KR20230002653A - 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스 - Google Patents

마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스 Download PDF

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KR20230002653A
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알레산드로 코미넬리
마테오 페를레티
다닐로 렌티니
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테크노센스 에스.피.에이.
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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 반사 표면(950)이 제공되는 물체(900)로부터의 거리를 측정하기에 적합한 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)에 관한 것이다. 비접촉 치수 측정 디바이스는 축(X-X)을 따라 연장되고, 그리고 i) 반사 표면(950)이 반사된 광 빔(Lr)을 발생시키도록 물체(900)를 향해 방출된 광 빔(Le)을 발생시키는 광원(2); ii) 상기 광원(2)의 반대편 측면 상에 위치결정되는 광 배리어 요소(3) ─ 그리고 상기 광 배리어 요소(3)는, 반사된 광 빔(Lr)이 상기 슬릿(30)을 통과하는 것을 허용하기 위한 적어도 하나의 슬릿(30)을 포함함 ─ ; 및 iii) 검출 그룹(5)을 포함하며, 이 검출 그룹은, 슬릿(30)을 통과하는 반사된 광 빔(Lr)의 투영(500)이 검출되는 이미징 센서(50); 및 이미징 센서(50)에 작동가능하게 연결되고 그리고 반사 표면(950)의 거리 및 특성들을 식별하도록 투영(500)을 분석하기에 적합한 처리 및 제어 조립체(51)를 포함한다.

Description

마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스
[0001] 본 발명은 마이크로미터 분해능(micrometric resolution)을 가지는 비접촉 치수 측정 디바이스(non-contact dimensional measurement device)에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템에 관한 것이며, 이 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템은 마이크로미터 분해능을 갖는 적어도 하나의 비접촉 치수 측정 디바이스를 포함한다.
[0002] 특히, "마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스"는, 디바이스가 미크론 단위의 분해능 및 정확도로 그리고 1밀리미터 내지 100밀리미터에 포함되는 측정 범위에 걸쳐, 그의 포지션과 물체, 특히 기준 평면 또는 이의 표면 사이의 거리를 측정하기에 적합한 것을 의미한다.
[0003] 바람직하게는, “마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스”의 유사한 규정은 또한, “마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 변위 변환기 디바이스”이다.
[0004] 본 발명을 추가로 맥락화하기 위해, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스가 산업 분야에서 정밀 측정들을 위한 치수 제어 디바이스들의 기술 분야에 관한 것이 주목할만 하다.
[0005] 이러한 맥락에서, 상기 치수 제어 디바이스들은 접촉 디바이스들 및 비접촉 디바이스들로서 분류된다.
[0006] 상기 카테고리들(categories) 양자 모두는 기계 부품들의 치수 측정에서뿐만 아니라, 평탄한 표면 및 만곡된 표면들 양자 모두를 갖는 유리 구성요소들을 제조하는 산업에서 적용된다. 예를 들어, 이는 자동차, 철도 또는 항공 섹터들에서 사용되는 것들과 같은 심지어 큰 크기의 유리 및 다른 투명한 재료들의 측정에 적용되며, 여기서 이들의 계량적 특성들의 정확한 확인은, 이 치수 제어 디바이스들이 시장에 배치되기 전뿐만 아니라 이들의 제작 프로세스 동안에도 요구된다.
[0007] 접촉 디바이스들은, 물체의 표면에 접촉하게 되는 이동가능한 부품에 의해 특징화되며, 이 물체의 표면에 대해, 거리 또는 크기는 측정 동안 측정되는 것으로 의도된다.
[0008] 접촉 디바이스들의 통상적인 제한은 이들의 특성에, 즉, 작동 모드에 내재되어 있다.
[0009] 실제로, 표면과의 디바이스의 이동가능한 부품의 접촉이 측정되고 있는 물체의 변위들 및/또는 변형들을 유발시킬 수 있어, 따라서 정확한 측정을 보장하지 않고 그리고/또는 물체 자체에 대한 잠재적인 손상을 야기할 수 있는 것이 발견되었다.
[0010] 공지된 비접촉식 디바이스들은 이들의 작동 원리에 따라 상이한 유형들로 분류가능하다.
[0011] 가장 중요한 비접촉식 디바이스들은 광학 유형의, 즉, 측정 수단들로서 광을 사용하는 디바이스들이다. 이러한 디바이스들은, 예컨대, 반사된 광 빔의 강도를 분석함으로써, 또는 레이저 삼각측량 기술을 사용함으로써, 또는 공초점(모노크로마틱(monochromatic), 폴리크로마틱(polychromatic))이거나, 간섭측정법(interferometry)의 원리를 사용함으로써 물체로부터의 거리를 측정한다.
