KR20220062636A

KR20220062636A - 위치 측정 방법

Info

Publication number: KR20220062636A
Application number: KR1020227012865A
Authority: KR
Inventors: 신고 하야시; 아키히사 마츠야마
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2022-05-17
Also published as: US20220397386A1; US11709050B2; JP7310541B2; JP2021067657A; WO2021084772A1; DE112020005190T5; CN114556045A; CN114556045B

Abstract

촬상부와, 촬상부의 위치를 검출하는 위치 검출부를 갖고, 측정점의 촬영 시에 있어서의 위치 검출부의 검출값을 사용하여, 측정점의, 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 측정하는 장치에 있어서의 위치 측정 방법에 있어서, 위치 검출부의 검출값을 보다 정확하게 보정한다. 지표부(22)가 2차원적으로 배치된 교정판(20)에 있어서의 지표부(22)의 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 장치에 의해 실측값으로서 취득하고, 미리 다른 장치에서 취득한 지표부(22)의 교정판(20)의 기준에 대한 위치 좌표를 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표로 변환한 참값과 실측값의 차분을 보정값으로서 취득하고, 보정값을 사용하여 위치 검출부(8, 9, 10)의 검출값을 보정하고, 촬상부(3)는, 측정 대상(3)에 있어서의 복수의 측정점(P)을, 소정의 루트에 따라 촬영함으로써, 복수의 측정점(P)의 위치 좌표를 측정하고, 보정값은 상기 루트에 결부되어 취득된다.

Description

위치 측정 방법

본 발명은 측정 대상 상의 소정의 측정점의, 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 측정하는 장치를 사용한 위치 측정 방법에 관한 것이다.

종래부터 X-Y 테이블에 피측정물을 얹고, X-Y 테이블을 움직여 측정하려고 하는 포인트를 조준 장치의 커서에 맞춰, 그때의 X-Y 테이블의 X, Y 양방향의 각각의 이동량을 측정함으로써, 피측정물의 치수를 측정하는 장치가 알려져 있다. 이러한 장치에 있어서는, X-Y 각각의 방향의 안내 레일이 약간 구부러져 있는 것이나, 완전히 직교하고 있지 않은 것 등의 원인에 의해 측정값에 오차가 생기는 것을 억제하기 위해, X-Y 테이블에 교정판을 얹고, 교정판에 마련된 복수의 마커의 위치를 X 방향, Y 방향의 2개의 리니어 스케일에 의해 측정하고, 그 복수의 측정값 및 마커의 위치를 나타내는 복수의 정확한 값을 연산 장치에 기억시키는 치수 측정 장치가 제안되어 있다. 이 장치에서는, 피측정부를 측정할 때, 이 기억된 값에 기초하여 연산 장치에 의해 리니어 스케일에 의한 측정값의 보정을 행하고 있다(특허문헌 1).

그러나, 상기 종래 기술에 있어서는, 측정 대상(피측정물)과 촬상 장치(조준 장치)를 상대적으로 이동시킴으로써 측정점을 변경할 때의, 장치의 강성 부족에 의한 측정 오차의 대책에 대해서는 개시되어 있지 않았다.

일본 실용신안 공개 소62-119607호 공보

본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 측정 대상과 촬상 장치를 상대적으로 이동시킴으로써 측정점을 변경할 때, 장치의 강성 부족에 의해 측정 오차가 생기는 경우에도, 리니어 스케일 등의 위치 검출부의 검출값을 보다 정확하게 보정할 수 있어, 측정점의 위치를 보다 고정밀도로 측정 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 측정 대상 상에 있어서의 소정의 측정점을 촬영하는 촬상부와, 해당 촬상부 또는 상기 측정 대상의 위치를 검출하는 위치 검출부를 갖고, 상기 촬상부가 상기 측정점을 촬영하였을 때의 해당 위치 검출부의 검출값을 사용하여, 상기 측정점의, 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 측정하는 장치에 있어서의 위치 측정 방법으로서,

소정의 지표부가 2차원적으로 배치된 교정판에 있어서의 상기 지표부의 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 상기 장치에 의해 실측값으로서 취득하고,

미리 다른 장치에서 취득한 상기 지표부의 상기 교정판의 기준에 대한 위치 좌표를 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표로 변환한 참값과 상기 실측값의 차분을 보정값으로서 취득하고,

상기 보정값을 사용하여 상기 위치 검출부의 검출값을 보정하고,

상기 보정값은, 상기 촬상부가 상기 측정점을 촬영할 때의 해당 촬상부 또는 상기 측정 대상의 이동 방향에 결부되어 취득되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법이다.

여기서, 본 발명에 관한 장치는, 측정 대상 상에 있어서의 측정점을 촬영하는 촬상부와, 촬상부 또는 측정 대상의 위치를 검출하는 위치 검출부를 갖고, 촬상부가 측정점을 촬영하였을 때의 위치 검출부의 검출값을 사용하여, 측정점의 위치를 측정하는 것이다. 이러한 장치에 있어서는, 촬상부 또는 측정 대상을 이동시키면서 측정점의 위치 좌표를 검출하게 되는데, 그때 이동되는 부분은 어느 정도 이상 큰 질량과 사이즈를 갖는다. 따라서, 측정점을 촬영하기 위해 촬상부 또는 측정 대상을 정지시킬 때 장치에 작용하는 관성력도 커진다. 그 결과, 촬상부나 측정 대상을 지지하는 부분이 강성 부족으로 인해 변형되는 등의 이유로, 촬상부나 측정 대상의 이동 방향에 따라 측정 오차가 변화되어 버리는 경우가 있었다. 따라서, 종래와 같이 장치의 초기적인 치수 변동 등의 기기 차만을 고려하고, 촬상부나 측정 대상의 이동 방향을 고려하지 않고 위치 검출부의 검출값을 보정한 경우에는, 측정 정밀도가 저하될 우려가 있었다.

