DE602005002690T2

DE602005002690T2 - Optisches Messgerät

Info

Publication number: DE602005002690T2
Application number: DE602005002690T
Authority: DE
Inventors: Yasuharu Takayama
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2025-07-13
Also published as: US20060017940A1; EP1619467B1; JP2006038487A; CN1724970A; DE602005002690D1; EP1619467A1; CN100473943C; US7253910B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Messgerät vom Abtasttyp, das einen kollimierten Strahl verwendet.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein optisches Messgerät umfasst einen Projektor und einen Photorezeptor, die durch einen Abtastbereich, in dem ein zu messendes Werkstück angeordnet ist, getrennt angeordnet sind. Ein kollimierter Strahl von dem Projektor wird verwendet, um wiederholt den Abtastbereich abzutasten, und der Photorezeptor empfängt den Strahl, der den Abtastbereich durchstrahlt, um Abtastsignale zu erzeugen. Die Abtastsignale werden besonders verarbeitet, um einen gemessenen Wert anzuzeigen (wie z. B. eine Abmessung und eine Rundheit des zu messenden Werkstückes).
Der Projektor und der Photorezeptor enthält teuere optische Komponenten (wie z. B. einen Halbleitelaser, Photodioden, Linsen und Spiegel. Um Kontamination und Beschädigung der optischen Komponenten zu vermeiden, werden der Projektor und der Photorezeptor jeweils mit einem Gehäuse versehen, das die optischen Komponenten einschließt.
Das Gehäuse besitzt ein Fenster mit einem Schutzglas, das darin eingepasst ist. Der kollimierte Strahl, der in dem Projektor erzeugt wird, wird zu dem Abtastbereich in einer externen Umgebung geleitet, nachdem er das Schutzglas durchstrahlt hat. Der kollimierte Strahl, der den Abtastbereich durchstrahlt hat, geht durch das Schutzglas hindurch und wird zu dem Photorezeptor geleitet. Das Schutzglas ist der externen Umgebung ausgesetzt und wird entsprechend leicht kontaminiert und gelegentlich beschädigt. Die Kontamination wird z. B. zu einem Hindernis für Messungen und verursacht wachsende Messfehler. Es wurde deshalb ein Größenmessgerät vorgeschlagen, das eine Fremdsubstanz erfassen kann, die sich in dem optischen Pfad des Strahls befindet ( JP-A-11-83448 , Absätze 0029-0043 , 2 und 3).
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein optisches Messgerät bereitzustellen, das in der Lage ist, die Präzision der Erfassung einer Abnormalität in dem optischen Pfad des Strahls zu verbessern.
Die japanische Patentanmeldung 61111447 beschreibt ein Photomaskentestsystem einschließlich eines binären Codierschaltkreises, der einen ersten binären Codierschaltkreis auf der Basis eines optimalen Schwellwertes und einen zweiten binären Codierschaltkreis, der auf der Basis eines Schwellwertes arbeitet, der Oberflächenunregelmäßigkeiten einer Photomaskenstruktur, die betrachtet wird, betrifft, einschließt. Basierend auf dem ersten und dem zweitem Schwellwert wird ein geeigneter Testwert erzeugt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein optisches Messgerät und ein Verfahren, wie sie im Anspruch 1 bzw. 9 definiert werden, bereit.
In dem optischen Messgerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Abnormalität basierend auf der Tatsache detektiert, dass ein Unterschied zwischen gemessenen Werten als Ergebnis aus Messungen mit unterschiedlichen Schwellwerten auftritt, wenn eine Abnormalität in dem optischen Pfad des Strahls zwischen dem Lichtemissionselement und dem Photorezeptorelement auftritt. Die Abnormalität wird gemeldet, wenn sie erfasst wird. In dem optischen Messgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der Vielzahl von unterschiedlichen Schwellwerten drei oder mehr sein. Das Entscheidungsmittel vergleicht gemessene Werte für jede der Kombinationen der Vielzahl von gemessenen Werten, um den Grad der Abnormalität zu bestimmen, und die Meldeeinrichtung stellt unterschiedliche Meldungen gemäß dem Grad der Abnormalität bereit. Dadurch kann der Operateur den Grad der Abnormalität leicht in Erfahrung bringen, da der Inhalt, der gemeldet werden soll, gemäß dem Grad der Abnormalität geändert wird.
In dem optischen Messgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Erzeugungseinrichtung einen Schwellwertumschaltschaltkreis einschließen, der so betrieben werden kann, dass er zwischen einer Vielzahl von Schwellwerten umschaltet. In diesem Fall kann die Schaltung gemeinsam genutzt werden. Dies ist besonders effektiv, wenn eine große Zahl von Schwellwerten verwendet werden.
In dem optischen Messgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, jeden der Vielzahl von gemessenen Werten als einen Messwert anzuzeigen. In diesem Fall kann auch ein bestimmter Schwellwert zur Verwendung in normalen Messungen beim Messen der Abnormalität verwendet werden, um die Konfiguration des Gerätes für dieses Ausmaß zu vereinfachen.
