TWI472711B - 非接觸式三維物件量測方法與裝置 - Google Patents

Description

非接觸式三維物件量測方法與裝置

本發明是有關於一種三維物件量測方法與裝置，且特別是有關於一種非接觸式三維物件量測方法與裝置。

隨著工業的蓬勃發展，傳統二維的檢測方式已經無法滿足複雜的三次元待測物件，因此目前市面上也有一種三次元量測儀來進行這種複雜待測物的量測。一般來說，三次元量測儀採用接觸式量測。接觸式的三次元量測儀是直接利用探針接觸待測物來量測尺寸，此種方式的缺點是速度較慢而且也會有傷害待測物表面之疑慮。

本發明係有關於一種非接觸式三維物件量測方法與裝置，其利用非接觸之方式進行三維物件之量測。

根據本發明之一方面，提出一種非接觸式三維物件量測方法。非接觸式三維物件量測方法包括以下步驟。提供一三維物件之一三維輪廓模型。依據三維輪廓模型，建立一取像路徑。依據取像路徑，以一影像擷取單元擷取三維物件之一二維影像。於二維影像上繪製一二維輪廓模型、或量測二維影像之尺寸。二維輪廓模型係依據取像路徑及三維輪廓模型所建立。

根據本發明之另一方面，提出一種非接觸式三維物件量測裝置。非接觸式三維物件量測裝置包括一儲存單元、 一處理單元、一影像擷取單元、一移動單元及一顯示單元。儲存單元係儲存一三維物件之一三維輪廓模型。處理單元係依據三維輪廓模型建立一取像路徑或量測三維物件之一二維影像之尺寸。移動單元用以依據取像路徑移動影像擷取單元，以使影像擷取單元擷取三維物件之二維影像。顯示單元用以顯示二維影像。處理單元於二維影像上繪製一二維輪廓模型、或量測該二維影像之尺寸。處理單元係依據取像路徑及三維輪廓模型，建立二維輪廓模型。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉各種實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下係提出各種實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明欲保護之範圍。此外，實施例中之圖式係省略部份元件，以清楚顯示本發明之技術特點。

第一實施例

請參照第1圖，其繪示第一實施例之非接觸式三維物件量測裝置1000之示意圖。三維物件量測裝置1000包括一儲存單元110、一處理單元120、一影像擷取單元130、一移動單元140及一顯示單元150。儲存單元110用以儲存各種資料，例如是一硬碟、一記憶體或一光碟。處理單元120用以進行各種運算及處理程序，例如是一影像處理晶片、一微處理晶片、一韌體電路或儲存數個程式碼之一 記錄媒體。影像擷取單元130用以擷取一影像，例如是一照相機、一攝影機或具有鏡頭之一手持式電子裝置。移動單元140係以自動化技術移動某些物體。移動單元140例如是機器手臂、軌道設備、旋轉平台、懸吊設備或其組合。顯示單元150用以輸出各種畫面，例如是顯示螢幕、繪圖機或列印機。

本實施例透過上述各種元件進行三維物件900的非接觸式量測，以比對出三維物件900的長度、角度及輪廓是否符合預定規格。在量測過程中，三維物件900無須被任何機械設備或探針所接觸。

請參照第2圖，其繪示第一實施例之非接觸式三維物件量測方法之流程圖。在本實施例中，係以第1圖之非接觸式三維物件量測裝置1000為例來說明此流程步驟。

在步驟S101中，以儲存單元110提供三維物件900之一三維輪廓模型。三維輪廓模型例如是由計算機輔助設計軟體(Computer Aided Design，CAD)所建構。三維輪廓模型包含了各個部位在各種視角的輪廓。請參照第1圖及第3圖，第3圖繪示第1圖之三維物件900之另一視角的示意圖。三維物件900的兩種視角分別繪示於第1圖及第3圖。也就是說，只要指定三維物件900之某個部位及某個視角，即可得到對應的二維輪廓模型。

在步驟S102中，處理單元120依據三維輪廓模型，建立一取像路徑。取像路徑可以是多個取像點的順序集合，也可以是單一取像點。在三維物件體積較小時，取像路徑可以是單一個取像點；在三維物件體積較大，取像路 徑可以是多個取像點。取像路徑的設定包括一三維取像位置(影像擷取裝置所座落之X軸、Y軸、Z軸位置)及一θ軸向。

