CN103196915B - 一种物体探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物体探测系统，其包括载物台、驱动所述载物台旋转的驱动装置、用于定位所述载物台的位置的光学编码器、用于对于载物台上的目标物体进行探测的探测器以及控制模块。在扫描模式时，所述控制模块根据来自光学编码器的第一分辨率刻度数据去控制所述驱动装置以第一预定转速驱动所述载物台旋转以进行缺陷扫描。在检测模式时，所述控制模块根据来自光学编码器的第二分辨率刻度数据去控制所述驱动装置以第二预定转速驱动所述载物台旋转以进行缺陷检测。一方面，利用低分辨率刻度数据进行高速缺陷扫描，同时结合时间偏差及转速来精确定位缺陷位置，另一方面，利用高分辨率刻度数据进行低速缺陷定位，从而兼顾了快速扫描和精确的缺陷检测。

Description

一种物体探测系统

技术领域

本发明涉及物件检测领域，尤其涉及一种物体探测系统。

背景技术

现有的物体缺陷探测系统一般包括载物台、驱动所述载物台旋转的驱动装置、用于定位所述载物台的位置的光学编码器、用于对于载物台上的目标物体进行探测的探测器以及控制模块。

所述光学编码器对所述载物台进行定位并输出一定分辨率的刻度数据，分辨率越高，定位的精度就越高，分辨率越低，定位的精度就越低。所述控制模块根据来自光学编码器的刻度数据信息去控制所述驱动装置以预定转速驱动所述载物台旋转，所述探测器对目标物体的对应位置进行探测得到探测数据信息，所述控制模块根据所述刻度数据信息和所述探测数据信息确定所述目标物体上的缺陷位置。所述控制模块在得知所述目标物体上的缺陷位置后，根据所述刻度数据信息定位到所述目标物体上的缺陷位置，利用所述探测器对准所述目标物体上的缺陷位置进行探测得到缺陷数据信息。

通常，为了对目标物体实现缺陷检测，需要先进行缺陷扫描。在进行缺陷扫描时，所述载物台的转速一般比较高，比如250转/秒。而为了可以定位到更为精细的位置处的缺陷，所述光学编码器输出的刻度数据的分辨率越高越好。然而，刻度越精细，转速越高，那么所述光学编码器得到的数据量就越大，所述控制模块处理起来就越困难。而受限于所述控制模块的处理能力，所述刻度的精细程度和转速都受到一定程度的限制。

因此，有必要提出改进的方案来克服上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种物体探测系统，其既可以快速的进行物体的扫描，还可以对缺陷进行精确的定位检测。

根据本发明的一个方面，本发明提出一种物体探测系统，其包括载物台、驱动所述载物台旋转的驱动装置、用于定位所述载物台的位置的光学编码器、用于对于载物台上的目标物体进行探测的探测器以及控制模块。所述控制模块具有扫描模式和检测模式，在扫描模式时，所述光学编码器输出第一分辨率刻度数据，所述控制模块根据来自所述光学编码器的第一分辨率刻度数据去控制所述驱动装置以第一预定转速驱动所述载物台旋转以对目标物体进行扫描，在检测模式时，所述光学编码器输出第二分辨率刻度数据，所述控制模块根据来自所述光学编码器的第二分辨率刻度数据去控制所述驱动装置以第二预定转速驱动所述载物台旋转以对目标物体的目标位置进行检测，其中第一分辨率刻度数据的分辨率较第二分辨率刻度数据的分表率低，第二预定转速小于第一预定转速。

在一个进一步的实施例中，在扫描模式时，所述探测器对目标物体的对应位置进行探测得到探测数据，所述控制模块根据所述第一分辨率刻度数据和所述探测数据确定所述目标物体上的目标位置，所述控制模块在得知所述目标物体上的目标位置后切换至检测模式，在检测模式时，所述控制模块控制所述驱动装置以第二预定转速驱动所述载物台旋转并最后停止于所述目标物体上的目标位置，此时所述探测器对准所述目标物体上的目标位置进行探测得到缺陷数据信息。

在一个更进一步的实施例中，所述光学编码器包括有第一光学编码单元和第二光学编码单元，第一光学编码单元支持第一分辨率刻度数据的输出，第二光学编码单元支持第二分辨率刻度数据的输出，在扫描模式时，第一光学编码单元工作，并输出第一分辨率刻度数据给所述控制模块，在检测模式时，第二光学编码单元工作，并输出第二分辨率刻度数据给所述控制模块。

