KR20170008222A

KR20170008222A - 객체의 기하 측정 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20170008222A
Application number: KR1020167031486A
Authority: KR
Inventors: 틸로 메이; 베크 크리스티안 암; 게르노트 베르거; 랄프 니콜라우스; 위르겐 페터
Original assignee: 테일러 홉손 리미티드
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2017-01-23
Also published as: CN106461376B; TW201602516A; DE102014007203A1; US10352817B2; JP6385463B2; EP3146290B1; US20170082521A1; CN106461376A; WO2015176805A1; TWI582381B; EP3146290A1; JP2017519204A

Abstract

본 발명은 객체(14)의 기하 측정을 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이며, 상기 장치는 - 베이스(11), 및 객체(14)를 위해 상기 베이스 상에 배치되는 캐리어 유닛(12)과; - 베이스(11)에 상대적으로 고정될 수 있는 적어도 하나의 기준 객체(18, 20)와; - 기준 객체(18, 20)와 이 기준 객체(18, 20)로 향해 있는 객체(14)의 표면(14a, 14b) 간의 이격 간격을 측정할 수 있는 적어도 하나의 이격 간격 측정 유닛(70)과; - 상면(104) 및 하면(106)을 포함하고 그 자체 상에는 객체(14)가 고정될 수 있는 객체 홀더(100)이면서, 캐리어 유닛(12) 상에서 선택적으로 제1 배향(1)으로, 그리고 제2 배향(2)으로 배치될 수 있는 상기 객체 홀더(100)를; 포함하며, - 이격 간격 측정 유닛(70) 및 객체 홀더(100)는 객체(14)의 표면(14a, 14b)을 스캐닝하기 위해 상호 간에 상대적으로 이동될 수 있고, 객체 홀더(100)는 자체의 상면(104) 상에 그리고 자체의 하면(106) 상에 객체 홀더(100) 및 이격 간격 측정 유닛(70)의 상대 이동에 부합하는 기준 구조(108, 110)를 각각 포함한다.

Description

객체의 기하 측정 장치 및 그 방법{DEVICE AND METHOD FOR GEOMETRICALLY MEASURING AN OBJECT}

본 발명은 객체, 특히 예컨대 렌즈와 같은 광학 컴포넌트의 기하 측정을 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 유형의 객체들의 기하 측정을 위한 상응하는 방법 및 컴퓨터 프로그램에도 관한 것이다.

특히 정밀 기계 공학 및 광학의 분야에서, 그리고 기계 및 전기 미세 구조의 제조 기술에서 품질 보증뿐만 아니라 산업 제조 공정들의 모니터링을 위해, 피가공재들 또는 일반적으로는 객체들의 고해상도 및 정밀 측정과 관련한 수요는 증가하고 있다.

따라서 DE 10 2011 011 065 B4로부터는 캐리어 상에서 지지되는 객체의 적어도 하나의 표면 섹션의 측정을 위한 장치가 공지되어 있다. 이 경우, 상기 장치는, 캐리어에 상대적으로 고정될 수 있는 기준 객체(reference object)와 기준 객체에 상대적으로 적어도 하나의 제1 방향으로 이동 가능한 홀더를 포함한다. 홀더 상에는, 서로 상대적으로 회전 가능하게 지지되는 기준 몸체(reference body) 및 거리 센서(distance sensor)가 배치된다. 이 경우, 거리계(distance meter)는 객체의 표면 섹션의 제1 지점까지의 제1 이격 간격 및 기준 몸체의 그에 대응하는 제2 지점까지의 제2 이격 간격을 측정하도록 형성된다. 그 외에 거리계는 객체로 향해 있는 제1 거리 센서와 기준 몸체로 향해 있는 제2 거리 센서를 포함한다. 이 경우, 상기 거리 센서들은 서로 정반대로 정렬된다.

상기 유형의 장치에 의해, 객체의 표면은 고정밀 및 비접촉 방식으로 광학적으로 스캐닝될 수 있다.

그러나 평면 객체 또는 만곡 형성된 객체의 두께, 특히 두께 프로파일 또는 그 표면에 걸친 프로파일의 측정, 그리고 렌즈들의 이른바 웨지 에러(wedge error)의 결정은 상기 유형의 장치에 의해서는 불가능하다.

상기한 점에 관해서, 본 발명의 과제는 특히 객체, 전형적으로는 광학 렌즈의 두께 측정 및 웨지 에러의 결정을 가능하게 하는 객체의 기하 측정을 위한 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것에 있다. 또 다른 과제는 상기 장치로 고정밀 객체 측정을 가능하게 하는 것에 있다. 추가 과제는 최대한 조밀하면서도 비교적 저렴한 구성을 특징으로 하는 상기 장치를 제공하는 것에 있다.

발명 및 바람직한 구성.

상기 과제는 특허 청구항 제1항에 따르는 장치, 특허 청구항 제11항에 따르는 방법 그리고 청구항 제15항에 따르는 컴퓨터 프로그램에 의해 해결된다. 그 외에, 바람직한 구현예들은 각각 특허 종속 청구항들의 대상이다.

상기한 점에 관해서 제공되는 본원의 장치는 캐리어 유닛(carrier unit) 상에서 지지되는 객체를 기하 측정하도록 형성된다. 본원의 장치는 특히 예컨대 렌즈들과 같은 반사 객체들의 두께 측정 및 웨지 에러 결정을 위해 적합하다. 본원의 장치는 베이스, 및 객체를 지지하기 위해 베이스 상에 배치된 캐리어 유닛 그리고 캐리어 유닛에 상대적으로 또는 베이스에 상대적으로 고정될 수 있거나 고정된 적어도 하나의 기준 객체를 포함한다.

또한, 본원의 장치는, 위치 고정된 기준 객체와 이 기준 객체로 향해 있는 객체의 표면 사이의 이격 간격을 측정할 수 있는 이격 간격 측정 유닛(distance measuring unit)을 추가로 구비한다. 이격 간격 측정 유닛에 의해, 기준 객체와 관련한 객체의 표면 윤곽이 검출될 수 있다. 또한, 본원의 장치는 상면 및 하면을 포함하는 객체 홀더도 포함한다. 객체 홀더 상에는 측정할 객체가 고정될 수 있다. 이 경우, 객체 홀더는 캐리어 유닛 상에서 선택적으로 제1 배향으로 그리고 제2 배향으로 배치될 수 있다.

전형적으로 객체 홀더는 자체의 상면으로 또는 자체의 하면으로 캐리어 유닛 상에서 지지될 수 있거나 또는 캐리어 유닛 상에 고정될 수 있다. 그런 다음, 캐리어 유닛으로부터 각각 반대 방향으로 향해 있는 상면 및 하면의 면은 이격 간격 측정 유닛으로 향해 있게 되며, 그럼으로써 객체 홀더의 상면 또는 하면에 할당되는 객체의 대응하는 표면은 객체 홀더의 관련된 배향에서 이격 간격 측정 유닛에 의해 스캐닝될 수 있게 된다.

여기서 스캐닝은 측정할 객체의 표면이면서 이격 간격 측정 유닛으로 향해 있는 상기 표면의 2차원 점별 스캐닝(two-dimensional pointwise scanning)을 의미한다. 이격 간격 측정 유닛 및 객체 홀더는 객체의 표면을 스캐닝하기 위해 서로 상대적으로 이동될 수 있다. 객체 홀더는 자체의 상면 상에 그리고 자체의 하면 상에 객체 홀더 및 이격 간격 측정 유닛의 상대 이동에 부합하는 기준 구조(reference structure)를 각각 포함한다.

객체 홀더 상에서 객체의 고정을 통해, 객체는 전형적으로 서로 대향하여 위치하면서도 서로 반대 방향으로 향해 있는 자체의 표면들로, 객체 홀더의 기준 구조들에 상대적으로 마찬가지로 고정된다. 예컨대, 상면으로 향해 있는 객체의 표면을 스캐닝할 때, 전형적으로 객체 홀더의 상면 상에 제공되는 상부 기준 구조는 균일하게 스캐닝될 수 있다. 이와 동일한 사항은 객체의 대향하는 표면 및 그에 상응하게 객체 홀더의 하면 상에 제공되는 하부 기준 구조에도 해당한다.