이에 비해, 본 발명에서는, 보정값은, 촬상부가 측정점을 촬영할 때의 촬상부 또는 측정 대상의 이동 방향에 결부되어 취득되므로, 촬상부 또는 측정 대상의 이동 방향이 변화하였다고 해도, 적절한 보정값을 사용하여, 위치 검출부의 검출값을 보정하는 것이 가능하다. 그 결과, 장치에 있어서의 측정점의 위치 좌표의 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다. 여기서, 위치 검출부란, 예를 들어 리니어 스케일을 의미하지만, 로터리 인코더 등, 다른 장치를 사용하여 위치 검출부를 실현해도 상관없다. 이 점은, 이하에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 본 발명은 측정 대상 상에 있어서의 소정의 측정점을 촬영하는 촬상부와, 해당 촬상부 또는 상기 측정 대상의 위치를 검출하는 위치 검출부를 갖고, 상기 촬상부가 상기 측정점을 촬영하였을 때의 해당 위치 검출부의 검출값을 사용하여, 상기 측정점의, 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 측정하는 장치에 있어서의 측정 방법으로서,

상기 촬상부는, 상기 측정 대상에 있어서의 복수의 상기 측정점을 소정의 루트에 따라 촬영함으로써, 복수의 상기 측정점의 위치 좌표를 측정하고,

상기 보정값은 상기 루트에 결부되어 취득되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법이어도 된다.

여기서, 촬상부가 측정점을 촬영할 때의, 촬상부 또는 측정 대상의 이동 방향은, 촬상부가 복수의 측정점을 촬영할 때의 루트에 기초하여 결정된다. 따라서, 촬상부가 복수의 측정점을 촬영할 때의 루트에 따라, 각 측정점에 대하여 생길 수 있는 오차의 크기나 방향은 다르다. 이에 비해 본 발명에서는, 위치 검출부의 검출값의 보정값은 촬상부가 복수의 측정점을 촬영할 때의 루트에 결부되어 취득되므로, 각각의 루트에 있어서의 촬상부 또는 측정 대상의 이동 방향에 따라, 적절한 보정값을 사용하여 위치 검출부의 검출값을 보정하는 것이 가능하다. 그 결과, 보다 확실하게, 측정 대상에 있어서의 측정점의 위치 좌표의 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 교정판에 있어서의 상기 지표부의 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 상기 장치에 의해 실측값으로서 취득할 때에는, 상기 촬상부는, 상기 루트에 따라 상기 지표부를 촬영하도록 해도 된다.

이에 따르면, 촬상부가 교정판에 있어서의 지표부를 촬영하여 보정값을 결정할 때와, 실제의 측정 대상에 있어서의 측정점을 촬영할 때에, 촬상부 또는 측정 대상의 이동 방향을 동일하게 할 수 있다. 그렇게 되면, 실제의 측정 대상에 있어서의 측정점을 촬영하는 루트에 따라, 보다 적절한 보정값을 사용하여, 위치 검출부의 검출값을 보정하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 장치에 있어서의 측정점의 위치 좌표의 측정 정밀도를 더 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 촬상부가 복수의 상기 측정점을 상기 루트에 따라 촬영하여 복수의 상기 측정점의 위치 좌표를 측정할 때, 상기 촬상부에 의해 촬영되는 상기 측정 대상 상의 영역에 상당하는 상기 지표부에 대해서만, 상기 보정값을 취득하는 것으로 해도 된다.

이에 따르면, 실제의 측정점의 위치 측정에 관계되는 지표부에 대해서만, 보정값을 취득하면 되게 되어, 교정판에 배치된 모든 지표부에 대하여 보정값을 취득할 필요가 없다. 따라서, 지표부에 대한 보정값을 취득할 때의 작업 공정수를 삭감할 수 있고, 보정값을 메모리에 기억하는 경우의 기억 용량을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 장치에 의해, 상기 측정점의 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표가 측정될 때에는,

상기 촬상부에 의해 촬영되는 상기 측정 대상 상의 영역의 기준점의 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표가, 상기 위치 검출부에 의해 검출되고,

상기 촬상부에 의해 촬영되는 영역에 있어서의 상기 기준점에 대한 상기 측정점의 시야 내 검출 좌표가 검출되고,

상기 측정점의 상기 특정 좌표계에 있어서의 상기 위치 좌표는, 상기 기준점의 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표에 상기 시야 내 검출 좌표가 가산됨으로써 측정되는 것으로 해도 된다.

이러한 장치에 있어서 장치의 강성이 부족한 경우에는, 촬상부나 측정 대상이 이동 후 정지할 때의 기구 부품의 변형 등으로, 촬상부에서 촬영되는 영역이 변화되어 버려, 장치의 측정 정밀도가 보다 저하되기 쉽다. 또한, 촬상부가 이동하는 장치로서, 촬상부의 기능이 보다 높은 경우에는, 촬상부의 중량이나 사이즈가 보다 커지는 경향이 있다. 이러한 경우에는, 촬상부의 이동 시의 관성력이 증가하기 때문에, 장치의 측정 정밀도는 더 저하되기 쉬워질 가능성이 있다. 따라서, 이러한 장치에 본 발명을 적용함으로써, 보다 적절한 보정값을 취득할 수 있다고 하는 본 발명의 효과를 보다 현저하게 발휘하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 있어서는, 상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 가능한 한 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 측정 대상과 촬상 장치를 상대적으로 이동시킴으로써 측정점을 변경할 때, 장치의 강성 부족에 의해 측정 오차가 생기는 경우에도, 위치 검출부의 검출값을 보다 정확하게 보정할 수 있어, 측정점의 위치를 보다 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 적용예에 있어서의 치수 검사 장치의 개략 구성을 도시하는 사시도이다.
도 2는 적용예에 있어서의 치수 검사 장치를 모식적으로 도시한 평면도 및 1시야의 확대도이다.
도 3은 적용예에 있어서의 캘리브레이션 플레이트의 개략도이다.
도 4는 적용예에 있어서의 치수 검사 방법에 대한 흐름도이다.
도 5는 실시예에 있어서의 촬상계 축 위치의 산출 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시예에 있어서의 화상 처리계와 시야 좌표계의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예에 있어서의 치수 검사 장치에 의한 검사의 흐름을 도시하는 타임차트이다.
도 8은 실시예에 있어서의 캘리브레이션의 흐름의 개략을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 실시예에 있어서의 캘리브레이션 플레이트의 온도 취득의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 10은 실시예에 있어서의 계측 포인트 실측값 취득 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 실시예에 있어서의 캘리브레이션 플레이트 상에서, 촬상 유닛에 의해 계측 포인트의 화상을 취득하는 장소를 도시하는 도면이다.
도 12는 실시예에 있어서의 캘리브레이션 플레이트 상의, 시야와 시야의 관계를 확대한 도면이다.
도 13은 실시예에 있어서의 캘리브레이션 플레이트의 위치 어긋남 보정의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 14는 실시예에 있어서의 측정점의 위치 좌표의 보정을 설명하는 도면이다.

