JP3217243U

JP3217243U - 非接触式表面輪郭走査装置

Info

Publication number: JP3217243U
Application number: JP2018001785U
Authority: JP
Inventors: 陳盈運; 謝宜君
Original assignee: 和全豐光電股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2028-05-17

Abstract

【課題】迅速かつ正確に物体をスキャンし、三角測量法でスキャンした物体の輪郭を構築する非接触式表面輪郭走査装置を提供する。【解決手段】少なくとも１つのレーザー光生成装置１と、該レーザー光生成装置１上に設置された少なくとも１つの光学素子１１と、該光学素子１１に含まれる複数の開口部１１１と、少なくとも１つの第１レシーバ部材２と、該第１レシーバ部材２の傍に設置され、かつ該第１レシーバ部材２にデータ接続された演算装置３と、を含み、そのうち、レーザー光生成装置１が発射するレーザー光が光学素子１１上の開口部１１１を通過し、該開口部１１１の間隔幅ｄが０．３μｍ〜１０ｍｍであり、レーザー光が被測定物をスキャンした後第１レシーバ部材２へ反射され、該第１レシーバ部材２から該被測定物までの垂直高さＺが４０ｍｍ〜５０００ｍｍであり、かつ該被測定物がレーザー光を該第１レシーバ部材２へ反射する挟角θが１０度〜８５度である。【選択図】図１

Description

本考案は非接触式表面輪郭走査装置に関し、特に、迅速かつ正確に物体をスキャンし、三角測量法でスキャンした物体の輪郭を構築する、非接触式表面輪郭走査装置に関する。

日常生活の中で、記録しておきたい場面が往々にしてあるが、これまでは物体の形態を記録する際はカメラを利用し、光線で物体を照射した後カメラのレンズ内の感光素子に反射することで物体の色彩データを記録し、写真に必要な画素成分を構成しているが、写真の技術は物体の平面データを取得できるだけで、物体の立体データを得ることはできない。科学技術の発展に伴い、各種三次元走査装置が発展しているが、それらは主に接触式と非接触式の２種類の測定に分けられる。そのうち接触式測定は機械または電子式のプローブを利用して被測定物の表面に接触し、三次元データを取得する。接触式スキャンは測定精度がより高いが、測定速度が非常に遅く、かつプローブの幾何学偏差の補正処理が必要であり、測定データをバックエンドで修正しなければならない。接触式測定装置はほとんどが三次元座標測定器の使用を主としている。２種類目の非接触式測定は種類が非常に多く、原理としてはレーザーまたは投影に撮影を組み合わせた方式で、被測定物に接触することなく三次元データを測定する方法である。非接触式測定は時間が短く、三次元座標測定等の接触式測定と比較して精度がやや劣るが、非接触式スキャンは物体表面の大量の点データを迅速に測定でき、曲面の構築が迅速で、かつ接触式プローブの幾何学偏差の問題がないという他にはない利点がある。非接触式スキャンは構造照明を使用して線状パターンを生成し、被測定物上に投影する測定方法であり、その精度は比較的低い。また線形レーザー光を使用して被測定物上に照射し、測定する方法もあるが、その精度は構造照明投影方式より高く、その原理は線形レーザー光線を移動する物体に照射し、カメラを利用して反射光源を接受し、反射光の移動を計算して三角測量法で物体の輪郭を計算する技術である。例えば中華民国特許証書第Ｍ３８２１１２号の「線形光学式三角測量システム」があるが、これは光学式三角測量の原理を利用して構築された非接触式光学測定システムであり、物体表面の移動振幅と周波数データを測定し、頻率資訊，並應用於漢方医の脈拍データ測定システムに応用しており、そのシステム構造は簡単で、廉価であるという利点を備えている。

しかしながら、上述の線形光学式三角測量システムは使用時に次のような問題と欠点が確実に存在し、改善が必要とされている。
・線形光源は光源をシリンドリカルレンズに投射して、１本の線形ビームを生成し、被測定物上に投射するが、その線形光源の拡がりが大きく、線幅が比較的太いため、イメージキャプチャ装置が受け取るデータがよくなく、得られる解像度も低いため、レーザー光源の問題解決が直接三次元データの精度に影響する。
・線形光源は物体を完全にスキャンする必要があり、かつその単一の立体データを取得できるのみで、スキャン方式の違いによってイメージキャプチャ装置が受け取るデータが良くない場合、物体を繰り返しスキャンしなければならない。
・このような光学式三角測量のスキャンは鏡面状の被測定物に使用することが難しいが、鏡面状の物体の測定には漸増が必要であるため、鏡面測定材質の解決が非接触式測定の重要な指標となっている。