객체 상에 형성되는 기준 구조들에 의해, 객체의 대향하는 표면들은 전형적으로 상면 및 하면의 형태로 차례로 그리고 각각 객체 홀더 측 기준 구조들과 함께 스캐닝될 수 있다. 그에 따라, 표면의 생성된 이미지 내에는 본질적으로 관련된 표면에 할당된 기준 구조의 적어도 일부분이 포함된다. 기준 구조는 스캐닝된 표면의 이미지에서 식별될 수 있다. 객체의 대향하는 표면들의 순차적으로 그리고 차례로 실행되는 스캐닝 과정 및 이때 생성되는 표면 이미지들은 객체 홀더의 상면 및 하면 상에 각각 형성된 기준 구조들에 의해 상호 간에 관계를 갖게 될 수 있다.

특히, 객체의 대향하는 표면들의 차례로 검출될 수 있는 표면 이미지들의 위치 및 상호 간 정렬은 상기 유형 및 방식으로 산술 방식으로 서로 할당되며, 그리고 적어도 객체의 가상 3차원 모델링을 위해 상호 간에 관계를 갖게 될 수 있다. 객체의 대향하는 표면 이미지들의 적어도 가상 할당은 객체의 윤곽 검출 및 두께 측정을 가능하게 한다. 또한, 적어도 2개의 기준 구조를 구비한 객체 홀더에 의해 객체의 웨지 에러 역시도 정밀하게 결정될 수 있다.

이격 간격 측정 유닛은 전형적으로 광학 및 그에 따른 비접촉식 이격 간격 측정 유닛으로서 형성된다. 그러나, 본 발명은 어떠한 경우에도 광학 스캐닝 방법으로만 국한되지 않는다. 따라서, 이격 간격 측정 유닛은 동일하게 촉각식 스캐닝 유닛으로서도 형성될 수 있다.

객체의 표면의 스캐닝은 수많은 유형 및 방식으로 수행될 수 있다. 객체가 기준 객체와 관련하여 정지 상태로 유지되고, 그에 반해 이격 간격 측정 유닛은 객체에 상대적으로, 또는 캐리어 유닛에 상대적으로 객체의 기하구조 또는 표면 윤곽에 상응하는 적어도 2차원 또는 심지어는 3차원의 스캐닝 동작을 실행하는 점을 생각해볼 수 있다. 당연히 그 반대로도, 이격 간격 측정 유닛이 기준 객체와 관련하여 정지 상태에 있고, 이격 간격 측정 유닛 및 객체의 상대 이동은 단지 이격 간격 측정 유닛에 상대적인 객체 홀더의 상응하는 이동을 통해서만 수행되는 점 역시도 생각해볼 수 있다. 그러나, 장치 기술뿐만 아니라 측정 기술의 측면에서도 이격 간격 측정 유닛뿐만 아니라 객체 역시도 기준 객체에 상대적인 소정의 이동에 관련되는 것인 조합된 구현예가 바람직한 것으로 증명된다.

본 발명의 한 개선예에 따라서, 객체 홀더는 객체를 위한 수용 영역의 외부에서, 자체의 상면 상에 상부 기준 구조를 포함하고, 마찬가지로 객체를 위한 수용 영역의 외부에서, 자체의 하면 상에는 하부 기준 구조를 포함한다. 객체를 위한 수용 영역은 관통 개구부를 포함할 수 있고, 이 관통 개구부 내에 예컨대 광학 렌즈의 형태로 형성된 객체가 분리 가능하게 배치될 수 있다. 수용 영역 내에서 또는 상에서 객체는 전형적으로 상면으로, 객체 홀더의 상면 쪽으로 정렬된다. 또한, 객체는 하면으로 객체 홀더의 하면을 향해 정렬되고, 그에 상응하게 객체 홀더 상에 배치된다. 이런 유형 및 방식으로, 객체의 상면은 상부 기준 구조와 함께 스캐닝되어 객체의 윤곽이 검출될 수 있다. 이는, 동일하게 객체의 하면과 객체 하면에 할당된 하부 기준 구조에도 적용된다.

한 추가 구현예에 따라서, 상부 기준 구조는 객체 홀더의 상면 상에 제공되는 객체의 표면과 함께 스캐닝될 수 있고, 하부 기준 구조는 객체 홀더의 하면 상에 제공되는 객체의 표면과 함께 스캐닝될 수 있다. 객체 상면 및 객체 하면은 캐리어 유닛 상에서 객체 홀더의 각각의 배향에 따라서 상부 기준 구조 및 하부 기준 구조 각각과 함께 스캐닝될 수 있다.

객체의 상면 또는 하면과 함께 수행되는 상부 또는 하부 기준 구조의 스캐닝은 필연적으로 동시적인 스캐닝을 의미하는 것은 아니다. 전적으로, 동일한 스캐닝 과정에서 맨 먼저 예컨대 상부 기준 구조가 스캐닝될 수 있고, 그런 다음 상기 기준 구조에 할당된 객체의 상면 측 표면이 스캐닝될 수 있다. 그 다음에, 후속 단계에서 객체 홀더는 제1 배향으로부터 제2 배향으로 전환되며, 그런 후에 후속 스캐닝 과정에서 동일하게 상응하는 하부 기준 구조 및 객체의 하면이 동시에, 또는 순차적으로 스캐닝된다. 기준 구조의 스캐닝과 객체의 연계된 표면의 스캐닝 사이에서 객체 홀더의 어떠한 배향 전환도 수행되지 않기 때문에, 그렇게 수득되는 표면 이미지는 항상 관련된 기준 구조와 관계를 갖게 된다.

두 기준 구조 상호 간의 관계는 기지 사항(known)이거나 또는 보정을 통해 결정될 수 있기 때문에, 객체의 상부 표면 이미지 및 그 하부 표면 이미지의 내부에서 상부 및 하부 기준 구조에 상응하는 영역들의 할당을 통해, 객체의 대향하는 표면 이미지들의 상호 간의 정확한 할당이 수행될 수 있다. 이런 할당으로부터 예컨대, 객체의 두께, 두께 프로파일 및 웨지 에러와 같은 객체의 다양한 기하학적 크기들 및 특성들이 결정될 수 있다.

한 추가 구현예에 따라서, 본원의 장치는, 객체 표면과 함께 스캐닝되는 상부 및 하부 기준 구조를 이용하여, 서로 대향하여 위치하면서 객체 캐리어의 상면 및 하면 상에 제공되어 이격 간격 측정 유닛에 의해 스캐닝되는 객체의 표면들을 상호 간에 할당할 수 있는 컨트롤러를 포함한다.

컨트롤러는 특히 컴퓨터 구현 방식으로 형성된다. 컨트롤러는 한편으로 이격 간격 측정 유닛과 측정할 객체 간의 상대 이동과 그에 따라 객체 표면들의 스캐닝 단계를 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러는 이격 간격 측정 유닛에 의해 검출될 수 있는 표면 이미지들을 전자 방식으로 처리하고 이렇게 수득된 표면 이미지들 내에서 기준 구조들의 식별을 통해 표면 이미지들의 상호 간 할당 그리고 이로부터 도출될 데이터 및 기하학적 매개변수들 역시도 결정할 수 있다.

컨트롤러에 의해, 측정 방법은 거의 전자동으로 그리고/또는 프로그램 제어 방식으로 진행될 수 있다.

한 추가 구현예에 따라서, 객체 홀더는 자체의 상면과 자체의 하면 사이에 외부로부터 접근할 수 있는 외부 기준 구조를 포함한다. 외부 기준 구조는 상부 및 하부 기준 구조와 같이 바람직하게는 객체 홀더와 이격 간격 측정 유닛 간에 제공되는 상대 이동에 부합하게 연장된다. 상면 및 하면 상에 제공되는 상부 및 하부 기준 구조로 이격 간격 측정 유닛까지의 이격 간격과 관련하여 객체 홀더 상에 배치된 객체의 기준화(referencing)가 수행되는 동안, 외부 기준 구조에 의해서는 스캐닝 과정 동안 객체 홀더와 이격 간격 측정 유닛의 상대 이동과 관련한 추가 기준화가 제공될 수 있다.