在另一實施例中，取像路徑的設定更包括一取像範圍。在影像擷取單元130具有變焦鏡頭的情況下，取像範圍可以透過影像擷取單元130的光學變焦系統或數位變焦系統來控制。當量測的精細度要求較高時，可以縮小取像範圍，以使細部的影像能夠被放大。當量測的範圍要求較廣時，可以放大取像範圍，以使大範圍的影像能夠被擷取。

在步驟S103中，影像擷取單元130依據取像路徑擷取三維物件900之一二維影像800(繪示於第1圖之顯示單元150內及第4圖)。在本實施例中，移動單元140可以朝三個移動方向移動影像擷取單元130，例如是X軸向、Y軸向及Z軸向，以使影像擷取單元130能夠被移動到定義好的三維取像位置。移動單元140除了可以移動影像擷取單元130以外，更可以利用θ 軸向旋轉影像擷取單元130，以使影像擷取單元130朝向定義好的三維取像方向。如此一來，影像擷取單元130能夠對準三維物件900所欲量測之部分。

在另一實施例中，處理單元120更可以控制影像擷取單元130之變焦鏡頭，以使影像擷取單元130能夠對應到定義好的取像範圍。

請參照第4圖，其繪示第一實施例之三維物件900之二維影像800的示意圖。在步驟S104中，處理單元120於二維影像800上量測二維影像800之尺寸，例如是長度 D1。

在步驟S105中，處理單元120於二維影像800上繪製一網格線700。網格線700之所有間距D700a、D700b可以實質上相同；或者網格線700之間距D700a可以不同於網格線700之間距D700b；或者網格線700之間距D700a之間可以不完全相同；或者網格線700之間距D700b之間可以不完全相同。透過網格線700的自動呈現，使用者也可以輕易地概略量測出二維影像800之尺寸(例如是長度D1)。

在另一實施例中，也可以不執行步驟S105，而直接由處理單元120自動進行量測以計算出二維影像800之尺寸(例如是長度D1)。

此外，步驟S105可以執行於步驟S103之後或者執行於步驟S104之後；或者與步驟S104同時執行。

透過上述非接觸式三維物件量測方法與裝置1000，無須接觸三維物件900之表面，可以避免三維物件900之表面被刮傷。並且在量測過程中只需擷取二維影像800即可進行比對，無須進行機械式的實體量測，使得量測速度可以加快。

第二實施例

請參照第5圖，其繪示第二實施例之二維影像800之示意圖。本實施例與第一實施例不同之處在於二維影像800所量測之尺寸，其餘相同之處不再重複敘述。

在本實施例中，處理單元120可以直接量測二維影像 800之角度θ 1，而無須接觸三維物件900之表面，可以避免三維物件900之表面被刮傷。並且在量測過程中只需擷取二維影像800即可進行比對，無須進行機械式的實體量測，使得量測速度可以加快。

第三實施例

請參照第6A~6B圖，第6A圖繪示第三實施例之二維輪廓模型930之示意圖，第6B圖繪示第三實施例之二維影像800之示意圖。本實施例與第一實施例不同之處在於繪製二維輪廓模型930之步驟，其餘相同之處不再重複敘述。

如第6A圖所示，二維輪廓模型930係為三維物件900(繪示於第1圖)之一輪廓線。二維輪廓模型930具有一模型基準點930a，二維影像800具有一影像基準點800c，於二維影像800上繪製二維輪廓模型930之步驟S104(繪示於第2圖)中，係重疊模型基準點930a及影像基準點800c，以使二維輪廓模型930繪製於二維影像800之相對應位置。

由於二維輪廓模型930與二維影像800都對應於相同的三維取像位置、三維取像方向及取像範圍，理論上二維輪廓模型930與二維影像800應該能夠吻合。

處理單元120可以針對二維影像800及二維輪廓模型930進行比對，以自動分析出二維影像800及二維輪廓模型930的差異，而無須接觸三維物件900之表面，可以避免三維物件900之表面被刮傷。並且在量測過程中只需擷 取二維影像800即可進行比對，無須進行機械式的實體量測，使得量測速度可以加快。

綜上所述，雖然本發明已以各種實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，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。

