發明專利說明書
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※申請案號： 090127444
※申請日期： 20011105
※ＩＰＣ分類： Int.Cl.(7) B24B 49/00，G01B 11/02
一、發明名稱：(中文/英文)
砂輪輪廓檢測系統及檢測方法
二、申請人：共 2 人 1 .
姓名或名稱：(中文/英文)
尖點科技股份有限公司 / TOPOINT TECHNOLOGY CO., LTD.
代 表 人：(中文/英文)
/
住居所或營業所地址：(中文/英文) 臺北縣樹林市備內街七十號 /
國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
2 .
姓名或名稱：(中文/英文) 唐永新 / TANG, YUNG-SHIN 代 表 人：(中文/英文)
/
住居所或營業所地址：(中文/英文)
臺北市大安區國立台灣科技大學機械所 /
國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
三、發明人：共 5 人 1 .
姓名：(中文/英文)
唐永新 / TANG, YUNG-SHIN 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
2 .
姓名：(中文/英文) 蘇榮智 / SU, RUNG-JR 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
3 .
姓名：(中文/英文)
余煥鏗 / YU, HUAN-KENG 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
4 .
姓名：(中文/英文)
陳招陽 / CHEN, JAU-YANG 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
5 .
姓名：(中文/英文)
徐源隆 / SHIU, YUAN-LUNG 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
四、聲明事項
□主張專利法第二十二條第二項 □ 第一款或 □ 第二款規定之事實，其事實 發生日期為：年 月 日
□申請前已向下列國家(地區)申請專利:
【格式請依:受理國家(地區)、申請日、申請案號、 順序註記】
□ 有主張專利法第二十七條第一項國際優先權：
□無主張專利法第二十七條第一項國際優先權：
□主張專利法第二十九條第一項國內優先權：
【格式請依:申請日、申請案號、順序註記】
□ 主張專利法第三十條生物材料：
□ 須寄存生物材料者：
國內生物材料【格式請依:寄存機構、日期、號碼、順序註記】
國外生物材料【格式請依:寄存國家、機構、日期、號碼、順序註記】
□ 不須寄存生物材料者:
所屬技術領域中具有通常知識者易於獲得時，不須寄存。
五、中文發明摘要：
本案為一種砂輪輪廓檢測系統及檢測方法，係利用一光 學讀取平台，讀取一輔助片上之砂輪輪廓，以產生一砂 輪輪廓影像，並利用一數位影像處理系統以取得該光學 檢測平台所產生之該砂輪輪廓影像，並以一最佳化運算 程式，檢測該砂輪輪廓影像之一弧心及一半徑。
六、英文發明摘要：
七、指定代表圖：
（一）本案指定代表圖為：
（二）本代表圖之元件符號簡單說明：
八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：
九、發明說明：
［前言］
本案為一種砂輪輪廓檢測系統及檢測方法，尤指運用在 研磨各種鑽針的砂輪輪廓檢測系統。
［背景］
