TWI825924B

TWI825924B - 偵測螺絲孔位的裝置及偵測方法

Info

Publication number: TWI825924B
Application number: TW111130830A
Authority: TW
Inventors: 潘建宏; 闕駿謙; 洪健文
Original assignee: 榮昌科技股份有限公司
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2023-12-11
Also published as: US20240062380A1; TW202409968A

Abstract

一種螺絲孔位偵測裝置，係應用於一板體及至少一螺絲，該板體定義至少一螺絲孔，該螺絲孔位偵測裝置包含一微處理器、一燈具組及一攝像頭。該燈具組被配置為照射該板體；該攝像頭被配置為拍攝該板體以得到一原始圖像並且傳送該原始圖像至該微處理器；該微處理器被配置為灰階轉換該原始圖像成為一灰階圖像，並且基於一閾值轉換該灰階圖像成為一二值化圖像；基於該二值化圖像，該至少一螺絲孔被判斷是否被鎖進該至少一螺絲。

Description

偵測螺絲孔位的裝置及偵測方法

本發明係有關於一種偵測裝置及一種偵測方法，特別是一種螺絲孔位偵測裝置及一種螺絲孔位偵測方法。

近年來，圖像處理技術在工業界被廣泛地使用以偵測產品的缺陷，藉以提高產品的品質以及生產的效率；雖然圖像處理技術在工業界已經被使用了一段時間，但是圖像處理技術仍然未能廣泛地應用在複雜的工業製程中，例如檢測凹坑、孔洞和鎖緊螺絲；而考慮到一些因素，例如光、顏色、形狀、大小和強度，這種凹坑、孔洞和鎖緊螺絲不易由人眼直接地識別。

然而，目前的製造工廠，例如天線製造工廠，總是希望能實現更高水準的自動化缺失檢測。天線製造工廠在天線製造製程中的主要工作之一是將螺絲正確地鎖固到天線板，因此天線製造工廠希望能最大限度地減少鎖固螺絲製程中的缺失。螺絲是被設計為緊固到孔內的位置，藉以實現天線產品的高精度、安全性和穩定性；因此，檢測螺絲是否正確地鎖固對於天線板的製造來說是非常的重要。

目前，相關技術之邊緣檢測技術在灰階圖像中係使用閾值來輔助缺陷檢測。在此有幾個重點：第一，Dilation和Erosion分別用於擴大和縮小形狀；第二，形態開放(morphological opening)是藉由侵蝕扭曲圖像來完成的，可以用來去除圖像中的小物體以保持形狀和較大的物體；第三，形態閉合(morphological closing)是藉由膨脹侵蝕圖像來完成的，可以填補圖像的小間隙以保持形狀和物體；第四，以模糊技術去除雜訊和邊緣中的高頻效應以平滑圖像。

對於相關技術之邊緣檢測技術來說，Sobel、Kirsch、Prewitt以及Canny的技術係利用兩個遮罩對灰階圖像進行卷積，藉以獲得垂直和水平方向。然而，如果天線板的顏色與螺絲頭的顏色相似(例如都為銀色)，則會在螺絲孔上很難區分是否有鎖上螺絲；這是因為當利用上述Sobel、Kirsch、Prewitt以及Canny的技術時，螺絲和天線板之間的相似像素透過遮罩會變得不敏感，從而導致相關技術之邊緣檢測技術不正確。

為解決上述問題，本發明之目的在於提供一種螺絲孔位偵測裝置。

為解決上述問題，本發明之又一目的在於提供一種螺絲孔位偵測方法。

為達成本發明之上述目的，本發明之螺絲孔位偵測裝置係應用於一板體及至少一螺絲，該板體定義至少一螺絲孔，該螺絲孔位偵測裝置包含：一微處理器；一燈具組，電性連接至該微處理器；及一攝像頭，電性連接至該微處理器，其中，該燈具組被配置為照射該板體；該攝像頭被配置為拍攝該板體以得到一原始圖像並且傳送該原始圖像至該微處理器；該微處理器被配置為灰階轉換該原始圖像成為一灰階圖像，並且基於一閾值轉換該灰階圖像成為一二值化圖像；基於該二值化圖像，該至少一螺絲孔被判斷是否被鎖進該至少一螺絲。

