专利名称：激光自动量测系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关一种自动量测系统，特别是有关一种无需利用以量测器具、工具接触物件，而可精确地显示出物件各部尺寸的高精度式激光自动量测系统。
背景技术：
早期市面上有关不以量测器具、工具接触物件来自动量测物件各部尺寸的「高精度式」自动量测系统，以「CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合装置)机械视觉」自动量测系统为其主流，而其应用的原理，乃是透过电荷耦合装置(CCD)来撷取待量测物件的影像，并以待测定物件所占有的画素(pixel)，来计算实际的尺寸，然而使用该种「电荷耦合装置(CCD)机械视觉自动量测系统」来进行高精度的量测，亦会由于电荷耦合装置(CCD)本身的画素及所应用光源的影响，而有所限制，兹并予归纳如下1、电荷耦合装置(CCD)受到本身像素的限制，在量测大尺寸的物件时，无法达到高精度的要求。
2、当待量测物件的尺寸分布范围甚广时，必需依照不同的解析度与不同视野的镜头，将待量测物件先行分类。
3、使用电荷耦合装置(CCD)进行量测时，由于一台电荷耦合装置(CCD)只能撷取一维影像，亦即，只能针对单一方向的外观特性进行测量，因此，如果要量测包括高度等外观尺寸时，必需同时使用多台电荷耦合装置(CCD)，如此，会增加使用时教导与校正等的困难度。
4、使用电荷耦合装置(CCD)进行量测时，由于其主要是利用不同的光源来凸显外观的特征，所以，光源的使用条件相当严苛，故不利量测外观复杂的物件，以及少量多样的物件。
5、由于使用电荷耦合装置(CCD)进行量测物件时，利用不同光源来凸显外观特征，因此，使用电荷耦合装置(CCD)量测物件时，会受到待量测物件的颜色及光泽等因素的限制，故亦容易受到量测环境的影响。
因为早期习见的电荷耦合装置(CCD)机械视觉自动测量系统所具有上述的缺点，近期乃有一种利用激光配合运动控制装置的自动量测设备问世，其采用一般传系统的控制方式，而以使用激光连续得到的位置点所读取的激光读值，直接绘出待量测物件的纵截面曲线，但是，是种激光量测装置仍有下列问题
1、当运动位置的解析度甚小时，会因读取点数过多而产生运动速度过慢的问题，故影响量测的速度，且不利生产作业。
2、传系统的运动机构本身的精度与解析度均有限制，通常并无法达到目前产业界的要求，故将会使得所量测的数值产生过大的误差。
3、激光的发射与反射有一特定的角度，故在量测外形较为复杂的待量测物件时，容易产生接收反射的激光被遮蔽的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度式激光自动量测系统，依本发明的此种高精度式激光自动量测系统，其使用脉冲激光发射器来量测待量测物件的高度，而脉冲激光乃具备有高解析度的特性(解析度最高可以到达0.1μm)，此外，本发明更具备有高精度的光学尺导引运动控制系统，利用脉冲激光发射器所发出的脉冲激光读值的变化，可定义读取光学尺的位置，而光学尺亦具备高解析度的特性(解析度最高也可以到达0.1μm)，故所读取到的光学尺的位置即极为精确，如此，使得本发明在量测较大尺寸的物件时，仍然可以达到高精度的要求，此为本发明的一主要目的。
依本发明的此种高精度式激光自动量测系统，其因为采用脉冲激光发射器配合高精度的光学尺导引运动控制系统进行对物件的量测，故可扩充运动控制的行程，在运动控制的行程范围内，各种尺寸均可量测，此为本发明的另一目的。
依本发明的此种高精度式激光自动量测系统，其已具备点激光的二维或线激光的三维功能，因此即具备多台电荷耦合装置(CCD)同时进行量测的功能，另外由于高精度以硬体方式达成，更无电荷耦合装置(CCD)视觉系统使用时的教导及校正的困难度，此为本发明的再一目的。