在鑽針的製作中，砂輪輪廓的精確度與鑽針的品質習習 相關。尤其現今用於印刷電路板(PCB, PrintedCircuit Board)上的鑽針，其精密度都是以微米(μm)來計算，砂 輪輪廓只要稍微不準，馬上影響到鑽針製作的品質。因 此如何精準測量或校正砂輪輪廓在鑽針的製作中即成為 一重要課題。
砂輪長期研磨各式鑽針後必然會有所磨損，而磨損的砂 輪即需修整，再加以檢測校正，若校正不過則需再修 整，直到校正完成才能繼續使用。傳統的校正工作係以 線上工作人員的經驗，加上一些簡單的測量工具，用目 測來決定校正準確與否。這種方式係透過一顯微鏡來觀 測，但每個人的視覺不同，所以測出來的結果並不客 觀。
一般研磨鑽針的砂輪輪廓係由二個弧所組成，也有三個 弧組成的，但較不普遍。二個弧的半徑與弧心（圓心）
都不一樣，但前題是弧心必須在同一軸（x軸）上，如圖 一所示，其為砂輪的剖面示意圖，第一弧的半徑為R1，
第二弧的半徑為R2，而d為切削量。也因此可知，利用顯 微鏡目測所得的結果，顯然無標準可言。
［目的］
本案的目的即在於根據上述習用技術的缺失，研製一個 檢測砂輪輪廓的系統及方法，使砂輪輪廓的檢測更有效 率，提昇修整砂輪輪廓的精確度，以增進產業的競爭 力。
［簡要說明］
為達上述目的，本案提出一種砂輪輪廓檢測系統，包 含：一光學讀取平台，係藉一輔助片以產生一砂輪輪廓 影像；以及一數位影像處理系統，係藉以取得該光學檢 測平台所產生之該砂輪輪廓影像，並利用一最佳化運算 程式，以檢測該砂輪輪廓影像之一弧心及一半徑。
如所述之砂輪輪廓檢測系統，其中該光學讀取平台係包 含：一影像讀取裝置，藉以讀取該輔助片上之該砂輪輪 廓影像；一背光板光源，係投射至該輔助片，以使該影 像讀取裝置得以讀取該砂輪輪廓影像；一放置平台，係 設於該影像讀取裝置與該背光板光源之間，藉以放置該 輔助片；以及一夾持架，係藉以固定該影像讀取裝置，
並調整該影像讀取裝置的位置。
如所述之砂輪輪廓檢測系統，其中該輔助片係為金屬材 質或非金屬材質者，該輔助片於檢測之前係自一運轉之 砂輪取得該砂輪輪廓。
如所述之砂輪輪廓檢測系統，其中該數位影像處理系統 係為一電腦系統。
如所述之砂輪輪廓檢測系統，其中該弧心係包含一第一 弧心及一第二弧心，而該半徑係包含一第一半徑及一第 二半徑。
如所述之砂輪輪廓檢測系統，其中該最佳化程式係由一 圖形使用者界面(GUI,Graphic User Interface)實現。
如所述之砂輪輪廓檢測系統，其中該圖形使用者界面 (GUI, Graphic User Interface)係包含一校正系統及一
量測系統。
另外，本案更提出一種砂輪輪廓檢測方法，包含下列步 驟：提供一輔助片以產生一砂輪輪廓；提供一光學讀取 平台以根據該砂輪輪廓取得一砂輪輪廓影像；以及提供 一數位影像處理系統，並利用一最佳化運算程式，以檢 測該砂輪輪廓影像之一弧心及一半徑。
［詳細說明］
圖二為本案較佳實施例之砂輪輪廓檢測系統方塊圖。光 學讀取平台11可以將待測樣本111（即輔助片）放在上 面，取得砂輪輪廓影像輸入到電腦系統21，藉由電腦系 統21裡的影像處理220進行影像處理的動作，再由最佳化 運算程式221來檢測砂輪輪廓影像上的輪廓是否與設計的 規格相符，並輸出檢測結果222，例如前述之第一半徑R1 及第二半徑R2。檢測結果可能與設計值有些誤差，檢測 結果則會一併列出所有相關的數據，供檢測人員參考。
其中輔助片上的砂輪輪廓係自被檢測的砂輪取得，作法 上可運轉被檢測的砂輪，將輔助片靠近，即可取得砂輪 輪廓。當然，該輔助片可為金屬材質或非金屬材質者，
例如不銹鋼材質或石墨材質皆可。作法上，檢測砂輪上 的二個弧也可先檢測第一個弧，若不準，先修正砂輪的 第一個弧，待第一個弧修整完成，再修整及校正第二個 弧。
