TWI659205B - 即位量測系統、基準校準方法、誤差量測方法與電腦可讀取記錄媒體 - Google Patents

即位量測系統、基準校準方法、誤差量測方法與電腦可讀取記錄媒體 Download PDF

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Abstract

一種即位量測系統、基準校準方法、誤差量測方法與電腦可讀取記錄媒體。基準校準方法包括以下步驟。連續地以一掃描單元掃描一加工件，以獲得一全域掃描點雲資料。以一預設範圍，擷取加工件之一區域CAD資料。分析區域CAD資料之一區域CAD幾何特徵。於對應預設範圍之一對應範圍，擷取全域掃描點雲資料之一區域掃描點雲資料。分析區域掃描點雲資料之一區域掃描幾何特徵。比對區域CAD幾何特徵及區域掃描幾何特徵，以獲得至少一空間自由度限制。若已獲得之空間自由度限制是否已達6個，以6個空間自由度限制設定一系統基準。

Description

即位量測系統、基準校準方法、誤差量測方法與 電腦可讀取記錄媒體
本揭露是有關於一種即位量測系統、基準校準方法、誤差量測方法與電腦可讀取記錄媒體。
傳統加工機台完成加工程序後，加工件必須搬移至另一量測系統上進行量測。不僅造成生產線在運作上的困難，對於大型加工件更無法適用。
傳統上若欲進行即位量測，則必須採用已配備量測系統之特殊加工機台。加工件在此特殊加工機台完成加工後，可繼續進行量測。然而，此種量測系統與加工機台之基準在出廠時即已完成校準，故此量測系統僅可與此加工機台進行配合，而不能適用於其他的加工機台。
對於未配置量測系統之加工機台而言，因加工機台與外加之量測系統在傳統尚無法進行基準校準，故無法利用外加之加工機台進行即位量測。
因此，如何研發出一套基準校準方法與誤差量測方法，讓量測系統可以適用於任何的加工機台實為目前研究人員努力之一方向。
本揭露係有關於一種即位量測系統、基準校準方法、誤差量測方法與電腦可讀取記錄媒體，其利用所提出之基準校準技術，使得即位量測系統能夠適用於任何加工機台。
根據本揭露之一實施例，提出一種即位量測系統。即位量測系統包括一掃描單元、一CAD資料處理單元、一點雲資料處理單元、一自由度處理單元及一基準設定單元。掃描單元包括一雷測發射器及一雷射接收器。雷測發射器用以連續地掃描一加工件。雷射接收器用以接收來自加工件之一反射資訊，以獲得一全域掃描點雲資料。CAD資料處理單元係以一預設範圍，擷取加工件之一區域CAD資料，並分析區域CAD資料之一區域CAD幾何特徵。點雲資料處理單元係以於對應預設範圍之一對應範圍，擷取全域掃描點雲資料之一區域掃描點雲資料，並分析區域掃描點雲資料之一區域掃描幾何特徵。自由度處理單元用以比對區域CAD幾何特徵及區域掃描幾何特徵，以獲得至少一空間自由 度限制，並用以判斷已獲得之空間自由度限制是否已達6個。若已獲得之空間自由度限制已達6個，則基準設定單元以此些空間自由度限制設定一系統基準。
根據本揭露之另一實施例，提出一種即位量測系統之基準校準方法。基準校準方法包括以下步驟。連續地以一掃描單元掃描一加工件，以獲得一全域掃描點雲資料。以一預設範圍，擷取加工件之一區域CAD資料。分析區域CAD資料之一區域CAD幾何特徵。於對應預設範圍之一對應範圍，擷取全域掃描點雲資料之一區域掃描點雲資料。分析區域掃描點雲資料之一區域掃描幾何特徵。比對區域CAD幾何特徵及區域掃描幾何特徵，以獲得至少一空間自由度限制。判斷已獲得之空間自由度限制是否已達6個。若已獲得之空間自由度限制已達6個，則以此些空間自由度限制設定一系統基準。
根據本揭露之再一實施例，提出一種即位量測系統之誤差量測方法。誤差量測方法包括以下步驟。依據一系統基準，取得一加工件之一待測區域的一待測CAD幾何特徵。依據系統基準，以一掃描單元於對應待測區域之一對應區域掃描該加工件，並取得對應區域的一待測掃描點雲資料。依據一搜尋演算法，分析待測掃描點雲資料相對於待測CAD幾何特徵之一幾何誤差。