1000‧‧‧非接觸式三維物件量測裝置

110‧‧‧儲存單元

120‧‧‧處理單元

130‧‧‧影像擷取單元

140‧‧‧移動單元

150‧‧‧顯示單元

700‧‧‧網格線

800‧‧‧二維影像

800c‧‧‧影像基準點

900‧‧‧三維物件

930‧‧‧三維輪廓模型

930a‧‧‧模型基準點

D1‧‧‧長度

D700a、D700b‧‧‧間距

S101、S102、S103、S104、S105‧‧‧流程步驟

X、Y、Z、θ ‧‧‧軸向

θ 1‧‧‧角度

第1圖繪示第一實施例之非接觸式三維物件量測裝置之示意圖。

第2圖繪示第一實施例之非接觸式三維物件量測方法之流程圖。

第3圖繪示第1圖之三維物件之另一視角的示意圖。

第4圖繪示第一實施例之三維物件之二維影像的示意圖。

第5圖繪示第二實施例之二維影像之示意圖。

第6A圖繪示第三實施例之二維輪廓模型之示意圖。

第6B圖繪示第三實施例之二維影像之示意圖。

S101~S105‧‧‧流程步驟

Claims (20)

1. 一種非接觸式三維物件量測方法，包括：提供一三維物件之一三維輪廓模型；依據該三維輪廓模型，建立一取像路徑；依據該取像路徑，以一影像擷取單元擷取該三維物件之一二維影像；以及於該二維影像上繪製一二維輪廓模型、或量測該二維影像之尺寸，該二維輪廓模型係依據該取像路徑及該三維輪廓模型所建立。
2. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式三維物件量測方法，其中在建立該取像路徑之步驟中，該取像路徑包括一三維取像位置及一三維取像方向。
3. 如申請專利範圍第2項所述之非接觸式三維物件量測方法，其中在建立該取像路徑之步驟中，該取像路徑更包括一取像範圍。
4. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式三維物件量測方法，更包括：於該二維影像上繪製一網格線。
5. 如申請專利範圍第4項所述之非接觸式三維物件量測方法，其中在繪製該網格線之步驟中，該網格線之間距實質上相同。
6. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式三維物件量測方法，其中該二維輪廓模型具有一模型基準點，該二維影像具有一影像基準點，於該二維影像上繪製該二維輪廓模型之步驟中，係重疊該模型基準點及該影像基準點， 以使該二維輪廓模型繪製於該二維影像之相對應位置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式三維物件量測方法，其中在量測該二維影像之尺寸之步驟中，該二維影像之尺寸包括長度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式三維物件量測方法，其中在量測該二維影像之尺寸之步驟中，該二維影像之尺寸包括角度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式三維物件量測方法，其中在建立該二維輪廓模型之步驟中，該二維輪廓模型包括該三維物件之一輪廓線。
10. 一種非接觸式三維物件量測裝置，包括：一儲存單元，係儲存一三維物件之一三維輪廓模型；一處理單元，係依據該三維輪廓模型建立一取像路徑或量測該三維物件之一二維影像之尺寸；一影像擷取單元；一移動單元，用以依據該取像路徑移動該影像擷取單元，以使該影像擷取單元擷取該三維物件之一二維影像；以及一顯示單元，用以顯示該二維影像，該處理單元於該二維影像上繪製一二維輪廓模型、或量測該二維影像之尺寸，該處理單元係依據該取像路徑及該三維輪廓模型，建立該二維輪廓模型。
11. 如申請專利範圍第10項所述之非接觸式三維物件量測裝置，其中該取像路徑包括一三維取像位置及一三維取像方向。
12. 如申請專利範圍第11項所述之非接觸式三維物件量測裝置，其中該取像路徑更包括一取像範圍。
13. 如申請專利範圍第10項所述之非接觸式三維物件量測裝置，其中該處理單元更於該二維影像上繪製一網格線。
14. 如申請專利範圍第13項所述之非接觸式三維物件量測裝置，其中該網格線之間距實質上相同。
15. 如申請專利範圍第10項所述之非接觸式三維物件量測裝置，其中該二維輪廓模型具有一模型基準點，該二維影像具有一影像基準點，該處理單元重疊該模型基準點及該影像基準點，以使該二維輪廓模型繪製於該二維影像之相對應位置。
16. 如申請專利範圍第10項所述之非接觸式三維物件量測裝置，其中該二維影像之尺寸包括長度。
17. 如申請專利範圍第10項所述之非接觸式三維物件量測裝置，其中該二維影像之尺寸包括角度。
18. 如申請專利範圍第10項所述之非接觸式三維物件量測裝置，其中該二維輪廓模型包括該三維物件之一輪廓線。
19. 如申請專利範圍第10項所述之非接觸式三維物件量測裝置，其中該移動單元用以朝三個移動方向移動該影像擷取單元。
20. 如申請專利範圍第19項所述之非接觸式三維物件量測裝置，其中該移動單元更用以擺動或轉動該影像擷取單元。