캐리어 유닛 상에 회전 가능하게 지지되는 객체의 측정 동안, 외부 기준 구조를 이용한 상기 유형의 기준화는 특히 객체들이 회전 대칭형이 아닌 경우, 특히 중요하다. 이로써, 특히 가상 표면 이미지들의 측면 변위들 다시 말하면, 스캐닝 동안 회전하는 객체의 회전축에 대해 수직인 변위들은 보상될 수 있다.

한 추가 구현예에 따라서, 이격 간격 측정 유닛은 한 평면(x, z)에서 기준 객체 및 캐리어 유닛 중 적어도 일측에 상대적으로 이동될 수 있다. 상기 평면은 전형적으로 이격 간격 측정 유닛이 캐리어 유닛에 상대적으로, 그에 따라 객체에 상대적으로뿐만 아니라 적어도 하나의 위치 고정된 기준 객체에 상대적으로도 이동될 수 있는 측정 평면을 형성한다. 전형적으로 2개의 기준 객체는 서로 이격되어 제공될 수 있으며, 이 2개의 기준 객체에 의해서는 서로 상대적으로 고정된 두 기준 객체에 상대적으로 평면 내에서 이격 간격 측정 유닛의 위치 측정이 수행될 수 있다. 측정할 객체의 구체적인 기하학적 구성에 상응하게 기준 객체에 상대적인 또는 캐리어 유닛에 상대적인 이격 간격 측정 유닛의 단지 1차원적인 이동성 예컨대, 병진 이동성 역시도 생각해볼 수 있다.

한 평면에서 이격 간격 측정 유닛의 이동성은 본원의 장치에 높은 정도의 유연성을 부여한다. 이격 간격 측정 유닛의 2차원적인 이동성은 매우 상이한 객체들의 기하 측정을 위한 범용의 광범위한 이용을 가능하게 한다.

한 추가 구현예에 따라서, 객체 홀더는 캐리어 유닛 상에서 회전 가능하게 지지된다. 이 경우, 객체 홀더의 회전축은 전형적으로 이격 간격 측정 유닛의 측정 평면 내에 위치하거나, 또는 회전축은 측정 평면에 대해 평행하게 연장된다. 캐리어 유닛 상에서 객체 홀더의 회전 가능한 지지는 특히 측정 기술적 관점에서 회전 대칭형 객체들의 측정을 위해 바람직하다. 캐리어 유닛 상에서 회전되는 객체는 객체의 회전 이동 동안 이격 간격 측정 유닛에 의해 반경 방향에서 바깥쪽에서부터 안쪽으로 또는 안쪽에서부터 바깥쪽으로 스캐닝되거나 또는 비접촉 방식으로 스캐닝될 수 있다.

또한, 한 추가 또는 대안의 구현예에 따라서, 객체 홀더가 캐리어 유닛 상에서 선형 병진 이동 가능하게 지지되는 점도 추가로 생각해볼 수 있다. 이 경우, 객체 홀더의 병진 이동은 전형적으로 이격 간격 측정 유닛의 측정 평면에 대해 수직으로 또는 사전 설정된 각도로 연장된다. 캐리어 유닛 상에서 상기 유형으로 수행되는 객체의 병진 이동식 지지는 특히 원통형 대칭성을 갖는 객체들, 예컨대 원통형 렌즈들의 단계별 스캐닝을 위해 바람직한 것으로서 증명된다. 이 경우, 특히 캐리어 유닛의 병진 축(translation axis)의 방향으로 측정할 객체의 종축을 정렬하고 그에 상응하게 객체 홀더 상에 객체를 배치할 수 있다.

한 추가 구현예에 따라서, 이격 간격 측정 유닛은 기준 객체에 상대적으로 이동 가능한 홀더를 포함하고, 이 홀더 상에는 기준 몸체, 제1 거리 센서 및 제2 거리 센서가 배치된다. 이 경우, 제1 및 제2 거리 센서는 기준 몸체에 상대적으로 회전 가능하게 지지된다. 거리 센서들의 회전식 지지는 특히 측정할 객체 표면과 관련하여 직교성 조건(orthogonlaity condition)을 설정하기 위해 바람직하다.

특히, 이격 간격 측정 유닛 또는 이 이격 간격 측정 유닛의 거리 센서들 중 하나의 거리 센서와 객체의 측정할 표면 간의 이격 간격을 정밀하게 검출할 수 있도록 하기 위해, 관련된 센서는 측정할 표면에 대해 실질적으로 직교하도록 정렬되어야 하며, 그리고 측정할 객체의 윤곽에 상응하게 자체의 정렬을 매칭시켜야 한다. 이런 매칭을 위해, 센서의 병진 이동뿐만 아니라 회전 이동 역시도 실행된다. 공간 내에서 거리 센서의 병진 이동 및 위치는, 적어도 하나의 기준 객체에 상대적으로, 홀더 상에 배치되어 기준 객체 쪽으로 정렬된 적어도 하나의 추가 거리 센서에 의해 충분하게 높은 정밀도로 문제없이 검출될 수 있는 반면에, 센서의 회전 또는 경동(tilting)은 측정 기술적 관점에서 문제가 있는 것으로서 증명된다.

이동 가능한 홀더 상에 배치되는 기준 몸체의 제공은, DE 10 2011 011 065 B4에 이미 기재되어 있는 것처럼, 거리 센서의 회동 가능한 지지에도 불구하고 정밀한 이격 간격 측정을 위해 극도로 바람직한 것으로서 증명된다.

전형적으로, 제1 거리 센서 및 제2 거리 센서는 서로 상대적으로 고정되어 배치된다. 제1 거리 센서는 본원의 장치의 작동 중에 객체의 측정할 표면 쪽으로 지향되며, 그에 반해 제2 거리 센서는 전형적으로 정반대로 기준 몸체로 향하게 된다. 기준 몸체는 두 거리 센서의 회전 이동에 부합하면서 시스템에 걸쳐 기지 사항이거나, 또는 앞서 보정에 의해 결정되는 기준 표면을 포함하며, 그럼으로써 정반대로 정렬되는 2개의 제1 및 제2 거리 센서에 의해, 측정 유닛의 홀더의 기준 몸체에 상대적인 객체의 측정할 표면 상의 선택된 지점의 이격 간격이 측정될 수 있게 된다.

홀더 자체는 적어도 이미 언급한 추가 거리 센서에 의해 자체의 위치와 관련하여 공간 내 적어도 하나의 기준 객체에 상대적으로 기준화된다. 홀더의 위치는 하나 또는 복수의 보조 거리 센서에 의해 적어도 하나의 객체와 관련하여, 또는 복수의 기준 객체와 관련하여 정밀하게 측정될 수 있다.

홀더의 기준 몸체의 기준 표면은 예컨대 실질적으로 원호의 유형인 기하구조를 갖는 오목 거울로서 형성될 수 있다. 이 경우, 오목 거울의 중심점은 전형적으로 이격 간격 측정 유닛의 회전축, 다시 말하면 제1 및 제2 거리 센서의 공통 회전축과 일치할 수 있다.

한 추가 구현예에 따라서, 제3 거리 센서로서 형성되는 적어도 하나의 기준 센서가 홀더 상에 배치되며, 이 기준 센서에 의해서는 기준 객체에 상대적인 홀더의 이격 간격 또는 정렬이 측정될 수 있다. 이 경우, 기준 객체는 거리 센서에 대응하면서 전형적으로 반사하는 기준 표면을 포함한다.

이격 간격 측정 장치에 의해, 본원의 장치 또는 이격 간격 측정 유닛의 홀더의 기준 몸체에 상대적인 객체의 측정할 표면의 개별 지점들 또는 다수의 지점의 이격 간격이 측정될 수 있다. 적어도 하나의 기준 센서 및 마찬가지로 거리 센서로서 형성되는 추가의 제2 기준 센서에 의해, 적어도 하나 또는 복수의 기준 객체에 상대적인 홀더의 위치는 정밀하게 측정될 수 있다.

