光學測量系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明是關于一種光學測量系統及方法，尤其是一種光學測量系統及方法，包含數字影像處理技術，可獲得品質較佳的干涉條紋影像，以得知待測平面相對該參考平面的垂直度的偏移角度。
【背景技術】
[0002]圖1a至Ic為現有垂直度偏移形態的立體不意圖。圖1a顯不完全垂直，圖1b顯示前后偏移而具有一前后偏移角度Θ 1，且圖1c顯示左右偏移而具有一左右偏移角度Θ 2。當欲測量待測物的垂直度，目前通常以垂直角規、精密量表、三次元量床等工具進行測量，其精度約在3條(30 μ m)以內。若需以角度表不誤差量，則需以二角函數換算而得知。
[0003]若以光學測量工具進行測量待測物的垂直度，則該光學測量工具通常是應用于大型工具機，且該光學測量工具的體積過于龐大，對微小待測物難以進行測量。
[0004]因此，便有需要提供一種光學測量系統及方法，以解決上述的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種非接觸式光學測量系統及方法，包含數字影像處理技術，可獲得品質較佳的干涉條紋影像，以得知待測平面相對該參考平面的垂直度的偏移角度及偏移方向。
[0006]為達成上述目的，本發明提供一種光學測量方法，其包含:提供一待測物，其具有一參考平面及一待測平面；將一第一光束進入一第一光學單元，藉此該參考平面所反射的光束具有第一光程，且該待測平面所反射的光束具有第二光程；擷取具有一第一光程的該參考平面所反射的光束影像及具有第二光程的該待測平面所反射的光束影像，以合成為一第一影像；將一第二光束進入一第二光學單元，藉此該參考平面所反射的光束具有第三光程，且該待測平面所反射的光束具有第四光程，其中該第三光程等于第一光程，且該第四光程與該第二光程之間具有一光程差；擷取具有第三光程的該參考平面所反射的光束影像及具有第四光程的該待測平面所反射的光束影像，以合成為一第二影像；將該第一及第二影像進行影像處理，以產生一干涉條紋影像；以及計算多條干涉條紋的偏移角度及偏移方向，以得知該待測平面相對該參考平面的垂直度的偏移角度及偏移方向。
[0007]所述的光學測量方法，其中，該第一光束進入該第一光學單元的一分光鏡，該分光鏡將該第一光束的第一部分反射至該參考平面，該參考平面再將該第一光束的第一部分反射至該分光鏡，然后該分光鏡將該第一光束的第一部分的部分入射至一影像擷取單元；以及，該分光鏡將該第一光束的第二部分入射至該待測平面，該待測平面再將該第一光束的第二部分反射至該分光鏡，然后該分光鏡將該第一光束的第二部分的部分反射至該影像擷取單元。
[0008]所述的光學測量方法，其中，該第二光束進入該第二光學單元的一分光鏡，該分光鏡將該第二光束的第一部分反射至該參考平面，該參考平面再將該第二光束的第一部分沿方向反射至該分光鏡，然后該分光鏡將該第二光束的第一部分的部分入射至該影像擷取單元；以及，該分光鏡將該第二光束的第二部分經由一補償片而入射至該待測平面，該待測平面再將該第二光束的第二部分經由該補償片而反射至該分光鏡，然后該分光鏡將該第二光束的第二部分的部分反射至該影像擷取單元。
[0009]所述的光學測量方法，其中，將該第一及第二影像進行影像處理的步驟包含:先將該第一及第二影像進行數字化而獲得該第一及第二影像的像素的灰階值，然后將該第一及第二影像的相對處像素的灰階值進行相減，以產生該干涉條紋影像。
[0010]所述的光學測量方法，其中，將該第一及第二影像進行影像處理的步驟包含:先將該第一及第二影像進行數字化而獲得該第一及第二影像的像素的灰階值，然后將該第一及第二影像的相對處像素的灰階值進行相加，以產生該干涉條紋影像。
