DD228053A1

DD228053A1 - Verfahren zum fotoelektrischen antasten von kanten und strukturen

Info

Publication number: DD228053A1
Application number: DD26895984A
Authority: DD
Inventors: Heinz Priplata; Ingrid Bade
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1984-11-01
Publication date: 1985-10-02
Also published as: DE3527075A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antasten von Kanten und Strukturen mittels Kreis-Kreisring-Detektoren mit dem Ziel, die Messgenauigkeit zu erhoehen. Aufgabe ist es vor allem, eine verbesserte Auswertung der Messsignale bei den Messvorgaengen zu erreichen. Aus den von den Detektoren erzeugten elektrischen Signalen werden durch Differenzbildung Messsignale erzeugt, die in einer Auswerteeinheit oder in einem Rechner weiterverarbeitet werden. Aus den Nullimpulsen dieser Messsignale wird die Lage der Kante oder Struktur bestimmt. Sehr flach verlaufende Messsignale werden nicht zur Verarbeitung weitergeleitet.

Description

Titel:

Verfahren zum fotoelektrischen Antasten von Kanten und Strukturen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fotoelektrischen Antasten von Kanten und Strukturen mittels Kreis-Kreisring-Detektoren, insbesondere von Objektkanten bei Messungen im Durch- und Auflicht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Anwendungsgebiet der objektivierten optoelektronischen Antastung von Meßobjekten weist eine Anzahl unterschiedlicher Sensoren auf, die zur Lösung spezifischer Meßprobleme in der Fertigungs- und Längenmeßtechnik eingesetzt werden·

Aus der DE-OS 31 43 948 ist ein fotoelektrisches Verfahren und eine Empfängeranordnung zur Lageerkennung kantenförmiger Meßstrukturen bekannt, bei welchem Kreis-Kreiring-Detektoren angewendet werden« Diese bestehen aus einem kreisförmigen inneren und einem kreisringförmigen äußeren Detektor, wobei die lichtempfindlichen Flächen gegeneinander isoliert sind und vorteilhaft gleiche Flächeninhalte aufweisen.- Das Meßsignal

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-1.1184-0208253

wird dabei durch Differenzschaltung beider Empfängerflächen gebildet.-

Es ist ein Nachteil dieses bekannten "Verfahrens, daß bei spitzem Winkel zwischen Antastrichtung und Lage der Strukturkante oder Strichstruktur die geometrischphysikalisch bedingten Einflußgrößen unzulässige Überschreitungen der Meßunsicherheit bewirken, weil die gewonnenen Meßsignale sehr flach, d.h. mit geringer Steigung, verlaufen. Eine sichere Fixierung eines Nulldurchganges dieses Signales, der die Lage der Strukturkante bestimmt, ist nicht mehr möglich. Im ungünstigsten Falle, z. B. wenn die Strukturkante oder Strichstruktur die Detektorflächeη bei der Antastung nicht mehr voll überschreitet, wird kein, einen ITulldurchgang besitzendes Differenzsignal (Meßsignal) erzeugt. In diesem Falle ist eine Lagebestimmung der Struktur nicht möglich«

Ziel der Erfindung

Es ist Zweck der Erfindung, diese Mangel des Standes der !Technik zu beseitigen und die Antast- und Meßgenauigkeit zu erhöhen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum fotoelektrischen Antasten von Kanten und Strukturen zu schaffen, mit welchen durch verbesserte Auswertung der Meßsignale fotoelektrischer Detektoren bei manuellen und insbesondere bei automatisch ablaufenden, rechnergestützten Meßvorgängen die Meßgenauigkeit gesteigert und die Meßunsicherheit vermindert werden.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum fotoelektrischen Antasten von Kanten und Strukturen mittels relativ zu den Kanten oder Strukturen bewegbarer Kreis-Kreisring-Detektoren, wobei aus den, von den Detektoren gelieferten elektrischen Signalen durch Summenoder Differenzbildung Meßsignale gebildet werden, deren Nulldurchgänge den Ort der angetasteten Kante oder Struktur entlang einer in Verschieberichtung des Detektors verlaufenden Koordinate bestimmen, dadurch gelöst, daß mindestens zwei Schwellwerte U.i U₂ (Amplitudenwerte) des Meßsignales festgelegt werden, daß der Verschiebeweg der Detektoren entlang der Koordinate mittels eines Wegoder-Zeitgebers in Weg- oder Zeitinkremente eingeteilt wird, wobei die Y/ertigkeit dieser Inkremente längs dieser Koordinate χ eine steigende oder fallende Tendenz x.. %* X₂ ic ··· ic^xi> "fc-i ^ *2 ^ *** ^ ^i besitzen, ^{daß die} zwischen den zu diesen Schwellwerten U-; U₂ gehörenden Koordinatenwerte x*¹» ^₂ ¹ bzw· t-; t₂ vorhandene Anzahl Έ der Weg- oder Zeitinkremente mittels eines Zählers ermittelt wird, und daß die ermittelte Anzahl IT dieser Inkremente mit einer vorher festgelegten Inkrementenanzahl IJ in einer Auswerteeinheit oder in einem Rechner verglichen wird, derart, daß bei N > N eine Übernahme der Uullimpulse des Meßsignals in die Auswerteeinheit oder in den Rechner nicht erfolgt«

