TWI816512B - 曲面量測裝置、其向量感測器及製法 - Google Patents

曲面量測裝置、其向量感測器及製法 Download PDF

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Abstract

曲面量測裝置包括多數向量感測器，每個向量感測器包括：本體以及連接該本體的向量器。向量器包含直線形延伸部，端部提供連接件，用於與另一向量感測器的本體連接；感測晶片，用以感測重力的向量；無線通信電路，以由無線通信通道對外界傳送該感測晶片的感測數值。另可包含計算裝置，用於計算該向量器延伸部相對於重力的向量值。計算結果為多數空間上的點，可據以繪出一條曲線。本發明也揭示該向量器的製法。

Description

曲面量測裝置、其向量感測器及製法
本發明是關於一種曲面量測裝置，特別是關於醫療、復健領域所使用的曲面量測裝置。
在許多應用場合需要量測曲面，尤其是需要量測曲面上一個點到另一個點的向量。這種量測並無法以傳統方式，例如光學方式量測。其中一個理由是在兩點之間可能存在突出面，阻擋光的行進。許多研究人員想方設法，設計能夠克服這些難題的解決方案。
美國專利第US5960370號揭示一種二維位置確定裝置(Two-dimensional position determining arrangement)，應用於量測相對於行進中物體的地球磁場局部變化及磁體位置的方法。使用一個長形外殼，容裝感測器，用來量測固定相對於該外殼長度方向的3個垂直軸的重力向量。在該外殼行進當中以每個量測點的量測結果確定感測器圍繞外殼軸線的傾斜度和旋轉。使用歐拉旋轉變換將磁力感測器三個軸向的測量值轉換為直角坐標系中的對應值。該直角坐標系具有在測量點的井徑方向上的第一水平分量，第二水平分量，兩者垂直於井徑方向，以及垂直分量。各點的量測結果即描繪出一條曲線。
DE19737142A1揭示一種用於判斷被測物體的二維位置的裝置(An arrangement for two-dimensional position determination of a measured object)。該裝置包括由硬磁材料製成，耦合到被測物體的扁平方形磁體1。該磁體1的磁化方向(M)平行於被測物體的第一運動軸(X)。第一和第二磁場感測器S1，S2配置在平行於磁體1底面的表面上，用於檢測由磁體1引起並沿垂直於磁體1底面方向延伸的磁場的法向分量。兩個傳感器S1,S2沿第一運動軸(X)保持與被測物體相同的距離，且兩者沿垂直於第一運動軸(X)的第二運動軸(Y)保持固定距離(Ds)。第二運動軸(Y)與磁鐵1的底面保持相同的固定距離。轉換單元2接收並處理傳感器S1,S2的測量值(M1)。存儲單元4儲存該磁場歷次量得的法向分量，作為特徵群組(Hxy)，形式為(Hx,Hy*)。
US11144063B2揭示一種用於檢查表面的系統(System,method,and apparatus for inspecting a surface)。傳感器裝置在滑板或滑板陣列系統，使用磁性輪實現準確、自動與待測表面對準和自穩定接觸的移動，可以克服物理障礙並以變動或恆定的速度進行操縱。
由現有技術的說明可知，對於曲面的量測，無論其規模大小，業界都有強烈的需求。各種技術應運而生。現有技術的解決方案都是使用磁力計量測地磁的變化，推算出曲面上各點的座標。為了提高量測的正確性，現有技術也發展出確保感測器的感測軸與基底表面保持固定的相對關係的作法。但所提出的種種做法，仍然無法保證可將前述相對關係維持於恆定，以致於量測過程累積飄移量。此外，現有技術保持該相對關係的方法，並不適用於磁性材料以外的基底。
本發明的目的在提供一種新穎的曲面量測裝置，用來量測曲面中的一區段，產生多數量測點的位置資訊。
本發明的目的也在提供一種曲面量測裝置，用來量測曲面中的一區段，並可防止飄移量的累積。
本發明的目的也在提供一種可以量測不同材質的曲面表面，並能得到正確結果的裝置。
本發明的目的也在提供一種曲面量測裝置的製備方法。
