TW201403020A - 三維量測系統 - Google Patents

Abstract

一種三維量測系統包含測量平臺、投影模組、取像模組以及控制單元。測量平臺用以承載一待測物體。投影模組包含發光單元、遮光轉盤、光柵單元以及光反射環型結構。發光單元大致位於該測量平臺之一垂直軸線上並用以產生一光線。遮光轉盤設置於該發光單元與該待測物體之間，該遮光轉盤上開設有一孔洞，隨著該遮光轉盤轉動，藉此通過孔洞之光線依時序形成複數個區段光線。光柵單元用以將通過該孔洞各區段光線轉換為複數個條紋光線。光反射環型結構用以將該些條紋光線分別反射至該待測物體上。

Description

三維量測系統

本發明是有關於一種三維量測系統，且特別是有關於一種三維量測系統中的光學投影設置。

近年來由於元件尺寸縮小，發展出許多自動化高精度檢測設備，用來檢測電子元件的外觀、線路連接、對位關係等是否妥善。其中如自動錫膏檢測機(Solder Paste Inspection,SPI)便利用了三維量測技術，已被廣泛採用在產線上精確量測基板上的錫膏尺寸，以作為印刷電路板製程管控的一個必要工具。

在量測待測物件的三維形狀的方法中，習知常見的量測方法如採用摩爾紋(Moire Pattern)投射，利用投影模組將條紋圖案光線投射至待測物件上，更進一步基於相位平移法，由待測物件反射的影像而得到待測物件的三維形狀。

根據該相位平移法，先取得複數個在條紋圖案光線下的反射影像，並且在考慮條紋圖案光線之形式及量測平面的高度情況下，該等反射影像可被分析以得知待測物件的三維形狀。

同時，為因應業界的應用需求，SPI相關技術也持續改善。例如，部份習知的做法中係由多個投射角度依序產生條紋圖案光線，並分別投射至待測物體上，並對應地由反射影像而得到待測物件的三維形狀，藉此，追求更快的量測速度以及更高的量測精確度。

一般來說，產生多個投射角度之條紋圖案光線的方式主要包含同時設置多個投影模組以及單一投影模組搭配光路切換結構。

其中，在不同角度上設置多個投影模組以產生相異入射角的多個條紋圖案光線，其實現方式簡單且操作容易，然而，此種習知作法，須要在同一三維影像量測裝置須同時設置有多組投影模組，各自須具備發光源、光柵單元、投影透鏡等內部元件。如此一來，將形成額外的製造成本，且多個投影模組可能佔用額外裝置空間。

另一方面，部份習知作法以單一投影模組搭配光路切換結構解決前述問題，請參閱第1圖以及第2圖，第1圖繪示目前習知的三維量測系統100及其所採用的光路切換結構的示意圖。

如第1圖所示，習知的三維量測系統100其投射模組的發光源120產生光線L0，光線L0照射至旋轉反射鏡140上，其旋轉反射鏡140可被轉動於不同位置，例如當旋轉反射鏡140轉動至第一位置P1時，光線L0被折射往左側的第一光路L1，隨後經折射至待側物體200上。例如當旋轉反射鏡140轉動至第二位置P2時，光線L0被折射往右側的第二光路L2，隨後經折射至待側物體200上。第2圖繪示第1圖中的旋轉反射鏡140的結構示意圖。

然而，如第2圖所示，習知技術中旋轉反射鏡140為光路作用件同時又為機構移動件。然而，旋轉反射鏡140其反射鏡片在製程上可能存在光學誤差，且旋轉機構又可能存在機械偏移，因此，使旋轉反射鏡140存在雙重精度疑慮(光學精度與機械精度)，使得量測結果可能產生誤差 而失準。

