TWI823567B

TWI823567B - 物件材積量測系統及其方法

Info

Publication number: TWI823567B
Application number: TW111134955A
Authority: TW
Inventors: 李永仁; 江承祐; 張家瑋
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2022-09-15
Filing date: 2022-09-15
Publication date: 2023-11-21
Also published as: TW202413885A; CN117741674A

Abstract

一種物件材積量測系統，包括一門閘，具有複數個相對應之光發射器與光接收器，該些光發射器與該些光接收器用以產生對應一物件之二軸切面資訊的複數個光訊號；一透光平台，用以放置物件且可通過門閘；一訊號接收器，用以分時記錄物件及透光平台通過門閘時之一計步訊號及此些光訊號；及一處理器，用以取得對應物件之二軸切面資訊的此些光訊號及計步訊號的一3D點雲資料，計算物件之材積值。

Description

物件材積量測系統及其方法

本發明是有關於一種量測系統，且特別是有關於一種物件材積量測系統及其方法。

材積量測常用的飛時測距(time of flight, TOF)技術及深度影像感測技術，由於雷射光為一種電磁波，遇到金屬及反光材質時易受干擾，將出現無法預期誤差，其主要原因為這些反光材質會將電磁波吸收或反射到其它地方，導致反射訊息變弱、變強甚至消失。為了確保材積量測的準確性，減少量測誤差，需採用更可靠的材積量測裝置。

本發明係有關於一種物件材積量測系統及其方法，用以提高材積量測的準確性，減少量測誤差。

根據本發明提出一種物件材積量測系統，包括一門閘，具有複數個相對應之光發射器與光接收器，該些光發射器與該些光接收器用以產生對應一物件之二軸切面資訊的複數個光訊號；一透光平台，用以放置該物件且可通過該門閘；一訊號接收器，用以分時記錄該物件及該透光平台通過該門閘時之一計步訊號及該些光訊號；及一處理器，用以取得對應該物件之二軸切面資訊的該些光訊號及該計步訊號的一3D點雲資料，計算該物件之材積值。

根據本發明提出一種物件材積量測方法，包括提供一門閘，該門閘具有複數個相對應之光發射器與光接收器；放置一物件於一透光平台上，該物件及該透光平台可通過該門閘，此些光發射器與此些光接收器用以產生對應一物件之二軸切面資訊的複數個光訊號；分時記錄該物件及透光平台通過該門閘時之一計步訊號及該些光訊號；以及取得對應該物件之二軸切面資訊的該些光訊號及該計步訊號的一3D點雲資料，計算該物件之材積值。

本發明之物件材積量測系統及其方法，係達到提高材積量測的準確性，減少量測誤差。

為了對本發明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：

下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域具有通常知識者在顯而易知的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本申請保護的範圍。以下是以相同/類似的符號表示相同/類似的元件做說明。

第1A圖繪示依照本發明一實施例的物件材積量測系統100的示意圖。第1B圖繪示依照本發明一實施例的物件材積量測方法的流程圖。本實施例將排列於門閘110上的光發射器113與光接收器114形成多個光訊號，透過該些光訊號的接通/遮蔽訊號，即可得到物件10的二維切面資訊。門閘110可為二軸門閘。當二軸門閘110結合計步器在X軸上移動，則可得多個二維切面資訊，並轉換成物件10的3D點雲資料。

如第1A及1B圖所示，物件材積量測系統100包括一門閘110、一透光平台120、一訊號接收器130以及一處理器140。門閘110具有複數個相對應之光發射器113與光接收器114，該些光發射器113與該些光接收器114用以產生對應一物件之二軸切面資訊的複數個光訊號L1、L2。透光平台120用以放置物件10且可通過門閘110。訊號接收器130用以分時記錄物件10及透光平台120通過門閘110時之一計步訊號P及該些光訊號L1、L2。處理器140用以取得對應物件10之二軸切面資訊的該些光訊號L1、L2及計步訊號P的一3D點雲資料，計算物件10之材積值。