[0012] 비접촉식 디바이스들은 전술된 접촉 디바이스들의 통상적인 임계들을 해결하며; 그러나, 본래 공지된 비접촉 디바이스들은 측정 방법 및 측정이 이루어지는 물체의 표면의 성질 및 특성들 둘 모두로 인해 일련의 문제들을 나타낸다.
[0013] 특히, 투명한 또는 반투명한 표면들을 갖는 물체들에 대해 비접촉식 광학 치수 측정들을 수행하는 것은 상당한 어려움들을 나타낸다. 예를 들어, 표면이 투명한 경우, 레이저 삼각측량 방법은 사용가능하지 않다. 예를 들어, 거리를 측정하기 위한 유용한 신호로서 반사된 광 빔의 강도를 분석하는 검출 센서들은 주변 온도 값 및 표면 자체의 반사율과 같은 다른 물리적인 양들로 인한 오류들에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 공초점 센서들 또는 간섭계들을 갖는 디바이스들은 위의 문제들 및 제한들 중 일부를 극복하지만, 매우 복잡하고 그리고 비싸며, 그리고 따라서 산업 환경에서 대규모 측정들을 위한 사용을 제한한다.
[0014] 배경 기술의 이러한 맥락에서, 비접촉 측정들을 실행하고 그리고 공지된 해결책들의 문제들 및 제한들을 극복하는 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스에 대한 필요가 강하게 느껴지는 것이 명백하다.
[0015] 본 발명의 목적은, 산업 측정 및 진보된 기술의 분야에서, 사용하기에 용이하고, 적용가능하기에 비용효율적일뿐만 아니라 크게 정확하고 그리고 신뢰가능한, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스를 제공하는 것이다.
[0016] 상기 목적은 제1 항에서 청구된 특성들을 갖는 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스에 의해 달성된다. 유사하게는, 이러한 목적은 제12 항에 따른 마이크로미터 분해능을 가지는 비접촉 치수 측정 디바이스를 포함하는 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템에 의해 달성된다.
[0017] 이에 종속된 청구항들은 추가의 유리한 양태들을 내포하는 바람직한 변경예들을 도시한다.
[0018] 본 발명의 추가의 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조로 하여 비제한적인 예로써 주어진 본 발명의 바람직한 실시예들의 하기에서 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다.
[0019] 도 1은 본 발명에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스를 축방향 단면에서 사시도로 도식적으로 도시한다.
[0020] 도 2a 및 도 2b는 바람직한 실시예에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스의 2개의 개개의 길이방향 및 횡방향의 개략적인 단면도들이다.
[0021] 도 3a는 본 발명에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스에 의해 수행되는 정반사(specular reflection)에 의해 특징화되는 목표 상의 제1 측정을 도식적으로 도시한다.
[0022] 도 3b 및 도 3c은 도 3a에 도식적으로 도시된 측정에 관한 2개의 그래프들을 도시한다.
[0023] 도 4는 본 발명에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스에 의한 정반사에 의해 특징화되는 표적 상에서 수행되는 제2 측정을 도식적으로 도시하며, 물체는 도 3a의 다이어그램에 대해 상이한 거리를 두고 위치결정된다.
[0024] 도 4b 및 도 4c는 도 4a에 도식적으로 도시된 측정에 관한 2개의 그래프들을 도시한다.
[0025] 도 5a는 본 발명에 따른 마이크로미터 분해능을 가지는 비접촉 치수 측정 디바이스에 의해 반투명 표적 상에 수행되는 제3 측정을 도식적으로 도시한다.
[0026] 도 5b 및 도 5c는 도 5a에 도식적으로 도시된 측정에 관한 2개의 그래프들을 도시한다.
[0027] 도 6a는 정반사에 의해 특징화되는 표적 상에서 실행되고 그리고 본 발명에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스에 의해 경사지게 수행되는 제4 측정을 도식적으로 도시한다.
[0028] 도 6b 및 도 6c는 도 6a에 도식적으로 도시된 측정에 관한 2개의 그래프들을 도시한다.
[0029] 도 7은 도 4a의 측정에 따라, 본 검출에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스에 포함된 이미징 센서를 사용하여 획득되는 신호를 도시한다.
