KR20190035457A - 변위 계측 장치, 계측 시스템 및 변위 계측 방법 - Google Patents

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Abstract

계측 대상면까지의 거리를 정밀도 높게 계측 가능한 변위 계측 장치를 얻는다.
변위 계측 장치는, 광을 발생하는 투광부와, 계측 대상물에 대해 광을 조사하고, 조사된 광 중에서 계측 대상물의 계측 대상면에서 반사된 광을 수광하는 센서 헤드와, 센서 헤드에서 수광된 광에 기초하여 계측 대상면과의 사이의 거리를 나타내는 값을 산출하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 산출된 값이 미리 설정된 수치 범위에 포함되는 것을 조건으로, 산출된 값을 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하고, 산출된 값에 기초하여 수치 범위를 재설정한다.

Description

변위 계측 장치, 계측 시스템 및 변위 계측 방법{DISPLACEMENT MEASURING DEVICE, MEASURING SYSTEM AND DISPLACEMENT MEASURING METHOD}
본 발명은 변위 계측 장치, 변위 계측 장치를 구비한 시스템 및 변위 계측 방법에 관한 것이다.
종래, 예를 들어 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 계측 방식으로서 백색 공초점 방식을 이용한 변위 계측 장치가 알려져 있다. 이 변위 계측 장치는, 비접촉형 센서 헤드를 이동시키면서 계측 대상물과의 사이의 거리(변위)를 연속적으로 계측한다.
또한, 복수의 위치로부터의 반사광에 기초하여 부품의 두께 또는 변위를 계측함으로써 품질관리가 이루어지는 워크가 있다. 이러한 워크로서, 예를 들어 광을 반사하기 어려운 소재를 포함한 워크(AR(AntiReflective) 코트 등의 반사 방지 가공되어 있는 광학 부품 등), 다층 구성으로 되어 있는 워크(번들렌즈군 등)를 들 수 있다.
또한, 종래 특허문헌 2에 나타내는 바와 같이, 계측 방식으로서 삼각 측거 방식을 이용한 변위 계측 장치가 알려져 있다.
특허문헌 1: 일본공개특허 2012-208102호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 2013-90045호 공보
상술한 바와 같은 워크에서는, 모든 계측 위치로부터의 반사광이 안정적으로 잡힌다고는 할 수 없다. 예를 들어, 도 23의 파형(911)으로서 나타내는 바와 같이, 1번째 계측 대상면에서 반사된 광의 수광량이 작고 면검출 문턱값 이하가 되는 경우에는, 변위 계측 장치는, 파형(912)으로서 나타낸 2번째 계측 대상면에서 반사된 광을 제1 계측 대상면에서 반사된 광으로서 처리한다. 구체적으로는, 변위 계측 장치는, 1번째 계측 대상면까지의 거리를 거리(L911)가 아니라 거리(L912)로서 처리한다.
또한, 많은 위치로부터의 반사광이 있는 경우에는, 워크의 미소한 위치 어긋남에 따라 계측 대상면이 계측 범위 밖으로 벗어난다. 예를 들어, 도 24에 도시된 바와 같이 1번째 계측 대상면이 계측 범위에서 벗어나면, 변위 계측 장치는 파형(922)으로서 나타낸 2번째 계측 대상면에서 반사된 광을 1번째 계측 대상면에서 반사된 광으로서 처리한다. 구체적으로는, 변위 계측 장치는, 1번째 계측 대상면까지의 거리를 거리(L922)로서 처리한다.
또한, 센서 헤드와 워크의 상대 위치를 순서대로 어긋나게 하여 상기 계측을 반복적으로 행하는 경우, 파형(912, 922) 등의 위치가 도 23, 24의 가로축 방향으로 변동하는 경우가 있다.
따라서, 상기와 같은 워크에 대해서는, 각 계측 대상면까지의 거리를 정확하게 측정할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 그러므로, 이러한 워크를 포함한 각종 워크의 계측 대상면까지의 거리를 정확하게 측정하는 것이 요구된다.
본 개시는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 계측 대상면까지의 거리를 정밀도 높게 계측 가능한 변위 계측 장치, 시스템 및 변위 계측 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 어떤 국면에 따르면, 변위 계측 장치는, 광을 발생하는 투광부와, 계측 대상물에 대해 광을 조사하고, 조사된 광 중에서 계측 대상물의 계측 대상면에서 반사된 광을 수광하는 센서 헤드와, 센서 헤드에서 수광된 광에 기초하여 계측 대상면과의 사이의 거리를 나타내는 값을 산출하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 산출된 값이 미리 정해진 수치 범위에 포함되는 것을 조건으로, 산출된 값을 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하고, 산출된 값에 기초하여 수치 범위를 재설정한다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 전술한 변위 계측 장치와, 상기 변위 계측 장치와 통신 가능한 정보 처리 장치를 구비한 계측 시스템이 제공되며, 상기 정보 처리 장치는, 상기 변위 계측 장치의 수광부에서 수광된 광의 수광량을 상기 센서 헤드로부터의 거리에 관련지어 그래프 표시하고, 상기 그래프 표시에서의 상기 미리 설정된 수치 범위의 표시 태양을 디폴트의 태양에서 미리 정해진 태양으로 변경한다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 변위 계측 방법은, 광을 발생하는 단계와, 계측 대상물에 대해 상기 광을 조사하는 단계와, 조사된 상기 광 중에서 상기 계측 대상물의 계측 대상면에서 반사된 광을 수광하는 단계와, 수광된 광에 기초하여 상기 계측 대상면과의 사이의 거리를 나타내는 값을 산출하는 단계와, 산출된 상기 값이 미리 설정된 수치 범위에 포함되는 것을 조건으로, 산출된 상기 값을 상기 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하고, 산출된 상기 값에 기초하여 상기 수치 범위를 재설정하는 단계를 구비한다.
상기 구성에 의하면, 각 계측 대상면까지의 거리를 정밀도 높게 계측 가능해진다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 계측 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는, 각 계측 대상면의 설정 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 어떤 국면에서의 i번째 계측값을 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 3과는 다른 국면에서의 i번째 계측값을 나타낸 도면이다.
도 5는, 도 3 및 도 4와는 다른 국면에서의 i번째 계측값을 나타낸 도면이다.
도 6은, 설정 범위의 변경을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 센서 컨트롤러가 계측값을 취득할 수 없는 경우를 나타낸 도면이다.
도 8은, 설정 범위의 변경에 따라 설정 범위가 중복된 경우를 나타낸 도면이다.
도 9는, 하나의 설정 범위 내에 복수의 계측 대상면을 검출한 경우를 나타낸 도면이다.
도 10은, 설정 범위를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 계측값이 설정 범위 내에 없는 경우를 나타낸 도면이다.
도 12는, 설정 범위를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 계측 시스템의 기능적 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 초기 설정시의 처리의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 15는, 초기 설정이 종료된 후에 실행되는 계측 처리의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 16은, 초기 설정시에 표시되는 화면을 나타낸 도면이다.
도 17은, 정상적으로 계측이 이루어지는 계측회의 화면을 나타낸 도면이다.
도 18은, 설정 범위가 중복되었을 때의 계측회의 화면을 나타낸 도면이다.
도 19는, 센서 컨트롤러에서 계측 대상면이 존재하지 않는다고 판단되었을 때 측정회의 화면을 나타낸 도면이다.
도 20은, 센서 컨트롤러에서 측정값이 존재하지 않는 설정 범위가 있다고 판단된 경우의 측정회에서의 화면을 나타낸 도면이다.
도 21은, 설정폭의 자동 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는, 변위 센서로 검출되는 파형을 나타낸 도면이다.
도 23은, 변위 센서로 검출되는 다른 파형을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서는, 동일한 부품에는 동일한 부호를 부여한다. 이들의 명칭 및 기능도 동일하다. 따라서, 이들에 대해서는 상세한 설명은 반복하지 않는다.
<A. 시스템 구성>
도 1은, 본 실시형태에 관한 계측 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하여, 계측 시스템(1)은 변위 센서(2)와 정보 처리 장치(3)를 구비한다. 정보 처리 장치(3)는, 전형적으로는 퍼스널 컴퓨터이다.
변위 센서(2)는, 파장 분산을 사용한 센서이다. 자세하게는, 변위 센서(2)는, 계측 방식으로서 백색 공초점 방식을 이용한 변위 계측 장치이다. 변위 센서(2)는, 파이버 동축 변위 센서라고도 불린다. 변위 센서(2)는, 센서 컨트롤러(10)와 도광부(19)와 센서 헤드(20)를 가진다. 센서 헤드(20)는, 공초점 광학계를 포함한다. 자세하게는, 센서 헤드(20)는 대물 렌즈와 색수차 유닛을 가진다.