根據本揭露之另一實施例，提出一種電腦可讀取記錄媒體，用以儲存一電腦程式。當一電腦載入該電腦程式後，用以執行所述的即位量測系統之基準校準方法。
根據本揭露之再一實施例，提出一種電腦可讀取記錄媒體，用以儲存一電腦程式。當該電腦載入該電腦程式後，用以執行所述的即位量測系統之誤差量測方法。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
100‧‧‧即位量測系統
110‧‧‧掃描單元
111‧‧‧雷射發射器
112‧‧‧雷射接收器
120‧‧‧CAD資料處理單元
130‧‧‧點雲資料處理單元
140‧‧‧自由度處理單元
150‧‧‧基準設定單元
160‧‧‧演算單元
170‧‧‧移動組件
180‧‧‧資料庫
800‧‧‧加工件
900‧‧‧加工機台
C1‧‧‧直線方向
D1‧‧‧全域CAD資料
D2‧‧‧區域CAD資料
D3‧‧‧區域CAD幾何特徵
D3’‧‧‧待測CAD幾何特徵
E0‧‧‧幾何誤差
F0‧‧‧系統基準
L1~L6‧‧‧自由度限制
R1‧‧‧預設範圍
R2‧‧‧對應範圍
R3‧‧‧待測區域
R4‧‧‧對應區域
S0‧‧‧反射資訊
S1‧‧‧全域掃描點雲資料
S101、S102、S103、S104、S105、S106、S107、S108、S109、S110、S201、S202、S203‧‧‧步驟
S2‧‧‧區域掃描點雲資料
S2’‧‧‧待測掃描點雲資料
S3‧‧‧區域掃描幾何特徵
第1圖繪示根據一實施例之即位量測系統之示意圖。
第2圖繪示根據一實施例之即位量測系統之基準校準方法的流程圖。
第3圖繪示根據第2圖之資料轉換圖。
第4圖繪示根據一實施例之全域CAD資料。
第5圖繪示掃描單元掃描加工件之示意圖。
第6圖繪示全域掃描點雲資料之示意圖。
第7圖繪示根據一實施例之即位量測系統之誤差量測方法的流程圖。
第8圖繪示第7圖之資料轉換之示意圖。
請參照第1圖，其繪示根據一實施例之即位量測系統100之示意圖。加工機台900用以對加工件800進行加工。在加工機台900完成加工程序後，可將即位量測系統100移至加工機台 900處，並對加工件800進行即位量測。即位量測系統100並非是固定安裝於加工機台900上。透過本技術，即使即位量測系統100並非固定安裝於加工機台900，也能夠對加工件800進行基準校準，並進行即位量測。
如第1圖所示，即位量測系統100包括一掃描單元110、一CAD資料處理單元120、一點雲資料處理單元130、一自由度處理單元140、一基準設定單元150、一演算單元160、一移動組件170及一資料庫180。
掃描單元110包括一雷射發射器111及一雷射接收器112。雷射發射器111用以對發出一雷射光，以掃描加工件800，雷射接收器112用以接收加工件800之反射資訊，以進行掃描點雲資料的建立。CAD資料處理單元120及點雲資料處理單元130分別用以處理CAD資料及點雲資料。自由度處理單元140則是用以進行自由度的處理及判斷。基準設定單元150用以進行系統基準的設定。演算單元160用以進行各種演算程序。CAD資料處理單元120、點雲資料處理單元130、自由度處理單元140、基準設定單元150及演算單元160例如是一電路、一晶片、一電路板或儲存數組程式碼之儲存裝置。移動組件170用以移動掃描單元110，例如是一機器手臂、一自走式裝置。資料庫180用以儲存各種資料，例如是一記憶體、一硬碟或一雲端資料中心。
為了讓非固定安裝於加工機台900之即位量測系統100能夠直接在加工機台900上直接進行即位量測，即位量測系 統100需先針對加工件800進行「基準校準方法」來獲得系統基準後，才能夠對加工件800進行「誤差量測方法」，以分析加工結果的良莠。以下透過流程圖分別說明「基準校準方法」及「誤差量測方法」。
