TW201323973A - 光譜共焦量測系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種光譜共焦量測系統。該系統包括多個模組用於選擇一種量測類型；根據上述選擇的量測類型，用戶在待量測物體的影像內選擇的一個或者兩個影像點，及根據預先設定的取點間距，利用所述光譜共焦設備在待量測物體上取點，並計算所取的每個點的Z軸座標；及儲存上述每個點的Z軸座標。

Description

光譜共焦量測系統及方法

本發明涉及一種量測系統及方法，尤其是關於一種光譜共焦量測系統及方法。

影像量測是目前精密量測領域中最廣泛使用的量測方法，該方法不僅精度高，而且量測速度快。影像量測可以用於零件或者部件的尺寸誤差和形位誤差等的測量，對保證產品品質起著重要的作用。

一般而言，在影像測量過程時，由於零件或者部件表面不同的部位可能高低不平，如凹槽的底部跟邊緣位置，在量測該不同的部位時，通常都需要進行對焦，使得該部位到鏡頭的距離等於焦距。能否準確的對焦，對保證測試的精度起著重要的作用。傳統的影像量測方法為：在一定範圍內移動電荷耦合裝置（charge coupled device，CCD）鏡頭，並不斷獲取待量測部位的影像，然後根據獲取的影像計算出CCD鏡頭的焦點位置，再將CCD鏡頭移到該焦點位置進行影像獲取及量測。如此量測方法不僅浪費時間，而且所計算出來的焦點位置也不一定準確。

鑒於以上內容，有必要提出一種光譜共焦量測系統及方法，其可以對量測區域快速量測並獲取量測點座標，實現精確對焦。

所述之光譜共焦量測系統應用於控制設備中。該控制設備與影像量測機台相連。所述影像量測機台包括CCD鏡頭及光譜共焦設備。所述CCD鏡頭用於獲取待量測物體的影像。所述光譜共焦量測系統包括：選擇模組，用於選擇量測類型；采點量測模組，用於根據上述選擇的量測類型、用戶在待量測物體的影像內選擇的一個或者兩個影像點及預先設定的取點間距，控制所述光譜共焦設備在待量測物體上取點，並計算所取的每個點的Z軸座標；及儲存模組，用於儲存上述每個點的Z軸座標。

所述之光譜共焦量測方法運行於控制設備中。該控制設備與影像量測機台相連。所述影像量測機台包括CCD鏡頭及光譜共焦設備。所述CCD鏡頭用於獲取待量測物體的影像。所述光譜共焦量測方法包括：選擇一種量測類型；根據上述選擇的量測類型、用戶在待量測物體的影像內選擇的一個或者兩個影像點及預先設定的取點間距，控制所述光譜共焦設備在待量測物體上取點，並計算所取的每個點的Z軸座標；及儲存上述每個點的Z軸座標。

相較於習知技術，本發明所提供的光譜共焦量測系統及方法利用光譜共焦技術，能對量測區域快速量測並獲取量測點座標，實現精確對焦。

參閱圖1所示，係本發明光譜共焦量測系統較佳實施例的應用環境圖。該光譜共焦量測系統10應用於控制設備1中，所述控制設備1可以是電腦、伺服器等。該控制設備1還包括處理單元11，及儲存單元12。

控制設備1與一台影像量測機台2通訊連接。該影像量測機台2包括CCD鏡頭20、光譜共焦設備21，立柱22及載物台23。所述CCD鏡頭20及光譜共焦設備21安裝在立柱22上。該立柱22垂直於載物台23，並且可以沿著X、Y、Z方向移動。該X、Y、Z方向是指影像量測機台2的機械座標系中的X軸方向，Y軸方向及Z軸方向。載物台23上放置有待量測的工件（未圖示）。所述CCD鏡頭20用於獲取待量測工件的影像，並傳輸給控制設備1以對待量測工件進行影像量測。光譜共焦設備21用於在待量測工件上采點、量測，以計算出待量測工件上各個點的焦點位置。該光譜共焦設備包括控制器210及感測器211。所述控制器210內儲存有不同型號的感測器211的補償資料。所述補償資料是指使得光譜共焦設備21發出的一束多色光（呈白色），在經過感測器211中系列光鏡組發生光譜反射後，所形成的各個單色光的波長都對應一個到被測物體（如待量測工件）的距離值。該補償資料在光譜共焦設備21出廠前就儲存到該控制器210中。

所述光譜共焦量測系統10包括多個功能模組（詳見圖2），用於透過CCD鏡頭20獲取的待量測工件的影像，利用該影像選擇對焦點、量測點、量測線及量測面等，並利用光譜共焦設備21在待量測工件上采點、量測，以計算出對焦點的焦點位置，量測點、量測線及量測面的座標等資料。本實施例中，所述功能模組是指完成特定功能的各個程式段。

