TWI787107B - 非接觸式曲面量測路徑規劃方法、非接觸式曲面量測方法及非接觸式曲面量測系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種非接觸式曲面量測路徑規劃方法、非接觸式曲面量測方法及非接觸式曲面量測系統。非接觸式曲面量測系統能執行非接觸式曲面量測方法，以對待測物的曲面進行量測。非接觸式曲面量測方法包含：輸入及規劃步驟：輸入待測物的三維圖檔，並執行非接觸式曲面量測路徑規劃方法，以取得規劃路徑；設置步驟：將待測物設置於載台；移動步驟：使雷射感測器依據規劃路徑，對待測物的曲面進行量測。通過非接觸式曲面量測路徑規劃方法，所產生的規劃路徑，可以讓雷射感測器以相對較少的活動量，完成對待測物的曲面的量測。

Description

非接觸式曲面量測路徑規劃方法、非接觸式曲面量測方法及非接觸式曲面量測系統

本發明涉及一種曲面量測路徑規劃方法、曲面量測方法及曲面量測系統，特別是一種非接觸式曲面量測路徑規劃方法、非接觸式曲面量測方法及非接觸式曲面量測系統。

現有用來量測曲面的相關設備，在量測的過程中，相關的量測探頭，無論是以接觸式或是非接觸式的方式，對待量測的物品的表面的曲面進行量測，都存在有需要耗費大量時間的問題。

本發明公開一種非接觸式曲面量測路徑規劃方法、非接觸式曲面量測方法及非接觸式曲面量測系統，主要用以改善現有用來量測曲面的相關設備，所存在的量測費時的問題。

本發明的其中一實施例公開一種非接觸式曲面量測路徑規劃方法，其用以規劃一雷射感測器量測一待測物的一曲面的一規劃路徑，雷射感測器能受控制沿X軸、Y軸或Z軸直線移動，且雷射感測器能受控制而以一預設軸為中心旋轉，預設軸平行X軸，非接觸式曲面量測路徑規劃方法包含以下步驟：一取得步驟：取得雷射感測器的一Z軸有效量測深度及一Z軸有 效量測角度範圍；一網格建立步驟：於待測物所對應的三維圖檔中的一虛擬曲面上建構一網格，網格由m-1條橫向分割線及n-1條縱向分割線構成，且各條橫向分割線被n-1條縱向分割線區隔出n個橫向區段；依序對每一條橫向分割線的每一個橫向區段執行以下步驟：一深度判斷步驟：計算橫向區段於Z軸方向的最高位置及最低位置的一高度差，並判斷高度差是否小於Z軸有效量測深度；若高度差大於或等於Z軸有效量測深度，則重新執行網格建立步驟，並於虛擬曲面上建構n條以上的縱向分割線；若高度差小於Z軸有效量測深度，則執行以下步驟：一角度判斷步驟：計算橫向區段於Y-Z平面的具有最大絕對值斜率的切線的法線向量與Z軸的一參考夾角，並判斷參考夾角是否位於Z軸有效量測角度範圍；若參考夾角位於Z軸有效量測角度範圍內，則記錄雷射感測器於橫向區段的一姿態角為0度；若參考夾角不位於Z軸有效量測角度範圍內，則設定雷射感測器於橫向區段的姿態角為α度；其中，參考夾角減去α度是落在Z軸有效量測角度範圍中，並執行以下步驟：一輔助深度判斷步驟：判斷高度差△Z與Z軸有效量測深度△D是否符合一關係式：△Z*cosα<△D；若不符合關係式，則重新執行網格建立步驟，並於虛擬曲面上建構n條以上的縱向分割線；若符合關係式，則記錄雷射感測器於橫向區段的姿態角為α度；一路徑建立步驟：依序讀取各條橫向分割線的各個橫向區段所對應記錄的姿態角，若姿態角為0度，則建立對應於橫向區段的一Y軸移動路徑，若姿態角為α度，則建立對應於橫向區段的一斜直線移動路徑，各個橫向分割線所包含的所有Y軸移動路徑、所有斜直線移動路徑及各個斜直線移動路徑所對應的姿態角，將共同構成規劃路徑；其中，當雷射感測器被控制沿著Y軸移動路徑移動時，雷射感測器將不旋轉，而僅沿著Y軸移動；當雷射感測器被控制沿著斜直線移動路徑移動時，雷射感測器將以預設軸為中心旋轉α角，且雷射感測器將沿著Y軸及Z軸移動。

本發明的其中一實施例公開一種非接觸式曲面量測方法，其包含：一輸入及規劃步驟：輸入一待測物的三維圖檔，並執行本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法、一設置步驟及一移動步驟，設置步驟為：將待測物設置於一載台，並使待測物的短邊方向沿著載台的一X軸方向，且使待測物的長邊方向沿著載台的一Y軸方向；其中，載台的X軸方向、Y軸方向及一Z軸方向是與雷射感測器的X軸方向、Y軸方向及Z軸方向彼此相依；移動步驟為：控制雷射感測器依據規劃路徑，對待測物的曲面進行量測。