根據本發明的第一面向，本發明提出一種曲面量測裝置，包括第一向量感測器及多數N個第二向量感測器，N為自然數；每個向量感測器包括：本體以及連接該本體的向量器；該向量器包含一個直線形延伸部，較好為一個直線延伸的桿，該向量器遠離該本體的端部提供第一連接件；第二連接件，配置在感測器本體上，與該向量器相反的一端，或配置在該本體的覆蓋範圍內，並在該本體提供一開口或切口，以供另一個向量感測器的第一連接件進入，而與該第二連接件形成可轉動的連接；該第二連接件可僅配置在該多數第二向量感測器；該第一連接件配置連接部，該第二連接件配置轉動連接部，以供與該連接部連接；該第二連接件位在該向量器的延伸線上；感測晶片，較佳為包含一個慣性感測器，用以感測重力的向量，產生重力向量感測數值； 無線通信電路，連接該感測晶片，以由無線通信通道對外界傳送該感測數值；及電源裝置，用以提供電功率給該感測晶片及/或該無線通信電路；其中，該無線通信電路傳送的感測數值資料包括該向量感測器的代碼。
在本發明的較佳實施例中，該無線通信電路傳送的感測數值資料包括該向量感測器的感測晶片至第一連接件的向量值。
在本發明的較佳實施例中，在該第二向量感測器中，該感測晶片的位置較好為投射至該第二連接件的轉動連接部的範圍。
在本發明的較佳實施例中，該感測晶片到該向量器第一連接件的連接部的長度，於每個向量器較好為相同。
本發明向量感測器的較佳實施例尚可包括處理電路，連接該感測晶片，用於接收該感測晶片的感測結果，轉換成空間位置表示資料，例如為座標值或向量值，據以計算該感測晶片至該向量器第一連接件的連接部的向量值，相對於該重力向量的相對向量值及/或計算感測晶片至該向量器第一連接件的連接部的向量的絕對向量值。在這種實施例中，該電源裝置並提供電源給該處理電路。
該向量感測器還可提供貼附元件，用以將該本體貼附在一量測表面。在本發明的較佳實施例中，該貼附元件的中心投射進入該感測晶片的範圍。
該曲面感測裝置尚可包含一個計算裝置，配備無線通信功能，以接收各向量感測器的處理結果，據以計算各個向量感測器的感測晶片至其向量器第一連接件的連接部的相對向量值。該計算裝置也可用來計算該第一向量 感測器的感測晶片至第N個第二向量感測器的向量器第一連接件的連接部的相對向量值。
在本發明的較佳實施例中，僅有一個或多個向量感測器配備該處理電路。各感測晶片經由該無線通信電路將感測結果傳輸給該處理電路，據以計算各感測晶片至對應的向量器第一連接件的連接部的相對向量值。在這種實施例中，該處理電路也可配置成用以計算該第一向量感測器的感測晶片至第N個第二向量感測器的向量器第一連接件的連接部的相對向量值。該處理電路可配置在該第一向量感測器或該多數第二向量感測器中的一個。
在本發明的較佳實施例中，該第一連接件的連接部可為連結勾或連接環，該第二連接件的轉動連接部可為軸桿。軸桿外圍一定距離處可配備突緣，以規範該連接勾或連接環的轉動。
在本發明的特定實施例中，該感測晶片配備記憶裝置，用來儲存該第一連接件的連接部相對於該感測晶片的向量資料，以及該感測晶片對應的向量感測器的代碼。在這種實施例中，該計算裝置及/或該處理裝置根據各感測晶片的代碼資料、向量資料以及該處理電路的處理結果，計算各感測晶片至對應的向量器第一連接件的連接部的相對向量值，或該第一向量感測器感測晶片到該第N向量感測器的第一連接件的連接部的向量值。
在本發明的其他實施例中，個別向量感測器的感測數值是用來計算該感測晶片至向量器第一連接件的連接部的向量，相對於重力向量的方向。該方向可以該方向在特定平面上的夾角表示。此時，該向量可以〔角度，感測晶片至向量器第一連接件的連接部長度〕的形式表示。
在這種實施例中，該慣性感測器包括一個角速度計。
本發明的第二面向提供一種曲面量測裝置的向量感測器的製造方法。該方法包括：提供模具，該模具提供向量感測器成形空間，並包括一個第二連接件成形空間；提供晶片架，該晶片架提供感測晶片容置空間；將該晶片架置於該模具中，使該晶片架的感測晶片容置空間投射進入該第二連接件形成空間的範圍；提供晶片組，該晶片組包括感測晶片，內含慣性感測器，以及電連接該感測晶片的處理電路；將該晶片組置於該晶片架的感測晶片容置空間內，定位；及將向量感測器的材料施予該向量感測器成形空間並固化。
該方法還可以包括脫模，以及熟化該向量感測器的步驟。
上述本發明的目的、優點，可由以下詳細說明並參照圖式而更形清楚。
10:第一向量感測器
11:本體
11A:端部
12:向量器
13:第一連接件
13A:連接部
14:第二連接件
14A:轉動連接部
15:開口或切口
16:突緣
17:感測晶片
18:無線通信電路
19:電源裝置
20-60:第二向量感測器
21:處理電路
23:記憶裝置
30:計算裝置
40:模具
41:向量感測器成形空間
