本发明是关于三维检测装置以及用于三维检测的方法。
背景技术：
近年来，三维检测物体的流程成为制作各种电子元件的流程中的一环。举例而言，在电子板的制造过程中，在将元件装设至板上并进行回焊过程后，会检测各个元件的焊接状态。
传统的检测三维物体(例如焊接状态)的方法中，检测者以肉眼检测三维物体(例如焊接状态)。因此，取决于检测者的状况以及技巧，使用此三维物体(例如焊接状态)的产品品质并不一致。更甚者，当复杂的电子板(例如电路板)进行检测时，由于传统方法需要较长的检测时间，传统方法会面临问题，其产量会明显地降低。
技术实现要素：
根据本发明的范例性实施方式，以第一与第二方位立体信息重建了物体的外观。第一与第二方位立体信息可通过分别计算两对影像而取得，此两对影像可以共用其中一个影像。或者，第一与第二方位立体信息可通过两对影像而取得，其中多个影像互不相同。通过此设置，可以提升检测物体的精准度。
根据本发明的部分实施方式，三维检测装置包含承载平台、影像感测组件以及信息处理控制器。承载平台用以支撑物体。影像感测组件用以沿第一轴向、第二轴向以及第三轴向分别撷取物体的第一影像、第二影像以及第三影像，其中第一轴向、第二轴向以及第三轴向互不平行。信息处理控制器用以分析第一影像以及第二影像以取得第一方位立体信息，并分析第三影像与物体的预定影像，以取得第二方位立体信息，其中预定影像是沿预定轴向被撷取，预定轴向不平行于第二轴向以及第三轴向。
于部分实施方式中，影像感测组件包含多个影像感测器，分别设置于第一轴向、第二轴向以及第三轴向上并用以撷取第一影像、第二影像以及第三影像。
于部分实施方式中，影像感测组件包含静止影像感测器以及可移动影像感测器，静止影像感测器设置于第一轴向上且用以撷取第一影像，可移动影像感测器用以从第二轴向旋转至第三轴向以撷取第二影像与第三影像。
于部分实施方式中，预定影像为第一影像，第一轴向垂直于该承载平台的上表面。
于部分实施方式中，预定影像为第一影像，第三轴向位于第一轴向与第二轴向所形成的第一平面上。
于部分实施方式中，预定影像为第一影像，第三轴向不位于第一轴向与第二轴向所形成的第一平面上。
于部分实施方式中，影像感测组件更用以沿第四轴向撷取物体的第四影像，第四轴向不平行于第一轴向、第二轴向以及第三轴向，信息处理控制器更用以分析第一影像与第四影像，以取得第三方位立体信息，其中第三轴向与第四轴向分别朝向第一平面的相反两侧延伸。
于部分实施方式中，影像感测组件更用以沿一第五轴向撷取物体的第五影像，第五轴向不平行于第一轴向、第二轴向、第三轴向以及第四轴向，信息处理控制器更用以分析第一影像与第五影像，以取得第四方位立体信息，其中第三轴向与第四轴向形成第二平面，第二轴向与第五轴向分别朝向第二平面的相反两侧延伸。
于部分实施方式中，影像感测组件包含多个影像感测器，分别设置于第一轴向、第二轴向、第三轴向以及第四轴向上并用以撷取第一影像、第二影像、第三影像以及第四影像。
于部分实施方式中，影像感测组件包含静止影像感测器以及可移动影像感测器，静止影像感测器设置于第一轴向上且用以撷取第一影像，可移动影像感测器用以沿着第二轴向、第三轴向以及第四轴向的至少一者，撷取第二影像、第三影像以及第四轴向的至少一者。
于部分实施方式中，影像感测组件更用以沿一第四轴向撷取物体的一第四影像，预定影像为第四影像。
于部分实施方式中，影像感测组件包含多个影像感测器，分别设置于第一轴向、第二轴向、第三轴向以及第四轴向上，分别用以取得第一影像、第二影像、第三影像以及第四影像。
于部分实施方式中，影像感测组件包含静止影像感测器以及可移动影像感测器，静止影像感测器设置于第一轴向上且用以取得第一影像，可移动影像感测器用以沿着第二轴向、第三轴向以及第四轴向的至少一者，撷取第二影像、第三影像以及第四轴向的至少一者。