거리 센서들 또는 기준 센서들은 다파장 측정 원리를 이용하여 객체까지, 또는 기준 몸체 또는 기준 객체까지의 이격 간격을 측정하기 위해, 전형적으로 서로 상이한 파장을 갖는 복수의 광원과 연결된다. 상기 유형의 헤테로다인식 측정 방법(heterodyne measuring method)은 나노미터 및 서브나노미터 범위의 분해능을 갖는 고정밀 이격 간격 측정을 가능하게 하며, 그리고 추가로 밀리미터 범위에 이르기까지 측정 결과의 유효 범위(unambiguous range)를 제공할 수 있다. 바람직하게 광원으로서 실질적으로 단색인 레이저가 제공되며, 이 레이저의 파장은 1520과 1630㎚ 사이의 범위이다. 전형적으로 이용되는 레이저 파장은 광학 통신 스펙트럼의 S, C 또는 L 대역 내에 위치한다. 그러나, 원칙상 가시 스펙트럼 범위 및/또는 UV 스펙트럼 범위에서의 파장들 역시도 생각해볼 수 있다.

원칙상, 본 발명은 단지 하나의 파장만으로 작동하는 이격 간격 측정 유닛을 위해서도 구현될 수 있다. 그러나, 다파장 측정 방법에 의해, 수신되는 신호들의 유효 범위는 명백하게 확대될 수 있다. 객체 표면에 의해 반사되는 빔들의 각각의 위상 또는 위상 위치는 파장에 선택적으로 검출되어 이격 간격의 결정을 위한 전자 평가의 진행 중에 처리된다.

또한, 거리 센서들은 광섬유로도 관련된 광원들과 연결될 수 있다. 환경으로 인한 만일의 간섭 영향들은 상기 유형 및 방식으로 최소로 제한될 수 있다.

또한, 한 추가 양태에 따라서, 본 발명은 앞에서 기재한 장치를 이용한 객체의 기하 측정을 위한 방법에도 관한 것이다. 이 경우, 제1 단계에서 측정할 객체가 구비된 객체 홀더는 측정 장치의 캐리어 유닛 상에 제1 배향으로 배치된다. 그 다음에, 후속 단계에서 객체의 제1 표면 및 전형적으로 이격 간격 측정 유닛으로 향해 있는 개체 홀더의 상부 기준 구조는, 객체 및 연계된 기준 구조의 제1 표면 이미지를 생성하기 위해, 이격 간격 측정 유닛에 의해 스캐닝된다.

그런 후에, 객체 홀더는 캐리어 유닛 상에서 전형적으로 반대되는 제2 배향으로 배치되며, 그런 후에, 상응하는 유형 및 방식으로, 제1 표면에 대향하는 방식으로 배치되는 객체의 제2 표면 및 객체 홀더의 하부 기준 구조이면서 상부 기준 구조의 반대 방향으로 향해 있는 상기 하부 기준 구조가 이격 간격 측정 유닛에 의해 스캐닝되어, 제2 표면 이미지를 생성한다.

그 다음에, 후속 단계에서, 제1 및 제2 표면 이미지 내의 상부 및 하부 기준 구조에 따라서, 제1 및 제2 표면 이미지의 할당, 그 결과로는, 객체의 각각의 표면을 나타내면서 상응하는 표면 이미지들 내에 포함되는 측정값들의 할당이 수행될 수 있다. 이런 할당으로부터, 측정된 객체의 다수의 기하학적 매개변수가 결정될 수 있다. 그에 따라, 특히 객체의 두께, 객체의 표면에 걸친 두께 프로파일 및 객체의 웨지 에러가 정밀하게 검출되고 결정될 수 있다.

상기 구현예의 한 개선예에 따라서, 객체의 제1 및 제2 표면 중 일측 표면과 각각 연계된 기준 구조의 스캐닝 단계는 각각 이격 간격 측정 유닛에 의해 시간상 차례로 수행된다. 예컨대 상부 기준 구조의 순차적인 스캐닝과 이에 바로 후속되는 객체의 상면의 스캐닝은 동일한 이격 간격 측정 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 그럼으로써 방법의 실행 및 장치의 구현을 위한 장치 관련 비용은 최소로 감소될 수 있다.

그러나 원칙상, 객체 홀더의 할당된 기준 구조와 동시에 객체의 표면을 스캐닝하는 점 역시도 생각해볼 수 있다. 그러나 이 경우 상응하는 거리 센서들 및 그 신호들이 상호 간에 고정된 기지의 관계를 갖는 점이 보장되어야 한다.

한 개선예에 따라서, 상부 및 하부 기준 구조 중 적어도 하나의 기준 구조 또는 객체의 표면들 중 적어도 하나의 표면은 객체 홀더의 외부 기준 구조와 함께 스캐닝된다. 외부 기준 구조는 객체 홀더의 외부 테두리 상에 또는 그 외면 상에 위치한다. 이런 유형의 방법은 특히 객체들이 회전 대칭이 아닐 경우 중요하다. 또한, 그 결과, 차례로 서로 상이한 배향들에서 측정되는 표면 이미지들의 만일의 측면 변위는 보상될 수 있다. 이런 유형 및 방식으로, 캐리어 유닛의 회전축 상에서 객체의 절대적으로 정확한 중앙 지지에 대한 요건들 역시도 감소될 수 있다.

본원의 방법의 한 추가 구현예에 따라서, 적어도 하나의 기준 구조 및 객체의 적어도 하나의 표면의 스캐닝 단계는 동일한 이격 간격 측정 유닛으로 수행된다. 이런 유형 및 방식으로 전형적으로 정반대로 정렬되는 이미 기재한 2개의 거리 센서를 포함하는 단지 단일의 이격 간격 측정 유닛에 의해, 기준 구조뿐만 아니라 이 기준 구조에 각각 할당된 객체의 표면 역시도 정밀하게 측정될 수 있다. 이와 동시에 장치 관련 비용은 허용치 이내에서 유지될 수 있다.

본원의 방법의 한 추가 구현예에 따라서, 객체의 제1 및 제2 표면 이미지의 상호 간 할당으로부터 적어도 객체의 두께 및/또는 객체의 웨지 에러가 산출된다. 이 경우, 두께 및/또는 웨지 에러의 산출은 전형적으로 컴퓨터 지원 방식으로 수행된다. 제1 및 제2 표면 이미지의 할당은 자신들의 상호 간에 상대적인 위치가 기지 사항이거나 또는 자신들의 상호 간에 상대적인 위치가 본원의 장치의 작동 개시 시에 보정에 의해 결정되어 각각의 표면 이미지들과 함께 수집되는 기준 구조들에 따라서 수행된다.

여기서 추가로 주지할 사항은 최초에 기재한 본원의 장치가 본원에 기재한 방법의 실행을 위해 제공되어 이용될 수 있다는 점이다. 이런 점에 한해, 본원의 장치에 대해 명시한 모든 특징 및 장점은 동일하게 본원의 방법에 대해서도 적용되며, 그리고 그 반대로도 적용된다.

또한, 한 추가 양태에 따라서, 본 발명은 전형적으로 이미 기재한 본원의 장치의 컨트롤러에서 실행되는 컴퓨터 프로그램에도 관한 것이다. 이런 점에 한해서, 컴퓨터 프로그램은 해당하는 유형의 객체들의 측정을 위한 앞에서 기재한 장치를 기반으로 객체의 기하 측정을 위해 이용된다.

컴퓨터 프로그램은 객체의 제1 표면을 스캐닝하고 캐리어 유닛 상에 제1 배향으로 배치되는 객체 홀더의 상부 기준 구조를 스캐닝하기 위한 프로그램 수단들을 포함한다.

또한, 상기 프로그램 수단들은 객체의 제1 표면 이미지를 생성하도록 하기 위해서도 형성된다.

동일하게, 프로그램 수단들은 객체의 제2 표면, 및 캐리어 유닛 상에 제2 배향으로 배치되는 객체 홀더의 하부 기준 구조를 스캐닝하도록 하기 위해서도 형성된다. 또한, 상기 프로그램 수단들은 객체의 제2 표면 이미지를 생성하도록 하기 위해서도 형성된다. 제2 표면 이미지는 측정할 객체의 표면이면서 제1 표면 이미지의 반대 방향으로 향해 있는 상기 표면을 반영한다.