42:第二連接件成形空間
43:晶片架
45:晶片組
A1-A5:向量感測器
C7:人體頸椎第7節
S1:薦椎第1節
圖1表示本發明曲面量測裝置一種實施例的立體示意圖。
圖2表示適用在本發明曲面量測裝置一種實施例的向量感測器剖面圖。
圖3表示本發明曲面量測裝置的向量感測器的製造方法一種實施例的流程圖。
圖4顯示本發明曲面量測裝置的向量感測器一種實施例的製造階段示意圖。
圖5表示本發明曲面量測裝置用於量測人體背部的應用例示意圖。
以下參照圖式說明本發明曲面量測裝置及其製法的數種實施例。
圖1表示本發明曲面量測裝置一種實施例的立體示意圖。如圖所示，本發明的曲面量測裝置乃是包括一個第一向量感測器10及多數第二向量感測器20-60。圖中顯示在該實施例中使用5個第二向量感測器20-60。但是該第二向量感測器的數量並無任何限制。在應用時可視量測的目的與所需的量測解析度，任意決定所使用的第二向量感測器數量。
圖2表示一種適用在本發明曲面量測裝置的向量感測器的剖面圖。圖中顯示，每個向量感測器包括本體11以及連接該本體11的向量器12。該向量器12包含一個直線形延伸部，圖中顯示該延伸部是一個直線延伸的桿。該向量器12在遠離該本體11的端部11A提供第一連接件13。
在本體11的下方配置第二連接件14，並在該本體11提供一開口或切口15，以供另一個向量感測器的第一連接件進入，而與該第二連接件14形成可轉動的連接。該第二連接件14也可配置在感測器本體11上，與該向量器12相反的一端。但在本發明的較佳實施例中，該第二連接件14配置在該本體11的覆蓋範圍內。在本發明的較佳實施例中，該第二連接件僅配置在該 多數第二向量感測器20-60，而不配置在該第一向量感測器10。但考慮製作便利，該第一向量感測器10也可配置該第二連接件14，但操作時並不使用。
該第一連接件13配置連接部13A，該第二連接件14配置轉動連接部14A，以供與另一個向量感測器的連接部13A連接，較好為可轉動的連接。在本發明的較佳實施例中，該第二連接件14位在該向量器12的延伸線X上。
在圖2所示的實施例中，該第一連接件13的連接部13A形成連結勾。但其他形式的連接件，例如連接環等，也可適用在本發明。圖中所示的第二連接件14的轉動連接部14A為軸桿。但任何其他可與該第一連接件13的連接部13A配合，形成可轉動的連接的元件，都可以適用在本發明。圖中還顯示軸桿14A外圍一定距離處可配備突緣16，以規範該連接部13A或連接環的轉動。
具有上述特徵的第二向量感測器20就可以使用另一個第一向量感測器10或第二向量感測器20，將該另一個向量感測器的第一連接件13與該第二向量感測器20的第二連接件14連接，並使該另一個向量感測器的向量器12穿過該第二向量感測器20的切口15，使兩者形成可轉動的連接。
該第一連接件13較好與該向量器12形成一體。該第二連接件14較好與該本體11形成一體。但如果形成另外的元件，再與該向量器12或本體11結合，也無不可。
此外，該本體11與該向量器12也較好形成一體。但分別製作再予結合，也無不可。根據本發明的向量感測器製作方法一種較佳實施例，是使 用單一模具製作出包含該本體11、該向量器12，並形成該第一連接件13與該第二連接件14。但本發明的製作方法並不限於該實施例的方法。
圖2顯示在該本體11內配置感測晶片17，用來感測重力(地心引力)的向量，產生重力向量感測數值。該感測晶片17較佳為包含一個慣性感測器，例如加速度計或陀螺儀。使用慣性感測器所感測到的重力，通常可以表示為一個向量值，例如以座標值的三維分量或角向量值表示的向量。
根據本發明的較佳實施例，該重力向量是用來反推該向量器12所代表的向量，在空間上的向量值。因此，其他可以用來推算該向量器12所代表的空間上的向量值的基準值，都可以應用在本發明。
詳言之，該向量感測器的本體11內配置該感測晶片17。在向量感測器製作完成時，該向量器12的端點，亦即該向量器12的第一連接件13相對於該感測晶片17的向量系統的相對向量值為已知。且在製作上，通常還可以透過嚴格的製程控制，將該相對向量值設定為固定值，例如以座標值表示的(x,0,0)。此外，重力向量如以座標值表示，其絕對座標值則可表示為(0,0,-1)。因此，只要以該感測晶片17量測到重力向量相對於該感測晶片17的向量系統的相對向量值，就可以用來推算該感測晶片17至該向量器12的端點的絕對向量值。