在一个更进一步的实施例中，所述光学编码器包括光发射器、码盘、光探测器和输出电路，所述码盘包括多个间隔透明区域，所述光发射器向所述码盘发射光，所述光探测器探测透过所述码盘的光得到光电感应信号，所述输出电路基于所述光探测器探测得到的光电感应信号处理得到第一分辨率刻度数据或第二分辨率刻度数据，在扫描模式时，所述输出电路输出第一分辨率刻度数据给所述控制模块，在检测模式时，所述输出电路输出第二分辨率刻度数据给所述控制模块。优选的，所述输出电路包括信号产生电路、第一输出单元、模数转换电路和第二输出单元，所述信号产生电路根据所述光探测器得到的光电感应信号得到与所述码盘的位置相关的模拟的余弦通道探测信号x(t)和模拟的正弦通道探测信号y(t)，在扫描模式时，第一输出单元基于模拟的余弦通道探测信号x(t)和模拟的正弦通道探测信号y(t)输出第一分辨率刻度数据，在检测模式时，所述模数转换电路将所述模拟的余弦通道探测信号x(t)和正弦通道探测信号y(t)转换为数字的余弦通道探测信号和正弦通道探测信号，第二输出单元根据得到的数字的余弦通道探测数据和正弦通道探测数据进行运算得到第二分辨率刻度数据。优选的，在扫描模式下，根据探测数据中的目标脉冲与第一分辨率刻度数据中的相邻刻度相差的时间及驱动装置的转速来确定所述目标物体上的目标位置。

在一个更进一步的实施例中，所述码盘与所述载物台相对固定，并跟随所述载物台一同旋转。

在一个更进一步的实施例中，所述目标物体上的目标位置为所述目标物体的缺陷位置。

与现有技术相比，本发明的光学编码器可以支持两种分辨率的刻度数据，在一个方面，利用低分辨率刻度数据进行高速缺陷扫描，同时结合时间偏差及转速来精确定位缺陷位置，在另一个方面，利用高分辨率刻度进行低速精确缺陷定位。这样，既可以快速的进行物体的扫描，还可以对缺陷进行精确的定位检测。

附图说明

图1为本发明中的物体探测系统在一个实施例中的结构示意图；

图2为本发明中的第一分辨率刻度数据、第二分辨率刻度数据和探测数据信息在一个实施例中的示意图；

图3a为本发明中的光学编码器的第一个实施例的结构示意图；

图3b为本发明中的光学编码器的第二个实施例的结构示意图；和

图3c示出了图3b中的输出电路在一个实施例中的示例框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

图1为本发明中的物体探测系统100在一个实施例中的结构示意图。如图1所示，所述物体探测系统100包括载物台110、驱动所述载物台旋转的驱动装置120、用于定位所述载物台的位置的光学编码器130、用于对于载物台上的目标物体进行探测的探测器150以及控制模块140。

所述控制模块140具有扫描模式和检测模式。在扫描模式时，所述光学编码器130输出第一分辨率刻度数据S1，所述控制模块140根据来自所述光学编码器130的第一分辨率刻度数据S1去控制所述驱动装置120以第一预定转速V1驱动所述载物台110旋转以对目标物体进行高速缺陷扫描。在扫描模式后得知有缺陷，那么进入检测模式。在检测模式时，所述光学编码器130输出第二分辨率刻度数据S2，所述控制模块140根据来自所述光学编码器130的第二分辨率刻度数据S2去控制所述驱动装置120以第二预定转速V2驱动所述载物台旋转以对目标物体的缺陷位置进行低速检测。

在一个实施例中，在扫描模式时，所述探测器150对目标物体200的对应位置进行探测得到探测数据，所述控制模块140根据所述第一分辨率刻度数据和所述探测数据确定所述目标物体上的缺陷位置(比如P1)。如图2所示，如果目标物体200的相应位置上有缺陷，则所述探测数据中在该相应位置上会形成缺陷脉冲。在所述目标物体200旋转的同时，所述探测器150可以沿所述目标物体200径向运动，这样可以对所述目标物体200上的各个轨道位置都进行探测。所述第一分辨率刻度数据可以反映所述载物台110的转速，因为转速越快，各个刻度之间的时间间隔越小。由于第一分辨率刻度数据的分辨率较低，因此所述第一预定转速可以较高，比如250转/秒。