請參照第2~3圖，第2圖繪示根據一實施例之即位量測系統100之基準校準方法的流程圖，第3圖繪示根據第2圖之資料轉換圖。基準校準方法可以透過硬體或軟體來實現。例如，在一實施例中，可以透過硬體電路、硬體裝置來執行基準校準方法之各個步驟。或者，在另一實施例中，亦可以將一電腦可讀取記錄媒體(例如是電腦程式產品之光碟片、雲端資料等)的程式碼載入於電腦中，以執行基準校準方法之各個步驟。首先，在步驟S101中，CAD資料處理單元120自資料庫180接收一全域CAD資料D1。請參照第4圖，其繪示根據一實施例之全域CAD資料D1。在全域CAD資料D1中，設計者以電腦規劃出加工件800預計形成之立體態樣。全域CAD資料D1係為360度的資料(亦即，3D立體資料)，全域CAD資料D1包含任意視角的資料。
接著，在步驟S102中，掃描單元110之雷射發射器111連續地掃描加工件800，並連續地以雷射接收器112接收一反射資訊S0。請參照第5圖，其繪示掃描單元110掃描加工件800之示意圖。在一實施例中，掃描單元110係以線性雷射光沿一直線方向C1進行掃描，以取得反射資訊S0。此些反射資訊S0可反映出加 工件800之外表的輪廓。在一實施例中，掃描單元110可以沿各種不同方向進行掃描，以對加工件800建立出完整的反射資訊S0。
接著，在步驟S103中，點雲資料處理單元130轉換反射資訊S0為一全域掃描點雲資料S1。請參照第6圖，其繪示全域掃描點雲資料S1之示意圖。全域掃描點雲資料S1係為3D點雲，其可反映出加工件800之加工結果。在此時，全域掃描點雲資料S1與全域CAD資料D1之系統基準尚未建立，故無法尚直接依據全域掃描點雲資料S1判讀加工件800之加工結果的良莠。
然後，在步驟S104中，CAD資料處理單元120以一預設範圍R1(繪示於第4圖)，擷取全域CAD資料D1之一區域CAD資料D2。如第4圖所示，區域CAD資料D2係為全域CAD資料D1之凹口處。一般而言，可選擇在各種自由度皆有明顯變化的區域作為區域CAD資料D2，以協助進行自由度的校準。
接著，在步驟S105中，CAD資料處理單元120分析區域CAD資料D2之區域CAD幾何特徵D3。區域CAD幾何特徵D3例如是平面方程式、曲面方程式、長度、寬度、法線、夾角等資訊。
然後，在步驟S106中，點雲資料處理單元130於對應預設範圍R1之一對應範圍R2(繪示於第6圖)，擷取全域掃描點雲資料S1之一區域掃描點雲資料S2。在此步驟中，由於全域掃描點雲資料S1與全域CAD資料D1之系統基準尚未建立，故點雲資料處理單元130得知預設範圍R1為全域CAD資料D1之凹口處，故 點雲資料處理單元130亦對應於全域掃描點雲資料S1之凹口處概略地框選出對應範圍R2，以擷取出區域掃描點雲資料S2。
接著，在步驟S107中，點雲資料處理單元130分析區域掃描點雲資料S2之一區域掃描幾何特徵S3。區域掃描幾何特徵S3例如是平面方程式、曲面方程式、長度、寬度、法線、夾角等資訊。
然後，在步驟S108中，自由度處理單元140比對區域CAD幾何特徵D3及區域掃描幾何特徵S3，以獲得至少一空間自由度限制(例如是空間自由度限制L1)。
接著，在步驟S109中，自由度處理單元140判斷已獲得之空間自由度限制是否已達6個(例如是空間自由度限制L1~L6)。6個空間自由度限制L1~L6例如是X軸移動自由度、Y軸移動自由度、Z軸移動自由度、X軸轉動自由度、Y軸轉動自由度、Z軸轉動自由度。若已獲得6個空間自由度限制L1~L6，則執行步驟S110；若未獲得6個空間自由度限制L1~L6，則重複執行步驟S104~步驟S108。
在步驟S110中，基準設定單元150以6個空間自由度限制L1~L6，設定一系統基準F0。