具有上述技術特徵的感測晶片，可以使用任何市售的感測器，或經過必要的修改後使用。可以適用在本發明的感測器晶片包括：NORDIC(商標)nRF51822以及其他具有相同功能的晶片產品。
該向量感測器配置無線通信電路18，也是配置在本體11內。該無線通信電路18連接該感測晶片17，用來將該感測晶片17的感測讀值，以經 由無線通信通道對外界傳送該感測數值。該無線通信電路18可以使用任何市售的產品。例如上述NORDIC nRF51822感測器晶片即配備藍芽無線通信功能，即可應用在本發明。其他具有短距離無線通信功能的電路晶片、電路IP等，都可以應用在本發明。
該向量感測器還配備電源裝置19，用以提供電源給該感測晶片17以及該無線通信電路18，以及其他需要使用電功率的元件，電路。
在本發明的多數較佳實施例中，該向量感測器配置記憶裝置23，用來儲存該感測晶片17的感測結果，以及處理該感測晶片17的感測結果所需的資料。在本發明的特定實施例中，該記憶裝置23可配置在該感測晶片17內。但也可以為另外的電路，而與該感測晶片17形成信號連接。如為獨立的電路或元件，則該電源裝置19也用於供應電功率給該記憶裝置23。
該記憶裝置23所儲存的資料種類並無限定，但較好包括：第一連接件13的連接部相對於該感測晶片17的相對向量資料，以及該感測晶片17對應的向量感測器10、20的代碼。此外，尚可包括該感測晶片17的感測結果讀值，以及對應的感測時間戳記。在這種實施例中，每一筆感測資料就可以與特定時間以及該感測器的代碼建立關聯。此外，每一筆感測資料(重力向量值)也會與該第一連接件13的連接部相對於該感測晶片17的相對向量建立關聯。在這種實施例中，該無線通信電路18每次傳送的感測數值資料可以包括該向量感測器的代碼。該無線通信電路18傳送的感測數值資料也會包括該向量感測器的向量器12相對於該感測晶片17的相對向量值。但該相對向量值並不需要在每次傳送感測結果資料時傳送。該無線通信電路18每次傳送的感測數值資料還可以包括時間戳記，但該時間戳記也可以由接收到該感測數值資料 的元件，例如一個處理電路或者該第一向量感測器10與該多數第二向量感測器20-60當中的一個，附加在一批次的資料中。
本發明的向量感測器的較佳實施例尚可包括處理電路21，用來將該感測晶片17的感測結果轉換成空間位置表示資料，例如為座標值或向量值。在本發明較佳實施例中，該處理電路21連接該感測晶片17，以接收該感測晶片的感測結果數值資料。該處理電路21將該感測數值轉換成空間位置表示資料，例如為座標值或向量值。例如，該感測晶片17在靜止時可以感測重力(地心引力)的向量，產生重力向量感測數值。該重力向量感測數值代表重力向量相對於該感測晶片17的向量系統的相對向量值。由於感測晶片至該向量器第一連接件的連接部的相對向量值已知，該處理電路21就可根據該重力的相對向量，計算該感測晶片17至該向量器第一連接件13的連接部的向量值，相對於該重力向量的相對向量值。此外，由於該重力向量的絕對向量已知，該處理電路21也可根據該重力的絕對向量，計算感測晶片17至該向量器第一連接件13的連接部的向量的絕對向量值。以上的向量值都可以座標值(空間座標或極座標)或以向量值表示。在這種實施例中，該電源裝置19並提供電源給該處理電路21，且該無線通信電路18所送出的感測數值就是經過計算的相對向量值或絕對向量值。
在計算時，如果是要計算該感測晶片17至該向量器第一連接件13的連接部的向量值，相對於該重力向量的相對向量值，可以利用以下公式(1)完成：設該第一向量感測器10的感測晶片17至該向量器第一連接件13的連接部的相對向量值以空間座標表示，為(x11,0,0)。該感測晶片17所測到的重力向 量為(x12,y12,z12)。則該第一向量感測器10的感測晶片17至該向量器第一連接件13的連接部的向量值，相對於該重力向量的相對向量，以空間座標表示，為(x10,y10,z10)，可以下(1)式計算：(x10,y10,z10)=(x11-x12,y11-y12,z11-z12)...(1)
反之，如果是要計算該感測晶片17至該向量器第一連接件13的連接部的絕對向量值，則可以利用以下公式(2)完成：設該第一向量感測器10的感測晶片17至該向量器第一連接件13的連接部的相對向量值以空間座標表示，為(x11,0,0)。該感測晶片17所測到的重力向量為(x12,y12,z12)。由於該重力向量的絕對向量已知，為(0,0,-1)，則該第一向量感測器10的感測晶片17至該向量器第一連接件13的連接部的絕對向量值，以空間座標表示，為(x10,y10,z10)，可以下(2)式計算：(x10,y10,z10)=(x11-x12,y11-y12,z11-z12+1)...(2)