在一个实施例中，所述控制模块140在得知所述目标物体200上的缺陷位置(比如P1)后切换至检测模式，在检测模式时，所述控制模块140根据来自所述光学编码器130的第二分辨率刻度数据S2去控制所述驱动装置120以第二预定转速V2驱动所述载物台旋转，并可以最后停止于所述目标物体上的缺陷位置，此时所述探测器150对准所述目标物体上的缺陷位置进行探测得到缺陷数据信息。

第一分辨率刻度数据S1的分辨率较第二分辨率刻度数据S2的分表率低，第二预定转速V2小于第一预定转速V1，比如第一预定转速V1为250转/秒，第二与预定转速V2为1转/秒。由于在检测模式时描述采用了低转速，因为可以采用高分辨率的刻度数据，以定位到更精细的位置。

图2为本发明中的第一分辨率刻度数据S1、第二分辨率刻度数据S2和探测数据信息在一个实施例中的示意图，第一分辨刻度数据和第二分辨率刻度数据中的每个脉冲表示一个刻度，探测数据中的每个脉冲表示一个缺陷位置，P1为探测数据中的一个缺陷脉冲(其对应目标物体上的一个缺陷位置)，从图中可以看出第一分辨率刻度数据S1的分辨率(即刻度精细程度)较第二分辨率刻度数据S2的分辨率低，比如S1可以是每圈1800条刻度线，而S2可以是每圈72,000条刻度线，即S2在S1的每两个刻度线之间设置有400个刻度，这样利用S2可以更准确的定位到某一个具体位置。

所述控制模块140将所述探测数据和所述第一分辨率刻度数据进行对比就可以确定所述缺陷位置，所述缺陷位置可以较所述第一分辨率刻度数据的精度更为精确，比如所述缺陷位置中包括该位置的前一个刻度值以及该位置距离该刻度值的距离△D。在一个实施例中，对一个目标进行高速扫描后，可能得到在所述目标物体上找到多个缺陷位置，比如P1，P2，P3。在得到了所述目标物体的一个缺陷位置的缺陷数据信息后，可以采用同样的方式得到其他缺陷位置的缺陷数据。

在扫描模式下，虽然第一分辨率刻度数据的分辨率较低，但是由于所述驱动装置120的转速较高，转速偏差较小，因此还是可以精确定位各个位置。具体的，可以采用一个位置与第一分辨率刻度数据的相邻刻度相差的时间及驱动装置的转速来精确定位该位置。换句话说，在一个实施例中，根据所述第一分辨率刻度数据和所述探测数据确定所述目标物体上的目标位置为：根据探测数据中的缺陷脉冲(或称为目标脉冲)与第一分辨率刻度数据中的相邻刻度相差的时间及驱动装置的转速来精确确定所述目标物体上的缺陷位置。如图2所示，缺陷脉冲P1所在位置所对应的△D可以根据缺陷脉冲P1与相邻刻度K1相差的时间△t、驱动装置120的转速、检测轨道的直径来计算得到。在检测模式下，驱动装置的转速较低，转速偏差较大，用时间偏差的方式来对最小刻度进行进一步的细分将引入较大误差，因此，在本发明中采用对所述模拟的余弦通道探测信号x(t)和正弦通道探测信号y(t)进行模数转换的方式对刻度进行进一步的细分，以进行更为精确的定位，下文将在合适的位置进行详细介绍。

下面列举所述光学编码器的三个实施例。

在第一个实施例中，如图3a所示，所述光学编码器包括有第一光学编码单元和第二光学编码单元，第一光学编码单元支持第一分辨率刻度数据的输出，第二光学编码单元支持第二分辨率刻度数据的输出。在扫描模式时，第一光学编码单元工作，并输出第一分辨率刻度数据给所述控制模块140，所述控制模块140基于第一分辨率刻度数据控制所述驱动装置120的转动。在检测模式时，第二光学编码单元工作，并输出第二分辨率刻度数据给所述控制模块140，所述控制模块140基于第二分辨率刻度数据控制所述驱动装置120的转动。

其中，每个光学编码单元包括光发射器、码盘、光探测器和输出电路。所述码盘包括多个间隔透明区域，所述光发射器向所述码盘发射光，所述光探测器探测透过所述码盘的光得到光电感应信号，所述输出电路基于所述光探测器探测得到的光电感应信号处理得到刻度数据。