[적용예]

이하에서는, 본 발명의 적용예로서, 치수 검사 장치(1)에 대하여, 도면을 사용하여 설명한다. 도 1은, 치수 검사 장치(1)의 주요부의 개략 구성을 도시하는 사시도이다. 치수 검사 장치(1)는, 주로, 측정 대상물을 촬상하는 카메라(2)를 포함하는 촬상부로서의 촬상 유닛(3)을 X축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 가대(4)와, 가대(4)를 Y축 방향으로 구동하는 볼 나사(5)와, 볼 나사(5)에 구동되는 가대(4)를 Y축 방향으로 안내하는 가이드(6)와, 그것들을 지지하는 프레임(7)을 구비한다. 프레임(7)의 Y축 방향으로 연장되는 볼 나사 지지부(7a)에는, 볼 나사(5)에 평행으로 가대(4)의 위치를 검출하는 리니어 스케일(8)이 마련되어 있다. 그리고, 동일하게 프레임(7)의 Y축 방향으로 연장되는 가이드 지지부(7b)에는, 가대(4)에 마련된 슬라이더를 안내하는 레일에 평행으로 가대(4)의 위치를 검출하는 리니어 스케일(9)이 마련되어 있다. 또한, X축 방향으로 연장되는 가대(4)를 따라, 촬상 유닛(3)의 위치를 검출하는 리니어 스케일(10)이 마련되어 있다. 이들 리니어 스케일(8, 9, 10)은, 각각 프레임(7) 및 가대(4)를 따라 배치된 피검출부와, 가대(4) 및 촬상 유닛(3)에 마련된 검출부로 이루어지며, 검출부가 피검출부에 대한 위치 정보를 검출한다. 리니어 스케일(8, 9, 10)은 위치 검출부에 상당한다.

도 1의 치수 검사 장치(1)에 있어서는, 촬상 유닛(3)에는 하방을 향하여 시야를 갖는 카메라(2)가 마련되어 있다. 카메라(2)의 하방에는, 측정 대상물을 X축 방향으로 반송하는 컨베이어가 배치된다. 컨베이어에 의해 치수 검사 장치(1) 밖으로부터 반입된 측정 대상물은, 카메라(2)의 하방에서 정지하고, 소정 위치에서 클램프된다. 그리고, 검사가 종료되면 측정 대상물은, 카메라(2)의 하방으로부터 치수 검사 장치(1) 밖으로 컨베이어에 의해 반송된다.

측정 대상물로서 기판(11)을 예로, 측정 대상물 상의 측정점(P)의 위치 좌표를 구하는 방법에 대하여 설명한다. 도 2의 (A)는, 기판(11)이 소정 위치에 배치된 치수 검사 장치(1)를 연직 상방으로부터 본 상태를 모식적으로 도시한 도면이다. Y축 방향에 평행으로 볼 나사(5) 및 리니어 스케일(8), 그리고 가이드(6) 및 리니어 스케일(9)이 배치되어 있다. 또한, Y축 방향에 교차하는 방향으로, 촬상 유닛(3)을 지지하는 가대(4)가 위치하고 있다. 도 2의 (A)에 있어서, 점(12)이 기판(11)에 대하여 정의된 기판 좌표계의 원점이다. 이 기판 좌표계는, 본 적용예에 있어서 특정 좌표계의 일례이다. 또한, 점(13)은 촬상계 축 위치이며, 여기서는 카메라(2)의 광축의 위치이다. 도 2의 파선으로 둘러싼 영역이 카메라(2)의 시야(14)이며, 이 시야(14)에는 기판(11) 상의 측정점(P)이 포함되어 있다. 이 시야(14)는, 본 적용예에서 「촬상부에 의해 촬영되는 측정 대상 상의 영역」에 상당한다. 도 2의 (B)는, 도 2의 (A)에 있어서 파선으로 둘러싸인 시야(14)를 확대하여 도시한 도면이다. 여기서는, 점(15)은 시야 좌표계 원점이며 시야 중심을 (0,0)으로 한다. 이 시야 좌표계 원점(15)은 본 적용예에 있어서 기준점에 상당하며, 촬상계 축 위치(13)와 일치한다.