本發明的其中一實施例公開一種非接觸式曲面量測系統，其能執行本發明的非接觸式曲面量測方法，非接觸式曲面量測系統包含一處理裝置、載台、一移載設備及一感測設備；於輸入及規劃步驟中，處理裝置能讀取一儲存器所儲存的待測物的三維圖檔，或者，處理裝置能發出一要求資訊，以要求輸入三維圖檔；於設置步驟中，處理裝置能控制移載設備將待測物設置於載台，或者，處理裝置能發出一要求資訊，以要求將待測物設置於載台；感測設備包含雷射感測器及一移動裝置，於移動步驟中，處理裝置能依據規劃路徑，控制移動裝置，以使移動裝置控制雷射感測器沿著規劃路徑於曲面的上方移動。

綜上所述，本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法、非接觸式曲面量測方法及非接觸式曲面量測系統，讓雷射感測器依據所述規劃路徑，以量測待測物的曲面時，雷射感測器於X軸、Y軸或Z軸的移動量盡可能地被減少，藉此，可以減少雷射感測器量測待測物的曲面所需的時間。

為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。

1:雷射感測器

2:非接觸式曲面量測系統

21:載台

22:處理裝置

23:移載設備

24:感測設備

241:雷射感測器

242:移動裝置

2421:X軸移動機構

2422:Y軸移動機構

2423:Z軸移動機構

2424:轉動機構

A:待測物

A1:曲面

B:虛擬曲面

C:橫向分割線

C1:橫向區段

C11、C12、C13、C14、C15:橫向區段

C131、C132、C133:移動區段

D:縱向分割線

P:規劃路徑

S10、S11、S12、S13:流程步驟

S121、S122、S123、S124、S125、S126、SX:流程步驟

S127、S1271、S1272、S1273:流程步驟

S21、S22、S23:流程步驟

PY1、PY2、PY3:Y軸移動路徑

PY21、PY22、PY23:Y軸移動路徑

PS1、PS2:斜直線移動路徑

H1、H2:差值

圖1為本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法的流程示意圖。

圖2為待測物所對應的三維圖檔的虛擬曲面及網格的示意圖。

圖3為雷射感測器、待測物及規劃路徑的示意圖。

圖4顯示規劃路徑於待測物的曲面的俯視圖中的示意圖。

圖5顯示為本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法的另一實施例的流程示意圖。

圖6顯示為本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法的網格建立步驟的另一實施例的流程示意圖。

圖7顯示為本發明的網格建立步驟的另一實施例的局部流程示意圖。

圖8為雷射感測器、待測物的曲面及Z軸有效量測深度的示意圖。

圖9為雷射感測器及包含三個移動區段的橫向區段的示意圖。

圖10顯示為本發明的非接觸式曲面量測系統的示意圖。

圖11顯示為本發明的非接觸式曲面量測方法的流程示意圖。

於以下說明中，如有指出請參閱特定圖式或是如特定圖式所示，其僅是用以強調於後續說明中，所述及的相關內容大部份出現於該特定圖式中，但不限制該後續說明中僅可參考所述特定圖式。

請一併參閱圖1至圖3，圖1為本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法的流程示意圖，圖2為待測物所對應的三維圖檔的虛擬曲面的示意圖，圖3為雷射感測器及待測物的示意圖。

本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法，用以規劃一雷射 感測器1量測一待測物A的一曲面A1的一規劃路徑，雷射感測器1能受控制，而沿X軸、Y軸或Z軸直線移動，且雷射感測器1能受控制，以一預設軸為中心旋轉。於本實施例中，所述預設軸是平行X軸，且雷射感測器1的光軸是平行於Z軸。非接觸式曲面量測路徑規劃方法包含以下步驟：一取得步驟S11：取得雷射感測器1的一Z軸有效量測深度及一Z軸有效量測角度範圍；一網格建立步驟S12：於待測物A所對應的三維圖檔(例如是相關人員利用AUTOCAD®等繪圖軟體所繪製出的圖檔)中的一虛擬曲面B上建構一網格，網格由M-1條橫向分割線C及N-1條縱向分割線D構成，且各條橫向分割線C被N-1條縱向分割線D區隔出N個橫向區段；依序對每一條橫向分割線C的每一個橫向區段執行以下步驟：一深度判斷步驟S121：計算橫向區段於Z軸方向的最高位置及最低位置的一高度差，並判斷所述高度差是否小於Z軸有效量測深度；若高度差大於或等於Z軸有效量測深度，則重新執行網格建立步驟S12，並於虛擬曲面B上建構N條以上的縱向分割線D；在高度差大於或等於Z軸有效量測深度的情況下，代表利用當前所建構網格，建立出的規劃路徑，將無法使雷射感測器1以相對較少的活動量(包含X軸平移、Y軸平移、Z軸平移及以預設軸為中心旋轉)，完成曲面的量測。