센서 컨트롤러(10)는, 소정의 파장 확대(파장폭)를 갖는 광(전형적으로는 백색광)을 발생한다. 이 광은, 도광부(19)를 전반하여 센서 헤드(20)에 도달한다.
센서 헤드(20)에 있어서, 전반된 광은 대물 렌즈에 의해 집속되어 계측 대상물(800)에 조사된다. 조사광(700)에는 색수차 유닛을 통과함으로써 축상 색수차가 발생하기 때문에, 대물 렌즈로부터 조사되는 조사광의 초점 위치는 파장마다 다르다. 계측 대상물(800)에 초점이 맞는 파장의 광만이 도광부(19)에 재입사하게 된다.
계측 대상물(800)은, 백색광을 투과 가능한 복수의 층(810, 820, 830)을 가진다. 이들 각 층(810, 820, 830)은, 예를 들어 백색광을 투과하지 않는 기판(840)(베이스재) 상에 형성되어 있다.
계측 대상물(800)의 제1면(811)에 초점이 맞는 파장의 광(701)과, 제2면(812)에 초점이 맞는 파장의 광(702)과, 제3면(813)에 초점이 맞는 파장의 광(703)과, 제4면(814)에 초점이 맞는 파장의 광(704)이 반사광으로서 센서 헤드(20)에서 수광된다.
또, 각 면(811~814)은 계측 대상면이다. 자세하게는, 제1면(811)은 1번째 층(810)의 상측 면으로서, 외부에 노출된 면이다. 제2면(812)은 2번째 층(820)의 상측 면으로서, 상측 층(810)과 접하고 있는 면이다. 제3면(813)은 3번째 층(830)의 상측 면으로서, 상측 층(820)과 접하고 있는 면이다. 제4면(814)은 기판(840)의 면으로서, 상측 층(830)과 접하고 있는 면이다.
센서 컨트롤러(10)에는, 도광부(19)를 통해 센서 헤드(20)에서 수광된 반사광이 입사된다. 센서 컨트롤러(10)는, 이러한 반사광에 기초하여 센서 헤드(20)로부터 계측 대상물(800)까지의 거리를 산출한다. 자세하게는, 센서 컨트롤러(10)는, 이러한 반사광에 기초하여 센서 헤드(20)로부터 계측 대상물(800)의 각 층(810, 820, 830)까지의 각 거리(변위)와 기판(840)까지의 거리(변위)를 산출한다.
변위 센서(2)에서는, 거리의 계측과, 예를 들어 화살표(600) 방향으로의 센서 헤드(20)의 이동이 반복된다. 이에 의해, 면(811~814) 각각에 대해 면에 따른 복수의 개소에서의 계측값을 얻을 수 있다.
또, 센서 헤드(20)가 이동하지 않고 계측 대상물(800)이 생산 라인 상에서 이동하는 구성이어도 된다. 본 예는, 센서 헤드(20)와 계측 대상물(800)의 상대 위치가 변화하면서 계측이 이루어지는 시스템에 적용할 수 있다.
정보 처리 장치(3)는, 센서 컨트롤러(10)에 접속되어 있다. 정보 처리 장치(3)에 의해 센서 컨트롤러(10)의 각종 설정을 변경할 수 있다. 또한, 정보 처리 장치(3)에서는, 센서 컨트롤러(10)에 의해 산출된 거리 등의 정보를 표시할 수 있다. 정보 처리 장치(3)의 각종 기능에 대해서는 후술한다. 또, 이러한 설정 및 표시는 센서 컨트롤러(10) 단체(單體)에서도 가능하다.
또, 센서 컨트롤러(10), 센서 헤드(20) 및 도광부(19)의 하드웨어 구성은 종래의 것과 동일하기 때문에, 여기서는 이들의 설명을 반복하지 않는다.
<B. 처리의 개요>
계측 시스템(1)에서는, 각 면(811~814)의 설정 범위를 지정하고, 각 설정 범위 내에서 얻어진 거리를 각 면(811~814)에 의한 거리로 한다. 또, 설정 범위란, 계측 대상면의 위치(즉, 수광량이 피크가 되는 거리)를 규정하는 영역이라고도 할 수 있다. 이하, 이러한 구성의 구체예에 대해 설명한다.
도 2는, 각 면(811~814)의 설정 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하여, 제1면(811)의 설정 범위로서 범위(R1(i))가 지정되어 있다. 마찬가지로 제2면(812)의 설정 범위로서 범위(R2(i))가 지정되어 있다. 또한, 제3면(813)의 설정 범위로서 범위(R3(i))가 지정되고, 제4면(814)의 설정 범위로서 범위(R4(i))가 지정되어 있다. 이 범위 설정 방법의 상세에 대해서는 후술한다.
또, 범위(R1(i))는 거리(L11(i))부터 거리(L12(i))까지의 범위이다. 이하 마찬가지로 범위(R2(i), R3(i), R4(i))는 각각 거리(L21(i))부터 거리(L22(i))까지의 범위, 거리(L31(i))부터 거리(L32(i))까지의 범위, 거리(L41(i))부터 거리(L42(i))까지의 범위이다. 변위 센서(2)에 의해 계측 가능한 범위(계측 범위)는, 거리 Lmin부터 Lmax까지의 범위이다.
상기에 있어서, i는 1 이상의 임의의 자연수로 한다. 각 범위(R1(i) 내지 R4(i))의 초기값(R1(1), R2(1), R3(1), R4(1))은, 정보 처리 장치(3)를 이용하여 사용자에 의해 설정된다. 또한, 변위 센서(2)는 각 범위(R1(i), R2(i), R3(i), R4(i))를 계측 주기마다 순서대로 변경한다. 즉, 범위(R1(i))에 착안하면, R1(i) 후에 R1(i+1)이 설정(재설정)되고, 그 후에 R1(i+2)가 설정(재설정)된다. 이러한 설정 범위의 변경(재설정)은, 변위 센서(2)를 구성하는 센서 컨트롤러(10)의 제어부(11)(도 13 참조)에 의해 실행된다.
이하에서는, 범위(R1(i), R2(i), R3(i), R4(i))를 i번째 계측에 이용되는 설정 범위로서 설명한다. 또, 계측과 센서 헤드(20)의 이동이 반복적으로 이루어지기 때문에, i번째 계측 지점과 i+1번째 계측 지점은 다르다.
도 3은, 어떤 국면에서의 i번째 계측값을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하여, 센서 컨트롤러(10)에서는, 반사광의 수광량을 나타내는 파형으로서 4개의 파장의 파형(501, 502, 503, 504)이 검출된다. 파형(501, 502, 503, 504)이 피크가 되는 거리는 각각 거리(L1(i), L2(i), L3(i), L4(i))이다.
거리(L1(i))는 범위(R1(i))에 포함되어 있다. 따라서, 센서 컨트롤러(10)는 거리(L1(i))를 층(810)의 제1면(811)까지의 거리로서 처리한다. 구체적으로는, 거리(L1(i))를 계측값으로서 확정한다.
또한, 거리(L2(i))는 범위(R2(i))에 포함되어 있다. 따라서, 센서 컨트롤러(10)는 거리(L2(i))를 층(820)의 제2면(812)까지의 거리로서 처리한다. 마찬가지로 센서 컨트롤러(10)는 거리(L3(i))를 제3면(813)까지의 거리로서 처리하고, 거리(L4(i))를 제4면(814)까지의 거리로서 처리한다.
도 4는, 도 3과는 다른 국면에서의 i번째 계측값을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하여, 센서 컨트롤러(10)에서는, 반사광의 수광량을 나타내는 파형으로서 4개의 파장의 파형(511, 512, 513, 514)이 검출된다. 파형(511, 512, 513, 514)의 피크는, 설명의 편의상 도 3과 같이 각각 거리(L1(i), L2(i), L3(i), L4(i))로서 기재한다.
파형(511)에 대해 수광량이 피크가 되는 거리(L1(i))는 범위(R1(i))에 포함되어 있다. 따라서, 센서 컨트롤러(10)는 거리(L1(i))를 제1면(811)까지의 거리로서 처리한다. 마찬가지로 센서 컨트롤러(10)는 거리(L2(i))를 제2면(812)까지의 거리로서 처리하고, 거리(L4(i))를 제4면(814)까지의 거리로서 처리한다.
그러나, 파형(513)에 대해 수광량이 피크가 되는 거리(L3(i))는 범위(R3(i))에 포함되지 않는다. 이 때문에, 센서 컨트롤러(10)는 거리(L3(i))를 제3면(813)까지의 거리로서 처리하지 않는다. 센서 컨트롤러(10)는, 제3면(813)까지의 거리를 계측 불가능으로서 처리(에러 처리)한다.
