[[alternative]]The research of global device profile measurement by using image processing technique

碩士[[abstract]]隨著工業科技的發展以及高度自動化生產技術的進步，在檢測的技術和效率上也有相對的提昇。而近年來自動光學檢測更是掀起了一波熱潮，其技術就是運用機器視覺於自動化生產線上的檢視與量測。因為有不少的檢測方法是必須接觸待測物才能量測，這使得待測物中微小結構因而受到破壞，尺寸或形狀也因此受到變形，最終導致量測上的不精確或誤判；反觀機器視覺檢測具有非接觸性、非破壞性的特性，且可達到即時性、全面性的檢測能力，因此如何量測這類全域性元件的外型尺寸便是一個值得研究的課題。 本研究中我們以CCD及自動對焦鏡頭搭配三維運動機構建立一套全域性外形尺寸的量測系統。本研究將主要使用變焦CCD擷取待測物之影像，並應用霍氏轉換 (Hough Transfer) 演算法處理該影像，最後轉換出待測物的外型輪廓尺寸並與理論值做比對，進而評估全域性影像量測的準確性。[[abstract]]The new developments in industrial technology and advancement in automatic production technology, have resulted in the improvement of inspection both in method and efficiency. Besides, Automatic Optical Inspection has been a hot topic in recent years; it actually applies in Machine Vision to automatic production line on inspection and measurement. Many measurement methods require contact to the specimens, therefore, they not only destroy specimens’ tiny structure but also change their sizes and shapes. Sometimes, they even cause inaccuracy and misjudgment on measuring. In contrast, Machine Vision’s features are not only non-contact and non-destructive, but also enable real time and full coverage inspection ability. Due to these advantages, it’s a study-worthy topic on how to inspect this kind of global device shape size. In this research, we built a set of measurement system of global shape’s size by CCD and auto-focus lens, which go along with a 3-D motion device. Moreover, we applied various measurements on shapes and sizes, including Hough Transfer and Stereo image Theorem principle to evaluate the accuracy of certain component which is applied to global measurement. As the results, we can evaluate the accuracy of the system for basic profile measurement like triangle, square and circle of global components.[[tableofcontents]]中文摘要 I 英文摘要 II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 6 1.3 文獻回顧 7 1.4 本文架構 9 第二章 非接觸式量測與自動光學檢測系統之介紹 12 2.1 非接觸式量測 12 2.1.1 主動式量測 13 2.1.2 被動式量測 14 2.1.3 非接觸式量測之優缺點 14 2.2 自動光學檢測系統發展現況 16 2.2.1 電控系統 17 2.2.2 取像系統 18 2.2.3 照明系統 20 2.2.4 影像處理與分析系統 21 第三章 影像處理技術演算法之介紹 24 3.1 影像處理技術演算法 24 3.1.1 影像處理技術 24 3.1.2 影像處理基本步驟 25 3.1.3影像空間域分析 29 3.1.4影像頻率域分析 36 3.2 影像量測演算法 38 第四章 量測設備與實驗設計 41 4.1 量測設備 41 4.1.1 三軸量測控制平台 41 4.1.2 影像擷取系統 45 4.2 系統軟體的開發 48 4.2.1 MDI系統主視窗 48 4.2.2 影像量測軟體之使用 50 4.3 實驗方法與步驟之設計 54 4.3.1實驗方法 54 4.3.2實驗步驟 57 第五章 實驗結果與討論 59 5.1 實驗設計與說明 60 5.2 待測物選取 69 5.2.1 等尺寸圓之物件 69 5.2.2 不等尺寸圓之物件 81 5.2.3 基本形狀之物件 86 5.3 討論 92 第六章 結論與未來展望 96 6.1 結論 96 6.2 未來展望 98 參考文獻 100 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 6 1.3 文獻回顧 7 1.4 本文架構 9 第二章 非接觸式量測與自動光學檢測系統之介紹 12 2.1 