[0011]所述的光學測量方法，其中，當該參考平面與該待測平面之間的夾角不是90度時，該干涉條紋影像定義有一畫面垂直線，該干涉條紋影像具有兩群類似同心圓的干涉條紋，一影像處理單元計算出該兩群類似同心圓之間的軸線，而該軸線相對于該畫面垂直線的偏移角度及偏移方向即為所述干涉條紋的偏移角度及偏移方向，以得知該待測平面相對該參考平面的垂直度的偏移角度及偏移方向。
[0012]所述的光學測量方法，其中，該參考平面與該待測平面之間的夾角為90度加上該偏移角度。
[0013]所述的光學測量方法，其中，當該參考平面與該待測平面之間的夾角為90度時，該干涉條紋影像定義有一畫面垂直線，該干涉條紋影像只具有一群同心圓的干涉條紋，一影像處理單元計算出該群同心圓的軸線，而該軸線相對于該畫面垂直線的偏移角度為零，以得知該待測平面相對該參考平面的垂直度的偏移角度為零。
[0014]為達成上述目的，本發明還提供一種光學測量系統，其特征在于，包含:
[0015]一影像擷取單元；
[0016]一影像處理單元，電性連接于該影像擷取單元；
[0017]一激光光源，用以提供一光束；以及
[0018]一光學單元，包含一空間濾波器、第一及第二準直透鏡、一分光鏡及一補償片，其中:
[0019]該激光光源的光束經由將該空間濾波器及第一準直透鏡而形成平行光束；
[0020]該光束進入該分光鏡，該分光鏡將該光束的第一部分反射至一參考平面，該參考平面再將該光束的第一部分沿方向反射至該分光鏡，然后該分光鏡將該光束的第一部分的部分經由該第二準直透鏡而入射至該影像擷取單元；以及
[0021]該分光鏡將該光束的第二部分經由該補償片而入射至一待測平面，該待測平面再將該光束的第二部分經由該補償片而反射至該分光鏡，然后該分光鏡將該光束的第二部分的部分經由該第二準直透鏡而反射至該影像擷取單元。
[0022]所述的光學測量系統，其中，該光學測量系統用以計算多條干涉條紋的偏移角度及偏移方向，以得知該待測平面相對該參考平面的垂直度的偏移角度及偏移方向。
[0023]本發明的光學測量系統的體積小，可容易對微小待測物的參考平面與待測平面之間的夾角進行測量，取代現有的探垂直角規、精密量表、三次元量床等接觸式測量方法。本發明的非接觸式光學測量方法的測量時間快速，測量系統操作容易，可大幅提升測量效率。本發明的光學測量方法簡易，對操作人員的技術要求不高。本發明的光學測量方法的精度可達0.3 μ m,可符合大多數的使用場合。本發明的光學測量方法包含數字影像處理技術，可大幅降低數字光斑所造成的雜訊(noise)，獲得品質較佳的干涉條紋影像，以得知該待測平面相對該參考平面的垂直度的偏移角度及偏移方向。
[0024]為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0025]圖1a至Ic為現有垂直度偏移形態的立體示意圖；
[0026]圖2本發明的一實施例的光學測量方法的流程圖；
[0027]圖3a及3b為本發明的一實施例的光學測量系統的結構示意圖，其顯示參考平面與該待測平面之間的夾角為90度加上偏移角度Θ ；
[0028]圖4a為本發明以影像相減方式作為影像處理所產生的干涉條紋影像的示意圖，其顯示多條干涉條紋的偏移角度為Θ ；
[0029]圖4b為本發明以影像相加方式作為影像處理所產生的干涉條紋影像的示意圖；
[0030]圖5a及5b為本發明的一實施例的光學測量系統的結構示意圖，其顯示參考平面與該待測平面之間的夾角為90度；
[0031]圖6為本發明以影像相減方式作為影像處理所產生的干涉條紋影像的示意圖，其顯示多條干涉條紋的偏移角度為零。
[0032]其中，附圖標記:
[0033]100光學測量系統102 待測物
[0034]10