再者，在如上所述之本發明之螺絲孔位偵測裝置之一具體實施例當中，該燈具組包含：一第一燈具，電性連接至該微處理器；一第二燈具，電性連接至該微處理器；一第三燈具，電性連接至該微處理器；及一第四燈具，電性連接至該微處理器，其中，該第一燈具被配置為面對該板體的一第一側邊以側面地照射該第一側邊及該板體；該第二燈具被配置為面對該板體的一第二側邊以側面地照射該第二側邊及該板體；該第三燈具被配置為面對該板體的一第三側邊以側面地照射該第三側邊及該板體；該第四燈具被配置為面對該板體的一第四側邊以側面地照射該第四側邊及該板體。

再者，在如上所述之本發明之螺絲孔位偵測裝置之一具體實施例當中，該微處理器被配置為基於該板體之複數之定位點定位該板體以找出該至少一螺絲孔。

再者，在如上所述之本發明之螺絲孔位偵測裝置之一具體實施例當中，該閾值係為該至少一螺絲的顏色的螺絲灰階值；該灰階圖像包含複數之像素；該些像素包含複數之像素灰階值；當基於該閾值轉換該灰階圖像成為該二值化圖像時，具有該些像素灰階值大於或等於該螺絲灰階值的該些像素被轉換為該二值化圖像中的一第一顏色，而具有該些像素灰階值小於該螺絲灰階值的該些像素被轉換為該二值化圖像中的一第二顏色。

再者，在如上所述之本發明之螺絲孔位偵測裝置之一具體實施例當中，該第一顏色為黑色；該第二顏色為白色。

為達成本發明之上述又一目的，本發明之螺絲孔位偵測方法包含：一燈具組照射一板體；一攝像頭拍攝該板體以得到一原始圖像；該攝像頭傳送該原始圖像至一微處理器；該微處理器灰階轉換該原始圖像成為一灰階圖像；該微處理器基於一閾值轉換該灰階圖像成為一二值化圖像；及基於該二值化圖像，判斷該板體所定義之至少一螺絲孔是否被鎖進至少一螺絲。

再者，在如上所述之本發明之螺絲孔位偵測方法之一具體實施例當中，該螺絲孔位偵測方法更包含：該燈具組的一第一燈具面對該板體的一第一側邊以側面地照射該第一側邊及該板體；該燈具組的一第二燈具面對該板體的一第二側邊以側面地照射該第二側邊及該板體；該燈具組的一第三燈具面對該板體的一第三側邊以側面地照射該第三側邊及該板體；及該燈具組的一第四燈具面對該板體的一第四側邊以側面地照射該第四側邊及該板體。

再者，在如上所述之本發明之螺絲孔位偵測方法之一具體實施例當中，該螺絲孔位偵測方法更包含：基於該板體之複數之定位點，該微處理器定位該板體以找出該至少一螺絲孔。

再者，在如上所述之本發明之螺絲孔位偵測方法之一具體實施例當中，該閾值係為該至少一螺絲的顏色的螺絲灰階值；該灰階圖像包含複數之像素；該些像素包含複數之像素灰階值；當該微處理器基於該閾值轉換該灰階圖像成為該二值化圖像時，具有該些像素灰階值大於或等於該螺絲灰階值的該些像素被轉換為該二值化圖像中的一第一顏色，而具有該些像素灰階值小於該螺絲灰階值的該些像素被轉換為該二值化圖像中的一第二顏色。

再者，在如上所述之本發明之螺絲孔位偵測方法之一具體實施例當中，該第一顏色為黑色；該第二顏色為白色。

本發明之功效在於檢測板體的螺絲孔是否有鎖進螺絲。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得到深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