具有以上計算能力的處理電路21也可以利用市售的處理器，經過必要的修改，提供本發明所需的計算功能。此外，上述NORDIC nRF51822產品，也提供具有上述功能的處理電路。此行業人士均不難據以實施本發明。
在本發明的其他實施例中，該感測晶片17包括一個角速度計，用來計算該感測晶片17至該向量器第一連接件13的連接部的向量相對於重力的夾角與長度。在計算時，設重力的長度為1單位長或其他適當的長度。該向量(向量10)可以表為：向量10=L10,θ10...(3)
在本發明的較佳實施例中，可以僅有一個或多個向量感測器配備該處理電路21，或僅有一個或多個向量感測器的處理電路21提供該處理功 能。在這種實施例中，各感測晶片17經由該無線通信電路18將感測結果，即個別偵測到的重力向量值，傳輸給該提供功能的處理電路21。由該向量感測器的處理電路21根據各向量感測器10、20所送來的感測數值，計算各感測晶片至對應的向量器第一連接件的連接部的相對向量值。在這種實施例中，該處理電路也可配置成用以計算該第一向量感測器的感測晶片至第N個第二向量感測器的向量器第一連接件的連接部的相對向量值。
在本發明的另一種實施例中，個別向量感測器10、20並不需要配置該處理電路21，而是使該曲面感測裝置包含一個獨立的計算裝置30。該計算裝置30配備無線通信功能，以接收各向量感測器10、20的感測或處理結果，據以利用該計算裝置30的計算功能，計算各個向量感測器10、20的感測晶片17至第一連接件13的連接部的相對向量值。該計算裝置30也可配置成用來計算該第一向量感測器10的感測晶片17至第N個第二向量感測器20的向量器第一連接件13的連接部的相對向量值。這類的實施例所使用的計算裝置30通常可以使用移動裝置已經具備的元件與功能，加以修改達成。例如，可以撰寫手機APP，用來與該第一向量感測器10及該多數第二向量感測器20連線，並接收個別向量感測器10、20的感測數值，分別計算其所感測的向量值，或其他有用的數值。該手機APP並且可以設置成可以根據計算所得的數值，在顯示裝置上繪製一個由各向量感測器10、20的量測結果依照順序所代表的曲面的形狀。
在上述兩種實施例中，該計算裝置30及/或該處理電路21根據各感測晶片的代碼資料、向量感測資料以及該處理電路的處理結果，計算個別 向量感測器10、20所感測的向量值，或該第一向量感測器10感測晶片到該第N向量感測器20的第一連接件13的連接部的向量。
使用時將該多個向量感測器10、20前後相連，使前一個向量感測器的第一連接件與次一個向量感測器的第二連接件相連，拉緊，然後將各向量感測器依序排列在要量測的曲面上，使每一個向量感測器位在一條曲線中的一個點。如有貼附元件或固定元件，將該貼附元件或固定元件貼附或固定在量測表面。開啟向量感測器的電源，並以智慧手機的APP收取該多數向量感測器的感測結果。將感測結果的向量值，或座標值輸入到曲面繪製應用軟體，例如配備習知貝茲曲線(Bezier Curves)繪製能力的應用軟體，就可以畫出二度空間上或三度空間上，通過各個向量感測器的一條曲線。
如果需要得知各個向量感測器的感測晶片的絕對座標值，可以將具有絕對座標感測能力，例如衛星定位應用軟體的智慧手機，置放在第一向量感測器的感測晶片上方，取得該絕對座標值，據以計算各第二向量感測器的感測晶片的絕對座標，以及第N個第二向量感測器的第一連接件的絕對座標。
為使本發明曲面感測裝置的感測結果能更為準確，在該第二向量感測器20中，該感測晶片17的位置較好投射在該第二連接件14的轉動連接部的範圍。通常，該轉動連接部較好設置在該感測晶片17的正下方，如圖2所示，或位在正上方。但這種設置方式，並不是任何技術限制。此外，為簡化計算，個別向量感測器10、20的感測晶片17到該向量器12第一連接件13的連接部的長度，於每個向量器12較好為相同。但這也不是任何技術限制。