이와 같이, 센서 컨트롤러(10)는, 산출된 4개의 거리 중에서 미리 정해진 수치 범위에 포함되는 거리(예를 들어, 범위(R1(i))에 포함되는 거리(L1(i))를 복수의 층(810, 820, 830) 및 기판(840) 중 미리 정해진 층의 계측 대상면 또는 기판(840)의 계측 대상면까지의 거리(예를 들어, 층(810)의 제1면(811)까지의 거리)로서 처리한다.
이러한 구성에 의하면, 수치 범위에 포함되지 않는 거리는 계측 대상면까지의 거리로서 처리되지 않기 때문에, 각 면(811~814)까지의 거리를 정밀도 높게 계측 가능해진다.
도 5는, 도 3 및 도 4와는 다른 국면에서의 i번째 계측값을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하여, 센서 컨트롤러(10)에서는, 반사광의 수광량을 나타내는 파형으로서 4개의 파장의 파형(521, 522, 523, 524)이 검출된다. 파형(522, 523, 524)이 피크가 되는 거리는, 설명의 편의상 도 3 및 도 4와 같이 각각 L2(i), L3(i), L4(i)로서 기재한다.
파형(522)에 대해 수광량이 피크가 되는 거리(L2(i))는 범위(R2(i))에 포함되어 있다. 따라서, 센서 컨트롤러(10)는 거리(L2(i))를 제2면(812)까지의 거리로서 처리한다. 마찬가지로 센서 컨트롤러(10)는 거리(L3(i))를 제3면(813)까지의 거리로서 처리하고, 거리(L4(i))를 제4면(814)까지의 거리로서 처리한다.
그러나, 파형(521)이 나타내는 바와 같이 제1면(811)이 센서 헤드(20)의 계측 범위 밖의 위치가 되었기 때문에, 센서 컨트롤러(10)는 범위(R1(i))에 포함되는 수광량의 피크를 검출할 수 없다. 이 때문에, 센서 컨트롤러(10)는 제1면(811)까지의 거리를 계측 불가능으로서 처리(에러 처리)한다.
이와 같이, 센서 컨트롤러(10)는, 산출된 4개의 거리 중에서 미리 정해진 수치 범위에 포함되는 거리를 복수의 층(810, 820, 830) 및 기판(840) 중 미리 정해진 층의 계측 대상면 또는 기판(840)의 계측 대상면까지의 거리로서 처리한다.
이러한 구성에 의하면, 수치 범위에 포함되지 않는 거리는 계측 대상면까지의 거리로서 처리되지 않는다. 특히, 도 5의 경우에는, 센서 컨트롤러(10)는, 1번째 계측 대상면인 제1면(811)까지의 거리를 거리(L2(i))로서 처리하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 센서 컨트롤러(10)에 의하면, 각 면(811~814)까지의 거리를 정밀도 높게 계측 가능해진다.
도 6은, 설정 범위의 변경을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하여, 센서 컨트롤러(10)는, 범위(R1(i))에 포함되는 거리(L1(i))에 기초하여 제1면(811)에 관한 설정 범위를 범위(R1(i))에서 범위(R(i+1))로 변경한다. 전형적으로는, 센서 컨트롤러(10)는, 거리(L1(i))가 범위(R1(i+1))의 한가운데의 값이 되도록 범위(R1(i+1))를 설정(재설정)한다.
마찬가지로 센서 컨트롤러(10)는, 범위(R2(i))에 포함되는 거리(L2(i))에 기초하여 제2면(812)에 관한 설정 범위를 범위(R2(i))에서 범위(R2(i+1))로 변경한다. 또한, 센서 컨트롤러(10)는 제3면(813)에 관한 설정 범위를 범위(R3(i))에서 범위(R3(i+1))로 변경하고, 제4면(814)에 관한 설정 범위를 범위(R4(i))에서 범위(R4(i+1))로 변경한다.
이와 같이, 변위 센서는, 각 면(811~814)에 관한 설정 범위를 계측값인 거리(L1(i) 내지 L4(i))에 추종시킨다. 이에 의하면, 이러한 추종 처리(설정 범위의 재설정 처리)를 행하지 않는 구성에 비해 에러 처리를 실행하는 횟수가 줄어든다. 그러므로, 이러한 구성에 의하면, 각 면(811~814)까지의 거리를 정밀도 높게 계측 가능해짐과 아울러, 각 면(811~814)까지의 거리의 데이터를 많이 취득하는 것이 가능해진다.
또, 상기의 구성에서는 에러가 발생해도 계측을 계속하는 구성을 예로 들어 설명하였지만, 에러가 발생한 시점에서 계측을 중지하도록 계측 시스템(1)을 구성해도 된다.
<C. 처리의 상세>
(c1. 초기 설정)
상술한 바와 같이, 초기값인 범위(R1(1), R2(1), R3(1), R4(1))는 정보 처리 장치(3)를 이용하여 사용자에 의해 설정된다. 이러한 초기값은 티칭 모드에서 설정된다. 또, 이러한 설정은 센서 컨트롤러(10) 단체에서도 가능하다.
또, 센서 컨트롤러(10)는 전형적으로는 수치 범위의 디폴트값을 미리 기억하고 있다. 티칭 처리에 기초하여 이 디폴트값이 변경되고, 변경 후의 값이 상기 초기값으로서 이용된다.
센서 컨트롤러(10)는, 티칭시에 계측한 각 면(811, 812, 813, 814)까지의 거리(수광량의 피크의 거리)와, 사용자 입력된 설정 범위의 폭(설정 범위의 상한값과 하한값의 차분)에 기초하여 범위(R1(1), R2(1), R3(1), R4(1))를 설정한다. 구체적으로는, 센서 컨트롤러(10)는, 제1면(811)까지의 거리가 입력된 폭의 한가운데의 값이 되도록 범위(R1(1))를 결정한다. 센서 컨트롤러(10)는, 제2면(812)까지의 거리가 입력된 폭의 한가운데의 값이 되도록 범위(R2(1))를 설정한다. 범위(R3(1), R4(1))에 대해서도 동일한 수법으로 설정된다.
계측 시스템(1)에서는, 설정 범위의 폭은 범위(R1(1), R2(1), R3(1), R4(1))마다 설정 가능하게 되어 있다.
(c2. 계측 개시 후의 처리)
계측시에는, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 국면 이외에도 다양한 국면이 발생할 수 있다. 이하에서는, 상술한 국면 이외의 국면이 발생한 경우에서의 처리에 대해 설명한다.
(1) 계측값을 얻지 못한 경우
도 7은, 센서 컨트롤러(10)가 계측값을 취득할 수 없는 경우를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하여, 계측 범위 내(거리(Lmin~Lmax)의 범위 내)에 수광량의 피크가 없는 경우, 센서 컨트롤러(10)는 계측 대상면이 존재하지 않는다고 판단하여 모든 설정 범위에서 벗어난 에러로서 처리한다. 이 경우, 센서 컨트롤러(10)는, 이 계측회에 관해서는 각 면(811~814)까지의 거리를 나타낸 데이터가 존재하지 않는 것으로 한다.
(2) 설정 범위가 중복된 경우
도 8은, 설정 범위의 변경에 의해 설정 범위가 중복된 경우를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하여, 범위(R1(i) 내지 R4(i))가 설정된 후에, 센서 컨트롤러(10)에서 4개의 파장의 파형(541, 542, 543, 544)이 검출되었다고 하자. 또, 파형(541, 542, 543, 544)이 피크가 되는 거리는 각각 거리(L1(i), L2(i), L3(i), L4(i))라고 하자.
파형(541)에 대해 수광량이 피크가 되는 거리(L1(i))는 범위(R1(i))에 포함되어 있다. 따라서, 센서 컨트롤러(10)는 거리(L1(i))를 층(810)의 제1면(811)까지의 거리로서 처리한다. 마찬가지로 센서 컨트롤러(10)는, 거리(L2(i))를 제2면(812)까지의 거리로서 처리한다.
그러나, 이미 설정된 범위(R3(i))와 범위(R4(i))는 서로 일부가 중복되어 있다. 이러한 경우, 센서 컨트롤러(10)는, 중복된 범위에 포함되는 계측값에 대해서는 에러로서 처리한다. 이 경우, 센서 컨트롤러(10)는, 이 계측회에 관해서는 제3면(813)의 계측값(거리(L3(i))과 제4면(814)의 계측값(거리(L4(i))이 존재하지 않는 것으로 한다.