10:螺絲孔位偵測裝置

20:板體

30:螺絲

102:微處理器

104:燈具組

106:攝像頭

108:原始圖像

110:灰階圖像

112:二值化圖像

114:像素

202:螺絲孔

204:中心定位點

206:矩形

208:內部定位點

210:外部定位點

L1:第一燈具

L2:第二燈具

L3:第三燈具

L4:第四燈具

L5:第五燈具

S1:第一側邊

S2:第二側邊

S3:第三側邊

S4:第四側邊

S02:步驟

S04:步驟

S06:步驟

S08:步驟

S10:步驟

S12:步驟

unlock#1~unlock#5:螺絲孔

圖1為本發明之螺絲孔位偵測裝置之第一實施例方塊圖。

圖2為本發明之螺絲孔位偵測裝置之第二實施例方塊圖。

圖3為本發明之螺絲孔位偵測裝置之外觀圖。

圖4為本發明之第一燈具至第四燈具圍繞板體之上視圖。

圖5為本發明之板體上的定位點之上視圖。

圖6為本發明之包含複數之像素之灰階圖像示意圖。

圖7為本發明之二值化圖像之一實施例示意圖。

圖8為本發明之螺絲孔位偵測方法之流程圖。

在本揭露當中，提供了許多特定的細節，以提供對本發明之具體實施例之徹底瞭解；然而，本領域技術人員應當知曉，在沒有一個或更多個該些特定的細節的情況下，依然能實踐本發明；在其他情況下，則未顯示或描述眾所周知的細節以避免模糊了本發明之主要技術特徵。茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：為了解決上述邊緣檢測技術不正確的問題，本發明利用曝光原理，並且放大照明傳輸的強度能量以區分螺絲孔和天線板。模擬結果顯示，利用本發明所提出的曝光方法，缺陷檢測結果將更接近於原始圖像中的螺絲孔。因此，本發明改良並最佳化公式以區分鎖上螺絲和沒有鎖上螺絲是有效的且可行的。

請參考圖1，其係為本發明之螺絲孔位偵測裝置之第一實施例方塊圖。本發明之一種螺絲孔位偵測裝置10包含一微處理器102、一燈具組104及一攝像頭106，該微處理器102係電性連接至該燈具組104及該攝像頭106；該螺絲孔位偵測裝置10係應用於一板體20(例如一天線板)及至少一螺絲30，該板體20定義至少一螺絲孔202。在圖1當中，該板體20定義了四個螺絲孔202，且左上角呈現黑色的螺絲孔202代表沒有鎖進螺絲30(因為螺絲孔202內是黑色無光的)，而其餘三個白色的螺絲孔202代表有鎖進螺絲30(因為螺絲30的頭是銀色的)；本發明的目的即在於找出在圖1當中左上角的沒有鎖進螺絲30的螺絲孔202。

首先，該燈具組104被配置為照射該板體20；接著，該攝像頭106被配置為拍攝該板體20以得到一原始圖像108(是彩色圖像)並且傳送該原始圖像108至該微處理器102；然後，該微處理器102被配置為灰階轉換該原始圖像108成為一灰階圖像110，並且基於一閾值轉換該灰階圖像110成為一二值化圖像112(容後詳述)；最後，基於該二值化圖像112，該至少一螺絲孔202被判斷是否被鎖進該至少一螺絲30(容後詳述)。在本發明之一具體實施例但不限制本發明，本發明的圖像處理部分係使用了工業相機CVG-500M-15RT(作為該攝像頭106)和NVIDIA Jetson Nano開發套件(設置安裝在該微處理器102內，或作為該微處理器102)。

請參考圖2，其係為本發明之螺絲孔位偵測裝置之第二實施例方塊圖；圖2所示之元件與圖1所示之元件相同者，為簡潔因素，故於此不再重複其敘述。該燈具組104包含一第一燈具L1、一第二燈具L2、一第三燈具L3及一第四燈具L4，該第一燈具L1、該第二燈具L2、該第三燈具L3及該第四燈具L4係電性連接至該微處理器102。