依本发明的此种高精度式激光自动量测系统，由于其不采用以打光来凸显外观特征的方式进行量测，因此无光源使用限制与条件的问题，故可量测外观复杂的物件，以及少量多样的物件，此为本发明的又一目的。
依本发明的此种高精度式激光自动量测系统，其所采用的脉冲激光发射器所发射出来的脉冲激光，可感测各种颜色及光泽的待量测物件，甚至于包括黑色、白色的待量测物件，另外，脉冲激光受外在影响甚小，几乎不受外在环境的干扰，此为本发明的更一目的。
又由于近期的激光量测装置所具有的上述问题，本发明乃在利用以脉冲激光定义数值的方式，在特定的位置读取光学尺的位置，故运动机构的运动速度即可大幅提升，此为本发明的他一目的。
而且，本发明的系统的精度因为受到光学尺所控制，不会由于运动机构的精度与解析度而影响量测的精度与解析度，此为本发明的其他一目的。
本发明的系统并又利用激光遮蔽讯号，以软体演算方法进行补偿，故不会因为待测量物件的外形较为复杂而有接收反射的激光被遮蔽导致量测结果失真的问题，此又为本发明的其他另一个目的。
至于本发明的详细构造、应用原理、作用与功效，则参照下列依附图所作的说明即可得到完全的了解。
本发明是采用以下技术手段实现的一种激光自动量测系统，主要具备一激光自动量测仪，该激光自动量测仪具有一机台，其中央部份并有一台面；在机台的上部有一横亘着的长形高精度运动控制轴，所述控制轴上，设有一在其上由一步进马达带动而滑移的脉冲激光发射器，脉冲激光发射器激光的发射，由一脉冲激光控制器所控制，且有一脉冲激光感知器感知脉冲激光发射器的激光发射状态。
本发明还可以采用以下技术手段实现前述的激光自动量测仪具有一用以接收脉冲激光感知器所传送过来的激光信号，并予读出激光值的读取与计算单元。
前述的激光自动量测仪中，所述的运动控制轴上的脉冲激光发射器的运动，由一运动轴控制器所控制，其并连设一光学尺与可处理信号的高精度运动控制卡，以得到精确的将脉冲激光发射器滑移至定位。
前述的电路构成包括一用以控制高精度运动控制轴的运动控制轴卡、一精确地解析并控制所述运动控制轴的移动位置的光学尺位置解析控制电路、一用以控制所述脉冲激光发射器所发射的脉冲激光的光源控制器电路、一用以控制所述脉冲激光感知器感知激光灵敏度的脉冲激光源感应电路、一接收并感知从待量测物件所反射的所量测的高度、外径、内径等类比信号的量测信号感知电路、一可读取从量测信号感知电路所传来的激光类比信号，并予转换成数位信号的读表计算单元电路、一传输介面电路、以及设于所述电脑中的主控与整合单元电路；而所述步进马达为一高精度滚珠螺杆步进马达组，其由一步进马达控制器电路所控制。
前述的步进马达控制器电路、类比激光量测信号感知电路、脉冲激光源控制器电路、以及主控及整合单元电路与电源相接；运动控制轴卡连接主控及整合单元电路、步进马达控制器电路、光学尺位置解析控制电路，以及脉冲激光源感应电路、光学尺位置解析控制电路并连接步进马达控制器电路与主控及整合单元电路；主控及整合单元电路并经过传输介面电路，与数位信号的读表计算单元电路相连接；脉冲激光源控制器电路则连接脉冲激光源感应电路，脉冲激光源感应电路连接类比激光量测信号感知电路，类比激光量测信号感知电路又连接数位信号的读表计算单元电路。
本发明与现有技术相比具有明显的优势和有益效果根据以上的叙述，可以很明确地知道，本发明的此种高精度式激光自动量测系统，不但可以达到可量测各种大、小尺寸的物件，且量测时，均可达到高精度的需求，而其操作简单，无需特殊而极费时间的教导，更无需量测以后校正的困难，且外观复杂、各种不同颜色的物件均可量测。
图1为本发明激光自动量测系统的机台部份的立体示意图；图2A与图2B为本发明的激光自动量测系统的机台部份的正面与侧面图；图3为机台上的机件组成示意图；图4为本发明的激光自动量测系统的电路方块图；图5为本发明的激光自动量测系统的动作原理示意图。
具体实施例方式
有关本发明所采用的技术、手段及其功效，兹举一较佳实施例并配合图式详述如后。
有关本发明的具体实施装置结构，兹参照
