KR100295477B1 - 물체의치수를측정하는장치 - Google Patents
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Abstract
스케일는 매트릭스로 배열되는 점대칭 형상의 마크들을 가진다. 스케일과 치수가 측정될 물체는 어떠한 상대 운동없이 위치된다. 상 센서 유니트는 물체의 사전결정된 부분과 상기된 물체의 사전결정된 부분에 대응하는 스케일의 마크들을 선택적이고 연속적으로 검출하고, 상 센서 유니트는 물체과 스케일의 검출 결과에 따라서 출력 신호를 발생시킨다. 출력 신호는 물체의 치수를 계산하도록 처리된다. 물체의 치수를 측정하는 장치는 패럴렉스의 발생을 제거하여, 만족할 만큼 향상된 측정 정밀도가 따른다. 장치에서, 물체와 마크는 물체와 판독 유니트 사이의 광학 거리가 마크와 판독 유니트 사이의 광학 거리와 동일하게 되도록 배치된다. (선 택 도 : 제 1 도 )
Description
[발명의 분야]
본 발명은 물체의 치수, 각도, 거리, 크기(이하, 치수라고 한다)등을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 특히 물체의 일부를 측정할 경우에도 물체의 측정 치수의 정밀도를 향상시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.
[발명의 배경]
물체의 치수를 측정하는 종래의 장치는 1993년 12월 6일 공개된 일본국 특허 공고 제 5-85004 호에 기술되어 있다. 물체의 치수를 측정하는 종래의 장치는 X 방향과 Y 방향으로 눈금을 나타내는 마크(mark)가 구비된 투명한 스케일 평판, 측정될 직사각형의 박판 물체를 그 위에 올려놓기 위한 탑재 평판, 투명한 스케일판에 놓여진 물체에 광을 조사하는 광 장치 및 X-, Y- 방향의 투명한 스케일판을 투과하여 전송된 광을 수광하는 X-, Y- 및 원점의 상(image) 센서들을 가진다.
동작시, 직사각형 박판 물체가 탑재용 평판 위에 배치되어서, 직사각형 박판 물체의 제 1, 제 2의 직교 측면은 X-, Y- 방향의 투명한 스케일판의 내측 부위에 위치되고, X- 및 Y-투명 스케일 평판의 교차영역의 내측부위에, 제 1, 제 2 직교면에 의하여 한정되는 정점이 위치된다. 그런 다음에, 광 장치로부터 X-및 Y-투명 스케일판으로 광이 조사되어서, X-및 Y-투명 스케일판들의 외측 부위와 교차 영역의외측 부위들을 통하여 전송된 광은 X-, Y- 및 원점 상 센서들에 의해 수광된다. X-, Y- 및 원점상 센서들의 출력 신호에 따라서, 제 1, 제 2의 직교 측면에 의하여 한정되는 정점의 위치, 직사각형 박판 물체의 제 2 및 제 3 측부에 의하여 그리고 직사각형 박판 물체의 제 1 및 제 4 측부에 의하여 한정되는 2개의 다른 정점의 위치들은 X-, Y-방향의 투명한 스케일판의 스케일에 관계하여 결정된다. 결과적으로, 직사각형 박판 물체의 제 1 측부 내지 제 4 측부의 길이, 직사각형 박판 물체의 대각선 길이 및 직사각형 박판 물체의 정점 각도들은 직사각형 박판 물체의 3개의 정점 위치를 이용한 계산에 의해 얻어진다.
그러나, 물체의 치수를 측정하는 종래의 장치에 있어서,예를 들어, X-, Y- 방향의 투명한 스케일판을 사용하는 것에 의하여 정점의 위치들이 검출되기 때문에, 직사각형 박판 물체 상의 임의의 두 점 사이의 거리가 측정되는 것이 불가능하고, 직사각형 박판 물체 상에 한정되는 소정의 패턴이 비록 제 1, 및 제 2 측부에 근접하게 위치되어도, 직사각형 박판 물체가 직접 X-,Y- 스케일판 상에 위치한 구조로 인해, 스케일에 대한 마크로부터의 패턴을 X-, Y- 및 원점의 상 센서가 구별하지 못하기 때문에, 상기된 패턴이 측정될 수 없다는 결점을 가진다.