該第一燈具L1被配置為面對該板體20的一第一側邊S1以側面地照射該第一側邊S1及該板體20；該第二燈具L2被配置為面對該板體20的一第二側邊S2以側面地照射該第二側邊S2及該板體20；該第三燈具L3被配置為面對該板體20的一第三側邊S3以側面地照射該第三側邊S3及該板體20；該第四燈具L4被配置為面對該板體20的一第四側邊S4以側面地照射該第四側邊S4及該板體20。

換句話說，在本發明之一具體實施例當中，該燈具組104必須均勻地且側面地照射該板體20；由於圖2所示之該板體20具有四個邊，所以該燈具組104必須具有四個燈具，且四個燈具分別設置在該板體20的四個邊，藉以均勻地且側面地照射該板體20。在本發明之另一具體實施例當中，該燈具組104亦可用一環型燈具取代，藉以均勻地且側面地照射該板體20。

上述側面地照射該板體20的原因在於要使沒有鎖進螺絲30的螺絲孔202呈現暗色(後續的圖像處理才能抓出沒有鎖進螺絲30的螺絲孔202)，而垂直地照射該板體20會造成沒有鎖進螺絲30的螺絲孔202與有鎖進螺絲30的螺絲孔202都呈現亮色(因為沒有鎖進螺絲30的螺絲孔202被照亮了，而有鎖進螺絲30的螺絲孔202也是亮色，因此後續的圖像處理不能區分出沒有鎖進螺絲30的螺絲孔202與有鎖進螺絲30的螺絲孔202)。

請參考圖3，其係為本發明之螺絲孔位偵測裝置之外觀圖。在本發明之一具體實施例但不限制本發明，該燈具組104更包含一第五燈具L5，係電性連接至該微處理器102且設置在該攝像頭106的上方，藉以稍微照亮該板體20但不會使沒有鎖進螺絲30的螺絲孔202過亮而無法被圖像處理辨識出來。

請參考圖4，其係為本發明之該第一燈具L1至該第四燈具L4圍繞該板體20之上視圖。在圖4的實施例當中，該板體20具有五個沒有鎖進螺絲的螺絲孔unlock#1~unlock#5。

請參考圖5，其係為本發明之該板體20上的定位點之上視圖，並請同時參考圖1及圖4。該微處理器102被配置為基於該板體20之複數之定位點定位該板體20以找出該至少一螺絲孔202，茲詳述如下：再者，首先，該微處理器102被配置為找出該板體20上的一中心定位點204以定位一矩形206；接著，該微處理器102被配置為找出在該矩形206上的四個內部定位點208以定位該板體20；最後，該微處理器102被配置為找出在該板體20的四個角落的四個外部定位點210以定位該板體20的邊緣。藉由上述定位程序，該微處理器102可定位出該些螺絲孔202的位置。

請參考圖6，其係為本發明之包含複數之像素114之該灰階圖像110示意圖；圖6主要在說明該灰階圖像110可被分割成該些像素114，該些像素114包含複數之像素灰階值。

請參考圖7，其係為本發明之該二值化圖像112之一實施例示意圖，並請同時參考圖1及圖6；上述之該閾值可為例如但本發明不限定為該至少一螺絲30的顏色(例如為銀色)的螺絲灰階值；當基於該閾值轉換該灰階圖像110成為該二值化圖像112時，具有該些像素灰階值大於或等於該螺絲灰階值的該些像素114被轉換為該二值化圖像112中的一第一顏色(例如圖7中的黑色；代表為該板體20本身以及有鎖進螺絲的螺絲孔)，而具有該些像素灰階值小於該螺絲灰階值的該些像素114被轉換為該二值化圖像112中的一第二顏色(例如圖7中的白色；包含了沒有鎖進螺絲的螺絲孔)。藉此，即可由作業員或該微處理器102辨識出沒有鎖進螺絲的螺絲孔，即圖7中的螺絲孔unlock#1~unlock#5。上述該第一顏色亦可為白色且該第二顏色為黑色，但依據產品製造經驗，黑底白字較容易目視找出問題點。