[0030] 도 8은 도 5a의 측정에 따라, 본 검출에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스에 포함된 이미징 센서를 사용하여 획득되는 신호를 도시한다.
[0031] 도 9는 도 6a의 측정에 따라, 본 검출에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스에 포함된 이미징 센서를 사용하여 획득되는 신호를 도시한다.
[0032] 도 10은 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스에 포함된 일부 구성요소들, 특히 광원, 광 배리어 요소, 및 광학 그룹의 바람직한 실시예의 확대도를 예시한다.
[0033] 첨부 도면들을 참조로 하여, 본 발명에 따른, 마이크로미터 단위의 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스는 도면 부호 1에 의해 표시된다.
[0034] 본 발명의 검출 디바이스(1)는 반사 표면(950)이 제공되는 물체(900)에 대한 거리를 검출하기에 적합하다. 바람직하게는, 이후의 본 논의에서, 단어들 "물체" 또는 "제품"은 동의어들로서 실질적으로 사용된다.
[0035] 바람직하게는, 물체(900)는 완전 또는 부분 정반사에 의해 특징화되는 적어도 하나의 표면을 포함하는 본체이다.
[0036] 바람직하게는, 물체(900)는 유리 또는 다른 투명 또는 반투명 재료로 제조된다.
[0037] 바람직하게는, 물체(900)는 유리 판 또는 시트이다. 물체(900)가 투명 또는 반투명 재료, 예를 들어, 유리로 만들어진 판유리 또는 시트인 실시예에서, 이는 제1 측면 상에 반사 표면(950) 및 제2 측면 상에 제2 반사 표면(955)을 포함한다. 바람직하게는, 2개의 반사 표면들은 유리판의 외부 표면들을 나타낸다. 바람직하게는, 제1 측면은 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)에 대한 근위 포지션에 있는 한편, 제2 측면은 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)로부터의 말단 포지션에 있다.
[0038] 본 발명의 추가의 목적은, 본 발명에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 적어도 하나의 비접촉 치수 측정 디바이스(1)를 포함하는, 물체(900)의 적합성 및 특성들을 확인하기에 적합한 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템을 제공하는 것이다.
[0039] 바람직한 실시예에 따르면, 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템은, 마이크로미터 분해능을 갖는 복수의 치수 측정 디바이스들(1)이 위치결정되는 지지 프레임을 포함한다. 바람직하게는, 상기 지지 프레임은 개개의 바람직하고 미리 결정된 포지션에서, 마이크로미터 분해능을 갖는 치수 측정 디바이스들(1)을 지지하기에 적합하다. 바람직하게는, 상기 마이크로미터 분해능을 갖는 치수 측정 디바이스들(1)은, 상이한 지점들에서 물체(900)의 특성들을 동시에 검출한다.
[0040] 바람직한 실시예에 따르면, 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템은, 물체(900)를 스캔하기 위해 마이크로미터 분해능을 갖는 하나 이상의 치수 측정 디바이스들(1)을 장착하는 이동 시스템을 포함한다.
[0041] 바람직한 실시예에 따르면, 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템은 특히, 유리 시트-형상 제품들의 제조 산업에서, 예를 들어, 자동차, 철도 또는 항공 섹터들을 위한 유리의 제조 산업에 적용된다.
[0042] 바람직하게는, 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템은 전체적으로 "유리" 제품의 특성들을 확인하기에 적합하다. 바람직하게는, 생성된 치수 및/또는 제품 형상 제어는 유리의 무결성, 두께, 및 가능하게는 곡률 및/또는 평면성을 확인하기에 적합하다.
[0043] 본 발명에 따르면, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)는 축(X-X)을 따라 연장한다.
[0044] 바람직하게는, 하기의 길이에서 설명되는 바와 같이, 축(X-X)은 또한 측정이 수행되는 축이다.
[0045] 암시적으로, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)는 상기 축(X-X)을 따라 물체(900)의 포지션을 측정하며, 상기 물체(900)는 1밀리미터 내지 100 밀리미터에 포함되는 거리에 위치결정된다. 바람직하게는, 상기 물체(900)는 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)의 단부로부터 1밀리미터 내지 100밀리미터에 포함되는 거리에 위치결정된다.
[0046] 본 발명에 따르면, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)는 물체(900)를 향해 방출된 광 빔(Le)을 생성하는 광원(2)을 포함한다.
