專利名稱：非接觸式量測變形值的量測系統及其方法
技術領域：
本發明關于一種非接觸式量測變形值的量測系統及其方法，特別是利用 測距裝置及升降裝置構成量測系統，以非接觸式量測待測工件的變形值。
背景技術：
對于塑料件、金屬件或各種的工件，常因受熱或加壓等因素而造成工件 的變形，如向上翹起或向下彎曲等。目前在變形值的量測設備上，大都是使
用厚度規先量測待測工件的厚度值，或者使用三維(3D)影像掃描系統，以非 接觸式量測探測頭至待測工件的距離值，再根據復數個厚度值或距離值算出 待測工件的變形值。
以厚度規而言，其分為直接量測用的量規，如分厘卡或游標尺；以及間 接量測用的量規，如內孔分厘卡、小孔規、指示量表或直規。但不管是直接 或間接量測，厚度規都需與待測工件相接觸，并由使用者逐一量測各點的厚 度值，以根據此些厚度值算出變形值。因為厚度規的精準度并不高，有時不 易量出厚度值的微小變化，加上人為因素的影響，常會產生誤差而導致不正 確的判斷，況且厚度規直接接觸待測工件，也可能對待測工件造成損害。
又以三維影像掃描系統而言，因運用激光三維影像技術，故可精確地量 測探測頭至待測工件的距離值，也不易受到人為因素的影響，也因使用非接 觸式量測距離值，自然不會損害到待測工件。但是，三維影像掃描系統相當 昂貴，除了極少數的特定單位外， 一般的使用者并不會使用到三維影像掃描 系統。
因此，如何提供一種非接觸式量測系統，以避免損害到待測工件，并降
5低人力及設備的費用，同時提升變形值的精準度，還能讓非接觸式量測系統廣泛地被使用者所使用，已成為亟需解決的課題。
為解決先前技術的缺點，以滿足使用者對非接觸式量測系統的需求，本發明人基于多年從事研究與諸多實務經驗，經多方研究設計與專題探討，于本發明提出一種非接觸式量測變形值的量測系統及其方法，以作為前述期望的實現方式與根據。
發明內容
有鑒于上述課題，本發明的目的是提供一種非接觸式量測變形值的量測系統及其方法，特別是利用測距裝置及升降裝置或旋轉裝置構成量測系統，借此以非接觸式量測待測工件的變形值。同時，本發明相對于先前技術的功效，除不會損害到待測工件外，并可大幅降低人力及設備的成本，也可提高量測系統的精準度，更能讓非接觸式量測系統廣泛地被使用。而且，本發明還可升降測距裝置的距離，或者將測距裝置旋轉至外側，以利放置或取出待測工件，也可對距離值及變形值加以分析、顯示或記錄。
為達上述的目的，本發明提出一種非接觸式量測變形值的量測系統，在一實施例中其包含一升降裝置及復數個測距裝置。其中，升降裝置具有一平臺、至少一立柱及一升降手臂。平臺的上方放置一待測工件，立柱設于平臺上，升降手臂可于立柱上升降，并載有一可抽換板。可抽換板根據待測工件的具體需求而設立此些測距裝置的位置。而此些測距裝置一一設于可抽換板的復數個預定位置，每一測距裝置具有一光束發射單元及一光束接收單元。
當進行量測時，通過升降手臂升降可抽換板，使此些測距裝置與待測工件相隔一預定距離，以由此些光束發射單元分別發射一光束至待測工件，使此些光束各自反射至此些光束接收單元，并由此些測距裝置測出復數個距離值，進而根據此些距離值與一參考工件或標準工件所量測結果的比較，即可算出待測工件的一變形值。量測并不限定量測元件位于待測物的上方，在另一實施例中，就是屬于這種情況。測距裝置位于平臺下方，工件仍然置于平臺上方，因此，平臺具有復數個孔洞，以允許光束可由下往上發射，反射光束也可以被順利接收。
當然，我們也可以使量測系統是上述二實施例的結合體。
在另一實施例中，升降手臂除了可以在立柱上升降外，它也可以旋轉，由立柱外側(相對待測工件而言)轉至工件上方，這樣的好處是待測工件可以更容易放置或取出，
上述的量測系統都包含有一控制裝置，控制裝置可以操縱升降手臂的升降，量測、記錄量測結果及計算變形量。
本發明的非接觸式量測變形值的量測方法，其包含下列步驟
(a) 提供一升降裝置，其具有一平臺、至少一立柱及一升降手臂。立柱
設于平臺上，升降手臂設于立柱上，并載有一可抽換的可抽換板。可抽換板的每一預定位置設有一測距裝置，每一測距裝置具有一光束發射單元及一光束接收單元。
(b) 將一參考工件定位于平臺上。
(c) 升降可抽換板，使此些測距裝置與參考工件相隔一預定距離。
