专利名称：非接触式量测变形值的量测系统及其方法
技术领域：
本发明关于一种非接触式量测变形值的量测系统及其方法，特别是利用 测距装置及升降装置构成量测系统，以非接触式量测待测工件的变形值。
背景技术：
对于塑料件、金属件或各种的工件，常因受热或加压等因素而造成工件 的变形，如向上翘起或向下弯曲等。目前在变形值的量测设备上，大都是使
用厚度规先量测待测工件的厚度值，或者使用三维(3D)影像扫描系统，以非 接触式量测探测头至待测工件的距离值，再根据复数个厚度值或距离值算出 待测工件的变形值。
以厚度规而言，其分为直接量测用的量规，如分厘卡或游标尺；以及间 接量测用的量规，如内孔分厘卡、小孔规、指示量表或直规。但不管是直接 或间接量测，厚度规都需与待测工件相接触，并由使用者逐一量测各点的厚 度值，以根据此些厚度值算出变形值。因为厚度规的精准度并不高，有时不 易量出厚度值的微小变化，加上人为因素的影响，常会产生误差而导致不正 确的判断，况且厚度规直接接触待测工件，也可能对待测工件造成损害。
又以三维影像扫描系统而言，因运用激光三维影像技术，故可精确地量 测探测头至待测工件的距离值，也不易受到人为因素的影响，也因使用非接 触式量测距离值，自然不会损害到待测工件。但是，三维影像扫描系统相当 昂贵，除了极少数的特定单位外， 一般的使用者并不会使用到三维影像扫描 系统。
因此，如何提供一种非接触式量测系统，以避免损害到待测工件，并降
5低人力及设备的费用，同时提升变形值的精准度，还能让非接触式量测系统广泛地被使用者所使用，已成为亟需解决的课题。
为解决先前技术的缺点，以满足使用者对非接触式量测系统的需求，本发明人基于多年从事研究与诸多实务经验，经多方研究设计与专题探讨，于本发明提出一种非接触式量测变形值的量测系统及其方法，以作为前述期望的实现方式与根据。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的是提供一种非接触式量测变形值的量测系统及其方法，特别是利用测距装置及升降装置或旋转装置构成量测系统，借此以非接触式量测待测工件的变形值。同时，本发明相对于先前技术的功效，除不会损害到待测工件外，并可大幅降低人力及设备的成本，也可提高量测系统的精准度，更能让非接触式量测系统广泛地被使用。而且，本发明还可升降测距装置的距离，或者将测距装置旋转至外侧，以利放置或取出待测工件，也可对距离值及变形值加以分析、显示或记录。
为达上述的目的，本发明提出一种非接触式量测变形值的量测系统，在一实施例中其包含一升降装置及复数个测距装置。其中，升降装置具有一平台、至少一立柱及一升降手臂。平台的上方放置一待测工件，立柱设于平台上，升降手臂可于立柱上升降，并载有一可抽换板。可抽换板根据待测工件的具体需求而设立此些测距装置的位置。而此些测距装置一一设于可抽换板的复数个预定位置，每一测距装置具有一光束发射单元及一光束接收单元。
当进行量测时，通过升降手臂升降可抽换板，使此些测距装置与待测工件相隔一预定距离，以由此些光束发射单元分别发射一光束至待测工件，使此些光束各自反射至此些光束接收单元，并由此些测距装置测出复数个距离值，进而根据此些距离值与一参考工件或标准工件所量测结果的比较，即可算出待测工件的一变形值。量测并不限定量测元件位于待测物的上方，在另一实施例中，就是属于这种情况。测距装置位于平台下方，工件仍然置于平台上方，因此，平台具有复数个孔洞，以允许光束可由下往上发射，反射光束也可以被顺利接收。
当然，我们也可以使量测系统是上述二实施例的结合体。
在另一实施例中，升降手臂除了可以在立柱上升降外，它也可以旋转，由立柱外侧(相对待测工件而言)转至工件上方，这样的好处是待测工件可以更容易放置或取出，
上述的量测系统都包含有一控制装置，控制装置可以操纵升降手臂的升降，量测、记录量测结果及计算变形量。
本发明的非接触式量测变形值的量测方法，其包含下列步骤
(a) 提供一升降装置，其具有一平台、至少一立柱及一升降手臂。立柱
设于平台上，升降手臂设于立柱上，并载有一可抽换的可抽换板。可抽换板的每一预定位置设有一测距装置，每一测距装置具有一光束发射单元及一光束接收单元。
(b) 将一参考工件定位于平台上。
(c) 升降可抽换板，使此些测距装置与参考工件相隔一预定距离。