[0047] 특히, 광원(2)은 방출 방향으로, 바람직하게는 축(X-X)에 실질적으로 평행한 방출된 광 빔(Le)을 발생시킨다. 다시 말해, 광원(2)은 축(X-X)을 따라 가간섭성 및 발산하는 광 빔을 발생시킨다.
[0048] 바람직한 실시예에 따르면, 광원(2)은 축(X-X)에 위치결정된다.
[0049] 바람직한 실시예에 따르면, 광원(2)은 LED이다.
[0050] 바람직한 실시예에 따르면, 광원(2)은 청색 LED이다.
[0051] 바람직한 실시예에 따르면, 광원(2)은 베어 다이(bare die) 형태의 청색 LED이다.
[0052] 본 발명에 따르면, 광원(2)은, 반사 표면(950)이 방출 방향과 실질적으로 반대인 반사 방향으로 반사된 광 빔(Lr)을 반사시키도록, 반사 표면(950)을 향해 방출된 광 빔(Le)을 발생시킨다.
[0053] 더욱이, 본 발명에 따르면, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)는 상기 방출 방향에 대해 광원(2)의 반대편 측면 상에 위치결정되는 광 배리어 요소(3)를 포함한다. 다시 말해, 상기 광 배리어 요소(3)는 반사된 광 빔(Lr)의 통과를 방지하기에 적합하다.
[0054] 바람직하게는, 광 배리어 요소(3)는 실질적으로 평탄하고 그리고 축(X-X)에 대해 직교한다.
[0055] 본 발명에 따르면, 상기 광 배리어 요소(3)는 반사된 광 빔(Lr)에 의해 횡단가능한 적어도 하나의 슬릿(30)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 슬릿(30)은, 축(X-X)에 대해 평행한 방향으로, 관통 방식으로 연장된다.
[0056] 다시 말해, 광 배리어 요소(3)는 광의 통과를 방지하며, 즉, 광 배리어 요소는 적어도 하나의 슬릿(30)의 공간을 제외하고는, 반사된 광 빔(Lr)의 통과를 방지한다.
[0057] 본 발명에 따르면, 슬릿(30)은 적합하게 성형된다.
[0058] 바람직한 실시예에 따르면, 슬릿(30)은 실질적으로 원형 형상을 갖는다. 다시 말해, 슬릿(30)은 실질적으로 360°만큼 연장한다. 바람직하게는, 슬릿(30)은 축(X-X) 상에서 중심에 있다.
[0059] 바람직하게는, 슬릿(30)은 제1 슬릿 에지(31), 바람직하게는 내부 에지, 및 제2 슬릿 에지(32), 바람직하게는 외부 에지를 포함하고 이에 의해 범위가 정해진다.
[0060] 바람직한 실시예에 따르면, 슬릿(30)은, 5미크론 내지 500미크론의 제1 슬릿 에지(31)와 제2 슬릿 에지(32) 사이에 포함된 폭을 갖는다. 바람직하게는, 슬릿(30)은 10미크론 내지 100미크론에 포함된 제1 슬릿 에지(31)와 제2 슬릿 에지 사이에 포함된 폭을 갖는다.
[0061] 본 발명에 따르면, 미시적 분해능(1)을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스는 슬릿(30)을 통과하는 광 빔을 검출하고 그리고 분석하기에 적합한 검출 그룹(5)을 포함한다.
[0062] 상기 검출 그룹(5)은 슬릿(30)을 통과하는 반사된 광 빔 "Lr"의 투영(500)가 검출되는 이미징 센서(50)를 포함한다.
[0063] 바람직한 실시예에 따르면, 투영(500)은, 슬릿(30)의 형상에 따라, 제1 투영 에지(501) 및 제2 투영 에지(502)를 갖는다.
[0064] 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 실질적으로 원형 형상을 가지는 슬릿(30)의 경우, 이미징 센서(50) 상에서 검출되는 투영들(500)은 또한 실질적으로 원형 형상을 갖는다.
[0065] 바람직한 실시예에 따르면, 슬릿(30)은 실질적으로 원형이다. 그러나, 슬릿(30)의 형상은 본 발명에 대해 제한하지 않는다.
[0066] 바람직한 실시예에 따르면, 상기 이미징 센서(50)는 CMOS 센서이다.