[발명의 요약]
따라서, 본 발명의 목적은 비록 물체상의 임의의 두 점이 멀리 떨어져 있거나, 측면으로 벗어나 있거나, 또는 물체의 가장자리에 있어도, 두 점사이의 거리를 측정할 수 있는, 물체의 치수를 측정하는 장치를을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 스케일에 대한 마크와 물체 상에 한정되는패턴이 다른 패턴들과 정확하게 식별되어, 물체의 치수를 측정하는데 있어서 정밀도를 향상시킬 수 있는 물체의 치수를 측정하는 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 특징에 따라서, 물체의 치수를 측정하는 장치는 측정되는 물체가 배치되는 제 1 평면을 가지는 테이블과,
상기 제 1 평면과 평행한 제 2 평면에 배치되며, 좌표, 치수 또는 각도를 포함하는 측정 단위를 나타내는 마크를 가지는 마크판과;
제 3 평면에 배치되는 하프 미러 수단과;
상기 물체 상의 임의 지점에 대응하는 값과, 상기 하프 미러 수단을 통하여 전송되며 상기 하프 미러 수단에 의하여 반사된 광의 이점을 취하는 것에 의하여 임의의 지점에 대응하는 상기 마크판의 마크의 값을 판독하는 판독 수단을 포함하며;
상기 제 3 평면은 물체와 상기 하프 미러 수단 사이의 광학 거리가 상기 마크와 상기 하프 미러 수단 사이의 광학 거리와 동일한 위치에 위치된다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명의 제 1 실시예에 따른 물체와 치수를 측정하는 장치는 제 1A 도 내지 제 1H 도에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
제 1A 도에 도시된 바와같이, 본 장치는 화살표 방향에 의해 지시된 X 방향으로 이동되는 X-테이블(1a), X 방향에 직교하는 Y 방향으로 이동되며 치수가 측정될 물체(2)가 배치되는 Y-테이블(1b), 하나의 표면상에 스케일을 가지며 Y-테이블(1b) 위에 장착되는 투명 스케일판(4), 스케일판(4)의 스케일과 물체(2)에선택적으로 촛점을 맞추는 촛점 시스템(미도시)을 가지는 상 센서 유니트(3), 상 센서 유니트(3)의 출력 신호를 수신하는 것에 의하여 물체(2)의 치수를 계산하는 계산 유니트(5), 및 물체(2)를 통하여 스케일판(4)이 광을 조사하는 광 장치를 포함한다.
본 장치에서, Y-테이블(1b)과 스케일판(4)은 스케일판(4)으로부터 상 센서 유니트(3)의 촛점 시스템의 촛점 깊이 보다 깊은 거리를 가지도록 Y-테이블(1b)상에 물체(2)가 배치되도록 설계된다.
제 1B 도는 매트릭스로 배열된 스케일에 대한 마크(41)를 구비한 투명 스케일판(4)을 나타낸다.
제 1C 도에서 확대된 마크(41)들은 폭 (W), 높이 (W), 피치 (P1)에 의해 배열된 것을 보여준다.
제 1D 도는 상 센서 유니트(3)의 CCD 센서(31)에 의해 커버되는 스케일판(4)의 마크(41) 또는 물체(2) 상의 가시 영역(V×V)을 도시하고, CCD 센서(31)는 피치(P2)에 의해 매트릭스로 배열된다.
제 1E 도는 중심점(O1,O2)들 사이의 거리에 의해 형성되는 구멍(21,22)을 가지는 금속판과 같은 물체(2)를 도시한다.
제 1F 도 내지 제 1H 도에서, 상 센서 유니트(3)의 CCD 센서(31)는 스케일판(4)의 마크(41)를 검출하여서, 이 검출된 신호(S)는 계산 유니트(5)로 공급되고, 출력 신호(S)의 파형은 마크(41)의 폭(W)과 상 센서 유니트(3)의 CCD 센서(31)의 피치(P2) 사이의 관계 및 마크(41)에 대한 CCD 센서(31)의 상대 위치에좌우된다.
동일한 크기와 형상을 가지는 마크(41)들 중 어느 특정의 마크(41)의 위치를 정하기 위하여, 하기 식에 제시된 조건을 만족하여야 한다.
M < Pl/2 (1)
여기서, M은 본 발명에서 사용된 것과는 다른 스케일이 사용될지라도 X-, Y-테이블(1a,1b)의 개략적인 위치 정밀도이다.
2P2 + W < V (2)
이 식은 두 개 이상의 마크(41)가 X-, Y- 방향으로 상 센서 유니트(3)에 의해 커버된다는 것을 의미한다.
W < Pl/2 (3)
이 식은 폭(W)에 대한 피치(Pl)의 비가 2보다 작아야만 되어서, 마크(41)의 상에 대한 물체(2)의 영향, 즉 해상도의 왜곡이 낮게 억제됨을 의미한다.
