TWI553303B - 高反光表面噴霧量測系統與方法 - Google Patents

Description

高反光表面噴霧量測系統與方法

本揭露係一種物體表面量測系統與方法，特別是針對物體表面具有高反光特性之噴霧量測系統與方法。

隨著科技進步，各項產品之表面加工越見平滑，亦即是具有了高反光特性(reflectivity)，雖然增加了外觀價值，但對於以光學設備進行表面量測或瑕疵檢測而言，將因為高強度之反射光進入設備而影響了量測或檢測之結果。

有鑒於上述的問題，本揭露提出一種利用微細液滴噴灑於物體表面而降低反光強度的表面量測系統與方法，藉以提升自動化非接觸性光學量測的正確性與便捷性。

依據本揭露所實現的一種表面量測方法，包括以下步驟：形成多數微細液滴於一物體表面上；對該物體表面進行一光學掃描，以取得一電性訊號；處理該電性訊號。

再依據本揭露一實施例所實現的一種表面量測系統， 包括：一平台；一光源，用以投射一入射光；一光電感測器，用以接收一反射光並轉換成一電性訊號；一噴霧器，用以噴佈多數微細液滴；一控制器，分別電性連接以驅動該光源、該光電感測器、該噴霧器；以及一處理器，電性連接該控制器以接收並處理該電性訊號。

綜上所述，本揭露的表面量測系統與方法，係利用微細液滴均勻附著於物體表面上，暫時性地提高其粗糙度以提升光學設備接收該表面反射光的正確性與便利性。

以上有關於本揭露實施內容之說明係用以示範與解釋本揭露之精神與原理，並且提供本揭露之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本揭露之特徵，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本揭露之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者應可輕易地理解本揭露之用意。以下實施例係進一步說明本揭露之觀點，但非用以限制本揭露之範疇。

圖1A 係為說明產生所謂鏡面反射(specularreflection)之示意圖，當一物體之表面71，無論是平面或曲面，若為高度平滑或粗糙度(roughness)甚低時，當以平行入射光31 投射至該表面71 後，將依循相同於入射角之單一反射角反射，此平行反射光32 若進入光學設備，將因為強度過大而無法進行感測。若該表面71 不夠平滑或粗糙度較高時，見圖1B，平行入射光31 雖然仍依循反射原理，但並非所有反射角都相同，此即所謂漫反射(diffusereflection)，光學設備接收此反射光32後便能根據其強弱，進行處理以取得該表面之形貌(surfaceprofile)或瑕疵(de fect)位置。

圖2 係依據本揭露之藉平行入射光經水珠產生漫反射，以說明如何暫時地提高物體表面粗糙度之示意圖。由於某些物體，例如水龍頭等衛浴五金，材質不論是金屬或非金屬，其表面71 經過多次拋光或電鍍完工後呈現出高度平滑，如此使得後續之非接觸式光學設備，在進行量測或檢測上便有困難，本揭露藉由暫時性地在該表面上主動形成多數微細之水珠(drop, droplet) ，使得入射光31 在水珠D 上經過多次反射與折射，出射後之反射光32 則各有不同之反射角，此情形等同於漫反射，也等同於提高了粗糙度而利於後續光學資訊之取得與處理。本段說明雖以水珠為例，但並不以此為限。

利用水珠或其他液體以微細型體附著於物體表面上時，因為不同之粗糙度與表面張力等原因， 將產生不同之接觸角θ (contactangle)，從而改變了反射角，見圖2 所示，此改變可根據物體材質、表面狀況與量測作業等來選擇之，本揭露以水珠為例是為稍後並不需要另行去除，但若有其他限制或考慮，亦可有不同之搭配，例如使用甲醇等，但仍要避免過小之接觸角θ 而產生潤濕(wetting)現象，或過大之接觸角θ 而無法穩定地附著於物體表面上。

圖3 係依據本揭露一實施例之一表面量測系統之架構圖，以說明整體架構之如何實現將液滴或水珠附著於物體表面以進行量測。本系統例如包括有：一可置放具有表面71 之物體7 之平台6 或輸送台(未圖示)；一光電感測器2、一光源3、一包括多數噴嘴41 與一儲槽42 之噴霧器40，該噴嘴41 可分別被置放於平台6 上方不同之適當位置；一處理器11 經由一控制器12 至少與上述光電感測器2、光源3與噴霧器40 作電性連接，以進行驅動控制、資訊收集與處理等作業；上述平台6 若具有移動或旋轉之功能時，則須與控制器12 電性連接；但若平台6 為固定，則至少光電感測器2 與光源3 要能適度地相對移動以完成掃描，因此光源3 與光電感測器2 實體上可接合成單一設備來使用。以上說明雖指明了各元件之數量與名稱，但本揭露並不以此為限。