In der vorliegenden Erfindung wird die Abnormalität basierend auf der Tatsache erfasst, dass ein Unterschied auftritt zwischen gemessenen Werten, die sich aus Messungen ergeben, und unterschiedlichen Schwellwerten, wenn eine Abnormalität in dem optischen Pfad des Strahls auftritt. Deshalb kann die Präzision der Abnormalitätserfassung verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das ein optisches Messgerät gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist ein Timing-Diagramm, das eine Messung eines zu vermessenden Werkstückes veranschaulicht unter Verwendung des optischen Messgerätes gemäß der Ausführungsform;
3a bis 3d sind Wellenformdiagramme, die die Beziehungen zwischen einem Abtastsignal und einer Kontamination auf einem Schutzglas zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Kontaminationserfassungsprozess gemäß der Ausführungsform veranschaulicht; und
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Modifikation des optischen Messgerätes gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unten ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
(Konfiguration des optischen Messgerätes)
1 ist ein Blockdiagramm, das ein optisches Messgerät 1 gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. Das Gerät 1 umfasst einen Projektor 3, einen Photorezeptor 5 und eine Steuerung 7. Der Projektor 3 liegt dem Photorezeptor 5 mit einem Abtastbereich R dazwischen gegenüber. Der Abtastbereich R ist ein Bereich, der in einen externen Umgebung liegt, der verwendet wird, ein zu vermessendes Werkstück W anzuordnen. Die Steuerung 7 ist mit dem Projektor 3 und dem Photorezeptor 5 durch Kabel (nicht gezeigt) verbunden, um verschiedene Kontrollen, die für die Messungen erforderlich sind, durchzuführen.
Der Projektor 3 schließt ein Lichtemissionselement 9, wie z. B. einen Halbleiterlaser, einen Spiegel 11, der so betrieben werden kann, dass er einen Strahl B1, der von dem Element 9 emitiert wird, reflektiert. Er schließt auch einen Polygonspiegel 15 ein, der so betrieben werden kann, dass er den Strahl B1, der von dem Spiegel 11 reflektiert wurde, empfangen kann, während er mit hoher Geschwindigkeit durch den Motor 13 in Pfeilrichtung A gedreht wird. Er schließt weiterhin eine Kollimatorlinse 17 ein, die so betrieben werden kann, dass sie den Strahl B1, der an dem Spiegel 11 reflektiert wurde, in einem kollimierten Strahl B2 umwandelt. Wenn sich der Polygonspiegel 15 dreht, wird der kollimierte Stahl B2 so abgelenkt, dass er den Abtastbereich R wiederholt abtastet. Diese Komponenten, die in dem Projektor 3 enthalten sind, sind in dem Gehäuse 19 enthalten. Auf einer Seite des Gehäuses 19 ist ein Fenster mit einem Schutzglas 21, das dann eingepasst ist, bereitgestellt, das der Kollimatorlinse 17 gegenüberliegt. Der kollimierte Strahl 62 strahlt durch das Schutzglas 21 und bestrahlt damit den Abtastbereich R. Der Projektor 3 schließt weiterhin eine Timing-Photodiode 23 ein, die außerhalb des effektiven Abtastbereiches des Strahls B1, der von dem Polygonspiegel 15 reflektiert wird, angeordnet ist, um den Anfang oder das Ende einer Abtastung zu erfassen und um ein Timing-Signal S4 bereitzustellen. Das Timing-Signal S4 wird durch einen Verstärker (AMP) 65 verstärkt und in eine CPU 55 und einem Gatesignalerzeuger 39 eingespeist, die später beschrieben werden.
Der Photorezeptor 5 schließt eine Kondensorlinse 25, die so betrieben werden kann, dass sie den kollimierten Strahl B2, der den Abtastbereich R durchstrahlt, empfangt, und ein Photorezeptorelement 27, das so betrieben werden kann, dass sie einen Strahl 63 empfängt, der durch die Kondensorlinse 25 gesammelt wurde, ein, und stellt ein gescanntes Signal S1 bereit. Er schließt auch einen Verstärker 33 ein, der so betrieben werden kann, dass er das gescannte Signal S1 verstärkt. Das Photorezeptorelement 27 kann z. B. eine Photodiode umfassen. Die Kondensorlinse 25, das Photorezeptorelement 27 und der Verstärker 33 sind in einer Umhüllung 29 eingehäust. Auf einer Seite der Umhüllung 29 ist ein Fenster mit einem Schutzglas 31, das dann eingepasst ist, bereitgestellt, welches der Kondensorlinse 25 gegenüberliegt. Der kollimierte Strahl B2, der den Abtastbereich R durchstrahlt hat, wird auf das Schutzglas 31 übertragen und tritt in die Kondensorlinse 25 ein.
Folgende Beschreibung wird für die Steuerung 7 gegeben.
Die Steuerung 7 schließt eine Formungseinheit 35 ein, die so betrieben werden kann, dass sie das Abtastsignal S1 durch den Verstärker 33 verstärkt und ein geformtes Signal S2 bereitstellt. Die Formungseinheit 35 hat drei Formungsschaltkreise (insbesondere Komparatorschaltkreise) 37. Der Formungsschaltkreis 37-1 formt das Abtastsignal S1 mit Bezug auf einen Schwellwert (TH₉₀), der 90% des Peakwertes des Abtastsignales S1 ist. Ähnlich formt der Formungsschaltkreis 37-2 das Abtastsignal S1 mit Bezug auf einen Schwellwert (TH₅₀), der 50% ist, und der Formungsschaltkreis 37-3 mit Bezug auf einen Schwellwert (TH₁₀), der 10% beträgt.
