專利名稱：激光自動量測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種自動量測系統(tǒng)，特別是有關(guān)一種無需利用以量測器具、工具接觸物件，而可精確地顯示出物件各部尺寸的高精度式激光自動量測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
早期市面上有關(guān)不以量測器具、工具接觸物件來自動量測物件各部尺寸的「高精度式」自動量測系統(tǒng)，以「CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合裝置)機(jī)械視覺」自動量測系統(tǒng)為其主流，而其應(yīng)用的原理，乃是透過電荷耦合裝置(CCD)來擷取待量測物件的影像，并以待測定物件所占有的畫素(pixel)，來計算實(shí)際的尺寸，然而使用該種「電荷耦合裝置(CCD)機(jī)械視覺自動量測系統(tǒng)」來進(jìn)行高精度的量測，亦會由于電荷耦合裝置(CCD)本身的畫素及所應(yīng)用光源的影響，而有所限制，茲并予歸納如下1、電荷耦合裝置(CCD)受到本身像素的限制，在量測大尺寸的物件時，無法達(dá)到高精度的要求。
2、當(dāng)待量測物件的尺寸分布范圍甚廣時，必需依照不同的解析度與不同視野的鏡頭，將待量測物件先行分類。
3、使用電荷耦合裝置(CCD)進(jìn)行量測時，由于一臺電荷耦合裝置(CCD)只能擷取一維影像，亦即，只能針對單一方向的外觀特性進(jìn)行測量，因此，如果要量測包括高度等外觀尺寸時，必需同時使用多臺電荷耦合裝置(CCD)，如此，會增加使用時教導(dǎo)與校正等的困難度。
4、使用電荷耦合裝置(CCD)進(jìn)行量測時，由于其主要是利用不同的光源來凸顯外觀的特征，所以，光源的使用條件相當(dāng)嚴(yán)苛，故不利量測外觀復(fù)雜的物件，以及少量多樣的物件。
5、由于使用電荷耦合裝置(CCD)進(jìn)行量測物件時，利用不同光源來凸顯外觀特征，因此，使用電荷耦合裝置(CCD)量測物件時，會受到待量測物件的顏色及光澤等因素的限制，故亦容易受到量測環(huán)境的影響。
因?yàn)樵缙诹?xí)見的電荷耦合裝置(CCD)機(jī)械視覺自動測量系統(tǒng)所具有上述的缺點(diǎn)，近期乃有一種利用激光配合運(yùn)動控制裝置的自動量測設(shè)備問世，其采用一般傳系統(tǒng)的控制方式，而以使用激光連續(xù)得到的位置點(diǎn)所讀取的激光讀值，直接繪出待量測物件的縱截面曲線，但是，是種激光量測裝置仍有下列問題
1、當(dāng)運(yùn)動位置的解析度甚小時，會因讀取點(diǎn)數(shù)過多而產(chǎn)生運(yùn)動速度過慢的問題，故影響量測的速度，且不利生產(chǎn)作業(yè)。
2、傳系統(tǒng)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)本身的精度與解析度均有限制，通常并無法達(dá)到目前產(chǎn)業(yè)界的要求，故將會使得所量測的數(shù)值產(chǎn)生過大的誤差。
3、激光的發(fā)射與反射有一特定的角度，故在量測外形較為復(fù)雜的待量測物件時，容易產(chǎn)生接收反射的激光被遮蔽的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度式激光自動量測系統(tǒng)，依本發(fā)明的此種高精度式激光自動量測系統(tǒng)，其使用脈沖激光發(fā)射器來量測待量測物件的高度，而脈沖激光乃具備有高解析度的特性(解析度最高可以到達(dá)0.1μm)，此外，本發(fā)明更具備有高精度的光學(xué)尺導(dǎo)引運(yùn)動控制系統(tǒng)，利用脈沖激光發(fā)射器所發(fā)出的脈沖激光讀值的變化，可定義讀取光學(xué)尺的位置，而光學(xué)尺亦具備高解析度的特性(解析度最高也可以到達(dá)0.1μm)，故所讀取到的光學(xué)尺的位置即極為精確，如此，使得本發(fā)明在量測較大尺寸的物件時，仍然可以達(dá)到高精度的要求，此為本發(fā)明的一主要目的。
