本發(fā)明涉及一種物體表面測(cè)量系統(tǒng)與方法，特別是針對(duì)物體表面具有高反光特性的冷凝測(cè)量系統(tǒng)與方法。

現(xiàn)有技術(shù)

隨著科技進(jìn)步，各項(xiàng)產(chǎn)品的表面加工越見(jiàn)平滑，也即是具有了高反光特性(reflectivity)，雖然增加了外觀價(jià)值，但對(duì)于以光學(xué)設(shè)備進(jìn)行表面測(cè)量或瑕疵檢測(cè)而言，將因?yàn)楦邚?qiáng)度的反射光進(jìn)入設(shè)備而影響了測(cè)量或檢測(cè)的結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于上述的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種利用微細(xì)液滴形成于物體表面而降低反光強(qiáng)度的表面測(cè)量系統(tǒng)與方法，以提升自動(dòng)化非接觸性光學(xué)測(cè)量的準(zhǔn)確度。

依據(jù)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的一種表面冷凝測(cè)量方法，包括以下步驟：降低一物體周圍空氣的溫度；對(duì)該物體表面進(jìn)行一光學(xué)掃描，以取得一電信號(hào)；處理該電信號(hào)。

依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的一種表面冷凝測(cè)量系統(tǒng)，包括：一平臺(tái)；一光源，用以投射一入射光；一光電檢測(cè)器，用以接收一反射光并轉(zhuǎn)換成一電信號(hào)；至少一熱電致冷模組，還包括一冷端板；一控制器，分別電連接以驅(qū)動(dòng)該光源、該光電檢測(cè)器、該熱電致冷模組；以及一處理器，電連接該控制器以接收并處理該電信號(hào)。

依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的一種表面冷凝測(cè)量系統(tǒng)，包括：一平臺(tái)，還包括一冷房；一光源，用以投射一入射光；一光電檢測(cè)器，用以接收一反射光并轉(zhuǎn)換成一電信號(hào)；一冷風(fēng)出口，用以輸入低溫空氣至該冷房； 一控制器，分別電連接以驅(qū)動(dòng)該光源、該光電檢測(cè)器、該冷風(fēng)出口；以及一處理器，電連接該控制器以接收并處理該電信號(hào)。

依據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的一種表面冷凝測(cè)量系統(tǒng)，包括：一平臺(tái)，還包括一前冷房與一后冷房；一光源，用以投射一入射光；一光電檢測(cè)器，用以接收一反射光并轉(zhuǎn)換成一電信號(hào)；一前冷風(fēng)出口，用以輸入一低溫空氣至該前冷房；一后冷風(fēng)出口，用以輸入另一低溫空氣至該后冷房；一控制器，分別電連接以驅(qū)動(dòng)該光源、該光電檢測(cè)器、該前冷風(fēng)出口、該后冷風(fēng)出口；以及一處理器，電連接該控制器以接收并處理該電信號(hào)。

綜上所述，本發(fā)明的表面冷凝測(cè)量系統(tǒng)與方法，是利用降低受測(cè)物體周圍空氣的溫度，使微細(xì)水滴均勻附著于物體表面上，暫時(shí)性地提高其表面粗糙度以提升光學(xué)設(shè)備接收該表面反射光的準(zhǔn)確度。

以上有關(guān)于本發(fā)明實(shí)施內(nèi)容的說(shuō)明是用以示范與解釋本發(fā)明的精神與原理，并且提供本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍更進(jìn)一步的解釋。

附圖說(shuō)明

圖1A～1B分別為鏡面反射(1A)與漫反射(1B)的示意圖；

圖2為依據(jù)本發(fā)明的以入射光經(jīng)水珠產(chǎn)生漫反射的示意圖；

圖3為依據(jù)本發(fā)明的表面冷凝測(cè)量方法的流程圖；

圖4為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的表面冷凝測(cè)量系統(tǒng)的架構(gòu)圖；

圖5為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的表面冷凝測(cè)量系統(tǒng)的架構(gòu)圖；

圖6為依據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的表面冷凝測(cè)量系統(tǒng)的架構(gòu)圖。

【符號(hào)說(shuō)明】

11 處理器

12 控制器

2 光電檢測(cè)器

3 光源

31 入射光

32 反射光

50 熱電致冷模組

51 熱端板

52 冷端板

53 冷房

53-1 前冷房

53-2 后冷房

54 冷風(fēng)出口

54-1 前冷風(fēng)出口

54-2 后冷風(fēng)出口

6 平臺(tái)或輸送臺(tái)