Die Steuerung 7 schließt torsignalerzeugende Schaltkreise 39 ein, die betrieben werden können, einen Rand des geformten Signals S2 basierend auf dem Timing des Timing-Signals S4 auszuwählen und erzeugt ein binarisiertes Signal S3 oder ein Torsignal. Es gibt drei torsignalerzeugende Schaltkreise 39, und die Schaltkreise 39-1, 39-2, 39-3 entsprechen den Formungsschaltkreisen 37-1, 37-2 bzw. 37-3. Die Formungseinheit 35 und die Torsignalerzeugungsschaltkreise 39 konfigurieren einen Generator 45, der betrieben werden kann, das Abtastsignal mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Schwellwerten zu binarisieren, um eine Vielzahl von binarisierten Signalen mit den entsprechenden Schwellwerten zu erzeugen.
Die Steuerung 7 umfasst einen Taktpulsoszillator 47, drei Und-Schaltkreise 49 und drei Zähler 51. Die Und-Schaltkreise 49 und die Zähler 51 sind entsprechend den entsprechenden Formungsschaltkreisen 37 bereitgestellt. Jedes binarisierte Signal S3 wird einem der Eingangsanschlüsse des entsprechenden Und-Schaltkreises 49 zugeführt. Die Taktpulse CLK, die in dem Oszillator 47 erzeugt wurden, werden den anderen Eingangsanschlüssen des Und-Schaltkreises 49 zugeführt. Eine Ausgabe des Und-Schaltkreises 49 wird in den entsprechenden Zähler 51 eingespeist. Die Steuerung 7 umfasst auch einen Frequenzteiler 53, der so betrieben werden kann, dass er die Taktpulse von dem Taktpulsoszillator 47 empfängt. Eine Ausgabe aus dem Frequenzteiler 53 wird in der Rotationsynchronisation des Motors 13 verwendet.
Die Steuerung 7 umfasst weiterhin eine CPU 55, die so betrieben werden kann, dass sie verschiedene Kontrollen ausführen kann, die für Messungen benötigt werden, und ein Speicher 57 kann so betrieben werden, dass er verschiedene Daten usw., die für die Messungen erforderlich sind, speichert. Sie umfasst auch eine Anzeige 59, die betrieben werden kann, dass sie einen gemessenen Wert usw. anzeigt, eine Einstelltaste 61, die so betrieben werden kann, dass durch sie verschiedene Einstellungen, die für die Messungen erforderlich sind, eingegeben werden können, und eine Meldeeinheit 63, die so betrieben werden kann, dass sie eine Abnormalität meldet, wenn die Abnormalität in dem optischen Pfad des Strahls auftritt.
Die CPU 55, der Speicher 57, die Torsignalerzeugungsschaltkreise 39 und die drei Zähler 51 sind untereinander über einen Hauptbus 67 verbunden. Die Anzeige 59, der Einstellschlüssel 61 und die Meldeeinheit 63 sind über eine I/O-Schnittstelle 69 an den Hauptbus 67 angeschlossen.
(Messung durch die optische Messvorrichtung)
Die optische Messvorrichtung 1 wird verwendet, einen Messwert über eine Abmessung eines Werkstückes W (wie z. B. einen Durchmesser des Werkstückes W) im Betrieb zu erhalten, was mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben wird. 2 ist ein Timing-Diagramm zur Veranschaulichung der Messung. Das lichtemitierende Element 9 wird zuerst veranlasst, den Strahl B1 zu emitieren, während sich der Polygonspiegel 15 mit hoher Geschwindigkeit synchron zu den Taktpulsen CLK rotiert. Der Strahl B1 wird an dem Polygonspiegel 15 reflektiert und wird durch die Kollimatorlinse 17 in den kollimierten Strahl 62 umgewandelt. Der kollimierte Strahl B2 wird verwendet, wiederholt das Abtastgebiet R, in dem sich das Werkstück W befindet, abzutasten.
Das Licht, das durch das Abtastgebiet R durchgeht, wird durch die Kondensorlinse 25 gesammelt und an dem Photorezeptorelement 27 empfangen. Als ein Ergebnis stellt das Photorezeptorelement 27 das Abtastsignal S1 bereit. Da das Photorezeptorelement 27 durch das Werkstück W verdeckt wird, weist das Abtastsignal S1 eine entsprechende Wellenform auf. In 2 bezeichnet der Buchstabe s eine Abtastsignalausgabe während einer Abtastung. Ein Niederspannungsbereich L entspricht dem Durchmesser des Werkstückes W.
Das Abtastsignal S1 wird durch den Verstärker 33 verstärkt und in jedem Formungsschaltkreis 37 zugeführt, während das binarisierte Signal, das mit dem Schwelllwert 50% erzeugt wurde (ein Beispiel eines bestimmten Schwellwertes), für die Messungen verwendet wird. Entsprechend wird im Folgenden die Verarbeitung des Abtastsignal S1, das zu dem Formungsschaltkreis 37-2 zugeführt wird, beschrieben.