依本發(fā)明的此種高精度式激光自動量測系統(tǒng)，其因?yàn)椴捎妹}沖激光發(fā)射器配合高精度的光學(xué)尺導(dǎo)引運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行對物件的量測，故可擴(kuò)充運(yùn)動控制的行程，在運(yùn)動控制的行程范圍內(nèi)，各種尺寸均可量測，此為本發(fā)明的另一目的。
依本發(fā)明的此種高精度式激光自動量測系統(tǒng)，其已具備點(diǎn)激光的二維或線激光的三維功能，因此即具備多臺電荷耦合裝置(CCD)同時進(jìn)行量測的功能，另外由于高精度以硬體方式達(dá)成，更無電荷耦合裝置(CCD)視覺系統(tǒng)使用時的教導(dǎo)及校正的困難度，此為本發(fā)明的再一目的。
依本發(fā)明的此種高精度式激光自動量測系統(tǒng)，由于其不采用以打光來凸顯外觀特征的方式進(jìn)行量測，因此無光源使用限制與條件的問題，故可量測外觀復(fù)雜的物件，以及少量多樣的物件，此為本發(fā)明的又一目的。
依本發(fā)明的此種高精度式激光自動量測系統(tǒng)，其所采用的脈沖激光發(fā)射器所發(fā)射出來的脈沖激光，可感測各種顏色及光澤的待量測物件，甚至于包括黑色、白色的待量測物件，另外，脈沖激光受外在影響甚小，幾乎不受外在環(huán)境的干擾，此為本發(fā)明的更一目的。
又由于近期的激光量測裝置所具有的上述問題，本發(fā)明乃在利用以脈沖激光定義數(shù)值的方式，在特定的位置讀取光學(xué)尺的位置，故運(yùn)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動速度即可大幅提升，此為本發(fā)明的他一目的。
而且，本發(fā)明的系統(tǒng)的精度因?yàn)槭艿焦鈱W(xué)尺所控制，不會由于運(yùn)動機(jī)構(gòu)的精度與解析度而影響量測的精度與解析度，此為本發(fā)明的其他一目的。
本發(fā)明的系統(tǒng)并又利用激光遮蔽訊號，以軟體演算方法進(jìn)行補(bǔ)償，故不會因?yàn)榇郎y量物件的外形較為復(fù)雜而有接收反射的激光被遮蔽導(dǎo)致量測結(jié)果失真的問題，此又為本發(fā)明的其他另一個目的。
至于本發(fā)明的詳細(xì)構(gòu)造、應(yīng)用原理、作用與功效，則參照下列依附圖所作的說明即可得到完全的了解。
本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的一種激光自動量測系統(tǒng)，主要具備一激光自動量測儀，該激光自動量測儀具有一機(jī)臺，其中央部份并有一臺面；在機(jī)臺的上部有一橫亙著的長形高精度運(yùn)動控制軸，所述控制軸上，設(shè)有一在其上由一步進(jìn)馬達(dá)帶動而滑移的脈沖激光發(fā)射器，脈沖激光發(fā)射器激光的發(fā)射，由一脈沖激光控制器所控制，且有一脈沖激光感知器感知脈沖激光發(fā)射器的激光發(fā)射狀態(tài)。
本發(fā)明還可以采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)前述的激光自動量測儀具有一用以接收脈沖激光感知器所傳送過來的激光信號，并予讀出激光值的讀取與計算單元。
前述的激光自動量測儀中，所述的運(yùn)動控制軸上的脈沖激光發(fā)射器的運(yùn)動，由一運(yùn)動軸控制器所控制，其并連設(shè)一光學(xué)尺與可處理信號的高精度運(yùn)動控制卡，以得到精確的將脈沖激光發(fā)射器滑移至定位。
前述的電路構(gòu)成包括一用以控制高精度運(yùn)動控制軸的運(yùn)動控制軸卡、一精確地解析并控制所述運(yùn)動控制軸的移動位置的光學(xué)尺位置解析控制電路、一用以控制所述脈沖激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光的光源控制器電路、一用以控制所述脈沖激光感知器感知激光靈敏度的脈沖激光源感應(yīng)電路、一接收并感知從待量測物件所反射的所量測的高度、外徑、內(nèi)徑等類比信號的量測信號感知電路、一可讀取從量測信號感知電路所傳來的激光類比信號，并予轉(zhuǎn)換成數(shù)位信號的讀表計算單元電路、一傳輸介面電路、以及設(shè)于所述電腦中的主控與整合單元電路；而所述步進(jìn)馬達(dá)為一高精度滾珠螺桿步進(jìn)馬達(dá)組，其由一步進(jìn)馬達(dá)控制器電路所控制。
