CN104949620A - 用于光学测量装置的校正设备及校正方法 - Google Patents

Abstract

用于光学测量装置的校正设备及校正方法。用于光学测量装置的校正设备为来自光学测量装置的光束的每个扫描位置获得校正数据，所述光学测量装置包括光束扫描部和光接收部，所述光束扫描部用光束扫描放置测量对象物用的测量区域，所述光接收部接收来自所述测量区域的透过光束。所述校正设备包括：透光性的刻度尺，其具有以预定节距配置的刻度标记；和支撑台，其构造成以所述刻度标记的配置方向为所述光束的扫描方向的方式将所述刻度尺安装于所述测量区域。

Description

用于光学测量装置的校正设备及校正方法

相关申请的引用

本申请要求2014年3月28日提交的日本申请No.2014-068612的优先权，该申请的全部内容明确地通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及用于通过光束扫描对测量对象物进行测量的光学测量装置的校正设备及校正方法。

背景技术

该类型的光学测量装置包括光束扫描部和光接收部，在光束扫描部和光接收部之间配置有光束扫描区域。测量对象物被放置于该扫描区域，该扫描区域被由光束扫描部发出的光束反复扫描，穿过该扫描区域的透过光束被光接收部接收。通过对光束被遮挡的时间量进行计数来对测量对象物的直径等进行测量。

然而，在上述光学测量装置的情况中，由于光学系统误差和扫描驱动系统误差，并且扫描速度取决于测量位置而变化，所以难以以恒定的速度使来自光束扫描部的光束精确地扫描。因此，为了获得更精确的测量结果，优选使用为每个位置确定的校正数据对测量结果进行校正。

发明内容

本发明提供用于光学测量装置的校正设备及校正方法，其能够适当地校正测量结果并在短的循环时间内获得校正数据。

根据本发明的实施方式的用于光学测量装置的校正设备为来自光学测量装置的光束的每个扫描位置获得校正数据，所述光学测量装置包括光束扫描部和光接收部，所述光束扫描部用光束扫描放置测量对象物用的测量区域(测量区)，所述光接收部接收来自所述测量区的透过光束。所述校正设备包括：透光性的刻度尺，其具有以预定节距配置的刻度标记；和支撑台，其构造成以所述刻度标记的配置方向为所述光束的扫描方向的方式将所述刻度尺安装于所述测量区。

根据本发明的实施方式的用于光学测量装置的校正方法是一种用于光学测量装置的校正方法，所述光学测量装置包括光束扫描部和光接收部，所述光束扫描部用光束扫描放置测量对象物用的测量区，所述光接收部接收来自所述测量区的透过光束，所述校正方法包括：将具有以预定节距配置的刻度标记的透光性的刻度尺配置在所述测量区中，使得所述刻度标记的配置方向为所述光束的扫描方向；用所述光学测量装置测量所述刻度标记的节距；并且基于所述光学测量装置的测量结果与所述刻度尺的预定节距之间的差计算用于校正所述光学测量装置的测量结果的校正数据。

本发明提供用于光学测量装置的校正设备及校正方法，其能够适当地校正测量结果的误差并在短的循环时间内获得校正数据。

附图说明

在如下的详细描述中，通过本发明的示例性实施方式的非限定性示例的方式参照已注明的多个附图进一步地描述本发明，其中，在附图中的几个视图中用相同的附图标记标记相似的部件，其中：

图1是光学测量装置的功能框图；

图2是光学测量装置的测量部的外观图；

图3示出了对光学测量装置中的测量误差的产生起作用的因素；

图4A和图4B示出了根据比较例的光学测量装置的校正方法；

图5是用于根据本发明的实施方式的光学测量装置的校正设备的外观图；以及

图6示出了用于根据本发明的实施方式的光学测量装置的校正方法。

具体实施方式

这里示出的细节仅作为示例且仅用于本发明的实施方式的说明性讨论的目的，并且为提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用的且容易理解的描述而呈现。在这方面，没有试图详细地示出本发明的对本发明的基本理解不必要的结构细节，结合附图进行描述使在实践中如何实施本发明的形式对于本领域技术人员来说显而易见。

以下，参照附图描述用于根据本发明的实施方式的光学测量装置的校正设备和校正方法。

作为描述用于光学测量装置的校正设备和校正方法的前提，首先，提供对光学测量装置的概要描述。

图1是光学测量装置的示例性功能框图。图2是光学测量装置的测量部的外观的一个示例。

光学测量装置包括测量部100和控制部200，控制部200使用从测量部100获得的信号计算测量对象物W的各种尺寸。

测量部100包括光束扫描部110、光接收部120和连接部130。光束扫描部110输出扫描测量对象物W的光束。光接收部120接收从由光束扫描部110射出并且通过了测量对象物W的光束中获得的透过光束。连接部130以预定间隔连接光束扫描部110和光接收部120。限定在光束扫描部110和光接收部120之间的、由连接部130固定的区域为测量区域140，该测量区域140包括测量对象物W被放置并被扫描的扫描区域。