Wenn das Abtastsignal S1 zu dem Formungsschaltkreis 37-2 zugeführt wird, wird das geformte Signal S2, das mit dem Schwellwert 50% geformt wurde, ausgegeben. Auf der Basis des Signals S2 erzeugt der Torsignalerzeugungsschaltkreis 39-2 das binarisierte Signal S3 oder das Torsignal. Das Signal S3 und die Taktpulse CLK werden dem Und-Schaltkreis 49-2 zugeführt. Als ein Ergebnis laufen die Taktpulse CLK durch den Und-Schaltkreis 49-2 während der "H"-Periode des binarisierten Signals S3 und werden an dem Zähler 51-2 gezählt. Mit anderen Worten werden die Taktpulse CLK während einer Periode gezählt, in der der Strahl B3 nicht empfangen werden kann, weil das Photorezeptorelement 27 durch das Werkstück W verdeckt wird. Die Pulszahl wird verwendet, um einen gemessenen Wert (einen Durchmesser des Werkstückes W in diesem Beispiel) in der CPU 55 zu berechnen. Da das Abtastgebiet R wiederholt abgetastet wird, wird ein Mittelwert von Daten, die man während verschiedener Abtastungen erhält, auf der Anzeigevorrichtung 59 als der gemessene Wert angezeigt.
(Erfassung von Kontamination)
Kontamination kann auf dem Schutzglas 21, 31 vorhanden sein (ein Beispiel für die Abnormalität, die in dem optischen Pfad des Strahls zwischen dem Lichtemissionselement 9 und dem Photorezeptorelement 27 auftreten kann). In dieser Ausführungsform wird die Kontamination basierend auf der Tatsache erfasst, dass ein Unterschied zwischen gemessenen Werten, die sich aus Messungen mit unterschiedlichen Schwellwerten ergeben, auftritt. Die Kontamination wird gemeldet, wenn sie erfasst ist. Eine ausführliche Beschreibung wird unten gegeben.
3 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Beziehung zwischen dem Abtastsignal S1 und der Kontamination auf dem Schutzglas zeigt. Ein gestörter Bereich E in der Wellenform deutet die Anwesenheit einer Kontamination an. Die Breite des Bereiches E, groß oder klein, entspricht der kontaminierten Fläche. Eine große Breite des Bereiches E zeigt eine große Fläche an Kontamination an. Die geringe Breite zeigt eine kleine Fläche an. Auf der anderen Seite entspricht die Tiefe des Bereiches E, groß und klein, der Dichte der Kontamination. Eine große Tiefe des Bereiches E zeigt eine dicke Kontamination an, und eine kleine Tiefe zeigt eine dünne Kontamination an.
3a zeigt eine Wellenform in Abwesenheit der Kontamination. 3b zeigt eine Wellenform bei Anwesenheit einer Vielzahl von kleinen Flächen, die dünn kontaminiert sind, an. 3c zeigt eine Wellenform für die Anwesenheit einer einzelnen mittleren Fläche, die dick kontaminiert ist. 3d zeigt eine Wellenform für die Anwesenheit einer einzelnen großen Fläche, die dünn kontaminiert ist, und die teilweise das Werkstück W überlappt. Wie in der 3a gezeigt ist, tritt bei Abwesenheit einer Kontamination kaum ein Unterschied zwischen gemessenen Werten resultierend aus Messungen auf, selbst wenn der Schwellwert geändert wird. Im Gegensatz dazu, wie in den 3b-3d gezeigt ist, tritt ein Unterschied bei Anwesenheit eine Kontamination zwischen gemessenen Werten resultierend aus den Messungen bei unterschiedlichen Schwellwerten auf als ein Ergebnis des geformten Signals S2, das in 2 gezeigt ist, das unter diesem Einfluss leidet. Die Anwesenheit von Kontamination stört die Wellenform des Abtastsignals S1. Die Ursache der Störung wird mit Bezug auf das Beispiel von 3c beschrieben.
Das Abtastsignal S1 wird allgemein mit dem Schwellwert 50% geformt. Fällt ein gemessener Wert aus diesem Wert, entsteht ein Fehler im Verhältnis zum Strahldurchmesser. Um den Fehler zu reduzieren, wird der Strahldurchmesser am Ort des Werkstückes W minimiert. Auf diese Weise tritt in Abwesenheit einer Kontamination, wie in 3a gezeigt ist, kein Unterschied bei gemessenen Werten auf, selbst wenn der Schwellwert geändert wird. Auf der anderen Seite ist der Strahldurchmesser am Ort des Schutzglases größer. Deshalb unterscheiden sich die gemessenen Werte bei Anwesenheit einer Kontamination, wie in 3c gezeigt ist, weitgehend, wenn der Schwellwert für die Messungen geändert wird.
Wenn man insbesondere den Strahldurchmesser beschreibt, ist das Werkstück W im Allgemeinen an der Focusposition der Kollimatorlinse 17 angeordnet und der Strahl wird so schmal wie möglich focusiert. Deshalb ist der Strahldurchmesser gleich 0,1 mm am Ort des Werkstückes W. Im Gegensatz dazu ist der Strahldurchmesser gleich 2 mm am Ort des Schutzglases 21, 31.