또한, 컴퓨터 프로그램은 상부 및 하부 기준 구조에 따라서 제1 및 제2 표면 이미지를 할당하기 위한 프로그램 수단들을 추가로 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 특히 측정된 표면 이미지들의 내부에서 상부 및 하부 기준 구조를 식별하고 상호 간에 고정된 기지의 관계를 갖는 기준 구조들에 따라서 표면 이미지들을 적어도 가상으로 중첩하도록 형성된다. 상기 중첩으로부터 객체의 고정밀 표면 및 체적 재구성이 가능해지며, 이 재구성으로부터는 객체의 표면에 걸친 두께 프로파일뿐만 아니라 객체의 웨지 에러 역시도 결정될 수 있다.

또한, 상기 관점에서 추가로 주지할 사항은, 컴퓨터 프로그램이 특히 마찬가지로 앞에서 기재한 장치를 이용하여 앞에서 기재한 방법을 실행하기 위해 적합하고 이를 위해 별도로 형성된다는 점이다. 컴퓨터 프로그램은 전형적으로 본원의 장치의 컨트롤러에서 구현되며, 이런 점에 의해 상기 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 이격 간격 측정 유닛에 의해 검출될 수 있는 표면 이미지들의 평가를 위해 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 추가로 객체의 표면 이미지들의 생성을 위한 스캐닝 과정 역시도 자동으로 제어할 수 있다.

또한, 추가로 주지할 사항은 본원의 장치 및 본원의 방법과 관련하여 기재한 모든 특징 및 장점이 동일하게 본원에서 언급되는 컴퓨터 프로그램에 대해서도 적용되며, 그리고 그 반대로도 적용된다는 점이다.

추가 목표들, 특징들 및 바람직한 적용 가능성들은 도면들과 관련한 한 실시예의 하기 기재내용에 따라서 설명된다.

본 발명에 의하면 종래 기술보다 우수한 객체의 기하 측정 장치 및 그 방법이 제공된다.

도 1은 객체들의 기하 측정을 위한 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 장치를 도시한 측면도이다.
도 3은 이격 간격 측정 유닛의 기본적인 측정 원리를 도시한 개략도이다.
도 4는 이격 간격 측정 유닛, 캐리어 유닛 및 객체 홀더의 상호 간의 배치 구조를 일부분 상세하게 도시한 부분 상세도이다.
도 5는 객체 홀더를 도시한 사시도이다.
도 6은 자체 상에 배치되는 객체 캐리어와 함께 도 5에 따른 객체 홀더를 도시한 추가 사시도이다.
도 7은 자체 상에 배치된 렌즈와 함께 객체 홀더를 절단하여 도시한 횡단면도이다.
도 8은 제1 표면 이미지의 검출 동안 본원의 장치를 도시한 개략도이다.
도 9는 제1 표면 이미지를 도시한 개략도이다.
도 10은 제2 표면 이미지의 검출 동안 본원의 장치를 도시한 개략도이다.
도 11은 도 10에 따른 구성에 부합하는 제2 표면 이미지를 도시한 개략도이다.
도 12는 도 9 및 도 11에 도시되어 있는 표면 이미지들이지만, 제2 표면 이미지는 수직으로 반사되어 있는 상태로 상기 표면 이미지들을 중첩하여 도시한 개략도이다.
도 13은 실제 웨지 에러를 보유한 렌즈를 측정할 때 본원의 장치를 도시한 추가 개략도이다.
도 14는 도 13에 따른 구성에서 측정된 렌즈의 제1 표면 이미지를 도시한 개략도이다.
도 15는 도 13에 따르는 구성이지만, 그러나 객체 홀더는 캐리어 유닛 상에서 또 다른 배향으로 지지되어 있는 상기 구성을 도시한 도면이다.
도 16은 도 15에 따른 구성에 상응하는 표면 이미지를 도시한 개략도이다.
도 17은 렌즈의 웨지 에러의 검출을 위한 도면들에 도시된 두 표면 이미지를 중첩하여 도시한 개략도이다.
도 18은 객체의 기하 측정을 위한 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1 내지 도 3에 서로 상이한 도면들로 도시되어 있는 측정 장치(10)는 위치 고정되고 서로 상대적으로 고정되는, 본 예시에서는 서로 직교하여 정렬되는 2개의 기준 객체(18, 20)를 포함하며, 이 기준 객체들 중 기준 객체(18)는 실질적으로 제1 방향(x)으로 연장되고 제2 기준 객체(20)는 제1 방향에 대해 수직인 방향(z)으로 연장된다. 두 기준 객체(18, 20) 상에는 전형적으로 거울 표면들로서 또는 반사 표면들로서 형성되는 개별 기준 표면(22, 24)들이 제공된다.

또한, 장치(10)는 회전 가능하게 지지되는 캐리어 유닛(12)을 추가로 포함하고, 이 캐리어 유닛 상에는 예컨대 광학 컴포넌트, 가령 렌즈(14)와 같은 측정할 객체(14)가 배치되어 고정될 수 있다. 그 외에, 객체 캐리어(116) 및 이 객체 캐리어 상에 분리 가능하게 고정될 수 있는 객체 홀더(100)는 회전축(16)을 중심으로 회전 가능하게 지지된다.

또한, 측정 장치(10)는 측정 평면으로서 지칭되는 x-z 평면 내에서 이동 가능한 홀더(26)를 추가로 포함하며, 이 홀더는 베이스(11) 상에서 측정 평면(x, z)에 상대적으로 이동될 수 있다.

측정 장치(10)는 베이스(11)와 이 베이스 상에 고정된 프레임(204)을 포함하고, 이 프레임은 베이스 상에 배치된 캐리어 유닛(12)을 커버하면서, 베이스(11) 상에서 이동 및 조정 가능하게 배치된 이격 간격 측정 유닛(70)을 위한 측정 평면(x, z)을 범위 한정한다. 프레임(204)은 2개의 측면 다리부(205, 206)를 포함하고, 캐리어 유닛(12)의 상부에서는 다리부(205, 206)들 사이에서 연장되는 연결 빔(208)(connecting beam)을 포함한다. 연결 빔(208)의 하면 상에는 기준 객체들 중 하나의 기준 객체(18)가 배치되며, 그에 반해 상부 방향으로 돌출된 다리부들 중 하나의 다리부(205) 상에는 제2 기준 객체(20)가 배치된다. 프레임(204)에 의해 기준 객체(18, 20)들은 베이스(11) 상에 위치 고정되어 배치된다.

홀더(26)는 여기에 별도로 표시되지 않은 베이스 플레이트를 포함하며, 이 베이스 플레이트 상에는 기준 몸체(28), 그리고 2개의 거리 센서(34, 36)의 회전식 지지를 위한 베어링(32)이 배치된다. 기준 몸체(28)는 거리 센서(34, 36)들로 향해 있으면서 본 예시에서는 예컨대 원통형 내벽의 유형에 따라서 형성되는 거울 또는 기준 표면(30)을 포함한다. 상기 거울 또는 기준 표면은 바람직하게는 오목 거울로서 형성된다. 기준 표면(30)의 윤곽은 측정 장치(10)의 보정을 위해 정밀하게 측정된다. 윤곽 및 기준 표면(30) 상에서 스캐닝될 개별 지점(44)들은 자체의 위치와 관련하여 기지 사항이며, 그리고 컨트롤러(60)의 평가 유닛 내에 저장된다.

홀더(26) 상에서 기준 몸체(28)의 배치는 수평으로 연장되는 확장 암(26a)을 통해 수행되고, 그에 반해 홀더(26) 상에서 이격 간격 측정 유닛(70)의 배치는 상기 확장 암에 대해 평행하게 연장되면서 베이스(11) 상에 회전 가능하게 배치되는 추가 확장 암(26b)을 통해 수행되며, 이는 도 2의 측면도에 도시되어 있다.

서로 반대 방향으로 정렬되는 2개의 거리 센서(34, 36)를 포함하는 이격 간격 측정 유닛(70)은 회전축(33)과 관련하여 회전 가능하게 베어링(32) 상에서 파지된다. 이 경우, 회전축(33)은 두 기준 객체(18, 20)에 의해 펼쳐져 형성되는 평면(x, z)에 대해 바람직하게는 직교하는 방향으로 연장된다. 이 경우, 객체(14) 쪽으로 지향되는 거리 센서(34)는 바람직하게는 다파장 센서로서 형성되며, 이 다파장 센서는 객체(14)의 측정할 표면 상에서 선택된 제1 지점(42)까지의 절대 이격 간격을 측정하도록 형성된다.

