矩阵式光栅点扫描法之研究-龙华科技大学.PDF

矩陣式光柵點掃描法之研究 矩陣式光柵點掃描法之研究 王敬中 鄭于瑞 葉勝利 龍華科技大學 龍華科技大學 龍華科技大學 工程技術研究所 工程技術研究所 機械工程系 研究生 研究生 教授 摘 要 一般之表面的量測技術可分為二維尺寸與三維輪廓的量測，其中以三維輪廓的量 測較為複雜與困難。目前的量測方式主要是以雷射掃描、掃描式探針、顯微輪廓儀為 主，其量測精度、掃描面積或掃描速度會有其一定限制。本研究則主要探討以數位式 光柵法同時產生數條掃描線之掃描。利用矩陣式排列之光柵點之快速平移，可讓固定 方向入射之雷射光繞射出單線或多線、直線或曲線式之繞射光點效果，甚至可顯示動 畫效果。本文中先探討光學之干涉和繞射理論 ，再介紹如何利用兩點干涉儀加工出矩 陣式排列之光柵點。對於需同時繞射出多 個繞射光點之情況，本文中也詳細介紹其光 柵點之交織編碼方式。最後多個實驗將被用來驗證本繞射式掃描法之可行性。 關鍵詞： 掃描、繞射、矩陣式光柵點 便、可多線同時掃描、可顯示動態畫面、 1. 前言 可不必用到快門。而本繞射式掃描法可 一般雷射掃描儀都是單點掃描的型 應用在物表之平面度和直線度之檢測， 態，掃描的機構則大多利用轉動反射鏡 也可應用在逆向工程中物體表面輪廓之 而使雷射光產生動態反射點，因每一瞬 量 測 和 光 通 訊 中 內 部 通 連 器 間只有一反射點出現，只要對雷射光在 (interconnector)之導光 [2] 。 物表上之亮點位置取像(取像方向須和掃 本研究係使用一道氦鎘雷射光入射 描光線方向明顯不同 ) ，即可從此位置之 至兩點干涉儀中，先分成兩道雷射光， 錯位量推算出其高度，再由多點之高度 再進行干涉 (interference)產生光柵點，而 資料組合出物表之凹凸分佈。一般一維 以矩陣式光柵點做成光柵片，然後再以 掃描需要一個反射鏡，而二維掃描則需 氦氖雷射或 DPSS雷射照射光柵片，光 要二個反射鏡，本研究係希望用一維移 柵片上之不同處之矩陣點則會產生不同 動之矩陣式光柵點來同時完成多曲線之 之繞射 (diffraction) 光線，而經由平移光 二維掃描，此處用到之光柵點之加工方 柵片可得到線狀掃描或動態圖案。因 式屬數位式光柵[1] 。有別於一般的反射 此，以下先介紹光波干涉原理，再介紹 式掃描法為反射式瞬間單點掃描，本文 光柵繞射原理，並且說明光柵片之掃描 中使用之掃描法為繞射式瞬間多點掃 原理。 描，甚至可以產生動畫效果。 本繞射式掃描法和一般之雷射掃描 2. 原理 [3] 法相比有以下特點：設備簡單、組裝方 龍華科技大學學報第二十二期,2007.03 2.1 光波干涉 v v