数位结构光三维轮廓量测之误差校正技术 - kuasedutw.PDF

國 機械工程 學會第二十一屆 全國 學術研討會論 文集 華民國九 十三年十一月二十六日 、二十七日 國立中山大學 高雄 •臺灣 數位結構光三 維輪廓量測之誤差 校正技術 陳亮嘉 廖至欽 國立台北科技大學 自動化科技研究所 國科會計畫編號： NSC 92-2212-E-027-014 摘要 裝置數位- 微鏡組(Digital micro-mirror devices, DMD) 本論 文提 出以數位條紋投影 與相位移 (Phase 在投影上具有高亮度 、高對比度與高解析度的優點 ， shift)量測方 法發，展 三維輪廓精密量測之 校正技術。 可做為三維輪廓量測 系統之結構光源 ，並由電腦控制 相位移量測技術為藉由 光干涉所產生的光程 ，決定 條紋輸 出，且能任意控制投影大 小與變化條 紋，將精 其待測 物體在 空間上的 深度與相位 之關係；由 於相 確的數位條紋投射在物體表面，增加量測解析 與快速 位計算是 以CCD 相機擷取待測 上條 紋光強度 ，但條 三維輪廓量測。 紋光之強度分佈及其精確位置受到 CCD 投影鏡組之 相位移量測技術 為藉由光干 涉所 產生的 光程 扭曲及像 差問題，使受測 物體深度 與計算之相位 差呈 ，決定其待測 物體在空間上的 深度與相位 之關 現非線性關係 ，易使 三維量測結果產生誤 。因此 本 係；由 於相位移量測 方法是依 投影條紋 於待測 物表 研究發展一種數位投影 之校正方法，利用 空間上的已 面時 ，藉待測 物的 光程 (optical path difference, OPD) 知的 座標點經由 CCD 相機取像後 ，求出系統校正參 變化而產生扭曲之條紋，藉由 CCD 相機和五步相位 數，還原 真實無 扭曲的影像並計算精確相位 ，再透 移 法，擷取 五張含有深度與相位資訊之條紋影像 ，經 過座標轉 換演算法，決定影像座標與相位 相對於空 由 相位 封裝(wrapped phase) 與相位還原 (unwrapped 間座標的映對關係 ，以獲得高精度 、快速之微 米級三 phase)求得相位 ；此時 相位 與待測 物的實際尺寸 維輪廓量測。 經由本 方法之系統校正，在一個 19.5 x 乃必須透過校正程序將相位圖轉換到 物體之空間座 3 標；但是 ，受到 CCD 鏡頭 與投影鏡組之扭曲及像 14 x 10 mm 之量測範圍內 ，可獲得 三維量測重覆度 問題影響 ，影像座標及相位 差對應到待測 物的 空間座 之誤 範圍在 25 μm較無， 校正之誤 差改善約 2.1 。 標為非線性函數 (non-linear function)關係 。因此 ，本 關 鍵字 ：自動化 光學檢測 (AOI) 、相位移 、三維量測、 研究重點在於建立CCD 相機鏡頭 與數位 投影鏡組之 量測校 正。 校正系統 ；利用 空間上的已知的 座標點經由 CCD 相 機取像後 ，求出系統校正參數，還原 真實無 扭曲之影 1. 前言 像並計算精確相位 ，再透過座標轉 換演算法決定影 隨著自動化檢測技術的成熟，工業界對於品質管 像座標 與相位 相對於空間 座標的映對 (Mapping)關 理要 求不斷地提高 ，以往所使用的 接觸式量測，已無 係 。此外 ，本量測系統將引 入次像 素(sub-pixel)技術 法滿足市場 對於微小化與