2P2 ≤ W (4)
이 식은 폭(W)이 CCD 센서(31)의 피치(P2) 보다 상대적으로 사전결정된 값 만큼, 즉 2배만큼 커야만 된다는 것을 의미한다. 결과적으로, 각 마크(41)의 중심점은 출력 신호(S)의 처리에 따라서 정확하게 얻어진다. 제 1G 도에 도시된 바와 같은 관계는 펄스형 파형인 출력 신호(S)를 발생시키기 위한 조건에 상기 조건을 만족시키지 못하는 반면에, 제 1F도 및 제 1H 도에 도시된 바와 같은 관계는 상기 조건을 계단 형상의 파형인 출력 신호(S)를 제공하는데 만족시킨다.
계단 형상의 파형은 출력 신호(S)를 처리하고, 마크(41)로부터 스케일판(4)상의 먼지를 식별하는데 이점이 있다.
물체(2)의 치수를 측정하는데 있어서, 계산 유니트(5)는 마크(41)의 중심점을 이용한다. 그러므로, 마크(41)의 폭(W)은 편차를 가지는 것이 허용되며, 그 이유는 마크(41)가 중심점을 기준으로 대칭이 되는 정사각형 구조로 인하여 중심점이 편심되지 않기 때문이다.
이런 의미에서, 마크(41)는 정사각형 형상으로 한정되지 않고, 원과 같은 점대칭 형상일 수도 있다.
상기된 바와 같인, 특정의 하나의 최적 예는 다음과 같다:
W = 80㎛, P1 = 400㎛, V = 1,000㎛, M = 100㎛, P2 = 2㎛, 제 1A 도에 의거하여 기술된 바와 같이, 물체(2)는 촛점 깊이보다 상당히 큰 사전결정된 거리 만큼 스케일판(4)의 광학축 상에 있는 스케일판(4)의 마크(41)로부터 분리된다.
하나의 특정 예에서, 구멍의 수가 N.A.이고, 마크(41)의 폭이 W일 때, 부등식 [d > W / 2N.A.]이 만족되는 것이 바람직하다.
동작에 있어서, X-, Y-테이블(1a,1b)은 각각이 X-, Y- 방향으로 움직이도록 연속적으로 제어되어서, 물체(2)의 구멍(21)은 상 센서 유니트(3) 아래에 위치된다. 이러한 상태에서, 구멍(21)과, 구멍(21)을 커버하는 스케일판(4)의 마크(41)는 상 센서 유너트(3)의 촛점 시스템에 의해 독자적으로로 촛점화된다. 따라서, 구멍(21)과 마크(41)는 상 센서 유니트(3)의 CCD 센서(31)에의해 독자적으로 검출되어서, 출력 신호(S)는 CCD 센서(31)로부터 계산 유니트(5)로 공급되며, 구멍(21)의 중심점(O1)은 마크(41)의 어드레스(address)에 따라 계산된다. 그 다음에, X-,Y- 테이블(1a,1b)은 각각 X, Y 방향으로 이동되어서, 물체(2)의 구멍(22)은 상 센서 유니트(3) 아래에 위치된다. 구멍(21)에서와 동일한 방법으로, 구멍(22)의 중심점(O2)은 계산 유니트(5)에서 마크(41)의 어드레스에 따라 계산된다. 그런 다음, 구멍(21,22)의 중심점(O1,O2)들 사이의 거리(D)는 계산 유니트(5)에서 중심점(O1,O2)들의 계산된 위치에 따라서 계산된다.
본 발명에 따른 물체의 치수를 측정하는 장치에서, 상 센서 유니트(3)는 X-, Y-방향으로 이동되는 한편, 물체(2)와 스케일은 고정된 상태일 수도 있고, 전술된 바와 같은 광학 검출 시스템 대신에 자기 검출 시스템이 채택될 수도 있다.
제 2 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 물체의 치수를 측정하는 장치를 나타낸 것으로서, 스케일에 대한 마크를 가지는 스케일판(4)이 물체(2)의 반대측부에 제공된다면, 동일한 구성요소는 제 1실시예에서 사용된것과 동일한 부호에 의하여 지시된다.
본 장치에 있어서, X-, Y-테이블은 테이블(1)에 의하여 간단하게 도시되었으며, 제 1 도의 제 1A 도에 도시된 바와 같은 상 센서 유니트(3)는 테이블(1)에 관계하여 양측부 상의 동일한 위치에 제공되는 상 센서 유니트(3A,3B)로 대체된다.
동작에 있어서, 물체(2)와 스케일판(4)은 테이블(1)의 X-, Y- 이동에 따라 상 센서 유니트(3A,3B)에 대하여 동일한 위치를 취하도록 움직인다. 따라서, 상 센서 유니트(3A,3B)의 출력 신호는 계산 유니트(5)로 공급되며, 출력 신호는 물체(2)의 치수를 계산하도록 계산 유니트(5)에서 처리된다.
