CN103791851A

CN103791851A - 非接触式三维物件测量方法与装置

Info

Publication number: CN103791851A
Application number: CN201210549246.5A
Authority: CN
Inventors: 周明宏; 林毓庭; 李柏毅; 郑智杰; 张凯翔; 苏耘德
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-05-14
Also published as: TW201416640A; TWI472711B

Abstract

非接触式三维物件测量方法与装置。非接触式三维物件测量方法包括以下步骤。提供一三维物件的一三维轮廓模型。依据三维轮廓模型，建立一取像路径。依据取像路径，以一图像提取单元提取三维物件的一二维图像。在二维图像上绘制一二维轮廓模型、或测量二维图像的尺寸。二维轮廓模型依据取像路径及三维轮廓模型所建立。

Description

非接触式三维物件测量方法与装置

技术领域

本发明涉及一种三维物件测量方法与装置，且特别涉及一种非接触式三维物件测量方法与装置。

背景技术

随着工业的蓬勃发展，传统二维的检测方式已经无法满足复杂的三次元待测物件，因此目前市面上也有一种三次元测量仪来进行这种复杂待测物的测量。一般来说，三次元测量仪采用接触式测量。接触式的三次元测量仪是直接利用探针接触待测物来测量尺寸，此种方式的缺点是速度较慢而且也会有伤害待测物表面的疑虑。

发明内容

本发明涉及一种非接触式三维物件测量方法与装置，其利用非接触的方式进行三维物件的测量。

根据本发明的一方面，提出一种非接触式三维物件测量方法。非接触式三维物件测量方法包括以下步骤。提供一三维物件的一三维轮廓模型。依据三维轮廓模型，建立一取像路径。依据取像路径，以一图像提取单元提取三维物件的一二维图像。在二维图像上绘制一二维轮廓模型、或测量二维图像的尺寸。二维轮廓模型依据取像路径及三维轮廓模型所建立。

根据本发明的另一方面，提出一种非接触式三维物件测量装置。非接触式三维物件测量装置包括一存储单元、一处理单元、一图像提取单元、一移动单元及一显示单元。存储单元存储一三维物件的一三维轮廓模型。处理单元依据三维轮廓模型建立一取像路径或测量三维物件的一二维图像的尺寸。移动单元用以依据取像路径移动图像提取单元，以使图像提取单元提取三维物件的二维图像。显示单元用以显示二维图像。处理单元于二维图像上绘制一二维轮廓模型、或测量该二维图像的尺寸。处理单元依据取像路径及三维轮廓模型，建立二维轮廓模型。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举各种实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示第一实施例的非接触式三维物件测量装置的示意图。

图2绘示第一实施例的非接触式三维物件测量方法的流程图。

图3绘示图1的三维物件的另一视角的示意图。

图4绘示第一实施例的三维物件的二维图像的示意图。

图5绘示第二实施例的二维图像的示意图。

图6A绘示第三实施例的二维轮廓模型的示意图。

图6B绘示第三实施例的二维图像的示意图。

【主要元件符号说明】

1000：非接触式三维物件测量装置

110：存储单元

120：处理单元

130：图像提取单元

140：移动单元

150：显示单元

700：网格线

800：二维图像

800c：图像基准点

900：三维物件

930：三维轮廓模型

930a：模型基准点

D1：长度

D700a、D700b：间距

S101、S102、S103、S104、S105：流程步骤

X、Y、Z、θ：轴向

θ1：角度

具体实施方式

以下提出各种实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的附图省略部分元件，以清楚显示本发明的技术特点。

第一实施例

请参照图1，其绘示第一实施例的非接触式三维物件测量装置1000的示意图。三维物件测量装置1000包括一存储单元110、一处理单元120、一图像提取单元130、一移动单元140及一显示单元150。存储单元110用以存储各种资料，例如是一硬盘、一存储器或一光盘。处理单元120用以进行各种运算及处理程序，例如是一图像处理芯片、一微处理芯片、一固件电路或存储数个程序代码的一记录介质。图像提取单元130用以提取一图像，例如是一照相机、一摄像机或具有镜头的一手持式电子装置。移动单元140以自动化技术移动某些物体。移动单元140例如是机器手臂、轨道设备、旋转平台、悬吊设备或其组合。显示单元150用以输出各种画面，例如是显示屏幕、绘图机或列印机。