(3) 하나의 설정 범위 내에 복수의 계측 대상면을 검출한 경우
도 9는, 하나의 설정 범위 내에 복수의 계측 대상면을 검출한 경우를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하여, 범위(R1(i+1) 내지 R4(i+1))가 설정된 후에, 센서 컨트롤러(10)에서 4개의 파장의 파형(551, 552, 553, 554)이 검출되었다고 하자. 또, 파형(551, 552, 553, 554)이 피크가 되는 거리는 각각 거리(L1(i+1), L2(i+1), L3(i+1), L4(i+1))라고 하자.
파형(551)에 대해 수광량이 피크가 되는 거리(L1(i+1))는 범위(R1(i+1))에 포함되어 있다. 따라서, 센서 컨트롤러(10)는 거리(L1(i+1))를 층(810)의 제1면(811)까지의 거리로서 처리한다. 마찬가지로 센서 컨트롤러(10)는, 거리(L2(i+1))를 제2면(812)까지의 거리로서 처리한다.
그러나, 범위(R3(i+1))에는 수광량의 피크가 2개 포함되어 있다. 즉, 센서 컨트롤러(10)는 범위(R3(i+1))에 2개의 계측 대상면을 검출하게 된다.
이러한 경우, 센서 컨트롤러(10)는 범위(R3(i+1)) 다음으로 설정하는 범위(R3(i+2))를 이하와 같이 설정한다.
도 10은, 범위(R3(i+2))를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하여, 센서 컨트롤러(10)는, 거리(L3(i+1)) 및 거리(L4(i+1)) 중에서 전회의 계측값(거리(L3(i))에 가까운 쪽의 거리를 선택한다. 거리(L3(i))와 거리(L3(i+1)) 사이의 거리가 d1이며, 거리(L3(i))와 거리(L4(i+1)) 사이의 거리가 d2(>d1)인 경우에는, 센서 컨트롤러(10)는 거리(L3(i+1))를 선택한다. 이 경우, 센서 컨트롤러(10)는, 거리(L3(i+1))가 다음으로 설정되는 범위(R3(i+2))의 한가운데의 값이 되도록 범위(R3(i+2))를 설정한다.
이와 같이, 센서 컨트롤러(10)는, 범위(R3(i+1))에 거리(L3(i+1))와 거리(L4(i+1))가 포함되는 경우, 거리(L3(i+1))와 거리(L4(i+1)) 중에서 거리(L3(i))에 가까운 쪽의 거리가 변경 후의 범위(R3(i+2))의 한가운데의 값이 되도록 한다.
이러한 구성에 의하면, 다음 범위를 적절히 설정하는 것이 가능해진다.
(4) 계측값이 설정 범위 내에 없는 경우
도 11은, 계측값이 설정 범위 내에 없는 경우를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하여, 범위(R1(i+1) 내지 R4(i+1))가 설정된 후에, 센서 컨트롤러(10)에서 4개의 파장의 파형(561, 562, 563, 564)이 검출되었다고 하자. 또, 파형(561, 562, 563, 564)이 피크가 되는 거리는 각각 거리(L1(i+1), L2(i+1), L3(i+1), L4(i+1))라고 하자.
파형(561)에 대해 수광량이 피크가 되는 거리(L1(i+1))는 범위(R1(i+1))에 포함되어 있다. 따라서, 센서 컨트롤러(10)는 거리(L1(i+1))를 층(810)의 제1면(811)까지의 거리로서 처리한다. 마찬가지로 센서 컨트롤러(10)는, 거리(L2(i+1))를 제2면(812)까지의 거리로서 처리하고, 거리(L3(i+1))를 제3면(813)까지의 거리로서 처리한다.
그러나, 파형(564)에 대해 수광량이 피크가 되는 거리(L4(i+1))는 R4(i+1)에 포함되지 않는다. 이 때문에, 센서 컨트롤러(10)는 거리(L4(i+1))를 제4면(814)까지의 거리로서 처리하지 않는다. 센서 컨트롤러(10)는, 제4면(814)까지의 거리를 계측 불가능으로서 처리(에러 처리)한다.
이러한 경우, 센서 컨트롤러(10)는 범위(R4(i+1)) 다음으로 설정하는 범위(R4(i+2))를 이하와 같이 설정한다.
도 12는, 범위(R4(i+2))를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하여, 센서 컨트롤러(10)는, 거리(L3(i))와 거리(L3(i+1))와 거리(L4(i))를 이용하여 범위(R4(i+2))를 결정하기 위한 거리(L4'(i+1))를 산출한다. 센서 컨트롤러(10)는, 범위(R4(i+2))를 결정하기 위해 거리(L4(i+1))를 이용하지 않는다.
구체적으로는, 센서 컨트롤러(10)는 이하의 식(1)에 의해 거리(L4'(i+1))를 산출한다.
L4'(i+1)=L3(i+1)+(L4(i)-L3(i)) …(1)
이와 같이, 센서 컨트롤러(10)는, 전회 계측에서의 2개의 계측값의 상대적인 위치 관계를 이용하여 거리(L4'(i+1))를 산출한다. 센서 컨트롤러(10)는, 거리(L4'(i+1))가 다음으로 설정되는 범위(R4(i+2))의 한가운데의 값이 되도록 범위(R4(i+2))를 설정한다.
이상과 같이, 센서 컨트롤러(10)는, 전회 복수의 계측값(L1(i+1), L2(i+1), L3(i+1), L4(i+1))이 범위(R4(i+1))에 포함되지 않는 경우에는, 거리(L4(i))와 거리(L3(i))와 범위(R3(i+1))에 포함되는 거리(L3(i+1))에 기초하여 제4면(814)을 위한 설정 범위를 범위(R4(i+1))에서 범위(R4(i+2))로 변경한다.
이러한 구성에 의하면, 도 11에 도시된 거리(L4(i+1))를 이용하여 범위(R4(i+2))를 설정하는 경우에도 정밀도 높게 범위(R4(i+2))를 설정할 수 있다.
또, 상기에서는 범위(R4(i+2))를 설정하기 위해 L3(i+1)와 L3(i)를 이용하였지만, 이들 대신에 L2(i+1)와 L2(i)를 이용해도 된다. 혹은, 센서 컨트롤러(10)는 L1(i+1)와 L1(i)를 이용해도 된다.
(c3. 기능적 구성)
도 13은, 계측 시스템(1)의 기능적 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하여, 계측 시스템(1)은 상술한 바와 같이 변위 센서(2)와 정보 처리 장치(3)를 구비하고 있다. 변위 센서(2)는, 센서 컨트롤러(10)와 도광부(19)와 센서 헤드(20)를 가진다.
센서 컨트롤러(10)는, 제어부(11)와 투광부(12)와 수광부(13)와 표시부(14)와 통신 IF(Inter Face)부(15)를 가진다. 수광부(13)는, 분광기(131) 및 검출기(132)를 포함한다.
투광부(12)에서 발생한 소정의 파장 확대를 갖는 조사광은, 도광부(19)를 전반하여 센서 헤드(20)에 도달한다. 센서 헤드(20)에 재입사한 반사광은, 도광부(19)를 전반하여 수광부(13)에 입사된다. 수광부(13)에서는, 분광기(131)에서 입사된 반사광이 각 파장 성분으로 분리되고, 검출기(132)에서 각 파장 성분의 강도가 검출된다.
제어부(11)는, 검출기(132)에서의 검출 결과에 기초하여 센서 헤드(20)로부터 계측 대상물(800)의 각 면(811~814)까지의 거리(변위)를 산출한다. 또한, 제어부(11)는 각 면(811~814)에 대한 설정 범위의 변경(재설정)을 행한다.
표시부(14)는, 제어부(11)에 의해 산출된 거리를 수치에 의해 표시한다.
수광부(13)의 검출기(132)를 구성하는 복수의 수광 소자 중에서 반사광을 수광하는 수광 소자는, 센서 헤드(20)에 대한 계측 대상물(800)의 표면 형상에 따라 변화하게 된다. 따라서, 검출기(132)의 복수의 수광 소자에 의한 검출 결과(화소 정보)로부터 계측 대상물(800)의 각 면(811~814)에 대한 거리 변화(변위)를 계측할 수 있다. 이에 의해, 변위 센서(2)에 의해 계측 대상물(800)의 각 계측 대상면의 형상을 계측할 수 있다.
통신 IF부(15)는, 정보 처리 장치(3)와의 통신에 이용된다.
정보 처리 장치(3)는, 제어부(31)와 기억부(32)와 입력부(33)와 표시부(34)와 통신 IF부(35)를 가진다.
제어부(31)는, 정보 처리 장치(3)의 동작을 제어한다. 제어부(31)는, 기억부(32)에 기억된 오퍼레이팅 시스템 상에서 소정의 애플리케이션 프로그램을 실행한다. 애플리케이션 프로그램의 실행에 따라 표시부(34)에 표시되는 화면(사용자 인터페이스)의 예에 대해서는 후술한다.
