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研究生: 張鎧麟
Kai-Lin Chang
論文名稱: 渦簧與扭簧自動化光學檢測系統之改良研究
Improvement of an Automatic Optical Inspection System for the Volute and Torsion Springs
指導教授: 鄧昭瑞
Geo-Ry Tang
口試委員: 陳品銓
Pin-Chuan Chen
修芳仲
Fang-Jung Shiou
陳亮光
Liang-kuang Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 87
中文關鍵詞: 板型渦簧線型扭簧自動化光學檢測系統尺寸量測
外文關鍵詞: flat volute spring, wire torsion springs, automatic optical inspection, dimension measurements
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本研究旨在改良既有的板型渦簧與線型扭簧自動化光學檢測雛型機台,降低設備成本以期達到廠商生產的需求。此機台整合了機構、電控、視覺、軟體等四大模組,為一套具備分類能力的彈簧檢測系統。設計的變更分別從硬體與軟體兩方面著手。硬體的修改主要為捨去高單價的運動控制卡,而以脈波產生器來驅動馬達。另外也以低單價的資料擷取盒取代高單價的資料擷取卡。至於軟體部分則選用免費軟體Visual Studio Express C++搭配開放式免費函式庫OpenCV重新開發程式,因為不須軟體授權金所以能進一步降低系統成本。改良後的檢測系統,透過統計分析板型渦簧與線型扭簧的檢測正確判斷率分別達93%與99%。


This study aims at the modification of a prototype automatic optical inspection machine for the volute and torsion springs. The improvements focus on reducing the total cost to meet the production requirements. The system consists of mechanism module, electrical control module, vision module and software module. In addition, a classification mechanism is included to remove the defected products. Design changes cover both hardware and software. Hardware changes include replacing highest-price motion controller card by pulse generator to control motor and using a cheaper data acquisition box instead of the expensive data acquisition card. Two free software packages, Visual Studio Express C++ and OpenCV library, are chosen to develop the system programs. Based on the statistical analysis, the inspection machine has accuracy rates near 93% and 99% for the volute and torsion springs.

摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖索引 VIII 表索引 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究目的 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究方法 4 1.4 論文架構 5 第二章 彈簧與系統架構 6 2.1 製程概述 6 2.2 待測物 7 2.2.1 板型渦卷彈簧 7 2.2.2 線型螺旋扭轉彈簧 8 2.3 既有雛型機台 9 2.3.1 視覺模組 10 2.3.2 機構模組 12 2.3.3 電控模組 13 2.3.4 軟體模組 14 2.4 新系統架構 15 2.4.1 視覺模組 16 2.4.2 機構模組 17 2.4.3 電控模組 19 2.4.4 軟體模組 21 第三章 影像處理與尺寸估算 22 3.1 影像處理 22 3.1.1 彩色與亮度轉換 22 3.1.2 二值化 23 3.1.3 雜訊消除 23 3.1.4 邊點偵測 24 3.1.5 直線偵測 25 3.1.6 圓偵測 27 3.2 通用演算法 27 3.2.1 線段擬合 27 3.2.2 線段的延伸 29 3.2.3 投影直方圖 30 3.3 板型渦簧尺寸估算 31 3.3.1 角度C之估算 33 3.3.2 尺寸A與E之估算 37 3.3.3 尺寸B與D之估算 39 3.3.4 正反面判斷 40 3.4 線型扭簧尺寸估算 42 3.4.1 角度D之估算 43 3.4.2 尺寸A與B之估算 45 3.4.3 尺寸C 46 3.5 比例因子 47 3.6 檢測流程 48 第四章 實驗結果與探討 52 4.1 板型渦簧尺寸檢測 52 4.1.1 正面擺放尺寸A 52 4.1.2 正面擺放尺寸B與D 53 4.1.3 正面擺放角度C 55 4.1.4 正面擺放尺寸E 56 4.1.5 量測值補正 57 4.2 線型扭簧尺寸檢測 57 4.2.1 尺寸A與B 58 4.2.2 尺寸C與角度D 60 4.2.3 判斷尺寸A與B是否合乎標註規範 61 4.3 光學檢測之重現度 61 4.4 量測系統分析 65 4.4.1 量測系統分析參數介紹 65 4.4.2 量測系統分析介紹與計算 67 4.4.3 板型渦簧GRR量測表 68 4.5 檢測能力 69 第五章 結論與議題探討 72 5.1 系統特點 72 5.2 議題探討 74 5.2.1 量測差異 74 5.2.2 角度與直線 75 5.2.3 辨識能力參數探討 77 參考文獻 79 附錄 81

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