非接触式表面轮廓扫描装置的制作方法

本发明涉及扫描装置技术领域，特别是指一种非接触式表面轮廓扫描装置。

背景技术：

日常生活中往往有值得记录的画面，以往记录物体的型态是利用照相机，通过光线照射物体后反射至照相机的镜头内的感光元件，以记录物体的色彩信息，作为构成照片所需的像素成分，而照相的技术只能取得物体的平面信息，无法得到物体的立体信息，随着科技的发展，便发展出各种三维扫描仪，主要有分为接触式和非接触式测量两种类，其中接触式测量为利用机械或电子式探头接触待测物表面，以取得三维资料。测量精度较高，但测量速度最慢，且接触式扫描需处理探头几何偏差补正，测量数据需作后段数据修正，其中接触式测量仪大多使用三次元坐标量床为主。第二类非接触式测量种类繁多，原理为利用雷射或投影搭配照相方式，不接触待测物而能测量三维数据方式，非接触测量时间短，比起三次元坐标测量等接触式测量精度较差，但其无可取代的优点为非接触式扫描可以快速测量物体表面大量点数据，对于曲面重建迅速,且无接触式探头几何偏差的问题，非接触式扫瞄有使用结构光产生条纹图案投影于待测物上测量的方式，其精度较低，也有使用线型雷射光照射于待测物上测量方式，其精度比使用结构光投影的方式更高，原理为使用线型雷射光线照射移动的物体，并利用摄影机接收反射光源，而计算反射光的位移以三角测量法计算物体轮廓的技术，而有如中国台湾专利证书号第m382112号「线型光学式三角量测系统」一案，利用光学式三角测量原理所建立的非接触式光学检测系统，可测量物体表面移动振幅及频率信息，并应用于中医把脉的数据测量系统，其系统结构简单，符合物美价廉的优点。

然而上述线型光学式三角测量系统于使用时，确实存在下列问题与缺失尚待改进：

一、线型光源利用光源投射至圆柱透镜，来产生一条线型光束，并投射在待测物体上，其线性光源的发散度大，线宽较粗，使得通过影像撷取装置接收的信息较差，得到的分辨率亦较差，因此解决雷射光源的问题直接影响三维数据的精度。

二、线型光源需要完整扫描物体且仅能取得其单一的立体信息，而若是扫描方式的不同导致影像撷取装置接收的信息较差，则需要对物体重复扫描。

三、此种光学式三角测量的扫描难以使用于镜面的待测物，但镜面物体的测量需求渐增，因此解决镜面测量材质为非接触式测量的重要指标。

所以，要如何解决上述习用的问题与缺失，即为本发明的发明人与从事此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向所在。

故，本发明的发明人有鉴于上述缺失，乃搜集相关资料，经由多方评估及考虑，并以从事于此行业累积的多年经验，经由不断试作及修改，终设计出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可快速且准确地扫描物体，并通过三角测量法建构受扫描物体的轮廓的非接触式表面轮廓扫描装置。

基于此，本发明主要采用下列技术手段，来实现上述目的。

一种非接触式表面轮廓扫描装置，主要包括：至少一供以雷射光扫描一待测物的雷射光产生装置；至少一设于该雷射光产生装置上的光学元件，该光学元件包含多个开口部，且这些开口部的间距为0.3微米至10毫米；一设于该待测物侧处的第一接收元件，该第一接收元件距离该待测物的垂直高度为40毫米至5000毫米，且该待测物反射雷射光至该第一接收元件的夹角为10度至85度；及一设于该第一接收元件侧处且与该第一接收元件信息连接的运算装置，所述运算装置以三角测量法建构该待测物的轮廓。

进一步，该雷射光产生装置下方设有一供置放该待测物的置物件。

进一步，该置物件侧处设有一供该置物件移动的第一移动件。

进一步，该第一移动件上活动设有至少一第二接收元件，且该第二接收元件的位置低于该第一接收元件的位置。

进一步，该第二接收元件一侧处设有至少一供反射该雷射光至该第二接收元件的反射元件。

进一步，该第一接收元件及该第二接收元件为变焦镜头或定焦镜头。

进一步，该置物件上设有一供该待测物旋转的轴体。

进一步，该运算装置侧处设有一与该运算装置信息连接的显示元件。

进一步，该第一接收元件侧处设有至少一供该第一接收元件移动的第二移动件。

进一步，各开口部的间距为一供该雷射光由点光源变成线光源的固定间距。

采用上述技术手段后，本发明通过雷射光产生装置发射雷射光穿过光学元件上的开口部，使雷射光变成一条至多条激光束，当完整扫描待测物时，第一接收元件可一次得到多组的立体信息，便可以三角测量法建构该待测物的轮廓，因此，由雷射光产生装置的设计，得以产生发散度极小，且亮度高的光源以扫描待测物，通过光学元件及开口部的设计，使雷射光变成一条至多条激光束，得以快速且准确地扫描待测物，通过第一接收元件及运算装置的设计，得以接收物体反射的雷射光，并以三角测量法建构该待测物的轮廓。

借由上述技术，可针对习用的线型光学式三角测量系统所存在的线性光源的发散度大，且完整扫描物体仅能取得其单一的立体信息的问题加以突破，达到上述优点。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的实施示意图（一）。

图3为本发明较佳实施例的实施示意图（二）。

图4为本发明较佳实施例的实施示意图（三）。

图5为本发明再一较佳实施例的结构示意图。

【符号说明】

雷射光产生装置1、1a光学元件11

开口部111第一接收元件2、2a

运算装置3显示元件31

置物件4、4a第一移动件41、41a

轴体42a待测物5、5a

第二接收元件6a反射元件7a

第二移动件8a间距d

高度z夹角θ。

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，兹绘图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能如下，以利完全了解。