請參閱第3圖以及第4圖，第3圖繪示三維量測系統100及其所採用另一種習知的光路切換結構142之示意圖。第4圖繪示第3圖中的光路切換結構142的結構示意圖。

如第3圖與第4圖所示，光路切換結構142具有斜面稜鏡144，藉由軌道改變斜面稜鏡144之位置來進行光路的切換，例如當斜面稜鏡144中滑動至第一位置P1時，光線L0被折射往左側的第一光路L1，隨後經折射至待側物體200上。例如當斜面稜鏡144滑動至第二位置P2時，光線L0被折射往右側的第二光路L2，隨後經折射至待側物體200上。同樣地，在斜面棱鏡144的光學打磨製程上可能存在光學偏移，且滑動機構又可能存在機械偏移，在上述習知方式下同樣具有雙重精度疑慮。

為解決習知技術之問題，本發明之是在提供一種三維量測系統，於其中一技術樣態中是藉由投影模組中的遮光轉盤相對旋轉，進而使光線通過遮光轉盤上之孔洞的區段光線隨時間朝向不同的方向，各區段光線經轉換為條紋光線後，經由固定的光反射結構將各條紋光線投射至待側物體上。或於另一技術態樣中，以多個發光二極體分別產生光線，各光線經轉換為條紋光線後，經由固定的光反射結構將各條紋光線投射至待側物體上。藉由上述技術態樣，可避免重複設置許多套投影模組，可節省製造成本與空 間。此外，在光反射結構將通過孔洞的條紋光線反射至待測物體的過程中，光反射結構為固定結構而非機構移動件。因此，本發明可避免雙重精度的問題，使量測誤差能夠盡可能降低，並獲得更精準的三維量測結果。

本揭示內容之一態樣是在提供一種三維量測系統，其包含測量平臺、投影模組、取像模組以及控制單元。其中，測量平臺用以承載一待測物體。投影模組包含發光單元、遮光轉盤、光柵單元以及光反射環型結構。發光單元用以產生一光線，該發光單元設置於該待測物體上方且大致位於該測量平臺之一垂直軸線上。遮光轉盤設置於該光源與該待測物體之間，且大致位於該垂直軸線上，該遮光轉盤上開設有一孔洞，隨著該遮光轉盤轉動該孔洞依時序位於相異的轉動位置，通過該孔洞之該光線藉此依時序形成複數個區段光線。光柵單元位於該遮光轉盤與該待測物體之間，用以將通過該孔洞各區段光線轉換為複數個條紋光線。光反射環型結構設置於該光柵單元與該待測物體之間，且環繞於該垂直軸線四周，用以將該些條紋光線分別反射至該待測物體上。取像模組用以擷取該待測物體於該些條紋光線下的複數個條紋影像。控制單元用以控制該投影模組以及該取像模組，並經由該些條紋影像量測該待測物體的三維形狀。投影模組可更進一步包含投影鏡組，投影鏡組可被設置於光柵單元以及光反射環型結構之間。

根據本發明之一實施例，該遮光轉盤大致平行該測量平臺並沿一旋轉軸線轉動，並且該旋轉軸線與該垂直軸線重合或平行於該垂直軸線。

根據本發明之一實施例，該光反射環型結構包含複數個平面反射鏡，該些平面反射鏡固定地環繞設置於該垂直軸線四周，且面向該垂直軸線。於此實施例中，隨著該遮光轉盤上該孔洞依時序轉動所產生的該些區段光線，轉換為該些條紋光線後係各自對應至其中一個平面反射鏡。

根據本發明之一實施例，該光反射環型結構包含一光反射環型腔體，該光反射環型腔體固定地環繞設置於該垂直軸線四周，且該光反射環型腔體之一反射面面向該垂直軸線。於此實施例中，隨著該遮光轉盤上該孔洞依時序轉動所產生的該些區段光線，轉換為該些條紋光線後係各自照射於該光反射環型腔體上的相異位置。