(d) 对参考工件施以一量测处理，以求得此些测距装置所在的一参考位置与参考工件的一被测量点的距离值， 一一量测并记录。此量测处理是以光束发射单元发射一光束至参考工件的被测量点上，并由光束接收单元接收光束的反射而求得。而距离值是以一三角原理量测法、 一相位差量测法、 一飞行时间量测法或各种的距离量测法加以量测。
(e) 将参考工件取出。
(f) 将一待测工件置于平台上，并根据参考工件进行定位校准处理。
(g) 升降可抽换板，使此些测距装置与待测工件相隔预定距离。
(h) 对待测工件施以与参考工件相对应位置的量测处理， 一一量测并记录。(i)比较待测工件的复数个被测量点与参考工件的复数个被测量点所得的距离差值，以判定待测工件的变形值。此变形值等于此些距离差值中最大差值减去最小差值，再除以此些距离差值的平均值。
综上所述，本发明的非接触式量测变形值的量测系统及其方法，相对于现有技术，具有下列优点，效果是显著的-
(a) 利用测距装置及升降装置或旋转手臂构成量测系统，以非接触式量测待测工件的距离值，不会对待测工件造成损害。
(b) 与厚度规相比，此量测系统可大幅提升量测系统的精准度，并避免人为因素所造成的误判。
(c) 与三维影像扫描系统相比，此量测系统相当经济实用，可大幅降低设备的成本，并让量测系统广泛地被使用。
(d) 通过升降手臂上升测距装置的距离，或者将测距装置旋转至外侧，以利使用者放置或取出待测工件。
(e) 可一次大量点同时进行量度，因此，速度可以很快。
图1为本发明非接触式量测变形值的量测系统及其方法的第一实施例示意图。
图2为本发明非接触式量测变形值的量测系统及其方法的第二实施例示意图。
图3为本发明非接触式量测变形值的量测系统及其方法的第三实施例示意图。
主要元件符号说明1: 量测系统111:平台
113:升降手臂
11:升降装置112:立柱114:可抽换板115:待测工件116:第一方向
117:第二方向12:测距装置
12a:光束发射单元12b:光束接收单元
121:光束13:控制装置
131:微处理器134:显示单元
135:储存单元136:传输线
21:平板22:孔洞
31:旋转手臂34:旋转方向
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文依本发明非接触式量测变形值的量测系统及其方法，特举较佳实施例，并配合所附相关图式，作详细说明如下，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。
请参阅图1，为本发明非接触式量测变形值的量测系统及其方法的第一
实施例示意图。图中，量测系统1包含一升降装置11、复数个测距装置12及一控制装置13。其中，升降装置11具有一平台111、 二立柱112及一升降手臂113。此平台111上放置一待测工件115， 二立柱112设于平台111上。而升降手臂113设于二立柱112上，并夹持一可抽换的可抽换板114。二立柱112仅是方便于说明的一例，并非用以限定本发明，事实上仅有一个立柱112也是可以的。
此些测距装置12 —一设于可抽换板114的复数个预定位置，且此可抽换板114根据待测工件115的具体需求而设立此些测距装置12的位置。每一测距装置12具有一光束发射单元12a及一光束接收单元12b并电性连接于一控制装置13,以一较佳实施例而言测距装置12为一激光测距仪，由光束发射单元12a发出光束至被测工件表面的一被测点上，反射后再由光束接收单元12b所接收。光束接收单元12b相对于光束发射单元12a的光束，以一较佳实施例而言，例如是复数个光传感器。另外，控制装置13至少包含一微处理器131、 一显示单元134及一储存单元135。
当进行量测时，通过一滑轨或一齿轮(图未示)带动升降手臂113，使升降手臂113依第一方向116下降可抽换板114，并使此些测距装置12与待测工件115相隔一预定距离。接着，控制信号由微处理器131的输出入端口发出并由传输线136输送给测距装置12的光束发射单元12a，光束接收单元12b的复数个光传感器其中之一接收光信号，即可据以计算出距离。储存单元135可以是微处理器131本身的随机存取存储器也可以是外接的其它存储器。微处理器131可依据多个被测点的数据与参考工件的对应位置的数据来分析待测工件的变形量，并显示于一显示单元134上。