非接觸式量測 12 2.1.1 主動式量測 13 2.1.2 被動式量測 14 2.1.3 非接觸式量測之優缺點 14 2.2 自動光學檢測系統發展現況 16 2.2.1 電控系統 17 2.2.2 取像系統 18 2.2.3 照明系統 20 2.2.4 影像處理與分析系統 21 第三章 影像處理技術演算法之介紹 24 3.1 影像處理技術演算法 24 3.1.1 影像處理技術 24 3.1.2 影像處理基本步驟 25 3.1.3影像空間域分析 29 3.1.4影像頻率域分析 36 3.2 影像量測演算法 38 第四章 量測設備與實驗設計 41 4.1 量測設備 41 4.1.1 三軸量測控制平台 41 4.1.2 影像擷取系統 45 4.2 系統軟體的開發 48 4.2.1 MDI系統主視窗 48 4.2.2 影像量測軟體之使用 50 4.3 實驗方法與步驟之設計 54 4.3.1實驗方法 54 4.3.2實驗步驟 57 第五章 實驗結果與討論 59 5.1 實驗設計與說明 60 5.2 待測物選取 69 5.2.1 等尺寸圓之物件 69 5.2.2 不等尺寸圓之物件 81 5.2.3 基本形狀之物件 86 5.3 討論 92 第六章 結論與未來展望 96 6.1 結論 96 6.2 未來展望 98 參考文獻 100 圖目錄 圖1-1 2006年全球AOI設備市場規模預測 5 圖1-2 本文架構之流程圖 11 圖2-1 各類三次元量測技術之比較 12 圖2-2 自動光學檢測系統架構圖 17 圖2-3 自動光學檢測系統-運動平台 18 圖2-4 自動光學檢測取像系統-影像擷取器(CCD) 20 圖2-5 自動光學檢測系統-使用光源之一(光纖光源) 21 圖2-6 自動光學檢測系統-影像處理與分析系統 22 圖2-7 二維光學影像技術魚骨圖 22 圖2-8 三維光學影像技術魚骨圖 23 圖3-1 數位影像處理系統方塊圖 28 圖3-2 影像辨識過程 28 圖3-3 全彩圖形、像素、階數關係圖 30 圖3-4 圖形與像素灰階值關係圖 31 圖3-5 灰階影像圖範例 32 圖3-6 圖3-5之直方統計圖 32 圖3-7 二值化影像之範例 34 圖3-8 Sobel濾波器處理前原影像 35 圖3-9 經Sobel濾波器及二值化處理後之影像 35 圖3-10 空間域影像 36 圖3-11 頻域中強度部分 36 圖3-12 頻域中相位部分 37 圖4-1 三軸影像量測系統架構圖 41 圖4-2 三維運動機構架設方式 42 圖4-3 系統架設圖 44 圖4-4 影像處理與分析系統架設完成圖 45 圖4-5 PULNiX-TM-6710CL CCD 45 圖4-6 COSMICAR/PENTAX鏡頭 46 圖4-7 GrabLink Value影像擷取卡 47 圖4-8 本研究所使用之光源 48 圖4-9 Borland C++ Builder軟體使用畫面 49 圖4-10 圖 MDI之表單型式 50 圖4-11 系統開發規劃圖 50 圖4-12 本實驗系統主視窗 51 圖4-13 方向指標控制之介面 52 圖4-14 本實驗影像處理介面 53 圖4-15 本實驗影像量測介面 54 圖4-16 Hough二值化影像 55 圖4-17 Hough邊界影像 56 圖4-18 Hough轉換後之影像 56 圖4-19 Hough標出圓位置 56 圖4-20 三維輪廓量測實驗流程圖 57 圖5-1 實驗流程圖 59 圖5-2 權重示意圖 68 圖5-3 等尺寸圓之物件原圖 69 圖5-4 等尺寸圓之物件尺寸原圖(單位mm) 70 圖5-5 等大小圓之物件孔位編號圖(單位mm) 71 圖5-6 光源位於右上方之X、Y及R誤差比對圖 73 圖5-7 光源位於左上方之X、Y及R誤差比對圖 73 圖5-8 光源位於後上方之X、Y及R誤差比對圖 74 圖5-9 光源位於前上方之X、Y及R誤差比對圖 74 圖5-10 光源位於正上方之X、Y及R誤差比對圖 75 圖5-11 均勻光源之等尺寸圓X、Y及R誤差比對圖 78 圖5-12 物件塗黑之等尺寸圓X、Y及R誤差比對圖 79 圖5-13 不等尺寸圓之物件尺寸原圖 81 圖5-14 不等尺寸圓之物件原圖(單位mm) 81 圖5-15 等尺寸圓之物件孔位編號圖(單位mm) 82 圖5-16 均勻光源之不等尺寸圓X、Y及R誤差比對圖 84 圖5-17 物件塗黑之不等尺寸圓X、Y及R誤差比對圖 84 圖5-18 基本形狀之物件尺寸原圖 86 圖5-19 基本形狀之物件原圖(單位mm) 86 圖5-20 基本形狀參數比照圖 87 圖5-21 基本形狀之圓形圖像檢測 89 圖5-22 基本形狀之橢圓圖像檢測 90 圖5-23 基本形狀之矩形圖像檢測 90 圖5-24 基本形狀之三角形圖像檢測 91 表目錄 表1-1 國內與全球AOI發展 4 表3-1 數位影像空間域處理概略表 29 表4-1 XY線性步進平台規格表 43 表4-2 Z軸伺服馬達規格表 43 表4-3 驅動器規格表 43 表4-4 CCD規格表 45 表4-5 鏡頭規格表 46 表4-6 影像擷取卡規格表 47 表5-1 石英尺規格表 60 表5-2 實驗步驟流程 62 表5-3 解析度像素統計 (10mm-20mm) 63 表5-4 解析度像素統計 (10mm-30mm) 63 表5-5 解析度像素統計 (10mm-40mm) 63 表5-6 解析度像素統計 (10mm-50mm) 64 表5-7 解析度像素統計 (10mm-60mm) 64 表5-8 解析度像素統計 (10mm-70mm) 64 表5-9 各線段解析度像素之統計 (各線段像素數之平均值) 65 表5-10 本實驗解析度可量測物件之範例 66 表5-11 等尺寸圓原圖與邊緣強化圖形(一) 72 表5-12 等尺寸圓之物件X、Y及R之誤差值 76 表5-13 等尺寸圓原圖與邊緣強化圖形(二) 78 表5-14 等尺寸圓之物件X、Y及R之誤差值 80 表5-15 不等尺寸圓原圖與邊緣強化圖形 83 表5-16 不等尺寸圓之物件X、Y及R之誤差值 85 表5-17 基本形狀原圖與邊緣強化圖形 89[[note]]學號: 692370132, 學年度: 9