专利名称：工件轮廓的非接触式光学量测方法
技术领域：
本发明涉及一种量测方法，特别是涉及一种非破坏性的光 学量测方法。
背景技术：
随着工业技术的进步，业界对于各式工件的轮廓精密度要 求也越来越严苛，而在加工技术不断进步的同时，足够精确的 量测技术也必须同步发展，才能真正的提升工业技术。
对于轮廓外形复杂，同时轮廓精密度要求又极高的工件， 例如滚珠螺杆来说，目前的轮廓量测方式，是利用轮廓仪的探 针接触扫描待测工件的整体曲线形貌后，再反推还原出工件的 轮廓，进而得知该工件的轮廓精确度是否满足规格要求。
但这样的量测方式，由于实施的方式主要是借着探针作接 触量测，一来过于耗费时间(需以即细微的探针探行相对极巨 大的工件轮廓)，二来会有探针贬行或是工件表面刮伤的疑虑， 所以并非较佳的量测技术选择。
此外，为了确保工件的尺寸精度，目前的量测技术都只能 采用离线量测的方式，也就是将被加工的工件拆离加工的生产 线，将其移动至例如轮廓仪上进行量测，量测完毕后再重置回
生产线上继续进^f亍加工作业，而在拆出加工的工件与加工刀 具，以及重置被加工的工件与加工道具的过程中，两者的相对 位置其实已经产生变化而必须重新进行方位校正，此时，为了 提升被加工工件的精确度所进行的轮廓量测，反而被方位校正 所抵销掉，并没有达到欲提升工件轮廓精密度的目的。
所以需要建立一套非接触式、可以快速进行精密量测、且可以同时于生产加工线上进行的量测方法，以^是升工件加工技术。
发明内容
本发明的目的是在提供一种非接触式、可以快速进行精密 量测、且可以同时于生产加工线上进行的工件轮廓的非接触式 光学量测方法。
本发明所述的工件轮廓的非接触式光学量测方法，包括一 个光学检测系统架设步骤、 一个比对数据建立步骤、 一个量测 步骤，及一个数据比对分析步骤。
该光学检测系统架设步骤将一光源、 一发散物镜、 一准直 透镜，及一成像屏幕间隔地沿一光轴依序设置，使该光源发出 的光线经过该发散物镜发散，并继续通过该准直透镜后成平行 于该光轴的平4于光束至该成像屏幕。
该比对数据建立步骤将一标准工件置于该光轴上并位于该 准直透镜与成像屏幕之间，让该光源发出光线使该平行光束经 过该标准工件后，于该成像屏幕上形成一作为量测标准的比对 绕射图像，再用电荷耦合元件摄像装置撷取该比对绕射图像， 将该比对绕射图像转换成 一 比对绕射条紋数字数据。
该量测步骤将 一 待量测的工件置于该比对数据建立步骤中 该标准工件放置的位置，以该光源发出光线使该平行光束经过 该待量测的工件后，于该成像屏幕上形成一待测绕射图像，再 用电荷耦合元件摄像装置撷取该待测绕射图像，将该待测绕射 图像转换成 一 待测绕射条紋数字数据。
该数据比对分析步骤计算该待测绕射条紋数字数据与比对 绕射条紋数字数据的差异，并进行将数字数据转换成影像的运 算，而将该差异转换成该待量测工件的 一 轮廓瑕疵影像。.本发明所述的工件轮廓的非接触式光学量测方法，该光学 检测系统架设步骤还将一可聚光且具有一焦距的凸透镜装置， 设置在该准直透镜与该成像屏幕之间且位于该成像屏幕前方该 焦距长度的光轴位置上，且该标准工件与该待量测的工件都是 置放于该准直透镜与该凸透镜装置之间的光轴上。
本发明所述的工件轮廓的非接触式光学量测方法，是用个 人计算机以傅利叶转换分析运算将电荷耦合元件摄像装置撷取 的绕射图像转换成数字数据，同时以反傅利叶转换分析运算将 数字数据的差异转换成该轮廓瑕疵影像。
本发明所迷的工件轮廓的非接触式光学量测方法，该光学 检测系统架设步骤架设的光源是一可发出激光光线的激光装 置。
本发明的有益效果在于提供一种用光学与影像处理方式 对轮廓复杂的工件，进行快速、精确且为非接触式的量测方法。
图l是一流程图，说明本发明一种工件轮廓的非接触式光学
量测方法的一4交佳实施例；
