TWM345227U - An optical fringe projection measuring system that can measure the surface roughness and the profile of sheet materials at the same time - Google Patents

Description

M345227 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 測原理所發展出的光學式光帶投影量啦統，_當的校正後可 以用來量财頓賴絲膠CFRP)卫叙轉或雜面的表面 本創作係以-具有等間距明暗對比’或_具有正弦相位分佈 之結構光為主動光源’搭配高解析度CCD攝影機、可調整角度之 工件夾治具、成像幕、-部個人電腦與控制量難式，以三=量

粗糙度與三維輪廓。 【先前技術】 光學量測技術是非接觸式量_主要方法，原理即利用不同 視覺角度的比對’以得到待測物的輪廓’而其應賴式又可以分 為被動式量測與主動式量測兩類。 被動式量測需使用兩組攝影機，經由不同視角取得相同場 景’再配合影像處_技巧，產生被#測物㈣何翻，再經由 計算而制其真實財。_量職目朗，但此綠的量測精 度有限，所以工業上較少用這種量測方法。 主動式的量測方法，常用者為雷射掃推法*结構光法。 作方式為：將點/線雷射光或者一已知_的結構光源，以一個已 知的角度投射在被難的表面，此統相秘體表面高度變化 而產生變形’將此變形_案，經㈣單的三角幾何計算，即可 將此變型量轉化為曲面的高度變化。 6 M345227 主動式的量測方法，其取像的方法以及影像的鑑別度，會大 大影響買測的精度。如果被測物的表面反射度過高，則攝影機取 得的反射影像’其差異就會減低。所以過去的研究中，多應用於 置測光平複材元件、霧化處理過的金屬工件等反射度較低的物 品，缺少針對高亮度工件的量測實例。 【新型内容】 • 針對汽車、遊艇這類高反射度表面塗裝，以及使用鋼琴烤漆 的電子產品，過去多半使用目視檢視塗裝品質，而人的視覺評斷 車乂為主觀’且不同檢視者間的差異度大，所以難以做為產品製程 β又计/、口口貝笞理的標準。而本創作中所開發的光學量測系統，即 可用來量測此類產品的表面塗裝品質。 絕大多數社喊光學制方法，是個CCD攝影機，以適 曰的角度’直接對試#表面的反射影像做攝影。但如果直接使用 _ 攝减對_物取像，當_物的表面反射度較高時，即便量測 #間的表面輪廓與粗糙度不同，攝影機所能取得的反射影像差 ”乃:、、、:不鬲這日$就需要使用特殊濾鏡取像，以渡除部份光源 而心加衫像差異度。本創作的特殊之處，就在於利用成像幕取像： 被測物的影像反射至成像幕後，再由攝影機取像 ’如此，即可在 不使赠鏡的情形下，也可以取得差異度大的反射影像，以利後 續計算。 7 M345227 【實施方式】 茶考第-圖·本創作巾，以―具有等間距明暗對比，或一具 有正弦相位分佈之結構光投能7G為主動絲，經固定於z轴移 動機。50上並移動到適當高度，而後將欲檢測物品置於可調整角 又之件夾/口具30上，並使用χγ二軸移動機台2〇將檢測物品 移動至最佳投影位置。當結構光源投射在欲檢測物品的表面上 時，由絲面的高低起伏與㈣造度變化，會使得投影的光源圖案 ® 產生變形，而此光源圖案會反射到一置於適當位置的成像幕6〇 上。此時，可利用裝設了適當鏡組的高解析度CCD攝影機4〇，對 成像幕上的反射條紋光帶加以取像，並傳輸至個人電腦8〇。最後， 將所擷取得的反射條紋光帶影像91，利用電腦程式，依據校驗結 果，計算出被測物的粗糖度與表面輪廓。 用以量測表面粗糙度的方法為反射光能量法，可參考第二 圖：以其中一條紋光為例，當表面較精細時，反射光大部份集中 • 於主反射方向，而隨著粗糙度值之增加，散射光能量會因而增加。 再參考第三圖：較粗糙工件其反射光能量能致使檢測作用之範圍 h大於較光滑者L，因此我們可設定適當的閥值，由ccd攝影機 所感應到的反射光能量寬度來判定工件粗糙度值的趨勢，亦即可 藉由校驗不同粗糙度與CCD攝影機所量測得到其對應的的線寬 結果，即可推算待測件之表面粗糙度。當工件表面愈粗糙反射呈 像線會愈寬且光強度變弱，因此，可進行粗糙度光學量測系統的 校驗’可參考第四圖：利用接觸式粗糙度儀先量測不同試片之粗 8 M345227 ι度再找出其與反射線線見之間的對應關係。 "用以調表面輪靡的方法為三角量測校驗法，以其中一條紋 光為例、於圖巾X為待測物巾心、與成像幕麟P角 為軸心平行於y轴之旋㈣度、0角為如平行於X軸之旋轉角 度、h為工件之高度變化，驗量測平面制時，可考慮β角、 ㈣〇’當Μ為〇時，△㈣，當㈣為〇時觸。藉由分 析^後顧的變化，經由校驗，即可計算工件之高度變化卜當 =牛=存在麵高低差，則反射於雜幕之結構光，將會產生 變形之程度和輪廓高低差有關，_擷取的影像找出其 =先線條k的變化’再與利用接觸式輪輕測系統所得之輪 化置之_轉換係數，據以量_之麵 【圖式簡單說明】 第一圖本創作之代表圖。 第二圖主反射光隨表面粗糙度變化擴散散射示意圖。 第三圖粗糙度與反射光能量分佈關係。 第四圖粗糙度與平均線寬校驗結果示意圖。 紅圖三角量測校驗法進行形狀輪私度量測計算示意圖 第六圖形狀輪廓高度校驗結果示意圖。 · 9 M345227 【主要元件符號說明】 ίο 光學量測系統機台 20 XY二軸移動機台 30 可調整角度之工件夾治具 40 高解析度CCD攝影機 50 Z軸移動機台 60 成像幕 70 結構光投射器 80 個人電腦 90 於成像幕之反射條级光帶 91 反射條紋光帶經由CCD攝影機擷取至個人電腦之影像