若高度差小於Z軸有效量測深度，則執行以下步驟：一角度判斷步驟S122：計算橫向區段於Y-Z平面的具有最大絕對值斜率的切線的法線向量與Z軸的一參考夾角，並判斷參考夾角是否位於Z軸有效量測角度範圍；若參考夾角位於Z軸有效量測角度範圍內，則執行一記錄步 驟S123：記錄雷射感測器1於橫向區段的一姿態角為0度；所述姿態角即為雷射感測器1以預設軸為中心旋轉的角度。

若參考夾角不位於Z軸有效量測角度範圍內，則執行一設定步驟S124：設定雷射感測器1於橫向區段的姿態角為α度；其中，參考夾角減去α度是落在Z軸有效量測角度範圍中。

於執行設定步驟S124後，則執行以下步驟：一輔助深度判斷步驟S125：判斷高度差△Z與Z軸有效量測深度△D是否符合一關係式：△Z*COSα<△D；若不符合關係式，則重新執行網格建立步驟S12，並於虛擬曲面B上建構N條以上的縱向分割線D；若不符合關係式，則代表當前所建構網格，其所包含的縱向分割線D的數量不足以，使雷射感測器1以相對較少的活動量(包含X軸平移、Y軸平移、Z軸平移及以預設軸為中心旋轉)，完成曲面的量測。

需說明的是，每一次重新執行網格建立步驟S12時，所建構的縱向分割線D的數量，只要比前一次執行網格建立步驟S12時，所建構的縱向分割線D的數量大即可，而先後兩次執行網格建立步驟S12所分別建構出的縱向分割線D的數量差額，則可依據需求加以設計，於此不加以限制。

若符合關係式，則執行一記錄步驟S126：記錄雷射感測器1於橫向區段的姿態角為α度。

需強調的是，上述步驟S121~S126是對每一條橫向分割線的每一個橫向區段所進行，亦即，假設虛擬曲面當前被區隔為10條橫向分割線，且各條分割線包含20個橫向區段，則上述步驟S121~S126將至少被執行20*10次。

於網格建立步驟S12後，則執行一路徑建立步驟S13：依序讀 取各條橫向分割線C的各個橫向區段所對應記錄的姿態角，若姿態角為0度，則建立對應於橫向區段的一Y軸移動路徑，若姿態角為α度，則建立對應於橫向區段的一斜直線移動路徑，各個橫向分割線C所包含的所有Y軸移動路徑、所有斜直線移動路徑及各個斜直線移動路徑所對應的姿態角，將共同構成所述規劃路徑。

其中，當雷射感測器1被控制，以沿著Y軸移動路徑移動時，雷射感測器1將不旋轉，而僅沿著Y軸移動；當雷射感測器1被控制，以沿著斜直線移動路徑移動時，雷射感測器1將先以預設軸為中心旋轉α度(即姿態角)後，再沿著所述斜直線移動路徑移動(即同時於Y軸的方向及Z軸的方向移動)。

在實際應用中，本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法是被一處理裝置E(例如各式電腦、遠端伺服器等)執行，而於取得步驟S11中，所述處理裝置E是通過相關的儲存器(例如所述處理裝置E所包含的硬碟等儲存器)或是其他的遠端伺服器等，取得Z軸有效量測深度及Z軸有效量測角度範圍。在實務中，於取得步驟S11前，例如還可以是包含有一資料要求步驟：要求使用者輸入一雷射感測器資料；而於，取得步驟S11中，處理裝置E則會依據使用者所輸入的雷射感測器資料，於相對應的相關儲存器中，查找出Z軸有效量測深度及Z軸有效量測角度範圍。當然，在不同的實施例中，於資料要求步驟中，也可以是直接要求使用者輸入Z軸有效量測深度及Z軸有效量測角度範圍。

承上，在較佳的實施例中，用來執行非接觸式曲面量測路徑規劃方法的處理裝置E，還可以是連接一顯示裝置，而顯示裝置可以適時地顯示出處理裝置E當前所執行的步驟及執行該步驟時所相對應的相關畫面。

值得一提的是，於取得步驟S11中，所述的Z軸有效量測深度 是指：雷射感測器在不動的情況下，其所能夠量測到的最大深度及最小深度之間的範圍差值，舉例來說，若雷射感測器的標稱工作距離為D，且雷射感測器的Z軸有效量測深度為△D，則雷射感測器於Z軸方向能夠量測到的最大深度為D1=D+△D，雷射感測器於Z軸方向能夠量測到的最小深度為D2=D-△D。