본 적용예에서는, 기판(11) 상의 측정점(P)의, 예를 들어 기판(11)의 좌측 하단의 코너부인 기판 좌표계 원점을 (0,0)으로 한 기판 좌표계에 있어서의 위치를, P=촬상계 축 위치+시야 내 검출 좌표로서 산출한다. 즉, 리니어 스케일(8, 9, 10)에 의한 검출값으로서의 촬상계 축 위치와, 시야(14) 내에 있어서의 측정점(P)의 위치를 가산하여, 측정점(P)의 기판 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 측정한다. 여기서, 치수 검사 장치(1)에 있어서는, 리니어 스케일(8, 9, 10)에 의한 계측값은, 장치 자체의 온도나, 프레임(7a, 7b), 가대(4) 등의 치수, 형상의 변동, 변화에 따라, 오차가 커지는 경우가 있다. 또한, 치수 검사 장치(1)를 사용하여 기판(11)의 치수 검사(기판(11) 상의 각 요소가 설계대로 배치되어 있는지의 검사)를 행하는 경우에는, 촬상 유닛(3)을 볼 나사(5) 등을 사용하여 이동시켜, 측정점(P)이 시야(14)에 들어가는 위치에서 촬상 유닛(3)을 정지시키지만, 그 경우에는 프레임(7a, 7b), 가대(4) 등의 기구 부품이 휘는 등의 이유에 의해, 촬상 유닛(3)의 이동 방향에 따라, 오차의 방향이나 크기가 변화되어 버리는 경우가 있었다.

이에 비해, 본 적용예에서는, 도 3에 도시하는 바와 같은 치수의 참값을 알 수 있는 교정판으로서의 캘리브레이션 플레이트(20)를 사용하여, 리니어 스케일(8, 9, 10)의 측정값을 보정하는 것으로 하였다. 즉, 캘리브레이션 플레이트(20)의 기준(예를 들어, 좌측 하단 코너부)을 원점으로 한 경우의 각 도트의 좌푯값을 보다 고도의 계측기로 미리 측정한다. 그리고, 캘리브레이션 플레이트(20)의 소정의 도트의 위치 좌표를 치수 검사 장치(1)로 실측하고, 각각의 도트에 대하여, 참값과 실측값의 차를 보정값으로서 기억해 둔다. 그리고, 실제 기판(11)의 치수 검사에 있어서, 기판(11) 상의 측정점(P)을 시야(14)에 포착한 상태에서, 리니어 스케일(8, 9, 10)의 검출값을, 미리 기억된 보정값에 의해 보정하는 것으로 하였다. 또한, 캘리브레이션 플레이트(20)는 유리판(21)에 5mm 피치로 지표부로서의 미소한 도트(22)를 알루미늄 증착에 의해 형성시킨 것이다.

또한, 치수 검사 장치(1)에 대해서는, 상술한 바와 같이, 촬상 유닛(3)의 정지 전의 이동 방향에 따라 생기는 오차가 다른 것을 알 수 있었다. 그것은, 촬상 유닛(3)을 지지하는 기구의 강성이 방향마다 다른 것에 기인하고 있다. 이에 비해, 본 적용예에서는, 캘리브레이션 플레이트(20)의 각 도트에 대하여 기억하는 보정값을, 촬상 유닛(3)의 이동 방향마다 기억해 두는 것으로 하였다. 이에 따르면, 기판(11)의 치수 검사 시의 각 검사 프로그램에 있어서, 촬상 유닛(3)의 이동 방향에 따라, 캘리브레이션 플레이트(20)의 각 도트에 대한 보정값으로서 최적의 것을 채용하는 것이 가능하게 되어, 보정의 정밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 적용예에서는, 캘리브레이션 플레이트(20)의 각 도트에 대응하는 보정값을, 실제로 기판(11)의 치수 검사를 행할 때의 촬상 유닛(3)의 촬영 루트마다 기억해 두는 것으로 하였다. 이것은, 촬상 유닛(3)의 촬영 루트마다 이동 방향이 바뀌므로, 동일한 도트에 대해서도 보정값이 다르다고 생각되기 때문이다. 또한, 본 적용예에서는, 치수 검사의 검사 프로그램마다 보정값을 취득 및 기억하도록 해도 된다. 이것은, 치수 검사의 검사 프로그램과, 촬상 유닛(3)의 촬영 루트는 1:1로 대응하고 있다고 생각되기 때문이다.

도 4에는, 본 적용예에 관한 치수 검사 방법에 대한 흐름도를 도시한다. 본 플로가 실행되면, 우선, 스텝 S101에 있어서, 치수 검사 시의 촬상 유닛(3)의 촬영 루트를 결정한다. 다음에, 스텝 S102에 있어서, 결정된 촬영 루트에 따라, 캘리브레이션 플레이트(20)의 각 도트를 촬영한다. 그리고, 스텝 S103에 있어서는, 결정된 촬영 루트에 관하여, 각 도트에 대한 보정값(실측값과 참값의 차)을 구한다. 그리고, 스텝 S104에 있어서는, 구한 보정값을 치수 검사 장치(1)에 구비된 기억부에 기억하고, 보정 테이블을 작성한다. 그리고, 이 상태에서, 스텝 S105에 있어서, 측정 대상물에 대하여 치수 검사 장치(1)를 사용하여 치수 검사를 실시한다. 그때, 리니어 스케일(8, 9, 10)에 의한 검출값을, 기억부에 기억한 대응하는 보정값에 의해 보정하고, 보정 후의 검출값을 검사 결과로서 기억한다. 그리고, 치수 검사가 종료되면 본 루틴을 종료한다. 본 적용예에서는 이러한 흐름으로 치수 검사를 함으로써, 치수 검사에 있어서의 측정 정밀도를 보다 높이는 것이 가능하다.

또한, 본 적용예에서는, 캘리브레이션 플레이트(20)의 각 도트에 대응하는 보정값을, 각 검사 프로그램에 있어서 촬상 유닛(3)에서 촬영하는 영역(즉, 시야(14))에 상당하는 도트에 대해서만 취득하는 것으로 해도 된다. 이에 따르면, 각 도트에 대한 보정값으로서, 취득하여 기억하는 보정값의 양을 억제할 수 있어, 보정값의 취득 작업의 시간을 단축하고, 또한 보정값의 기억을 위한 기억부의 용량을 저감할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 위치 측정 방법은, 상기한 바와 같은 치수 검사 장치(1)에 적용 가능하기는 하지만, 치수 검사 장치(1)는, 측정 대상물의 특정 개소의 길이를 측정하는 것 외에, 특정 개소의 각도나 곡률(반경)을 측정하는 것을 포함하는 것은 물론이다.