제 3 도는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 물체의 치수를 측정하는 장치를 나타낸 것으로서, 동일한 구성 요소는 제 1 및 제 2 실시예에서 사용된 것과 동일한 부호가 지시된다.
본 장치에서는, 물체(2)와 스케일(4A)이 상 센서 유니트(3)에 의해 스케일판(4)을 통해 검출되어서, 스케일판(4)의 굴절율의 영향이 물체(2)와 스케일(4A)의 검출광에 공통적으로 적용되기 때문에, 스케일판(4)은 물체(2)의 치수측정의 정밀도를 높이도록 물체(2)와 마주하는 표면상에 스케일(4A)을 가진다.
스케일(4A)의 상 센서 유니트(3)와 물체(2)에 대한 광학 조건은 서로 상이하다. 따라서, 물체(2)의 상은 스케일판(4)에서 굴절되어서, 광학 에러가 이러한 굴절에 의하여 일어난다.
제 4 도는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 물체의 치수를 측정하는 장치를 나타낸 것으로서, 동일한 구성 요소는 상기의 제 1, 제 2 및 제 3 실시예에서 사용된 것과 동일한 부호에 의하여 지시된다.
본 장치에서는, 하프 미러(6, half - mirror)가 X-, Y- 테이블(1)과 스케일(4A)을 가지는 스케일판(4)에 관계하여 45°의 각도로 제공되며, 셔터(8A,8B)들은 물체(2)와 스케일(4A)에 대한 광 경로중 하나를 차단하도록 제공된다. 셔터(8A,8B)들은 물체(2)와 스케일(4A)에 대한 상이한 광 파장을 사용하는것과 같은 다른 수단이 채택되었을 때 생략될 수 있다.
동작에 있어서, 물체(2)의 사전결정된 부분과 스케일(4A)의 관련된 마크는 상 센서 유니트(3)에 의한 셔터(8A,8B)의 스위치-오버(switch-over)에 따라서 선택적으로 검출된다.
제 2 실시예와 제 4 실시예에서, 광학 거리들은 에러를 감소시키도록 동일하게 될 수 있다.
제 5 도는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 물체의 치수를 측정하는 장치를 도시한다.
이러한 장치는, 측정될 물체가 배치되는 수평면을 가지는 테이블(1)과; 테이블(1)과 나란하게 배치되는 마크판(marker plate) 유니트(7)와; 물체(2)상의 임의 지점에 대응하는 값과, 하프 미러(6)를 통하여 전송되며 또한 하프 미러(6)에 의하여 반사된 광의 이점을 취하는 것에 의하여 상기된 임의의 지점에 대응하는 마크판(4)의 마크(4A)의 값을 판독하는 CCD 카메라와 같은 판독 수단을 포함하며; 마크판 유니트(7)는 판독 유니트(3)의 측부상에 제공되는 마크판(4)과 물체(2)의 측부에 제공되는 하프 미러(6)를 포함한다. 마크판 유니트(7)는 물체(2)와 하프 미러(6) 사이의 거리(d1)가 마크(4A)와 하프 미러(6) 사이의 거리(d2)와 동일하게 되도록 배치된다.
마크판(4A)은 표면 상에 제 3 도에 도시된 바와 같은 좌표 마크(4A)를 가지며, 가시 광선이 통과될 수 있는 유리와 같은 물질로 형성된다. 마크(4A)는 또한 치수, 각도 또는 그와 같은 것을 나타내는 것일 수도 있다.
하프 미러(6)는 광 굴절율 및 투과율이 파장에 따라 변하는 2색성(dichroic) 미러를 포함한다.
판독 유니트(3)는 X-, Y-방향으로 이동될 수 있도록 구성된다. 물체(2)상의 임의 지점에 대응하는 값과 상기된 임의의 지점에 대응하는 마크판(4)의 마크(4A)의 값은 하프 미러(6)를 통하여 전송되며 또한 하프 미러(6)로부터 반사된 광을 취하는 것에 의하여 판독된다.
상기의 구조를 가지는 장치에서, 판독 유니트(3)가 X-, Y- 방향으로 이동될 때, 판독 유니트(3)는 하프 미러(6)를 통하여 전송된 광의 이점을 취하는 것에 의하여 테이블(1)상에 있는 물체(2)의 임의의 지점을 판독하고, 동시에 상기된 임의의 지점에 대응하는 마크판(4)상의 마크(4A)의 값은 하프 미러(6)로부터 반사된 광의 이점을 취하는 것에 의하여 판독된다. 판독 유니트(3)는 판독된 마크(4A) 값을 계산 유니트(5)로 출력하고, 계산 유니트(5)는 물체(2)의 치수를 결정하도록 입력된 마크(4A) 값을 계산한다.