이 경우, 두 센서(34, 36)는 서로 상대적으로 고정된다. 또한, 상기 센서들은, 회전축(33)과 관련하여 직경 방향으로 서로 상대적으로 정렬된다. 그에 따라, 센서(34)의 정렬의 변경은 항상 센서(36)의 상응하는 방향 변경을 수반한다.

이 경우, 센서(34)는 반사 기하구조를 측정한다. 다시 말하면, 측정점(42)으로 지향되는 측정 빔은 동일하게 반사되어 센서(34)에 의해 다시 검출되며, 그리고 최종적으로 도 1에 도시되고 센서(34)와 연결되는, 컨트롤러(60)의 센서 또는 검출 유닛으로 공급된다. 측정할 객체(14)의 윤곽 그리고 객체(14)에 상대적인 홀더(26)의 상대적 포지셔닝 각각에 따라서, 센서(34)의 정렬 또는 배향이 변경된다. 그러나 회전축(33)을 중심으로 하는 거리 센서(34, 36)의 회전은 홀더(26)에 상대적인 거리 센서(34)의 변위를 초래할 수 있다.

제2 거리 센서가 제1 센서(34)와 반대되는 방향으로 기준 몸체(28)의 기준 표면(30)으로 향해 정렬됨으로써, 기지의 기준 몸체(28)와 관련하여 예컨대, 이격 간격 측정 유닛(70)의 회전 이동을 통해 불가피하게 야기되는 변위가 정밀하게 측정될 수 있고, 수신되거나 검출된 측정 신호들의 전자 평가의 진행 중에 보상될 수 있다.

센서(34)가 예컨대, 회전으로 인해 예컨대 객체(14)로 향하는 방향으로 변위된다면, 이는 측정할 이격 간격(38)을 감소시킬 수도 있다. 그러나 상기 변위는 동시에 대향하는 센서(36)와 위치 고정된 기준 표면(30) 사이의 제2 이격 간격(40) 역시 정량적으로 동일한 정도만큼 확대시킬 수도 있다. 이런 유형 및 방식으로, 이격 간격 측정 유닛(70)의 만일의 회전으로 인한 위치 정밀도는 정밀하게 제2 거리 센서(36)에 의해 기준 표면(30) 상에서 선택된 제2 측정점(44)에 상대적인 제2 이격 간격(40)의 측정을 통해 보상될 수 있다.

기준 객체(18, 20)들에 상대적인 홀더(26)의 위치는 기준 센서들로서도 지칭되면서 각각은 각각의 기준 객체(18, 20) 쪽으로 향하는 z 방향으로의 이격 간격(48) 및 x 방향으로의 이격 간격(46)을 검출하는 2개의 추가 거리 센서(50, 52)에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 기준 센서들 역시도 다파장 센서들로서 형성될 수 있다.

기준 몸체(28)의 기하구조 또는 위치에 상대적인 거리 센서(34, 36)들의 정렬은 객체(14)의 표면 상의 측정할 지점(42)을 통해 달성된다. 이 경우, 적합한 센서들 및 전기 기계식 조정 장치들을 이용하여 객체(14) 쪽으로 지향되는 거리 센서(34)를 항상 각각의 지점(42)에 대해 직교 방향으로 정렬하는 점도 생각해볼 수 있다. 그 다음에, 이 경우 제1 및/또는 제2 거리 센서(34, 36)의 설정된 각도는 이격 간격(40)의 측정을 위해 이용될 수 있다.

사전 설정된 각도에서 실제로 측정되는 이격 간격 값(40)은 보정 과정의 진행 중에 획득되는 기준 값과 비교될 수 있다. 그에 따른 편차로부터 직접적으로 측정된 이격 간격(38)에 대한 길이 교정이 달성된다.

도 5 내지 도 7에는, 캐리어 유닛(12) 상에서 회전 가능한 객체 홀더(100)가 개략적으로 도시되어 있다. 객체 홀더(100)는 원형으로 폐쇄된 기준 링(102)(reference ring)을 포함한다. 기준 링(102)은 상면(104)과, 이 상면(104)의 반대 방향으로 향하는 방식으로 하면(106)을 포함한다. 상면(104) 상에는, 도 7에 도시된 것처럼, 외주를 따라 연장되는 상부 기준 구조(108)가 형성된다. 그에 상응하게 대향하는 하면(106) 상에도 외주를 따라 연장되는 하부 기준 구조(110)가 형성된다. 기준 구조(108, 110)들은 환형 기준 표면들로서 형성될 수 있다. 그러나 원칙상 비교적 작은 반경 치수를 갖는 기준 링으로서의 구성 역시도 생각해볼 수 있다.

기준 링(102)은 반경 방향에서 안쪽에 위치하는 방식으로 안쪽을 향해 돌출된 플랜지(114)를 포함하며, 이 플랜지는 디스크 유형으로 형성된 객체 캐리어(116)의 배치를 위해 이용된다. 안쪽을 향해 돌출된 플랜지(114) 상에는 예컨대, 서로 등거리로 이격되어 배치되는 3개의 고정점(120)이 제공되며, 이 고정점들은 디스크 유형의 객체 캐리어(116)의 상응하는 고정점(118)들에 대응하고 그에 상응하게 객체 캐리어(116)의 고정점(118)들로 덮일 수 있다. 객체 캐리어(116)는 상이한 크기 및 상이한 두께의 측정할 객체(14)들을 위한 일종의 장착 어댑터로서 기능할 수 있다.

여기서, 디스크 유형으로 형성된 객체 캐리어(116)는 반경 방향에서 중앙에 관통 개구부의 형태로 형성되는 수용 영역(124)을 포함한다. 또한, 수용 영역(124)의 개구부 경계부는 도 6의 횡단면에서 유추되는 것처럼, 반경 방향에서 안쪽을 향해 돌출된 플랜지(128)를 추가로 구비한다. 또한, 수용 영역(124)의 개구부 경계부는 암나사부(126)를 구비하며, 이 암나사부 내로는 상응하는 수나사부(127)를 구비한 고정 링이 나사 조임될 수 있다. 고정 링(130)과 반경 방향에서 안쪽을 향해 돌출된 플랜지(128) 사이에는 측정할 객체(14)가 배치될 수 있다.

객체는 전형적으로 고정 링(130)에 의해 객체 캐리어(116) 상에, 그리고 그에 따라 객체 홀더(100) 상에 고정될 수 있다. 기준 링(102)의 상면(104) 상에 뿐만 아니라 그 하면(106) 상에도 각각 하나의 마커(122)가 배치되며, 이 마커에 의해 객체 홀더(100)는 캐리어 유닛(12) 상에서 회전축(16)과 관련하여 정의된 각도 위치에 배치될 수 있다.

기준 링(102)은, 객체 캐리어(116)로 향하는 전이부에서, 상면(104) 상에 외주를 따라 연장되는 챔퍼부(140)(chamfer)를 포함하며, 그리고 하면(106) 상에는 상기 챔퍼부에 대응하거나 대칭으로 형성되는 챔퍼부(142)를 포함한다. 챔퍼부(140, 142)들에 의해, 객체 홀더(100)는 전형적으로 이에 대응하는 챔퍼부(144)를 구비한 캐리어 유닛(12)의 베어링 부재(13) 상에서 센터링되는 방식으로 서로 상이한 두 배향(1, 2)으로 배치될 수 있다.

도 8 내지 도 12에는 순서대로 객체(14)의 기하 측정을 위한 방법이 도시되어 있다. 도 8에 따른 구성에서, 객체 홀더(100)는 캐리어 유닛(12) 상에서 제1 배향(1)으로 지지된다. 이 경우, 상면(104)은 3개의 상이한 위치에 도시된 이격 간격 측정 유닛(70)으로 향해 있으며, 그에 반해 하면(106)은 이격 간격 측정 유닛(70)의 반대 방향으로 향하는 방식으로 배치된다.