このため、上述の従来品の問題と欠点をどのように解決するかが、本考案の考案者とこの産業に従事する関連企業が改善を研究する方向性となっている。

中華民国特許証書第Ｍ３８２１１２号明細書

本考案の考案者は上述の欠点に鑑み、関連試料を収集し、多方面での評価と検討を経て、かつこの業界に従事して蓄積した長年の経験に基づき、度重なる試作と変更を重ね、迅速かつ正確に物体をスキャンでき、三角測量法で被測定物の輪郭を構築する非接触式表面輪郭走査装置を設計したものである。

本考案の主な目的は、レーザー光生成装置の設計により、拡がりが極めて小さく、輝度が高い光源を生成して被測定物をスキャンできる、非接触式表面輪郭走査装置を提供することにある。

本考案の別の目的は、光学素子と開口部の設計を通じ、レーザー光を１本から複数本のレーザービームに変えて、迅速かつ正確に被測定物をスキャンできる、非接触式表面輪郭走査装置を提供することにある。

本考案のさらに別の目的は、第１レシーバ部材と演算装置の設計により、物体が反射するレーザー光を受け取り、三角測量法で該被測定物の輪郭を構築できる、非接触式表面輪郭走査装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本考案の非接触式表面輪郭走査装置は主に、少なくとも１つのレーザー光生成装置と、少なくとも１つの第１レシーバ部材を含み、レーザー光で被測定物をスキャンするために用いられ、該レーザー光生成装置上に少なくとも１つの光学素子が設置され、該光学素子が複数の開口部を含み、かつ該開口部の間隔幅が０.３マイクロメートル(μｍ)〜１０ミリメートル(ｍｍ)であり、該第１レシーバ部材から該被測定物までの垂直高さが４０ミリメートル(ｍｍ)〜５０００ミリメートル(ｍｍ)であり、かつ該被測定物が該第１レシーバ部材へ反射するレーザー光の挟角が１０度〜８５度であり、該第１レシーバ部材の傍に該第１レシーバ部材にデータ接続された演算装置が設置され、三角測量法で該被測定物の輪郭を構築するために用いられ、レーザー光生成装置がレーザー光を発射して光学素子上の開口部を通過させ、レーザー光を１本から複数本のレーザービームに変え、被測定物のスキャンが完了したとき、第１レシーバ部材が複数組の立体データを一度に取得し、三角測量法で該被測定物の輪郭を構築することができる。

上述の技術により、従来の線形光学式三角測量システムに存在する線形光源の拡がりが大きく、かつ物体を完全にスキャンしても単一の立体データしか取得できない問題を解決でき、本考案は上述の利点のような実用的進歩性を達成することができる。

本考案の最良の実施例の構造を示す概略図である。本考案の最良の実施例の実施を示す概略図１である。本考案の最良の実施例の実施を示す概略図２である。本考案の最良の実施例の実施を示す概略図３である。本考案の別の最良の実施例の構造を示す概略図である。本考案のさらに別の最良の実施例の構造を示す概略図である。

上述の目的及び効果を達するため、本考案の採用する技術的手段及び構造について、以下で図面と本考案最良の実施例を組み合わせ、その特徴と機能を完全に理解できるように詳細に説明する。

図１の本考案の最良の実施例の構造を示す概略図を参照する。この図からはっきりと分かるように、本考案は、少なくとも１つのレーザー光生成装置１と、少なくとも１つの光学素子１１と、少なくとも１つの第１レシーバ部材２と、演算装置３と、ステージ４と、を含み、
該レーザー光生成装置１がレーザー光で被測定物（図示しない）をスキャンするために用いられ、
少なくとも１つの該光学素子１１が該レーザー光生成装置１上に設置され、該光学素子１１が複数の開口部１１１を含み、かつ該開口部１１１の間隔幅ｄが０.３マイクロメートル(μｍ)〜１０ミリメートル(ｍｍ)であり、該レーザー光を点光源から線光源に変えるために用いられ、
該第１レシーバ部材２がズームレンズまたは単焦点レンズのいずれかであり、該第１レシーバ部材２から該被測定物（図示しない）までの垂直高さＺが４０ミリメートル(ｍｍ)〜５０００ミリメートル(ｍｍ)であり、かつ該被測定物（図示しない）が該第１レシーバ部材２までレーザー光を反射する挟角Θが１０度〜８５度であり、
該演算装置３が該第１レシーバ部材２の傍に設置され、かつ該第１レシーバ部材２とデータ接続され、三角測量法で該被測定物（図示しない）の輪郭を構築するために用いられ、該演算装置３の傍に該演算装置３とデータ接続された表示装置３１が設置され、
該ステージ４が該レーザー光生成装置１の下方に設置され、該被測定物（図示しない）を置くために用いられる。該ステージ４は底部の位置に該ステージ４を移動させるための第１移動部材４１が設置される。