在第二实施例中，如图3b所示，所述光学编码器包括光发射器310、码盘320、光探测器330和输出电路340。所述码盘包括多个间隔透明区域，所述光发射器向所述码盘发射光，所述光探测器探测透过所述码盘的光得到光电感应信号，所述输出电路340基于所述光探测器探测得到的光电感应信号处理得到第一分辨率刻度数据或第二分辨率刻度数据。在扫描模式时，所述输出电路输出第一分辨率刻度数据给所述控制模块，在检测模式时，所述输出电路输出第二分辨率刻度数据给所述控制模块。

图3c示出了图3b中的输出电路在一个实施例中的示例框图。如图3c所示，所述输出电路340包括有信号产生电路341、第一输出单元342、模数转换电路343、第二输出单元344。所述信号产生电路341根据所述光探测器得到的光电感应信号得到与所述码盘320的位置相关的模拟的余弦通道探测信号x(t)和模拟的正弦通道探测信号y(t)。

在扫描模式时，第一输出单元342基于模拟的余弦通道探测信号x(t)和模拟的正弦通道探测信号y(t)输出第一分辨率刻度数据。在一个实施例中，根据余弦通道探测信号x(t)的过零点位置和正弦通道探测信号y(t)的过零点位置来确定第一分辨率刻度数据的刻度。

在检测模式时，所述模数转换电路343将所述模拟的余弦通道探测信号x(t)和正弦通道探测信号y(t)转换为数字的余弦通道探测数据和正弦通道探测数据，比如所述模数转换电路343为8-12位的模数转换器，第二输出单元342根据得到的数字的余弦通道探测数据和正弦通道探测数据进行运算得到第二分辨率刻度数据。由于模数装换电路对模拟的通道探测信号进行了模数转换，并对模拟信号进行了细分，因此可以基于细分的余弦通道探测数据和正弦通道探测数据得到分辨率更高的刻度数据，分辨率提高的程度与所述模数转换器对模拟信号细分的程度有关。

在一个具体的示例中，假设码盘上一共有1800个透明区域(相当于有1800*4=6400个刻度线，每个周期的余弦通道探测数据有两个过零点、每个周期的正选通道探测数据有两个过零点，因此一个周期的模拟信号会被分为4等份)，直径为30mm，在扫描模式下，所述载物台以250转/秒的速度旋转，那么得到的第一分辨率刻度数据的频率为250*1800=450Khz，第一分辨率(即识别精度)为30mm*3.14/1800*4=13.1um。在检测模式下，载物台以1转/秒，假设模数转换器进行10位的模数转换，那么相当于在码盘上设置了2¹⁰*1800=1024*1800=1843200个刻度线，第二分辨率为30mm*3.14/1843200=0.05um，那么得到的第一分辨率刻度数据的频率为1*1843200=184.32Khz。

在第三实施例（未图示）中，所述光学编码器包括第一分辨率的码盘和第二分辨率的码盘，在扫描模式时，所述光学编码器采用第一分辨率的码盘，此时所述光学编码器输出第一分辨率刻度数据，在检测模式时，所述光学编码器采用第二分辨率的码盘，此时所述光学编码器输出第二分辨率刻度数据。

所述码盘与所述载物台相对固定，并跟随所述载物台一同旋转。

对于码盘、光探测器、输出电路的基本工作原理，可以参考现有的各种光学编码器，比如专利申请号为201010549703.1的题目为《高分辨率光学编码器系统、装置和方法》的中国专利申请。

本发明中一个优点、好处或目的在于：本发明的光学编码器可以支持两种分辨率的刻度数据，在一个方面，利用低分辨率刻度数据进行高速缺陷扫描，同时结合时间偏差及转速来精确定位缺陷位置，在另一个方面，利用高分辨率刻度进行低速精确缺陷定位。这样，既可以快速的进行物体的扫描，还可以对缺陷进行精确的定位检测。

虽然通过实施例描述了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (9)

1.一种物体探测系统，其包括载物台、驱动所述载物台旋转的驱动装置、用于定位所述载物台的位置的光学编码器、用于对于载物台上的目标物体进行探测的探测器以及控制模块，

其特征在于，所述控制模块具有扫描模式和检测模式，

在扫描模式时，所述光学编码器输出第一分辨率刻度数据，所述控制模块根据来自所述光学编码器的第一分辨率刻度数据去控制所述驱动装置以第一预定转速驱动所述载物台旋转以对目标物体进行扫描，