根據本發明之一實施例，該些區段光線相對該垂直軸線係向外側發散，而經該光反射環型結構反射後之該些條紋光線係向內側聚集並投射至該待測物體上。

根據本發明之一實施例，該投影模組更包含一光柵移動器用以水平移動該光柵單元，藉此形成該些條紋光線的各種相位角，該取像模組進一步擷取該待測物體於該些條紋光線之各種相位角下反射形成的該些條紋影像。

本揭示內容之另一態樣是在提供一種三維量測系統，其包含測量平臺、投影模組、取像模組以及控制單元。測量平臺用以承載一待測物體。投影模組包含基板、複數個發光二極體、光柵單元以及光反射環型結構。複數個發光二極體設置於該基板，每一該些發光二極體依時序分別用以產生一指向光線，該些發光二極體設置於該待測物體上方且大致環繞該測量平臺之一垂直軸線。光柵單元位於該 些發光二極體與該待測物體之間，用以將該些發光二極體產生該些指向光線轉換為複數個條紋光線。光反射環型結構設置於該光柵單元與該待測物體之間，且環繞於該垂直軸線四周，用以將該些條紋光線分別反射至該待測物體上。取像模組用以擷取該待測物體於該些條紋光線下的複數個條紋影像。控制單元用以控制該投影模組以及該取像模組，並經由該些條紋影像量測該待測物體的三維形狀。投影模組可更進一步包含投影鏡組，投影鏡組可被設置於光柵單元以及光反射環型結構之間。

根據本發明之一實施例，該光反射環型結構包含複數個平面反射鏡，該些平面反射鏡固定地環繞設置於該垂直軸線四周，且面向該垂直軸線。於此實施例中，該些發光二極體各自朝向其中一個平面反射鏡，該些發光二極體產生之該些指向光線，轉換為該些條紋光線後係各自投射至相對應的其中一個平面反射鏡。

根據本發明之一實施例，該光反射環型結構包含一光反射環型腔體，該光反射環型腔體固定地環繞設置於該垂直軸線四周，且該光反射環型腔體之一反射面面向該垂直軸線。於此實施例中，隨著該些發光二極體產生之該些指向光線，轉換為該些條紋光線後係各自照射於該光反射環型腔體上的相異位置。

根據本發明之一實施例，該些發光二極體產生之該些指向光線相對該垂直軸線係向外側發散，而經該光反射環型結構反射後之該些條紋光線係向內側聚集並投射至該待測物體上。

根據本發明之一實施例，該投影模組更包含一光柵移動器用以水平移動該光柵單元，藉此形成該些條紋光線的各種相位角，該取像模組進一步擷取該待測物體於該些條紋光線之各種相位角下反射形成的該些條紋影像。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參閱第5A圖以及第5B圖，其繪示根據本發明之一實施例中一種三維量測系統300的示意圖。如第5A圖所示，三維量測系統300包含測量載具320、投影模組340、取像模組360以及控制單元380。

測量載具320包含測量平臺322。測量平臺322用以承載待測物體400。於此實施例中，此外，如第5A圖、第5B圖所示，三維量測系統300中的可動部份310可相對待測物體400與測量載具320沿三維方向軸(如X,Y,Z等方向軸)移動，例如水平平移、旋轉或傾斜偏轉等，舉例來說，可動部份310包含投影模組340以及取像模組360(另可進一步包含環型輔助光源模組350)，藉此使三維量測系統300中的投影模組340與取像模組360分別投影/擷取待測物體 400上不同位置、不同相位或不同角度上的影像。其中，可動部份310中的投影模組340與取像模組360(以及環型輔助光源模組350)為彼此連動，當三維量測系統300的可動部份310相對移動時，投影模組340與取像模組360(以及環型輔助光源模組350)為同時一併移動。。

於此實施例中，待測物體400可包含基材404以及基材上的物件402，實際應用中，物件402可為基材404上的錫膏，亦可為線路或其它電子元件。本發明中的三維量測系統300可用以測量待測物體400中基材404及基材404上的各種物件402的三維形狀。以下為說明上的方便，以待測物體400代表基材404及基材404任意形狀的物件402。