本实施例通过上述各种元件进行三维物件900的非接触式测量，以比对出三维物件900的长度、角度及轮廓是否符合预定规格。在测量过程中，三维物件900无须被任何机械设备或探针所接触。

请参照图2，其绘示第一实施例的非接触式三维物件测量方法的流程图。在本实施例中，以图1的非接触式三维物件测量装置1000为例来说明此流程步骤。

在步骤S101中，以存储单元110提供三维物件900的一三维轮廓模型。三维轮廓模型例如是由计算机辅助设计软件（Computer Aided Design，CAD）所建构。三维轮廓模型包含了各个部位在各种视角的轮廓。请参照图1及图3，图3绘示图1的三维物件900的另一视角的示意图。三维物件900的两种视角分别绘示于图1及图3。也就是说，只要指定三维物件900的某个部位及某个视角，即可得到对应的二维轮廓模型。

在步骤S102中，处理单元120依据三维轮廓模型，建立一取像路径。取像路径可以是多个取像点的顺序集合，也可以是单一取像点。在三维物件体积较小时，取像路径可以是单一个取像点；在三维物件体积较大，取像路径可以是多个取像点。取像路径的设定包括一三维取像位置（图像提取装置坐落的X轴、Y轴、Z轴位置）及一θ轴向。

在另一实施例中，取像路径的设定还包括一取像范围。在图像提取单元130具有变焦镜头的情况下，取像范围可以通过图像提取单元130的光学变焦***或数字变焦***来控制。当测量的精细度要求较高时，可以缩小取像范围，以使细部的图像能够被放大。当测量的范围要求较广时，可以放大取像范围，以使大范围的图像能够被提取。

在步骤S103中，图像提取单元130依据取像路径提取三维物件900的一二维图像800（绘示于图1的显示单元150内及图4）。在本实施例中，移动单元140可以朝三个移动方向移动图像提取单元130，例如是X轴向、Y轴向及Z轴向，以使图像提取单元130能够被移动到定义好的三维取像位置。移动单元140除了可以移动图像提取单元130以外，还可以利用θ轴向旋转图像提取单元130，以使图像提取单元130朝向定义好的三维取像方向。如此一来，图像提取单元130能够对准三维物件900所欲测量的部分。

在另一实施例中，处理单元120还可以控制图像提取单元130的变焦镜头，以使图像提取单元130能够对应到定义好的取像范围。

请参照图4，其绘示第一实施例的三维物件900的二维图像800的示意图。在步骤S104中，处理单元120于二维图像800上测量二维图像800的尺寸，例如是长度D1。

在步骤S105中，处理单元120于二维图像800上绘制一网格线700。网格线700的所有间距D700a、D700b可以实质上相同；或者网格线700的间距D700a可以不同于网格线700的间距D700b；或者网格线700的间距D700a之间可以不完全相同；或者网格线700的间距D700b之间可以不完全相同。通过网格线700的自动呈现，使用者也可以轻易地概略测量出二维图像800的尺寸（例如是长度D1）。

在另一实施例中，也可以不执行步骤S105，而直接由处理单元120自动进行测量以计算出二维图像800的尺寸（例如是长度D1）。

此外，步骤S105可以执行在步骤S103之后或者执行在步骤S104之后；或者与步骤S104同时执行。

通过上述非接触式三维物件测量方法与装置1000，无须接触三维物件900的表面，可以避免三维物件900的表面被刮伤。并且在测量过程中只需提取二维图像800即可进行比对，无须进行机械式的实体测量，使得测量速度可以加快。

第二实施例

请参照图5，其绘示第二实施例的二维图像800的示意图。本实施例与第一实施例不同之处在于二维图像800所测量的尺寸，其余相同之处不再重复叙述。

在本实施例中，处理单元120可以直接测量二维图像800的角度θ1，而无须接触三维物件900的表面，可以避免三维物件900的表面被刮伤。并且在测量过程中只需提取二维图像800即可进行比对，无须进行机械式的实体测量，使得测量速度可以加快。

第三实施例

请参照图6A～图6B，图6A绘示第三实施例的二维轮廓模型930的示意图，图6B绘示第三实施例的二维图像800的示意图。本实施例与第一实施例不同之处在于绘制二维轮廓模型930的步骤，其余相同之处不再重复叙述。

如图6A所示，二维轮廓模型930为三维物件900（绘示于图1）的一轮廓线。二维轮廓模型930具有一模型基准点930a，二维图像800具有一图像基准点800c，在二维图像800上绘制二维轮廓模型930的步骤S104（绘示于图2）中，重叠模型基准点930a及图像基准点800c，以使二维轮廓模型930绘制于二维图像800的相对应位置。