请参阅图1所示，为本发明较佳实施例的结构示意图，由图中可清楚看出本发明包括：

至少一雷射光产生装置1，供以雷射光扫描一待测物；

至少一设于该雷射光产生装置1上的光学元件11，该光学元件11包含多个开口部111，且这些开口部111的间距d为0.3微米(μm)至10毫米(mm)，供该雷射光由点光源变成线光源；

一设于该待测物侧处的第一接收元件2，该第一接收元件2为变焦镜头或定焦镜头，而该第一接收元件2距离该待测物的垂直高度z为40毫米(mm)至5000毫米(mm)，且该待测物反射雷射光至该第一接收元件2的夹角θ为10度至85度；

一设于该第一接收元件2侧处且与该第一接收元件2信息连接的运算装置3，供以三角测量法建构该待测物的轮廓，该运算装置3侧处设有一与该运算装置3信息连接的显示元件31；及

一设于该雷射光产生装置1下方的置物件4，供置放该待测物，而该置物件4侧处设有一第一移动件41，供该置物件4移动。

请同时配合参阅图1至图4所示，为本发明较佳实施例的结构示意图至实施示意图（三），由图中可清楚看出，由雷射光产生装置1发射一道雷射光，而光学元件11为光栅，光学元件11上的开口部111彼此的间距为一固定间距，以供该雷射光绕射，当雷射光穿过光学元件11上的开口部111会变成一条至多条较细长的雷射光，并且照射至位于雷射光产生装置1下方的待测物5，待测物5置于置物件4上，该置物件4为托盘，而第一移动件41为滑轨，而该第一移动件41可使置物件4于二维平面中自由移动，让整个待测物5受到一条至多条雷射光完整地扫描，使用光学元件11的优点为以多条雷射光扫描待测物5一次便可得到多个立体信息，而雷射光照射到待测物5后会反射至第一接收元件2，第一接收元件2为变焦镜头或定焦镜头，可接收讯号微弱的光源，并且将接收的雷射光信息传给运算装置3处理，当雷射光照射到待测物5时，会受到待测物5表面有高度落差的影响，使反射至第一接收元件2的雷射光产生偏移的状况，而该运算装置3为计算机，可将第一接收元件2接收的雷射光信息以三角测量法建构该待测物5的轮廓，并将待测物5的轮廓显示至显示元件31供使用者观看。

再者，开口部111的间距d为0.3微米(μm)至10毫米(mm)，第一接收元件2距离待测物5的垂直高度z为40毫米(mm)至5000毫米(mm)，而待测物5反射雷射光至第一接收元件2的夹角θ为10度至85度，在此条件下可确保由待测物5反射至第一接收元件2的雷射光能量依旧充足，其所提供待测物5的立体信息不易失真，使得运算装置3可精准地建构该待测物5的轮廓。

请参阅图5所示，为本发明再一较佳实施例的结构示意图，由图中可清楚看出，本实施例的第一移动件41a上活动设有至少一第二接收元件6a，该第二接收元件6a为变焦镜头或定焦镜头，而该第二接收元件6a一侧处设有至少一反射元件7a，本实施例的反射元件7a以镜子为举例，并于第一接收元件2a侧处设有至少一第二移动件8a，该第二移动件8a为滑轨，如此，雷射光产生装置1a及第一接收元件2a活动设于该第二移动件8a上，使得雷射光产生装置1a与第一接收元件2a可分别借由第二移动件8a而可以一固定高度于二维平面中自由移动，并且置物件4a与第二接收元件6a同样可借由第一移动件41a于二维平面中自由移动，使得雷射光产生装置1a、第一接收元件2a、置物件4a、及第二接收元件6a可任意改变位置，并可改变第一接收元件2a与待测物5a之间的倾斜角度，以增加扫描待测物5a的便利性，再者，第二接收元件6a的位置低于该第一接收元件2a的位置，当雷射光产生装置1a对待测物5a发出雷射光时，雷射光照射到待测物5a后会反射至第一接收元件2a及反射元件7a，而反射元件7a会将雷射光再反射至第二接收元件6a，使得第一接收元件2a及第二接收元件6a皆可取得待测物5a的立体信息，使用者可借由将第一接收元件2a及第二接收元件6a所取得的立体信息整合，便可使待测物5a的立体信息更为精准，并且该置物件4a上设有一轴体42a，可供待测物5a旋转，使得待测物5a于扫描时不会产生死角。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此即局限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书及图式内容所为的简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的专利范围内。

故，请参阅全部附图所示，本发明使用时，与习用技术相较，着实存在下列优点：

一、通过雷射光产生装置1的设计，得以产生发散度极小，且亮度高的光源以扫描待测物5。

二、通过光学元件11及开口部111的设计，使雷射光变成一条至多条激光束，得以快速且准确地扫描待测物5。

三、通过第一接收元件2及运算装置3的设计，得以接收物体反射的雷射光，并以三角测量法建构该待测物5的轮廓。

四、通过第二接收元件6a及反射元件7a的设计，借由第二接收元件6a可辅助第一接收元件2a接收待测物5a的立体信息，使得经过整合后的待测物5a的立体信息更为精准。

五、通过第一移动件41a及第二接收元件6a的设计，使得雷射光产生装置1a、第一接收元件2a、置物件4a、及第二接收元件6a可任意改变位置，以增加扫描待测物5a的便利性。

六、通过轴体42a的设计，使得待测物5a于扫描时不会产生死角。

综上所述，本发明的非接触式表面轮廓扫描装置于使用时，确实能达到其功效及目的。