如第5A圖所示，投影模組340包含發光單元342、遮光轉盤344、光柵單元346以及光反射環型結構348。此外，投影模組340可更進一步包含投影鏡組341，於此實施例中投影鏡組341可設置於光柵單元346以及光反射環型結構348之間，但本發明並不以此為限。

請一併參閱第6A圖，其繪示根據本發明之一實施例中投影模組340的結構示意圖。

如第5A圖及第6A圖所示，發光單元342用以產生一光線La，發光單元342設置於待測物體400上方且大致位於測量平臺322之垂直軸線AX1上。

須補充的是，本揭示文件所提及之垂直軸線AX1僅為方便說明本揭示文件中各結構的相對位置關係，並不用以 限定本案的實際元件配置，例如，於此例中，垂直軸線AX1可為測量平臺322之中軸線(位於測量平臺322中央且與測量平臺322垂直)，但本發明並不以此為限。於另一實施例中，垂直軸線AX1亦可位於測量平臺322其他位置，或與測量平臺322之中軸線夾一特定角度。

遮光轉盤344設置於發光單元342與待測物體400之間，且大致位於垂直軸線AX1上，遮光轉盤344上開設有孔洞345。於此實施例中，投影模組340進一步包含轉動機構343用以轉動遮光轉盤344。

於此實施例中，遮光轉盤344大致平行測量平臺322並沿一旋轉軸線轉動，於此實施例中，旋轉軸線與垂直軸線AX1重合，但本發明並不此以為限，旋轉軸線亦可平行於垂直軸線AX1。

隨著遮光轉盤344在轉動機構343的驅動下旋轉，進貳轉動孔洞345依時序位於相異的轉動位置，通過孔洞345之光線La藉此依時序形成複數個區段光線Lb。如第5A圖所示，當孔洞345轉動至左側時，通過孔洞345之光線La藉此依時序形成第5A圖中投射往左側的區段光線Lb。另一方面，如第5B圖所示，當孔洞345轉動至右側時，通過孔洞345之光線La藉此依時序形成第5B圖中投射往右側的區段光線Lb。

於此實施例中，因孔洞345之位置隨著時間改變，使發光單元342產生之光線隨時序形成多個區段光線Lb，且於此實施例中，區段光線Lb相對垂直軸線AX1大致向外 側發散。

光柵單元346位於遮光轉盤344與待測物體400之間，其中，光柵單元346可為具有條紋的透光鏡片，上述條紋彼此間隔固定的柵距。光柵單元346用以將通過孔洞345各區段光線Lb轉換為複數個條紋光線Lc(如第6A圖所示)。

於此實施例中，投影模組340可進一步包含光柵移動器347，光柵移動器347用以水平移動光柵單元346，藉此形成該些條紋光線Lc的各種相位角，隨後，取像模組360可進一步擷取待測物體400於該些條紋光線Lc之各種相位角下反射形成的多個條紋影像，其動作細節係為相位移法進行三維量測的作動原理，為習知技藝之人所熟知，在此不另贅述。

此外，投影模組340中的投影鏡組341包含實際應用時光學投影所須的透鏡組合，例如凸透鏡與平光透鏡等，於此實施例中投影鏡組341可設置於光柵單元346以及光反射環型結構348之間，但本發明並不以此為限，實際應用中，投影鏡組341的設置位置與透鏡組成可因整體設計考量而有所不同，此為習知技藝之人所熟知。

於此實施例中，光反射環型結構348設置於光柵單元346與待測物體400之間，且環繞於垂直軸線AX1四周，用以將依時序不同而具有不同角度的該些條紋光線Lb(如第5A圖與第5B圖中分別往左右兩側投射的條紋光線Lb)分別反射至待測物體400上。也就是說，原先區段光線Lb 相對垂直軸線AX1大致向外側發散，經轉換為複數個條紋光線Lc仍大致向外側發散，經光反射環型結構348反射後之條紋光線Ld(如第6A圖所示)係向內側聚集並投射至待測物體400上。