(d) 對參考工件施以一量測處理，以求得此些測距裝置所在的一參考位置與參考工件的一被測量點的距離值， 一一量測并記錄。此量測處理是以光束發射單元發射一光束至參考工件的被測量點上，并由光束接收單元接收光束的反射而求得。而距離值是以一三角原理量測法、 一相位差量測法、 一飛行時間量測法或各種的距離量測法加以量測。
(e) 將參考工件取出。
(f) 將一待測工件置于平臺上，并根據參考工件進行定位校準處理。
(g) 升降可抽換板，使此些測距裝置與待測工件相隔預定距離。
(h) 對待測工件施以與參考工件相對應位置的量測處理， 一一量測并記錄。(i)比較待測工件的復數個被測量點與參考工件的復數個被測量點所得的距離差值，以判定待測工件的變形值。此變形值等于此些距離差值中最大差值減去最小差值，再除以此些距離差值的平均值。
綜上所述，本發明的非接觸式量測變形值的量測系統及其方法，相對于現有技術，具有下列優點，效果是顯著的-
(a) 利用測距裝置及升降裝置或旋轉手臂構成量測系統，以非接觸式量測待測工件的距離值，不會對待測工件造成損害。
(b) 與厚度規相比，此量測系統可大幅提升量測系統的精準度，并避免人為因素所造成的誤判。
(c) 與三維影像掃描系統相比，此量測系統相當經濟實用，可大幅降低設備的成本，并讓量測系統廣泛地被使用。
(d) 通過升降手臂上升測距裝置的距離，或者將測距裝置旋轉至外側，以利使用者放置或取出待測工件。
(e) 可一次大量點同時進行量度，因此，速度可以很快。
圖1為本發明非接觸式量測變形值的量測系統及其方法的第一實施例示意圖。
圖2為本發明非接觸式量測變形值的量測系統及其方法的第二實施例示意圖。
圖3為本發明非接觸式量測變形值的量測系統及其方法的第三實施例示意圖。
主要元件符號說明1: 量測系統111:平臺
113:升降手臂
11:升降裝置112:立柱114:可抽換板115:待測工件116:第一方向
117:第二方向12:測距裝置
12a:光束發射單元12b:光束接收單元
121:光束13:控制裝置
131:微處理器134:顯示單元
135:儲存單元136:傳輸線
21:平板22:孔洞
31:旋轉手臂34:旋轉方向
具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文依本發明非接觸式量測變形值的量測系統及其方法，特舉較佳實施例，并配合所附相關圖式，作詳細說明如下，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。
請參閱圖1，為本發明非接觸式量測變形值的量測系統及其方法的第一
實施例示意圖。圖中，量測系統1包含一升降裝置11、復數個測距裝置12及一控制裝置13。其中，升降裝置11具有一平臺111、 二立柱112及一升降手臂113。此平臺111上放置一待測工件115， 二立柱112設于平臺111上。而升降手臂113設于二立柱112上，并夾持一可抽換的可抽換板114。二立柱112僅是方便于說明的一例，并非用以限定本發明，事實上僅有一個立柱112也是可以的。
此些測距裝置12 —一設于可抽換板114的復數個預定位置，且此可抽換板114根據待測工件115的具體需求而設立此些測距裝置12的位置。每一測距裝置12具有一光束發射單元12a及一光束接收單元12b并電性連接于一控制裝置13,以一較佳實施例而言測距裝置12為一激光測距儀，由光束發射單元12a發出光束至被測工件表面的一被測點上，反射后再由光束接收單元12b所接收。光束接收單元12b相對于光束發射單元12a的光束，以一較佳實施例而言，例如是復數個光傳感器。另外，控制裝置13至少包含一微處理器131、 一顯示單元134及一儲存單元135。
當進行量測時，通過一滑軌或一齒輪(圖未示)帶動升降手臂113，使升降手臂113依第一方向116下降可抽換板114，并使此些測距裝置12與待測工件115相隔一預定距離。接著，控制信號由微處理器131的輸出入端口發出并由傳輸線136輸送給測距裝置12的光束發射單元12a，光束接收單元12b的復數個光傳感器其中之一接收光信號，即可據以計算出距離。儲存單元135可以是微處理器131本身的隨機存取存儲器也可以是外接的其它存儲器。微處理器131可依據多個被測點的數據與參考工件的對應位置的數據來分析待測工件的變形量，并顯示于一顯示單元134上。