Auf diese Weise variiert der gemessene Wert abhängig vom Grad der Kontamination (der Fläche, groß und klein, und der Dichte groß und klein), bei Anwesenheit von Kontamination auf dem Schutzglas 21 oder dem Schutzglas 31. Diese Tatsache wird in dieser Ausführungsform verwendet, Kontamination zu erfassen.
Die Erfassung der Kontamination in dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf die 1–4 beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm, das einen Kontaminationserfassungsprozess gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. Als erstes werden gemessene Werte Q₉₀, Q₅₀, Q₁₀ einer Abmessung mit Bezug auf die Schwellwerte 90%, 50% bzw. 10% (Schritt 1) berechnet.
Wie in 1 gezeigt ist, wird in der Ausführungsform der gemessene Wert Q₅₀ mit dem Schwellwert 50% abgeleitet. Zur selben Zeit wird ebenso der gemessene Wert Q₅₀ in dem Fall des Schwellwertes 90% und der gemessene Wert Q₁₀ im Fall des Schwellwertes 10% abgeleitet. Mit einem Wort wird das Abtastsignal S1 den Formungsschaltkreisen 37-1, 37-3 als auch dem Formungsschaltkreis 37-2 gleichzeitig zugeführt. Dann erzeugen die Formungsschaltkreise 37-1, 37-3 wie bei der Verarbeitung mit dem Schwellwert 50% das geformte Signal S2, und die torsignalerzeugenden Schaltkreise 39-1, 39-3 erzeugen das binarisierte Signal S3. Danach lassen die UND-Schaltkreise 49-1, 49-3 die Taktpulse CLK während der "H"-Periode des binarisierten Signal S3 durch, und die Pulse werden in den Zähler 51-1, 51-3 gezählt. Auf der Basis der Zählung werden die gemessenen Werte Q₅₀, Q₁₀ in der CPU 55 berechnet.
Als nächstes bestimmt im Schritt 2 die CPU 55, ob der Absolutwert eines Unterschiedes zwischen dem gemessenen Wert Q₉₀ und dem gemessenen Wert Q₅₀ (oder einer Variation des gemessenen Wertes) gleich ist zu oder größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert V1. Der Referenzwert V1 wird bestimmt, indem gemessene Wert mit unterschiedlichen Grad der Kontamination (der Fläche, groß und klein, und der Dichte, große und klein) abgeleitet werden, und indem auf der Basis der gemessenen Werte Beziehungen zwischen der Kontamination und der Variation der gemessenen Werte verifiziert werden.
Wenn der Absolutwert gleich oder größer als ein Referenzwert V1 ist, wird die Anwesenheit einer Kontamination auf dem Schutzglas, wie in 3b–3d gezeigt ist, bestimmt. In diesem Fall können möglicherweise jede der 3b–3d betroffen sein. Auf der anderen Seite, wenn der Absolutwert kleiner als ein Referenzwert V1 ist, wird die Abwesenheit einer Kontamination auf dem Schutzglas bestimmt und das Verfahren wird beendet.
Wenn die Anwesenheit einer Kontamination auf dem Schutzglas im Schritt 2 bestimmt wird, fährt das Verfahren mit dem Schritt 3 fort. In diesem Schritt wird bestimmt, ob der Absolutwert eines Unterschiedes zwischen dem gemessenen Wert Q₅₀ und dem gemessenen Wert Q₁₀ gleich ist oder größer als ein vorbestimmter Referenzwert V2. Der Referenzwert V2 wird wie der Referenzwert V1 bestimmt. In dieser Ausführungsform haben der Referenzwert V1 und der Referenzwert V2 den selben Wert (z. B. 0,5 mm), obwohl sie auch unterschiedlich sein können. Wenn der Absolutwert eines Unterschiedes zwischen dem Wert Q₅₀ und dem Wert Q₁₀ gleich ist oder größer als der Referenzwert V2, wird die Anwesenheit einer dicken Kontamination, wie sie in 3c zu sehen ist, festgestellt. Diese Kontamination übt eine große schädliche Wirkung auf die Messungen aus. Entsprechend wird im Schritt 4 eine Hupe angesteuert und eine rote Lampe wird in der Meldeeinheit 63 von 1 eingeschaltet, um den Operateur zu alarmieren, die Kontamination sofort zu entfernen.
Wenn der Absolutwert eines Unterschiedes zwischen dem Wert Q₅₀ und dem Wert Q₁₀ kleiner ist als der Referenzwert V2, wird die Anwesenheit einer dünnen Kontamination, wie in 3b oder 3d, festgestellt. Die Kontamination dieser Art kann keine große schädliche Wirkung auf die Messungen ausüben, obwohl die Kontamination vorzugsweise entfernt wird in der Hoffnung, die Präzision der Messungen zu verbessern. Deshalb wird im Schritt 5 eine gelbe Lampe in der Meldeeinheit 63 eingeschaltet, um die Aufmerksamkeit des Operateurs zu erregen. Die Verfahren in den Schritten 1, 2, 3 werden in der CPU 55 von 1 ausgeführt. Deshalb dient die CPU 55 als eine Entscheidungseinheit 71, die so betrieben werden kann, dass sie eine Vielzahl von gemessenen Werten vergleicht, die auf der Basis einer Vielzahl von binarisierten Signalen berechnet wurden, und dass sie bestimmt, ob das Schutzglas kontaminiert ist oder nicht.