在本發明的較佳實施例中，個別向量感測器10、20還可提供貼附元件(未圖示)，用以將該本體11貼附在一量測表面。這種設計雖然並非 任何技術限制，但在例如量測人體表面的曲面，或其他類似表面時，非常有用。該貼附元件在不同應用時有不同形式的選擇可能性。例如，在量測數百公尺距離的曲面時，可能使用的貼附元件，與量測數公分長的曲面，就完全不同。如果使用貼附元件，該貼附元件的中心較好該感測晶片17重合。例如，位在該感測晶片17正下方或正上方。
如果要量測大尺寸的曲面，例如隧道內的地面，可以僅使用一個第一向量感測器，並將該向量感測器的本體上裝置動力移動裝置，例如車輛。在該本體上配備GPS晶片，將該向量感測器移動到隧道口，量測其本體的絕對座標以及該第一向量器端點的相對向量。接著，以動力移動裝置將該本體移動到該第一向量器端點原位置，量測該第一向量器端點的相對向量。如此逐點量測，以至於隧道出口。收集每次量測結果數值，就可以描繪出該隧道內地面的形狀。該向量感測器的向量器長度可以設為例如10M。則每一公里僅需要量測100點，即可完成地面形狀的描繪。
在這種應用例中，該曲面量測裝置包括向量感測器及搭載該向量感測器的動力移動裝置；該向量感測器包括：本體以及連接該本體的向量器；該向量器包含一個直線形延伸部；感測晶片，用以感測重力的向量，產生重力向量感測數值；處理裝置，連接該感測晶片，以根據該向量感測器的感測結果，計算該向量感測器的感測晶片至其向量器端點的相對向量值；無線通信電路，連接該處理裝置，以由無線通信通道對外界傳送該計算結果；及 電源裝置，用以提供電功率給該感測晶片、該計算裝置及/或該無線通信電路。
該曲面量測裝置還可包含一個GPS晶片，用於量測該感測晶片所在位置的座標。在這種實例中，該向量感測器的感測數值可用來計算該感測晶片至向量器第一連接件的連接部的向量相對於重力向量的相對向量，該相對向量以該方向與特定向量的夾角及長度表示。
以下說明本發明曲面量測裝置的向量感測器一種製造方法。圖3表示本發明曲面量測裝置的向量感測器的製造方法一種實施例的流程圖。圖4顯示本發明曲面量測裝置的向量感測器一種實施例的製造階段示意圖。以下參照圖式說明。
如圖3所示，本發明曲面量測裝置的向量感測器製造方法可能包括如下步驟：於步驟301提供模具40，該模具40提供向量感測器成形空間41，並包括一個第二連接件成形空間42，如圖4A所示。於步驟302提供晶片架43，該晶片架提供感測晶片17容置空間。於步驟303將該晶片架置於該模具中，使該晶片架的感測晶片容置空間與該第二連接件形成空間上下重合，如圖4B所示。於步驟304提供晶片組45，該晶片組包括感測晶片17，內含慣性感測器，以及電連接該感測晶片的處理電路21、無線通信電路18、記憶裝置23、電源裝置等。於步驟305將該晶片組置於該晶片架43的感測晶片容置空間內，定位，如圖4C所示。接著，在步驟306將向量感測器的材料施予該向量感測器成形空間，固化。在該步驟後，該晶片架43即形成該向量感測器本體11的一部份。該晶片組45也位在該第二連接件14的上方，完成定位，如圖 4D所示。在步驟307將該向量感測器脫模，熟化。即完成該向量感測器的製作。
圖5表示本發明曲面量測裝置用於量測人體背部的應用例示意圖。這個應用例的目的，主要是用來量測病患是否駝背，身體側彎。如圖所示，使用5個向量感測器A1-A5，量測人體頸椎第7節C7到薦椎第1節S1的水平距離。圖中C7-S1曲線代表人體的背部表面。
該曲面感測裝置包括第一向量感測器A1與4個第二向量感測器A2-A5，互相以第一連接件13與第二連接件14連接。將5個向量感測器A1-A5依序貼附在受測者背部，較好沿脊椎貼附。貼附時注意拉伸長度。如果向量感測器加總長度不足，可以任意增加數量。反之亦然。使用前或使用時將所有向量感測器A1-A5與手機APP對頻，連線。啟動後以手機APP收集所有向量感測器A1-A5的感測讀值。以手機APP的運算功能計算各向量感測器A1-A5的感測讀值所代表的向量，相對於重力向量的方向與長度。亦即向量感測器A1-A5的向量器12所代表的向量，與重力的向量的夾角與相對長度。
計算結果為A1=(θ1,L1)，A2=(θ2,L2)，A3=(θ3,L3)，A4=(θ4,L4)，A5=(θ5,L5)。
該手機APP即可在手機顯示器上繪製出該C7-S1曲線，如圖5所示。此外，該手機APP也可以下式計算該C7點到該S1點在該平面上的水平距離。該距離在醫學上稱為SVA(sagittal vertical axis)，可用來判斷人體是否駝背：SVA=Σ L N ×cosθ N ...(4)