取像模組360用以擷取待測物體400於反射後的該些條紋光線Ld下的多個條紋影像。控制單元380用以控制投影模組340以及取像模組360，並經由條紋影像量測待測物體400的三維形狀。

須特別說明的是，本揭示文件中所稱之光反射環型結構348並非僅限於一體成型的單一環型元件。請參閱第6A至第6C圖，其分別繪示根據本發明中三個相異實施例中投影模組340及其光反射環型結構348的示意圖。

首先，於第6A圖之實施例中，光反射環型結構348包含三面平面反射鏡349，三面平面反射鏡349固定地環繞設置於垂直軸線AX1四周，且其反射面皆面向垂直軸線AX1。經光反射環型結構348反射後之條紋光線Ld，係向內側聚集並投射至待測物體400上。

於第6A圖之實施例中，隨著遮光轉盤344上孔洞345依時序轉動(例如轉動到0度、120度以及240度等位置)所產生的區段光線Lb，轉換為條紋光線Lc後係各自對應至其中一個平面反射鏡349。

本發明之光反射環型結構348並不以三個平面反射鏡349為限，請參見第6B圖，其繪示根據本發明之另一實施例中投影模組340的結構示意圖。於第6B圖之實施例中， 光反射環型結構348包含四面平面反射鏡349，固定地環繞設置於垂直軸線AX1四周，且其反射面皆面向垂直軸線AX1。隨著遮光轉盤344上孔洞345依時序轉動(例如轉動到0度、90度、180度以及270度等位置)所產生的區段光線Lb，轉換為條紋光線Lc後係各自對應至其中一個平面反射鏡349。

也就是說，本發明的光反射環型結構348可由複數個平面反射鏡349環繞設置而組成，且不限於特定數目的平面反射鏡349。

本發明的光反射環型結構348並不以複數個平面反射鏡349組成為限，請參見第6C圖，其繪示根據本發明之再一實施例中投影模組340的結構示意圖。於第6C圖之實施例中，該光反射環型結構348包含一光反射環型腔體349a，光反射環型腔體349a固定地環繞設置於垂直軸線AX1四周，且光反射環型腔體349a之反射面面向垂直軸線AX1。隨著遮光轉盤344上孔洞345依時序轉動時，產生的區段光線Lb，轉換為該些條紋光線Lc後係各自照射於光反射環型腔體349a上的相異位置，而經光反射環型結構349a反射後之條紋光線Ld係向內側聚集並投射至待測物體400上。

此外，如第5A圖、第5B圖、第6A圖以及第6B圖所示，三維量測系統300可更進一步包含環型輔助光源模組350，環型輔助光源模組350可包含多個發光單元352，第6A圖以及第6B圖中繪示環型輔助光源模組350包含四個 發光單元352，但本發明並不以此為限。於實際應用中，環型輔助光源模組350可包含兩個、三個或四個以上的發光單元352。多個發光單元352以環型方式設置並面向待測物體400，可由不同角度提供光線至待測物體400上。

綜上所述，藉由投影模組中的遮光轉盤相對旋轉，進而使光線通過遮光轉盤上之孔洞的區段光線隨時間朝向不同的方向，各區段光線經轉換為條紋光線後，經由固定的光反射結構將各條紋光線投射至待側物體上。藉此，可避免重複設置許多套投影模組，可節省製造成本與空間。此外，在光反射結構將通過孔洞的條紋光線反射至待測物體的過程中，光反射結構為固定結構而非機構移動件。因此，本發明可避免雙重精度的問題，使量測誤差能夠盡可能降低，並獲得更精準的三維量測結果。