請再參照圖3，當物體7 完成被置放於平台6 上後，處理器11 便命令控制器12 驅動噴霧器40 之噴嘴41，將儲槽42 內之水開始從各角度間斷或連續地對物體7 噴出微細水珠D，此水珠D 直徑例如約略為0.1~2μ m，端視實際狀況而定，但務使均勻地分布且穩定地附著於表面71 上，接著光源3 受到驅動向表面71 投射入射光31，此入射光31 例如為藍光或紅光，並經水珠D 反射後，反射光32 則進入了光電感測器2 並被轉換成一電性訊號，此訊號再傳送至處理器11 進行處理，此處理例如包括產生該物體7 之三維點雲(pointcloud)資料或檢出該表面71 之瑕疵等，但不以此為限。以上說明雖指明了個別元件之作動次序，但本揭露並不以此為限，例如平台6 改為輸送台時，噴霧器40 與光源3、光電感測器2 便可在不同位置對多數物體7 進行連續地獨立操作。

圖4 係依據本揭露之一表面量測方法之流程圖，首先步驟S10 為形成多數微細液滴於物體表面上，此液滴於該表面上具有適當範圍之接觸角，以使該液滴能均勻且穩定地附著該表面上，本步驟所謂之「形成」可泛指有關噴佈(spray)、沉積(deposit)、塗層(coat)等方式而言，而液滴則不限制為水。當步驟S10 完成液滴形成及附著之後或同時，步驟S20 則開始對物體表面進行光學掃描，透過光學設備對物體表面投射入射光並接收反射光，此反射光將帶有該表面之相關資訊並被轉換成電性訊號。最終再由步驟S30 對該電性訊號進行處理，此處理例如包括取得該表面之形貌、瑕疵、點雲等資訊，但不以此為限。

綜上所述，本揭露實施例之以微細水珠形成於高度平滑之物體表面上之用意，除避免平行入射光於該表面產生鏡面反射而不利於光學設備操作外，該水珠稍後將自行蒸發而不必另行去除，而且也不必事先在該表面上塗佈疏水劑(hydrophobe)、親水劑(hydrophile)或螢光劑(fluorescentagent) 等，因此本揭露確實具有對高反光表面量測作業之正確性與便捷性，以衛浴五金物體為例，本揭露實施例均可增加80%以上之點雲數量。

雖然本揭露以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。在不脫離本揭露之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本揭露之專利保護範圍。關於本揭露所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

11‧‧‧處理器

12‧‧‧控制器

2‧‧‧光電感測器

3‧‧‧光源

31‧‧‧入射光

32‧‧‧反射光

40‧‧‧噴霧器

41‧‧‧噴嘴

42‧‧‧儲槽

6‧‧‧平台或輸送台

7‧‧‧物體

71‧‧‧表面

θ‧‧‧接觸角

D‧‧‧液滴、水珠

S10~S30‧‧‧步驟

圖1A~1B 係分別為鏡面反射與漫反射之示意圖。圖2 係依據本揭露之以入射光經水珠產生漫反射之示意圖。圖3 係依據本揭露一實施例之表面量測系統之架構圖。圖4 係依據本揭露之表面量測方法之流程圖。

11‧‧‧處理器

12‧‧‧控制器

2‧‧‧光電感測器

3‧‧‧光源

31‧‧‧入射光

32‧‧‧反射光

40‧‧‧噴霧器

41‧‧‧噴嘴

42‧‧‧儲槽

6‧‧‧平台

7‧‧‧物體

71‧‧‧表面

Claims (6)

1. 一種高反光表面噴霧量測系統，適於量測一物體表面，該物體表面適於附著水珠，包括：一平台；一光源，用以投射一入射光；一光電感測器，用以接收一反射光並轉換成一電性訊號；一噴霧器，用以噴佈多數微細液滴；一控制器，分別電性連接以驅動該光源、該光電感測器、該噴霧器；以及一處理器，電性連接該控制器以接收並處理該電性訊號；其中該液滴係為水。
2. 如請求項1所述的高反光表面噴霧量測系統，其中該控制器更電性連接該平台，以驅動該平台移動或旋轉。
3. 如請求項1所述的高反光表面噴霧量測系統，其中該噴霧器更包括至少一噴嘴。
4. 一種高反光表面噴霧量測方法，適於量測一物體表面，該物體表面適於附著水珠，包括以下步驟：形成多數微細液滴於該物體表面上；對該物體表面進行一光學掃描，以取得一電性訊號；以及處理該電性訊號；其中該液滴係為水。
5. 如請求項4所述的高反光表面噴霧量測方法，其中該形成步驟係指噴佈。
6. 如請求項4所述的高反光表面噴霧量測方法，其中該光學掃描係指對該物體表面投射一入射光，並接收一反射光。