Zur eindeutigen Antastung insbesondere, von Strukturen ist es vorteilhaft, wenn die während des Überfahrens der Kante oder Struktur durch die Detektoren erzeugten, zeitlich aufeinanderfolgenden Nullimpulse des Meßsignals mit den zu ihnen gehörenden Koordinatenwerten verglichen werden, derart, daß bei Abweichung zweier in Bewegungsrichtung aufeinanderfolgender Koordinatenwerte von der

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ο ο

ihnen zugeordneten, steigenden oder fallenden Tendenz eine Übernahme der Hullimpulse in die Auswerteeinheit oder in den Rechner nicht erfolgt bzw· die Relativbewegung zwischen den Detektoren und der Kante oder Struktur unterbrochen wird.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Lage von Kanten und Strukturen werden Unsicherheiten und Ungenauigkeiten weitestgehend vermieden, da unsichere bzw. für die Auswertung unbrauchbare Meßsignale vermieden werden bzw. nicht zur Weiterverarbeitung gelangen. Diese Signale werden nur ab einer vorher festgelegten Steilheit ihres Amplitudeverlaufes der Auswerteeinheit oder dem Rechner zugeführt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen Pig. 1 schematisch die Verhältnisse bei der Antastung

einer Kante, Pig. 2 schematisch die Verhältnisse bei der Antastung einer Struktur in Form eines schmalen Rechtecks

und Pig. 3 in vergrößerter Porm den Signalverlauf nach Pig. 1 mit Angabe der Schwellwerte U-; U₂ und der Inkremente.

Pig..1 zeigt einen fotoelektrischen Kreis-Kreisring-Detektor mit den Detektorflächen T und 2 zum Antasten einer Kante 3, wobei der Detektor und die Kante 3 relativ zueinander entlang einer Koordinate χ verschiebbar sind. Bei der Verschiebung, z. B. der Kante 3 über den Detektor hinweg von der Stellung I in die Stellung II

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v/erden von jeder Detektorfläche elektrische Signale erzeugt, aus denen durch Differenzbildung ein Meßsignal A, dessen Verlauf in Pig. 1 dargestellt ist, gebildet wird. Der Nulldurchgang x.p ß^^ den Ort der angetasteten Kante 3 an und wird mittels einer Auswerteeinheit oder eines Rechners (nicht dargestellt) ermittelt· Diese Verfahrensweise der Auswertung des Meßsignals A bereitet bei senkrecht zur Kante 3 verlaufender Antastrichtung keine Schwierigkeiten, da wegen der großen Steigung der Kurve des Meßsignals A der Nulldurchgang bei x.^ sicher ermittelbar ist. Das Meßsignal B (gestrichelt dargestellt) ergibt sich, wenn eine schräg zur Antastrichtung liegende Kante 4 über die Flächen 1 und 2 des Detektors vom Ort III nach dem Ort IV bewegt wird. Das Meßsignal B verläuft wesentlich flacher, und ab einer gewissen minimalen Steilheit ist eine sichere Erfassung des Nullimpulses beim Nulldurchgang Xg₂ nicht mehr möglich. Um zu vermeiden, daß un-•sichere Nullimpulse der Auswerteeinheit oder dem Rechner zugeführt werden, sind mindestens zwei Schwellwerte IL; U₂ (Amplitudenwerte) der Meßsignale A; B (Pig. 3) festgelegt, und der Verschiebeweg des Detektors entlang der Koordinate χ ist mittels eines nichtdargestellten Wegoder Zeitgebers in Weg- oder Zeitinkremente eingeteilt. In Pig. 3 sind diese Inkremente allgemein mit N und entsprechenden Indizes gekennzeichnet. Diesen Inkrementen N sind Maschinenkoordinaten x. mit einer Wertigkeit steigender oder fallender Tendenz zugeordnet, nämlich gemäß Pig. 1 ist x.- ^ x.₂ ^ ^xai ^0<^^er ^ei Ze it inkremente η ^A 1 ^ ^ 4.2 £ ^A3* ³^enso gilt -^ ^die Nulldurchgänge der Signalkurven C und D (Pig. 2) entlang der Koordinatenachse χ

^XC1 £ ^XC2 $ ^XC3 $ ^XC4 ^Und

^XD2

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Die zwischen den zu den Schwel !werte η U. und Up gehörenden Koordinaten ^χ| a-i ^{und x}'a2 ^{tzw# χ1}Β1 ^{und zf}B2 ^voriia!::L" dene Anzahl der Inkremente H. bzw. E₀ (Pig· 3) wird raittels eines Zählers (nicht dargestellt) ermittelt, und die-Anzahl Έ. und E_n wird in der Auswerteeinheit oder

A ο

im Rechner mit einer vorher festgelegten Inkrementeanzahl Ή verglichen« Ist die Anzahl der Inkremente H ,> IT.

