環形元件外觀品質檢測光機電整合技術之研究

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

環形元件外觀品質檢測光機電整合技術之研究

計畫類別： 個別型計畫

計畫編號： NSC92-2212-E-011-015-

執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學機械工程系

計畫主持人： 唐永新

計畫參與人員： 蘇榮智、林敬智

報告類型： 精簡報告

處理方式： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，2 年後可公開查詢

中 華 民 國 93 年 10 月 5 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成 果 報 告

□期中進度報告 環形元件外觀品質檢測光機電整合技術之研究

計畫類別：

■

執行期間： 92 年 08 月 01 日 至 93 年 07 月 31 日

計畫主持人：唐永新 教授 共同主持人：

計畫參與人員：蘇榮智

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：

■

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

■

中 華 民 國 九 十 三 年 十 月 三 日

I

一、計劃摘要

本研究計劃研發一環型變阻器(以下 簡稱變阻器)外觀影像自動檢測系統，此系 統以動態擷取影像的方式作動；利用影像 檢測技術分析變阻器的缺陷特徵，具有彈 性的影像處理分析設定與缺陷參數設定，

並以統計的方法運算出一套判斷缺陷的準 則，最後進行外觀影像的檢測；提升檢測 速度與品質。

關鍵詞：自動光學檢測、機器視覺

Abstract

The purpose of this study is to develop an automatic inspection of varistors using image processing. The defects of varistor can be analyzed and detected by this research.

The functions of the inspection have a flexible setting of image analysis to obtain the suitable parameters for determining the defects of varistors. It is shown that the inspecting speed and quality of varistors can be improved by using this approach.

二計畫緣由及目的

本研究目標即是開發一機器 視覺系統檢測變阻器的缺陷，機器 視覺系統是自動檢測系統中較具 有潛力者，而且對於實際問題的應 用上亦趨於成熟。機器視覺是應用 非接觸式的影像視覺方法，結合 PC 來執行檢測；建立一套迅速可靠的 自動化品質檢驗及管制系統，以確 保產品品質、提高生產效率。

三、研究方法

本研究可以使變阻器的外觀檢測導入自 動化以增加產能，影像檢測架構如下圖。在 取像設備上， 影像擷取卡及 I/O 卡作影像 擷取與訊號傳輸；透過 Progressive Scan CCD、鏡頭與光源，進行影像擷取與缺陷判 斷。最後將結果傳送到檢測機進行不良品剔 除。整體機台如（圖一）所示。

圖一、機台照片

行政院國家科學委員會專題研究計畫年度報告

環形元件外觀品質檢測光機電整合技術之研究

The Development of An Automatic Inspection of Ring Components Using Machine Vision-Aided Mechatronic Technology

計畫編號：NSC 92-2212-E-011-015

執行期限：92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 主 持 人：唐永新 ystarng@mail.ntust.edu.tw 參與人員：蘇榮智

執行單位：國立台灣科技大學機械工程學系暨研究所

II

第一站

將變阻器倒在震動盤上，變阻器順著 軌道依序送上檢測正面缺陷的平送 台。

第二站

變阻器在平送台以振動的傳送方式流 經感測器時，感測器的遮斷訊號會通 知電腦作影像擷取的動作；經檢測程 式分析後，由吹氣針作不良品排除的 動作。檢測平送台如（圖四）所示。

圖四、檢測平送台視意圖 第三站

變阻器翻面過程如（圖五）所示。

圖五、變阻器翻面機構圖 1. 攝影模組

攝影模組包括：光源、CCD 和鏡頭。

a. 光源：變阻器的外觀檢測屬於表面狀況 的檢測，由於需要均勻的光源強度，及長 時測過程，因此採用綠光 LED 環形燈，

LED 燈的方向性很高，但是本身的亮度卻 很低，因此需要很多顆的 LED 燈使光源強 度增加。

b. CCD：使用累進掃瞄式 CCD，透過高速電 子快門式控制，做一次非交錯式完整畫面 傳輸，將高速進行中的物件以高解析度、

高對比且清晰的方式進行影像擷取，並呈 現或傳送至後段視覺檢測設備中，再做進 一步正確的判讀。特點在於單張的影像中 每一個像素可同時間曝光累積能量後，再 以一條一條的順序讀出資料，是一種 None-Interlace 的影像。取像系統如（圖二）