测量部100的光束扫描部110具有激光光源111、镜112、多面镜113、马达114、马达驱动电路115、马达同步电路116、准直透镜117和复位用光检测器118。测量部100的光接收部120具有聚光透镜121、测量用光检测器122和放大器123。

控制部200具有CPU 201、边缘检测电路202、门电路203、计数器204、诸如ROM或RAM等的存储器205和向测量部100的马达同步电路116和门电路203输出时钟脉冲CLK的时钟发生电路206。CPU 201和边缘检测电路202、门电路203、计数器204、存储器205以及时钟发生电路206经由总线207连接。

具有上述构造的光学测量装置的操作原理如下。测量部100的激光光源111输出激光束L1。所输出的激光束L1被镜112反射并接着射至多面镜113。多面镜113被马达114转动地驱动，这将激光束L1转换成转动扫描束L2。在此方面，马达114被马达驱动电路115中基于同步信号产生的驱动信号驱动。同步信号是在马达同步电路116中基于时钟脉冲CLK产生的。接下来，转动扫描束L2被进一步转换成具有恒定速度和窄化的束径的平行扫描束L3(光束)。平行扫描束L3被以与多面镜113的转动连动地扫描测量区域140(放置有测量对象物W的地方)的方式射出；然后，平行扫描束L3穿过聚光透镜121并进入测量用光检测器122。测量用光检测器122的输出(扫描信号)被放大器123放大并接着输入至控制部200的边缘检测电路202。

输入至控制部200的边缘检测电路202的扫描信号S1以例如50％的阈值进行格式化，并接着作为边缘检测信号S2输入至门电路203。在门电路203中，通过基于输入的边缘检测信号S2对时钟脉冲CLK进行门控产生门信号S3并接着将门信号S3输入至计数器204。在计数器204中，对所输入的门信号S3的脉冲数进行计数。在CPU 201中，执行使用脉冲计数的计算处理，并计算出作为测量对象物W的直径等的测量值。由于测量区域140被平行扫描束L3反复扫描，所以CPU 201计算多个测量值；然而，通过对这些测量值取平均来获得最终的测量结果。

复位用光检测器118设置在转动扫描束L2的有效扫描范围之外并检测一次扫描的开始或结束。作为复位用光检测器118的输出的复位信号RST被输出至控制部200的门电路203并被用作使门电路203复位的定时器。

接下来，描述对光学测量装置中的测量误差的产生起作用的因素。图3示出了对光学测量装置中的测量误差的产生起作用的因素。图3示出了设置于测量区域并沿平行扫描束L3的扫描方向以等间隔D分隔开的销规(pingauge)的测量，各销规均具有与间隔D的长度相等的外径。

在图3所示的情况中，理想地，对于所有销规，光学测量装置应该获得相同尺寸的测量结果。这假设了对于每个固定的脉冲间隔而言平行扫描束L3的扫描位移量是相同的。然而，实际上，平行扫描束L3的扫描速度由于诸如镜112、多面镜113或准直透镜117等的光学系统因素以及马达114的不均匀转速而变得不均匀。因此，如图3所示，每个固定脉冲间隔的平行扫描束L3的扫描位移量取决于销规的位置而变化，因此产生了测量误差。因此，为了使测量更精确，优选地根据扫描位置对测量结果进行校正。

为了解决上述情况，接下来，作为描述根据本发明的实施方式的光学测量装置的校正方法的前提，将描述根据比较例的校正方法。

图4A和图4B示出了根据比较例的光学测量装置的校正方法。图4A和图4B示出了在获得为了校正测量结果的校正数据时的光学测量装置和校正设备300。图4A是校正设备300的侧视图，图4B是校正设备300的主视图。

校正设备300包括销规301、固定销规301的销规固定部302、转动以使销规固定部302上下移动的轴303、使轴303转动的轴驱动部304、指示固定于销规固定部302的销规301的位置(高度)的精密刻度尺305、对精密刻度尺305的上部以能够移动的方式进行固定的刻度尺固定部306和对轴驱动部304以及刻度尺固定部306进行支撑的支撑台307。

在根据比较例的校正方法中，使用校正设备300如下地计算出校正数据。具体地，在测量区域中通过断续操作使单个销规301以充分分隔开的节距位移(图4A中所示的箭头a1)。当销规301停止时，通过刻度尺305读取销规301的位置，同时，销规301在该点处的位置也被光学测量装置测量。接着，使用通过刻度尺305读取的位置作为真值，获得真值与通过光学测量装置测量的位置之间的差并计算出位置用校正数据。光学测量装置通过使用校正数据对从实际的测量对象物获得的测量结果进行校正来计算最终的测量结果。