門閘110例如由多個紅外光發射器113及紅外光接收器114所組成，發射波長例如為760nm與850nm，透光平台120例如為壓克力、光學級高分子透光板或玻璃等透光基材，可使紅外光等光源通過，透光率例如大於等於80％。訊號接收器130連接門閘110，能多工處理及接收來自門閘110的光訊號以及移動計步訊號P，但本發明不限定門閘110移動而透光平台120不移動，亦可門閘110不移動而透光平台120移動。處理器140例如為高速運算之晶片或積體電路，能快速計算物件之材積值（或最大容積值），以供物件10包裝出貨等後續作業。此外，門閘110例如以直線螺桿驅動器或馬達、皮帶及齒輪組帶動，本發明不以此為限。

如第1A及1B圖所示，物件材積量測方法包括下列步驟S101-S104。步驟S101，提供一門閘110，該門閘110具有複數個相對應之光發射器113與光接收器114；步驟S102，放置一物件10於一透光平台120上，該物件10及該透光平台120可通過該門閘110，此些光發射器113與此些光接收器114用以產生對應一物件10之二軸切面資訊的複數個光訊號L1、L2；步驟S103，分時記錄該物件10通過該門閘110時之一計步訊號P及該些光訊號L1、L2；以及步驟S104，取得對應該物件10之二軸切面資訊的此些光訊號L1、L2及該計步訊號的一3D點雲資料，計算該物件10之材積值。

請參照第2A及2B圖，其分別繪示依照本發明一實施例的物件材積量測系統100的操作示意圖。如第2A圖所示，門閘110包括一垂直門閘111以及一水平門閘112。垂直門閘111包括多個相對應之第一光發射器113與第一光接收器114，用以發射及接收多個第一光訊號L1；水平門閘112包括多個相對應之第二光發射器113與第二光接收器114，用以發射及接收多個第二光訊號L2。此些第一光訊號L1相互平行設置且等距排列，以形成多個第一光閘，第二光訊號L2相互平行設置且等距排列，以形成多個第二光閘。

當物件10通過該門閘110時，處理器140可取得對應該物件10之二軸切面資訊的光訊號，以計算該物件之二軸切面資訊。例如：在第2A圖中，垂直門閘111設置於Y軸上，水平門閘112設置於Z軸上，物件10放置在透光平台120上，移動門閘110，使物件10的一部分接觸到光訊號而產生遮蔽光點，透過遮蔽至少一部分該些第一光訊號L1可得到物件的Y軸切面資訊，透過遮蔽至少一部分該些第二光訊號L2可得到物件的Z軸切面資訊。

此外，請參照第2B圖，當物件通過該門閘110時，訊號接收器130分時記錄該物件通過該門閘110時之一計步訊號P及二軸切面資訊。例如，訊號接收器130包括一計步器132，計步器132可記錄物件10及透光平台120通過門閘110的時間及位置，門閘110從X0移動到Xn，每隔一段時間（t=0至n）就記錄一次。同時，處理器140接收來自門閘110的二軸切面資訊，即物件10的Y軸切面資訊（Y0至Yn）及Z軸切面資訊（Z0至Zn），每隔一段時間（t=0至n）就記錄一次，直到物件10完全通過該門閘110為止。其中，X0為第0個計步時間t0時的X軸位置，Y0為第0個計步時間t0時的Y軸切面資訊，Z0為第0個計步時間t0時的Z軸切面資訊；Xn為第n個計步時間tn時的X軸位置，Yn為第n個計步時間tn時的Y軸切面資訊，Zn為第n個計步時間tn時的Z軸切面資訊，依此類推。

在本實施例中，處理器140將每隔一段時間（t=0至n）收集到的X軸計步訊號（X0到Xn）、Y軸切面資訊（Y0至Yn）及Z軸切面資訊（Z0至Zn）組成一3D點雲資料134，如第3圖所示。

請參照第3圖，其繪示依照本發明一實施例的3D點雲資料134的示意圖。3D點雲資料134為一空間座標群集，用以代表物件10的基本幾何結構的特徵。由3D點雲資料134可得到表示物件10的最大長度尺寸L、最大寬度尺寸W以及最大高度尺寸H的材積值（LxWxH）。其中，最大長度尺寸L為X0至Xn的距離，最大寬度尺寸W為Z軸切面資訊（Z0至Zn）中遮蔽的光訊號最多的一Z軸切面尺寸，最大高度尺寸H為Y軸切面資訊（Y0至Yn）中遮蔽的光訊號最多的一Y軸切面尺寸。

