工件测量设备及用于测量工件的方法与流程

本发明关于一种测量设备，且也关于一种工件测量设备及用于测量工件的方法。

背景技术：

已知影像撷取单元的视场(field of view；FOV)越小，其所撷取的影像可变得更准确。

然而，以小FOV(举例而言，当FOV小于30mm)的影像撷取单元测量大型工件(举例而言，当工件的直径大于100mm时)是花费时间的。另外，为了准确地测量工件的小部分而将这样的影像撷取单元设置在正确位置是困难的。

因此，在本领域中提供用于可准确测量大型工件的小部分的工件测量设备及方法是迫切的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种工件测量设备。该工件测量设备包括工件持定单元、影像撷取单元、控制单元及运算单元。该工件持定单元是组构以持定工件；该影像撷取单元是组构以于该工件持定单元与该影像撷取单元间隔而有第一位置关系时，撷取该工件的第一部分的第一影像，且于该工件持定单元与该影像撷取单元间隔而有第二位置关系时，撷取该工件的第二部分的第二影像；该控制单元是组构以移动该工件持定单元及该影像撷取单元的至少一个，且依据该第一影像使该工件持定单元与该影像撷取单元从该第一位置关系位移至该第二位置关系，或依据该第二影像使该工件持定单元与该影像撷取单元从该第二位置关系位移至第三位置关系；以及该运算单元是电性连接至该影像撷取单元及该控制单元，且组构以控制该影像撷取单元撷取该第一影像及该第二影像，并控制该控制单元以移动该工件持定 单元及该影像撷取单元的至少一个。

本发明也提供一种用于测量工件的方法，其包括：当工件持定单元与影像撷取单元间隔而有第一位置关系时，通过该影像撷取单元撷取由该工件持定单元所持定的工件的第一部分的第一影像；移动该工件持定单元及该影像撷取单元的至少一个，且依据该第一影像使该工件持定单元与该影像撷取单元从该第一位置关系位移至第二位置关系；当该工件持定单元与该影像撷取单元有该第二位置关系时，通过该影像撷取单元撷取该工件的第二部分的第二影像；以及移动该工件持定单元及该影像撷取单元的至少一个，且依据该第二影像使该工件持定单元与该影像撷取单元从该第二位置关系位移至第三位置关系。

附图说明

图1是依据本发明的实施例的工件测量设备的功能方块图；

图2说明工件测量设备如何测量工件；以及

图3是依据本发明的实施例的用于测量工件的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

为了通过具有小FOV(举例而言，当FOV小于30mm时，但本发明不限于此)的影像撷取单元测量大型工件(举例而言，当工件的直径大于100mm时，但本发明不限于此)，其中这样的影像撷取单元无法设置于正确位置且无法撷取大型工件的小部分的影像，本发明的实施例提供用于测量工件的工件测量设备及方法。为了改善测量准确性，本发明的实施例施用图案匹配技术及动态引导反饋技术以引导工件平台。

图1是依据本发明的实施例的工件测量设备的功能方块图。工件测量设备1包括影像撷取单元11、运算单元12、控制单元13、以及工件持定单元14。

工件持定单元14持定工件15。在一实施例中，工件持定单元14是工件平台，工件15能放置在该工件平台上。在另一实施例中，工件持定单 元14是持定工件15的工件持定件。

控制单元13相对于影像撷取单元11移动工件持定单元14。在一实施例中，控制单元13移动工件持定单元14及影像撷取单元11中的至少一个且使工件持定单元14与影像撷取单元11从第一位置关系位移至第二位置关系。在另一实施例中，控制单元13仅移动工件持定单元14从第一位置至第二位置，以令影像撷取单元11与工件持定单元14的间隔从第一位置关系变成第二位置关系。

在一实施例中，控制单元13是步进马达、液压机或传动装置，且于x、y及z方向的至少一个移动工件持定单元14。工件持定单元14包括至少一个移动控制模块，各该移动控制模块包含移动控制器及多个控制部。

请参考图2，当影像撷取单元11与工件持定单元14间隔而有第一位置关系时，影像撷取单元11撷取工件15的第一部分的第一影像M1，且当影像撷取单元11与工件持定单元14间隔而有第二位置关系时，影像撷取单元11撷取工件15的第二部分的第二影像M2。在一实施例中，控制单元13仅将工件持定单元14从第一位置移动至第二位置。当工件持定单元14于第一位置处时，影像撷取单元11撷取第一影像M1，且当工件持定单元14于第二位置处时，影像撷取单元11撷取第二影像M2。