도 9에 개략적으로 도시된 표면 이미지(4)의 결정을 위해, 객체 홀더(100)는 도 1에 개략적으로 도시된 회전축(3)과 관련하여 회전되며, 그에 반해 도 8 및 도 10에 개략적으로만 도시된 이격 간격 측정 유닛(70)의 거리 센서(34)이면서 표면(14a)으로 향해 있는 상기 거리 센서(34)는 표면(14a)을 반경 방향에서 바깥쪽에서부터 반경 방향에서 안쪽으로 비접촉 방식으로 스캐닝한다. 이런 스캐닝의 진행 중에, 기준 링(102)의 상면(104) 상에서 상부 기준 구조(108) 역시도 스캐닝되거나 측정된다. 그에 따라 이렇게 검출 또는 측정될 수 있고 도 9에 개략적으로 도시된 표면 이미지(4)는 스캐닝된 기준 구조(108)의 이미지(108a)와 관계를 갖는다.

그 다음에, 상기와 광범위하게 동일한 절차는 도 10 및 도 11에 도시된 것처럼, 각각 객체 홀더(100)의 하면으로 실행된다. 객체 홀더(100)는 캐리어 유닛(12) 상에서 자체의 제2 배향(2)으로, 본 예시의 경우에는 선회된 배향으로 지지되고 재차 회전축(3)과 관련하여 회전된다. 또한, 여기서도, 상응하는 유형 및 방식으로 이격 간격 측정 유닛(70)은 하부 기준 구조(110)를 스캐닝하고 이에 바로 후속하여 객체(14)의 하부 표면(14b)을 스캐닝한다. 이 경우, 도 10에 개략적으로 재현되어 있는 것처럼, 하부 표면 이미지(5)가 검출된다. 여기서도 객체의 표면(14b)의 측정된 윤곽 또는 구조는 하부 기준 구조(110)의 이미지(110a)와 직접적인 관계를 갖는다.

도 9 및 도 11에 파선으로 재현되어 있는 영역이면서, 기준 구조(108a, 110a)들의 수평으로 도시된 상부 및 하부 이미지들과 표면 이미지(4, 5)의 반경 방향에서의 중앙 영역들 사이의 상기 영역은 객체 캐리어(116)의 반경 치수에 상응하고 도 8 및 도 10의 개략도들에서는 광범위하게 음영으로 도시되어 있다.

도 12에는 앞서 수집된 두 표면 이미지(4, 5)가 상호 간에 관계를 갖게 되고 이른바 중첩된다. 도 11에 도시된 표면 이미지(5)는 객체 홀더(110)의 제2 배향(2)에서 수집되었기 때문에, 상기 표면 이미지는 도 12에서는 수직으로 반사되는 방식으로 표면 이미지(5')로서 도시되어 있다. 상부 기준 구조(108)와 하부 기준 구조(110) 사이에서 좌측 및 우측에서 바깥쪽에 위치하는 파선들은 객체 홀더(100)의 기지의 두께 또는 앞서 보정된 두께(D)를 나타낸다.

도 12에 따른 두 표면 이미지(4, 5)의 중첩으로부터 두께(d) 또는 두께 프로파일은 예컨대 회전 대칭형 객체(14)의 반경의 함수로서 정밀하게 결정될 수 있다.

도 13 내지 도 17에는 순서대로 렌즈의 예시에서 객체의 웨지 에러의 결정이 개략적으로 도시되어 있다. 앞에서 도 8 내지 도 12에 대해 기재한, 객체 홀더(100)의 상면 및 하면(104, 106)의 스캐닝에 보충하여, 여기서는 기준 링(102)의 반경 방향에서 바깥쪽을 향해 지향되는 외면(111) 상에서 외부 기준 구조(112)의 보충적인 스캐닝이 제공된다. 외부 기준 구조(112)는 상부 기준 구조(108) 및 하부 기준 구조(110)와 고정된 기지의 관계를 갖는다. 또한, 객체 홀더(100)의 상면(104) 및 이 객체 홀더 내에 배치된 객체(14)가 측정되는 도 13에 따른 구성에서는, 도 13에 도시된 표면 이미지(4) 내에서 수직선의 형태인 이미지(112a)로서 도시되어 있는 외부 기준 구조(112)의 측정 또는 스캐닝이 동시에 또는 순차적으로 수행된다.

또한, 도 14에 따른 표면 이미지(4) 내에는 객체 표면(14a)의 산출된 대칭축(6)이 추가로 도시되어 있다. 객체 홀더(100)의 반전 및 선회 후에, 다시 스캐닝 방법이 실행되며, 재차 외부 기준 구조(112)는 이번에는 하부 기준 구조(110) 및 객체(14)의 하면에 보충되어 스캐닝된다. 그 결과로, 추가의 하면 측 표면 이미지(5)가 생성되며, 이 표면 이미지 내에서는 외부 기준 구조(112), 하부 기준 구조(110) 및 객체(14)의 하부 표면(14b)의 이미지가 재현된다. 이에 보충하여, 도 15에 따른 도면에는 객체(14)의 하부 표면(14b)의 산출된 대칭축(7)이 도시되어 있다.

재차, 도 16에는, 앞서 각기 따로 도 14 및 도 16에 도시된 두 표면 이미지(4, 5)의 중첩이 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서도 하면(106)에 할당된 표면 이미지(5)가 반영되어 있다. 외부 기준 구조(112)에 의해, 각기 따로 서로 무관하게 수집된 두 표면 이미지(4, 5)는 반경 방향으로 다시 말하면, 도 16의 도면과 관련하여 수평으로 정확하게 서로 겹쳐서 포지셔닝될 수 있으며, 그럼으로써 반경 방향(r)에서도 표면 이미지(4, 5')들의 정확한 할당이 수행될 수 있게 된다.

그 다음에, 표면 이미지(4, 5)들에 대해 각각 계산되는 대칭축(6, 7)들의 서로 상이한 경사 각도(α1, α2)들로부터 객체(14)의 웨지 에러가 결정된다.

마지막으로, 도 18에는 객체(14)의 기하 측정을 위한 방법의 흐름 순서가 개략적으로 도시되어 있다. 제1 단계 300에서 측정할 객체(14)를 구비한 객체 홀더(100)가 캐리어 유닛(12) 상에서 자체의 제1 배향(1)으로 배치된다. 후속 단계 302에서는 이격 간격 측정 유닛(70)으로 향해 있는 객체(14)의 제1 표면(14a) 및 객체 홀더(100)의 동일한 측에 위치하는 객체 홀더(100)의 상부 기준 구조(108)가 스캐닝된다.

추가 단계 304에서, 객체 홀더(100)는 선회되어 자체의 제2 배향(2)으로 전환되며, 이 제2 배향에서는 이제 객체 홀더(100)의 하면(106)이 이격 간격 측정 유닛(70)으로 향한다. 후속하여, 단계 306에서는 단계 302에 상응하게 객체(14)의 제2 표면(14b), 그에 따라 그 하면이 객체 홀더(100)의 하부 기준 구조(110)와 함께 이격 간격 측정 유닛(70)에 의해 스캐닝된다. 이 경우, 제2 표면 이미지(5)가 생성된다.

최종 단계 308에서는, 수득된 연속적인 제1 및 제2 표면 이미지(4, 5)가 상부 및 하부 기준 구조(108, 110)에 따라서 서로 할당된다. 측정할 객체는 표면 이미지(4, 5)들의 중첩을 통해 컴퓨터 지원 방식으로 거의 가상으로 모델링될 수 있고, 자체의 두께 프로파일과 관련하여서는, 그리고 자체의 웨지 에러와 관련하여서는 고정밀로 측정될 수 있다.

비록 도 1에 따른 도면에 회전 가능하게 지지되는 객체 홀더(100)가 도시되어 있기는 하지만, 특히 도 7 내지 도 16에 따르는 개략도들에서는 병진 이동 방식으로 도시된 도면 평면과 관련하여 그 외로 또는 그 내로 수행되는 객체 홀더(100)의 변위 이동 역시도 생각해볼 수 있다. 이는 특히 예컨대 원통형 렌즈들의 측정을 위해 제공된다. 여기서는, 객체(14)의 회전식 지지 대신, y 방향으로, 다시 말해 관찰자의 평면에 대해 수직으로 그리고 이격 간격 측정 유닛(70)의 측정 평면(x, z)에 대해 수직으로 객체의 순차적인 변위가 수행될 수 있다.