在一實施例中，處理器140包括一邊緣計算器142，該邊緣計算器142用以計算該物件10的Y軸切面尺寸及Z軸切面尺寸。此外，處理器140更可包括一材積演算器144，用以計算該物件10之材積值。材積值為物件10的最大長度尺寸L、最大寬度尺寸W以及最大高度尺寸H的乘積。如第3圖所示，材積演算器144透過邊緣計算器142得到物件10的Y軸切面尺寸及Z軸切面尺寸，再從計步器132得到物件的X軸計步訊號，即可得到物件的最大長度尺寸L、最大寬度尺寸W以及最大高度尺寸H，以計算物件10之材積值。

請參照第3圖，邊緣計算器142取得3D點雲資料134之後，根據被遮蔽的光訊號的數量（或未被遮蔽第一個及最後一個的光訊號的位置）判斷物件10的Y軸切面尺寸及Z軸切面尺寸。其中，Y軸切面尺寸可大於（被遮蔽的第一光訊號L1的數量）乘上第一光訊號L1的中心間距，但小於（被遮蔽的第一光訊號L1的數量+1）乘上第一光訊號L1的中心間距；Z軸切面尺寸可大於（被遮蔽的第二光訊號L2的數量-1）乘上第二光訊號L2的中心間距，但小於（被遮蔽的第二光訊號L2的數量+1）乘上第二光訊號L2的中心間距。

從Y軸切面尺寸中取最大者做為最大高度尺寸H，從Z軸切面尺寸中取最大者做為最大寬度尺寸W，因此不需預先設定每一個光訊號的真實座標。或者，亦可從未被遮蔽第一個及最後一個的光訊號的座標位置來得到Y軸切面尺寸及Z軸切面尺寸，請參照如下描述。

請參照第4A及4B圖，其分別繪示垂直門閘111與水平門閘112的配置示意圖。在第4A圖中，垂直門閘111配置於Y軸上，依下至上排列多列第一光訊號L1，最下方的第一光訊號L1高於透光平台120的距離為H0，H0值依量測物件10最小高度需求設定，第一光訊號L1向上遞增至第S個，高度依序為H1、H2…等，最上方的第一光訊號L1高於透光平台120的距離為Hs，Hs值依量測物件10最大高度需求設定，第一光訊號L1的中心間距為Hr，第i個第一光訊號與透光平台120的距離為，即為第i個第一光訊號的Y軸座標。

此外，在第4B圖中，水平門閘112配置於Z軸上，依左至右排列多行的第二光訊號L2，由左而向右遞增至第S個，最左側的光訊號的位置為W0，依序為W1、W2…等，最右側的光訊號的位置為Ws，Ws值依量測物件10最大寬度需求設定，第二光訊號L2中心間距為Wr，第i個第二光訊號與最左側的第二光訊號的距離為，即為第i個第二光訊號的Z軸座標，讀取亦可由右至左讀取，不影響計算結果。

在一實施例中，邊緣計算器142可根據每一個光訊號的真實座標位置來計算物件10的Y軸切面尺寸及Z軸切面尺寸。其中，Y軸切面尺寸可為最高無遮蔽的第一光訊號L1的真實座標位置與最低無遮蔽的第一光訊號L1的真實座標位置之間的距離，Z軸切面尺寸可為第一無遮蔽的第二光訊號L2的真實座標位置與最後無遮蔽的第二光訊號L2的真實座標位置之間的距離。因此，不需計算被遮蔽的光訊號數量。