此外，本發明的三維量測系統其投影模組並不限定於設置有前述實施例中的遮光轉盤。

請參閱第7圖以及第8圖，第7圖繪示根據本發明之另一實施例中一種三維量測系統500的示意圖。

如第7圖所示，三維量測系統500包含測量載具520、投影模組540、取像模組560以及控制單元580。測量載具520包含測量平臺522。測量平臺522用以承載待測物體400。投影模組540包含基板541、複數個發光二極體542、光柵單元546以及光反射環型結構548。此外，投影模組540可更進一步包含投影鏡組541，於此實施例中投影鏡組541可設置於光柵單元546以及光反射環型結構548之間，但本發明並不以此為限。

請參閱第8圖，其繪示根據本發明其中一實施例中三維量測系統500之投影模組540的結構示意圖。投影模組540所包含的複數個發光二極體542(於第8圖之實施例中為四個發光二極體542)設置於基板541，每一發光二極體542依時序分別用以產生指向光線(directional light)Le，發光二極體542設置於待測物體400上方且大致環繞測量平臺522之垂直軸線AX1。光柵單元546位於發光二極體542與待測物體400之間，用以將該些發光二極體542分別產生之該些指向光線Le轉換為複數個條紋光線Lc。光反射環型結構548設置於光柵單元546與待測物體400之間，且環繞於垂直軸線AX1四周，用以將反射條紋光線Lc，隨後，經反射後的條紋光線Ld投射至待測物體400上。取像模組580用以擷取待測物體400於該些條紋光線Ld下的複數個條紋影像。控制單元用以控制投影模組540以及取像模組560，並經由該些條紋影像量測待測物體400的三維形狀。

於第8圖之實施例中，光反射環型結構548包含四面平面反射鏡549，固定地環繞設置於垂直軸線AX1四周，且其反射面皆面向垂直軸線AX1。隨著發光二極體542依時序點亮所產生的指向光線Le，轉換為條紋光線Lc後係各自對應至四面平面反射鏡549其中一個平面反射鏡549。

但本發明之光反射環型結構548包含四面平面反射鏡549為限，亦可包含不同數量的平面反射鏡549並搭配不同數量的發光二極體542，可對照第5A圖之實施例，其作法大致相似，在此不另贅述。

或是，於另一實施例中，光反射環型結構548亦可包含光反射環型腔體，該光反射環型腔體固定地環繞設置於垂直軸線AX1四周，且光反射環型腔體之反射面面向垂直軸線。隨著該些發光二極體產生之該些指向光線，轉換為該些條紋光線後係各自照射於該光反射環型腔體上的相異位置，可對照第5C圖之實施例，其作法大致相似，在此不另贅述。

投影模組540可進一步包含光柵移動器547，光柵移動器547用以水平移動光柵單元546，藉此形成該些條紋光線Lc的各種相位角，隨後，取像模組560可進一步擷取待測物體400於該些條紋光線Lc之各種相位角下反射形成的多個條紋影像，其動作細節係為相位移法進行三維量測的作動原理，為習知技藝之人所熟知，在此不另贅述。

此外，如第7圖以及第8圖所示，三維量測系統500可更進一步包含環型輔助光源模組550，環型輔助光源模組550可包含多個發光單元552，第8圖中繪示環型輔助光源模組550包含四個發光單元552，但本發明並不以此為限。於實際應用中，環型輔助光源模組550可包含兩個、三個或四個以上的發光單元552。多個發光單元552以環型方式設置並面向待測物體400，可由不同角度提供光線至待測物體400上。

於此實施例中，此外，如第7圖所示，三維量測系統500中的可動部份510可相對待測物體400與測量載具520延三維方向軸(如X,Y,Z等方向軸)移動，例如水平平移、 旋轉或傾斜偏轉等，舉例來說，可動部份510包含投影模組540以及取像模組560(另可進一步包含環型輔助光源模組550)，藉此使三維量測系統500中的投影模組540與取像模組560分別投影/擷取待測物體400上不同位置、不同相位或不同角度上的影像。其中，可動部份510中的投影模組540與取像模組560(以及環型輔助光源模組550)為彼此連動，當三維量測系統500的可動部份510相對移動時，投影模組540與取像模組560(以及環型輔助光源模組550)為同時一併移動。綜上所述，以多個發光二極體分別產生光線，各光線經轉換為條紋光線後，經由固定的光反射結構將各條紋光線投射至待側物體上。藉此，亦可避免重複設置許多套投影模組，可節省製造成本與空間。此外，在光反射結構將通過孔洞的條紋光線反射至待測物體的過程中，光反射結構為固定結構而非機構移動件。因此，本發明可避免雙重精度的問題，使量測誤差能夠盡可能降低，並獲得更精準的三維量測結果。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100,300,500‧‧‧三維量測系統

