專利名稱：工件輪廓的非接觸式光學量測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種量測方法，特別是涉及一種非破壞性的光 學量測方法。
背景技術：
隨著工業(yè)技術的進步，業(yè)界對于各式工件的輪廓精密度要 求也越來越嚴苛，而在加工技術不斷進步的同時，足夠精確的 量測技術也必須同步發(fā)展，才能真正的提升工業(yè)技術。
對于輪廓外形復雜，同時輪廓精密度要求又極高的工件， 例如滾珠螺桿來說，目前的輪廓量測方式，是利用輪廓儀的探 針接觸掃描待測工件的整體曲線形貌后，再反推還原出工件的 輪廓，進而得知該工件的輪廓精確度是否滿足規(guī)格要求。
但這樣的量測方式，由于實施的方式主要是借著探針作接 觸量測，一來過于耗費時間(需以即細微的探針探行相對極巨 大的工件輪廓)，二來會有探針貶行或是工件表面刮傷的疑慮， 所以并非較佳的量測技術選擇。
此外，為了確保工件的尺寸精度，目前的量測技術都只能 采用離線量測的方式，也就是將被加工的工件拆離加工的生產(chǎn) 線，將其移動至例如輪廓儀上進行量測，量測完畢后再重置回
生產(chǎn)線上繼續(xù)進^f亍加工作業(yè)，而在拆出加工的工件與加工刀 具，以及重置被加工的工件與加工道具的過程中，兩者的相對 位置其實已經(jīng)產(chǎn)生變化而必須重新進行方位校正，此時，為了 提升被加工工件的精確度所進行的輪廓量測，反而被方位校正 所抵銷掉，并沒有達到欲提升工件輪廓精密度的目的。
所以需要建立一套非接觸式、可以快速進行精密量測、且可以同時于生產(chǎn)加工線上進行的量測方法，以^是升工件加工技術。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種非接觸式、可以快速進行精密 量測、且可以同時于生產(chǎn)加工線上進行的工件輪廓的非接觸式 光學量測方法。
本發(fā)明所述的工件輪廓的非接觸式光學量測方法，包括一 個光學檢測系統(tǒng)架設步驟、 一個比對數(shù)據(jù)建立步驟、 一個量測 步驟，及一個數(shù)據(jù)比對分析步驟。
該光學檢測系統(tǒng)架設步驟將一光源、 一發(fā)散物鏡、 一準直 透鏡，及一成像屏幕間隔地沿一光軸依序設置，使該光源發(fā)出 的光線經(jīng)過該發(fā)散物鏡發(fā)散，并繼續(xù)通過該準直透鏡后成平行 于該光軸的平4于光束至該成像屏幕。
該比對數(shù)據(jù)建立步驟將一標準工件置于該光軸上并位于該 準直透鏡與成像屏幕之間，讓該光源發(fā)出光線使該平行光束經(jīng) 過該標準工件后，于該成像屏幕上形成一作為量測標準的比對 繞射圖像，再用電荷耦合元件攝像裝置擷取該比對繞射圖像， 將該比對繞射圖像轉(zhuǎn)換成 一 比對繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)。
該量測步驟將 一 待量測的工件置于該比對數(shù)據(jù)建立步驟中 該標準工件放置的位置，以該光源發(fā)出光線使該平行光束經(jīng)過 該待量測的工件后，于該成像屏幕上形成一待測繞射圖像，再 用電荷耦合元件攝像裝置擷取該待測繞射圖像，將該待測繞射 圖像轉(zhuǎn)換成 一 待測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)。
該數(shù)據(jù)比對分析步驟計算該待測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)與比對 繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)的差異，并進行將數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成影像的運 算，而將該差異轉(zhuǎn)換成該待量測工件的 一 輪廓瑕疵影像。.本發(fā)明所述的工件輪廓的非接觸式光學量測方法，該光學 檢測系統(tǒng)架設步驟還將一可聚光且具有一焦距的凸透鏡裝置， 設置在該準直透鏡與該成像屏幕之間且位于該成像屏幕前方該 焦距長度的光軸位置上，且該標準工件與該待量測的工件都是 置放于該準直透鏡與該凸透鏡裝置之間的光軸上。
本發(fā)明所述的工件輪廓的非接觸式光學量測方法，是用個 人計算機以傅利葉轉(zhuǎn)換分析運算將電荷耦合元件攝像裝置擷取 的繞射圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，同時以反傅利葉轉(zhuǎn)換分析運算將 數(shù)字數(shù)據(jù)的差異轉(zhuǎn)換成該輪廓瑕疵影像。
本發(fā)明所迷的工件輪廓的非接觸式光學量測方法，該光學 檢測系統(tǒng)架設步驟架設的光源是一可發(fā)出激光光線的激光裝 置。
本發(fā)明的有益效果在于提供一種用光學與影像處理方式 對輪廓復雜的工件，進行快速、精確且為非接觸式的量測方法。
圖l是一流程圖，說明本發(fā)明一種工件輪廓的非接觸式光學
量測方法的一4交佳實施例；
圖2是一示意圖，說明實施圖l本發(fā)明時的一包括一光學檢
測系統(tǒng)架設的檢測模塊；
圖3是一影像圖，說明一實驗例的一標準工件； 圖4是 一 繞射影像圖，說明圖3的標準工件的比對繞射圖像； 圖5是一影像圖，說明一實驗例的一待量測工件； 圖6是一繞射影像圖，說明圖5的待量測工件的待測繞射圖