于部分实施方式中，第一轴向与第二轴向所形成的第一平面垂直于承载平台的上表面，预定影像的被撷取的预定轴向与第三轴向所形成的第二平面垂直于承载平台的上表面。
于部分实施方式中，第一轴向与第二轴向形成第一平面，第一平面与承载平台的上表面的倾斜夹角在80度至100度的范围内。
于部分实施方式中，第一轴向与第二轴向形成第一平面，预定影像被撷取的预定轴向与第三轴向形成第二平面，第一平面不平行于第二平面。
于部分实施方式中，三维检测装置还包含投影机，用以投射光学图样至物体。
根据本发明的部分实施方式，用于三维检测的方法包含：设置物体于承载平台上；沿第一轴向撷取物体的第一影像、沿第二轴向撷取物体的第二影像以及沿第三轴向撷取物体的第三影像，其中第一轴向、第二轴向以及第三轴向互不平行；分析第一影像与第二影像，以取得第一方位立体信息；分析第三影像与物体的预定影像，以取得第二方位立体信息，其中预定影像是沿预定轴向被撷取，预定轴向不平行于第二轴向以及第三轴向。
于部分实施方式中，预定影像为第一影像。
于部分实施方式中，方法包含投射光学图样至物体，其中光学图样具有多个随机分布的点，其中撷取物体的第一影像、第二影像以及第三影像包含撷取物体上的光学图样，且位于物体的一部分上的点具有不同于位于物体的其他部分上的点的分布。
附图说明
图1为根据本发明的部分实施方式的三维检测装置的立体示意图；
图2为图1的三维检测装置的上视图；
图3为根据本发明的部分实施方式的三维检测装置的立体示意图；
图4为根据本发明的部分实施方式的三维检测装置的立体示意图；
图5为根据本发明的部分实施方式的用于三维检测的方法的流程图；
图6为根据本发明的部分实施方式的物体上的光学图样的上视图。
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式为之。
图1为根据本发明的部分实施方式的三维检测装置100的立体示意图。图2为图1的三维检测装置100的上视图。三维检测装置100包含承载平台110、影像感测组件120、信息处理控制器130以及投影机140。承载平台110用以支撑物体200。投影机140用以投射光学图样至物体200。影像感测组件120分别沿第一轴向d1、第二轴向d2、第三轴向d3、第四轴向d4以及第五轴向d5用以撷取物体200的第一影像、第二影像、第三影像、第四影像以及第五影像。第一轴向d1、第二轴向d2以及第三轴向d3、第四轴向d4以及第五轴向d5互不平行。信息处理控制器130用以分析第一影像以及第二影像以取得第一方位立体信息，并分析第三影像与物体200的预定影像，以取得第二方位立体信息。于本发明的部分实施方式中，预定影像是沿预定轴向被撷取，预定轴向不平行于第二轴向d2以及第三轴向d3。举例而言，预定轴向可能是第一轴向d1、第四轴向d4以及第五轴向d5其中一者。
于本发明的部分实施方式中，影像感测组件120包含多个影像感测器121～125，分别设置于第一轴向d1、第二轴向d2以及第三轴向d3、第四轴向d4以及第五轴向d5上并用以撷取第一影像、第二影像、第三影像、第四影像以及第五影像。于部分实施方式中，物体200与各个影像感测器121～125之间的距离实质相同，影像感测器121～125是一样的，因此，第一至第五影像的解析度实质相同。当然，不应以此限制本发明的范围，于部分实施方式中，物体200与各个影像感测器121～125之间的距离是不同的。此外，影像感测器121～125可以是不同的。
于此，在部分实施方式中，第二至第五轴向d2～d5与承载平台110的上表面112之间分别具有夹角x2～x5，夹角x2～x5大致相同，但不应以此限制本发明的范围。于其他实施方式中，夹角x2～x5可以是不同的。此外，在部分实施方式中，第一至第五轴向d1～d5可以交会在物体200的一点上。于部分实施方式中，第一至第五轴向d1～d5不会交会在同一位置上，而是指向物体200的一部分(例如感兴趣区域(regionofinterest；roi))。