[실시예 1]

다음에, 본 발명의 실시예 1에 대하여 상세하게 설명한다. 우선, 도 5를 참조하여, 리니어 스케일(8, 9, 10)에 의한 검출값의 보정을 행하는 경우의, 촬상계 축 위치(13)의 산출 방법에 대하여 설명한다. 도 5에 있어서 실선의 화살표는 기판(11)에 있어서의 특정의 장소(코너부)를 기준으로 한 기판 좌표계, 파선의 화살표는 치수 검사 장치(1)에 있어서의 특정의 장소를 기준으로 한 기계 좌표계를 나타낸다. 여기서는, 점(16)이 기계 좌표계 원점이다. 17은 모터를 나타낸다. 도 5에 있어서, y1(㎛), y2(㎛)는 각각 리니어 스케일(8, 9)의 검출값을 나타낸다. x1(㎛)은 리니어 스케일(10)의 검출값을 나타낸다. w(㎛)는 리니어 스케일(8, 9) 사이의 거리를 나타낸다. 여기서는, 리니어 스케일(8, 9, 10)의 검출값은, 기판 좌표계에 있어서 기판 좌표계 원점(12)을 (0,0)으로 한다(기계 좌표계 원점을 (0,0)으로 해도 됨). 이때, 촬상계 축 위치(13)의 위치 좌표(x'(㎛), y'(㎛))는, 다음 식 (1a), (1b)에 의해 산출된다.

y'=y2-(y2-y1)×(x1/w) … (1a)

x'=x1 … (1b)

단, x'는 w에 대하여 y2-y1이 작다는 점에서, x'≒x1이 되기 때문에, x'=x1로 근사한 것이다.

다음에, 도 6을 참조하여, 시야(14)에 있어서 검출된 점의 위치 좌표의, 촬상 유닛(3) 내의 화상 처리계로부터 시야 좌표계로의 변환에 대하여 설명한다. 여기서, 도 6에는 도 2의 (B)에 도시한 시야(14)를 도시한다. 실선의 화살표가 시야 좌표계, 파선의 화살표가 화상 처치계를 나타낸다. 점(18)은 화상 처리계 원점이며, 시야의 좌측 상단을 (0,0)으로 한다. 여기서, x(pixel)를 화상 처리계 X 좌표로 하고, y(pixel)를 화상 처리계 Y 좌표로 한다. 그리고, xv'(㎛)를 시야 좌표계 X 좌표, yv'(㎛)를 시야 좌표계 Y 좌표로 한다. 또한, width(pixel)를 시야 화상의 가로 폭, height(pixel)를 시야 화상의 세로 폭으로 하고, α를 카메라(2)의 분해능(예를 들어, 6㎛ 또는 10㎛)으로 한다.

이때, 화상 처리계로부터 시야 좌표계로는 다음 식 (2a), (2b)에 의해 변환된다.

xv'=(x-width/2)×α … (2a)

yv'={(height-y)-height/2}×α … (2b)

그리고, 기판(11) 상의 기판 좌표계 원점(12)을 (0,0)으로 한 기판 좌표계에 있어서의 측정점(P)의 위치 좌표(xb, yb)는, 다음 식 (3a), (3b)에 의해 취득된다.

xb=x'+xv' … (3a)

yb=y'+yv' … (3b)

다음에, 도 7에 도시하는 타임차트에 의해, 치수 검사 장치(1)에 의한 치수 검사의 흐름을 설명한다. 치수 검사 장치(1)에 있어서의 치수 검사가 개시되면, 우선, 컨트롤러로부터 서보 드라이버에 대하여 위치 명령을 송신한다(스텝 S1). 이 위치 명령을 받은 서보 드라이버에서는, 서보 모터를 구동하여 가대(4) 및 촬상 유닛(3)을 이동시키고, 소정의 위치로의 이동이 완료되면 서보 드라이버로부터 컨트롤러에 그 취지가 송신된다(스텝 S2). 그리고, 컨트롤러는, 소정 위치에 있어서의 리니어 스케일의 검출값을 리니어 스케일(8, 9, 10)로부터 판독한다(스텝 S3). 다음에, 컨트롤러로부터 촬상 유닛(3)에 대하여 촬상 명령이 송신된다(스텝 S4). 촬상 유닛(3)에 의한 촬상이 행해지면 노광 완료의 취지가 촬상 유닛(3)으로부터 컨트롤러에 송신된다(스텝 S5). 스텝 S1부터 스텝 S5까지의 처리가, 모든 측정점(P)에 대한 촬상이 완료될 때까지 반복된다. 컨트롤러에서는, 리니어 스케일(8, 9, 10)의 판독값을 기억부의 소정 영역에 보존한다(스텝 S6). 여기서, 검사는 완료된다(스텝 S7). 다음에, 컨트롤러는, 촬상 유닛(3)의 화상 처리부로부터, 각 측정점(P)에 대하여, 해당하는 시야에 있어서의 시야 내 검출 좌표를 읽어들인다(스텝 S8). 이때, 촬상 유닛(3)의 화상 처리부에서는, 검출 좌표=촬상계 축 위치+시야 내 검출 좌표로 하는 연산이 행해지고, 또한 촬상계 축 위치에 대하여, 미리 취득된 보정값에 기초하는 보정 계산이 행해진다(스텝 S9).

다음에, 상술한 캘리브레이션 플레이트(20)를 사용한 보정값의 취득(캘리브레이션)의 흐름에 대하여 설명한다. 도 8은, 캘리브레이션의 흐름의 개략을 도시하는 흐름도이다. 이 처리는, 예를 들어 치수 검사 장치(1)의 조립 조정 시 또는 정기 점검 시에 치수 검사 장치(1)의 조작 패널 상에서, 조작자가 지시를 입력함으로써, 캘리브레이션 모드를 선택한 경우에 행해진다.