同時に図１の本考案の最良の実施例の構造を示す概略図から図４の実施を示す概略図３までを参照する。これらの図からはっきりと分かるように、レーザー光生成装置１はレーザー光を発射し、光学素子１１が回折格子であり、光学素子１１上の開口部１１１相互の間隔幅が固定された間隔幅であって、該レーザー光を回折する。レーザー光が光学素子１１上の開口部１１１を通過すると１本から複数本のより細長いレーザー光に変わり、レーザー光生成装置１下方に位置する被測定物５へ照射される。被測定物５はステージ４上に置かれ、該ステージ４はトレイで、第１移動部材４１はスライドレールであり、該第１移動部材４１はステージ４を二次元の平面内で自由に移動させ、被測定物５全体を１本から複数本のレーザー光により完全にスキャンさせることができる。光学素子１１を使用する利点は、複数本のレーザー光で被測定物５を１回スキャンすることで、複数の立体データを取得できることにある。レーザー光が被測定物５に照射された後、第１レシーバ部材２に反射される。第１レシーバ部材２はズームレンズまたは単焦点レンズのいずれかであり、信号が微弱な光源を受け取り、受け取ったレーザー光データを演算装置３に伝送して処理させる。レーザー光が被測定物５に照射されると、被測定物５表面に高さの落差がある影響を受けて、第１レシーバ部材２に反射されるレーザー光に偏移を生じさせる。該演算装置３はコンピューターであり、第１レシーバ部材２が受け取ったレーザー光データを三角測量法で該被測定物５の輪郭を構築し、かつ被測定物５の輪郭を表示装置３１に表示して使用者が閲覧できるようにする。

さらに、開口部１１１の間隔幅ｄは０.３マイクロメートル(μｍ)〜１０ミリメートル(ｍｍ)、第１レシーバ部材２から被測定物５までの垂直高さＺは４０ミリメートル(ｍｍ)〜５０００ミリメートル(ｍｍ)、被測定物５が第１レシーバ部材２までレーザー光を反射する挟角Θは１０度〜８５度であり、この条件下で被測定物５から第１レシーバ部材２まで反射されるレーザー光のエネルギーを充分に確保でき、提供する被測定物５の立体データがリアリティを損ないにくく、演算装置３に正確に該被測定物５の輪郭を構築させることができる。

図５に本考案の別の最良の実施例の構造を示す概略図を示す。この図からはっきりと分かるように、本実施例の第１移動部材４１上に少なくとも１つの第２レシーバ部材６が可動的に設置され、該第２レシーバ部材６はズームレンズまたは単焦点レンズのいずれかである。該第２レシーバ部材６の上方の位置に少なくとも１つの反射部材７が設置され、本実施例の反射部材７はミラーを例としている。かつ第１レシーバ部材２の上方の位置に少なくとも１つの第２移動部材８が設置され、該第２移動部材８はスライドレールである。これにより、レーザー光生成装置１及び第１レシーバ部材２は該第２移動部材８上に可動的に設置され、レーザー光生成装置１と第１レシーバ部材２をそれぞれ第２移動部材８により一定高さで二次元の平面内で自由に移動させることができ、かつステージ４と第２レシーバ部材６も同様に第１移動部材４１により二次元の平面内で自由に移動させることができるため、レーザー光生成装置１、第１レシーバ部材２、ステージ４、第２レシーバ部材６は任意に位置を変えることができ、かつ第１レシーバ部材２と被測定物５の間の傾斜角度が変えられ、被測定物５をスキャンするときの利便性が高められる。さらに、第２レシーバ部材６の位置が該第１レシーバ部材２の位置より低く、レーザー光生成装置１が被測定物５に対してレーザー光を発射すると、レーザー光が被測定物５に照射された後第１レシーバ部材２及び反射部材７に反射され、反射部材７がレーザー光を再び第２レシーバ部材６に反射し、第１レシーバ部材２と第２レシーバ部材６のいずれにも被測定物５の立体データを取得させることができ、使用者は第１レシーバ部材２及び第２レシーバ部材６が取得した立体データを統合し、被測定物５の立体データをより正確にすることができる。かつ該ステージ４上に被測定物５を旋回させるために用いる軸体４２を定義し、被測定物５のスキャン時に死角が発生しないようにする。