제어부(31)는, 입력부(33)를 통한 사용자 입력(입력 조작)을 접수한다. 또한, 제어부(31)는 표시부(34)에 화면을 출력한다. 제어부(31)는, 통신 IF부(35)를 통해 센서 컨트롤러(10)와 통신한다.
정보 처리 장치(3)는, 센서 컨트롤러(10)에 대해, 설정 범위의 설정 폭의 정보와 초기 설정시에 이용되는 티치 실행 명령을 송신한다. 설정 폭은, 입력부(33)를 이용하여 입력된 값이다. 또, 설정 폭은, 예를 들어 도 2의 범위(R1(i))의 경우, L12(i)에서 L11(i)를 뺀 수치이다.
또한, 티치 실행 명령은, 사용자가 표시부(34)에서 표시되어 있는 소정의 오브젝트(이하, 「티치 버튼」이라고도 부름)를 선택함으로써, 정보 처리 장치(3)에서 센서 컨트롤러(10)로 송신된다.
센서 컨트롤러(10)는, 정보 처리 장치(3)에 대해, 일례로서 계측이 이루어질 때마다 계측값을 정보 처리 장치(3)로 송신한다. 또, 에러로서 처리된 계측값은 정보 처리 장치(3)에는 송신되지 않는다. 또한, 센서 컨트롤러(10)는, 에러인 경우에는 그 취지를 정보 처리 장치(3)에 통지한다. 나아가 센서 컨트롤러(10)는, 각 면(811~814)에 대한 설정 범위(범위(R1(i)~R4(i))가 변경(재설정)될 때마다 설정 범위의 한가운데의 값(거리)을 정보 처리 장치(3)에 통지한다.
정보 처리 장치(3)는, 수신한 각종 데이터를 기초로 계측값(파형) 등을 표시부(34)에 갱신 표시한다. 사용자가 표시부(34)의 화면을 시인함으로써, 파형의 시간적 변화 등을 확인할 수 있다.
(c4. 제어 구조)
도 14는, 초기 설정시의 처리 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 14를 참조하여, 단계 S1에서, 정보 처리 장치(3)는, 각 면(811~814)에 대한 설정 폭을 등록하기 위한 입력 조작(사용자 입력)을 접수한다. 설정 폭이 입력되면, 단계 S2에서, 정보 처리 장치(3)는 티치 버튼에 대한 입력 조작을 접수한다. 이에 의해, 설정 폭의 정보가 정보 처리 장치(3)에서 센서 컨트롤러(10)로 보내진다.
단계 S3에서, 센서 컨트롤러(10)는, 티치 실행시의 각 면(811~814)의 계측값(거리)과, 정보 처리 장치(3)로부터 수신한 각 면(811~814)의 각 설정 폭의 정보에 기초하여, 각 설정 범위의 초기값(R1(1), R2(1), R3(1), R4(1))을 기억한다.
도 15는, 초기 설정이 종료된 후에 실행되는 계측 처리의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 15를 참조하여, 단계 S101에서, 센서 컨트롤러(10)는 각 면(811~814)의 위치에 기초하여 계측값(거리)을 산출한다. 단계 S102에서, 센서 컨트롤러(10)는, 산출 결과에 기초하여 계측 대상면이 1면 이상 존재하는지를 판단한다. 즉, 센서 컨트롤러(10)는 계측값이 하나 이상 있는지를 판단한다.
센서 컨트롤러(10)는 1면 이상 존재한다고 판단한 경우(단계 S102에서 YES), 단계 S103에서 설정 범위가 중복되지 않았는지를 판단한다.
센서 컨트롤러(10)는 1면도 존재하지 않는다고 판단한 경우(단계 S102에서 NO), 단계 S108에서 면 없음으로서 에러 처리를 실행한다. 구체적으로는, 센서 컨트롤러(10)는, 도 7에 기초하여 설명한 바와 같이, 센서 컨트롤러(10)는 계측 대상면이 존재하지 않는다고 판단하고 모든 설정 범위에서 벗어난 에러로서 처리한다. 자세하게는, 센서 컨트롤러(10)는, 이 계측회에 관해서는 각 면(811~814)까지의 거리를 나타낸 데이터가 존재하지 않는 것으로 한다.
센서 컨트롤러(10)는 설정 범위가 중복되지 않는다고 판단한 경우(단계 S103에서 YES), 단계 S104에서, 각 설정 범위 내에 2개 이상의 계측값이 존재하지 않았는지를 판단한다. 즉, 센서 컨트롤러(10)는, 하나의 설정 범위 내에 포함되는 계측값이 0개 혹은 1개뿐인 상태인지를 판단한다.
센서 컨트롤러(10)는 설정 범위가 중복되어 있다고 판단한 경우(단계 S103에서 NO), 단계 S109에서 설정 범위 중복으로서 에러 처리한다. 구체적으로는, 센서 컨트롤러(10)는, 도 8에 기초하여 설명한 바와 같이, 센서 컨트롤러(10)는, 이 계측회에 관해서는 중복된 설정 범위에 포함되는 각 면의 계측값(도 3의 경우에는 거리(L3(i)) 및 거리(L4(i))에 대해서는 존재하지 않는 것으로 한다.
센서 컨트롤러(10)는, 각 설정 범위 내에 2개 이상의 계측값이 존재하지 않는다고 판단한 경우(단계 S104에서 YES), 단계 S105에서 계측값이 존재하지 않는 설정 범위가 있는지를 판단한다.
센서 컨트롤러(10)는, 각 설정 범위 내에 2개 이상의 계측값이 존재하지 않는다고 판단한 경우(단계 S104에서 NO), 단계 S110에서, 도 9 및 도 10에 기초하여 설명한 바와 같이 전회의 계측 위치에 가까운 쪽을 설정 범위의 한가운데의 값으로서 다음 계측회용 설정 범위를 설정한다.
센서 컨트롤러(10)는, 각 설정 범위에 계측값이 존재한다고 판단한 경우(단계 S105에서 NO), 단계 S106에서, 예를 들어 도 6에 기초하여 설명한 바와 같이 각 설정 범위를 재설정한다.
센서 컨트롤러(10)는, 계측값이 존재하지 않는 설정 범위가 있다고 판단한 경우(단계 S105에서 YES), 단계 S111에서, 도 11 및 도 12에 기초하여 설명한 바와 같이, 계측값이 존재하지 않는 설정 범위에 대해서는 설정 범위 내에 계측값이 존재하는 설정 범위의 측정값을 이용하여 설정 범위를 변경한다. 또한, 설정 범위 내에 계측값이 존재하는 설정 범위에 대해서도 이러한 계측값을 이용하여 설정 범위를 변경한다.
단계 S107에서, 센서 컨트롤러(10)는, 도 1의 화살표(600)로 나타내는 바와 같이 다음 계측 위치로 센서 헤드(20)를 이동시킨다.
<D. 사용자 인터페이스>
다음에, 정보 처리 장치(3)의 표시부(34)(도 13 참조)에서 표시되는 화면예에 대해 설명한다. 또, 화면의 표시는 제어부(31)에 의해 이루어진다.
(d1. 설정 화면)
도 16은, 초기 설정시에 표시되는 화면을 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하여, 화면(1600)에는 적어도 체크 박스(1610)와 설정 항목(1611, 1612, 1613, 1614)과 오브젝트(1621)가 표시된다.
체크 박스(1610)는, 계측 대상면의 설정을 행할지를 결정하기 위해 이용된다. 설정 항목(1611)은, 제1면(811)의 설정 폭을 입력하기 위해 이용된다. 설정 항목(1612)은, 제2면(812)의 설정 폭을 입력하기 위해 이용된다. 설정 항목(1613)은, 제3면(813)의 설정 폭을 입력하기 위해 이용된다. 설정 항목(1614)은, 제4면(814)의 설정 폭을 입력하기 위해 이용된다.
오브젝트(1621)는, 티칭의 실행을 사용자가 지시하기 위한 오브젝트이다.
(d2. 정상 처리시)
도 17은, 정상적으로 계측이 이루어지는 계측회의 화면을 나타낸 도면이다. 또, 도 17은 도 3의 상태에 대응하는 도면이기도 하다.
도 17을 참조하여, 제어부(31)는, 적어도 표지(1721, 1722, 1723, 1724)와 파형(501~504)과 4개의 십자 표지(1740)를 포함한 화면(1700)을 표시한다.
제어부(31)는, 설정 범위 내를 다른 범위와는 다른 태양으로 표시한다. 예를 들어, 제어부(31)는 설정 범위 내의 배경색을 다른 범위의 배경색과 다른 색으로 한다. 구체적으로는, 제어부(31)는 설정 범위(범위(R1(i), R2(i), R3(i), R4(i))를 녹색으로 함으로써 다른 범위의 색인 백색과 다르게 한다.