最佳化的方式簡單的說係由電腦預設R1及R2（包含圓 心）找出第一弧與第二弧的點，然後去與所取到的砂輪 輪廓影像的弧的點來比較，二者之間若有差距則改變R1 及R2（包含圓心），再去比較，直到二者之間的差在許 可的範圍內即可停止運算。當然，如何改變R1及R2（包 含圓心），使得運算的速度加快則有不同的演算法可以 加以實現，例如最陡梯度法(The Steepest Gradient Method)、黃金切割法或基因演算法(Genetic
Algorithm)。
圖三為本案較佳實施例之光學檢測平台的示意圖。光學 讀取平台主要包含一影像讀取裝置（例如光耦合元件 CCD31），一背光板光源31，一放置平台33，一夾持架 34。當輔助片（未繪出）放在放置平台33上時，背光板 光源32打光，影像讀取裝置CCD31則可讀取該輔助片上之 該砂輪輪廓影像。當然，放置平台上的微調鈕35可用來 調整，使輔助片擺設在最佳位置，而夾持架34則可用來 固定平面鏡頭36及影像讀取裝置CCD31。另外，控制升降 鈕37則可以用來控制平面鏡頭36及影像讀取裝置CCD31的 高度，以取得最佳的砂輪輪廓影像。
附件一到附件六是本案圖形使用者界面(GUI,Graphic User Interface)，說明了本案檢測系統的操作方式。
附件一是主畫面，執行程式時，直接進入此程式主畫 面，其主要功能，包含了動態取像畫面、分析影像畫 面、校正系統及量測系統。
本檢測系統的操作步驟如下：
步驟一、首先在使用此系統前必須做校正的動作，畫面 如附件二。將校正片置於背光板光源上，校正圓出現在 擷取影像於動態取像畫面中。
步驟二、輸入校正圓直徑之尺寸至校正直徑的欄位。
步驟三、接著按"載入影像"的按扭(icon)至分析畫面 中。
步驟四、載入影像至分析影像之畫面區域之後，按下執 行校正之按鈕，運算分析結束之後，即會出現分析結 果，校正係數之值於右上角，即完成校正手續，畫面如 附件三。
步驟五、（請參見附件四）首先將砂輪輪廓之物件（即 輔助片）置於背光板上（注意：校正完畢之後不可再去 調整放大倍率），砂輪上下需留一段的肩寬，使分析影
像可以旋轉到正確位置。
步驟六、分析前，需先輸入其切削量之數值於“切削 量＂欄位中，接著才進行分析影像。
步驟七、根據所需求的精度填入過當的最佳化停止條件 值。
步驟八、調整R1與R2的搜尋半徑及Y軸上下的搜尋範圍，
範圍加大雖可得到較大搜尋區域，但計算的時間長；相 反的搜尋範圍小，尋找到的半徑及圓心可能不佳，但計 算的時間短。（建議與切削量相同的值當作搜尋範 圍）。
步驟九、（請參見附件五）確定檢測之影像後，按 下“載入影像＂鈕，將所擷取之影像載八分析畫面區域 中，準備進行量測分析。
步驟十、（請參見附件六）填入R1、R2、R1H與R2H的設 計值。其中R1誤差百分比％＝（R1設計值-R1量測值）／
R1設計值。
步驟十一、按下“分析影像＂鈕，即進行影像分析之動 作。在分析影畫面之區域即會出現量測結果的數據，此 結果也會詳細列於其下方量測結果之介面中。
步驟十二、按下“儲存結果＂鈕，選擇檔案路徑，將其 存為文字檔。
綜上所述，本案的檢測系統係已可具體實現，利用本案 之檢測系統及方法可以保證砂輪輪廓之檢測結果在一合 理的誤差範圍內，由於係採電腦影像處理的技術，所檢 測校正的結果係為一客觀量，可使砂輪的修整更為精 確。這對鑽針的生產助益良多，因此具產業利用性及進 步性。
本案所揭露的技術，係可由熟習本技術人士具以實施，
且這樣的方法又是前所未有的，可大為提昇產業的競爭 力，專利性具備，爰依法提出專利之申請，申請專利範 圍如附。
［附件］
附件一：主畫面。
附件二：校正系統之操作步驟。
