臺灣博碩士論文加值系統

　　機器視覺廣泛應用於各種檢測，其中以瑕疵檢測、尺寸量測及動態攝影等為主，因為其檢測方式不會破壞待測物的特性，在機械業、零件加工及科技業等產業正廣泛使用；而本論文是將機器視覺應用於刀具尺寸檢測上，因刀具的尺寸精度將影響加工物件品質，若能快速且有效地量測出刀具的幾何尺寸，將可大幅提升刀具品質及壽命。
　　本論文主旨在於使用Borland C++ Builder研發一套刀具影像檢測系統，搭配控制器擷取機械座標系統，並且實行量測自動化、對焦自動化等人性化功能；光源部分使用同軸光源與自行設計蜂巢式環形分區光源，並搭配控制器PLC控制環形光源的打光區塊，以解決採光不足的問題；利用CCD焦距特性與對焦原理並使用Sobel運算子來計算梯度值擷取機台的第三維座標，並將數據代入Borland C++ Builder所自行撰寫的最小平方法擬合出曲線方程式，解決二維座標無法量取切削角和離隙角的問題，並讓精準度能夠更加提升；人機介面以教導式圖片視窗介面提示使用者操作流程步驟，系統可量測主要之泛用刀具，如平銑刀、圓鼻刀、球刀、鉸刀、鑽頭等幾何尺寸，量測功能可量測刀具外徑、R角半徑、螺旋角、切削角、離隙角、刃寬與端面凹角等。由實際結果顯示距離量測的標準差在0.0289內，而角度量測的標準差在0.555內，故本檢測系統的精度在合理範圍並可應用於檢測不同的刀具幾何。

　　Machine vision is a universal technology which be chiefly used in flaw detection, dimension measurement, and dynamic photography. Nowadays, such as machinery, manufacturing processes, and technology industry have adopted this technique for some applications. The accuracy of tool dimension mainly influences the quality of cutting tools and workpieces. If there is a tool inspection and measurement system to measure the tool geometry effectively, we can adjust the tool grinding processes to improve the tool life and the quality of cutting tools.
　　This dissertation is to develop a modularized tool image inspection and measurement system by Borland C++ Builder. We used the controller to obtain machine coordinates and implemented the humanized functions of autofocus and automatic measurements. The co-axis light source and an LED ring light with different angles were applied to solve the problem of insufficient lighting. The focusing characteristics of CCD, focus principles, and Sobel operator were utilized for calculating the gradient value to get the third dimensional coordinates. Then, the coordinate data were used to obtain the fitting curve by the least squares method. The human machine interface has a tutoring manner for users to operate the measuring procedures. The proposed system can measure geometric profiles of general cutting tools which are square end mill, radius end mill, ball nose end mill, reamers, and drills. Furthermore, the measurement functions can measure the geometric dimension like the diameter, radius, helix angle, rake angle, relief angle, land width, and dish angle. Experimental results show that the standard deviations are 0.0289 and 0.555 for the distance and angle measurements, respectively. Therefore, the accuracy is reasonable for the proposed system which can be applied to measure the geometry of different cutting tools.