所示。

圖二、取像系統 c. 鏡頭：使用定倍率之鏡頭。

2. 機構模組：包括送料漏斗機構、震動盤、

平送、翻面機構、收料旋轉轉盤、截料閘 門機構。整個檢測的流程共可分為五站 檢測流程如（圖三）所示。

圖三、檢測流程圖

III

第四站

與第二站流程大致相同，但相異處為檢測 變阻器背面的缺陷。

第五站

良品收集之旋轉盤機構。經過第二站正面缺 陷檢測與第四站反面缺陷檢測程式的缺陷判 斷後，不良品在第二站與第四站中被剔除，

而良品則在第五站被收集。旋轉盤機構如（圖 六）所示。

圖六、旋轉盤機構圖

四、結論與成果

本研究的所研發的影像檢測軟體如（圖 六）所示可檢測出六種缺陷。正面缺陷分成 三種，分別是印不良、對位不準以及裂痕；

印不良；背面缺陷分為破片、缺角以及裂痕。

辨識率高達 98%以上。並配合人性化的操控 介面，精確的參數調整模式，可以給操作者 快速而準確的辨識出各種缺陷的型態。並配 合統計的方式作為使用者可以精確的控制篩 選的標準。推廣價值，以影像檢測取代以人 工檢測產品的品質，已經是未來產業界的趨 勢。利用影像處理分析、程式應用軟體撰寫、

機械機構與電控整合，將影像檢測確實導入 產品品質的檢測流程中。

圖六、各類缺陷統計圖

本研究開發的外觀影像檢測機具 有下列特點：

1.彈性的影像處理分析模式：

對鈦酸鍶變阻器的缺陷而言，缺 陷的特徵變化繁多，並沒有完全可以 適用的判斷標準；在此我們將缺陷特 徵的影像處理分析開放給使用者處 理，可以透過不斷的改進鈦酸鍶變阻 器影像處理的參數，以確保檢測品質 的提升。除此之外，使用者自行分析 缺陷特徵，藉由分析缺陷種類的出現 狀況，瞭解生產線可能出現的問題，

並改進生產製程。

2.可靠的檢測品質：

以機器視覺作影像檢測，在檢測 過程中，不會因人為的因素而造成檢 測上的誤判。若是檢測品質不佳，亦 可以追蹤問題發生的起源，並改進之。

3.簡易的操作模式：

除了第一次使用時的影像分析與 預先執行空跑外，其後續的檢測過程 只要直接進入檢測程式(執行檢測)作 鈦酸鍶變阻器的缺陷判斷。且到達一 定數量的良品數時，會自動更換收集 盒重新作收集，不需要經過人工整理。

IV

參考文獻

[1] 彭德保，「電腦視覺於物件檢測 之應用」，影像與辨識，Volume 2，No.3。

[2] 洪紀榮，「智慧型 PCB 微型鑽 頭檢測機之研製」，國立台灣科 技大學機械工程學系碩士論 文，2001。

[3] Marr. and E. C. Hildreth, “Theory of edge detection, ” Proc. R.

Soc. Lond. B, 207:187-217, 1980.

[4] 李高明，「機器視覺在物體尺寸 精密量測之應用與研究」，私立 中原大學機械工程研究所碩士 論文，1997。

[5] 陳彥華，「砂輪磨耗影像檢測系 統研製」，國立台灣大學機械工 程學系碩士論文。

[6] Banyai, Karoly and Vargy, Gyula,

“In Process CCD Camera Measurement of Grinding WheelWear,”Hayama

Kanagawa Pref. , Japan, pp.364-369, Step. 30-Oct.3, ISMTLI’96.

[7] Fainman, Y. et, “Optical Profile meter : A New Method For High Sensitivity and Wide Dynamic Range”, Applied Optics, Vol.21, No.17, 1982, pp3200-3280.

[8] Graneck, M. and Wunsch, H.L.,

“Applicaton of Pneumatic Gauging to Measurement of Surface Finish,” Machinery, Vol.81, 1952, pp701-707.

[9] Arman, F. and Aggarwal , J.,

“Model-Based Object Recognition in Dense-Range Images – A Review, ” ACM Computing Surveys, Vol. 25, No. 1, March 1993, pp.5-43.

[10] 葉昭蘭，「機器視覺技術之 回顧與展望」，機器工業雜 誌，機電整合與自動化技術 專輯，89 年 10 月號。

[11] 汪光夏，「機械視覺運用」，

電路版會刊第二期。

[12] 王瑞陽，「機器視覺系統的 光 源 照 明 」， 機 械 工 業 雜 誌，機器視覺技術專輯，77 年 9 月號。

[13] 光灼華，「殘振對 CCD 影像 檢測的影響」，光訊，光電 檢測專題報導之八，第 76 期，1999 年 2 月。

[14] 楊 武 智 ，「 影 像 處 理 與辨 認」，全華科技圖書股份有 限公司。

[15] “IMAQ Vision Concepts Manual”, National Instruments.

[16] 李孟融，「成形砂輪磨耗量 的線上非接觸良策法」，國 立台灣科技大學機械工程 研究所，88 年 6 月。

[17] 林惠玲，陳正倉，「應用統 計 學 」， 雙 葉 書 廊 ， pp62-89 。

[18] 吳成柯、戴善榮、程湘君、

雲立實，「數位影像處理」， 格致圖書公司。