前述的步進(jìn)馬達(dá)控制器電路、類比激光量測信號感知電路、脈沖激光源控制器電路、以及主控及整合單元電路與電源相接；運(yùn)動控制軸卡連接主控及整合單元電路、步進(jìn)馬達(dá)控制器電路、光學(xué)尺位置解析控制電路，以及脈沖激光源感應(yīng)電路、光學(xué)尺位置解析控制電路并連接步進(jìn)馬達(dá)控制器電路與主控及整合單元電路；主控及整合單元電路并經(jīng)過傳輸介面電路，與數(shù)位信號的讀表計算單元電路相連接；脈沖激光源控制器電路則連接脈沖激光源感應(yīng)電路，脈沖激光源感應(yīng)電路連接類比激光量測信號感知電路，類比激光量測信號感知電路又連接數(shù)位信號的讀表計算單元電路。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢和有益效果根據(jù)以上的敘述，可以很明確地知道，本發(fā)明的此種高精度式激光自動量測系統(tǒng)，不但可以達(dá)到可量測各種大、小尺寸的物件，且量測時，均可達(dá)到高精度的需求，而其操作簡單，無需特殊而極費(fèi)時間的教導(dǎo)，更無需量測以后校正的困難，且外觀復(fù)雜、各種不同顏色的物件均可量測。


圖1為本發(fā)明激光自動量測系統(tǒng)的機(jī)臺部份的立體示意圖；圖2A與圖2B為本發(fā)明的激光自動量測系統(tǒng)的機(jī)臺部份的正面與側(cè)面圖；圖3為機(jī)臺上的機(jī)件組成示意圖；圖4為本發(fā)明的激光自動量測系統(tǒng)的電路方塊圖；圖5為本發(fā)明的激光自動量測系統(tǒng)的動作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明所采用的技術(shù)、手段及其功效，茲舉一較佳實(shí)施例并配合圖式詳述如后。
有關(guān)本發(fā)明的具體實(shí)施裝置結(jié)構(gòu)，茲參照

于下圖1為本發(fā)明的激光自動量測系統(tǒng)的機(jī)臺部份的立體示意圖；圖2A與圖2B為本發(fā)明的激光自動量測系統(tǒng)的機(jī)臺部份的正面與側(cè)面圖；圖3為機(jī)臺上的機(jī)件組成示意圖。
如圖1、圖2A、圖2B與圖3所示，本發(fā)明的激光自動量測系統(tǒng)具有一機(jī)臺1，機(jī)臺1為提供各個機(jī)件固定的用，其中央部份并有一臺面11，且有支持架12，以便支持上部的設(shè)施。在機(jī)臺1的上部有一橫亙著的長形高精度運(yùn)動控制軸13，該高精度運(yùn)動控制軸13上，設(shè)有一可于其上由一步進(jìn)馬達(dá)19帶動而滑移的脈沖激光發(fā)射器14，脈沖激光發(fā)射器14的激光的發(fā)射，由一脈沖激光控制器15所控制，且有一脈沖激光感知器16來感知脈沖激光發(fā)射器14的激光發(fā)射狀態(tài)。一激光值讀取與計算單元17即用以接收脈沖激光感知器16所傳送過來的激光信號，并予讀出；上述的高精度運(yùn)動控制軸13上的脈沖激光發(fā)射器14的運(yùn)動，由一運(yùn)動軸控制器21所控制，其并連設(shè)一光學(xué)尺22與可處理信號的高精度運(yùn)動控制卡23以得到精確的將脈沖激光發(fā)射器14滑移至定位；一組開關(guān)20則具有多數(shù)個開關(guān)器，用以啟閉電源、或控制其他機(jī)件的動作；上述的激光值讀取與計算單元17并透過一傳輸介面18，以將其計算出來的數(shù)據(jù)，傳送到電腦30。
更詳細(xì)言的，請合并參照圖3與圖4，本發(fā)明的高精度式激光自動量測系統(tǒng)，其電路構(gòu)成包括一用以控制高精度運(yùn)動控制軸13的運(yùn)動控制軸卡130、一精確地解析并控制運(yùn)動控制軸13的移動位置的光學(xué)尺位置解析控制電路220、一用以控制脈沖激光發(fā)射器14所發(fā)射的脈沖激光的脈沖激光源控制器電路140、一用以控制脈沖激光感知器16感知脈沖激光發(fā)射器14所發(fā)射激光的靈敏度的脈沖激光源感應(yīng)電路160、一接收并感知從待量測物件所反射的所量測的高度、外徑、內(nèi)徑等類比信號的量測信號感知電路161、一可讀取從量測信號感知電路161所傳來的激光類比信號，并予轉(zhuǎn)換成數(shù)位信號的讀表計算單元電路170、一傳輸介面電路180、以及設(shè)于電腦30中的主控與整合單元電路300；而步進(jìn)馬達(dá)19為一高精度滾珠螺桿步進(jìn)馬達(dá)組，其并由一步進(jìn)馬達(dá)控制器電路190所控制。
