儲存而為—量測結果； 又 該控制電腦對該量測結果， 堤仃彳《測曲面向點數量、 f379988 :測冋點分佈比例、檢測曲面高低點分佈型態、檢測曲面 真平度及檢測溝槽邊角形狀，其中： 。亥铋測曲面尚點數量’係該控制電腦將該量測結果之 Γ5?度知'描結果大 一 ώρ 0 g /ju Λ- * 人於同度閥值之母一取樣點設定為一高點 ’且汁异單位面積之高點的數量； 。亥松測向點分佈比例，係該控制電腦計算該量測結果 中之咼點於單位面積内的比例； :才双測曲面问低點分佈型態，係該控制電腦以圖形顯 示方式顯示該量測結果之高點與低於該高度閥值之低點的 分佈型態； °亥榀測曲面真平度，係該控制電腦計算該量測結果之 表面平整度；及 / k測溝槽邊角形狀，為該控制電腦計算該量測結果 中高度低於一閥值之油路溝槽區域之一邊角之角度。 ’、中4位移感測裝置為一雷射位移感測裝置，該量 測裝置本體之袅面圊$ % 士 ^ 、 录面口疋叹有一反射鏡係置於該雷射位移感 測裝置之輸出雷射光之光學路徑上。 其中，該控制電腦執行該檢測曲面高點數量、檢測高 ‘’“佈比例、檢測曲面高低點分佈型態 '檢測曲面真平度 及檢測溝槽邊角形狀之前，㈣該量測結果先予以渡除大 取;^頻率之同頻變化雜訊後’ i將該量測結果予以斜率 補正。 藉此，本發明所提供 檢測裝置，不僅可以.取得 測獲得之數據直接分析、 之鐘配件表面檢測及自動化品質 工件表面型態，而且也可以對量 判斷’讓使用者於量測後，可以 丄J/7^00 知悉該工件之表面鏟 ⑽獲―：::：一達- 【實施方式] 請參考第一圖及第_ 測及自動化品質檢測裝：二=本：明：鐘配件表面檢 測（1 0)以及電性連接該三只歹/、包含一二維移動量 ί9η， . °Λ 一 '准移動量測裝置（10)之一#制π ^ (2〇)。該三維移動量測裴 ’之““恥 及一位««置（14)，/ )包置本體（12)以 „ °亥$測裝置本體（12)传為可推;r - 維移動的光學掃描裝置 ）係為了進订二 , /、可彳工制一移動臂進行三維度之 私動。其中’該量測裝置 定於該移動臂之自由端:」…掃描端子(122)固 ~掃描端子（122)受該^ fi 體（12)之控制對—王件（ R〜1丨裝置本 牛（〇)之表面型態輪廓進行掃描，1中 掃描端子（122)可為—光學非接觸式的雷射讀寫端子。 為了讓控制電腦(20)得以精確控制該量測裝置本體 ，掃描端子(122)之路徑移動、量測、數值讀取等動作， 4位移感測裝置(14)感應該移動臂之位置並回報予該控制電 腦（1.4)，使該㈣電腦（20)可以精销悉該掃描端子（122) 之即時位置。其中，該位移感測裝置（14)之種類*限^，里 可為内裝㈣量測裝置本體（12)之—光學尺，或者如本實施 例之―雷㈣移感測裝置’·本實施例之該雷射位移感測裝 置係持續輪出-雷射光至該量測裝置本體（12)之一反射鏡 ◦24) ’並依據該反射鏡（124)反射之雷射光的光程差判斷該 知描端子（122)之位置，如& ’該控制電腦（2〇)即可依據該 位移感測裝置（14)之感測結果控制該掃描端子（122)之位移 1379988 與感測。 >考第—A〜F圖，其為本發明之鏟配件表面檢測及 自，^質檢測方法之流裎圖’該鐘配件表面檢測及自動 :°貝铋:則方法係由該鏟配件表面檢測及自動化品質檢測 mi行，該鐘配件表面檢測及自動化品質檢測方法之 :掃描取得三維數據（81)、檢測曲面高點數量（82) ^測向點分佈比例（83)、檢測曲面高低點分佈型態（84)、 私測曲面真平度（85)及檢測溝槽邊角形狀（86)。 ::，取得三維數據(8”步驟中，為該量測裝置本體 =描端子⑽對該工件(3〇)之表面進行掃描，取 3〇)之表現型態。該掃描取得三維數據（8ί)之實施 艾’知可包含： (二:’:字型掃描鏟花工件(811):係該量測裝置本體 電腦(2〇)的控制，對該工件(3。)表面以，，弓” 子型等轉折迴旋移動的路徑進行掃描。 ^ ,, ^ 儲存，為了便於後續資料分析， 在儲存過程，將掃描結果以2維矩陣等方 置本二而言’該控制電腦(20)可以依據該量測裝 渚存成為矩陣之數據形式。 波，：;ί 該控制電腦(2。)將取得的量測結果予以濾 頰(快速i化：二:㈣⑽ί20)遽除量測結果數據的高 。貝。孔’该鬲頻雜訊資訊的可能原因可能來 』379988 自於該量測裝置太 , 體（10)本身設備因為移動造成的雜^ 控制電腦（20)可以名％ v — 战的雜讯，該 壯班 在進仃忒工件（30)量測之前，先讜吁曰， 爰置本體（10)執行一 h τ曰f 先讓该$測 背景雜訊，使取仔。玄里柳裝置本體（1〇)之 果減去所巧 腦(2〇)於本步驟(δ13)時，將量” 果減去所得的背景雜訊。 里判，··口 補正斜(814):該控制電腦（2Q)將量測結果進行斜率 補正。由於前述步驟^ 曰 乂羊 斜，SUb # ~ )夏測結果可能會有系統性的傾 2似，純制電腦㈣可對前述的量測結果後 =否存在傾斜的現象，若確實具有此後: 傾斜的現象予以斜率補正。 瓠于則將 體曲面30數據資料（815):該控制電腦 :=綱及該斜率補正㈣後，將量測結果予以儲 子由於里測結果為代表該工件（30)之平 之十面位置的母一個量 測位置點的高度狀態，因此，一曰 母個置測點除了具備高度 (Z)座私之外，也同時包含X、 軸之座払，故該控制電腦、 (20)所儲存的量測結果事實 _ 肀I上疋一個二維（3D)之曲面上的座 標。 請參考第三B圖，該檢測ώΛ 杈測曲面向點數量（82)步驟中， 為該控制電腦（20)將量測結果虛 衣慝理形成3D數據資料後，進 行該工件（30)之3D數據資料的古赴叙曰认 才的问點數2：檢測，其步驟可包 含： 設定閥值（821):該控制電腦（9⑴ 电恥（20)接党使用者之預先設 定-高度(ζ)間值’該高度閥值用以找出前述的3〇數據資 料超過该向度閥值之「向點」。 、 圖形二值化（822):該控制雷 別寬細（20)以所設定的該高度 1379988 閥值將前述的3D數據資料予以二值化，換言之，所有z 值大於等於該高度閥值的取樣點於二值化後其高度設定為 1 ’反之，則設定為0。 尋邊及分群（823):完成該二值化之後，該控制電腦 (20)尋找超過高度閥值的一取樣點叢集之邊界，並且，依 據找出的邊界將各取樣點叢集予以分群。由於工件（3〇)表 面超過該高度閥值的範圍通常超過前述該量測裝置本體 、）（1 0)之每一點的取樣距離，因此，超過該高度閥值的高點通. 常會組成該取樣點叢集，所以本步驟（823)可以找出該取樣 點叢集的邊緣，並依據找出的邊緣予以分群（分開每一個取 樣點叢集）。 找出咼點XY座標位置（824):該控制電腦（2〇)找出該 取樣點叢集内的每一個高點的χγ座標位置。 a十异南點總數（825):該控制電腦（2〇)計算所有超過該 閥值之各高點的數量。 顯示高點圖形（826):該控制電腦（2〇)透過其一顯示界 ，將找出的高點予以圖形化顯示，超過閥值之點、範圍以 預設的顏色（如：紅色）標示。 設定檢測標準（827):該控制電腦（2〇)接受使用者預先 輸入設定之一檢測標準尺寸，例如’該檢測標準尺寸為每 平方英吋20點高點且為每平方英吋2〇%的接觸率。 以檢測標準尺寸依步進移動做鐘花面檢測（828):該控 制電腦（20)以該檢測標準尺寸逐—進行鏟花面之檢測 該控制電腦（20)以每-個檢測標準尺寸為單位，輸出高點 數ϊ對檢測標準尺寸之數據，例如檢測範圍内是否有達到 1379988 每平方英吋20點高點。 該檢測高點分佈比例(83)步驟，其步驟包含設定閥值 (⑶卜圖形二值化（832)、尋邊及分群（833)、計算高點所 佔的比例（834)、顯示比例數據（835)、設定檢測標準（8坤 以檢測標準尺寸依步進移動做鐘花面檢測（837)。與該檢測 曲面高點數f(82)之各項步驟相車交，該檢測高點分佈比例 _步驟之主要差別在於該計算高點所佔的比例(834)及該 顯示比例數據（835)步驟，#中，該計算高點所佔的比例 (834)為將完成二值化、尋邊及分群後所得的數據予以計算 ?