于下图1为本发明的激光自动量测系统的机台部份的立体示意图；图2A与图2B为本发明的激光自动量测系统的机台部份的正面与侧面图；图3为机台上的机件组成示意图。
如图1、图2A、图2B与图3所示，本发明的激光自动量测系统具有一机台1，机台1为提供各个机件固定的用，其中央部份并有一台面11，且有支持架12，以便支持上部的设施。在机台1的上部有一横亘着的长形高精度运动控制轴13，该高精度运动控制轴13上，设有一可于其上由一步进马达19带动而滑移的脉冲激光发射器14，脉冲激光发射器14的激光的发射，由一脉冲激光控制器15所控制，且有一脉冲激光感知器16来感知脉冲激光发射器14的激光发射状态。一激光值读取与计算单元17即用以接收脉冲激光感知器16所传送过来的激光信号，并予读出；上述的高精度运动控制轴13上的脉冲激光发射器14的运动，由一运动轴控制器21所控制，其并连设一光学尺22与可处理信号的高精度运动控制卡23以得到精确的将脉冲激光发射器14滑移至定位；一组开关20则具有多数个开关器，用以启闭电源、或控制其他机件的动作；上述的激光值读取与计算单元17并透过一传输介面18，以将其计算出来的数据，传送到电脑30。
更详细言的，请合并参照图3与图4，本发明的高精度式激光自动量测系统，其电路构成包括一用以控制高精度运动控制轴13的运动控制轴卡130、一精确地解析并控制运动控制轴13的移动位置的光学尺位置解析控制电路220、一用以控制脉冲激光发射器14所发射的脉冲激光的脉冲激光源控制器电路140、一用以控制脉冲激光感知器16感知脉冲激光发射器14所发射激光的灵敏度的脉冲激光源感应电路160、一接收并感知从待量测物件所反射的所量测的高度、外径、内径等类比信号的量测信号感知电路161、一可读取从量测信号感知电路161所传来的激光类比信号，并予转换成数位信号的读表计算单元电路170、一传输介面电路180、以及设于电脑30中的主控与整合单元电路300；而步进马达19为一高精度滚珠螺杆步进马达组，其并由一步进马达控制器电路190所控制。
仍旧请参看图1、图3与图4，上述本发明的高精度式激光自动量测系统的构成电路中，步进马达控制器电路190、类比激光量测信号感知电路161、脉冲激光源控制器电路140、以及主控及整合单元电路300与电源100相接，以使电流可进入本发明的系系统中，运动控制轴卡130连接主控及整合单元电路300、步进马达控制器电路190、光学尺位置解析控制电路220，以及脉冲激光源感应电路160、光学尺位置解析控制电路220另外并连接步进马达控制器电路190与主控及整合单元电路300；主控及整合单元电路300并经过传输介面电路180，与数位信号的读表计算单元电路170相连接；脉冲激光源控制器电路140则连接脉冲激光源感应电路160，脉冲激光源感应电路160亦连接类比激光量测信号感知电路161，类比激光量测信号感知电路161又连接数位信号的读表计算单元电路170。
本发明的高精度式激光自动量测系统，当机台1的台面11放着待量测物件，而要对待量测物件进行量测时，先将开关20开启电路，通入电源，则运动轴控制器21乃开始动作，而利用光学尺22与高精度运动控制卡23的作用，驱动步进马达19带动脉冲激光发射器14于高精度运动控制轴13上作精确的滑移，同时，脉冲激光发射器14发射出脉冲激光，对被量测物件进行照射，由脉冲激光感知器16感知被量测物所反射的脉冲激光，并将信号传送至激光值读取与计算单元17，经计算后，将数据经由传输介面18传送至电脑30，即可从电脑30上得到被量测物件各部的精确尺寸，其详细的动作原理，更合并参照图5说明于下请参阅图5所示，当电源尚未开启，步进马达组19不动，滚珠螺杆作动回归至原点位置(X，X)＝(00，000)(S0步骤)，一旦通电，电脑30中的主控及整合单元电路300乃下达运动模式及量测指令，且开始撷取量测资料，并予以运算、分析(S1步骤)，然后，运动控制轴卡动作(S2步骤)，下达运动控制指令(S3步骤)，步进马达组的高精度滚珠螺杆作动(S4步骤)，到达指定位