Wie oben beschrieben wurde, wird in dieser Ausführungsform die Kontamination auf dem Schutzglas basierend auf der Tatsache erfasst, dass unterschiedliche Schwellwerte zu unterschiedlichen Messwerten bei der Anwesenheit von Kontamination auf dem Schutzglas 21 oder dem Schutzglas 31 führen, und wenn eine Kontamination vorhanden ist, wird sie gemeldet. Die Erfassung der Kontamination kann auch erreicht werden, wie in 3b gezeigt ist, durch Zählen von kontaminierten Bereichen hinsichtlich der Schwellwerte 50%, 90% und durch deren Vergleich.
Wenn jedoch der gestörte Bereich E in der Wellenform mit dem Niederspannungsbereich L überlappt, wie in 3d gezeigt ist, wird in solch einem Fall kein kontaminierter Bereich gezählt und entsprechend wird keine Kontamination erfasst. Bei Vorhandensein eines einzelnen dicken Kontaminationsbereiches, wie in 3c gezeigt ist, ist die Zahl der kontaminierten Bereiche immer gleich 1, selbst wenn der Schwellwert geändert wird, und entsprechend kann die Kontamination nicht erfasst werden. Im Gegensatz dazu kann Kontamination erfasst werden, selbst in den Zuständen, wie sie in den 3c, 3d gezeigt sind, da die Ausführungsform auf der Tatsache basiert, dass unterschiedliche Schwellwerte unterschiedliche gemessene Werte ergeben. Deshalb ist die Ausführungsform in der Lage, die Erfassungspräzision der Kontamination auf dem Schutzglas zu verbessern.
In der Ausführungsform werden hinsichtlich einer Kombination des gemessenen Wertes Q₉₀ und des gemessenen Wertes Q₅₀ und einer Kombination des gemessenen Wertes Q₅₀ und des gemessenen Wertes Q₁₀ die gemessenen Werte verglichen, um den Grad der Kontamination zu bestimmen. Wenn die Kontamination dick ist, wird die Meldehupe und die rote Meldelampe verwendet, um sie zu melden. Wenn die Kontamination dünn ist, wird die gelbe Meldelampe verwendet, um dies zu melden. Wie oben beschrieben wurde, ändert sich der Inhalt, der gemeldet werden soll, in Abhängigkeit von dem Grad (dem entwickelten Ausmaß) der Kontamination. Deshalb kann der Operateur leicht den Grad der Kontamination erkennen, was hinsichtlich der Wartung des Schutzglases und zur Diagnose der Reinigungsbedingung auf dem Schutzglas verwendet werden kann.
Die obige Beschreibung wurde für den Fall gegeben, dass die Anzahl der Schwellwerte gleich drei ist (10%, 50%, 90%), obwohl die Anzahl der Schwellwerte nicht auf drei beschränkt ist, sondern auch stattdessen gleich mindestens zwei oder mehr sein kann. Der Schwellwert 50% kann bei der Berechnung von normal gemessenen Werten verwendet erden. Deshalb kann die Verwendung des Schwellwertes 50% bei der Erfassung von Kontamination die Anzahl von weiteren Schwellwerten zur Verwendung bei der Erfassung von Kontamination reduzieren, und kann entsprechend die Anzahl von Formungsschaltkreisen 37 und Zählern 51 in diesem Ausmaß reduziert werden.
Die Größe der Schwellwerte ist nicht auf 10%, 50%, 90% beschränkt, sondern kann jeden anderen Wert als diesen annehmen. Wie in den 3b–3d gezeigt ist, je dünner die Kontamination ist, desto größer wird der erfassbare Schwellwert. Deshalb kann durch die Verwendung eines kleinen Schwellwertes (z. B. 10%), eines großen Schwellwertes (90%) und eine Vielzahl von mittleren Schwellwerten (30%, 50%, 70%) die Dichtegrade der Kontamination viel feiner unterschieden werden.
Die Referenzwerte V1, V2 unterscheiden sich abhängig von den Modellen der optischen Messvorrichtung. Die Referenzwerte V1, V2 können vorher im Speicher 57 des optischen Messgerätes gespeichert sein, oder können auf andere Weise von dem Operateur eingegeben werden. Der Operateur kann auch die Größen der Referenzwerte V1, V2 ändern.
Die obige Beschreibung wurde in Zusammenhang mit dem Beispiel einer Kontamination des Schutzglases 21, 31 gegeben. Wenn das Schutzglas beschädigt wird, kann der Schaden erfasst werden, weil ein Unterschied zwischen gemessenen Werten entsteht, wie im Fall der Kontamination. Wenn es eine Abnormalität im optischen Pfad des Strahls von dem Lichtemissionselement 9 zu dem Photorezeptorelement 27 gibt, kann die Abnormalität erfasst werden, weil ein Unterschied zwischen gemessenen Werten wie in dem Fall des Schutzglases auftritt.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Gerät zum Messen eines Werkstückes durch Focussieren eines projizierten Bildes des Werkstückes auf ein CCD-Element und durch Einstellung des Schwellwertes für den Signalausgang von dem CCD-Element anwendbar.