仍舊請參看圖1、圖3與圖4，上述本發(fā)明的高精度式激光自動量測系統(tǒng)的構(gòu)成電路中，步進(jìn)馬達(dá)控制器電路190、類比激光量測信號感知電路161、脈沖激光源控制器電路140、以及主控及整合單元電路300與電源100相接，以使電流可進(jìn)入本發(fā)明的系系統(tǒng)中，運(yùn)動控制軸卡130連接主控及整合單元電路300、步進(jìn)馬達(dá)控制器電路190、光學(xué)尺位置解析控制電路220，以及脈沖激光源感應(yīng)電路160、光學(xué)尺位置解析控制電路220另外并連接步進(jìn)馬達(dá)控制器電路190與主控及整合單元電路300；主控及整合單元電路300并經(jīng)過傳輸介面電路180，與數(shù)位信號的讀表計算單元電路170相連接；脈沖激光源控制器電路140則連接脈沖激光源感應(yīng)電路160，脈沖激光源感應(yīng)電路160亦連接類比激光量測信號感知電路161，類比激光量測信號感知電路161又連接數(shù)位信號的讀表計算單元電路170。
本發(fā)明的高精度式激光自動量測系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)臺1的臺面11放著待量測物件，而要對待量測物件進(jìn)行量測時，先將開關(guān)20開啟電路，通入電源，則運(yùn)動軸控制器21乃開始動作，而利用光學(xué)尺22與高精度運(yùn)動控制卡23的作用，驅(qū)動步進(jìn)馬達(dá)19帶動脈沖激光發(fā)射器14于高精度運(yùn)動控制軸13上作精確的滑移，同時，脈沖激光發(fā)射器14發(fā)射出脈沖激光，對被量測物件進(jìn)行照射，由脈沖激光感知器16感知被量測物所反射的脈沖激光，并將信號傳送至激光值讀取與計算單元17，經(jīng)計算后，將數(shù)據(jù)經(jīng)由傳輸介面18傳送至電腦30，即可從電腦30上得到被量測物件各部的精確尺寸，其詳細(xì)的動作原理，更合并參照圖5說明于下請參閱圖5所示，當(dāng)電源尚未開啟，步進(jìn)馬達(dá)組19不動，滾珠螺桿作動回歸至原點(diǎn)位置(X，X)＝(00，000)(S0步驟)，一旦通電，電腦30中的主控及整合單元電路300乃下達(dá)運(yùn)動模式及量測指令，且開始擷取量測資料，并予以運(yùn)算、分析(S1步驟)，然后，運(yùn)動控制軸卡動作(S2步驟)，下達(dá)運(yùn)動控制指令(S3步驟)，步進(jìn)馬達(dá)組的高精度滾珠螺桿作動(S4步驟)，到達(dá)指定位置，且指定位置即為實(shí)際位置時，乃將資訊傳到光學(xué)尺，利用位置解析控制電路220校正(S5步驟)，如此，周而復(fù)始，高精度運(yùn)動控制軸13乃使得脈沖激光發(fā)射器14依指令位移，而光學(xué)尺位置解析控制電路220讀取位置信號(S6步驟)后，并傳至主控及整合單元電路300(S7步驟)；在此期間，電腦30中的主控及整合單元電路300下達(dá)運(yùn)動模式及量測指令(S1步驟)時，脈沖激光發(fā)射器14一面發(fā)出脈沖激光，脈沖激光源感應(yīng)電路160也開始動作(S8步驟)，類比激光量測信號感知電路161并感知待測物的尺寸信號(S9步驟)，此信號復(fù)傳送到電腦30的主控及整合單元電路300(S10步驟)；而前后所得被量測物件高度并被比較(S11步驟)，若高度無變化，即將此資訊送到數(shù)位信號的讀表計算單元電路170，送出觸發(fā)訊號(S12步驟)到運(yùn)動控制軸卡130，維持高精度運(yùn)動控制軸13上脈沖激光發(fā)射器14的移動。