點：佔面積或量測點數的比例，之[該控制電酬 於進行該顯示比例數撼（^ 據予以顯^據（835)步W，㈣_比例數 該檢測曲面高低點分佈型態(84)步驟中，請參考第三D 入，控制電腦㈣將前述之3D數據資料’㈣25D :之曲广所謂的分佈型態，係指該工件(3〇)表面的各 的南低點的分佈狀態，在最佳的狀況下，該工件 (3:之整體表面的各區域鐘花高低點深度應該一致，基於 則’本步驟係為該控制電腦(2〇)係預先接受使用者 =工件表面（3Q)之表面之―鐘斑深度值大小（例如： 1 Ο U ΠΊ ； »亚日斜山 “ 例如：1_)，當進行H斑深度值設定—微小的允許誤差值（ 除了將以前述方式呈現:驟之檢測曲面高低點分佈型態時，
… 兄曲面高低點分佈型態的2.5D或3D 圖形’且也會判斷路_ 否符合規範。舉的圖形區域之鐘斑深度值大小是 域的深度為15_Λ 假設該工件(3〇)表面之某一區 、士過本步驟之圖形與深度分佈結果顯示 10 寸379988 厘此-區域的深度超過所設^的容許範圍（13±1叫，因此 屬於不合格。該檢測曲面真平度（85)步驟，請炎考第二e ^為該，腦(20)計算與判斷該3D數據資料所記：的 =之—真平度_ness)是否符合預設的—真平度閥值。 本步驟（85)之細部步驟可以包含： 口又疋間值（8 51)、刪除、、盖 槽數據後做接觸面補正（852)、計曾 … 一 /〇c 祆差（853)及建立3D顯 不（854)。其中’該設定閥值（851 )步 ^ . V )步知係為該控制電腦（20) 接叉使用者預先設定一真平度閥值。 > 4 及删除溝槽數據後做 接觸面補正（852)步驟中，為該控制電腦㈣將3D數據資 枓中低於前述的高度閥值之部分（溝槽）遽除，之後，奸制 電腦（852)將高於該高度_之各取樣點之高度（z)值數據予 以補正，藉以删除量測之數據結果包含太多的極值（_ μ⑴㊀，太高或太深）影響表面真平度之真實性。 該計算誤差（853)步驟中，為該控制電腦（2〇)計算大於 該高度間值之各取樣點的標準差’以計算該犯數據資料之 真平度，以瞭解該工件（30)之表面平整性。 建立3D顯示（854)步驟，兔分知皮，a 為邊控制電腦（20)將刪除溝 槽之後的3D數據資料以3D圖形的方式予以顯示，並同時 顯示前述步驟所計算與判斷的真平声a ^ -、丁又疋古付合.規範。所以 ’使用者可以可從2.m之結果圖形看到工件(3〇)表 面起伏情況，纟會顯示工件(30)之真平度的數值且是否在 所需的設定内。 該檢測溝槽邊角形狀(86)步驟，為該控制電腦(2〇)比 該3D數據資料所績製之3D圖形，關於該工件_表面 1379988 一溝槽區域（例如：、:由改、、番描、加八> ，由路溝槽）部分之—邊角形狀是否符合一 邊角形狀標準。所謂的邊角形狀指該溝槽部分與鄰近之取 樣點或區域之連接立[5 # 甘—p t 迓按。卩位，其可能呈現平滑曲面型態、鈍 型態或銳角型態等，因*匕’該控制電腦(20)可以比較每一 個溝槽之邊角形狀是否符合該邊角形狀標準，#以判定各 溝槽之邊角形狀是否符合要求。舉例而言，該邊角形狀把 準可能是定義邊角兩邊之切線之夾角必須大於⑽度(邊角 形狀標準)’藉以判斷檢測該溝槽之邊角是否符合要求。 因此，依據前述的裝置及方法，當本實施例對該工件 ⑽完成表面型態掃描之後，同時可對該工件(3〇)之表面型 態自動進行各項品保檢測，戶斤以，本發明除了可以自動化 進”面型態建立，同時也可以依據表面型態數據自動化 進订品保减檢測，讓使用者可以直接獲得品保檢 果，藉以判定該工件（3Ό)是否符合其需求。 、、、’°
【圖式簡單說明】 第一圖為本發明實施例之立體圖。 第二圖為本發明實施例之局部放大立體圖。 第三A〜F圖為本發明實施例之流程圖。 【主要元件符號說明】 (10)三維移動量測裝置 (12)量測裝置本體 (1 22)掃插端子 12 1379988 (124)反射鏡 (14)位移感測裝置 (20)控制電腦 (30)工件