Zum Schluss wird eine Modifikation des optischen Messgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist ein Blockdiagramm, das die Vorrichtung 73 veranschaulicht. In 5 wurden die Teile, die identisch zu den Teilen in 1 sind, mit den selben Bezugszeichen ausgestattet und die entsprechende Beschreibung wurde im Folgenden weggelassen.
In der Vorrichtung 1, die in 1 gezeigt ist, sind die Formungsschaltkreise 37 und die Zähler 51 für die Schwellwerte 10%, 50% bzw. 90% bereitgestellt. Im Gegensatz dazu schließt die Vorrichtung 73, die in 5 gezeigt ist, einen Umschaltschaltkreis 75 ein, der betrieben werden kann, zwischen den Schwellwerten in dem Formungsschaltkreis 37 umzuschalten. Deshalb kann der Formungsschaltkreis 37 und der Zähler 51 gemeinsam verwendet werden, um die Schaltung zu vereinfachen. Dies ist besonders wirksam, wenn eine große Anzahl von Schwellwerten verwendet wird.
In der Konfiguration von 5 werden die gemessenen Werte mit dem Schwellwert 90% für das erste Signal s (das Abtastsignal, das während einer Abtastung ausgegeben wird), mit dem Schwellwert 50% für das zweite Signal s, dem Schwellwert 10% für das dritte Signal s, dem Schwellwert 90% für das Signal s, nicht gezeigt, berechnet. Um dies zu erreichen, steuert die CPU 55 basierend auf dem Timing-Signal S4 von der Timing-Photodiode 23 den Schwellwertumschaltschaltkreis 75.

Claims

Optisches Messgerät, das folgendes umfasst: eine Projektoreinrichtung (3), die betrieben wird, um einen kollimierten Strahl (62) zu verwenden, der von einem Strahl (61) abgeleitet wird, der von einem lichtemittierenden Element emittiert wird, um wiederholt ein Abtastgebiet (R), in dem sich ein zu vermessendes Werkstück (W) befindet, abzutasten; eine Photorezeptorelement (5), das betrieben wird, um einen Strahl (63) zu empfangen, der das Abtastgebiet durchstrahlt hat, um ein Abtastsignal (S1) bereitzustellen; eine binarisierende Signalerzeugungseinrichtung (45) die ausgelegt ist, das Abtastsignal (S1) mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Schwellwerten (TH₉₀, TH₅₀, TH₁₀) zu binarisieren, um eine Vielzahl von binarisierten Signalen (53) zu erzeugen; eine Arithmetikeinrichtung (55), die betrieben wird, um auf der Basis der binarisierten Signale einen Messwert zu berechnen, der dem zu vermessenden Werkstück zugeordnet wird; eine Entscheidungseinrichtung (55) die betrieben wird, um eine Vielzahl von Messwerten, die von der Arithmetikeinrichtung (55) auf der Basis der binarisierten Signale berechnet wurden, zu vergleichen, um zu bestimmen, ob eine Abnormalität auf einem optischen Weg des Strahls (62) von dem lichtemittierenden Element zu dem Photorezeptorelement (5) auftritt; und eine Meldeeinrichtung (63), die betrieben wird um die Abnormalität zu melden, wenn die Entscheidungseinrichtung (55) bestimmt, dass die Abnormalität aufgetreten ist, wobei die Vielzahl von unterschiedlichen Schwellwerten zur Verwendung in der binarisierten Signalerzeugungseinrichtung (45) mindestens drei oder mehr sind, einschließlich einem ersten Schwellwert (TH₉₀), einem zweiten Schwellwert (TH₅₀), der kleiner als der erste Schwellwert ist, und ein dritter Schwellwert (TH₁₀), der kleiner als der zweite Schwellwert ist, worin die Entscheidungseinrichtung (55) eingerichtet ist, eine erste Entscheidung (Schritt 2) darüber zu treffen, ob ein Unterschied zwischen einem gemessenen Wert, den man mit dem ersten Schwellwert erhält und einem gemessenen Wert, den man mit dem zweiten Schwellwert erhält, gleich oder größer ist als ein erster Referenzwert (V1), und die ausgelegt ist, eine zweite Entscheidung (Schrittt 3) darüber zu treffen, ob ein Unterschied zwischen einem gemessenen Wert, den man mit dem zweiten Schwellwert erhält, und einem gemessenen Wert, den man mit dem dritten Schwellwert erhält, gleich oder größer als ein zweiter Referenzwert (V2) ist, und worin die Meldeeinrichtung (63) eingerichtet ist, eine erste Meldung bereitzustellen, wenn sowohl die erste Entscheidung als auch die zweite Entscheidung positiv ist (Schritt 4), und um eine zweite Meldung bereitzustellen, wenn nur die erste Entscheidung positiv ist (Schritt 5).
Optisches Messgerät nach Anspruch 1, worin die binarisierte Signalerzeugungseinrichtung einen Schwellwertumschaltschaltkreis einschließt, der betrieben wird, um zwischen der Vielzahl von Schwellwerten umzuschalten.
Optisches Messgerät nach Anspruch 1, das weiterhin eine Anzeige umfasst, die betrieben wird, um irgend einen der Vielzahl von gemessenen Werten als einen Messwert anzuzeigen.