7 物體

71 表面

Θ 接觸角

D 液滴、水珠

S10～S30 步驟

具體實(shí)施方式

以下在實(shí)施方式中詳細(xì)敘述本發(fā)明的特征，其內(nèi)容足以使任何熟習(xí)相關(guān)技藝者了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，且根據(jù)本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容、申請(qǐng)專利范圍及附圖，任何熟習(xí)相關(guān)技藝者應(yīng)可輕易地理解本發(fā)明的用意。以下實(shí)施例是進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的觀點(diǎn)，但非用以限制本發(fā)明的范圍。

圖1A為說(shuō)明產(chǎn)生所謂鏡面反射(specular reflection)的示意圖，當(dāng)一物體的表面71，無(wú)論是平面或曲面，若為高度平滑或粗糙度(roughness)甚低時(shí)，當(dāng)以平行入射光31投射至該表面71后，將依循相同于入射角的單一反射角反射，此平行反射光32若進(jìn)入光學(xué)設(shè)備，將因?yàn)閺?qiáng)度過(guò)大而無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。若該表面71不夠平滑或粗糙度較高時(shí)，見(jiàn)圖1B，平行入射光31雖然仍依循反射原理，但并非所有反射角都相同，此即所謂漫反射(diffuse reflection)，光學(xué)設(shè)備接收反射光32后便能根據(jù)其強(qiáng)弱，進(jìn)行處理以取得該表面的形貌(surface profile)或瑕疵(defect)位置。

圖2為依據(jù)本發(fā)明的借助平行入射光經(jīng)水珠產(chǎn)生漫反射，以說(shuō)明如何暫時(shí)地提高物體表面粗糙度的示意圖。由于某些物體，例如水龍頭等衛(wèi)浴 五金，材質(zhì)不論是金屬或非金屬，其表面71經(jīng)過(guò)多次拋光或電鍍完工后呈現(xiàn)出高度平滑，如此使得后續(xù)的非接觸式光學(xué)設(shè)備，在進(jìn)行測(cè)量或檢測(cè)上便有困難，本發(fā)明通過(guò)暫時(shí)性地在該表面上主動(dòng)形成多數(shù)微細(xì)的水珠(drop)，使得入射光31在水珠D上經(jīng)過(guò)多次反射與折射，出射后的反射光32則各有不同的反射角，此情形等同于漫反射，也等同于提高了粗糙度而利于后續(xù)光學(xué)數(shù)據(jù)的取得與處理。本段說(shuō)明雖以水珠為例，但并不以此為限。

利用水珠或其他液體以微細(xì)形體附著于物體表面上時(shí)，因?yàn)椴煌拇植诙扰c表面張力等原因，將產(chǎn)生不同的接觸角θ(contact angle)，從而改變了反射角，見(jiàn)圖2所示，此改變可根據(jù)物體材質(zhì)、表面狀況與測(cè)量作業(yè)等來(lái)選擇，本發(fā)明以水珠為例是為稍后并不需要另行去除，若有其他限制或考慮，也可有不同的搭配，例如使用甲醇等，但仍要避免過(guò)小的接觸角θ而產(chǎn)生潤(rùn)濕(wetting)現(xiàn)象，或過(guò)大的接觸角θ而無(wú)法穩(wěn)定地附著于物體表面上。

請(qǐng)先參考圖4，圖4為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一表面冷凝測(cè)量系統(tǒng)的架構(gòu)圖，以說(shuō)明整體架構(gòu)是如何實(shí)現(xiàn)將微細(xì)水珠形成于物體表面以進(jìn)行測(cè)量。本系統(tǒng)例如包括有：一可置放具有表面71的物體7的平臺(tái)6或輸送臺(tái)(未圖示)、一光電檢測(cè)器2、一光源3、至少一與物體7直接或間接接觸的熱電致冷模組50(thermoelectric cooling module)及一處理器11，此處理器并經(jīng)由一控制器12至少與上述光電檢測(cè)器2、光源3與熱電致冷模組50作電連接，以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)收集與處理等作業(yè)；上述平臺(tái)6若具有移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的功能時(shí)，則也需要與控制器12電連接；但若平臺(tái)6為固定，則光電檢測(cè)器2或光源3要能適度地相對(duì)移動(dòng)以完成掃描，光源3與光電檢測(cè)器2實(shí)體上可結(jié)合成單一設(shè)備。以上說(shuō)明雖指明了各元件的數(shù)量與名稱，但本發(fā)明并不以此為限。

再如圖4所示，熱電致冷模組50包括了熱端板51與冷端板52，其中冷端板52可以多數(shù)拼接的方式接合或裝設(shè)于平臺(tái)6的下方、上方或圍成一封閉或開(kāi)放的空間以置放物體7，或直接與物體7接觸，以形成良好的熱傳導(dǎo)(heat conductivity)，以直接冷卻該物體或降低該物體周圍空氣的溫度。