如此一來，透過上述基準校準方法，即使即位量測系統100並非固定安裝於加工機台900，也能夠對加工件800進行基準校準。即位量測系統100移動至另一加工機台(未繪示)時，也能夠進行基準校準，而適用於各式加工機台。
請參照第7圖及第8圖，第7圖繪示根據一實施例之即位量測系統100之誤差量測方法的流程圖，第8圖繪示第7圖之資料轉換之示意圖。在取得系統基準F0之後，即位量測系統100即可繼續對加工件800進行誤差量測。在一實施例中，加工機台900可以是帶狀連續式生產線。不同的加工件800會依序在加工機台900進行加工。因此，在取得系統基準F0之後，系統基準F0可以適用於後續進行加工之不同的加工件800。以下續以第1圖之加工件800為例作說明。誤差量測方法可以透過硬體或軟體來實現。例如，在一實施例中，可以透過硬體電路、硬體裝置來執行誤差量測方法之各個步驟。或者，在另一實施例中，亦可以將一電腦可讀取記錄媒體(例如是電腦程式產品之光碟片、雲端資料等)的程式碼載入於電腦中，以執行誤差量測方法之各個步驟。
首先，在步驟S201中，CAD資料處理單元120依據系統基準F0，取得加工件800之待測區域R3(繪示於第4圖)的一待測CAD幾何特徵D3’。如第4圖所示，待測區域R3例如是全域CAD資料D1之右下角。
然後，在步驟S202中，依據系統基準F0，以掃描單元110於對應待測區域R3之一對應區域R4(繪示於第5圖)掃描加工件800。如第5圖所示，對應區域R4例如是加工件800之右下角。並且，點雲資料處理單元130取得對應區域R4(繪示於第6圖)的一待測掃描點雲資料S2’。如第6圖所示，對應區域R4例如是全域掃描點雲資料S1之右下角。
接著，在步驟S203中，演算單元160依據一搜尋演算法(例如：八元樹演算法(octree)、k維樹演算法(kdTree)等)，分析待測掃描點雲資料S2’相對於待測CAD幾何特徵D3’之一幾何誤差E0。根據幾何誤差E0即可了解加工件800之加工結果。
如此一來，即使即位量測系統100並非固定安裝於加工機台900，也能夠在即時獲得之系統基準F0下，對加工件800進行即位誤差量測。
綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (18)

  1. 一種即位量測系統，包括：一掃描單元，包括：一雷測發射器，用以連續地掃描一加工件；及一雷射接收器，用以接收來自該加工件之一反射資訊，以獲得一全域掃描點雲資料；一CAD資料處理單元，係以一預設範圍，擷取該加工件之一區域CAD資料，並分析該區域CAD資料之一區域CAD幾何特徵；一點雲資料處理單元，係以於對應該預設範圍之一對應範圍，擷取該全域掃描點雲資料之一區域掃描點雲資料，並分析該區域掃描點雲資料之一區域掃描幾何特徵；一自由度處理單元，用以比對該區域CAD幾何特徵及該區域掃描幾何特徵，以獲得至少一空間自由度限制，並用以判斷已獲得之該至少一空間自由度限制是否已達6個；以及一基準設定單元，若已獲得之該至少一空間自由度限制已達6個，則該基準設定單元以該些空間自由度限制設定一系統基準。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之即位量測系統，其中該CAD資料處理單元更用以依據該系統基準，取得該加工件之一待測區域的一待測CAD幾何特徵；該掃描單元更依據該系統基準，於對應該待測區域之一對應區域掃描該加工件，以使該點雲資料處理單元取得該對應區域的一待測掃描點雲資料；以及一演算單元，用以依據一搜尋演算法，分析該待測掃描點雲資料相對於該待測CAD幾何特徵之一幾何誤差。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之即位量測系統，其中該加工件係設置於一加工機台上。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之即位量測系統，其中該加工件固定於一固定位置。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之即位量測系統，其中該掃描單元與該加工機台分離設置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之即位量測系統，其中該預設範圍對應於該加工件之位置實質上相同於該對應範圍對應於該加工件之位置。