Optisches Messgerät nach Anspruch 1, worin die Projektoreinrichtung einen Polygon-Spiegel einschließt, der rotierbar gehalten wird und der ausgelegt ist, Licht von dem lichtemittierenden Element zum Abtasten zu verwenden, und eine Kollimatorlinse, die ausgelegt ist, Licht, das von dem Polygonspiegel reflektiert wird, in das kollimierte Licht umzuwandeln.
Optisches Messgerät nach Anspruch 1, das weiterhin einen Speicher umfasst, der den Referenzwert speichert.
Optisches Messgerät nach Anspruch 1, das weiterhin eine Kondensorlinse umfasst, um das kollimierte Licht zu sammeln, wobei der Photorezeptor Licht empfängt, das durch die Kondensorlinse gesammelt wurde.
Optisches Messgerät nach Anspruch 1, das weiterhin eine Detektoreinrichtung umfasst, die betrieben wird, um den Beginn oder das Ende einer Abtastung in dem Abtastgebiet durch die Projektoreinrichtung zu erfassen, und um ein Timingsignal bereitzustellen, wobei die binarisierte Signalerzeugungseinrichtung auf der Basis des Timingsignals einen Rand eines geformten Signals auswählt, das mit dem Schwellwert geformt wurde, um das binarisierte Signal zu erzeugen.
Optisches Messgerät nach Anspruch 1, das weiterhin eine Detektoreinrichtung umfasst, die betrieben wird, um den Beginn oder das Ende einer Abtastung in dem Abtastgebiet durch die Projektoreinrichtung zu erfassen und um ein Timingsignal bereitzustellen, wobei die binarisierte Signalerzeugungseinrichtung einen Schwellwertumschaltschaltkreis einschließt, der betrieben wird, um zwischen der Vielzahl von Schwellwerten umzuschalten, wobei der Schwellwertumschaltschaltkreis betrieben wird, um zwischen der Vielzahl von Schwellwerten basierend auf dem Timingsignal umzuschalten.
Verfahren zur Erfassung einer Abnormalität, das durchgeführt wird, um eine Abnormalität in einem optischen Messgerät (1) zu erfassen, wobei das optische Messgerät (1) folgendes umfasst: eine Projektoreinrichtung (3), die betrieben wird, um einen kollimierten Strahl (B2) zu verwenden, der von einem Strahl (81) abgeleitet wird, der von einem lichtemittierenden Element (9) emittiert wird, um wiederholt ein Abtastgebiet (R) abzutasten, in dem sich ein zu vermessendes Werkstück (W) befindet; ein Photorezeptorelement, das betrieben wird, um einen Stahl (B3) zu empfangen, der das Abtastgebiet (R) durchstrahlt hat, um ein Abtastsignal (S1) bereitzustellen; eine binarisierende Signalerzeugungseinrichtung (45), die ausgelegt ist, das Abtastsignal zu binarisieren, um ein binarisiertes Signal (53) zu erzeugen; und eine Arithmetikeinrichtung (55), die betrieben wird, um auf der Basis des binarisierten Signals einen Messwert zu berechnen, der dem zu vermessenden Werkstück zugeordnet wird, wobei das Verfahren folgendes umfasst: einen binarisierenden Signalerzeugungsschritt, der in der binarisierenden Signalerzeugungseinrichtung (46) eine Vielzahl von binarisierten Signalen (53) unter Verwendung einer Vielzahl von Schwellwerten (TH₉₀, TH₅₀, TH₁₀) erzeugt, einen Entscheidungsschritt (Schritt 2, Schritt 3), der eine Vielzahl von gemessenen Werten (Q₉₀, Q₅₀, Q₁₀), die auf der Basis von jedem der Vielzahl von binarisierten Signalen berechnet wird, vergleicht, um zu bestimmen, ob eine Abnormalität auf einem optischen Pfad des Strahls (B2) von dem lichtemittierenden Element zu dem Photorezeptorelement auftritt; und einen Meldeschritt (Schritt 4, Schritt 5), der die Abnormalität meldet, wenn bestimmt wird, dass die Abnormalität auftritt, wobei die Vielzahl von unterschiedlichen Schwellwerten zur Verwendung in der binarisierenden Signalerzeugungseinrichtung mindestens drei oder mehr ist, einschließlich einem ersten Schwellwert, einem zweiten Schwellwert, der kleiner ist als der erste Schwellwert, und einem dritten Schwellwert, der kleiner ist als der zweite Schwellwert, worin der Entscheidungsschritt eine erste Entscheidung (Schritt 2) darüber trifft, ob ein Unterschied zwischen einem gemessenen Wert, den man mit dem ersten Schwellwert erhält, und einem Messwert, den man mit dem zweiten Schwellwert erhält, gleich oder größer als ein erster Referenzwert (V1) ist, und der eine Zweite (Schritt 3) darüber trifft, ob ein Unterschied zwischen einem Messwert, den man mit dem zweiten Schwellwert erhält, und einem Messwert, den man mit dem dritten Schwellwert erhält, gleich oder größer als ein zweiter Referenzwert (V2) ist, und wobei der Meldeschritt eine erste Meldung (Schritt 4) bereitstellt, wenn sowohl die erste Entscheidung als auch die zweite Entscheidung positiv ist, und eine zweite Meldung (Schritt 5) bereitstellt, wenn nur die erste Entscheidung positiv ist.