自動化量測技術介紹

現代自動化技術是將機電、控制、資訊等技術做高度整合，不但可以節省人 力資源、替代人員於危險環境中執行工作、進行精密的工作或輔助操作，讓人們 不管在工作或日常生活中，都更加安全與便捷。而目前自動化量測技術應用廣泛，

其中包含 3D 光學量測[15]、車輛速度及時自動化量測系統[16]、自動化量測機器 人[17]等。自動化設備根據量測目標的不同，而有不同的設計，但整體系統組成 可以分成控制器、感測器、受控體、致動器等四類，而典型的閉迴路控制系統如 圖 2-1。透過人機介面去下達控制命令，在控制器接收到命令會結合感測器回饋 的量測值得到誤差，將誤差去做 PID 控制，而致動器是機構產生動力的來源，常 見的致動器如線性馬達、步進馬達、感應馬達、油壓缸、氣壓缸等。受控體就是 指要被控制的對象，例如移動平台、機械手臂等。

圖 2-1 閉迴路控制系統架構圖[18]

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2.1.1自動化量測相關文獻

(1) 端銑刀自動化量測之研究

工業發展日新月異，零件刀削依然是傳統工業的重要技術，而刀具的品質扮 演重要的腳色，而端銑刀是眾多銑刀中使用最頻繁的一種，[19]作者提出一套以 機器視覺為基礎之端銑刀自動的尺寸量測系統。硬體設備是由攝影機、背光源、

及三軸定位平台所構成。端銑刀種類又可區分為三種，直角端銑刀、球型端銑刀 以及圓鼻端銑刀，如圖 2-2 [19]，每一種端銑刀外型皆不相同。此篇作者是以直 角端銑刀進行量測，包含外徑、軸向離隙角、軸向餘隙角、螺旋角，如圖 2-3 所 示。

(a) (b) (c)

圖 2-2 (a)直角端銑刀；(b)球型端銑刀；(c)圓鼻端銑刀

圖 2-3 直角端銑刀幾何外形圖[19]

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為了校正刀具位置擺放所造成的偏差，因此在量測時須使刀具自動旋轉至量 測位置上。而在觀察刀具的幾何尺寸時發現在刀尖與刀口有部分斷層，如圖 2-4，

再利用此特徵判斷刀具之刀尖是否已轉到影像中間位置，作者採取兩座標 Y 軸數 值相差 20 的 X 軸座標進行量測位置特徵之判斷，此兩點設定為 X0 及 X20。

圖 2-4 離、餘隙角位置特徵示意圖[19]

圖 2-5 為自動偵測離、餘隙角位置之流程圖，首先將運算次數 K 設為 0，再 來擷取影像作二值化後，記錄影像中離、餘隙角的每一個邊界點座標，將兩座標 點 X0 與 X20 相減，若小於 0，則順時鐘轉動 1 度;若小於門檻值 24，則逆時針轉 動 1 度，若皆不符合以上條件，則進行角度量測，由於直角端銑刀總共有四個刀 刃，必須再重複進行量測。

圖 2-5 自動偵測離、餘隙角位置之流程圖[19]

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(1) 3D 光學量測之自動化定位系統

本篇文獻作者應用 ATOS(Advanced Topometric Sensor)機型。運用光學量測 儀進行多種物件之量測與分析，如圖 2-6 所示。同時，結合自動化技術設計出五 軸量測定位平台與視窗化操作軟體，以自動程序定位量測法來改良徒手量測之不 便，可大幅提升 3D 量測之效能。

在進行 ATOS 量測操作者須由徒手調整受測物的各個掃描量測角，如圖 2-7。

以累積受測物之完整表面的 3D 點資料。針對局部未有受測點資料，會有破孔現 象，如圖 2-8，需透過手動方式來補綴剩餘的破孔及定位點破孔，此程序步驟及 技巧，皆會影響量測效能。有鑑於此，本篇作者提出自動化量測系統結合 3D 技 術，來提高量測效能。

圖 2-6 ATOS 光學量測儀[15] 圖 2-7 3D 受測物[15]

圖 2-8 3D 點資料之破孔[15]

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