在一实施例中，影像撷取单元11是影像输出装置，例如电荷耦合装置(CCD)及互补式金氧半(CMOS)影像传感器，且其分辨率是5K、4K或全高清(Full HD)。

如图1所显示，运算单元12电性连接至影像撷取单元11及控制单元13。在一实施例中，运算单元12是逻辑运算单元，且该逻辑运算单元可为计算机或嵌入系统板的场可編程化柵阵列(FPGA)。

运算单元12控制影像撷取单元11以撷取第一影像M1及第二影像M2。

并且，运算单元12控制控制单元13以移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个，且通过例如将第一影像M1的图案与工件15的全影像匹配而依据第一影像M1，使工件持定单元14与影像撷取单元11从第一位置关系位移至第二位置关系。在一实施例中，若第一影像M1如图2显示般位于工件15的下右角落中且长度L是待测的，则运算单元12 控制控制单元13以移动工件持定单元14向下(即向负y方向)，以令影像撷取单元11能位于较该第一部分更接近该长度L的工件15的部分上方(例如，第二部分；其影像是第二影像M2)。

在一实施例中，运算单元12包括比较第一影像M1与工件15的全影像的影像比较模块121，其判断第一影像M1相对工件15的第一坐标，且控制控制单元13以依据该第一坐标将工件持定单元14从第一位置移动至第二位置。举例而言，若该第一坐标指出第一影像M1位于该下右角落，则运算单元12控制控制单元13以将工件持定单元14向负y方向移动。在一实施例中，影像比较模块121施用例如均方误差(mean squared error；MSE)、近似(similarity)及峰值信号噪声比(peak signal-to-noise ratio；PSNR)的图案匹配技术，以判断第一影像M1相对工件15的第一坐标及角度。

举例而言，如图2所显示，影像比较模块121比较第一影像M与工件15的全影像，且判断第一部分是位于工件15的下右角落并具有相对工件15的全影像的原点(位于全影像的上右角落)的第一坐标(X1，Y1)及旋转角A。若长度L是待测的，运算单元12控制控制单元13以移动工件持定单元14向下(即向负y方向)，举例而言，相对于工件持定单元14的初始定位的原点而将工件持定单元14从第一位置(X1’，Y1’)移动至第二位置(X2’，Y2’)，以令影像撷取单元11能位于第二部分上方，该处具有第二影像M2。

运算单元12接着控制控制单元13以移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个，且通过例如将第二影像M2的图案与工件15的全影像匹配而依据第二影像M2，使影像撷取单元11与工件持定单元14从第二位置关系位移至第三位置关系。于一实施例中，当第一部分确实在下右角落且第二影像M2确实为工件15的所期待的第二部分的影像时，其中该第二部分在工件持定单元14从第一位置移动至第二位置之后在第一部分的垂直上方，则运算单元12控制控制单元13以进一步向负y方向移动工件持定单元14。

然而，于另一实施例中，当第一部分不如期待地于下右角落且第二影像M2不如期待地为在第一部分垂直上方的第二部分的影像时，也就是说，第一部分事实上是在工件15的右下角落且具有第一影像M1’，而第二影 像M2’是工件15的右上角落的影像，为了使影像撷取单元11接近长度L，运算单元12控制控制单元13以移动工件持定单元14向右(即向正x方向)。换句话说，是根据第二影像M2来判断控制单元13如何移动工件持定单元14。

在一实施例中，影像比较模块121接着比较第二影像M2与工件15的全影像，判断第二影像M2相对于工件15的第二坐标(X2，Y2)，且控制控制单元13以依据该第二坐标将工件持定单元14从第二位置移动至第三位置。

若该第一部分确实位于工件15的下右角落，或从第一位置关系至第二位置关系的位置关系差异(X2’-X1’，Y2’-Y1’)与从第一坐标至第二坐标的坐标差异(X2-X1，Y2-Y1)成比例，也就是说，工件持定单元14从第一位置住负y方向移动至第二位置，且影像撷取单元11拍摄工件15的部分从第一坐标向上(例如，向正y方向)移动至第二坐标)，则所拍摄到的第二影像M2或第二坐标(X2，Y2)指出第二部分是位于工件15的中央区域。因此，运算单元12控制控制单元13移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个，基于坐标差异与位置关系差异成比例的事实而使影像撷取单元11与工件持定单元14从第二位置关系位移至第三位置关系。在一实施例中，运算单元12控制控制单元13以持续向负y方向移动工件持定单元14。