其中，如θ_N<90°，則cosθ_N>0；如θN>90°，則cosθN<0。
將該水平距離與一個標準值(例如SVA標準值為46mm)比較，就可判斷該人體是否已經駝背。在該實施例所得到的數值，也可應用在多種醫學、復健、運動、訓練上的判斷。
在式(4)中，每個夾角可能並非位在相同平面或投影到相同平面。但這種方向上的偏移通常可以忽略，因為在應用時，多數向量感測器通常會位在或實質上位在相同平面上。
本發明的曲面感測裝置可以應用在各種曲面的量測。所量測的規模可以小至人體器官，大至交通設施。由於該向量器提供一個已知方向且已知長度的向量，而該向量感測器又提供無線通信功能，任何曲面都可以利用本發明量測，而不受環境的限制，更不須破壞量測對象。本發明確可提供現有技術無法提供的功效。
A1-A5:向量感測器
C7:人體頸椎第7節
S1:薦椎第1節

Claims (33)

  1. 一種曲面量測裝置，包括第一向量感測器及多數N個第二向量感測器，N為自然數；每個向量感測器包括：本體以及連接該本體的向量器；該向量器包含一個直線形延伸部，該向量器遠離該本體的端部提供第一連接件；第二連接件，配置在第二向量感測器本體上與該向量器相反的一端；該第一連接件配置連接部，該第二連接件配置轉動連接部，以供與另一向量感測器的第一連接件連接部連接；該第二連接件位在該向量器的延伸線上；感測晶片，用以感測重力的向量，產生重力向量感測數值；無線通信電路，連接該感測晶片，以由無線通信通道對外界傳送該感測數值；及電源裝置，用以提供電功率給該感測晶片及/或該無線通信電路；其中，該無線通信電路傳送的感測數值資料包括該向量感測器的代碼。
  2. 如申請專利範圍第1項的曲面量測裝置，其中，該感測晶片包含一個慣性感測器，該慣性感測器為加速度計或角速度計。
  3. 如申請專利範圍第1項的曲面量測裝置，其中，該第二連接件配置在該本體的覆蓋範圍內，並在該本體提供一開口或切口，以供另一個向量感測器的第一連接件進入，而與該第二連接件形成可轉動的連接。
  4. 如申請專利範圍第1項的曲面量測裝置，其中，在該第二向量感測器中，該感測晶片的位置與該第二連接件的轉動連接部重合。
  5. 如申請專利範圍第1項的曲面量測裝置，其中，該感測晶片到該向量器第一連接件的連接部的長度，於每個向量器為相同。
  6. 如申請專利範圍第1項的曲面量測裝置，另包括貼附元件，用以將該本體貼附在一量測表面。
  7. 如申請專利範圍第6項的曲面量測裝置，其中，該貼附元件的中心與該感測晶片重合。
  8. 如申請專利範圍第1到6項任何一項的曲面量測裝置，另包含一個計算裝置，配備無線通信功能，以接收各向量感測器的感測結果，據以計算各個向量感測器的感測晶片至其向量器第一連接件的連接部的相對向量值。
  9. 如申請專利範圍第8項的曲面量測裝置，其中，該計算裝置另計算該第一向量感測器的感測晶片至第N個第二向量感測器的向量器第一連接件的連接部的相對向量值。
  10. 如申請專利範圍第8項的曲面量測裝置，其中，該計算裝置以應用軟體形式，建置在智慧手機中。
  11. 如申請專利範圍第9項的曲面量測裝置，其中，該計算裝置以應用軟體形式，建置在智慧手機中。
  12. 如申請專利範圍第1到6項任何一項的曲面量測裝置，其中，該無線通信電路傳送的感測數值資料包括該向量感測器的向量器的向量值。
  13. 如申請專利範圍第1到6項任何一項的曲面量測裝置，另包括處理電路，連接該感測晶片，用於接收該感測晶片的感測結果，轉換成空間位置表示資料，包括座標值或向量值，據以計算該感測晶片至該向量器第一連接件的連接部的向量值，相對於該重力向量的相對向量值及/或計算感測晶片至該向量器第一連接件的連接部的向量的絕對向量值；其中，該電源裝置並提供 電功率給該處理電路。
  14. 如申請專利範圍第13項的曲面量測裝置，其中，僅有一個向量感測器配備該處理電路，其中，各感測晶片經由該無線通信電路將感測結果傳輸給該處理電路。
  15. 如申請專利範圍第13項的曲面量測裝置，其中，該處理電路配置成用以計算該第一向量感測器的感測晶片至第N個第二向量感測器的向量器第一連接件的連接部的相對向量值。
  16. 如申請專利範圍第15項的曲面量測裝置，其中，僅有該第一向量感測器配置該處理電路。
  17. 如申請專利範圍第8項的曲面量測裝置，其中，該感測晶片配備記憶裝置，用來儲存該第一連接件的連接部相對於該感測晶片的向量資料，以及該感測晶片對應的向量感測器的代碼。