所述處理單元11用於執行所述光譜共焦量測系統10中各個程式段的程式碼，以實現光譜共焦量測系統10的中各功能模組的功能（詳見圖3中描述）。

所述儲存單元12用於儲存所述光譜共焦量測系統10中各個程式段的程式碼。該儲存單元12可以為智慧媒體卡（smart media card）、安全數位卡（secure digital card）、快閃記憶體卡（flash card）等儲存設備。

參閱圖2所示，係本發明光譜共焦量測系統10較佳實施例的功能模組圖。該光譜共焦量測系統10包括選擇模組100、獲取模組101、設定模組102、判斷模組103、采點量測模組104、對焦模組105、及儲存模組106。以下結合圖3說明模組100~106的功能。

參閱圖3所示，係本發明光譜共焦量測方法較佳實施例的方法流程圖。根據不同的需求，該圖3所示流程圖中步驟的順序可以改變，某些步驟可以省略。

步驟S1，用戶透過選擇模組100選擇感測器211的型號。感測器211包括2400系列，2401系列，2402系列等。每個系列又包括不同的型號，如2401-0.12、2401-0.4、2401-1、2401-3、2401-10等。不同型號的感測器211在線性量程、量程起點、光斑直徑、絕對誤差、解析度等方面存在差異，因此，為了能使光譜共焦設備21發出的多色光（呈白色），在經過各個型號的感測器211中的系列光鏡組發生光譜反射後，所形成的各個單色光的波長都能對應一個到被測物體（如待量測工件）的距離值，因此需要對不同型號的感測器211進行補償。

步驟S2，獲取模組101根據上述用戶選擇的感測器211的型號，從控制器210中獲取該種型號感測器211的補償資料。如上所述，感測器211的補償資料為光譜共焦設備21生產商所提供。在每個光譜共焦設備21出廠前，生產商會將各種類型感測器211的補償資料儲存到控制器210中。

步驟S3，用戶透過設定模組102設定感測器211的量測參數。本實施例中，所述量測參數包括，但不限於，取點頻率及光強亮度等。

步驟S4，用戶透過選擇模組100選擇量測類型。所述量測類型包括對焦、量測點、量測線、量測面等。

步驟S5，判斷模組103根據用戶選擇的量測類型，判斷當前是否要進行對焦操作或者量測點操作。若當前是要進行對焦操作或者量測點操作，則流程進入步驟S6。否則，若當前不是要進行對焦操作或者量測點操作，則流程進入步驟S12。

在步驟S6中，采點量測模組104接收用戶在待量測物體的影像內選擇的一個影像點。所述待量測物體的影像是CCD鏡頭20獲取並傳輸給光譜共焦量測系統10的。

步驟S7，采點量測模組104控制光譜共焦設備21移動，使其移動到該影像點在待測物體上對應位置的正上方。光譜共焦設備21的移動是由立柱22的移動所帶動的。所述正上方是指光譜共焦設備21與影像點在待測物體上對應位置具有相同的X軸座標、Y軸座標，以及不同的Z軸座標。

步驟S8，采點量測模組104利用光譜共焦設備21在待量測物體上取點，並計算該點的Z軸座標。所述光譜共焦設備21發出的多色光（呈白色），在經過感測器211中的系列光鏡組發生光譜反射後，形成一系列波長不同的單色光，同時再將各單色光同軸聚焦，由此在有效量程範圍內形成了一個焦點組，每一個焦點的單色光波長都對應著一個軸向位置。在待量測物體表面聚焦（即在待量測物體上取的點）的單色光又被反射到控制器210，利用控制器210內的光譜分析儀可確定該反射光的波長，從而確定了待量測物體的Z軸座標。根據該Z軸座標及已知的X軸座標和Y軸座標可以確定該待量測物體的位置。

步驟S9，對焦模組105根據用戶於步驟S4中選擇的量測類型判斷是否需要對在待量測物體上所取的點進行對焦。如果用戶於步驟S4中選擇的量測類型是對焦，則對焦模組105判斷需要對在待量測物體上所取的點進行對焦，則流程進圖步驟S10。否則，如果用戶於步驟S4中選擇的量測類型是量測點，則對焦模組105判斷不需要對在待量測物體上所取的點進行對焦，則流程進圖步驟S11。

步驟10，對焦模組控制CCD鏡頭20移動，使其移動到在待量測物體上所取的點的焦點位置。CCD鏡頭20的移動是由立柱22的移動所帶動的。在待量測物體上所取的點的焦點位置是指上述計算出來的Z軸座標加上CCD鏡頭20的工作距離。所述CCD鏡頭20的工作距離是CCD鏡頭20固有的參數。

步驟S11，儲存模組106儲存上述計算得到的在待量測物體上所取的點的Z軸座標。

在步驟S5中，若用戶選擇的量測類型不是對焦或者量測點，則執行步驟S12，判斷模組103繼續判斷所選擇的量測類型是不是量測線或者量測面。若所選擇的量測類型是量測線或者量測面，則流程進入步驟13。否則，若所選擇的量測類型不是量測線或者量測面，則流程結束。