然而，若是错误地判断该第一部分是位在下右角落，但事实上该第一部分是位在工件的15右下角落，或位置关系差异(X2’-X1’，Y2’-Y1’)不与坐标差异(X2-X1，Y2-Y1)成比例，也就是说，工件持定单元14从第一位置向负y方向移动至第二位置，而影像撷取单元11拍摄工件15的部分从第一坐标沿箭头A移动往第二坐标移动，则第二影像M2或第二坐标指出第二部分是位于工件15的右上角落中。在这样的情形中，运算单元12控制控制单元13基于位置关系差异不与坐标差异成比例的事实，移动影像撷取单元11及工件持定单元14的其中一个，且令影像撷取单元11与工件持定单元14从第二位置关系位移至另一第三位置关系。在一实施例中，运算单元12控制控制单元13向正x方向移动工件持定单元14。

一般而言，第二影像M2是用于判断工件15的第一部分的定位是否 为正确判断。若第二影像M2判断第一部分的定位是正确判断，也就是说，位置关系差异((ΔX’，ΔY’)；即(X2’-X1’，Y2’-Y1’))与坐标差异((ΔX，ΔY)；即(X2-X1，Y2-Y1))成比例，运算单元12保持控制控制单元13以沿原方向移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个。若第二影像M2判断第一部分的定位为错误判断，也就是说，位置关系差异((ΔX’，ΔY’)；即(X2’-X1’，Y2’-Y1’))与坐标差异((ΔX，ΔY)；(X2-X1，Y2-Y1))不成比例，则以第二影像M2替换第一影像M1，且运算单元12控制控制单元13以移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个，以使影像撷取单元11与工件持定单元14间隔而有第三位置关系，控制控制单元13以新方向将工件持定单元14从第二位置移动至第三位置。接着，进一步撷取第三影像M3以替换第二影像M2。

图3是依据本发明的实施例的用于测量工件的方法100的流程图。

在步骤S102，当影像撷取单元11与工件持定单元14间隔而有第一位置关系时，通过影像撷取单元11撷取由工件持定单元14所持定的工件15的第一部分的第一影像M1。

在步骤S104，移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个，且依据第一影像M1使影像撷取单元11与工件持定单元14从第一位置关系位移至第二位置关系。举例而言，若第一部分位于工件15的下右角落且长度L是待测的，工件持定单元14应向负y方向移动；且若第一部分位于工件15右下角落中且长度L是待测的，工件持定单元14应向右(例如，向正x方向)且向下移动。

在步骤S106，当影像撷取单元11与工件持定单元有第二位置关系时，通过影像撷取单元11撷取工件15的第二部分的第二影像M2。

在步骤S108，移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个，且依据第二影像M2使影像撷取单元11与工件持定单元14从第二位置关系位移至第三位置关系。第二影像M2判断第一部分的定位是否为正确或错误的判断，以及影像撷取单元11及/或工件持定单元14是否应沿原方向或新方向移动。

步骤104包括步骤S1041及步骤S1042，于步骤S1041中计算第一影像M1相对于工件15的第一坐标，且于骤S1042中移动影像撷取单元11 及工件持定单元14的至少一个，且依据第一坐标使影像撷取单元11与工件持定单元14从第一位置关系位移至第二位置关系。

步骤S108包括步骤S1081及步骤S1082，于步骤S1081中计算第二影像M2相对于工件15的第二坐标，于步骤S1082中移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个，且依据位置关系差异(从第一位置关系至第二位置关系)与坐标差异(从第一坐标至第二坐标)之间的关系，而使影像撷取单元11与工件持定单元14从第二位置关系位移至第三位置关系。

在步骤S110，判断该关系指出该位置关系差异是否与该坐标差异成比例，或不成比例。若该关系指出该位置关系差异与该坐标差异成比例，则如步骤S112中所描述，依据该关系而移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个，且使影像撷取单元11与工件持定单元14从第三位置关系位移至第四位置关系。在此情形中，于原方向移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个，直到影像撷取单元11置于待测量的长度L之上。若该关系指出该位置关系差异不与该坐标差异成比例，当影像撷取单元11与工件持定单元14间隔而有第三位置关系时，撷取工件15的第三影像M3。因此，如步骤S114所描述，以第二影像M2替代第一影像M1，且以第三影像M3替代第二影像M2。如步骤S116所描述，移动影像撷取单元11及工件持定单元14的至少一个，且依据第三影像M3而使影像撷取单元11与工件持定单元14从第三位置关系位移至第四位置关系，直到该关系指出位置关系差异与坐标差异成比例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。