當(dāng)物體7完成被置放于平臺(tái)6上后，處理器11便命令控制器12驅(qū)動(dòng)熱電致冷模組50以產(chǎn)生熱電效應(yīng)(Peltier-Seebeck effect)，冷端板52便間接或直接地冷卻了與其接觸的物體7與周圍的空氣，無(wú)論物體7是否為良好的熱導(dǎo)體，空氣中的水將被凝結(jié)于表面71上，也即形成了微細(xì)水珠D，此水珠D直徑例如約略為0.1～2μm，視實(shí)際狀況而定，但務(wù)使均勻地分布且穩(wěn)定地附著于表面71上，接著光源3受到驅(qū)動(dòng)向表面71投射入射光31，此入射光31例如為藍(lán)光或紅光，經(jīng)水珠D反射后，反射光32則進(jìn)入了光電檢測(cè)器2并被轉(zhuǎn)換成一電信號(hào)，再傳送至處理器11進(jìn)行處理，此處理例如包括產(chǎn)生該物體7的三維點(diǎn)云(point cloud)數(shù)據(jù)或檢出該表面71的瑕疵等，但不以此為限。以上若平臺(tái)6改為輸送臺(tái)時(shí)，光源3與光電檢測(cè)器2便可在不同位置對(duì)多數(shù)物體7進(jìn)行連續(xù)地獨(dú)立操作。

圖3為依據(jù)本發(fā)明的一表面冷凝測(cè)量方法的流程圖，首先步驟S10為降低物體表面或周圍空氣的溫度以形成多數(shù)微細(xì)水滴于物體表面上，此水滴在該表面上具有適當(dāng)范圍的接觸角，以使該水滴能均勻且穩(wěn)定地附著該表面上。當(dāng)步驟S10完成水滴形成及附著之后或同時(shí)，步驟S20則開(kāi)始對(duì)物體表面進(jìn)行光學(xué)掃描，通過(guò)光學(xué)設(shè)備對(duì)物體表面投射入射光并接收反射光，此反射光將帶有該表面的相關(guān)數(shù)據(jù)并被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。最終再由步驟S30對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行處理，此處理例如包括取得該表面的形貌、瑕疵、點(diǎn)云等數(shù)據(jù)，但不以此為限。

圖5為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的一表面冷凝測(cè)量系統(tǒng)，與圖4所示系統(tǒng)不同之處在于取消了熱電致冷模組50，平臺(tái)6上則設(shè)置了一開(kāi)放或封閉的冷房53，控制器12控制空調(diào)設(shè)備(未圖示)以使其冷風(fēng)出口54，對(duì)置放于冷房53的物體7直接或間接地吹拂低溫空氣，降低周圍空氣的溫度而產(chǎn)生微細(xì)水珠D于表面71上，而所謂低溫空氣是指其溫度低于外界空氣或光電檢測(cè)器2周圍空氣的溫度，同樣地若平臺(tái)6為輸送臺(tái)，則冷凝測(cè)量作業(yè)便可采取連續(xù)方式進(jìn)行。

圖6為依據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的一表面冷凝測(cè)量系統(tǒng)，與圖5所示系統(tǒng)不同之處在于平臺(tái)6上設(shè)置了前冷房53-1與后冷房53-2，此二冷房在平臺(tái)6上的前后位置，是指物體7隨平臺(tái)6移動(dòng)先后所進(jìn)入的冷房而定，但并不隨平臺(tái)6移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，此二冷房的溫度與濕度的條件均由控制器12 經(jīng)空調(diào)設(shè)備(未圖示)以前冷風(fēng)出口54-1及后冷風(fēng)出口54-2所輸入的低溫空氣分別控制，例如前冷房53-1的溫度為260～300K，濕度為0～80％RH，而后冷房53-2則溫度為273～373K，濕度為20～100％RH，但并不為限，通過(guò)二不同溫度、濕度條件的環(huán)境，先后使物體7在前冷房53-1、后冷房53-2留置一段適當(dāng)時(shí)間以形成微細(xì)水滴D在表面71上，此二冷房可為開(kāi)放或封閉、連接或分離的環(huán)境，平臺(tái)6若可移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，則冷凝測(cè)量作業(yè)也可以選擇以連續(xù)方式進(jìn)行。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的以微細(xì)水珠形成在高度平滑的物體表面上的用意，除避免平行入射光在該表面產(chǎn)生鏡面反射而不利于光學(xué)設(shè)備操作外，該水珠稍后將自行蒸發(fā)而不必另行去除，而且也不必事先在該表面上涂布疏水劑(hydrophobe)、親水劑(hydrophile)或熒光劑(fluorescent agent)等，因此本發(fā)明確實(shí)具有對(duì)高反光表面測(cè)量作業(yè)的正確性與便捷性，以衛(wèi)浴五金物體為例，本發(fā)明實(shí)施例均可增加80％以上的點(diǎn)云數(shù)量。