在本发明的部分实施方式中，第一轴向d1与第二轴向d2所形成的第一平面p1垂直于承载平台110的上表面112，且第三轴向d3与预定影像被撷取的预定轴向所形成的第二平面垂直于承载平台110的上表面112。此垂直配置简化了后续为了取得方位立体信息而进行的分析的计算，因此增加了方位立体信息的精确度。然而，不应以此垂直配置而精准地限制第一平面p1与承载平台110的上表面112之间的夹角为90度，此垂直配置可以有一个容许范围。举例而言，第一平面p1相对于承载平台110的上表面112可具有倾斜夹角，该倾斜夹角可在60度至120度的范围内，较佳地，该倾斜夹角可在80度至100度的范围内。且，第二平面相对于承载平台110的上表面112可具有倾斜夹角，该倾斜夹角可在60度至120度的范围内，较佳地，该倾斜夹角可在80度至100度的范围内。应了解到，此倾斜夹角的数值不应限制本发明的范围。
于部分其他实施方式中，第一平面p1与第二平面可以不垂直于承载平台110的上表面112。相关的细节(例如第一平面p1与上表面112的夹角或第二平面与上表面112的夹角)可以作为后续分析以取得方位立体信息中的因素。
在本发明的部分实施方式中，第一与第二方位立体信息可以透过多种方法而获得，在此详细介绍。
对于第一种方法，第一轴向d1垂直于承载平台110的上表面112，且与第二方位立体信息关联的预定影像可以是第一影像。于本实施方式中，第一轴向d1与第二轴向d2所形成的第一平面p1实质垂直于承载平台110的上表面112，且第三轴向d3与用于撷取预定影像的预定轴向(在此指第一轴向d1)所形成的第二平面p2实质垂直于承载平台110的上表面112。
于此，与第二方位立体信息关联的第三轴向d3可以不位于第一平面p1上。举例而言，第二平面p2相对于第一平面p1具有夹角z1，其中夹角z1的范围为0度至90度，例如10度至90度。于本实施方式中，第一平面p1垂直于第二平面p2(亦即夹角z1为90度)，如此一来，第一方位立体信息与第二方位立体信息以两个正交的方位透露出物体的外观。然而，不应以此限制本发明的范围，于部分实施方式中，第一平面p1可不垂直于第二方位立体信息关联的平面。举例而言，如果第二方位立体信息是从第一轴向d1以及第五轴向d5所撷取的影像中取得的，其中第一轴向d1以及第五轴向d5位于第一平面p1上，此时，第二方位立体信息关联的平面可以平行于第一平面p1。
通过此设置，可以从第一影像、第二影像以及第三影像建构第一方位立体信息以及第二方位立体信息。
对于第二种方法，第二方位立体信息关联的预定影像可以是第一影像，但第一轴向d1不垂直于承载平台110的上表面112。图3为根据本发明的部分实施方式的三维检测装置100的立体示意图。图3的实施方式与图1的实施方式相似，差别在于：第一轴向d1不垂直于承载平台110的上表面112。于本实施方式中，第一轴向d1、第二轴向d2以及第三轴向d3位于同一平面上。通过此设置，第一轴向d1与第二轴向d2所形成的第一平面p1平行于第三轴向d3以及用于撷取预定影像的预定轴向(在此指第一轴向d1)所形成的第二平面p2。
于此，第一平面p1以及第二平面p2可以垂直于承载平台110的上表面112。如前所述，垂直配置简化了后续为了取得方位立体信息而进行的分析的计算，因此增加了方位立体信息的精确度。此外，不应以此垂直配置而精准地限制第一平面p1或第二平面p2与承载平台110的上表面112之间的夹角为90度，此垂直配置可以有一个容许范围。举例而言，第一平面p1或第二平面p2相对于承载平台110的上表面112可具有倾斜夹角，该倾斜夹角可在60度至120度的范围内，较佳地，该倾斜夹角可在80度至100度的范围内。应了解到，此倾斜夹角的数值不应限制本发明的范围。