표지(1721, 1722, 1723, 1724)는, 4개의 설정 영역 각각을 시각적으로 식별하기 위한 것이다. 제어부(31)는, 표지(1721, 1722, 1723, 1724)의 위치를 대응하는 설정 범위의 변경에 따라 좌우로 이동시킨다. 전형적으로는, 제어부(31)는 표지(1721, 1722, 1723, 1724)의 위치가 대응하는 설정 범위의 한가운데의 위치가 되도록 한다.
십자 표지(1740)는, 파형(501~504)의 피크 위치에 표시된다.
(d3. 설정 범위의 중복시: 단계 S103에서 NO의 경우)
도 18은, 설정 범위가 중복되었을 때의 계측회의 화면을 나타낸 도면이다. 또, 도 18은 도 8의 상태에 대응하는 도면이기도 하다.
도 18을 참조하여, 제어부(31)는 적어도 표지(1721~1724)와 파형(541~544)과 2개의 십자 표지(1740)를 포함한 화면(1800)을 표시한다.
도 17에 도시된 화면(1700)과의 차이에 착안하여 설명하면, 화면(1800)에서는 중복되어 있음을 시각적으로 사용자에게 통지하기 때문에, 제3면(813)의 설정 범위(R3(i))와 제4면(814)의 설정 범위(R4(i))에 대해서는 녹색 등의 배색이 이루어지지 않는다.
또한, 제어부(31)는, 설정 범위가 중복된 계측 대상면에 대한 표지(1723, 1724)를 중복되지 않는 계측 대상면에 대한 표지(1721, 1722)와는 다른 태양으로 표시한다. 예를 들어, 제어부(31)는, 표지(1723, 1724)의 전체 색 혹은 그 표지의 일부(예를 들어 테두리)의 색을 표지(1721, 1722)의 색(이하, 「디폴트색」이라고도 부름)과는 다른 색으로 한다.
나아가 제어부(31)는, 파형(543, 544)에 기초한 계측값(거리)에 대해서는 에러로서 처리하기(측정값을 확정하지 않기) 때문에, 사용자에게 시각적으로 통지하기 위해 십자 표지(1740)를 파형(543, 544)의 피크에 표시시키지 않는다.
(d3. 계측 대상면이 부존재: 단계 S102에서 NO의 경우)
도 19는, 센서 컨트롤러(10)에서 계측 대상면이 존재하지 않는다고 판단되었을 때 측정회의 화면을 나타낸 도면이다. 또, 도 19는 도 7의 상태에 대응하는 도면이기도 하다.
도 19를 참조하여, 제어부(31)는 적어도 표지(1721~1724)를 포함한 화면(1900)을 표시한다. 그러나, 제어부(31)는, 사용자에게 모든 설정 범위 각각에 파형의 피크가 포함되지 않음을 통지하기 위해 모든 설정 범위를 녹색 등으로 표시하지 않는다.
또한, 제어부(31)는, 표지(1721~1724) 각각을 도 18에서 설명한 바와 같이 디폴트색과는 다른 색으로 한다. 나아가 일례로서 표지(1721~1724) 각각의 위치를 디폴트의 위치로 한다.
(d4. 측정값이 존재하지 않는 설정 범위가 있는 경우: 단계 S105에서 YES의 경우)
도 20은, 센서 컨트롤러(10)에서 측정값이 존재하지 않는 설정 범위가 있다고 판단된 경우의 측정회에서의 화면을 나타낸 도면이다. 또, 도 20은 도 11의 상태에 대응하는 도면이기도 하다.
도 20을 참조하여, 제어부(31)는 적어도 표지(1721~1724)와 파형(561~564)과 4개의 십자 표지(1740)를 포함한 화면(2000)을 표시한다.
제어부(31)는, 설정 범위가 중복되지 않고 계측 대상면이 존재한다고 판단되어 있기 때문에, 도 17과 같이 모든 설정 범위 내를 다른 범위와는 다른 태양으로 표시한다. 단, 제어부(31)는, 파형(564)의 피크가 범위(R4(i+1))에서 벗어나 있기 때문에, 사용자에게 범위 밖임을 통지하는 관점에서 파형(564)의 피크에 십자 표지(1740)는 표시하지 않는다.
(d5. 에러의 정리)
아래 표 1은, 상술한 에러에 대해 정리한 도면이다.
에러 카테고리 에러 발생조건 에러 후의 상태
설정 범위 밖 에러
(※복귀 불가능한 에러)		 계측 대상이 되는 면이 1면도 검출되지 않음 모든 설정 범위를 에러 상태로 전환
설정 범위가 중복되어 있음 중복된 설정 범위를 에러 상태로 전환
수광 파형 에러
(※복귀 가능한 에러)		 하나의 설정 범위 내에서 2개 이상의 피크가 검출됨 피크의 "十"표시를 지움
다시 설정 범위 내에 면이 검출된 경우는, 피크 위치에 다시 "十"표시를 함
계측값이 존재하지 않는 설정 범위가 있음 피크의 "十"표시를 지움
다시 설정 범위 내에 면이 검출된 경우는, 피크 위치에 다시 "十"표시를 함
위 표 1을 참조하여, 에러 카테고리로서 설정 범위 밖 에러와 수광 파형 에러가 있다.
설정 범위 밖 에러의 발생 조건의 첫번째는, 도 7에 도시된 바와 같은 계측 대상면이 1면도 검출되지 않은 것이다(도 15의 단계 S102에서 NO의 경우). 또한, 설정 범위 밖 에러의 발생 조건의 두번째는, 도 8에 도시된 바와 같은 설정 범위가 중복된 것이다(도 15의 단계 S103에서 NO의 경우).
수광 파형 에러의 발생 조건의 첫번째는, 도 9에 도시된 바와 같이 하나의 설정 범위 내에서 2개 이상의 피크가 검출된 것이다(도 15의 단계 S104에서 NO). 또한, 수광 파형 에러의 발생 조건의 두번째는, 측정값이 존재하지 않는 설정 범위가 있는 것이다(도 15의 단계 S105에서 NO).
각 에러 발생 조건에 대응한 정보 처리 장치(3)에서의 화면의 표시 내용을 에러 후의 상태란에 기재한다. 이들 기재는 위부터 차례대로 도 17, 도 18, 도 19, 도 20에 대응한다.
센서 컨트롤러(10)는, 설정 범위 밖 에러를 복귀할 수 없는 에러로서 처리한다. 한편, 센서 컨트롤러(10)는 수광 파형 에러를 복귀할 수 있는 에러로서 처리한다.
수광 파형 에러는, 다시 동일한 위치에서 계측을 행한 경우 설정 범위에 계측값(파형의 피크 거리)이 들어오면, 이러한 계측값을 계측 대상면까지의 거리로서 처리해도 문제없기 때문에, 복귀 가능한 에러로 구분된다.
설정 범위 밖 에러는, 설정 범위에 계측값이 들어가 있어도 이러한 계측값을 계측 대상면까지의 거리로서 처리하는 것이 적절하지 않기 때문에, 복귀 불가능한 에러로 구분된다. 설정 범위 밖 에러의 경우에는, 센서 컨트롤러(10)는 다시 계측을 하지 않고 센서 헤드(20)의 위치를 다음 계측 위치까지 이동시킨다.
<E. 변형예>
(1) 변위 계측 장치
상기에서는, 변위 센서(2)로서 백색 공초점 방식을 이용한 변위 계측 장치를 설명하였다. 즉, 상기에서는, 변위 센서(2)로서, (i) 미리 정해진 파장 확대를 갖는 광을 발생하는 투광부(광원)와, (ii) 광을 투과 가능한 복수의 층을 갖는 계측 대상물에 대해 광을 파장마다 광축 상의 다른 위치에서 초점을 연결하도록 조사하는 조사부(센서 헤드의 일부)와, (iii) 복수의 층 각각의 계측 대상면에서 초점을 연결함과 아울러 반사하는 각 파장의 광을 수광하고, 수광된 광으로부터 각 파장을 검지하는 수광부와, (iv) 검지된 각 파장에 기초하여 파장마다의 계측 대상물(각 계측 대상면)과의 사이의 거리를 산출하는 제어부를 구비하는 구성의 변위 계측 장치를 예로 들어 설명하였다.
그러나, 변위 계측 장치는 이러한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제어부(11)에서의 상술한 처리를 삼각 측거 방식을 이용한 변위 센서(변위 계측 장치)에도 적용할 수 있다.
