[发明专利]物件空间信息量测装置与方法及取像路径的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物件空间信息量测装置与方法，特别是涉及一种非接触式物件空间信息量测装置与方法及取像路径的计算方法。

背景技术

随着工业的蓬勃发展，传统二维的检测方式已经无法满足复杂的待测物体，因此目前市面上使用三次元量测仪来进行这种复杂待测物体的量测。一般来说三次元量测仪可以分成接触式与非接触式两种，接触式的三次元量测仪是直接利用探针接触待测物体来量测尺寸，此种方式的缺点是速度较慢而且也会有伤害待测物体表面的疑虑。近年来，非接触激光测距扫描方法广泛应用于工业自动化，随着制作工艺能力的提升，在量测的准确性与速度的要求也逐渐提升。为大幅加速整个测量的速度，在激光测距扫描方法中，会以摄影机结合激光结构光条纹取代单一激光光点，将激光条纹对待测物体进行扫描，以建立正确的工件模型。但当待测物体尺寸较大却又要求一定的解析及量测精度时，激光扫描量测的范围便会随着高倍率摄影机的视野缩小而减少，而若物体又非一直线形状，便无法通过驱动激光与摄影机沿单一轴向完成全面物体的扫描。

一般上述问题虽可通过手动教导移动单元的扫描移动路径或输入已知待测物体的三维工程CAD图面，使移动单元完成物体全面扫描量测，但通过手动教导非常费时且需专业人员进行操作，而大部分要即时进行量测的物体又不一定具有三维工程CAD图面，且输入图面后需进行一定程序的空间坐标转换校正才能使移动单元符合工程CAD图面所形成的路径，因此待测物体需定点或设计治具固定工件摆放姿态与位置，否则工程CAD图面坐标又必须重新校正一次坐标，如此使得激光扫描量测或空间物体形貌重建的工作变得困难不易实现。

发明内容

本发明提出一种非接触式物件空间信息量测装置与方法及取像路径的计算方法，可经由激光扫描装置扫描及时得到的三维待测物体空间信息信息，计算出下一个激光扫描装置以及摄影机的移动扫描位置与方向，解决必须事先建立完整的待测物体扫描路径，或给予已知待测物体模型信息的问题，避免耗费较长的时间在进行教导程序以及需专业人士操作的问题，进而大幅提升工件及时量测与形貌重建能力。

本发明的目的在于提供一种非接触式物件空间信息量测装置与方法及取像路径的计算方法，此架构是利用二维的摄影机视觉量测搭配激光扫描装置的技术来达到非接触式三维视觉量测。如图1所示，主要先通过摄影机与中央处理单元给予激光扫描装置的初始移动路径，驱动移动控制单元将部分待测物体的三维信息撷取出来，接下来再利用此三维信息估测出激光扫描装置与摄影机的移动路径，随着及时估测的结果推测激光扫描装置与摄影机的下一个移动路径，当中若遇到待测物体三维曲面转弯或起伏，激光扫描装置与摄影机，会随待测物体的曲面而偏摆或转弯，进而达成三维物件量测。

本发明提供的一实施例，是一种非接触式物件空间信息量测装置，包括：摄影机，用于取得一待测物体的一影像；激光扫描装置，用于扫描该待测物体；移动平台，用于提供该摄影机及该激光扫描装置固定在该移动平台上；移动控制单元，用于控制该移动平台于一三度空间内移动；以及中央处理单元，连接该移动控制单元，并经由该移动控制单元控制该摄影机的取像角度，及该激光扫描装置的扫描角度；其中，该中央处理单元执行一初始扫描定位以及一取像路径补偿。

本发明提供的另一实施例，是一种非接触式取像路径的计算方法，用以驱动一移动平台，其中一摄影机以及一激光扫描装置固定在该移动平台上，其步骤包括：进行一初始扫描定位步骤，根据由该摄影机所撷取的一待测物体的一影像，取得该待测物体的一主轴方向θ_p；以及进行一取像路径补偿步骤，根据由该激光扫描装置沿该主轴方向θ_p扫描该待测物体的多个影像，取得一第一时间点的一第一平面方向的一转弯补偿角度Δθ_α以及一第二平面方向的一深度偏摆补偿角度Δθ_β，进而取得一第二时间点的相对应该主轴方向θ_p’，当于该第一时间点进入一第二时间点时，将该激光扫描装置的一扫描线导向该第二时间点的相对应该主轴方向θ_p’，以建立一取像路径。