bei flach verlaufenden Kurven der Pail ist, so erfolgt keine Übernahme der Uullimpulse des Meßsignals in die Auswerteeinheit oder in den Rechner, In Fig* 3 sind diese Verhältnisse am Beispiel der Kurven A und B dargestellt und durch die Ungleichung N-g > 1 "> U. gekennzeichnet«

In Fig. 2 ist der Verlauf von Meßsignalen G und D dargestellt, die beim Überfahren der Flächen 1 und 2 durch . Strukturen 5 und 6 unterschiedlicher neigung zur Koordinate χ (Verschieberichtung) durch Differenzbildung der von den-Detektorflächeη gelieferten Signale gebildet werden. So entsteht das Meßsignal G z. B. bei der Bewegung der Struktur 5 von der Stellung V in die Lage VI. Analog dazu entsteht das Meßsignal D bei der Verschiebung der Struktur 6 von der Stellung VII nach der Stellung VIII. Zur Bestimmung einer definierten Stellung der Struktur, z, B. eines Striches einer Teilung, werden durch die Auswerteeinheit oder durch den Rechner die Impulse bei den lulldurchgängen x~^, ·.., Xq, bzw. x^^, ··., x-q. der Meßsignale G und D ausgewertet, wobei jeweils die vier.UuIldurchgänge eines Meßsignals erfaßt, werden müssen. Auch hier sind mindestens zwei Schwellwerte U₁; U₂ festgelegt und der Verschiebeweg des Detektors entlang der Koordinate χ ist in Inkremente H eingeteilt, die gezählt werden. Auch hier-gilt, wie bei Fig. 1 und 3 beschrieben, wenn die Anzahl N der Inkremente, die zwischen den, den

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Schwellwerten U..; Up zugehörigen Koordinaten χ liegen, größer als eine vorher festgelegte Anzahl U der Inkremente ist, wird die Übernahme der Hulliinpulse in die Auswerteeinheit verhindert.

Um zu gewährleisten, daß auch alle Uulldurchgänge des Meßsignals in richtiger Reihenfolge erfaßt werden, wird die steigende oder fallende Tendenz der Wertigkeit der Inkreraente oder Koordinaten in x-Richtung in der Auswerte· einheit oder dem Rechner bewertet. Aus den vier Nullimpulsen wird die Lage der Struktur ermittelt.

Anstelle einer festgelegten Anzahl Ή von Inkrementen kann auch ein Anstieg ^p festgelegt werden,· welcher mit den Anstiegen Cp^ und (p _B (Pig· 1 und 3) verglichen wird. Die Anstiege Cp . und Cp^ werden dann durch die Auswerteeinheit bzw· durch den Rechner aus den Schwellwerten U₁; U₂ und den dazugehörigen Inkrementen 35L und Έ-ο ermittelt. Ist der ermittelte Anstieg, ζ. Β. ^ώ» kleiner als der Anstieg ^₀ erfolgt keine Übernahme der Hullimpulse in den Rechner.

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Claims

P at e nt ans pr lie he

1. Verfahren zum fotoe.lektrischen Antasten von Kanten und Strukturen mittels relativ zu den Kanten oder Strukturen bewegbarer Krels-Kreisring-Detektoren,_ wobei aus den, von den Detektoren gelieferten elektrischen Signalen durch Summen- oder Differenzbildung Meßsignale gebildet werden, deren llulldurchgänge den Ort der angetasteten Kante oder Struktur entlang einer in Verschieberichtung des Detektors verlaufenden Koordinate bestimmen, dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens zwei Schwellwerte XL·; U₂ (Amplitudenwerte) des Meßsignals festgelegt werden., daß der Verschiebeweg der'Detektoren entlang der Koordinate mittels eines Weg- oder Zeitgebers in Wegoder Zeitinkremente eingeteilt wird, wobei die Wertigkeit dieser Inkremente längs dieser Koordinate χ eine steigende oder fallende Tendenz x. ^ x->^···

^ x.; t.. ^ t₂ ^ ♦·· ^^i besitzen, daß die zwischen den zu diesen Schwellwerten U..; U₂ gehörenden Koordinatenwerte x*-; x'p bzw. t-; t₂ vorhandene Anzahl 1 der Weg- oder Zeitinkremente mittels eines Zählers ermittelt wird, und daß die ermittelte Anzahl Έ dieser Inkremente mit einer vorher festgelegten Inkrementenanzahl Ii in

einer Auswerteeinheit oder in einem Rechner verglichen wird, derart, daß bei Έ >> Έ eine Übernahme der Nullimpulse des Meßsignals in die Auswerteeinheit oder in den Rechner nicht erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Überfahre ns der Kante oder

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Struktur durch die Detektoren erzeugten, zeitlich aufeinanderfolgenden Nullimpulse des Meßsignals mit den zu ihnen gehörenden Koordinatenwerten verglichen werden, derart, daß bei Abweichung zweier in Bewegungsrichtung aufeinanderfolgender Koordinatenwerte von der ihnen zugeordneten steigenden oder fallenden Tendenz eine Übernahme der Nullimpulse in die Auswerteeinheit oder in den Rechner nicht erfolgt bzw», die Relativbewegung zwischen den Detektoren und der Kante oder Struktur unterbrochen 'wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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