이러한 삼각 측거 방식을 이용한 변위 센서에서는, 계측 대상물로부터 난반사하여 되돌아오는 광의 일부를 변위 센서 내의 렌즈에서 집광한다. 이에 의해, 변위 센서 내의 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 등의 위치 센서(촬상 소자) 상에 상이 결상된다. 측정물 대상까지의 거리가 바뀌면, 위치 센서 상의 수광 위치도 바뀐다. 그러므로, 제어부(11)는 위치 센서 상의 수광 위치를 특정함으로써 측정 대상물까지의 거리를 구할 수 있다.
이와 같이, 변위 계측 장치는, 적어도 (a) 광을 발생하는 투광부와, (b) 광을 투과 가능한 복수의 층을 갖는 계측 대상물에 대해 광을 조사하고, 조사된 광 중에서 복수의 층 각각의 계측 대상면에서 반사된 광을 수광하는 센서 헤드와, (c) 센서 헤드에서 수광된 광에 기초하여 각 계측 대상면과의 사이의 거리를 산출하는 제어부를 구비하고, (d) 제어부가, 산출된 복수의 거리 중에서 소정의 수치 범위(예를 들어, 제1 설정 범위)에 포함되는 제1 거리를 복수의 층 중 소정의 층(예를 들어, 제1층)의 계측 대상면까지의 거리로서 처리하는 구성이면 된다.
나아가 이러한 구성(c) 및 (d)에 있어서, 삼각 측량 방식의 경우, 제어부가 거리 대신에 위치 센서 상의 수광 위치(구체적으로는, 위치 센서의 픽셀 위치를 나타내는 픽셀값)를 산출하고, 산출된 복수의 픽셀값 중에서 소정의 수치 범위에 포함되는 제1 픽셀값을 복수의 층 중 소정의 층의 계측 대상면까지의 픽셀값으로서 처리하는 구성이어도 된다.
또한, 상기 구성(c) 및 (d)에 있어서, 백색 공초점 방식의 경우, 제어부가 거리 대신에 광의 파장을 산출하고, 산출된 복수의 파장 중에서 소정의 수치 범위에 포함되는 제1 파장을 복수의 층 중 소정의 층의 계측 대상면까지의 파장으로서 처리하는 구성이어도 된다.
이상과 같이, 제어부는 거리를 나타내는 값(거리, 픽셀값, 파장)을 산출하는 구성이면 된다. 즉, 제어부가, 산출된 복수의 거리를 나타내는 값 중에서 소정의 수치 범위에 포함되는 제1값을 복수의 층 중 소정의 층의 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하는 구성이면 된다.
(2) 계측 대상물
상기에서는, 계측 대상물로서 각각이 광(전형적으로는 백색광)을 투과 가능한 복수의 층(810, 820, 830)을 구비한 계측 대상물(800)을 예로 들었지만, 계측 대상물은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다.
계측 대상물은, 예를 들어 하나의 층(예를 들어, 층(830))만을 갖는 구성이어도 된다. 즉, 광을 투과하는 층은 단층이어도 된다.
또한, 계측 대상물은 이러한 층(광을 투과하는 층)을 구비하지 않아도 된다. 하나의 계측 대상면만을 측정하는 구성이어도 된다.
(3) 설정 범위
상기에서는, 티칭 모드에서 정보 처리 장치(3) 또는 센서 컨트롤러(10)가 각 범위(R1(i) 내지 R4(i))에서의 초기값(R1(1), R2(1), R3(1), R4(1))을 자동으로 결정하는 구성을 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 사용자가 초기값(R1(1), R2(1), R3(1), R4(1))을 결정(설정)하는 구성이어도 된다.
또한, 상기에서는, 4개의 계측 대상면(제1면(811), 제2면(812), 제3면(813), 제4면(814))에 대해 각각 범위(R1(i)~R4(i))를 이용한 판단 처리를 행하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 사용자 조작에 기초하여, 3개 이하의 계측 대상면에 대해 범위를 이용한 판단 처리를 행해도 된다. 즉, 사용자가 각 면(811~814) 중 적어도 하나의 설정 범위를 지정 가능하게 정보 처리 장치(3) 또는 센서 컨트롤러(10)를 구성해도 된다.
이와 같이, 복수의 계측 대상면 중 하나 이상의 계측 대상면에 대응한 수치 범위를 그 계측 대상면에 관련지어 지정하기 위한 사용자 입력을 접수하고, 수치 범위에 포함되어 있는 값을 그 수치 범위에 대응한 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하도록 정보 처리 장치(3) 또는 센서 컨트롤러(10)를 구성해도 된다.
예를 들어, 4개의 초기값(R1(1), R2(1), R3(1), R4(1)) 중 R1(1)와 R2(1)의 수치 범위를 지정하기 위한 사용자 입력을 접수하고, R1(1)에 포함되어 있는 값을 그 수치 범위에 대응한 제1면(811)까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하고, R2(1)에 포함되어 있는 값을 그 수치 범위에 대응한 제2면(812)까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하도록, 정보 처리 장치(3) 또는 센서 컨트롤러(10)를 구성해도 된다. 또, 이 경우, 제3면(813) 및 제4면(814)까지의 거리는 범위 지정이 없기 때문에, 정보 처리 장치(3) 또는 센서 컨트롤러(10)에 의해 산출된 값 그 자체로 한다.
(설정 폭의 자동 설정)
상기에서는, 설정 범위의 폭(설정 폭)의 사용자 입력을 접수하는 구성을 예로 들어 설명하였지만, 센서 컨트롤러(10) 혹은 정보 처리 장치(3)가 자동으로 최적의 설정 폭을 산출하는 구성으로 해도 된다. 이하, 이러한 구성에 대해 도 22에 기초하여 설명한다. 또, 설정 폭은 동적으로 변경되는 것은 아니고, 계측 중에는 동일한 값이 이용된다.
도 22는, 설정 폭의 자동 설정을 설명하기 위한 도면이다. 도 22를 참조하여, 센서 컨트롤러(10)는 4개의 파장의 파형(591, 592, 593, 594)을 검출하였다고 하자.
이하에서는, 변수 N을 면의 수로 한다. N이 0일 때는 면의 검출 없음으로 한다. 또한, 본 예에서는 N의 최대값은 4가 된다. 변수 X[n]를 각 면의 상대 거리(단위는 픽셀)로 한다. 또, 단위는 mm이어도 된다. 픽셀값으로 계산할 때에는, 최종적으로는 mm값으로 환산할 필요가 있다. 변수 TW[n]는 설정 폭(엣지 트랙 폭)이다. n은 2 이상 N-1 이하의 자연수이다.
여기서, 4개의 파장의 파형(591, 592, 593, 594)의 피크가 각각 P_ADD[0], P_ADD[1], P_ADD[2], P_ADD[3]이었다고 하자. 또, 단위는 픽셀로 한다.
이 경우, 센서 컨트롤러(10)는, 제1면(811)의 설정 폭과 제2면(812)의 설정 폭과 제3면(813)의 설정 폭과 제4면(814)의 설정 폭을 이하와 같이 설정한다.
(a) 제1면(811)의 설정 폭=X[0]/4
(b) 제2면(812)의 설정 폭=X[1]/4(X[0]/4>X[1]/4일 때)
X[0]/4(상기 이외일 때)
(c) 제3면(813)의 설정 폭=X[2]/4(X[1]/4>X[2]/4일 때)
X[1]/4(상기 이외일 때)
(d) 제4면(814)의 설정 폭=X[2]/4
이와 같이, 센서 컨트롤러(10)는 각 면의 상대 위치로부터 최적의 폭을 설정한다.
실제로는 검출할 수 있었던 면수에 맞추어 설정 폭의 산출식을 변경할 필요가 있다. 실처리의 흐름은 이하의 순서(i)~(iii)로 나타내는 바와 같다.
(i) 검출할 수 있었던 면수 N의 확인
센서 컨트롤러(10)는, 검출할 수 있었던 면수 N를 확인한다. N=0일 때, 센서 컨트롤러(10)는 에러로서 처리한다. 또한, N=1일 때, 센서 컨트롤러(10)는 디폴트값을 제1면(811)의 설정 폭으로 한다.
(ii) 각 면의 상대 거리를 산출(2면 이상 검출된 경우)
센서 컨트롤러(10)는, 이하의 식(2)으로 나타내는 연산을 행한다.
X[n]=abs(P_ADD[n+1]-P_ADD[n]) …(2)
또, n은 0~N-2의 값이다. 또한, 식(1)은 인접하는 값의 차분의 절대값을 산출하는 식이다.
(iii) 설정 폭의 자동 산출(2면 이상 검출된 경우)
단면의 설정 폭에 대해서는, 센서 컨트롤러(10)는 이하의 식(3), (4)에 기초하여 산출한다.