以上の説明は本考案の最良の実施例を示したものであり、これによって本願実用新案登録請求の範囲に記載の考案が限定されることはなく、本考案の明細書及び図面の内容を運用した簡易な修飾及び同等効果の構造変化はいずれも本考案の範囲内に含まれる。

従って、全部の図面に示すように、本考案の使用時は従来の技術と比較して次の利点が存在する。
一、レーザー光生成装置１の設計により、拡がりが極めて小さく、輝度が高い光源を生成して被測定物５をスキャンすることができる。
二、光学素子１１及と開口部１１１の設計を通じ、レーザー光を１本から複数本のレーザービームに変えて、迅速かつ正確に被測定物５をスキャンすることができる。
三、第１レシーバ部材２と演算装置３の設計により、物体が反射するレーザー光を受け取り、三角測量法で該被測定物５の輪郭を構築できる。
四、第２レシーバ部材６と反射部材７の設計により、第２レシーバ部材６で第１レシーバ部材２を補助して被測定物５の立体データを受け取り、統合を経た後の被測定物５の立体データをより正確にすることができる。
五、第１移動部材４１と第２レシーバ部材６の設計を通じ、レーザー光生成装置１、第１レシーバ部材２、ステージ４、第２レシーバ部材６の位置を任意に変えて、被測定物５をスキャンする際の利便性を向上できる。
六、軸体４２の設計を通じ、被測定物５のスキャン時に死角を生じない。

上述をまとめると、本考案の非接触式表面輪郭走査装置は使用時にその効果と目的を確実に達成することができるため、本考案は実用性に優れた創作であり、実用新案登録の出願要件を満たしているため、法に基づきここに出願を提出するものであり、審査官におかれては早期に本考案を批准していただき、考案者の創作努力を保障していただけるよう期待するものである。

１レーザー光生成装置
１１光学素子
１１１開口部
２第１レシーバ部材
３演算装置
３１表示装置
４ステージ
４１第１移動部材
４２軸体
５被測定物
６第２レシーバ部材
７反射部材
８第２移動部材
ｄ間隔幅
Ｚ高さ
Θ 挟角

Claims

非接触式表面輪郭走査装置であって、主に、レーザー光生成装置と、少なくとも１つの光学素子と、少なくとも１つの第１レシーバ部材と、演算装置と、を含み、該レーザー光生成装置がレーザー光で被測定物をスキャンするために用いられ、該少なくとも１つの光学素子がレーザー光生成装置上に設置され、複数の開口部を含み、かつ該開口部の間隔幅が０.３マイクロメートル(μｍ)〜１０ミリメートル(ｍｍ)であり、該少なくとも１つの第１レシーバ部材から該被測定物までの垂直高さが４０ミリメートル(ｍｍ)〜５０００ミリメートル(ｍｍ)であり、かつ該被測定物が該第１レシーバ部材にレーザー光を反射する挟角が１０度〜８５度であり、該演算装置が該第１レシーバ部材の傍に設置され、かつ該第１レシーバ部材とデータ接続され、三角測量法で該被測定物の輪郭を構築する、ことを特徴とする、非接触式表面輪郭走査装置。
前記レーザー光生成装置の下方に該被測定物を配置するステージが設置され、該ステージの底部に該ステージを移動させる第１移動部材が設置され、該被測定物を旋回させるための軸体が定義され、また該第１移動部材上に少なくとも１つの第２レシーバ部材が設置され、該第２レシーバ部材の位置が該第１レシーバ部材の位置より低く、該第２レシーバ部材の上方の位置に、該第２レシーバ部材にレーザー光を反射する少なくとも１つの反射部材が設置されたことを特徴とする、請求項１に記載の非接触式表面輪郭走査装置。
前記第１レシーバ部材の上方の位置に、該第１レシーバ部材を移動させる少なくとも１つの第２移動部材が設置されたことを特徴とする、請求項１に記載の非接触式表面輪郭走査装置。