120‧‧‧發光源

140‧‧‧旋轉反射鏡

142‧‧‧光路切換結構

144‧‧‧斜面棱鏡

200‧‧‧待側物體

310,510‧‧‧可動部份

320,520‧‧‧測量載具

322,522‧‧‧測量平臺

340,540‧‧‧投影模組

341,541‧‧‧投影鏡組

342‧‧‧發光單元

343‧‧‧轉動機構

344‧‧‧遮光轉盤

345‧‧‧孔洞

346,546‧‧‧光柵單元

347,547‧‧‧光柵移動器

348,548‧‧‧光反射環型結構

349,549‧‧‧平面反射鏡

349a‧‧‧光反射環型腔體

350,550‧‧‧環型輔助光源模組

352,552‧‧‧發光單元

360,560‧‧‧取像模組

380,580‧‧‧控制單元

400‧‧‧待測物體

404‧‧‧基材

402‧‧‧物件

541‧‧‧基板

542‧‧‧發光二極體

第1圖繪示目前習知的三維量測系統及其所採用的光路切換結構的示意圖； 第2圖繪示第1圖中的旋轉反射鏡的結構示意圖；第3圖繪示三維量測系統及其所採用另一種習知的光路切換結構之示意圖；第4圖繪示第3圖中的光路切換結構的結構示意圖；第5A圖以及第5B圖繪示根據本發明之一實施例中一種三維量測系統的示意圖；第6A圖、第6B圖以及第6C圖繪示根據本發明之相異實施例中投影模組的結構示意圖；第7圖繪示根據本發明之另一實施例中一種三維量測系統的示意圖；以及第8圖繪示根據本發明其中一實施例中三維量測系統之投影模組的結構示意圖。

300‧‧‧三維量測系統

310‧‧‧可動部份

320‧‧‧測量載具

322‧‧‧測量平臺

340‧‧‧投影模組

341‧‧‧投影鏡組

342‧‧‧發光單元

343‧‧‧轉動機構

344‧‧‧遮光轉盤

345‧‧‧孔洞

346‧‧‧光柵單元

347‧‧‧光柵移動器

348‧‧‧光反射環型結構

349‧‧‧平面反射鏡

350‧‧‧環型輔助光源模組

352‧‧‧發光單元

360‧‧‧取像模組

380‧‧‧控制單元

400‧‧‧待測物體

402‧‧‧物件

404‧‧‧基材

Claims (15)