본 플로가 실행되면, 우선, 캘리브레이션 플레이트(20)의 온도 변화에 따른 열팽창의 보정 처리를 위한 온도를 취득한다(스텝 S11). 이 서브루틴의 상세에 대하여, 도 9에 따라 설명한다. 우선, 캘리브레이션 플레이트(20)의 온도를 온도 측정 수단, 예를 들어 비접촉 온도계에 의해 계측한다(스텝 S11-1). 측정된 캘리브레이션 플레이트(20)의 온도는, 조작 패널로부터 입력하여 기억부에 있어서의 소정의 기억 영역에 기억시킨다(스텝 S11-2). 이와 같이 하여 취득된 온도 데이터는 온도 변화에 의한 열팽창의 보정에 사용된다.

여기서, 열팽창에 의해 변화하는 거리는 이하의 식 (4)로 산출된다.

열팽창 변화 거리(㎛)=열팽창 계수×참값 계측 시와의 온도차(도)

×캘리브레이션 플레이트단 원점으로부터의 거리(mm)÷1000

… (4)

다음에, 캘리브레이션 플레이트(20)를 컨베이어에 의해 치수 검사 장치(1) 내, 즉 카메라(2)의 하방에 반입한다(스텝 S12). 다음에, 계측 포인트(각 도트) 실측값 취득 처리를 행한다(스텝 S13). 이 계측 포인트(각 도트) 실측값 취득 처리 서브루틴의 상세에 대하여, 도 10의 흐름도에 따라 설명한다. 또한, 실측값 취득 처리 서브루틴의 처리에 대하여 설명함에 있어서, 도 11에는, 캘리브레이션 플레이트(20)와, 캘리브레이션 플레이트(20) 상에서, 촬상 유닛(3)에 의해 계측 포인트(각 도트)의 화상을 취득하는 장소를 도시한다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 캘리브레이션 플레이트(20)에 있어서의 계측 포인트(각 도트)의 위치의 실측을 할 때에는, 촬상 유닛(3)은, 실제 기판(11)의 치수 검사 시의 촬영 루트와 동일한 루트를 통과하고, 기판(11)의 치수 검사에 있어서의 정지 위치와 동일한 위치에 있어서 정지하여, 계측 포인트(각 도트)의 화상을 취득한다. 도 11에서는, 예를 들어 실제 기판(11)의 치수 검사 시의 촬영 루트를 모방하여, 시야 (1)⇒시야 (2)⇒시야 (3)⇒…에 있어서 계측 포인트(각 도트)의 화상을 취득한다(스텝 S13-1). 따라서, 당연히 기판(11)의 검사 시의 촬상 유닛(3)의 이동 방향은, 이 실측값 취득 처리에 있어서의 촬상 유닛(3)의 이동 방향과 일치한다.

도 12에는, 도 11에 있어서의 시야 (1)과 시야 (2)의 근방을 확대한 도면을 도시한다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 각 시야(200)에 있어서는, 좌측 하단의 도트에 대한 X 치수와 Y 치수가, 기판(11)의 치수 검사 시와 마찬가지로 리니어 스케일(8, 9, 10)에 의해 실측되고, 각 시야(200) 내의 다른 도트의 좌푯값에 대해서는, 각 시야(200)에 있어서의 화상의 화상 처리에 의해 산출된다(스텝 S13-2). 그리고, 각 도트의 좌푯값을 파일에 보존해 둔다(스텝 S13-3). 또한, 여기서 시야(200) 내의 도트는, 촬상부에 의해 촬영되는 측정 대상 상의 영역에 상당하는 지표부에 상당한다.

다음에, 도 7로 되돌아가서, 이후, 컨베이어에 의해, 캘리브레이션 플레이트(20)를 치수 검사 장치(1) 밖으로 반출한다(스텝 S14). 다음에, 캘리브레이션 플레이트(20)의 위치 어긋남 보정을 행한다(스텝 S15). 캘리브레이션 플레이트(20)의 위치 어긋남 보정 처리 서브루틴의 상세에 대하여, 도 13에 따라 설명한다. 도 13에 있어서의 위치 어긋남 보정 처리 서브루틴이 실행되면, 우선, 캘리브레이션 플레이트(20)의 좌측 하단, 우측 하단의 도트(도 11에 해칭의 원으로 둘러싸서 나타냄)를 사용하여, 다음 식 (5)에 의해 캘리브레이션 플레이트(20)의 회전각 θ를 구한다(스텝 S15-1).

θ(rad)=arctan{(우측 하단 계측 도트의 Y 좌푯값-좌측 하단 계측 도트의 Y 좌푯값)/(우측 하단 계측 도트의 X 좌푯값-우측 하단 계측 도트의 X 좌푯값)} … (5)

그리고, 먼저, 다른 상위의 계측기에 의해 계측되어 기억된 초기 참값과 캘리브레이션 시의 온도 변화를 고려한 캘리브레이션 플레이트(20)의 참값(XT, YT)을 다음 식 (6a), (6b)로 기울기 보정한다(스텝 S15-2).

XT'=XTcosθ-YTsinθ … (6a)

YT'=XTsinθ+YTcosθ … (6b)

다음에, 다음 식 (7a), (7b)에 의해, 참값을, 식 (6a), (6b)로 구한 캘리브레이션 플레이트(20)의 좌측 하단 코너부의 좌푯값(XT',YT')을 기준으로 기판 좌표계에 오프셋한다(스텝 S15-3).