所述Z軸有效量測角度範圍則是指：雷射感測器1在不移動的情況下，以雷射感測器1的光軸為中心，向左及向右分別能感測到的最大角度範圍。舉例來說，以雷射感測器1的光軸為中心，向左能感測到的最大角度範圍為15度，且以雷射感測器1的光軸為中心，向右能感測到的最大角度為15度，則所述Z軸有效量測角度範圍即為15度。

在實務中，不同品牌、不同價格的雷射感測器1的Z軸有效量測深度及Z軸有效量測角度範圍皆不盡相同，而相關人員例如可以是先於處理裝置E所連接的相關儲存器中，預先設定不同品牌所對應的啟始M、N值。

也就是說，處理裝置E於前述的資料要求步驟中，可以是要求使用者輸入當前所使用的雷射感測器的品牌及其型號，而處理裝置E將可以依據使用者所輸入的雷射感測器的品牌及型號，於儲存器中的資料庫中，查找出相對應的建議啟始M、N值，而後，處理裝置E執行網格建立步驟S12時，則是利用查找出的啟始M、N值。

另外，在實務中，於資料要求步驟中，處理裝置還可以是要求使用者輸入待測物的尺寸(例如包含待測物的長度及寬度)，而處理裝置可以是依據使用者所輸入的關於雷射感測器的相關資料及待測物的尺寸，據以設定啟始M、N值。

如圖3所示，假設待測物A的曲面A1被區隔為5個橫向區段C11、C12、C13、C14、C15，且規劃路徑依序包含有Y軸移動路徑PY1、斜 直線移動路徑PS1、Y軸移動路徑PY2、斜直線移動路徑PS2及Y軸移動路徑PY3。需說明的是，在實際應用中，網格是存在於虛擬曲面，而非形成於待測物A的曲面A1，於圖3中僅是為利說明，而將其兩者顯示於同一圖面中。

雷射感測器1對待測物A的曲面A1進行量測時，雷射感測器1將先沿著Y軸移動路徑PY1移動(此時姿態角為0)，以量測待測物A的橫向區段C11。雷射感測器1完成橫向區段C11的量測後，雷射感測器1將先以X軸為中心逆時針旋轉α1度(即姿態角為α1)，再沿著斜直線移動路徑PS1移動，以量測待測物A的橫向區段C12。

雷射感測器1完成橫向區段C12的量測後，雷射感測器1將先順時針旋轉α1度，而使雷射感測器1的姿態角恢復為0度，再沿Y軸移動路徑PY2移動(關於Y軸移動路徑PY2所包含的三個Y軸移動路徑PY21、PY22、PY23，於後詳述)，以量測待測物A的橫向區段C13。

雷射感測器1完成橫向區段C13的量測後，雷射感測器1將先以X軸為中心順時針旋轉α2度(即姿態角為α2)，再沿著斜直線移動路徑PS2移動，以量測待測物A的橫向區段C14。雷射感測器1完成待測物A的橫向區段C14的量測後，雷射感測器1將先逆時針旋轉α2，而雷射感測器1的姿態角將恢復至0度，最後，雷射感測器1將再沿著Y軸移動路徑PY3移動，以完成待測物A的橫向區段C15的量測。

依上所述，利用本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法，所規劃出的規劃路徑，可以讓雷射感測器沿著規劃路徑移動，以量測待測物A的曲面A1時，以相對較少的活動量，來完成整個曲面的量測，藉此，達到縮減雷射感測器感測待測物A的曲面A1所需時間的效果。

在實務中，相關處理裝置E控制雷射感測器作動時，雷射感測器會有多軸同動移動誤差的問題，且雷射感測器於量測過程中，是連續性 地活動，因此，雷射感測器每一次多軸活動所產生的移動誤差可能會累積；也就是說，雷射感測器的多軸活動量越大，其所產生的移動誤差可能會越大，若雷射感測器的移動誤差越大，其所量測出的結果將相對不精確。反之，雷射感測器的多軸活動量越少，其所產生的移動誤差也會降低，為此，將使得其所量測出的結果更為精確。是以，利用本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法，所規劃出的規劃路徑，不但可以使雷射感測器以相對較少的多軸活動量，來完成曲面的量測外，還可以使雷射感測器所量測出的結果更為精確。

值得一提的是，在不同實施例中，預設軸也可以是平行於Y軸，而相對應的相關內容，將對應改變，舉例來說，於路徑建立步驟S19中，若姿態角為0度，將會是建立對應於橫向區段C1的一X軸移動路徑，若姿態角為α度，則建立對應於橫向區段C1的一斜直線移動路徑，而雷射感測器沿著斜直線移動路徑移動時，將是同時於X軸的方向及Z軸的方向上移動。