详细步骤如下
(a) —升降装置ll如图2所示，其具有一平台lll、 二立柱112(如前所述也可以只有一个立柱)及一升降手臂113。立柱112设于平台111上，升降手臂113设于立柱112上，并夹持一可抽换的可抽换板114。可抽换板114的每一预定位置设有一测距装置12，每一测距装置12具有一光束发射单元12a及一光束接收单元12b。
(b) 将一参考工件定位于平台111上。参考工件是指参考工件与待测工件具有同尺寸，但没有变形的工件，或即使有变形也至少在可接受的范围内，以作为参考。而待测工件为塑料工件、橡胶工件、木质工件、金属工件其中任一种。上有镀膜或没有镀膜的工件。例如，塑料工件上有镀金属膜的，这类型通常较易有变形，例如因受热或受力而工件本身或镀膜上翘或变形。透过本发明的设备将可以快速的、且多点地量得变形量。
(c) 沿第一方向116、第二方向117升降可抽换板114，使此些测距装置12与参考工件相隔一预定距离。以一较佳实施例而言，约有20至40mm。
(d) 对参考工件施以一量测处理，以求得此些测距装置12所在的一参考位置与参考工件的一被测量点的距离值， 一一量测并记录。此量测处理是以光束发射单元12a发射一光束121至参考工件的被测量点上，并由光束接收 单元12b的复数个光传感器的其中的一者接收。再以三角函数计算(入射角 已知及光发射点与感测点的距离)得出距离值。其它也可以利用相位差量测 法或飞行时间量测法。
(e) 将参考工件取出。
(f) 将一待测工件115置于平台111上，并根据参考工件进行定位校准。
(g) 沿第一方向116、第二方向117升降可抽换板114，使此些测距装置 12与待测工件相隔相同的预定距离。
(h) 对待测工件115施以与参考工件相对应位置的量测处理， 一一量测 并记录，以塑料工件镀金属膜为例，被测点常选工件的各个角落点。
(i) 比较待测工件115的复数个被测量点与参考工件的复数个被测量点 所得的距离差值，以判定待测工件115的变形值。变形量的简单算法可以是 每个被测点分别计算，例如该点的距离差值和该参考工件的被测点厚度值相 除，或者以数个点来评估，即找出上述数个距离差值中最大差值减去最小差 值者，再和工件本身的厚度平均值相除。为防止待测工件可能发生某被测点 位置工件向上弯而另外一被测点是下凹，而致正负相抵，而实际变形是存在 的，因此，每一差值可以取绝对值。
请参阅图2,为本发明非接触式量测变形值的量测系统及其方法的第二 实施例示意图。量度复数个被测点距离的方法同第一实施例。第二实施例是 变化自第一实施例。所不同的是，在立柱112上位于该平台111的上方处设 有一与平台111平行的平板21,测距装置12位于平板21下方。待测工件 115仍位于平板21上，因此，平板21设有复数个孔洞22，此些测距装置12 发射的光束可经由此些孔洞22打到待测工件115的待测面，并经由孔洞22 再被光束接收单元12b所接收，如此也可以量度到待测工件。 当然，本发明的实施例也可对工件正反两面量测同时进行。 请参阅图3，为本发明非接触式量测变形值的量测系统及其方法的第三实施例示意图。图中，量测系统1包含二个可旋转手臂31，取代升降手臂。 可旋转手臂31平常可以在立柱的外侧，如图中实线所示的可旋转手臂31。 量测时，工件置于平台111上，再将可旋转手臂31以如图所示的旋转方向 34转到工件的上方(可旋转手臂31及量测装置12以虚线表示)。其量度方法 同样如实施例一所述。
本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实 体仅止于上述实施例。凡熟悉此项技术者，当可轻易了解并利用其它元件或 方式来产生相同的功效。因此，在不脱离本发明的精神与范畴内所作的修改， 均应包含在本发明的申请专利范围内。
权利要求