由于二维轮廓模型930与二维图像800都对应于相同的三维取像位置、三维取像方向及取像范围，理论上二维轮廓模型930与二维图像800应该能够吻合。

处理单元120可以针对二维图像800及二维轮廓模型930进行比对，以自动分析出二维图像800及二维轮廓模型930的差异，而无须接触三维物件900的表面，可以避免三维物件900的表面被刮伤。并且在测量过程中只需提取二维图像800即可进行比对，无须进行机械式的实体测量，使得测量速度可以加快。

综上所述，虽然本发明已以各种实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims

1.一种非接触式三维物件测量方法，包括：

提供一三维物件的一三维轮廓模型；

依据该三维轮廓模型，建立一取像路径；

依据该取像路径，以一图像提取单元提取该三维物件的一二维图像；以及

于该二维图像上绘制一二维轮廓模型、或测量该二维图像的尺寸，该二维轮廓模型依据该取像路径及该三维轮廓模型所建立。

2.如权利要求1所述的非接触式三维物件测量方法，其中在建立该取像路径的步骤中，该取像路径包括一三维取像位置及一三维取像方向。

3.如权利要求2所述的非接触式三维物件测量方法，其中在建立该取像路径的步骤中，该取像路径还包括一取像范围。

4.如权利要求1所述的非接触式三维物件测量方法，还包括：

于该二维图像上绘制一网格线。

5.如权利要求4所述的非接触式三维物件测量方法，其中在绘制该网格线的步骤中，该网格线的间距实质上相同。

6.如权利要求1所述的非接触式三维物件测量方法，其中该二维轮廓模型具有一模型基准点，该二维图像具有一图像基准点，在该二维图像上绘制该二维轮廓模型的步骤中，系重叠该模型基准点及该图像基准点，以使该二维轮廓模型绘制于该二维图像的相对应位置。

7.如权利要求1所述的非接触式三维物件测量方法，其中在测量该二维图像的尺寸的步骤中，该二维图像的尺寸包括长度。

8.如权利要求1所述的非接触式三维物件测量方法，其中在测量该二维图像的尺寸的步骤中，该二维图像的尺寸包括角度。

9.如权利要求1所述的非接触式三维物件测量方法，其中在建立该二维轮廓模型的步骤中，该二维轮廓模型包括该三维物件的一轮廓线。

10.一种非接触式三维物件测量装置，包括：

一存储单元，系存储一三维物件的一三维轮廓模型；

一处理单元，依据该三维轮廓模型建立一取像路径或测量该三维物件的一二维图像的尺寸；

一图像提取单元；

一移动单元，用以依据该取像路径移动该图像提取单元，以使该图像提取单元提取该三维物件的一二维图像；以及

一显示单元，用以显示该二维图像，该处理单元于该二维图像上绘制一二维轮廓模型、或测量该二维图像的尺寸，该处理单元依据该取像路径及该三维轮廓模型，建立该二维轮廓模型。

11.如权利要求10所述的非接触式三维物件测量装置，其中该取像路径包括一三维取像位置及一三维取像方向。

12.如权利要求11所述的非接触式三维物件测量装置，其中该取像路径还包括一取像范围。

13.如权利要求10所述的非接触式三维物件测量装置，其中该处理单元更于该二维图像上绘制一网格线。

14.如权利要求13所述的非接触式三维物件测量装置，其中该网格线的间距实质上相同。

15.如权利要求10所述的非接触式三维物件测量装置，其中该二维轮廓模型具有一模型基准点，该二维图像具有一图像基准点，该处理单元重叠该模型基准点及该图像基准点，以使该二维轮廓模型绘制于该二维图像的相对应位置。

16.如权利要求10所述的非接触式三维物件测量装置，其中该二维图像的尺寸包括长度。

17.如权利要求10所述的非接触式三维物件测量装置，其中该二维图像的尺寸包括角度。

18.如权利要求10所述的非接触式三维物件测量装置，其中该二维轮廓模型包括该三维物件的一轮廓线。

19.如权利要求10所述的非接触式三维物件测量装置，其中该移动单元用以朝三个移动方向移动该图像提取单元。

20.如权利要求19所述的非接触式三维物件测量装置，其中该移动单元还用以摆动或转动该图像提取单元。