請參閱圖4，其顯示規劃路徑P於待測物A的曲面A1的俯視圖中的示意圖。在實務中，規劃路徑P可以是呈現為連續的S型，而雷射感測器被控制沿著規劃路徑移動時，雷射感測器是逐一地沿著各條橫向分割線的頭端(即圖面的左側)移動至尾端(即圖面的右側)，再由相鄰的另一條橫向分割線的尾端(即圖面的右側)移動至頭端(即圖面的左側)。如此，可以降低雷射感測器的活動量，而可進一步降低雷射感測器量測曲面所需的時間。

需說明的是，在實務中，規劃路徑P可以不經過待測物A的曲面A1的四個側邊內縮的一預定範圍，也就是說，雷射感測器可以是僅針對待測物A的曲面A1的中心部分區域進行量測，而雷射感測器可以是不對待測物A的整個曲面A1進行量測。當然，雷射感測器對待測物A的哪一些範圍進行量測，可以是依據需求加以設計。

請參閱圖5，其顯示為本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法的另一實施例的流程示意圖。本實施例與前述實施例最大差異在於：於網格建立步驟S12前，還包含一基礎定位步驟S10：使虛擬曲面的短邊方向平行X軸，並使虛擬曲面的長邊方向平行Y軸，而使虛擬曲面的高度方向平行Z軸。通過此設計，各條橫向分割線的長度方向，將會與待測物的長度方向一致，而雷射感測器依據規劃路徑，對曲面進行量測的過程中，雷射感測器將會沿著待測物的長度方向，沿各條橫向分割線移動。

通過上述設計，雷射感測器沿著規劃路徑移動時，雷射感測器轉向(由一條橫向分割線移動至另一條橫向分割線)的次數，將相對較少，藉此，將可減少雷射感測器量測曲面所需的時間。

請參閱圖6，其顯示為本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法的網格建立步驟的另一實施例的流程示意圖。本實施例與前述實施例其中一個不同之處在於：所述姿態角是利用以下關係式計算所得：

其中，△H為橫向區段的兩端點於Z軸的高度差，△Y為橫向區段的兩端點於Y軸的距離差。

本實施例與前述實施例另一不同之處在於：於設定步驟S124及輔助深度判斷步驟S125之間，還包含以下步驟：一輔助角度判斷步驟SX：判斷參考角度減去α，是否落在Z軸有效量測角度範圍中；若落在Z軸有效量測角度範圍中，則執行輔助深度判斷步驟S125；若沒有落在所Z軸有效量測角度範圍中，則重新執行網格建立步驟S12，並於虛擬曲面上建構N條以上的縱向分割線D。

依上所述，通過所述關係式的設計，可以讓雷射感測器1以相對較小的旋轉量，完成各個橫向區段的量測作業，藉此，可以使雷射感測器以相對較少的總活動量，完成曲面的量測。

請一併參閱圖7至圖9，圖7顯示為本發明的網格建立步驟的另一實施例的局部流程示意圖，圖8為雷射感測器、待測物的曲面及Z軸有效量測深度的示意圖，圖9為包含三個移動區段的橫向區段的示意圖。

如圖7所示，本實施例的網格建立步驟，與前述實施例不同之處在於：於記錄步驟S123後，還包含以下步驟：一分段判斷及記錄步驟S127：計算橫向區段於Z軸方向的最高位置與Z軸有效量測深度的一上限值的一第一差值，及橫向區段於Z軸方向的最低位置與Z軸有效量測深度的一下限值的一第二差值，以決定是否將橫向區段區分為至少兩個移動區段；若使同一個橫向區段區分為至少兩個移動區段，則記錄所述橫向區段所包含的所有所述移動區段所分別對應的Z軸位置；其中，同一個所述橫向區段所包含的所有所述移動區段所對應的Z軸位置彼此不相同；於路徑建立步驟S13中，同一個橫向區段所區分出的各個移動區段，將對應於不同的Y軸移動路徑，而雷射感測器沿同一個橫向區段中的各個移動區段移動時，雷射感測器將移動至相對應的Z軸位置。

進一步來說，若橫向區段於Z軸方向的最高位置與所述上限值的第一差值小於一預設上限差值，且橫向區段於Z軸方向的最低位置與下限值的差值大於一預設下限差值，則執行步驟S1271：使橫向區段區隔為兩個移動區段，而各個移動區段於Z軸方向的最高位置與上限值的差值皆是大於預設上限差值，並記錄各個移動區段所對應的Z軸位置。

若橫向區段於Z軸方向的最高位置與上限值的差值大於預設上限差值，且橫向區段於Z軸方向的最低位置與下限值的差值小於預設下限 差值，則執行步驟S1272：將橫向區段區隔為兩個移動區段，而各個移動區段於Z軸方向的最低位置與下限值的差值皆是大於預設下限差值，並記錄各個移動區段所對應的Z軸位置。