1、一种非接触式量测待测工件变形值的量测系统，其特征在于，至少包含一高度可调节的量测装置，包含一平台，至少一立柱，一升降手臂，一可抽换板，该可抽换板平行于该平台而由该升降手臂所夹持，该升降手臂可在该至少一立柱上升降；复数个测距装置分别设于该可抽换板的预设位置上，每一该测距装置设有一光束发射单元及一光束接收单元；当进行平台上一待测工件的变形量测时，以该复数个测距装置量取相同于该待测工件的参考工件的复数个参考距离值，续而量取该待测工件相应位置的复数个距离值，比较其差异，量测时，先调整该升降手臂的高度至一默认值，再以该复数个测距装置的光束发射单元发射光束至该待测工件或该参考工件，并各自由该复数个测距装置的光束接收单元所接受来进行距离量测，通过该待测工件及该参考工件距离的比较即可知变形量。
2、 如权利要求1所述的非接触式量测待测工件变形值的量测系统， 其特征在于，上述的光束发射单元为激光头，上述的光束接收单元包含数个 光感测单元，并电性连接于一控制装置。
3、 如权利要求2所述的非接触式量测待测工件变形值的量测系统, 其特征在于，上述的控制装置依据光发射点与该光感测单元计算该些测距装 置与被测点的距离。
4、 如权利要求2所述的非接触式量测待测工件变形值的量测系统， 其特征在于，上述的控制装置包含一微处理器、 一显示器，该微处理器接收 来自该光感测单元的信号，以分析该些距离值，并据以和参考工件比较以得 出该变形值。
5、 如权利要求1所述的非接触式量测待测工件变形值的量测系统， 其特征在于，上述的待测工件为塑料工件品、橡胶工件、木质工件、金属工件其中任一种。
6、 如权利要求1所述的非接触式量测待测工件变形值的量测系统， 其特征在于，在立柱上位于该平台的上方处设有一平板，上述的可抽换板位 于该平板下方，位于该可抽换板上的该复数个测距装置是由下往上发射光束 且该平板设有复数个洞，以提供该复数个测距装置的发射光束得以通过，且 反射时可被该测距装置所接收。
7、 如权利要求1所述的非接触式量测待测工件变形值的量测系统， 其特征在于，上述的升降手臂是一可旋转手臂，以立柱为转轴而作转向或转 离该平台。
8、 如权利要求7所述的非接触式量测待测工件变形值的量测系统， 其特征在于，上述的立柱为两支，而可旋转手臂也是两支，可以在该二立柱 上升降，当可旋转手臂转至平台上方时，再由该二旋转手臂夹持该可抽换板。
9、 一种非接触式量测变形值的量测方法，其特征在于，包含下列步骤-提供一升降装置，其具有一平台、至少一立柱及一升降手臂，该立柱设于该平台上，该升降手臂设于该立柱上，并夹持一可抽换的可抽换板，该可 抽换板的每一预定位置设有一测距装置，每一测距装置具有一光束发射单元 及一光束接收单元；将一参考工件定位于该平台上；升降该可抽换板，使该些测距装置与该参考工件相隔一预定距离； 对该参考工件施以一量测处理，以求得该些测距装置所在的一参考位置 与该参考工件的一被测量点的距离值， 一一量测并记录，其中该量测处理是 以该光束发射单元发射一光束至该参考工件的该被测量点上，并由该光束接 收单元接收该光束的反射而求得； 将该参考工件取出；将一待测工件置于该平台上，并根据该参考工件进行定位校准处理； 升降该可抽换板，使该些测距装置与该待测工件相隔该预定距离；对该待测工件施以与该参考工件相对应位置的该量测处理， 一一量测并 记录；及比较该待测工件的复数个被测量点与该参考工件的复数个被测量点所 得的距离差值，以判定该待测工件的变形值。
10、 如权利要求9所述的非接触式量测变形值的量测方法，其特征在 于，该变形值等于该些距离差值中最大差值减去最小差值，再除以该些距离 差值的平均值。
全文摘要
本发明揭露一种非接触式量测变形值的量测系统及其方法。此量测系统包含一升降装置及复数个测距装置。升降装置具有一平台、一或二立柱及一升降手臂。平台上放置一待测工件，立柱设于平台上，升降手臂可以在立柱上升降，并载有可抽换的可抽换板。而此些测距装置一一设于可抽换板的复数个预定位置，每一测距装置具有一光束发射单元及一光束接收单元。当进行量测时，由升降手臂升降可抽换板，使测距装置与待测工件相隔一预定距离，以由光束发射单元发射光束至待测工件，使光束反射至光束接收单元，并由测距装置测出距离值，而根据距离值算出待测工件的变形值。
文档编号G01B11/16GK101685003SQ200810168048
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月25日 优先权日2008年9月25日
发明者张新民, 李亮宏, 胡维彦, 郑兆希 申请人:向熙科技股份有限公司