附件三：校正影像分析 附件四：量測系統之影像 附件五：量測系統載入影像 附件六：影像之分析
圖式簡單說明
本案得藉由下列圖式及詳細說明，俾得一更深入之了 解：
圖一：習用砂輪輪廓剖面示意圖。
圖二：本案較佳實施例之砂輪輪廓檢測系統方塊圖。
圖三：本案較佳實施例之光學檢測平台的示意圖。
主要元件符號說明 光學讀取平台．．．11 待測樣本．．．111 影像處理．．．220 檢測結果．．．222 背光板光源．．．31 夾持架．．．34 平面鏡頭．．．36 電腦系統．．．21
最佳化運算程式．．．221 光耦合元件．．．CCD31 放置平台．．．33 微調鈕．．．35 控制升降鈕．．．37
十、申請專利範圍：
1、一種砂輪輪廓檢測系統，包含：一光學讀取平 台，係藉一輔助片以產生一砂輪輪廓影像；以及一數位 影像處理系統，係藉以取得該光學檢測平台所產生之該 砂輪輪廓影像，並利用一最佳化運算程式，以檢測該砂 輪輪廓影像之一弧心及一半徑。
2、如申請專利範圍第1項所述之砂輪輪廓檢測系 統，其中該光學讀取平台係包含：一影像讀取裝置，藉 以讀取該輔助片上之該砂輪輪廓影像；一背光板光源，
係投射至該輔助片，以使該影像讀取裝置得以讀取該砂 輪輪廓影像；一放置平台，係設於該影像讀取裝置與該 背光板光源之間，藉以放置該輔助片；以及一夾持架，
係藉以固定該影像讀取裝置，並調整該影像讀取裝置的 位置。
3、如申請專利範圍第1項所述之砂輪輪廓檢測系 統，其中該輔助片係為金屬材質或非金屬材質者，該輔 助片於檢測之前係自一運轉之砂輪取得該砂輪輪廓。
4、如申請專利範圍第1項所述之砂輪輪廓檢測系 統，其中該數位影像處理系統係為一電腦系統。
5、如申請專利範圍第1項所述之砂輪輪廓檢測系 統，其中該弧心係包含一第一弧心及一第二弧心，而該 半徑係包含一第一半徑及一第二半徑。
6、如申請專利範圍第1項所述之砂輪輪廓檢測系 統，其中該最佳化程式係由一圖形使用者界面(GUI, GraphicUser Interface)實現。
7、如申請專利範圍第6項所述之砂輪輪廓檢測系 統，其中該圖形使用者界面(GUI,Graphic User Interface)係包含一校正系統及一量測系統。
8、一種砂輪輪廓檢測方法，包含下列步驟：提供 一輔助片以產生一砂輪輪廓；提供一光學讀取平台以根 據該砂輪輪廓取得一砂輪輪廓影像；以及提供一數位影 像處理系統，並利用一最佳化運算程式，以檢測該砂輪 輪廓影像之一弧心及一半徑。
9、如申請專利範圍第8項所述之砂輪輪廓檢測方 法，其中該光學讀取平台係包含：一影像讀取裝置，藉 以讀取該輔助片上之該砂輪輪廓影像；一背光板光源，
係投射至該輔助片，以使該影像讀取裝置得以讀取該砂 輪輪廓影像；一放置平台，係設於該影像讀取裝置與該 背光板光源之間，藉以放置該輔助片；以及一夾持架，
係藉以固定該影像讀取裝置，並調整該影像讀取裝置的 位置。
10、如申請專利範圍第8項所述之砂輪輪廓檢測方 法，其中該輔助片係為金屬材質或非金屬材質者，該輔 助片於檢測之前係自一運轉之砂輪取得該砂輪輪廓。
11、如申請專利範圍第8項所述之砂輪輪廓檢測方 法，其中該數位影像處理系統係為一電腦系統。
12、如申請專利範圍第8項所述之砂輪輪廓檢測方 法，其中該弧心係包含一第一弧心及一第二弧心，而該 半徑係包含一第一半徑及一第二半徑。
13、如申請專利範圍第8項所述之砂輪輪廓檢測方 法，其中該最佳化程式係由一圖形使用者界面(GUI, GraphicUser Interface)實現。
14、如申請專利範圍第13項所述之砂輪輪廓檢測方 法，其中該圖形使用者界面(GUI, Graphic
UserInterface)係包含一校正系統及一量測系統。
十一、圖式：