中文摘要...i
英文摘要...ii
誌謝...iii
目錄...iv
表目錄...vii
圖目錄...viii
第一章 緒論...1
1.1 研究動機與目的...1
1.2 文獻探討...1
1.3 研究方法...2
1.4 專利搜尋...3
1.5 論文架構...4
第二章 理論基礎...5
2.1 刀具幾何理論...5
2.1.1 端銑刀幾何形狀...5
2.1.2 鉸刀刀具幾何...7
2.1.3 鑽頭刀具幾何...8
2.2 機器視覺系統概論...8
2.2.1 光源與照明技術...9
2.2.1.1 光源照明方式...9
2.2.1.2 照明系統之分類...10
2.2.2 鏡頭...10
2.2.2.1 鏡頭類型...10
2.2.2.2 鏡頭參數...12
2.2.3 CCD數位攝影機...14
2.3 數位影像理論...14
2.3.1 灰階與像素...14
2.3.2 二值化與直方圖...15
2.3.3 索柏運算子（Sobel Operator）...16
2.3.4 霍氏轉換(Hough Transform)...18
2.3.5 影像疊加...19
2.3.6 圓弧量測法...20
2.3.6.1 最小平方法...20
2.3.6.2 循漸式測圓法...21
2.4 自動對焦理論...23
2.4.1 全域搜尋法...23
2.4.2 門檻式對焦法...24
第三章 檢測系統之建構...25
3.1 刀具影像量測儀...25
3.2 光源選用...26
3.2.1 同軸光源...26
3.2.2 分區環形光源...27
3.2.3 背光板光源...27
3.3 鏡頭選用...28
3.4 攝影機選用...29
3.5 傾角調整座...30
3.6 軟硬體通訊...30
3.6.1 影像通訊...31
3.6.2 控制器位置訊號...31
第四章 量測功能開發... 36
4.1 軟體架構...36
4.2 軟體功能規劃...37
4.3 量測功能演算法...38
4.4 系統校正...38
4.4.1 CCD角度校正...38
4.4.2 像素校正...39
4.5 檢測功能開發...40
4.5.1 徑向離隙角量測功能...40
4.5.2 軸向離隙角與刃寬量測功能...41
4.5.3 R角半徑量測功能...43
第五章 系統驗證與分析...44
5.1 模組式檢測流程...44
5.1.1 直角端銑刀...44
5.1.2 球形端銑刀...44
5.1.3 圓鼻端銑刀...45
5.2 分析與討論...45
5.2.1 R角半徑量測...46
5.2.2 端刃凹角量測...47
5.2.3 外徑量測...48
5.2.4 螺旋角量測...50
5.2.5 徑向離隙角量測...52
5.2.6 徑向切削角量測...53
5.2.7 軸向離隙角量測...55
5.2.8 軸向刃寬量測...56
5.2.9 軸向切削角量測...57
第六章 結論與未來展望...58
6.1 結論...58
6.2 未來展望...59
參考文獻 ...60
Extended Abstract
簡歷(CV)

[1]謝宏坤，2009，“四軸CNC刀具外型量測機台開發”，國立虎尾科技大學，創意工程與精密科技研究所，碩士論文。
[2]謝其甫，2010，“五軸工具磨床刀具研磨影像檢測系統開發”，國立虎尾科技大學，創意工程與精密科技研究所，碩士論文。
[3]林祺勛，2011，“五軸工具磨床線上刀具幾何影像檢測系統開發”，國立虎尾科技大學，創意工程與精密科技研究所，碩士論文。
[4]張晉瑋，2012，“刀具幾何影像檢測系統之切削角量測開發”，國立虎尾科技大學，機械與電腦輔助工程系研究所，碩士論文。
[5]鐘國亮，2008，“影像處理與電腦視覺”，東華書局。
[6]邱奕契，“自動光學機器視覺系統”，中華大學機航所自動光學檢測實驗室。
[7]陳照凱，2009，“簡易型刀具幾何檢測機台開發”，國立虎尾科技大學，機械與機電工程研究所，碩士論文。
[8]張凱迪，2009，“ PC-Based工具機機電整合之教學系統建構”，國立虎尾科技大學，機械與機電工程研究所，碩士論文。
[9]陳麒翔，2008，“人性化端銑刀與鑽頭研磨資料庫系統開發”，國立虎尾科技大學，機械與機電工程研究所，碩士論文。
[10]姜義浪，1998，“ 切削刀具學－切削刀具研磨技術”，全華科技。
[11]蕭裕昌，2004，“應用影像量測技術於微小元件之外型尺寸量測之研究”，淡江大學，航空太空工程研究所，碩士論文。
[12]余勇，2006，“ 基於 CCD的數字圖像刀具測量技術研究”，中國科學院，光電技術研究所，碩士研究。
[13]陳應洲，2004，“非接觸式刀具幾何參數測量系統研究”，大連輕工業學院，碩士論文。
[14] Ng Kuang Chern, Nathaniel, Poo Aun Neow, and Marcelo H. Ang Jr., 2001, “Practical issues in pixel-based auto focusing for machine vision,” Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 2791-2796.
[15]王平江，2006，“一種複合的對焦方法在影像測量儀中應用”，中國機械工程，第18卷第21期。
[16]鄭玉珍，2005，“自動對焦中的優化爬山搜索算法”，浙江科技學院學報，第17卷第3期。
[17]M.O. Freeman, K.A. Duell, and A. Fedor, 1991, “Multi-scale optical image processing,”Proceedings of IEEE International Symposium on Circuits and Systems , pp. 2355-2358.
[18]沈明興，2007，“自動對焦麥克森白光干涉儀之系統研製”，成功大學，機械工程研究所，碩士論文。
[19]P.V.C.Hough, 1962, “Method and means for recognizing complex patterns,” U.S. Patent 3,069,654, Dec. 18.
[20]R.O.Duda and P.E.Hart, 1972, “Use of the Hough transformation to detect ;ines and curves in pictures,”Commum. ACM, 15(1), pp. 11-15.