  7. 一種即位量測系統之基準校準方法，包括：連續地以一掃描單元掃描一加工件，以獲得一全域掃描點雲資料；以一預設範圍，擷取該加工件之一區域CAD資料；分析該區域CAD資料之一區域CAD幾何特徵；於對應該預設範圍之一對應範圍，擷取該全域掃描點雲資料之一區域掃描點雲資料；分析該區域掃描點雲資料之一區域掃描幾何特徵；比對該區域CAD幾何特徵及該區域掃描幾何特徵，以獲得至少一空間自由度限制；判斷已獲得之該至少一空間自由度限制是否已達6個；以及若已獲得之該些空間自由度限制已達6個，則以該些空間自由度限制設定一系統基準。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之即位量測系統之基準校準方法，其中該加工件係設置於一加工機台上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之即位量測系統之基準校準方法，其中該加工件固定於一固定位置。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之即位量測系統之基準校準方法，其中該掃描單元與該加工機台分離設置。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之即位量測系統之基準校準方法，其中該預設範圍對應於該加工件之位置實質上相同於該對應範圍對應於該加工件之位置。
  12. 一種即位量測系統之誤差量測方法，包括：依據一系統基準，取得一加工件之一待測區域的一待測CAD幾何特徵，其中該系統基準係由6個空間自由度限制所設定，各該空間自由度係依據一區域CAD幾何特徵與一區域掃描幾何特徵之比對所獲得；依據該系統基準，以一掃描單元於對應該待測區域之一對應區域掃描該加工件，並取得該對應區域的一待測掃描點雲資料；以及依據一搜尋演算法，分析該待測掃描點雲資料相對於該待測CAD幾何特徵之一幾何誤差。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之即位量測系統之誤差量測方法，其中該加工件係設置於一加工機台上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之即位量測系統之誤差量測方法，其中該加工件固定於一固定位置。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之即位量測系統之誤差量測方法，其中該掃描單元與該加工機台分離設置。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之即位量測系統之誤差量測方法，其中該搜尋演算法係為一八元樹演算法(octree)、或一k維樹演算法(kdTree)。
  17. 一種電腦可讀取記錄媒體，用以儲存一電腦程式，當一電腦載入該電腦程式後，用以執行如申請專利範圍第7至11項其中之一所述的即位量測系統之基準校準方法。
  18. 一種電腦可讀取記錄媒體，用以儲存一電腦程式，當一電腦載入該電腦程式後，用以執行如申請專利範圍第12至16項其中之一所述的即位量測系統之誤差量測方法。
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