1: 배향
2: 배향
3: 회전축
4: 표면 이미지
5: 표면 이미지
6: 대칭축
7: 대칭축
10: 장치, 측정 장치
11: 베이스
12: 캐리어 유닛
13: 베어링 부재
14: 객체
14a: 표면
14b: 표면
16: 회전축
18: 기준 객체
20: 기준 객체
22: 기준 표면
24: 기준 표면
26: 홀더
28: 기준 몸체
30: 기준 표면
32: 베어링
34: 거리 센서
36: 거리 센서
38: 이격 간격
40: 이격 간격
42: 측정점
44: 측정점
46: 이격 간격
48: 이격 간격
50: 센서
52: 센서
60: 컨트롤러
70: 이격 간격 측정 유닛
100: 객체 홀더
102: 기준 링
104: 상면
106: 하면
108: 상부 기준 구조
108a: 이미지
110: 하부 기준 구조
110a: 이미지
112: 외부 기준 구조
112a: 이미지
114: 플랜지
116: 객체 캐리어
118: 고정점
120: 고정점
122: 마커
124: 수용 영역
126: 암나사부
127: 수나사부
128: 플랜지
130: 고정 링
140: 챔퍼부
142: 챔퍼부
144: 챔퍼부
204: 프레임
205: 다리부
206: 다리부
208: 연결 빔

Claims

객체(14)의 기하 측정을 위한 장치로서,
- 베이스(11), 및 객체(14)를 위해 상기 베이스 상에 배치되는 캐리어 유닛(12)과;
- 베이스(11)에 상대적으로 고정될 수 있는 적어도 하나의 기준 객체(18, 20)와;
- 기준 객체(18, 20)와 이 기준 객체(18, 20)로 향해 있는 객체(14)의 표면(14a, 14b) 간의 이격 간격을 측정할 수 있는 적어도 하나의 이격 간격 측정 유닛(70)과;
- 상면(104) 및 하면(106)을 포함하고 그 자체 상에는 객체(14)가 고정될 수 있는 객체 홀더(100)이면서, 캐리어 유닛(12) 상에서 선택적으로 제1 배향(1)으로, 그리고 제2 배향(2)으로 배치될 수 있는 상기 객체 홀더(100)를; 포함하는 상기 장치에 있어서,
- 상기 이격 간격 측정 유닛(70) 및 상기 객체 홀더(100)는 상기 객체(14)의 표면(14a, 14b)을 스캐닝하기 위해 상호 간에 상대적으로 이동될 수 있으며, 상기 객체 홀더(100)는 자체의 상면(104) 상에, 그리고 자체의 하면(106) 상에, 객체 홀더(100) 및 이격 간격 측정 유닛(70)의 상대 이동에 부합하는 기준 구조(108, 110)를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 객체 홀더(100)는, 상기 객체(14)를 위한 수용 영역(124)의 외부에서, 자체의 상면(104) 상에 상부 기준 구조(108)를 포함하고 자체의 하면(106) 상에는 하부 기준 구조(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 장치.
제2항에 있어서, 상기 상부 기준 구조(108)는 상기 객체 홀더(100)의 상면(104) 상에 제공되는 상기 객체(14)의 표면(14a)과 함께 스캐닝될 수 있고, 상기 하부 기준 구조(110)는 상기 객체 홀더(100)의 하면(106) 상에 제공되는 상기 객체(14)의 표면(14b)과 함께 스캐닝될 수 있는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 객체 표면(14a, 14b)들과 함께 스캐닝되는 상부 및 하부 기준 구조(108, 110)를 이용하여, 서로 대향하여 위치하면서 상기 객체 홀더(100)의 상면(104) 및 하면(106) 상에 제공되어 상기 이격 간격 측정 유닛(70)에 의해 스캐닝되는 상기 객체(14)의 표면(14a, 14b)들을 상호 간에 할당할 수 있는 컨트롤러(60)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 객체 홀더(100)는 자체의 상면(104)과 자체의 하면(106) 사이에서 외부로부터 접근할 수 있는 외부 기준 구조(112)를 포함하는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이격 간격 측정 유닛(70)은 한 평면(x, z)에서 상기 기준 객체(18, 20) 및 상기 캐리어 유닛(12) 중 적어도 일측에 상대적으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 객체 홀더(100)는 상기 캐리어 유닛(12) 상에 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 객체 홀더(100)는 상기 캐리어 유닛(12) 상에서 선형 병진 이동 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이격 간격 측정 유닛(70)은 상기 기준 객체(18, 20)에 상대적으로 이동 가능한 홀더(26)를 포함하고, 이 홀더 상에는 기준 몸체(28), 제1 거리 센서(34) 및 제2 거리 센서(36)가 배치되며, 상기 제1 및 상기 제2 거리 센서(34, 36)는 상기 기준 몸체(28)에 상대적으로 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 장치.
제9항에 있어서, 거리 센서로서 형성되는 적어도 하나의 기준 센서(46, 48)가 상기 홀더(26) 상에 배치되며, 상기 기준 센서에 의해서는 상기 기준 객체(18, 20)에 상대적인 상기 홀더(26)의 이격 간격(46, 48) 및/또는 정렬이 측정될 수 있는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따르는 장치를 이용한 객체(14)의 기하 측정을 위한 방법에 있어서,
- 캐리어 유닛(12) 상에서 측정할 객체(14)를 구비한 객체 홀더(100)를 제1 배향(1)으로 배치하는 단계와,
- 이격 간격 측정 유닛(70)을 이용하여 상기 객체(14)의 제1 표면(14a) 및 상기 객체 홀더(100)의 상부 기준 구조(108)를 스캐닝하여 제1 표면 이미지(4)를 생성하는 단계와,
- 상기 캐리어 유닛(12) 상에서 상기 객체 홀더(100)를 제2 배향(2)으로 배치하는 단계와,
- 상기 이격 간격 측정 유닛(70)을 이용하여 상기 객체(14)의 제2 표면(14b) 및 상기 객체 홀더(100)의 하부 기준 구조(110)를 스캐닝하여 제2 표면 이미지(5)를 생성하는 단계와,
- 상기 상부 및 상기 하부 기준 구조(108, 110)에 따라서 상기 제1 및 상기 제2 표면 이미지(4, 5)를 서로 할당하는 단계를
포함하는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 방법.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 표면(14a, 14b) 중 일측 표면 및 각각 연계된 기준 구조(108, 110)의 스캐닝 단계는 상기 이격 간격 측정 유닛(70)에 의해 시간상 차례로 수행되는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 상부 및 하부 기준 구조(108, 110) 중 적어도 하나의 기준 구조, 또는 상기 객체(14)의 표면(14a, 14b)들 중 적어도 하나의 표면은 상기 객체 홀더(100)의 외부 기준 구조(112)와 함께 스캐닝되는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 기준 구조(108, 110, 112) 및 상기 객체(14)의 적어도 하나의 표면(14a, 14b)의 스캐닝 단계는 동일한 이격 간격 측정 유닛(70)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 방법.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 표면 이미지(4, 5)의 상호 간 할당으로부터, 적어도 상기 객체(14)의 두께 및/또는 상기 객체(14)의 웨지 에러가 결정되는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따르는 장치를 이용한 객체(14)의 기하 측정을 위한 컴퓨터 프로그램에 있어서,
- 객체(14)의 제1 표면(14a), 및 캐리어 유닛(12) 상에서 제1 배향(1)으로 배치되는 객체 홀더(100)의 상부 기준 구조(108)를 스캐닝하여, 상기 객체(14)의 제1 표면 이미지(4)를 생성하기 위한 프로그램 수단들과,
- 상기 객체(14)의 제2 표면(14b), 및 상기 캐리어 유닛(12) 상에서 제2 배향(2)으로 배치되는 상기 객체 홀더(100)의 하부 기준 구조(110)를 스캐닝하여, 상기 객체(14)의 제2 표면 이미지(5)를 생성하기 위한 프로그램 수단들과,
- 상기 상부 및 상기 하부 기준 구조(108, 110)에 따라서 상기 제1 및 상기 제2 표면 이미지(4, 5)를 서로 할당하기 위한 프로그램 수단들을
포함하는 것을 특징으로 하는 객체의 기하 측정용 컴퓨터 프로그램.