TW[0]=X[0]/4 …(3)
TW[N-1]=X[N-2]/4 …(4)
중간면의 설정 폭에 대해서는, 센서 컨트롤러(10)는 이하의 식(5), (6)에 기초하여 산출한다. 또, 중간면은 3면 이상 검출된 경우에 존재하게 된다. 예를 들어, 4면이 검출된 경우, 2번째 면과 3번째 면이 중간면에 해당한다. N=2의 경우에는, 이하의 식(5), (6)에 의한 처리는 필요 없다.
TW[n-1]=X[n-2]/4(X[n-1]>X[n-2]/4일 때) …(5)
TW[n-1]=X[n-1]/4(상기 이외일 때) …(6)
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시형태의 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 계측 시스템, 2 변위 센서, 3 정보 처리 장치, 10 센서 컨트롤러, 11, 31 제어부, 12 투광부, 13 수광부, 14, 34 표시부, 15, 35 통신 IF부, 19 도광부, 20 센서 헤드, 32 기억부, 33 입력부, 131 분광기, 132 검출기, 501~504, 511~514, 521~524, 541~544, 551~554, 561~564, 591~594 파형, 700 조사광, 800 계측 대상물, 810, 820, 830 층, 811 812 813 814 면, 840 기판, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000 화면, 1610 체크 박스, 1611, 1612, 1613, 1614 설정 항목, 1621 오브젝트, 1721, 1722, 1723, 1724 표지, 1740 십자 표지.

Claims (18)

  1. 광을 발생하는 투광부와,
    계측 대상물에 대해 상기 광을 조사하고, 조사된 상기 광 중에서 상기 계측 대상물의 계측 대상면에서 반사된 광을 수광하는 센서 헤드와,
    상기 센서 헤드에서 수광된 광에 기초하여, 상기 계측 대상면과의 사이의 거리를 나타내는 값을 산출하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 산출된 상기 값이 미리 설정된 수치 범위에 포함되는 것을 조건으로, 산출된 상기 값을 상기 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하고, 산출된 상기 값에 기초하여 상기 미리 설정된 수치 범위를 재설정하는 변위 계측 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 계측 대상물은, 베이스재 상에 상기 광을 투과 가능한 제1층을 가지고,
    상기 센서 헤드는, 조사된 상기 광 중에서 상기 베이스재의 계측 대상면과 상기 제1층의 계측 대상면 각각에서 반사된 광을 수광하며,
    상기 제어부는,
    상기 센서 헤드에서 수광된 광에 기초하여 각 상기 계측 대상면과의 사이의 거리를 나타내는 값을 산출하고,
    산출된 복수의 상기 값 중에서, 상기 미리 설정된 수치 범위로서의 제1 수치 범위에 포함되는 제1값을 상기 제1층의 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하는 변위 계측 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는, 산출된 복수의 상기 값 중에서, 상기 제1 수치 범위와 중복되지 않는 상기 미리 설정된 수치 범위로서의 제2 수치 범위에 포함되는 제2값을 상기 베이스재의 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하는 변위 계측 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 계측 대상물은, 상기 제1층에 적층된 제2층을 가지고,
    상기 센서 헤드는, 조사된 상기 광 중에서 상기 제2층의 계측 대상면에서 반사된 광을 더 수광하며,
    상기 제어부는, 산출된 복수의 상기 값 중에서, 상기 제1 수치 범위와 중복되지 않는 상기 미리 설정된 수치 범위로서의 제2 수치 범위에 포함되는 제2값을 상기 제2층의 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하는 변위 계측 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 헤드 또는 상기 계측 대상물의 이동에 따라 상기 센서 헤드와 상기 계측 대상물의 상대 위치는 변화하고,
    상기 제어부는, 상기 상대 위치가 변화한 후에 상기 센서 헤드에서 수광된 광에 기초하여 상기 계측 대상면과의 사이의 거리를 나타내는 값을 다시 산출하고, 다시 산출된 상기 값 중에서, 재설정 후의 상기 수치 범위에 포함되는 값을 상기 상대 위치가 변화한 후의 위치에서의 상기 계측 대상면까지의 거리로서 처리하는 변위 계측 장치.
  6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 센서 헤드 또는 상기 계측 대상물의 이동에 따라 상기 센서 헤드와 상기 계측 대상물의 상대 위치는 변화하고,
    상기 제어부는, 상기 상대 위치가 변화한 후에 상기 센서 헤드에서 수광된 광에 기초하여 각 상기 계측 대상면과의 사이의 거리를 나타내는 값을 다시 산출하고, 다시 산출된 복수의 상기 값 중에서, 재설정 후의 상기 제1 수치 범위에 포함되는 제3값을 상기 상대 위치가 변화한 후의 위치에서의 상기 제1층의 계측 대상면까지의 거리로서 처리하는 변위 계측 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 변위 계측 장치는, 상기 센서 헤드를 광축에 수직인 방향으로 이동시킴으로써 상기 상대 위치를 변화시키는 변위 계측 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1값이 재설정 후의 상기 제1 수치 범위의 한가운데의 값이 되도록, 상기 제1 수치 범위를 재설정하는 변위 계측 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는, 재설정 후의 상기 제1 수치 범위에 상기 제3값과 제4값이 포함되는 경우, 상기 제3값 및 상기 제4값 중에서 상기 제1값에 가까운 쪽의 값이 다시 재설정 후의 상기 제1 수치 범위의 한가운데의 값이 되도록, 재설정 후의 상기 제1 수치 범위를 더욱 변경하는 변위 계측 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 수치 범위에 포함되는 상기 제2값에 기초하여 상기 제2 수치 범위를 재설정하고,
    다시 산출된 복수의 상기 값이 재설정 후의 상기 제1 수치 범위에 포함되지 않는 경우에는, 상기 제1값과 상기 제2값과 재설정 후의 상기 제2 수치 범위에 포함되는 제5값에 기초하여 상기 제1 수치 범위를 다시 재설정하는 변위 계측 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 헤드는, 상기 계측 대상물의 복수의 계측 대상면 각각에서 반사된 광을 수광하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 계측 대상면 중 하나 이상의 상기 계측 대상면에 대응한 수치 범위를 이러한 계측 대상면에 관련지어 지정하기 위한 사용자 입력을 접수하고,
    상기 센서 헤드에서 수광된 광에 기초하여 각 상기 계측 대상면과의 사이의 거리를 나타내는 값을 산출하며,
    상기 수치 범위에 포함되어 있는 상기 값을 이러한 수치 범위에 대응한 상기 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하는 변위 계측 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 수치 범위의 디폴트값을 기억하고 있고,
    티칭 처리에 기초하여 상기 디폴트값을 변경하는 변위 계측 장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 동작 모드일 때에 상기 수치 범위를 재설정하고,
    제2 동작 모드일 때에는 상기 수치 범위의 재설정은 행하지 않는 변위 계측 장치.
  14. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1값 및 상기 제2값에 기초하여 상기 제1 수치 범위의 폭과 상기 제2 수치 범위의 폭을 결정하는 변위 계측 장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 변위 계측 장치와, 상기 변위 계측 장치와 통신 가능한 정보 처리 장치를 구비한 계측 시스템으로서,
    상기 정보 처리 장치는,
    상기 변위 계측 장치의 수광부에서 수광된 광의 수광량을 상기 센서 헤드로부터의 거리에 관련지어 그래프 표시하고,
    상기 그래프 표시에서의 상기 미리 설정된 수치 범위의 표시 태양을 디폴트의 태양에서 미리 정해진 태양으로 변경하는 계측 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 정보 처리 장치는, 상기 값이 상기 미리 설정된 수치 범위에 포함되지 않는 경우와 상기 미리 설정된 수치 범위에 포함되는 경우에 상기 그래프 표시의 태양을 다르게 하는 계측 시스템.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 정보 처리 장치는, 상기 그래프 표시에서의 상기 미리 설정된 수치 범위에 대해 상기 미리 설정된 수치 범위임을 나타내는 표지를 부여하는 계측 시스템.
  18. 광을 발생하는 단계와,
    계측 대상물에 대해 상기 광을 조사하는 단계와,
    조사된 상기 광 중에서 상기 계측 대상물의 계측 대상면에서 반사된 광을 수광하는 단계와,
    수광된 광에 기초하여 상기 계측 대상면과의 사이의 거리를 나타내는 값을 산출하는 단계와,
    산출된 상기 값이 미리 설정된 수치 범위에 포함되는 것을 조건으로, 산출된 상기 값을 상기 계측 대상면까지의 거리를 나타내는 값으로서 처리하고, 산출된 상기 값에 기초하여 상기 수치 범위를 재설정하는 단계를 구비하는 변위 계측 방법.
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