本研究主旨為重新設計非接觸式雷射結構光三維檢測系統，透過
雷射光源模組、擴束透鏡模組、光柵模組、光學取像模組、機構模組、
軟體控制模組與加熱系統模組等七大模組的整合，改善前幾代量測系
統高溫量測能力並增加量測之距離，精度方面也能維持與前幾代相近
的精準度。本系統以自行設計之雷射結構光作為主動式光源，此結構
光為雷射光源經擴束透鏡組及光柵條紋形成；使結構光投射至物體上
呈現多條曲線，並利用CCD 相機擷取影像，進行灰階轉換、二值化、
細線化之影像處理後，利用像素偏移量以建構出待測物三維輪廓。研
究的重點在探討待測物分別在常溫與800°C 高溫時，量測系統的精
確度與可靠性。
實作中，待測物分別為乒乓球、常溫煤炭渣與高溫煤炭渣時，量
測系統均能呈現物件完整三維輪廓。將乒乓球跟常溫煤炭渣之三維資
料與CMM 量測相比較，乒乓球高度誤差約-0.99 mm，相對差異百分
比約為-5.036%，X、Y 方向誤差分別1.38mm、-0.11mm，相對差異
百分比為3.461%、-0.276%，常溫煤炭渣高度誤差約0.55mm，相對
差異百分比約2.484%，X、Y 方向誤差分別為0.12mm、0.36mm，相
對差異百分比2.946%、0.461%。比較常溫煤炭渣與高溫煤炭渣量測
結果，高度誤差約為1.56mm，相對差異百分比9.506%，X、Y 方向
誤差分別為3.46mm、-0.39mm，相對差異百分比15.256%、-1.513%。

This study aims to improve the developed prototype of a non-contact
dynamic 3D measurement system using green light laser projection
device equipped with beam expander and grating, to develop a 3D profile
long-distance measuring system for heated slag. The developed system
mainly consists of seven modules, namely, the Laser lights projection
module, the beam expander module, grating module, image acquisition
module, mechanism module, the software module and the heating module.
The system utilizes the laser structured fringes generated by a self-design
grating mask, as active light source. The deformed fringes projected on
the object were captured by CCD camera. The workpiece profile were
calculated by the developed software, based on the height vs.
fringe-offset calibration results. To improve the measurement deviation of
the heated slag resulted from the heat radiation, a beam expander with
grating system have been designed.
To evaluate the improved system with beam expander with grating,
the ping-pong, slags and heated slags have been tested. Compared with
the results measured by using a coordinate measuring machine (CMM),
the deviation along z-direction for the ping-pong and slag measured by
the developed system were about 1.38mm, 0.55 mm, relative percent
difference (RPD) is about 0.035%, 0.03%. The deviation along
z-direction for slags and heated slags was about 1.56mm, RPD was about
0.095%.

[1] 徐子涵，2016，「雙鏡頭雷射結構光三維量測系統應用於煤渣之高溫量測」，國立台灣科技大學，機械工程研究所，碩士論文
[2] T.C Strand. 1985. “Optical Three-dimensional Sensing for Machine Vision”, Optical Engineering, 24(1): 33-44.
[3] X. Gong, S. Bansmer. 2015. “Laser Scanning Applied for Ice Shape Measurements.” Cold Regions Science and Technology, 115(8): 64-76.
[4] X. Gong, S. Bansmer. 2015. “3-D Ice Shape Measurements Using Mid-infrared Laser Scanning.” Optics Express, 23(4): 4908-4926.
[5] 鄧雅文，2006，「影像處理輔助扇形雷射光束掃描量測系統之研究」，國立台灣科技大學，機械工程研究所，碩士論文。
[6] W. Liu, Z. Jia, F. Wang. 2012. “An Improved Online Dimensional Measurement Method of Large Hot Cylindrical Forging,” ELSEVIER Measurement 45(8):2041-2051.
[7] 陳建元，2015，「雷射結構光三維量測系統之研製」，國立台灣科技大學，機械工程研究所，碩士論文。
[8] 王珍珍，2014，「基於LIBS和LB-TOFMS的固體顆粒成分和氣體微量元素的測量方法研究」，西安交通大學，動力工程及工程熱物理研究所，博士論文。
[9] 張國誌，成功大學物理系，基礎光路架設課程講義， http://teachlab.phys.ncku.edu.tw/media/course_pdf/
[10] 邁微信，產品網頁，http://www.micsense.com/news_detail/
[11] 鍾國亮，2012，「影像處理與電腦視覺」，東華書局股份有限公司。
[12] 徐曉珮，2009，「數位影像處理」，高立圖書有限公司。
[13] 李遠坤，2014，「影像處理-空間濾波」，銘傳大學，資訊工程系，課程講義。
[14] S.T. Huang, K.C. Fan, J.H. Wu. 1993. “A New Minimum Zone Method for Evaluating Straightness Errors.” Precision Engineering, 15(3): 158-165.