詳細步驟如下
(a) —升降裝置ll如圖2所示，其具有一平臺lll、 二立柱112(如前所述也可以只有一個立柱)及一升降手臂113。立柱112設于平臺111上，升降手臂113設于立柱112上，并夾持一可抽換的可抽換板114。可抽換板114的每一預定位置設有一測距裝置12，每一測距裝置12具有一光束發射單元12a及一光束接收單元12b。
(b) 將一參考工件定位于平臺111上。參考工件是指參考工件與待測工件具有同尺寸，但沒有變形的工件，或即使有變形也至少在可接受的范圍內，以作為參考。而待測工件為塑料工件、橡膠工件、木質工件、金屬工件其中任一種。上有鍍膜或沒有鍍膜的工件。例如，塑料工件上有鍍金屬膜的，這類型通常較易有變形，例如因受熱或受力而工件本身或鍍膜上翹或變形。透過本發明的設備將可以快速的、且多點地量得變形量。
(c) 沿第一方向116、第二方向117升降可抽換板114，使此些測距裝置12與參考工件相隔一預定距離。以一較佳實施例而言，約有20至40mm。
(d) 對參考工件施以一量測處理，以求得此些測距裝置12所在的一參考位置與參考工件的一被測量點的距離值， 一一量測并記錄。此量測處理是以光束發射單元12a發射一光束121至參考工件的被測量點上，并由光束接收 單元12b的復數個光傳感器的其中的一者接收。再以三角函數計算(入射角 已知及光發射點與感測點的距離)得出距離值。其它也可以利用相位差量測 法或飛行時間量測法。
(e) 將參考工件取出。
(f) 將一待測工件115置于平臺111上，并根據參考工件進行定位校準。
(g) 沿第一方向116、第二方向117升降可抽換板114，使此些測距裝置 12與待測工件相隔相同的預定距離。
(h) 對待測工件115施以與參考工件相對應位置的量測處理， 一一量測 并記錄，以塑料工件鍍金屬膜為例，被測點常選工件的各個角落點。
(i) 比較待測工件115的復數個被測量點與參考工件的復數個被測量點 所得的距離差值，以判定待測工件115的變形值。變形量的簡單算法可以是 每個被測點分別計算，例如該點的距離差值和該參考工件的被測點厚度值相 除，或者以數個點來評估，即找出上述數個距離差值中最大差值減去最小差 值者，再和工件本身的厚度平均值相除。為防止待測工件可能發生某被測點 位置工件向上彎而另外一被測點是下凹，而致正負相抵，而實際變形是存在 的，因此，每一差值可以取絕對值。
請參閱圖2,為本發明非接觸式量測變形值的量測系統及其方法的第二 實施例示意圖。量度復數個被測點距離的方法同第一實施例。第二實施例是 變化自第一實施例。所不同的是，在立柱112上位于該平臺111的上方處設 有一與平臺111平行的平板21,測距裝置12位于平板21下方。待測工件 115仍位于平板21上，因此，平板21設有復數個孔洞22，此些測距裝置12 發射的光束可經由此些孔洞22打到待測工件115的待測面，并經由孔洞22 再被光束接收單元12b所接收，如此也可以量度到待測工件。 當然，本發明的實施例也可對工件正反兩面量測同時進行。 請參閱圖3，為本發明非接觸式量測變形值的量測系統及其方法的第三實施例示意圖。圖中，量測系統1包含二個可旋轉手臂31，取代升降手臂。 可旋轉手臂31平常可以在立柱的外側，如圖中實線所示的可旋轉手臂31。 量測時，工件置于平臺111上，再將可旋轉手臂31以如圖所示的旋轉方向 34轉到工件的上方(可旋轉手臂31及量測裝置12以虛線表示)。其量度方法 同樣如實施例一所述。
本發明雖以較佳實例闡明如上，然其并非用以限定本發明精神與發明實 體僅止于上述實施例。凡熟悉此項技術者，當可輕易了解并利用其它元件或 方式來產生相同的功效。因此，在不脫離本發明的精神與范疇內所作的修改， 均應包含在本發明的申請專利范圍內。
權利要求