이러한 경우에, 물체(2)와 마크(4A)는 물체(2)와 판독 유니트(3) 사이의 광학 거리가 마크(4A)와 판독 유니트(3) 사이의 광학 거리와 동일하게 되도록 배치된다. 그러므로, 판독 유니트(3)가 경사진 광 경로에 따라서 어떠한 변화를 겪더라도, 물체(2)와, 하프 미러(6)를 통한 마크(4A)의 판독 지점 사이의 관계는 악화되지 않고, 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
비록, 본 발명의 장치는 판독 유니트(3)가 이동하는 실시예를 참조하여 기술되었을지라도, 장치는 테이블(12)과 마크판(7)이 판독 유니트(3) 대신에 이동될 수 있도록 구성될 수도 있다. 또한, 상기의 실시예에 따라서, 마크판(4)과 하프 미러 유니트(6)는 마크판 유니트(7)를 구성하도록 서로 일체로 될 수도 있다. 그러나, 이것들은 서로 독자적일 수도 있다.
상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 물체의 치수를 측정하는 장치에 있어서,물체와 판독 유니트 사이의 광학 거리가 마크와 판독 유니트 사이의 광학 거리와 동일하게 되도록 측정될 물체와 마크가 배치된다. 이러한 것은 패럴렉스(parallax)의 발생을 제거하여, 측정의 정밀도를 만족스럽게 향상시킬 수 있다.
비록, 본 발명이 완전하고 명확한 개시를 위하여 특정 실시예에 대하여 기술되었을지라도, 첨부된 청구범위는 제한되지 않고 기본적 기술 범위내에서 통상의 기술 수준을 가진 당업자에 의해 실시될 수 있는 모든 수정과 대안적인 구조의 실시예로서 해석되어야 한다.
제 1A 도 내지 제 1B 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 물체의 치수를 측정하는 장치를 나타내는 예시도로서, 제 1A 도는 장치, 제 1B 도는 장치에 사용되는 스케일, 제 1C 도는 스케일 상의 마크, 제 1D 도는 장치에 사용되는 상 센서 유니트, 제 1E도 는 장치에 의해서 측정되는 물체, 제 1F 도 내지 제 1H 도는 장치에서 스케일의 마크와 상 센서 유니트의 CCD 센서들의 관계를 도시한 도면.
제 2 도 내지 제 4 도는 본 발명의 제 2 내지 제 4 실시예에 따른 물체의 치수를 측정하는 장치를 나타내는 예시도.
제 5 도는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 물체의 치수를 측정하는 장치를 나타내는 예시도.
제 6 도 내지 제 7 도는 종래의 물체의 치수를 측정하는 장치를 나타내는 예시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1a : X- 테이블 1b : Y- 테이블
2 : 물체 3 : 상 센서 유니트
4 : 투명 스케일판 5 : 계산 유니트
21 : 구멍 31 : CCD 센서
41 : 마크
Claims (3)
- 측정되는 물체가 배치되는 제 1 평면을 가지는 테이블과;상기 제 1 평면과 평행한 제 2 평면에 배치되며, 좌표, 치수 또는 각도를 포함하는 측정 단위를 나타내는 마크를 가지는 마크판자;제 3 평면에 배치되는 하프 미러 수단과;상기 물체상의 임의 지점에 대응하는 값과, 상기 하프 미러 수단을 통하여 전송되며 상기 하프 미러 수단에 의하여 반사된 광의 이점을 취하는 것에 의하여 임의의 지점에 대응하는 상기 마크판의 마크의 값을 판독하는 판독수단을 포함하며;상기 제 3 평면은 물체와 상기 하프 미러 수단 사이의 광학 거리가 상기 마크와 상기 하프 미러 수단 사이의 광학 거리와 동일한 위치에 위치되는 것을 특징으로 하는 물체의 치수를 측정하는 장치.
- 제 1 항에 있어서, 측정시에, 상기 테이블, 상기 마크판 및 상기 하프 미러 수단은 정지되며, 상기 판독 수단은 1 또는 2개의 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 물체의 치수를 측정하는 장치.
- 제 1 항에 있어서, 측정시에, 상기 판독 수단은 정지되며, 상기 테이블, 상기 마크판 및 상기 하프 미러 수단은 1 또는 2개의 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 물체의 치수를 측정하는 장치.
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