在检测模式时，所述光学编码器输出第二分辨率刻度数据，所述控制模块根据来自所述光学编码器的第二分辨率刻度数据去控制所述驱动装置以第二预定转速驱动所述载物台旋转以对目标物体的目标位置进行检测，

其中第一分辨率刻度数据的分辨率较第二分辨率刻度数据的分辨率低，第二预定转速小于第一预定转速，

在扫描模式时，所述探测器对目标物体的对应位置进行探测得到探测数据，所述控制模块根据所述第一分辨率刻度数据和所述探测数据确定所述目标物体上的目标位置，

所述控制模块在得知所述目标物体上的目标位置后切换至检测模式，

在检测模式时，所述控制模块控制所述驱动装置以第二预定转速驱动所述载物台旋转并最后停止于所述目标物体上的目标位置，此时所述探测器对准所述目标物体上的目标位置进行探测得到缺陷数据信息。

2.根据权利要求1所述的物体探测系统，其特征在于，所述光学编码器包括有第一光学编码单元和第二光学编码单元，第一光学编码单元支持第一分辨率刻度数据的输出，第二光学编码单元支持第二分辨率刻度数据的输出，

在扫描模式时，第一光学编码单元工作，并输出第一分辨率刻度数据给所述控制模块，在检测模式时，第二光学编码单元工作，并输出第二分辨率刻度数据给所述控制模块。

3.根据权利要求2所述的物体探测系统，其特征在于，每个光学编码单元包括光发射器、码盘、光探测器和输出电路，

所述码盘包括多个间隔透明区域，

所述光发射器向所述码盘发射光，

所述光探测器探测透过所述码盘的光得到光电感应信号，

所述输出电路基于所述光探测器探测得到的光电感应信号处理得到刻度数据。

4.根据权利要求1所述的物体探测系统，其特征在于，所述光学编码器包括光发射器、码盘、光探测器和输出电路，

所述码盘包括多个间隔透明区域，

所述光发射器向所述码盘发射光，

所述光探测器探测透过所述码盘的光得到光电感应信号，

所述输出电路基于所述光探测器探测得到的光电感应信号处理得到第一分辨率刻度数据或第二分辨率刻度数据，

在扫描模式时，所述输出电路输出第一分辨率刻度数据给所述控制模块，在检测模式时，所述输出电路输出第二分辨率刻度数据给所述控制模块。

5.根据权利要求4所述的物体探测系统，其特征在于，所述输出电路包括信号产生电路、第一输出单元、模数转换电路和第二输出单元，

所述信号产生电路根据所述光探测器得到的光电感应信号得到与所述码盘的位置相关的模拟的余弦通道探测信号x(t)和模拟的正弦通道探测信号y(t)，

在扫描模式时，第一输出单元基于模拟的余弦通道探测信号x(t)和模拟的正弦通道探测信号y(t)输出第一分辨率刻度数据，

在检测模式时，所述模数转换电路将所述模拟的余弦通道探测信号x(t)和正弦通道探测信号y(t)转换为数字的余弦通道探测信号和正弦通道探测信号，第二输出单元根据得到的数字的余弦通道探测数据和正弦通道探测数据进行运算得到第二分辨率刻度数据。

6.根据权利要求4所述的物体探测系统，其特征在于，在扫描模式下，根据探测数据中的目标脉冲与第一分辨率刻度数据中的相邻刻度相差的时间及驱动装置的转速来确定所述目标物体上的目标位置。

7.根据权利要求1所述的物体探测系统，其特征在于，所述光学编码器包括第一分辨率的码盘和第二分辨率的码盘，

在扫描模式时，所述光学编码器采用第一分辨率的码盘，此时所述光学编码器输出第一分辨率刻度数据，

在检测模式时，所述光学编码器采用第二分辨率的码盘，此时所述光学编码器输出第二分辨率刻度数据。

8.根据权利要求4所述的物体探测系统，其特征在于，

所述码盘与所述载物台相对固定，并跟随所述载物台一同旋转。

9.根据权利要求1所述的物体探测系统，其特征在于，所述目标物体上的目标位置为所述目标物体的缺陷位置。