在步驟S13中，采點量測模組104接收用戶設定的取點間距。其中，若量測類型是量測線，則所述的取點間距為橫向取點間距，若量測類型是量側面，則所述的取點間距包括橫向取點間距及縱向取點間距。

步驟S14，采點量測模組104接收用戶在待量測物體的影像中選擇的量測起始點及量測結束點。

步驟S15，采點量測模組104控制光譜共焦設備21移動，使其移動到量測起始點在待量測物體上對應位置的正上方。

步驟S16，采點量測模組104利用光譜共焦設備21根據上述量測起始點及量測結束點以及取點間距，在待量測物體上取點，並計算每個點的Z軸座標。然後執行步驟S11，儲存模組106儲存上述計算得到的在待量測物體上所取的每個點的Z軸座標。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅爲本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例爲限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

1．．．控制設備

10．．．光譜共焦量測系統

11．．．處理單元

12．．．儲存單元

2．．．影像量測機台

20．．．CCD鏡頭

21．．．光譜共焦設備

210．．．控制器

211．．．感測器

22．．．立柱

23．．．載物台

100．．．選擇模組

101．．．獲取模組

102．．．設定模組

103．．．判斷模組

104．．．采點量測模組

105．．．對焦模組

106．．．儲存模組

圖1係本發明光譜共焦量測系統較佳實施例的應用環境圖。

圖2係本發明光譜共焦量測系統較佳實施例的功能模組圖。

圖3係本發明光譜共焦量測方法較佳實施例的方法流程圖。

10．．．光譜共焦量測系統

100．．．選擇模組

101．．．獲取模組

102．．．設定模組

103．．．判斷模組

104．．．采點量測模組

105．．．對焦模組

106．．．儲存模組

Claims (10)

1. 一種光譜共焦量測系統，應用於控制設備中，該控制設備與影像量測機台相連，所述影像量測機台包括CCD鏡頭及光譜共焦設備，所述CCD鏡頭用於獲取待量測物體的影像，所述光譜共焦量測系統包括：
   選擇模組，用於選擇量測類型；
   采點量測模組，用於根據上述選擇的量測類型、用戶在待量測物體的影像內選擇的一個或者兩個影像點及預先設定的取點間距，控制所述光譜共焦設備在待量測物體上取點，並計算所取的每個點的Z軸座標；及
   儲存模組，用於儲存上述每個點的Z軸座標。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光譜共焦量測系統，其中，所述的量測類型包括對焦、量測點、量測線、或者量測面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光譜共焦量測系統，其中，所述采點量測模組在量測類型為對焦或量測點時，接收用戶在待量測物體的影像內選擇的一個影像點；在量測類型為量測線或量測面時，接收用戶在待量測物體的影像內選擇的兩個影像點，該兩個影像點為量測起始點及量測結束點。
4. 如申請專利範圍第2項所述之光譜共焦量測系統，其中，當所述量測類型為對焦時，該系統還包括：
   對焦模組，用於控制CCD鏡頭移動，使該CCD鏡頭移動到在待量測物體上所取的點的焦點位置，該焦點位置是指待量測物體上所取的點的Z軸座標加上該CCD鏡頭預設的工作距離。
5. 如申請專利範圍第2項所述之光譜共焦量測系統，其中，當量測類型為量測線時，所述取點間距為橫向間距，或者當量測類型為量測面時，所述取點間距為橫向間距與縱向間距。
6. 一種光譜共焦量測方法，運行於控制設備中，該控制設備與影像量測機台相連，所述影像量測機台包括CCD鏡頭及光譜共焦設備，所述CCD鏡頭用於獲取待量測物體的影像，所述光譜共焦量測方法包括：
   選擇步驟：選擇一種量測類型；
   采點量測步驟：根據上述選擇的量測類型、用戶在待量測物體的影像內選擇的一個或者兩個影像點及預先設定的取點間距，控制所述光譜共焦設備在待量測物體上取點，並計算所取的每個點的Z軸座標；及
   儲存步驟：儲存上述每個點的Z軸座標。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光譜共焦量測方法，其中，所述的量測類型包括對焦、量測點、量測線、或者量測面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光譜共焦量測方法，其中，所述采點量測步驟包括：
   當量測類型為對焦或量測點時，接收用戶在待量測物體的影像內選擇的一個影像點；
   當量測類型為量測線或量測面時，接收用戶在待量測物體的影像內選擇的兩個影像點，該兩個影像點為量測起始點及量測結束點。
9. 如申請專利範圍第7項所述之光譜共焦量測方法，其中，當所述量測類型為對焦時，該方法還包括：
   對焦步驟：控制CCD鏡頭移動，使該CCD鏡頭移動到在待量測物體上所取的點的焦點位置，該焦點位置是指待量測物體上所取的點的Z軸座標加上該CCD鏡頭預設的工作距離。
10. 如申請專利範圍第7項所述之光譜共焦量測方法，其中，當量測類型為量測線時，所述取點間距為橫向間距，或者當量測類型為量測面時，所述取點間距為橫向間距與縱向間距。