如前所述，第一影像与第二影像被分析以取得第一方位立体信息，第一影像与第三影像被分析以取得第二方位立体信息。
对于第三种方法，预定影像可以不是第一影像，而是第四影像。再回到图1。于部分实施方式中，第三影像与预定影像(在此为第四影像)被分析以取得第二方位立体信息。如前所述，第三轴向d3与预定影像被撷取的预定轴向(在此为第四轴向d4)所形成的第二平面p2’垂直于承载平台110的上表面112。如前所述，第二平面p2’相对于承载平台110的上表面112可具有倾斜夹角，该倾斜夹角可在80度至100度的范围内。
于此，第一轴向d1可以垂直于承载平台110的上表面112。然而，于其他部分实施方式中，第一轴向d1可以不垂直于承载平台110的上表面112。举例而言，于其他部分实施方式中，第一轴向d1可以与第五轴向d5互换，而使得第一与第二方位立体信息的计算中并没有采用沿着承载平台110的上表面112法线方向撷取的影像。
在部分实施方式中，第三轴向d3以及第二方位立体信息关联的预定轴向(在此指第四轴向d4)不位于第一平面p1上。举例而言，第二平面p2’相对于第一平面p1具有夹角z1’，其中夹角z1’可以是10度至90度，但不应以此夹角z1’的数值限制本发明的范围。于本实施方式中，第一平面p1垂直于第二平面p2’(亦即夹角z1’为90度)，如此一来，第一方位立体信息与第二方位立体信息以两个正交的方位透露出物体的外观。然而，不应以此限制本发明的范围，于部分实施方式中，第一平面p1可不垂直于第二平面p2’。
通过上述提到的方法，可以得到第一与第二方位立体信息。信息处理控制器130可以选择性地将第一与第二方位立体信息结合成一整合立体信息。应了解到，可以计算并取得两个以上的方位立体信息，并以此两个以上的方位立体信息产生整合立体信息。举例而言，可以从第四影像与第五影像中计算并取得第三以及第四方位立体信息。
举例而言，于本发明的部分实施方式中，信息处理控制器130用以分析第一影像以及第四影像以取得第三方位立体信息。于部分实施方式中，第一轴向d1与第四轴向d4所形成的平面垂直于承载平台110的上表面112。举例而言，第一轴向d1垂直于承载平台110的上表面112。如此一来，信息处理控制器130分析第一影像以及第二影像以取得第一方位立体信息，分析第一影像以及第三影像以取得第二方位立体信息，分析第一影像以及第四影像以取得第三方位立体信息。
于此，在承载平台110的上表面112的上方，第三轴向d3与第四轴向d4分别朝向第一平面p1的相反两侧延伸，借以从各个角度侦测物体200。然而，不应以此限制本发明的范围，在承载平台110的上表面112的上方，第三轴向d3与第四轴向d4可朝向第一平面p1的同一侧延伸，借以更精细地侦测物体200。
更甚者，于本发明的部分实施方式中，信息处理控制器130用以分析第一影像以及第五影像以取得第四方位立体信息。于部分实施方式中，第一轴向d1与第五轴向d5所形成的平面垂直于承载平台110的上表面112。举例而言，第一轴向d1垂直于承载平台110的上表面112。如此一来，信息处理控制器130分析第一影像以及第二影像以取得第一方位立体信息，分析第一影像以及第三影像以取得第二方位立体信息，分析第一影像以及第四影像以取得第三方位立体信息，分析第一影像以及第五影像以取得第四方位立体信息。
于此，在承载平台110的上表面112的上方，第二轴向d2与第五轴向d5分别朝向第二平面p2(第一轴向d1与第三轴向d3所形成)或第二平面p2’(第三轴向d3与第四轴向d4所形成)的相反两侧延伸，借以从各个角度侦测物体200。然而，不应以此限制本发明的范围，在承载平台110的上表面112的上方，第二轴向d2与第五轴向d5可朝向第二平面p2或第二平面p2’的同一侧延伸，借以更精细地侦测物体200。