像；
圖7是一繞射影像圖，說明圖6待測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)與圖4 比對繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)的差異；圖8是一影像圖，說明由圖7的數(shù)據(jù)差轉(zhuǎn)換得到的實際輪廓 瑕瘋影像。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細{兌明。 參閱圖l,本發(fā)明工件輪廓的非接觸式光學量測方法的一較 佳實施例，包括光學檢測系統(tǒng)架設步驟ll、比對數(shù)據(jù)建立步驟 12、量測步驟13,及數(shù)據(jù)比對分析步驟14等四個步驟，適用于 快速、精確，且無須接觸待量測工件地量測得知工件輪廓的精 確度。
配合參閱圖2，首先進行該光學檢測系統(tǒng)架設步驟，將一光 源21、 一發(fā)散物鏡22、 一準直透鏡23、 一具有一焦距的凸透鏡 裝置24,及一成像屏幕25間隔地沿一光軸依序設置，且該凸透 鏡裝置24設置在該成像屏幕25前該焦距長度的光軸位置上，使 該光源21發(fā)出的光線經(jīng)過該發(fā)散物鏡22發(fā)散，并繼續(xù)通過該準 直透鏡23后成平行于該光軸的平行光束，之后再經(jīng)過該凸透鏡 裝置24聚焦在該成像屏幕25上；在本例中，該光源21是可發(fā)出 激光光線的激光裝置，以得到更佳的量測結(jié)果，另外要特別說 明的是，由于此光學檢測系統(tǒng)的構(gòu)件(光源21、發(fā)散物鏡22、 準直透鏡23、凸透鏡裝置24,成像屏幕25)筒單、易于拆卸組 裝，并無復雜的校正過程，所以可以直接于對應加工工件的生 產(chǎn)線上架設。
然后進行該比對數(shù)據(jù)建立步驟12,將一標準工件置于該光 軸上并位于該準直透鏡23與凸透鏡裝置24之間，以該光源發(fā)出 光線使該平行光束經(jīng)過該標準工件后發(fā)散，再經(jīng)過該凸透鏡裝 置24匯聚于該成像屏幕25上形成 一作為量測標準的比對繞射圖 像，并用電荷耦合元件(CCD)攝像裝置26擷取該比對繞射圖像后用個人計算機27以傅利葉轉(zhuǎn)換分析運算將電荷耦合元件攝
像裝置26擷取的比對繞射圖像轉(zhuǎn)換成比對繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)，
作為運算分析的比對基準。
接著可開始量測待測工件、進行該量測步驟13,將一待量 測的工件置于該比對^:據(jù)建立步驟中該標準工件;改置的位置， 同樣地在經(jīng)過該光源21發(fā)出光線使該平行光束經(jīng)過該待量測的 工件后，匯聚于該成像屏幕25上形成一待測繞射圖像，接著類 似于該比對數(shù)據(jù)建立步驟的過程，用電荷耦合元件攝像裝置26 擷取該待測繞射圖像后用個人計算機2 7以傅-' j葉轉(zhuǎn)換分析運 算，將該待測繞射圖像轉(zhuǎn)換成待測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)。
最后進行數(shù)據(jù)比對分析步驟14,用個人計算機27計算該待 測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)與比對繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)的差異，并以反 傅牙'J葉轉(zhuǎn)換分析運算將數(shù)字數(shù)據(jù)的差異轉(zhuǎn)換成該待量須'J工件的 一輪廓瑕瘋影像，即可得到該待測工件輪廓精確度。
上述的工件輪廓的非接觸式光學量測方法的較佳實施例， 在配合以下實際對呈半圓形碗形的工件進行量測的說明后，當 可更加清楚的明白。
參閱圖3、圖4,進行比對數(shù)據(jù)建立步驟12,將一呈半圓形 碗形的標準工件(如圖3所示)置于該光軸上并位于該準直透鏡 2 3與凸透鏡裝置2 4之間，得到如圖4所示的作為量測標準的比對 繞射圖像，并以個人計算機轉(zhuǎn)換成比對繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)。
參閱圖5、圖6，接著以量測步驟13,將待量測的工件(如 圖5所示，具有凸出的矩形、三角形等缺陷)置于該標準影像建 立步驟中該標準工件放置的位置，同樣地在經(jīng)過該光源21發(fā)出 光線使該平行光束經(jīng)過該待量測的工件后，得到如圖6所示的待 測繞射圖像，轉(zhuǎn)換成待測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)。
參閱圖7、圖8，進行數(shù)據(jù)比對分析步驟14,用個人計算機27計算該待測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)與比對繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)的差
異(如圖7所示)，再經(jīng)過反傅利葉轉(zhuǎn)換分析運算即可得到如圖8 所示的該待量測工件的輪廓瑕疵影像，清楚的分辨出該待量測 工件的凸出的矩形、三角形等缺陷，進而得到該待測工件輪廓
