硬體架構

本節介紹硬體架構包含七個部分，分別為個人電腦、高速彩色攝影機、顯微 鏡固定基座、亮度控制器、單軸步進馬達移動平台、單軸步進馬達控制器、探針 基座。彩色高速攝影機使用 USB3.0 訊號線與電腦連接，並架設至顯微鏡固定基 座，負責將彩色影像資訊提供給個人電腦做影像處理及分析，並搭配亮度控制器 來調節光源亮度；單軸步進馬達控制器使用 RS-232 訊號線接至個人電腦，負責 接收軟體程式所下的指令，將動作指令解析為執行命令；單軸步進馬達控制器使 用 D15RP 訊號線接至單軸步進馬達移動平台，根據執行命令來移動步進馬達裝 置平台；探針基座使用透明壓克力材料，經由雷射切割後組合探針擺放基座。其 組成關係如圖 3-1 所示。

圖 3-1 硬體架構圖

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茲將硬體架構之各主要組成裝置列示如下：

a：探針基座

b：單軸步進馬達移動平台 c：高速彩色攝影機

d：顯微鏡固定基座 e：吸震墊

PC：個人電腦

SC：步進馬達控制器 LC：光源亮度控制器

3.1.1個人電腦

本論文使用華碩型號 MD560 的個人套裝電腦配備為 32 位元作業系統 Windows7 企業版，記憶體大小 4096MB，處理器為 Intel Core(3.1GHz) i5-3450，

如圖 3-2。

圖 3-2 個人電腦

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3.1.2高速彩色攝影機

我們使用兆鎂新的高速彩色攝影機，如圖 3-3，搭配六段同軸變焦高解析鏡 頭，垂直架設於顯微鏡固定基座上，幀速率設定為 13.21(FPS)。透過 USB3.0 訊 號線連接至電腦，將彩色影像資訊傳送至電腦。鏡頭到探針基座之焦距長為 7 公 分，如圖 3-4 所示。其攝影機規格如表 3-1。

圖 3-3 高速彩色攝影機[20] 圖 3-4 焦距長示意圖

表 3-1 攝影機規格

廠牌 The Imaging Source兆鎂新

型號 DFK23U618

解析度 水平：640 pixels, 垂直：480 pixels

幀速率 最高 120 FPS

感光度 0.05 lx

介面 USB3.0

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3.1.3顯微鏡固定基座

我們利用顯微鏡基座來架設高速彩色攝影機，如圖 3-5、圖 3-6 所示。其基 座為訂製規格，a 處為垂直高度旋鈕，外圈是粗調控制，而內圈是細調控制，b 處 為水平距離旋鈕，外圈是前後移動調整，內圈是左右移動調整。

圖 3-5 顯微鏡固定基座側面 圖 3-6 顯微鏡固定基座正面

3.1.4亮度控制器

圖 3-7 為 LED 單調調光器，亮度控制為 60，接至倍率鏡下方，為藍色光源。

圖 3-7 LED 單調調光器

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3.1.5單軸步進馬達移動平台

為了模擬工廠自動化量測，我們使用單軸步進馬達移動平台(圖 3-8)來當作 工廠的傳輸帶。將移動平台置於顯微鏡量測基座上，利用 D15RP 訊號線連接至步 進馬達控制器，接收馬達解析後的指令以移動平台，表 3-2 為單軸步進馬達移動 平台之規格。

圖 3-8 單軸步進馬達移動平台[21]

表 3-2 單軸步進馬達移動平台規格

廠牌 SIGMAKOKI

型號 SGSP20-35(X)

平台大小 水平：60 mm, 垂直：60 mm

解析度

Full：2μm/pulse

Half：1μm/pulse(預設)

最高速度 25 mm/sec

移動總長度 35mm

訊號線 D15RP(length:2m)

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3.1.6單軸步進馬達控制器

若要使步進馬達移動移動平台動作，必須搭配馬達控制器(圖 3-9)來傳送動 作指令，電腦與步進馬達控制器的連接是以 RS-232 傳輸線進行指令傳送與狀態 回覆，鮑率設定為 9600(位元/秒)。表 3-3 為常用之指令表。

圖 3-9 單軸步進馬達控制器[22]

表 3-3 常用指令表

指令動作 指令文字代號

位置初始化 H:

設定相對移動距離之脈波數 M:

設定絕對移動距離之脈波數 A:

開始動作 G:

停止動作 L:E

速度設定 D:

檢查狀態 Q:

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3.1.7探針基座設計

為了能讓 LED 探針能平穩地擺放，我們採用透明壓克力材料為基座，此基座 由三種大小壓克力塊組合而成，圖 3-10 為最下層壓克力塊，其面積大小與移動 平台面積大小一致；圖 3-11 為第二層壓克力塊，其作用是為了讓探針後端能有 物體依靠便於排列；圖 3-12 為間隔壓克力塊，能讓探針貼齊靠攏，避免平台移 動時探針產生晃動。最後前端的綠色模型，是為了方便探針擺放以及區隔探針位 置。圖 3-13 為模擬探針基座示意圖模型，圖 3-14 為實際組合完成之探針基座。

圖 3-10 60×60×3 mm 壓克力塊

圖 3-11 10×60×3 mm 壓克力塊 圖 3-12 10×4×3 mm 壓克力塊

圖 3-13 探針基座示意圖 圖 3-14 探針基座

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