图2是一示意图，说明实施图l本发明时的一包括一光学检
测系统架设的检测模块；
图3是一影像图，说明一实验例的一标准工件； 图4是 一 绕射影像图，说明图3的标准工件的比对绕射图像； 图5是一影像图，说明一实验例的一待量测工件； 图6是一绕射影像图，说明图5的待量测工件的待测绕射图
像；
图7是一绕射影像图，说明图6待测绕射条紋数字数据与图4 比对绕射条紋数字数据的差异；图8是一影像图，说明由图7的数据差转换得到的实际轮廓 瑕疯影像。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细{兌明。 参阅图l,本发明工件轮廓的非接触式光学量测方法的一较 佳实施例，包括光学检测系统架设步骤ll、比对数据建立步骤 12、量测步骤13,及数据比对分析步骤14等四个步骤，适用于 快速、精确，且无须接触待量测工件地量测得知工件轮廓的精 确度。
配合参阅图2，首先进行该光学检测系统架设步骤，将一光 源21、 一发散物镜22、 一准直透镜23、 一具有一焦距的凸透镜 装置24,及一成像屏幕25间隔地沿一光轴依序设置，且该凸透 镜装置24设置在该成像屏幕25前该焦距长度的光轴位置上，使 该光源21发出的光线经过该发散物镜22发散，并继续通过该准 直透镜23后成平行于该光轴的平行光束，之后再经过该凸透镜 装置24聚焦在该成像屏幕25上；在本例中，该光源21是可发出 激光光线的激光装置，以得到更佳的量测结果，另外要特别说 明的是，由于此光学检测系统的构件(光源21、发散物镜22、 准直透镜23、凸透镜装置24,成像屏幕25)筒单、易于拆卸组 装，并无复杂的校正过程，所以可以直接于对应加工工件的生 产线上架设。
然后进行该比对数据建立步骤12,将一标准工件置于该光 轴上并位于该准直透镜23与凸透镜装置24之间，以该光源发出 光线使该平行光束经过该标准工件后发散，再经过该凸透镜装 置24汇聚于该成像屏幕25上形成 一作为量测标准的比对绕射图 像，并用电荷耦合元件(CCD)摄像装置26撷取该比对绕射图像后用个人计算机27以傅利叶转换分析运算将电荷耦合元件摄
像装置26撷取的比对绕射图像转换成比对绕射条紋数字数据，
作为运算分析的比对基准。
接着可开始量测待测工件、进行该量测步骤13,将一待量 测的工件置于该比对^:据建立步骤中该标准工件;改置的位置， 同样地在经过该光源21发出光线使该平行光束经过该待量测的 工件后，汇聚于该成像屏幕25上形成一待测绕射图像，接着类 似于该比对数据建立步骤的过程，用电荷耦合元件摄像装置26 撷取该待测绕射图像后用个人计算机2 7以傅-' j叶转换分析运 算，将该待测绕射图像转换成待测绕射条紋数字数据。
最后进行数据比对分析步骤14,用个人计算机27计算该待 测绕射条紋数字数据与比对绕射条紋数字数据的差异，并以反 傅牙'J叶转换分析运算将数字数据的差异转换成该待量须'J工件的 一轮廓瑕疯影像，即可得到该待测工件轮廓精确度。
上述的工件轮廓的非接触式光学量测方法的较佳实施例， 在配合以下实际对呈半圆形碗形的工件进行量测的说明后，当 可更加清楚的明白。
参阅图3、图4,进行比对数据建立步骤12,将一呈半圆形 碗形的标准工件(如图3所示)置于该光轴上并位于该准直透镜 2 3与凸透镜装置2 4之间，得到如图4所示的作为量测标准的比对 绕射图像，并以个人计算机转换成比对绕射条紋数字数据。
参阅图5、图6，接着以量测步骤13,将待量测的工件(如 图5所示，具有凸出的矩形、三角形等缺陷)置于该标准影像建 立步骤中该标准工件放置的位置，同样地在经过该光源21发出 光线使该平行光束经过该待量测的工件后，得到如图6所示的待 测绕射图像，转换成待测绕射条紋数字数据。
参阅图7、图8，进行数据比对分析步骤14,用个人计算机27计算该待测绕射条紋数字数据与比对绕射条紋数字数据的差