然而，根据比较例的校正方法导致如下情形。即，在该校正方法中，为了获得校正数据而使销规301以预定节距位移。在这种情况中，如图4A所示，俯仰移动(pitching movement)引起销规301的倾斜(余弦误差)等。因此，通过刻度尺305读取的位置与销规301的实际位置不同，这种差异导致测量误差。另外，尽管优选用微细的节距来获得校正数据，但这增加了销规301的位移以及测量循环的数量，因此，为获得校正数据所需的循环时间变长。

为解决上述问题，接下来描述根据本发明的实施方式的校正方法。

首先，提供对根据本发明的实施方式的校正方法中使用的校正设备400的概要描述。图5是用于根据本发明的实施方式的光学测量装置的校正设备的外观图。校正设备400包括具有以预定节距配置的刻度标记401a的透光性的刻度尺401、固定刻度尺401的刻度尺固定部402和对刻度尺固定部402进行支撑的支撑台403。刻度尺401例如由玻璃板形成，并且刻度标记401a例如通过铬汽相淀积蚀刻在玻璃板的表面上。通过以此方式形成刻度尺401，能够以非常精确的固定节距蚀刻刻度标记401a，因此能够将刻度尺401用作光学测量装置用的校正基准。

接下来，描述使用校正设备400的根据本发明的实施方式的校正方法。

图6示出了根据本发明的实施方式的校正方法。在根据本发明的实施方式的校正方法中，校正设备400相对于测量区域140被设置成刻度标记401a的配置方向为平行扫描束L3的扫描方向，并且测量刻度标记401a的节距。接着，使用刻度标记401a的预定节距作为真值，获得真值与通过光学测量装置测量的节距之间的差并计算出位置用校正数据。光学测量装置通过使用与测量对象物的实际位置相关的校正数据对测量结果进行校正来计算最终的测量结果。此外，校正数据可以以表格形式存入光学测量装置的控制部200的存储器205中。

以根据本发明的实施方式的校正方法为根据，通过使用精密的玻璃板刻度尺401作为光学测量装置的校正基准对以精确节距配置的刻度标记401a进行直接检测，能够减小在诸如比较例中的将销规301的位移量用作基准的校正方法中产生的误差。此外，在实施方式中，不需要移动刻度尺401，刻度尺401是校正基准，因此与在诸如比较例中的将销规301的位移量用作基准的校正方法相比，可以显著减少循环时间。

换言之，实施方式提供了用于光学测量装置的校正设备及校正方法，其能够更适当地校正测量结果中的误差并在短的循环时间内获得校正数据。

应当注意的是，提供的上述示例仅用于说明的目的，而不以任何方式解释为限制本发明。在参照示例性实施方式描述本发明时，应当理解的是，这里所使用的词语是描述性和说明性的词语，而不是限制性的词语。在所附的、目前陈述的和修改的权利要求的范围内、在不背离本发明的各方面的内容和精神的情况下，可以进行改变。尽管这里参照特定的结构、材料和实施方式描述了本发明，但本发明不限于这里所公开的细节，而是，本发明延伸至诸如在所附权利要求的范围内的所有在功能上等同的结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施方式，而是在不背离本发明的范围的情况下可以进行各种改变和变型。

Claims (5)

1.一种用于光学测量装置的校正设备，所述光学测量装置包括光束扫描部和光接收部，所述光束扫描部用光束扫描放置测量对象物用的测量区域，所述光接收部接收来自所述测量区域的透过光束，所述校正设备构造成为来自所述光学测量装置的所述光束的每个扫描位置获得校正数据，所述校正设备包括：

透光性的刻度尺，其具有以预定节距配置的刻度标记；和

支撑台，其构造成以所述刻度标记的配置方向为所述光束的扫描方向的方式将所述刻度尺安装于所述测量区域。

2.一种用于光学测量装置的校正方法，所述光学测量装置包括光束扫描部和光接收部，所述光束扫描部用光束扫描放置测量对象物用的测量区域，所述光接收部接收来自所述测量区域的透过光束，所述校正方法包括：

将具有以预定节距配置的刻度标记的透光性的刻度尺配置在所述测量区域中，使得所述刻度标记的配置方向为所述光束的扫描方向；

用所述光学测量装置测量所述刻度标记的节距；并且

基于所述光学测量装置的测量结果与所述刻度尺的预定节距之间的差计算用于校正所述光学测量装置的测量结果的校正数据。

3.根据权利要求2所述的用于光学测量装置的校正方法，其特征在于，所述计算还包括为所述光束的每个扫描位置计算校正数据。

4.根据权利要求2所述的用于光学测量装置的校正方法，其特征在于，所述校正方法还包括由所述光学测量装置将所述校正数据以表格形式进行存储。

5.根据权利要求3所述的用于光学测量装置的校正方法，其特征在于，所述校正方法还包括由所述光学测量装置将所述校正数据以表格形式进行存储。