若橫向區段於Z軸方向的最高位置與上限值的差值小於預設上限差值，且橫向區段於Z軸方向的最低位置與下限值的差值小於預設下限差值，則執行步驟S1273：使橫向區段區隔為三個移動區段，而各個移動區段於Z軸方向的最高位置與上限值的差值大於預設上限差值，且各個移動區段於Z軸方向的最低位置與下限值的差值大於預設下限差值，並記錄各個移動區段所對應的Z軸位置。

更具體來說，如圖8所示，假設橫向區段C13於Z軸方向的最高位置與所述上限值的差值H1小於預設上限差值，且橫向區段C13於Z軸方向的最低位置與下限值的差值H2小於預設下限差值，則，如圖9所示，橫向區段C13將會被區隔為三個移動區段C131、C132、C133，三個移動區段C131、C132、C133則對應於三個Y軸移動路徑PY21、PY22、PY23，而雷射感測器沿三個Y軸移動路徑PY21、PY22、PY23移動時，雷射感測器於Z軸方向的位置將不相同。其中，於圖8及圖9中，以假想線所繪示的各個矩形框的上邊線及下邊線，分別代表Z軸有效量測深度的上限值及下限值。

依上所述，若是橫向區段於Z軸方向的最高位置與上限值的差值小於預設上限差值，或者，橫向區段於Z軸方向的最低位置與下限值的差值小於預設下限差值時，雷射感測器將容易因為相關機構所存在的移動誤差，而發生雷射感測器無法有效地量測到曲面的問題。因此，本實施例通過上述分段判斷步驟的設計，可以進一步地確保，雷射感測器在姿態角為0度的情況下，可以有效地量測到同一個橫向區段中的每一位置，而不會發生同一個橫向區段中的任一個位置無法被量測到的問題。

請一併參閱圖10及圖11，圖10顯示為本發明的非接觸式曲面量測系統的示意圖，圖11顯示為本發明的非接觸式曲面量測方法的流程示意圖。

如圖10所示，本發明的非接觸式曲面量測系統2，能執行本發明的非接觸式曲面量測方法(於後詳述)。非接觸式曲面量測系統2包含所述載台21、一處理裝置22、一移載設備23及一感測設備24。處理裝置22例如是各式電腦、遠端伺服器等，於此不加以限制。載台21是用來提供待測物放置。在實際應用中，載台21可以是無法移動的結構，或者，載台21也可以是依據需求設計為可移動的結構。移載設備23與處理裝置22電性連接，處理裝置22能控制移載設備23，以將待測物設置於載台21上，且移載設備23也可被控制以將載台21上的待測物搬離載台21。

感測設備24包含一雷射感測器241及一移動裝置242。雷射感測器241與移動裝置242相連接，移動裝置242電性連接處理裝置22。於此所指的雷射感測器241與前述實施例所指的雷射感測器1相同，相關詳細說明，請參閱前述實施例的說明。

移動裝置242例如是包含一X軸移動機構2421、一Y軸移動機構2422、一Z軸移動機構2423及一轉動機構2424。處理裝置22能分別控制X軸移動機構2421、Y軸移動機構2422及Z軸移動機構2423，以使雷射感測器241沿X軸、Y軸或Z軸移動。處理裝置22能控制轉動機構2424，以使雷射感測器241以X軸為中心旋轉。

需說明的是，於本實施例中，非接觸式曲面量測系統所執行的非接觸式曲面量測路徑規劃方法，是以預設軸平行X軸為例，而轉動機構2424則是使雷射感測器241以X軸為中心旋轉，但不以此為限。在預設軸平行Y軸的實施例中，轉動機構2424將是使雷射感測器241以Y軸為中心旋轉。

如圖10及圖11所示，本發明的非接觸式曲面量測方法包含以下步驟：一輸入及規劃步驟S21：輸入一待測物的三維圖檔，並執行本發明的非接觸式曲面量測路徑規劃方法(請參前述說明，以下將不再贅述)；一設置步驟S22：將待測物設置於載台21，並使待測物的短邊方向沿著載台的一X軸方向，且使待測物的長邊方向沿著載台21的一Y軸方向；其中，載台21的X軸方向、Y軸方向及一Z軸方向是與雷射感測器241的X軸方向、Y軸方向及Z軸方向彼此相依(也就是說，載台21的座標系與雷射感測器241的座標系是通過校正)；一移動步驟S23：控制雷射感測器241依據規劃路徑，對待測物的曲面進行量測。

於輸入及規劃步驟S21中，處理裝置22可以是讀取一儲存器所儲存的待測物的三維圖檔，或者，處理裝置22可以是發出一要求資訊，以要求輸入三維圖檔。舉例來說，處理裝置22可以是與顯示器相連接，顯示器顯示要求資訊時，使用者可以於顯示畫面中，觀看到類似「請匯入三維圖檔」等提示文字。