置，且指定位置即为实际位置时，乃将资讯传到光学尺，利用位置解析控制电路220校正(S5步骤)，如此，周而复始，高精度运动控制轴13乃使得脉冲激光发射器14依指令位移，而光学尺位置解析控制电路220读取位置信号(S6步骤)后，并传至主控及整合单元电路300(S7步骤)；在此期间，电脑30中的主控及整合单元电路300下达运动模式及量测指令(S1步骤)时，脉冲激光发射器14一面发出脉冲激光，脉冲激光源感应电路160也开始动作(S8步骤)，类比激光量测信号感知电路161并感知待测物的尺寸信号(S9步骤)，此信号复传送到电脑30的主控及整合单元电路300(S10步骤)；而前后所得被量测物件高度并被比较(S11步骤)，若高度无变化，即将此资讯送到数位信号的读表计算单元电路170，送出触发讯号(S12步骤)到运动控制轴卡130，维持高精度运动控制轴13上脉冲激光发射器14的移动。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种激光自动量测系统，主要具备一激光自动量测仪，该激光自动量测仪具有一机台，其中央部份并有一台面；其特征在于在机台的上部有一横亘着的长形高精度运动控制轴，所述控制轴上，设有一在其上由一步进马达带动而滑移的脉冲激光发射器，脉冲激光发射器激光的发射，由一脉冲激光控制器所控制，且有一脉冲激光感知器感知脉冲激光发射器的激光发射状态。
2.根据权利要求1所述的激光自动量测系统，其特征在于所述的激光自动量测仪更具有一用以接收脉冲激光感知器所传送过来的激光信号，并予读出激光值的读取与计算单元。
3.根据权利要求1所述的激光自动量测系统，其特征在于所述的激光自动量测仪中，所述的运动控制轴上的脉冲激光发射器的运动，由一运动轴控制器所控制，其并连设一光学尺与可处理信号的高精度运动控制卡，以得到精确的将脉冲激光发射器滑移至定位。
4.根据权利要求1所述的激光自动量测系系统，其特征在于所述的电路构成包括一用以控制高精度运动控制轴的运动控制轴卡、一精确地解析并控制所述运动控制轴的移动位置的光学尺位置解析控制电路、一用以控制所述脉冲激光发射器所发射的脉冲激光的光源控制器电路、一用以控制所述脉冲激光感知器感知激光灵敏度的脉冲激光源感应电路、一接收并感知从待量测物件所反射的所量测的高度、外径、内径等类比信号的量测信号感知电路、一可读取从量测信号感知电路所传来的激光类比信号，并予转换成数位信号的读表计算单元电路、一传输介面电路、以及设于所述电脑中的主控与整合单元电路；而所述步进马达为一高精度滚珠螺杆步进马达组，其由一步进马达控制器电路所控制。
5.根据权利要求1所述的激光自动量测系统，其特征在于构成电路中，步进马达控制器电路、类比激光量测信号感知电路、脉冲激光源控制器电路、以及主控及整合单元电路与电源相接；运动控制轴卡连接主控及整合单元电路、步进马达控制器电路、光学尺位置解析控制电路，以及脉冲激光源感应电路、光学尺位置解析控制电路并连接步进马达控制器电路与主控及整合单元电路；主控及整合单元电路并经过传输介面电路，与数位信号的读表计算单元电路相连接；脉冲激光源控制器电路则连接脉冲激光源感应电路，脉冲激光源感应电路连接类比激光量测信号感知电路，类比激光量测信号感知电路又连接数位信号的读表计算单元电路。
全文摘要
本发明公开了一种高精度式激光自动量测系统，主要具备一激光自动量测仪，该激光自动量测仪具有一机台，其中央部份设有一台面，在机台的上部有一横亘着的长形高精度运动控制轴，高精度运动控制轴上，设有一可于其上由一步进马达带动而滑移的脉冲激光发射器，脉冲激光发射器的激光的发射，由一脉冲激光控制器所控制，且有一脉冲激光感知器来感知脉冲激光发射器的激光发射状态。
文档编号G01D5/26GK1837744SQ200510055690
公开日2006年9月27日 申请日期2005年3月23日 优先权日2005年3月23日
发明者林辉能, 胡汉峻, 谢秉恒 申请人:弘骅有限公司