XT"=XT'+캘리브레이션 플레이트 좌측 하단 코너부(XT')

… (7a)

YT"=YT'+캘리브레이션 플레이트 좌측 하단 코너부(YT')

… (7b)

도 7로 되돌아가서, 다음에 식 (7a), (7b)에 의해 구한 XT", YT"(캘리브레이션 플레이트(20)의 참값)와 먼저 파일에 보존한 값의 차(참값차)를 취하여 보존한다(스텝 S16).

또한, 스텝 S16에 있어서는, 촬상된 모든 도트에 대하여 전부 참값차가 구해져, 보정 테이블로 된다. 보정 테이블의 데이터는, 예를 들어 이하의 식 (8a), (8b)와 같이 정의된다.

보정 테이블[시야 n][계측점 m].x=

참값[시야 n][계측점 m].x-계측값[시야 n][계측점 m].x

… (8a)

보정 테이블[시야 n][계측점 m].y=

참값[시야 n][계측점 m].y-계측값[시야 n][계측점 m].y

… (8b)

여기서, [zzz]는 배열을 나타낸다. 시야 n은, 촬상 루트에 있어서의 n번째의 촬상을 나타낸다. 계측점 m은, 각 시야 내에 있어서의 도트의 번호를 나타낸다. x, y는 각각 x축(좌우) 방향, y축(상하) 방향의 좌표를 나타낸다. 좌표계는, 캘리브레이션 플레이트(20)의 좌측 하단 코너부를 원점 (0,0)으로 하여, x축에 대해서는 우측 방향, y축에 대해서는 상측 방향을 정방향으로 한다.

다음에, 도 11에 도시한 캘리브레이션 플레이트(20)에 의한 캘리브레이션을 거친 후의, 도 7에 도시하는 치수 검사 시에 있어서의 스텝 S9에 의한 측정점의 검출 좌표에 대한 보정 처리의 구체예에 대하여 설명한다. 스텝 S9에 있어서의 보정 처리에 있어서는, 보정 후의 계측값은 이하의 식 (9a), (9b)와 같이 산출된다.

보정 후 계측값.x=계측값.x+보정값.x … (9a)

보정 후 계측값.y=계측값.y+보정값.y … (9b)

여기서, 보정값.x 및 보정값.y는, 측정점의 최근방의 도트에 있어서의 보정 테이블의 데이터로부터 산출된다. 도 14를 참조하여, 치수 검사 시에 있어서의 계측 대상점(e)(파선의 플러스로 표기)의 XY 좌푯값에 대한 보정에 대하여 설명한다. 계측 대상점(e)의 XY 좌푯값에 대한 보정값의 산출식 (10a), (10b)를 이하에 나타낸다. 여기서, 캘리브레이션 시에 계측 포인트(a, b, c, d)에서 촬상하였을 때의 보정값을 각각 C(a), C(b), C(c), C(d)로 하고, 계측 대상점(e)에서 촬상하였을 때의 보정값을 C(e)로 하며, _X, _Y는 각각의 X, Y 좌푯값을 나타낸다. 또한, 계측 포인트(a 내지 c)의 XY 좌표는, c를 (0,0)으로 하여 정규화한다. 또한, 계측 대상점의 주위에, 계측 포인트가 2점 또는 2점밖에 없는 경우에는, 동일한 계산을 2점 또는 1점에 대하여 행한다.

이와 같이 하면, 리니어 스케일(8, 9, 10)의 상대적인 기울기나 어긋남이 생기고, 또한 그것이 촬상 유닛(3)의 이동 방향에 따라 다른 경우에 있어서도, 치수 검사 장치(1)에 의해, 기판(11) 상의 측정점(P)의 위치 좌표에 대하여, 리니어 스케일(8, 9, 10)에 의한 검출값을 보다 정확하게 보정할 수 있다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 상술한 바와 같이, 캘리브레이션 플레이트(20)에 있어서의 계측 포인트(각 도트)의 위치의 실측을 할 때에는, 촬상 유닛(3)은, 실제 기판(11)의 치수 검사 시의 촬영 루트와 동일한 루트를 통과하고, 기판(11)의 치수 검사에 있어서의 정지 위치와 동일한 위치에 있어서 정지하여, 계측 포인트(각 도트)의 화상을 취득하고, 이 화상에 기초하여, 각 도트에 대한 보정값을 취득한다. 따라서, 당연히 기판(11)의 검사 시의 촬상 유닛(3)의 이동 방향은, 이 실측값 취득 처리에 있어서의 촬상 유닛(3)의 이동 방향과 일치한다. 따라서, 보다 적절한 보정값을 사용하여, 리니어 스케일(8, 9, 10)의 검출값의 보정을 행할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 실제 기판(11)의 치수 검사 시에, 촬상 유닛(3)에서 취득하는 장소 증가의 시야에 상당하는, 시야 (1), 시야 (2), 시야 (3) …에 있어서만, 계측 포인트(각 도트)의 화상을 취득하여, 각 도트의 보정값을 산출한다. 따라서, 한정된 도트에 대해서만 촬영 및 보정값의 연산을 하면 되어, 보정값의 산출에 있어서의 공정수를 저감하고, 보정값의 기억에 관한 기억 용량을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기한 바와 같이 기판(11)의 치수 검사에 있어서의 촬상 유닛(3)의 촬영 루트에 결부되도록, 보정값 테이블을 작성, 보존해 두어도 되지만, 이 촬영 루트는, 치수 검사 장치(1)의 치수 검사 프로그램마다 정해지는 점에서, 보정값 테이블은 치수 검사 프로그램에 결부되도록 작성, 보존해 두어도 된다. 또한, 보정값 테이블을 작성할 때에는, 캘리브레이션 플레이트(20)에 있어서의 전부 또는 일부의 도트에 대하여, 촬상 유닛(3)의 이동 방향으로서, X 정방향, X 부방향, Y 정방향, Y 부방향의 4방향을 상정한 경우의 4종류의 보정값을 취득하여, 보정값 테이블에 기억하도록 해도 된다. 이 경우에는, 실제 기판(11)의 치수 검사 시에는, 촬상 유닛(3)이 검사 대상의 촬영을 위해 정지하기 직전의 이동 방향에 합치하는 방향의 보정값을 각 도트에 대하여 보정 테이블로부터 판독하고, 당해 보정값을 사용하여 리니어 스케일(8, 9, 10)의 검출값을 보정한다. 이것에 의해서도, 촬상 유닛(3)의 이동 방향에 따라 보정값이 다른 문제를 해소하는 것이 가능하다.