精確度。
由上述說明可知，本發(fā)明主要是采用價廉的光學構(gòu)件，簡 易地對應待量測的工件架設成光學才企測系統(tǒng)，并4荅配目前極為 普遍的個人計算機作為運算工具，而構(gòu)成一簡單、獨立的量測 模塊，利用發(fā)散物鏡將光源發(fā)出的光線發(fā)散出去，再以準直透 鏡將其變成平行光軸的光束，而在光束通過工件后產(chǎn)生繞射光 斑，之后再用凸透鏡裝置將繞射光斑聚焦取像，最后，即可借 著個人計算機進行影像處理與數(shù)字數(shù)據(jù)運算分析，而快速地得 到工件輪廓的精確度。
由于，本發(fā)明的實施是靠著光、光經(jīng)過工件時產(chǎn)生的光行 為進行量測，所以不會對工件產(chǎn)生接觸的破壞，量測精度也相 對的較接觸式量測高且快速，同時，架設光學檢測系統(tǒng)的難度 也不高、操作過程也不復雜，而適用于各級的工件加工生產(chǎn)線， 確實達到本發(fā)明的創(chuàng)作目的。
權利要求
1. 一種工件輪廓的非接觸式光學量測方法，其特征在于，包括一個光學檢測系統(tǒng)架設步驟，將一光源、一發(fā)散物鏡、一準直透鏡，及一成像屏幕間隔地沿一光軸依序設置，使該光源發(fā)出的光線經(jīng)過該發(fā)散物鏡發(fā)散，并繼續(xù)通過該準直透鏡后成平行于該光軸的平行光束至該成像屏幕；一個比對數(shù)據(jù)建立步驟，將一標準工件置于該光軸上并位于該準直透鏡與成像屏幕之間，以該光源發(fā)出光線使該平行光束經(jīng)過該標準工件后，于該成像屏幕上形成一作為量測標準的比對繞射圖像，再用電荷耦合元件攝像裝置擷取該比對繞射圖像，將該比對繞射圖像轉(zhuǎn)換成一比對繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)；一個量測步驟，將一待量測的工件置于該比對數(shù)據(jù)建立步驟中該標準工件放置的位置，以該光源發(fā)出光線使該平行光束經(jīng)過該待量測的工件后，于該成像屏幕上形成一待測繞射圖像，再用電荷耦合元件攝像裝置擷取該待測繞射圖像，將該待測繞射圖像轉(zhuǎn)換成一待測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)；及一個數(shù)據(jù)比對分析步驟，計算該待測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)與比對繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)的差異，并進行將數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成影像的運算，而將該差異轉(zhuǎn)換成該待量測的工件的一輪廓瑕疵影像。
2. 根據(jù)權利要求1所述的工件輪廓的非接觸式光學量測方 法，其特征在于，該光學檢測系統(tǒng)架設步驟還將一可聚光且具 有一焦距的凸透鏡裝置，設置在該準直透鏡與該成像屏幕之間 且位于該成像屏幕前方該焦距長度的光軸位置上，且該標準工 件與該待量測的工件都是置放于該準直透鏡與該凸透鏡裝置之 間的光軸上。
3. 根據(jù)權利要求2所述的工件輪廓的非接觸式光學量測方 法，其特征在于，是用個人計算機以傅利葉轉(zhuǎn)換分析運算將電荷耦合元件攝像裝置擷取的繞射圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，同時以 反傅利葉轉(zhuǎn)換分析運算將數(shù)字數(shù)據(jù)的差異轉(zhuǎn)換成該輪廓瑕疵影像。
4.根據(jù)權利要求3所述的工件輪廓的非接觸式光學量測方 法，其特征在于，該光學檢測系統(tǒng)架設步驟架設的光源是一可發(fā)出激光光線的激光裝置。
全文摘要
一種工件輪廓的非接觸式光學量測方法，包括一個架設光源、發(fā)散物鏡、準直透鏡及成像屏幕的光學檢測系統(tǒng)架設步驟、一個將標準工件置于光學檢測系統(tǒng)中擷取繞射圖像并轉(zhuǎn)換成繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)的比對數(shù)據(jù)建立步驟、一個將待量測的工件置于該標準工件放置的位置以擷取繞射圖像并轉(zhuǎn)換成待測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)的量測步驟，及一個計算該待測繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)與比對繞射條紋數(shù)字數(shù)據(jù)的差異并將差異轉(zhuǎn)換成一輪廓瑕疵影像的數(shù)據(jù)比對分析步驟，本發(fā)明在不需接觸工件而不虞產(chǎn)生破壞性接觸的狀況下，快速且精密的量測得到工件輪廓。
文檔編號G01B11/24GK101532826SQ200810007799
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月12日 優(yōu)先權日2008年3月12日
發(fā)明者侯博勛, 吳學文, 陳勤志, 陳嘉昌, 陳鵬仁 申請人:財團法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心