除了以該至少一螺絲30的顏色的螺絲灰階值作為該閾值之外，也可以採用該板體20本身的顏色的灰階值作為該閾值(如果該板體20本身的顏色也是銀色)，還可以採用以下方程式由該微處理器102推導出該閾值，茲詳述如下：透光功率

(θ _i)與透光角θ _i可以給出第i ^th個最佳照明功率

：

如果
。

在方程式1當中，給定圖像的像素有L個灰階為[1,2,...,L]，其中n _i是圖像中出現在第i級的像素數，總像素數為N=n ₁+n ₂+…+n _L。標準化的灰階直方圖的機率分佈為：

且P(i)

0,
。

像素分為背景C _bg(螺絲孔)及前景C _fg(或稱為物體，即板體)，而背景C _bg的級別為[1,2,...,T ^*]，前景C _fg的級別為[T ^*+1,2,...,L]，而事件發生的機率是：

，而

(方程式3)。

背景的組平均數準位u _bg和前景的組平均數準位u _fg分別為：

以及

。

閾值用於區分背景和前景的顏色，以檢測鎖上螺絲或沒有鎖上螺絲的位置，因此均值原理的最佳化問題可以寫為：

為了描述方程式5的最佳化，背景的組方差

和前景的組方差

分別為：

以及

程式6)。

方程式5的最佳化問題得到最佳化閾值T ^*可以簡化為

(T)的最大化為：

。

其中，

(T)的計算可以推導為以下操作：

請參考圖8，其係為本發明之螺絲孔位偵測方法之流程圖。本發明之一種螺絲孔位偵測方法包含下列步驟：

步驟S02：一燈具組照射一板體。接著，該螺絲孔位偵測方法進入步驟S04。

步驟S04：一攝像頭拍攝該板體以得到一原始圖像。接著，該螺絲孔位偵測方法進入步驟S06。

步驟S06：該攝像頭傳送該原始圖像至一微處理器。接著，該螺絲孔位偵測方法進入步驟S08。

步驟S08：該微處理器灰階轉換該原始圖像成為一灰階圖像。接著，該螺絲孔位偵測方法進入步驟S10。

步驟S10：該微處理器基於一閾值轉換該灰階圖像成為一二值化圖像。接著，該螺絲孔位偵測方法進入步驟S12。

步驟S12：基於該二值化圖像，判斷該板體所定義之至少一螺絲孔是否被鎖進至少一螺絲。

該螺絲孔位偵測方法更包含下列步驟：該燈具組的一第一燈具面對該板體的一第一側邊以側面地照射該第一側邊及該板體；該燈具組的一第二燈具面對該板體的一第二側邊以側面地照射該第二側邊及該板體；該燈具組的一第三燈具面對該板體的一第三側邊以側面地照射該第三側邊及該板體；該燈具組的一第四燈具面對該板體的一第四側邊以側面地照射該第四側邊及該板體；基於該板體之複數之定位點，該微處理器定位該板體以找出該至少一螺絲孔。

其中，該閾值係為該至少一螺絲的顏色的螺絲灰階值；該灰階圖像包含複數之像素；該些像素包含複數之像素灰階值；當該微處理器基於該閾值轉換該灰階圖像成為該二值化圖像時，具有該些像素灰階值大於或等於該螺絲灰階值的該些像素被轉換為該二值化圖像中的一第一顏色(例如為黑色)，而具有該些像素灰階值小於該螺絲灰階值的該些像素被轉換為該二值化圖像中的一第二顏色(例如為白色)。

本發明係應用曝光原理區分螺絲孔是鎖上螺絲或是沒有鎖上螺絲；本發明之功效在於檢測板體的螺絲孔是否有鎖進螺絲。

然以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明請求項所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的請求項的保護範圍。綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。