臺灣博碩士論文加值系統

本論文以非接觸式量測系統中四步相位移動法進行研究，探討以簡單的硬體設備來建構此量測系統，並針對微小元件進行高度與表面形貌的量測分析。我們的研究設計和以往的四步移相設計不同，以微型投影機投影數位條紋取代普通的投影機或傳統光柵式的相位條紋，再搭配程式化設計提高相位移動的精確度，並可針對小範圍進行微投影量測，且我們將投影面置於待測物件的法線方向，可以大量減少投影光造成的物件陰影。
而軟體部分我們以LabVIEW作為程式設計架構，並結合影像擷取模組將相位資訊傳送至程式進行高度演算，利用相位條紋於物件上產生的偏移量，進行快速的面量測，可取得待測物件之三維表面高度形貌。由於採用雷射數位投射裝置，文中探討設備造成之亮點雜訊誤差，並提出以程式進行濾波的修正方式，且針對各種可能造成系統誤差的原因進行研究分析並改善，找出最適合此系統之量測參數，以提升計算的精確度。

In this thesis, we report a non-contact optical measurement system based on four-steps phase shifting method. The purpose of this research is to establish a fast, simple and low cost measurement system, and use it to measure the relative height and surface topography of micro-components. Different from the past, our design use micro projector to generate the digital stripe to replaces the ordinary projector and traditional grating phase stripe. Then, we use LabVIEW program to improve the phase shifting. Also, we improve the defect of the ordinary projector on micro-components measurement. In addition, we put the projection surface on the normal vector direction of the DUT(device under test), greatly reduce the shadow caused by the DUT. In the software, we use LabVIEW as the architecture, and use CMOS module to get the phase information. We can get the height according to the generated-displacement by the phase stripe. Afterwards, we can reconstruct three-dimensional surface topography of the DUT. At last, we sum up the causes of various system errors, and find out the most suitable solution for this system to improve calculation accuracy.

摘要 I
Abstract II
謝誌 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第1章 緒論 1
1-1 研究背景與目的 1
1-2 文獻回顧 3
1-3 論文架構 7
第2章 表面形貌影像量測原理 8
2-1 被動式-影像計算與量測技術 8
2-1-1 對焦量測法 8
2-1-2 立體視覺量測法 9
2-2 主動式-結構光投影技術 10
2-2-1 單條紋雷射投影量測法 11
2-2-2 相位移動量測法 13
第3章 實驗系統設計 17
3-1 系統架構設計 17
3-2 理論與核心程式設計 22
3-2-1 四步移相量測法 24
3-2-2 相位展開 31
3-2-3 相位與高度轉換 33
3-2-4 影像前處理 35
3-2-5 影像後處理 39
第4章 實驗系統量測與分析 45
4-1 單條紋雷射投影法人機介面與機構系統 45
4-1-1 單條紋雷射投影法高度校正 50
4-1-2 樣品實際量測 52
4-2 四步移相量測人機介面與機構系統 54
4-2-1 四步移相量測法高度校正 56
4-3 四步移相量測與分析 58
4-3-1 S-G濾波器設計與分析 61
4-3-2 影像處理之量測 62
4-3-3 影像擷取角度之量測 64
4-3-4 數位條紋週期之分析 65
4-3-5 量測範圍大小之分析 66
4-3-6 物件影像陰影之分析 67
4-3-7 多視角影像擷取量測探討 68
4-4 樣品實測與誤差分析 69
第5章 結論 72
5-1 結論 72
5-2 未來展望 73
參考文獻 75

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