於設置步驟S22中，處理裝置22能控制移載設備23將待測物設置於載台21，或者，處理裝置22能發出一要求資訊，以要求使用者將待測物設置於載台21。在實際應用中，載台21的周圍例如可以是設置有至少一感測器，感測器用來感測載台21上是否設置有待測物，處理裝置22則能依據感測器的感測結果，決定是否執行移動步驟S21。

於移動步驟S23中，處理裝置22將依據規劃路徑，控制移動裝置242，以使移動裝置242控制雷射感測器241沿著規劃路徑於曲面的上方移動。

依上所述，本發明的非接觸式曲面量測方法及非接觸式曲面量測系統，通過所述非接觸式曲面量測路徑規劃方法等設計，可以讓雷射感測器以相對較少的活動量，以相對較快的速度及相對較佳的精準度，完成待測物的曲面的量測。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。

S11、S12、S13:流程步驟

S121、S122、S123、S124、S125、S126:流程步驟

Claims (8)

1. 一種非接觸式曲面量測路徑規劃方法，其用以規劃一雷射感測器量測一待測物的一曲面的一規劃路徑，所述雷射感測器能受控制沿X軸、Y軸或Z軸直線移動，且所述雷射感測器能受控制而以一預設軸為中心旋轉，所述預設軸平行X軸，所述非接觸式曲面量測路徑規劃方法包含以下步驟：一取得步驟：取得所述雷射感測器的一Z軸有效量測深度及一Z軸有效量測角度範圍；一網格建立步驟：於所述待測物所對應的三維圖檔中的一虛擬曲面上建構一網格，所述網格由m-1條橫向分割線及n-1條縱向分割線構成，且各條所述橫向分割線被n-1條縱向分割線區隔出n個橫向區段；依序對每一條所述橫向分割線的每一個所述橫向區段執行以下步驟：一深度判斷步驟：計算所述橫向區段於Z軸方向的最高位置及最低位置的一高度差，並判斷所述高度差是否小於所述Z軸有效量測深度；若所述高度差大於或等於所述Z軸有效量測深度，則重新執行所述網格建立步驟，並於所述虛擬曲面上建構n條以上的所述縱向分割線；若所述高度差小於所述Z軸有效量測深度，則執行以下步驟：一角度判斷步驟：計算所述橫向區段於Y-Z平面的具有最大絕對值斜率的切線的法線向量與Z軸的一參考夾角，並判斷所述參考夾角是否位於所述Z軸有效量測角度範圍； 若所述參考夾角位於所述Z軸有效量測角度範圍內，則記錄所述雷射感測器於所述橫向區段的一姿態角為0度；若所述參考夾角不位於所述Z軸有效量測角度範圍內，則設定所述雷射感測器於所述橫向區段的所述姿態角為α度；其中，所述參考夾角減去α度是落在所述Z軸有效量測角度範圍中，並執行以下步驟：一輔助深度判斷步驟：判斷所述高度差△Z與所述Z軸有效量測深度△D是否符合一關係式：△Z*cosα<△D；若不符合所述關係式，則重新執行所述網格建立步驟，並於所述虛擬曲面上建構n條以上的所述縱向分割線；若符合所述關係式，則記錄所述雷射感測器於所述橫向區段的所述姿態角為α度；一路徑建立步驟：依序讀取各條所述橫向分割線的各個所述橫向區段所對應記錄的所述姿態角，若所述姿態角為0度，則建立對應於所述橫向區段的一Y軸移動路徑，若所述姿態角為α度，則建立對應於所述橫向區段的一斜直線移動路徑，各個所述橫向分割線所包含的所有所述Y軸移動路徑、所有所述斜直線移動路徑及各個所述斜直線移動路徑所對應的所述姿態角，將共同構成所述規劃路徑；其中，當所述雷射感測器被控制沿著所述Y軸移動路徑移動時，所述雷射感測器將不旋轉，而僅沿著所述Y軸移動；當所述雷射感測器被控制沿著所述斜直線移動路徑移動時，所述雷射感測器將以所述預設軸為中 心旋轉α角，且所述雷射感測器將沿著Y軸及所述Z軸移動。
2. 如請求項1所述的非接觸式曲面量測路徑規劃方法，其中，於所述網格建立步驟前，還包含一基礎定位步驟：使所述虛擬曲面的短邊方向平行所述X軸，並使所述虛擬曲面的長邊方向平行所述Y軸，而使所述虛擬曲面的高度方向平行所述Z軸，所述預設軸平行所述X軸。
3. 如請求項1所述的非接觸式曲面量測路徑規劃方法，其中，所述姿態角α是利用以下關係式計算所得：

   