更甚者，于本发明的部分实施方式中，信息处理控制器130用以分析第二影像与第五影像，以取得第五方位立体信息。于本发明的部分实施方式中，信息处理控制器130用以分析第三影像与第四影像，以取得第六方位立体信息。如此一来，第一至第六方位立体信息的部分可作为物品测试的标准，例如电路板上焊接状态的测试。应了解到，根据方位立体信息的需求数量，可以省略或关闭部分的影像感测器121～125。举例而言，于简单的实施方式中，影像感测组件120可仅包含影像感测器121～123。或者，于部分实施方式中，影像感测组件120可仅包含影像感测器121、122与125。于部分其他实施方式中，影像感测组件120可仅包含影像感测器122～125。
于本发明的实施方式中，物体200具有至少一三维特征于其上。举例而言，物体200可以是电路板，而其三维特征可以是焊接状态。投影机140可包含光源以及具有一图样的遮罩，而使光源发出的光线被遮罩部分遮挡，而使经过遮罩的光线而带有图样。于部分实施方式中，影像感测器121～125能够量测物体200所反射的光线强度。举例而言，影像感测器121～125是感光耦合元件(chargecoupleddevice；ccd)相机、互补式金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor；cmos)影像感测器、接面场效晶体管(junctiongatefield-effecttransistor；jfet)影像感测器或其他适当的感光装置。
图4为根据本发明的部分实施方式的三维检测装置的立体示意图。本实施方式与图1的实施方式相似，差别在于：本实施方式中，影像感测组件120包含静止影像感测器126以及可移动影像感测器127，而非影像感测器121～125。静止影像感测器126设置于第一轴向d1上且用以撷取第一影像，可移动影像感测器127用以从第二轴向d2旋转至第三轴向d3以撷取第二影像与第三影像。
于本实施方式中，第二轴向d2与第三轴向d3分别与承载平台110的上表面112之间具有夹角x2以及x3，夹角x2以及x3相似，而使可移动影像感测器127可以水平地从在第二轴向d2上的位置旋转至在第三轴向d3上的位置。
于部分实施方式中，如前所述，多于第一至第三影像被拍摄，且可移动影像感测器127是用以沿着第二至第五轴向d2～d5其中至少一者，分别撷取第二影像、第三影像、第四影像以及第五影像其中至少一者。可移动影像感测器127可在第二至第五轴向d2～d5之中移动。在这些实施方式中，举例而言，部分的第二至第四轴向d2～d4与承载平台110的上表面112之间具有角度x2～x4，角度x2～x4相似，而使可移动影像感测器127可以水平地旋转并移动至空位(亦即图中虚框的位置)中。于部分实施方式中，可移动影像感测器127可以第一轴向d1为中心而水平地旋转。然而，于其他实施方式中，角度x2～x4可以不同，且可移动影像感测器127可以不只水平移动，还可以垂直移动。
应了解到，影像感测组件120可以透过多种方式来沿者第一至第五轴向d1～d5撷取影像，而不应限于图1、图3与图4所示的方式。举例而言，可移动影像感测器127可以在第一至第五轴向d1～d5之间移动，而可以省略静止影像感测器126。
本实施方式的其他细节大致如图1的实施方式所述，在此不再赘述。
图5为根据本发明的部分实施方式的用于三维检测的方法300的流程图。方法300包含步骤310～350，方法300的介绍请搭配图1、图3与图4中至少一者来了解。
