[發明專利]物件空間信息量測裝置與方法及取像路徑的計算方法

有效

• 申請號: 201410161954.0
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN104976950B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 李韋辰;張津魁;呂尚杰;江博通
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 陳小雯

技術領域

本發明涉及一種物件空間信息量測裝置與方法，特別是涉及一種非接觸式物件空間信息量測裝置與方法及取像路徑的計算方法。

背景技術

隨著工業的蓬勃發展，傳統二維的檢測方式已經無法滿足復雜的待測物體，因此目前市面上使用三次元量測儀來進行這種復雜待測物體的量測。一般來說三次元量測儀可以分成接觸式與非接觸式兩種，接觸式的三次元量測儀是直接利用探針接觸待測物體來量測尺寸，此種方式的缺點是速度較慢而且也會有傷害待測物體表面的疑慮。近年來，非接觸激光測距掃描方法廣泛應用于工業自動化，隨著制作工藝能力的提升，在量測的準確性與速度的要求也逐漸提升。為大幅加速整個測量的速度，在激光測距掃描方法中，會以攝影機結合激光結構光條紋取代單一激光光點，將激光條紋對待測物體進行掃描，以建立正確的工件模型。但當待測物體尺寸較大卻又要求一定的解析及量測精度時，激光掃描量測的范圍便會隨著高倍率攝影機的視野縮小而減少，而若物體又非一直線形狀，便無法通過驅動激光與攝影機沿單一軸向完成全面物體的掃描。

一般上述問題雖可通過手動教導移動單元的掃描移動路徑或輸入已知待測物體的三維工程CAD圖面，使移動單元完成物體全面掃描量測，但通過手動教導非常費時且需專業人員進行操作，而大部分要即時進行量測的物體又不一定具有三維工程CAD圖面，且輸入圖面后需進行一定程序的空間坐標轉換校正才能使移動單元符合工程CAD圖面所形成的路徑，因此待測物體需定點或設計治具固定工件擺放姿態與位置，否則工程CAD圖面坐標又必須重新校正一次坐標，如此使得激光掃描量測或空間物體形貌重建的工作變得困難不易實現。

發明內容

本發明提出一種非接觸式物件空間信息量測裝置與方法及取像路徑的計算方法，可經由激光掃描裝置掃描及時得到的三維待測物體空間信息信息，計算出下一個激光掃描裝置以及攝影機的移動掃描位置與方向，解決必須事先建立完整的待測物體掃描路徑，或給予已知待測物體模型信息的問題，避免耗費較長的時間在進行教導程序以及需專業人士操作的問題，進而大幅提升工件及時量測與形貌重建能力。

本發明的目的在于提供一種非接觸式物件空間信息量測裝置與方法及取像路徑的計算方法，此架構是利用二維的攝影機視覺量測搭配激光掃描裝置的技術來達到非接觸式三維視覺量測。如圖1所示，主要先通過攝影機與中央處理單元給予激光掃描裝置的初始移動路徑，驅動移動控制單元將部分待測物體的三維信息擷取出來，接下來再利用此三維信息估測出激光掃描裝置與攝影機的移動路徑，隨著及時估測的結果推測激光掃描裝置與攝影機的下一個移動路徑，當中若遇到待測物體三維曲面轉彎或起伏，激光掃描裝置與攝影機，會隨待測物體的曲面而偏擺或轉彎，進而達成三維物件量測。

本發明提供的一實施例，是一種非接觸式物件空間信息量測裝置，包括：攝影機，用于取得一待測物體的一影像；激光掃描裝置，用于掃描該待測物體；移動平臺，用于提供該攝影機及該激光掃描裝置固定在該移動平臺上；移動控制單元，用于控制該移動平臺于一三度空間內移動；以及中央處理單元，連接該移動控制單元，并經由該移動控制單元控制該攝影機的取像角度，及該激光掃描裝置的掃描角度；其中，該中央處理單元執行一初始掃描定位以及一取像路徑補償。

本發明提供的另一實施例，是一種非接觸式取像路徑的計算方法，用以驅動一移動平臺，其中一攝影機以及一激光掃描裝置固定在該移動平臺上，其步驟包括：進行一初始掃描定位步驟，根據由該攝影機所擷取的一待測物體的一影像，取得該待測物體的一主軸方向θ_p；以及進行一取像路徑補償步驟，根據由該激光掃描裝置沿該主軸方向θ_p掃描該待測物體的多個影像，取得一第一時間點的一第一平面方向的一轉彎補償角度Δθ_α以及一第二平面方向的一深度偏擺補償角度Δθ_β，進而取得一第二時間點的相對應該主軸方向θ_p’，當于該第一時間點進入一第二時間點時，將該激光掃描裝置的一掃描線導向該第二時間點的相對應該主軸方向θ_p’，以建立一取像路徑。