[15] 修芳仲，2014，「高等精密量測學」，國立臺灣科技大學，機械工程系，課程講義。
[16] 台灣三豐儀器，公司官網，https://www.mitutoyo.com.tw
[17] Renishaw，2018，http://www.renishaw.com.tw/。
[18] Laser Grow Technologies，2018，https://www.laserglow.com/。
[19] 先鋒科技，2018，http://www.teo.com.tw/。
[20] Image Source，2018，http://www.theimagingsource.com/zh_TW/。
[21] 微圖視覺科技有限公司，公司網頁產品簡介，http://vtzhaoxu.cn.makepolo.com/product/100789094325.html
[22] Huaguo，2018，http://en.fshuaguo.com/。
[23] 美商國家儀器NI Instruments，2018，http://taiwan.ni.com/。
[24] 吳軒孝，2007，「雷射結構光應用於物體表面及3D輪廓之精細量測」，國立中央大學，光電科學研究所，碩士論文。
[25] 德國Micro-Epsilon，2018，http://www.me-taiwan.tw/。
[26] Y. He, Y. Cao. 2011. “A Composite-Structured-Light 3-D Measurement Method Based on Fringe Parameter Calibration.” Optics and Lasers in Engineering, 49(7): 773–779.
[27] 謝宏麟，2016，「光學干涉術」，國立台灣科技大學，機械工程系，課程講義。
[28] Applied Photonics，2018，http://www.appliedphotonics.co.uk/。
[29] Schott Moritex，2018，https://moritex.com/。
[30] 陳亮嘉，2014，「數位影像處理基礎」，國立臺灣大學，機械工程系，課程講義。
[31] X. Hui-yuan, X. You, Z. Zhi-jian. 2011. “Accurate Extrinsic Calibration Method of a Line Structured-Light Sensor Based on a Standard Ball.” IET Image Processing, 5(5): 369-374.
[32] 張嘉華，2014，「線型扭簧自動化光學檢測系統之研發」，國立臺灣科技大學，機械工程研究所，碩士論文。
[33] 張智星，2000，「Matlab程式設計與應用」，清蔚科技出版。
[34] 劉鴻明，2005，「Splines應用於影像內插法之研究」，中原大學，資訊工程學系，碩士論文。
[35] 蔡佑男，2002，「齒模三維輪廓量測」，中原大學，機械工程系，機械工程研究所，碩士論文。
[36] 王士誠，2006，「結構光三維視覺量測之齒模研究」，國立中央大學，光電科學研究所，碩士論文。
[37] 王信雄，2001，「主動式快速物體外型重建技術研究」，中原大學，機械工程系，機械工程研究所，碩士論文。
[38] 劉雩潔，2011，「單相機光學3D座標量測系統量測精度之研究」，大同大學，機械工程研究所，碩士論文。
[39] R. Yang, S. Cheng, W. Yang, Y. Chen. 2008. “Robust and Accurate Surface Measurement Using Structured Light,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 57(61): 275-1280
[40] 銓州光電，2018，http://www.onset-eo.com/
[41] The MathWorks, Inc.，2018，http://cn.mathworks.com/
[42] 輔仁大學，基礎光學架設系統講義，http://www.phy.fju.edu.tw/uploads/archive_file_multiple/file/59769bc5aea57e6e2100003f/EXP_1_%E5%9F%BA%E7%A4%8E%E5%85%89%E5%AD%B8%E7%B3%BB%E7%B5%B1%E6%9E%B6%E8%A8%AD.pdf
[43] F. Yang, B. Wu, T. Xue, M.F. Ahmed, J. Huang. 2018. “A Cost-Effective Non-Orthogonal 3D Measurement System” Measurement: Journal of the International Measurement Confederation,128:264-270
[44] J. Schlarp, E. Csencsics, G. Schitter. 2018. “Optical Scanning of Laser Line Sensors for 3D Imaging” Applied Optics, 57(18):5242-5248