1. 一種三維量測系統，包含：一測量平臺，用以承載一待測物體；一投影模組，包含；一發光單元，用以產生一光線，該發光單元設置於該待測物體上方且大致位於該測量平臺之一垂直軸線上；一遮光轉盤，設置於該發光單元與該待測物體之間，且大致位於該垂直軸線上，該遮光轉盤上開設有一孔洞，隨著該遮光轉盤轉動該孔洞依時序位於相異的轉動位置，通過該孔洞之該光線藉此依時序形成複數個區段光線；一光柵單元，位於該遮光轉盤與該待測物體之間，用以將通過該孔洞各區段光線轉換為複數個條紋光線；以及一光反射環型結構，設置於該光柵單元與該待測物體之間，且環繞於該垂直軸線四周，用以將該些條紋光線分別反射至該待測物體上；一取像模組，用以擷取該待測物體於該些條紋光線下的複數個條紋影像；以及一控制單元，用以控制該投影模組以及該取像模組，並經由該些條紋影像量測該待測物體的三維形狀。
2. 如請求項1所述之三維量測系統，其中該遮光轉盤大致平行該測量平臺並沿一旋轉軸線轉動，並且該旋轉軸 線與該垂直軸線重合或平行於該垂直軸線。
3. 如請求項1所述之三維量測系統，其中該光反射環型結構包含複數個平面反射鏡，該些平面反射鏡固定地環繞設置於該垂直軸線四周，且面向該垂直軸線。
4. 如請求項3所述之三維量測系統，其中隨著該遮光轉盤上該孔洞依時序轉動所產生的該些區段光線，轉換為該些條紋光線後係各自對應至其中一個平面反射鏡。
5. 如請求項1所述之三維量測系統，其中該光反射環型結構包含一光反射環型腔體，該光反射環型腔體固定地環繞設置於該垂直軸線四周，且該光反射環型腔體之一反射面面向該垂直軸線。
6. 如請求項5所述之三維量測系統，其中隨著該遮光轉盤上該孔洞依時序轉動所產生的該些區段光線，轉換為該些條紋光線後係各自照射於該光反射環型腔體上的相異位置。
7. 如請求項1所述之三維量測系統，其中該些區段光線相對該垂直軸線係向外側發散，而經該光反射環型結構反射後之該些條紋光線係向內側聚集並投射至該待測物體上。
8. 如請求項1所述之三維量測系統，其中該投影模組更包含一光柵移動器用以水平移動該光柵單元，藉此形成該些條紋光線的各種相位角，該取像模組進一步擷取該待測物體於該些條紋光線之各種相位角下反射形成的該些條紋影像。
9. 一種三維量測系統，包含：一測量平臺，用以承載一待測物體；一投影模組，包含；一基板；複數個發光二極體，設置於該基板，每一該些發光二極體依時序分別用以產生一指向光線，該些發光二極體設置於該待測物體上方且大致環繞該測量平臺之一垂直軸線；以及一光柵單元，位於該些發光二極體與該待測物體之間，用以將該些發光二極體產生之該些指向光線轉換為複數個條紋光線；以及一光反射環型結構，設置於該光柵單元與該待測物體之間，且環繞於該垂直軸線四周，用以將該些條紋光線分別反射至該待測物體上；一取像模組，用以擷取該待測物體於該些條紋光線下的複數個條紋影像；以及一控制單元，用以控制該投影模組以及該取像模組，並經由該些條紋影像量測該待測物體的三維形狀。
10. 如請求項9所述之三維量測系統，其中該光反射環型結構包含複數個平面反射鏡，該些平面反射鏡固定地環繞設置於該垂直軸線四周，且面向該垂直軸線。
11. 如請求項10所述之三維量測系統，其中該些發光二極體各自朝向其中一個平面反射鏡，該些發光二極體產生之該些指向光線，轉換為該些條紋光線後係各自投射至相對應的其中一個平面反射鏡。
12. 如請求項9所述之三維量測系統，其中該光反射環型結構包含一光反射環型腔體，該光反射環型腔體固定地環繞設置於該垂直軸線四周，且該光反射環型腔體之一反射面面向該垂直軸線。
13. 如請求項12所述之三維量測系統，其中隨著該些發光二極體產生之該些指向光線，轉換為該些條紋光線後係各自照射於該光反射環型腔體上的相異位置。
14. 如請求項9所述之三維量測系統，其中該些發光二極體產生之該些指向光線相對該垂直軸線係向外側發散，而經該光反射環型結構反射後之該些條紋光線係向內側聚集並投射至該待測物體上。
15. 如請求項9所述之三維量測系統，其中該投影模組更包含一光柵移動器用以水平移動該光柵單元，藉此形 成該些條紋光線的各種相位角，該取像模組進一步擷取該待測物體於該些條紋光線之各種相位角下反射形成的該些條紋影像。