Claims (1)

1. M345227 九、申請專利範圍： 1· -種可同日❿貞彳板材粗糙度及平面度之光帶投影量啦統，係 包括·一個結構光投射11、高解析度CCD攝影機與Z軸移動機 台、可调整工件位置的χγ =軸移賴台、可調整角度之工件 爽治具、成像幕、可以固定以上設備的光學量測系統機台、_ 部個人電腦與控制量測軟體；其中，由結構光投射器所發射之 絲’投射至待測件之表面，經由反射喊像於成像幕上，再 _ 纟❺解析度CCD攝影谢頡取成像幕上的影像，傳輸至個人電腦 後依據昼測系統之校驗結果，經軟體計算分析，即可量測待 測面之表面輪廓與粗糙度，此特徵在於： 糊成像幕轉，即可在不使_齡鱗高反射率的待測面 表面取像，並取得差異度大的反射影像，以利後續計算。 2·如申明專利範圍帛1項之一種可同時量測板材粗經度及平面度 之光帶投影量測系統，其中結構光投射器，所投出之光源圖形， I T為料㈣㈣暗對比之結縣，也可為具有正弦相位分佈 之結構光。 3·如申請專利範圍第1項之一種可同時量測板材粗糙度及平面度 之光帶投影量測系統，其中可調整角度之工件夾治具，經調整 角度後可使結構光投射器所投射之光源，以〇到9〇度之間的角 度入射至被測物表面，並以〇到90度之間的角度將被測面的反 射影像投影至成像幕。 4·如申凊專利範圍第1項之一種可同時量測板材粗链度及平面度 11 M345227 之光帶投影量測系統，其中高解析度CCD攝影機，可以適當的 角度，對成像幕取像，並將所得影像傳輸至個人電腦。 12