許益嘉、蘇文賢、蔡佳銘、林家慶、温峻明、張晉嘉、劉義桐、吳建勳、王嘉域 / 工研院智慧感測與系統科技中心
3D玻璃產業應用需求崛起，大尺寸又具曲率變化的玻璃蓋板成形品質，將影響著與面板貼合後的顯示品質，在製程上需要確切地控制成形良率，但因為曲面玻璃高穿透性不易量測，面臨無法有效掌握品質數據。本研究以雷射Specularθ深度感測技術為核心，掌握鏡面反射光學特性搭配雷射光高功率、對環境光敏感度低之特色，透過三角量測演算與感測視角最佳化擷取高穿透/高反光工件表面雷射光點(線上直接量測)，結合高速同步取樣(提升量測速度)、雙模型自校正(提升量測穩定度)與3D空間幾何演算(國際認證)等關鍵技術，克服透明工件與高反光工件品檢的技術瓶頸，可實現線上3D量測系統的整合方案導入製造產線。
【內文精選】
3D曲面玻璃線上檢測技術
國內的加工製造業者過去礙於量測技術的限制，製造與品檢被迫必須分二階段進行，影響產線效能更不易掌握出貨良率，採取品質抽檢方式面對國際化競爭已不敷使用。以全檢做為優先考量的方式是直接「在製造產線上建置快速的量測系統，達到每個產品的品質狀態都能監測，進將數據回饋製程進行即時修正」。本研究抗熱擾Specularθ深度感測技術，突破產線環境限制及干擾，方能透過快速的品檢縮短生產週期提升產能，有效掌握出貨良率。
1. 雷射Specularθ感測技術
雷射深度感測的基本原理為入射光在待測工件表面所反射的反射光被內部感光元件所接收，可經由三角量測演算獲得彼此之間的深度變化。然而當面對高穿透性材質時，大部分的入射光穿透了工件而無法重回到感光元件，導致無法進行運算，除非感光元件剛好座落在「入射角等於反射角」的接收區域，才有辦法取得工件表面的光點資訊。以圖四所示為例，當我們人眼(感光元件)未座落於擋風玻璃(高穿透工件)和天空陽光(入射光)彼此的入射角與反射角時，人眼看到的是穿透玻璃後的車內影像；但是當調整人站的角度/位置後，人眼(感光元件)座落於擋風玻璃(高穿透工件)和天空陽光(入射光)彼此的入射角與反射角時，則接收到了來自玻璃表面(鏡面反射)的影像。
圖四、掌握光學鏡面反射特性，進行透明工件表面輪廓掃描
2. 雙模型自校正技術
要將2D的資訊轉換成3D資訊需經過轉換矩陣運算，然而這些轉換矩陣參數多而複雜且求取不易。如透過Non-model Based的演算法可簡化系統開發時程與減少參數不確定性，以3D量測系統為例，可應用輪廓取樣模組所量測到的標準件深度資訊、實際標準件設計值和模組上之Thermocouple所量測溫度變化值來進行Off-line的模型訓練，進而得到模型輸出準確的轉換矩陣參數。當實際應用於工件量測時，只需透過即時的溫度資訊輸送至模型，即可得到相對應該溫度的轉換矩陣參數。
4. 3D空間幾何演算技術
雷射Specularθ深度感測進行快速的特徵掃描時，在擷取的點雲資料中，除了工件待測特徵外，可能含有非必要的區域資料，要排除這些資料需要大量的時間及運算效能，因此開發3D空間幾何演算技術(圖七)。其中，複合特徵萃取技術，能夠自動萃取出輪廓或點雲資料中包含特徵的部分，針對輪廓內存在單一特徵(如孔徑、直線度等)或複合點雲的特徵(如垂直度、平行度等)皆可進行處理。3D空間幾何演算技術的「次微米3D幾何演算」係針對六大幾何形狀(線段、圓、平面、球、圓柱、圓錐)及其44項測試資料集(Dataset)進行擬合演算法，為國內第一家獲得國際幾何量測領域權威機構德國PTB認證的非接觸式三次元量測，認證精度為最高規格之MPE(Maximum Permissible Error)：長度精度≦0.1 μm，角度精度≦0.1 μrad ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、3D空間幾何演算技術功能
★本文節錄自《工業材料雜誌》438期，更多資料請見下方附檔。