또한, 이하에는 본 발명의 구성 요건과 실시예의 구성을 대비 가능하게 하기 위해, 본 발명의 구성 요건을 도면 부호를 붙여 기재해 둔다.

<발명 1>

측정 대상(11) 상에 있어서의 소정의 측정점(P)을 촬영하는 촬상부(3)와, 해당 촬상부(3) 또는 상기 측정 대상(11)의 위치를 검출하는 위치 검출부(8, 9, 10)를 갖고, 상기 촬상부(3)가 상기 측정점(P)을 촬영하였을 때의 해당 위치 검출부의 검출값을 사용하여, 상기 측정점(P)의, 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 측정하는 장치(1)에 있어서의 위치 측정 방법으로서,

소정의 지표부(22)가 2차원적으로 배치된 교정판(20)에 있어서의 상기 지표부(22)의 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 상기 장치에 의해 실측값으로서 취득하고,

미리 다른 장치에서 취득한 상기 지표부(22)의 상기 교정판(20)의 기준에 대한 위치 좌표를 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표로 변환한 참값과 상기 실측값의 차분을 보정값으로서 취득하고,

상기 보정값을 사용하여 상기 위치 검출부(8, 9, 10)의 검출값을 보정하고,

상기 보정값은, 상기 촬상부(3)가 상기 측정점(P)을 촬영할 때의 해당 촬상부(3) 또는 상기 측정 대상(11)의 이동 방향에 결부되어 취득되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.

<발명 2>

상기 촬상부(3)는, 상기 측정 대상(3)에 있어서의 복수의 상기 측정점(P)을 소정의 루트에 따라 촬영함으로써, 상기 복수의 측정점(P)의 위치 좌표를 측정하고,

상기 보정값은 상기 루트에 결부되어 취득되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.

1: 치수 검사 장치
2: 카메라
3: 촬상 유닛
8, 9, 10: 리니어 스케일
12: 기판 좌표계 원점
P: 측정점
20: 캘리브레이션 플레이트

Claims

측정 대상 상에 있어서의 소정의 측정점을 촬영하는 촬상부와, 해당 촬상부 또는 상기 측정 대상의 위치를 검출하는 위치 검출부를 갖고, 상기 촬상부가 상기 측정점을 촬영하였을 때의 해당 위치 검출부의 검출값을 사용하여, 상기 측정점의, 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 측정하는 장치에 있어서의 위치 측정 방법으로서,
소정의 지표부가 2차원적으로 배치된 교정판에 있어서의 상기 지표부의 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 상기 장치에 의해 실측값으로서 취득하고,
미리 다른 장치에서 취득한 상기 지표부의 상기 교정판의 기준에 대한 위치 좌표를 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표로 변환한 참값과 상기 실측값의 차분을 보정값으로서 취득하고,
상기 보정값을 사용하여 상기 위치 검출부의 검출값을 보정하고,
상기 보정값은, 상기 촬상부가 상기 측정점을 촬영할 때의 해당 촬상부 또는 상기 측정 대상의 이동 방향에 결부되어 취득되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
측정 대상 상에 있어서의 소정의 측정점을 촬영하는 촬상부와, 해당 촬상부 또는 상기 측정 대상의 위치를 검출하는 위치 검출부를 갖고, 상기 촬상부가 상기 측정점을 촬영하였을 때의 해당 위치 검출부의 검출값을 사용하여, 상기 측정점의, 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 측정하는 장치에 있어서의 위치 측정 방법으로서,
소정의 지표부가 2차원적으로 배치된 교정판에 있어서의 상기 지표부의 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 상기 장치에 의해 실측값으로서 취득하고,
미리 다른 장치에서 취득한 상기 지표부의 상기 교정판의 기준에 대한 위치 좌표를 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표로 변환한 참값과 상기 실측값의 차분을 보정값으로서 취득하고,
상기 보정값을 사용하여 상기 위치 검출부의 검출값을 보정하고,
상기 촬상부는, 상기 측정 대상에 있어서의 복수의 상기 측정점을 소정의 루트에 따라 촬영함으로써, 복수의 상기 측정점의 위치 좌표를 측정하고,
상기 보정값은 상기 루트에 결부되어 취득되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제2항에 있어서, 상기 교정판에 있어서의 상기 지표부의 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 상기 장치에 의해 실측값으로서 취득할 때에는,
상기 촬상부는, 상기 루트에 따라 상기 지표부를 촬영하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제3항에 있어서, 상기 촬상부가 복수의 상기 측정점을 상기 루트에 따라 촬영하여 복수의 상기 측정점의 위치 좌표를 측정할 때, 상기 촬상부에 의해 촬영되는 상기 측정 대상 상의 영역에 상당하는 상기 지표부에 대해서만, 상기 보정값을 취득하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치에 의해, 상기 측정점의 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표가 측정될 때에는,
상기 촬상부에 의해 촬영되는 상기 측정 대상 상의 영역의 기준점의 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표가, 상기 위치 검출부에 의해 검출되고,
상기 촬상부에 의해 촬영되는 영역에 있어서의 상기 기준점에 대한 상기 측정점의 시야 내 검출 좌표가 검출되고,
상기 측정점의 상기 특정 좌표계에 있어서의 상기 위치 좌표는, 상기 기준점의 상기 특정 좌표계에 있어서의 위치 좌표에 상기 시야 내 검출 좌표가 가산됨으로써 측정되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.