首先，在步骤310，投影机140投射光学图样140p至物体200上。图6为根据本发明的部分实施方式的物体200上的光学图样140p的上视图。投射于物体200上的光学图样140p能使后续拍摄的影像更精准地映射(mapping)。在部分实施方式中，光学图样140p可以是一个条纹图案。在部分实施方式中，光学图样140p可以是一个随机点状分布图案，亦即光学图案140p包含多个随机分布的点。对于随机点状分布图案而言，物体200的多个部分上的点状分布是不同且独特的，例如物体200的每个部分可以经由其上的点状分布而成为能被识别的。
更甚者，对于随机点状分布图案而言，物体200上的点的排列使感兴趣区域(regionofinterest)roi内的点是独特的。换句话说，位于物体200的一部分上的点具有不同于位于物体200的其他部分上的点的分布。举例而言，在第一位置p1(以粗实线表示)的感兴趣区域roi的点的分布不同于在第二位置p2或其他位置(以粗虚线表示)的感兴趣区域roi的点的分布，其中在第一位置p1的感兴趣区域roi可以与在第二位置p2的感兴趣区域roi重迭。
于此，物体200的第一部分210是对应于在第一位置p1的感兴趣区域roi，物体200的第二部分220是对应于在第二位置p2的感兴趣区域roi。物体200的第一部分210以及物体200的第二部分220可以或可不包含物体200的相同特征。于部分实施方式中，感兴趣区域roi位于多个影像感测器的视野(fieldofview)内，且可与被撷取的影像的一部分相关联。不同的感兴趣区域roi内的光学图样140p的点不限于以可辨认的方式分布。于部分其他实施方式中，各个感兴趣区域roi可能因为其他因素而为可辨认的。
在部分情况下，物体200的固有特征是可辨认的，而可省略步骤310。
其次，在步骤320，撷取物体200的第一部分210的影像。如前所述，沿第一至第五轴向d1～d5撷取第一至第五影像。当光学图样140p投射至物体200上时，撷取物体200的第一至第五影像包含撷取物体200上的光学图样140p。
其后在步骤330，分析物体200的第一部分210的第一至第五影像，以取得物体200的第一部分210的第一方位立体信息以及第二方位立体信息。如同前述，预定影像可以是第一影像、第四影像或其他影像。物体200的第一部分210的第一方位立体信息以及第二方位立体信息可或可不整合成一整合立体信息。相关分析方法已在前提过，在此省略。
借着，在步骤340，撷取物体200的第二部分220的影像，其中感兴趣区域roi转移至物体200的第二位置p2。如同前述，沿第一至第五轴向d1～d5撷取第一至第五影像。当光学图样140p投射至物体200上时，撷取物体200的第一至第五影像包含撷取物体200上的光学图样140p。
其后，来到步骤350，分析物体200的第二部分220的第一至第五影像，以取得物体200的第二部分220的第一方位立体信息以及第二方位立体信息。如同前述，预定影像可以是第一影像、第四影像或其他影像。物体200的第二部分220的第一方位立体信息以及第二方位立体信息可或可不整合成一整合立体信息。相关分析方法已在前提过，在此省略。
通过此设置，可分别产生物体200的第一部分210与第二部分220的立体信息。应了解到，可以计算并取得超过两个的立体信息，其细节已提过，在此不再赘述。物体200的多个立体信息可以经由信息处理控制器130处理以及结合而成为物体的整合立体信息。
总而言之，根据本发明的范例性实施方式，以第一与第二方位立体信息重建了物体的外观。第一与第二方位立体信息可通过分别计算两对影像而取得，此两对影像可以共用其中一个影像。或者，第一与第二方位立体信息可通过两对影像而取得，其中多个影像互不相同。通过此设置，可以提升检测物体的精准度。
虽然本发明已以多种实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。