  18. 如申請專利範圍第17項的曲面量測裝置，其中，該計算裝置根據各感測晶片的代碼資料及該向量資料，計算各感測晶片至對應的向量器第一連接件的連接部的向量值，或該第一向量感測器感測晶片到該第N向量感測器的第一連接件的連接部的向量值。
  19. 如申請專利範圍第13項的曲面量測裝置，其中，該感測晶片配備記憶裝置，用來儲存該第一連接件的連接部相對於該感測晶片的向量資料，以及該感測晶片對應的向量感測器的代碼。
  20. 如申請專利範圍第13項的曲面量測裝置，其中，該處理電路根據各感測晶片的代碼資料、向量資料以及該處理電路的處理結果，計算各感測晶片至對應的向量器第一連接件的連接部的向量值，或該第一向量感測器感 測晶片到該第N向量感測器的第一連接件的連接部的向量值。
  21. 一種曲面量測裝置，包括向量感測器及搭載該向量感測器的動力移動裝置；該向量感測器包括：本體以及連接該本體的向量器；該向量器包含一個直線形延伸部；感測晶片，用以感測重力的向量，產生重力向量感測數值；處理電路，連接該感測晶片，以根據該向量感測器的處理結果，計算該向量感測器的感測晶片至其向量器端點的相對向量值；無線通信電路，連接該處理電路，以由無線通信通道對外界傳送該計算結果；及電源裝置，用以提供電功率給該感測晶片、該處理電路及/或該無線通信電路。
  22. 如申請專利範圍第21項的曲面量測裝置，其中，該感測晶片包含一個慣性感測器，該慣性感測器為加速度計或角速度計。
  23. 如申請專利範圍第21項的曲面量測裝置，包含一個GPS晶片，用於量測該感測晶片所在位置的座標。
  24. 如申請專利範圍第21項的曲面量測裝置，其中，該向量感測器的感測數值是用來計算該感測晶片至向量器第一連接件的連接部的向量相對於重力向量的方向，該方向以該方向與特定向量的夾角及相對長度表示。
  25. 一種曲面量測裝置的向量感測器的製造方法，包括如下步驟：提供模具，該模具提供向量感測器成形空間，並包括一個第二連接件成形空間； 提供晶片架，該晶片架提供感測晶片容置空間；將該晶片架置於該模具中，使該晶片架的感測晶片容置空間投射到該第二連接件形成空間的範圍內；提供晶片組，該晶片組包括感測晶片，內含慣性感測器，以及電連接該感測晶片的處理電路；將該晶片組置於該晶片架的感測晶片容置空間內，定位；及將向量感測器本體的材料施予該向量感測器成形空間並固化。
  26. 如申請專利範圍第25項的方法，另包括脫模，以及熟化該向量感測器的步驟。
  27. 一種向量感測器，該向量感測器是以申請專利範圍第24或25項的方法所製得。
  28. 一種向量感測器，包含：本體以及連接該本體的向量器；該向量器包含一個直線形延伸部，該向量器遠離該本體的端部提供第一連接件；第二連接件，配置在該本體上與該向量器相反的一端；該第一連接件配置連接部，該第二連接件配置轉動連接部，以供與另一向量感測器的第一連接件連接部連接；該第二連接件位在該向量器的延伸線上；感測晶片，用以感測重力的向量，產生重力向量感測數值；處理電路，連接該感測晶片，用於接收該感測晶片的感測結果，轉換成空間位置表示資料，包括座標值或向量值，據以計算該感測晶片至該向量器第一連接件的連接部的向量值，相對於該重力向量的相對向量值及/或計算感測晶片至該向量器第一連接件的連接部的向量的絕對向量值； 無線通信電路，連接該處理電路，以由無線通信通道對外界傳送該處理結果；及電源裝置，用以提供電功率給該感測晶片及/或該無線通信電路；其中，該無線通信電路傳送的感測數值資料包括該向量感測器的代碼。
  29. 如申請專利範圍第28項的向量感測器，其中，該感測晶片包含一個慣性感測器，該慣性感測器為加速度計或角速度計。
  30. 如申請專利範圍第28項的向量感測器，其中，該感測晶片的位置與該第二連接件的轉動連接部重合。
  31. 如申請專利範圍第28項的向量感測器，另包括貼附元件，用以將該本體貼附在一量測表面。
  32. 如申請專利範圍第31項的向量感測器，其中，該貼附元件的中心與該感測晶片重合。
  33. 如申請專利範圍第28項的向量感測器，其中，該感測晶片配備記憶裝置，用來儲存該第一連接件的連接部相對於該感測晶片的向量資料，以及該感測晶片對應的向量感測器的代碼。
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