1、一種非接觸式量測待測工件變形值的量測系統，其特征在于，至少包含一高度可調節的量測裝置，包含一平臺，至少一立柱，一升降手臂，一可抽換板，該可抽換板平行于該平臺而由該升降手臂所夾持，該升降手臂可在該至少一立柱上升降；復數個測距裝置分別設于該可抽換板的預設位置上，每一該測距裝置設有一光束發射單元及一光束接收單元；當進行平臺上一待測工件的變形量測時，以該復數個測距裝置量取相同于該待測工件的參考工件的復數個參考距離值，續而量取該待測工件相應位置的復數個距離值，比較其差異，量測時，先調整該升降手臂的高度至一默認值，再以該復數個測距裝置的光束發射單元發射光束至該待測工件或該參考工件，并各自由該復數個測距裝置的光束接收單元所接受來進行距離量測，通過該待測工件及該參考工件距離的比較即可知變形量。
2、 如權利要求1所述的非接觸式量測待測工件變形值的量測系統， 其特征在于，上述的光束發射單元為激光頭，上述的光束接收單元包含數個 光感測單元，并電性連接于一控制裝置。
3、 如權利要求2所述的非接觸式量測待測工件變形值的量測系統, 其特征在于，上述的控制裝置依據光發射點與該光感測單元計算該些測距裝 置與被測點的距離。
4、 如權利要求2所述的非接觸式量測待測工件變形值的量測系統， 其特征在于，上述的控制裝置包含一微處理器、 一顯示器，該微處理器接收 來自該光感測單元的信號，以分析該些距離值，并據以和參考工件比較以得 出該變形值。
5、 如權利要求1所述的非接觸式量測待測工件變形值的量測系統， 其特征在于，上述的待測工件為塑料工件品、橡膠工件、木質工件、金屬工件其中任一種。
6、 如權利要求1所述的非接觸式量測待測工件變形值的量測系統， 其特征在于，在立柱上位于該平臺的上方處設有一平板，上述的可抽換板位 于該平板下方，位于該可抽換板上的該復數個測距裝置是由下往上發射光束 且該平板設有復數個洞，以提供該復數個測距裝置的發射光束得以通過，且 反射時可被該測距裝置所接收。
7、 如權利要求1所述的非接觸式量測待測工件變形值的量測系統， 其特征在于，上述的升降手臂是一可旋轉手臂，以立柱為轉軸而作轉向或轉 離該平臺。
8、 如權利要求7所述的非接觸式量測待測工件變形值的量測系統， 其特征在于，上述的立柱為兩支，而可旋轉手臂也是兩支，可以在該二立柱 上升降，當可旋轉手臂轉至平臺上方時，再由該二旋轉手臂夾持該可抽換板。
9、 一種非接觸式量測變形值的量測方法，其特征在于，包含下列步驟-提供一升降裝置，其具有一平臺、至少一立柱及一升降手臂，該立柱設于該平臺上，該升降手臂設于該立柱上，并夾持一可抽換的可抽換板，該可 抽換板的每一預定位置設有一測距裝置，每一測距裝置具有一光束發射單元 及一光束接收單元；將一參考工件定位于該平臺上；升降該可抽換板，使該些測距裝置與該參考工件相隔一預定距離； 對該參考工件施以一量測處理，以求得該些測距裝置所在的一參考位置 與該參考工件的一被測量點的距離值， 一一量測并記錄，其中該量測處理是 以該光束發射單元發射一光束至該參考工件的該被測量點上，并由該光束接 收單元接收該光束的反射而求得； 將該參考工件取出；將一待測工件置于該平臺上，并根據該參考工件進行定位校準處理； 升降該可抽換板，使該些測距裝置與該待測工件相隔該預定距離；對該待測工件施以與該參考工件相對應位置的該量測處理， 一一量測并 記錄；及比較該待測工件的復數個被測量點與該參考工件的復數個被測量點所 得的距離差值，以判定該待測工件的變形值。
10、 如權利要求9所述的非接觸式量測變形值的量測方法，其特征在 于，該變形值等于該些距離差值中最大差值減去最小差值，再除以該些距離 差值的平均值。
全文摘要
本發明揭露一種非接觸式量測變形值的量測系統及其方法。此量測系統包含一升降裝置及復數個測距裝置。升降裝置具有一平臺、一或二立柱及一升降手臂。平臺上放置一待測工件，立柱設于平臺上，升降手臂可以在立柱上升降，并載有可抽換的可抽換板。而此些測距裝置一一設于可抽換板的復數個預定位置，每一測距裝置具有一光束發射單元及一光束接收單元。當進行量測時，由升降手臂升降可抽換板，使測距裝置與待測工件相隔一預定距離，以由光束發射單元發射光束至待測工件，使光束反射至光束接收單元，并由測距裝置測出距離值，而根據距離值算出待測工件的變形值。
文檔編號G01B11/16GK101685003SQ200810168048
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月25日 優先權日2008年9月25日
發明者張新民, 李亮宏, 胡維彥, 鄭兆希 申請人:向熙科技股份有限公司