异(如图7所示)，再经过反傅利叶转换分析运算即可得到如图8 所示的该待量测工件的轮廓瑕疵影像，清楚的分辨出该待量测 工件的凸出的矩形、三角形等缺陷，进而得到该待测工件轮廓
精确度。
由上述说明可知，本发明主要是采用价廉的光学构件，简 易地对应待量测的工件架设成光学才企测系统，并4荅配目前极为 普遍的个人计算机作为运算工具，而构成一简单、独立的量测 模块，利用发散物镜将光源发出的光线发散出去，再以准直透 镜将其变成平行光轴的光束，而在光束通过工件后产生绕射光 斑，之后再用凸透镜装置将绕射光斑聚焦取像，最后，即可借 着个人计算机进行影像处理与数字数据运算分析，而快速地得 到工件轮廓的精确度。
由于，本发明的实施是靠着光、光经过工件时产生的光行 为进行量测，所以不会对工件产生接触的破坏，量测精度也相 对的较接触式量测高且快速，同时，架设光学检测系统的难度 也不高、操作过程也不复杂，而适用于各级的工件加工生产线， 确实达到本发明的创作目的。
权利要求
1. 一种工件轮廓的非接触式光学量测方法，其特征在于，包括一个光学检测系统架设步骤，将一光源、一发散物镜、一准直透镜，及一成像屏幕间隔地沿一光轴依序设置，使该光源发出的光线经过该发散物镜发散，并继续通过该准直透镜后成平行于该光轴的平行光束至该成像屏幕；一个比对数据建立步骤，将一标准工件置于该光轴上并位于该准直透镜与成像屏幕之间，以该光源发出光线使该平行光束经过该标准工件后，于该成像屏幕上形成一作为量测标准的比对绕射图像，再用电荷耦合元件摄像装置撷取该比对绕射图像，将该比对绕射图像转换成一比对绕射条纹数字数据；一个量测步骤，将一待量测的工件置于该比对数据建立步骤中该标准工件放置的位置，以该光源发出光线使该平行光束经过该待量测的工件后，于该成像屏幕上形成一待测绕射图像，再用电荷耦合元件摄像装置撷取该待测绕射图像，将该待测绕射图像转换成一待测绕射条纹数字数据；及一个数据比对分析步骤，计算该待测绕射条纹数字数据与比对绕射条纹数字数据的差异，并进行将数字数据转换成影像的运算，而将该差异转换成该待量测的工件的一轮廓瑕疵影像。
2. 根据权利要求1所述的工件轮廓的非接触式光学量测方 法，其特征在于，该光学检测系统架设步骤还将一可聚光且具 有一焦距的凸透镜装置，设置在该准直透镜与该成像屏幕之间 且位于该成像屏幕前方该焦距长度的光轴位置上，且该标准工 件与该待量测的工件都是置放于该准直透镜与该凸透镜装置之 间的光轴上。
3. 根据权利要求2所述的工件轮廓的非接触式光学量测方 法，其特征在于，是用个人计算机以傅利叶转换分析运算将电荷耦合元件摄像装置撷取的绕射图像转换成数字数据，同时以 反傅利叶转换分析运算将数字数据的差异转换成该轮廓瑕疵影像。
4.根据权利要求3所述的工件轮廓的非接触式光学量测方 法，其特征在于，该光学检测系统架设步骤架设的光源是一可发出激光光线的激光装置。
全文摘要
一种工件轮廓的非接触式光学量测方法，包括一个架设光源、发散物镜、准直透镜及成像屏幕的光学检测系统架设步骤、一个将标准工件置于光学检测系统中撷取绕射图像并转换成绕射条纹数字数据的比对数据建立步骤、一个将待量测的工件置于该标准工件放置的位置以撷取绕射图像并转换成待测绕射条纹数字数据的量测步骤，及一个计算该待测绕射条纹数字数据与比对绕射条纹数字数据的差异并将差异转换成一轮廓瑕疵影像的数据比对分析步骤，本发明在不需接触工件而不虞产生破坏性接触的状况下，快速且精密的量测得到工件轮廓。
文档编号G01B11/24GK101532826SQ200810007799
公开日2009年9月16日 申请日期2008年3月12日 优先权日2008年3月12日
发明者侯博勋, 吴学文, 陈勤志, 陈嘉昌, 陈鹏仁 申请人:财团法人金属工业研究发展中心