請參照第4A至4C圖，其中第4C圖繪示依照第4A及4B圖所示之一實施例之材積量測方法的細部流程圖。在步驟S201中，取得Y軸資訊，由下由上依序讀取Y軸門閘上第一被遮蔽光訊號的感測位（第一被遮蔽光訊號的感測位減去1即為第一無遮蔽光訊號的感測位）以及最後被遮蔽光訊號的感測位（最後被遮蔽光訊號的感測位加上1即為最後無遮蔽光訊號的感測位），將最後無遮避光訊號的感測位減去第一無遮避光訊號的感測位以計算一Y軸切面尺寸。在步驟S202中，取得Z軸資訊，依序讀取Z軸門閘上第一被遮蔽光訊號的感測位（第一被遮蔽光訊號的感測位減去1即為第一無遮蔽光訊號的感測位）以及最後被遮蔽光訊號的感測位（最後被遮蔽光訊號的感測位加上1即為最後無遮蔽光訊號的感測位），將最後無遮避光訊號的感測位減去第一無遮避光訊號的感測位以計算一Z軸切面尺寸。在步驟S203中，Y軸門閘及Z軸門閘向X軸平移時，啟動計步器132進行編碼，計算包含X軸計步訊號、Y軸及Z軸切面資訊的3D點雲資料134。由3D點雲資料134可得到表示物件10的最大長度尺寸L、最大寬度尺寸W以及最大高度尺寸H的材積值（LxWxH）。

在一實施例中，第一光訊號L1與第二光訊號L2例如為垂直相交的紅外光，且第一光訊號L1與第二光訊號L2可位於同一平面或位於不同的平面。請參照第5A及5B圖，其分別繪示依照本發明二實施例的門閘110的配置示意圖。在第5A圖中，當第一光訊號L1與第二光訊號L2交錯時不會相互干擾，第一光訊號L1與第二光訊號L2可位於同一平面，垂直門閘111與水平門閘112彼此相連。在第5B圖中，當第一光訊號L1與第二光訊號L2交錯時會相互干擾，第一光訊號L1與第二光訊號L2可位於不同的平面，垂直門閘111與水平門閘112彼此並排且不相連，但兩者均可量測材積值，不影響計算結果。

請參照第5C圖，其繪示依照本發明另一實施例的門閘111的配置示意圖。為了提高檢測精度，本實施例的垂直門閘111包括並排的二門閘111a、111b，此並排的二門閘111a、111b的光訊號La、Lb相互平行且間隔交錯。也就是說，此二門閘111a、111b的光訊號所形成的中心間距小於單一門閘的光訊號所形成的中心間距的一半。因此，並排的二門閘111a、111b的檢測精度隨著其中心間距減少而可相對提高。並排的門閘111a、111b數量不限定只有二個，亦可為二個以上。同樣，水平門閘112亦可採用並排的至少二門閘，以提高檢測精度。

本發明上述實施例的物件材積量測系統及其方法，將排列於二軸上的光發射器與光接收器形成多個光訊號，透過此些光訊號的接通/遮蔽訊號，即可得到物件的二維切面資訊。當門閘結合計步器在X軸上移動，則可得多個二維切面資訊，並轉換成物件的3D點雲資料。因此，本發明可避免傳統反光材質會將電磁波吸收或反射到其它地方，導致反射訊息變弱、變強甚至消失等問題，藉以提高材積量測的準確性，減少量測誤差。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，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。

10:物件 100:物件材積量測系統 110:門閘 111:垂直門閘 112:水平門閘 113:光發射器 114:光接收器 120:透光平台 130:訊號接收器 132:計步器 134:3D點雲資料 140:處理器 142:邊緣計算器 144:材積演算器 L1、L2:光訊號 P:計步訊號 X0,Xn:X軸位置 Y0-Yn:Y軸切面資訊 Z0-Zn:Z軸切面資訊 t0:第0個計步時間 tn:第n個計步時間 L:最大長度尺寸 W:最大寬度尺寸 H:最大高度尺寸 H0,H1,H2,H _S:Y軸位置 W0,W1,W2,Ws:Z軸位置 Wr,Hr:中心間距 111a,111b:門閘 La,Lb:光訊號

第1A圖繪示依照本發明一實施例的物件材積量測系統的示意圖；第1B圖繪示依照本發明一實施例的物件材積量測方法的流程圖；第2A及2B圖分別繪示依照本發明一實施例的物件材積量測系統的操作示意圖；第3圖繪示依照本發明一實施例的3D點雲資料的示意圖；第4A及4B圖分別繪示水平門閘與垂直門閘的配置示意圖；第4C圖繪示依照第4A及4B圖所示之一實施例之材積量測方法的細部流程圖；第5A及5B圖分別繪示依照本發明二實施例的門閘的配置示意圖；及第5C圖繪示依照本發明另一實施例的門閘的配置示意圖。