最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實(shí)施例對本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種激光自動量測系統(tǒng)，主要具備一激光自動量測儀，該激光自動量測儀具有一機(jī)臺，其中央部份并有一臺面；其特征在于在機(jī)臺的上部有一橫亙著的長形高精度運(yùn)動控制軸，所述控制軸上，設(shè)有一在其上由一步進(jìn)馬達(dá)帶動而滑移的脈沖激光發(fā)射器，脈沖激光發(fā)射器激光的發(fā)射，由一脈沖激光控制器所控制，且有一脈沖激光感知器感知脈沖激光發(fā)射器的激光發(fā)射狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光自動量測系統(tǒng)，其特征在于所述的激光自動量測儀更具有一用以接收脈沖激光感知器所傳送過來的激光信號，并予讀出激光值的讀取與計算單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光自動量測系統(tǒng)，其特征在于所述的激光自動量測儀中，所述的運(yùn)動控制軸上的脈沖激光發(fā)射器的運(yùn)動，由一運(yùn)動軸控制器所控制，其并連設(shè)一光學(xué)尺與可處理信號的高精度運(yùn)動控制卡，以得到精確的將脈沖激光發(fā)射器滑移至定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光自動量測系系統(tǒng)，其特征在于所述的電路構(gòu)成包括一用以控制高精度運(yùn)動控制軸的運(yùn)動控制軸卡、一精確地解析并控制所述運(yùn)動控制軸的移動位置的光學(xué)尺位置解析控制電路、一用以控制所述脈沖激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光的光源控制器電路、一用以控制所述脈沖激光感知器感知激光靈敏度的脈沖激光源感應(yīng)電路、一接收并感知從待量測物件所反射的所量測的高度、外徑、內(nèi)徑等類比信號的量測信號感知電路、一可讀取從量測信號感知電路所傳來的激光類比信號，并予轉(zhuǎn)換成數(shù)位信號的讀表計算單元電路、一傳輸介面電路、以及設(shè)于所述電腦中的主控與整合單元電路；而所述步進(jìn)馬達(dá)為一高精度滾珠螺桿步進(jìn)馬達(dá)組，其由一步進(jìn)馬達(dá)控制器電路所控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光自動量測系統(tǒng)，其特征在于構(gòu)成電路中，步進(jìn)馬達(dá)控制器電路、類比激光量測信號感知電路、脈沖激光源控制器電路、以及主控及整合單元電路與電源相接；運(yùn)動控制軸卡連接主控及整合單元電路、步進(jìn)馬達(dá)控制器電路、光學(xué)尺位置解析控制電路，以及脈沖激光源感應(yīng)電路、光學(xué)尺位置解析控制電路并連接步進(jìn)馬達(dá)控制器電路與主控及整合單元電路；主控及整合單元電路并經(jīng)過傳輸介面電路，與數(shù)位信號的讀表計算單元電路相連接；脈沖激光源控制器電路則連接脈沖激光源感應(yīng)電路，脈沖激光源感應(yīng)電路連接類比激光量測信號感知電路，類比激光量測信號感知電路又連接數(shù)位信號的讀表計算單元電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度式激光自動量測系統(tǒng)，主要具備一激光自動量測儀，該激光自動量測儀具有一機(jī)臺，其中央部份設(shè)有一臺面，在機(jī)臺的上部有一橫亙著的長形高精度運(yùn)動控制軸，高精度運(yùn)動控制軸上，設(shè)有一可于其上由一步進(jìn)馬達(dá)帶動而滑移的脈沖激光發(fā)射器，脈沖激光發(fā)射器的激光的發(fā)射，由一脈沖激光控制器所控制，且有一脈沖激光感知器來感知脈沖激光發(fā)射器的激光發(fā)射狀態(tài)。
文檔編號G01D5/26GK1837744SQ200510055690
公開日2006年9月27日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者林輝能, 胡漢峻, 謝秉恒 申請人:弘驊有限公司