   其中，△H為所述橫向區段的兩端點於Z軸的高度差，△Y為所述橫向區段的兩端點於Y軸的距離差，並於所述輔助深度判斷步驟前，先執行以下步驟：一輔助角度判斷步驟：判斷所述參考角度減去α，是否落在所述Z軸有效量測角度範圍中；若落在所述Z軸有效量測角度範圍中，則執行所述輔助深度判斷步驟；若沒有落在所Z軸有效量測角度範圍中，則重新執行所述網格建立步驟，並於所述虛擬曲面上建構n條以上的所述縱向分割線。
4. 如請求項1所述的非接觸式曲面量測路徑規劃方法，其中，所述規劃路徑呈現為連續的S型，而所述雷射感測器被控制沿著所述規劃路徑移動時，所述雷射感測器是逐一地沿著各條所述橫向分割線的頭端移動至尾端，再由相鄰的另一條所述橫向分割線的尾端移動至頭端。
5. 如請求項1所述的非接觸式曲面量測路徑規劃方法，其中， 於所述角度判斷步驟中，若所述參考夾角位於所述Z軸有效量測角度範圍內，則記錄所述雷射感測器於所述橫向區段的所述姿態角為0度，且執行以下步驟：一分段判斷步驟：判斷所述橫向區段於Z軸方向的最高位置與所述Z軸有效量測深度的一上限值的差值，及所述橫向區段於Z軸方向的最低位置與所述Z軸有效量測深度的一下限值的差值，以決定是否將所述橫向區段區分為至少兩個移動區段；若使同一個所述橫向區段區分為至少兩個所述移動區段，則於記錄所述橫向區段所包含的所有所述移動區段所對應的一Z軸位置；其中，同一個所述橫向區段所包含的所有所述移動區段所對應的所述Z軸位置彼此不相同；於所述路徑建立步驟中，同一個所述橫向區段所區分出的各個所述移動區段，將對應於不同的所述Y軸移動路徑，而所述雷射感測器沿同一個所述橫向區段中的各個所述移動區段移動時，所述雷射感測器將移動至相對應的所述Z軸位置。
6. 如請求項5所述的非接觸式曲面量測路徑規劃方法，其中，若所述橫向區段於Z軸方向的最高位置與所述上限值的差值小於一預設上限差值，且所述橫向區段於Z軸方向的最低位置與所述下限值的差值大於一預設下限差值，則將所述橫向區段區隔為兩個所述移動區段，各個所述移動區段於Z軸方向的最高位置與所述上限值的差值大於所述預設上限差值；若所述橫向區段於Z軸方向的最高位置與所述上限值的差值大於所述預設上限差值，且所述橫向區段於Z軸方向的最低位置與所述下限值的差值小於所述預設下限差值，則將所述橫向區段區隔為兩個所述移動區段，各個所述移動區段於Z軸方向的最低位置與所述下限值的差值大於所述預設上限差值；若所述橫向區段於Z軸方向的最 高位置與所述上限值的差值小於所述預設上限差值，且所述橫向區段於Z軸方向的最低位置與所述下限值的差值小於所述預設下限差值，則將所述橫向區段區隔為三個所述移動區段，各個所述移動區段於Z軸方向的最高位置與所述上限值的差值大於所述預設上限差值，各個所述移動區段於Z軸方向的最低位置與所述下限值的差值大於所述預設下限差值。
7. 一種非接觸式曲面量測方法，其包含：一輸入及規劃步驟：輸入一待測物的三維圖檔，並執行如請求項1至6中任一項所述的非接觸式曲面量測路徑規劃方法、一設置步驟及一移動步驟，所述設置步驟為：將所述待測物設置於一載台，並使所述待測物的短邊方向沿著所述載台的一X軸方向，且使所述待測物的長邊方向沿著所述載台的一Y軸方向；其中，所述載台的所述X軸方向、所述Y軸方向及一Z軸方向是與所述雷射感測器的X軸方向、Y軸方向及Z軸方向彼此相依；所述移動步驟為：控制所述雷射感測器依據所述規劃路徑，對所述待測物的所述曲面進行量測。
8. 一種非接觸式曲面量測系統，其能執行如請求項7所述的非接觸式曲面量測方法，所述非接觸式曲面量測系統包含一處理裝置、所述載台、一移載設備及一感測設備；於所述輸入及規劃步驟中，所述處理裝置能讀取一儲存器所儲存的所述待測物的三維圖檔，或者，所述處理裝置能發出一要求資訊，以要求輸入所述三維圖檔；於所述設置步驟中，所述處理裝置能控制所述移載設備將所述待測物設置於所述載台，或者，所述處理裝置能發出一要求資訊，以要求將所述待測物設置於所述載台；所述感測設備包含所述雷射感測器及一移動裝置，於所述移動步驟中，所述處 理裝置能依據所述規劃路徑，控制所述移動裝置，以使所述移動裝置控制所述雷射感測器沿著所述規劃路徑於所述曲面的上方移動。

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