10:物件

100:物件材積量測系統

110:門閘

113:光發射器

114:光接收器

120:透光平台

130:訊號接收器

140:處理器

L1、L2:光訊號

Claims

一種物件材積量測系統，包括：一門閘，具有複數個相對應之光發射器與光接收器，該些光發射器與該些光接收器用以產生對應一物件之二軸切面資訊的複數個光訊號；一透光平台，用以放置該物件且可通過該門閘；一訊號接收器，用以分時記錄該物件及該透光平台通過該門閘時之一計步訊號及該些光訊號；以及一處理器，用以取得對應該物件之二軸切面資訊的該些光訊號及該計步訊號的一3D點雲資料，計算該物件之材積值。
如請求項1所述之量測系統，其中該門閘包括一垂直門閘，該垂直門閘包括多個相對應之第一光發射器與第一光接收器，用以發射及接收複數個第一光訊號，該些第一光訊號相互平行設置且等距排列。
如請求項2所述之量測系統，其中至少一部分該些第一光訊號被該物件遮蔽而得到物件的一軸切面資訊。
如請求項2所述之量測系統，其中該門閘包括一水平門閘，該水平門閘包括多個相對應之第二光發射器與第二光接收器，用以發射及接收複數個第二光訊號，該些第二光訊號相互平行設置且等距排列。
如請求項4所述之量測系統，其中至少一部分該些第二光訊號被該物件遮蔽而得到物件的一軸切面資訊。
如請求項4所述之量測系統，其中該些第一光訊號與該些第二光訊號交錯且位於同一平面。
如請求項4所述之量測系統，其中該些第一光訊號與該些第二光訊號交錯且位於不同平面。
如請求項1所述之量測系統，其中該門閘包括並排的至少二門閘，該並排的至少二門閘的該些光訊號相互平行且間隔交錯。
如請求項1所述之量測系統，其中該處理器包括一邊緣計算器，該邊緣計算器根據該3D點雲資料得到該物件之最大長度尺寸、最大寬度尺寸以及最大高度尺寸。
如請求項9所述之量測系統，其中該處理器更包括一材積演算器，該材積演算器根據該物件之最大長度尺寸、最大寬度尺寸以及最大高度尺寸計算該物件之材積值。
一種物件材積量測方法，包括：提供一門閘，該門閘具有複數個相對應之光發射器與光接收器；放置一物件於一透光平台上，該物件及該透光平台可通過該門閘，此些光發射器與此些光接收器用以產生對應一物件之二軸切面資訊的複數個光訊號；分時記錄該物件及該透光平台通過該門閘時之一計步訊號及該些光訊號；以及取得對應該物件之二軸切面資訊的該些光訊號及該計步訊號的一3D點雲資料，計算該物件之材積值。
如請求項11所述之量測方法，其中該門閘包括一垂直門閘，該垂直門閘包括多個相對應之第一光發射器與第一光接收器，用以發射及接收複數個第一光訊號，該些第一光訊號相互平行設置且等距排列。
如請求項12所述之量測方法，其中至少一部分該些第一光訊號被該物件遮蔽而得到物件的一軸切面資訊。
如請求項12所述之量測方法，其中該門閘包括一水平門閘，該水平門閘包括多個相對應之第二光發射器與第二光接收器，用以發射及接收複數個第二光訊號，該些第二光訊號相互平行設置且等距排列。
如請求項14所述之量測方法，其中至少一部分該些第二光訊號被該物件遮蔽而得到物件的另一軸切面資訊。
如請求項14所述之量測方法，其中該些第一光訊號與該些第二光訊號交錯且位於同一平面。
如請求項14所述之量測方法，其中該些第一光訊號與該些第二光訊號交錯且位於不同平面。
如請求項11所述之量測方法，其中該門閘包括並排的至少二門閘，該並排的至少二門閘的該些光訊號相互平行且間隔交錯。
如請求項11所述之量測方法，其中一邊緣計算器根據該3D點雲資料得到該物件之最大長度尺寸、最大寬度尺寸以及最大高度尺寸。
如請求項19所述之量測方法，其中一材積演算器根據該物件之最大長度尺寸、最大寬度尺寸以及最大高度尺寸計算該物件之材積值。