[0067] 바람직한 실시예에 따르면, CMOS 센서는 1*1 밀리미터2 내지 30*30 밀리미터2에 포함되는 활성 영역을 갖는다. 바람직하게는, CMOS 센서는 1*1밀리미터2 내지 10*10밀리미터2에 포함되는 활성 영역을 갖는다. 바람직하게는, CMOS 센서는 1*1밀리미터2 내지 4*4밀리미터2로 구성되는 활성 영역을 갖는다. 바람직하게는, CMOS 센서는 약 1.5*1.5밀리미터2의 활성 영역을 갖는다.
[0068] 바람직한 실시예에 따르면, 이미징 센서(50)는 활성 영역의 중심이 축(X-X)에 대응하도록 위치결정된다.
[0069] 더욱이, 검출 그룹(5)은 상기 투영(500)의 형상 및 포지션을 분석하기에 적합한 이미징 센서(50)에 작동가능하게 연결되는 처리 및 제어 조립체(51)를 포함한다.
[0070] 바람직하게는, 투영(500)의 형상 및 포지션을 분석함으로써 처리 및 제어 조립체(51)는 물체(900)의 반사 표면(950)의 거리 및 특성들을 식별하기에 적합하다.
[0071] 바람직한 실시예에 따르면, 처리 및 제어 조립체(51)는 상기 검출 센서(50)에 의해 생성된 데이터를 판독하고 그리고 변환하기에 적합한 검출 센서(50)에 작동가능하게 연결되는 데이터 변환 및 전송 유닛(51')을 포함한다.
[0072] 더욱이, 처리 및 제어 조립체(51)는, 데이터 변환 및 전송 유닛(51')에 의해 판독된 데이터를 수신하여, 이 데이터를 분석하고 그리고 이에 의해 상기 투영(500)의 기하학적 형상 및 포지션을 확인하기에 적합한, 데이터 변환 및 전송 유닛(51')에 작동가능하게 연결되는, 처리 및 제어 유닛(51")을 포함한다.
[0073] 바람직한 실시예에 따르면, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)는 이미징 센서(50)를 향해 슬릿(30)을 통과하는 반사된 광 빔(Lr)을 수렴시키기에 적합한 광학 그룹(4)을 더 포함한다.
[0074] 광학 그룹(4)의 개략적이고 그리고 시뮬레이팅된 바람직한 실시예가 첨부 표들에서 나타난다. 아래에 설명되는 특징들을 제외하고, 광학 그룹(4)은 특정 실시예에 제한되지 않는다.
[0075] 바람직한 실시예에 따르면, 광학 그룹(4)은 하나 이상의 렌즈들을 포함한다. 바람직하게는, 상기 렌즈들은 구형 또는 비구형이다.
[0076] 바람직한 실시예에 따르면, 광학 그룹(4)에 포함되는 렌즈들의 수는 가능한 한 제한된다.
[0077] 바람직하게는, 광학 그룹(4)은 요구되는 성능, 유효성, 크기, 및 비용 사이의 권리 절충을 달성하도록 설계가능하다.
[0078] 바람직한 실시예에 따르면, 광학 그룹(4)은 2개의 축방향으로 이격된 구형 평면-볼록 렌즈들을 포함한다.
[0079] 바람직한 실시예에 따르면, 광학 그룹(4)은 물체(900)를 대면하는 베이스 표면(41)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 베이스 표면(41)은 물체(900)에 대해 축방향으로 근접한다.
[0080] 바람직한 실시예에 따르면, 상기 베이스 표면(41)은 평면형이다. 바람직하게는, 베이스 표면(41)은 축(X-X)에 직교한다.
[0081] 바람직한 실시예에 따르면, 광 배리어 요소(30)는 베이스 표면(41) 상에 위치결정된다.
[0082] 바람직한 실시예에 따르면, 광원(2) 및 광 배리어 요소(3)는 일체로 연결된다.
[0083] 바람직하게는, 이들 둘 모두는 광학 그룹(4)에 일체로 연결된다.
[0084] 바람직한 실시예에 따르면, 광 배리어 요소(3)는 금속으로 제조된다.
[0085] 바람직한 실시예에 따르면, 광 배리어 요소(3)는 전류 전도성 재료로 제조된다. 바람직하게는, 광 배리어 요소(3)는 그 위에 장착되는 광원(2)에 전기적으로 전력공급하기에 적합하다. 바람직하게는, 광 배리어 요소(3)는, 양극 및 광원(2)에 작동가능하게 연결되는 음극을 식별하도록 성형된다. 바람직한 실시예에 따르면, 광 배리어 요소(3)는 상기 베이스 표면(41) 상에 광에 의해 횡단가능하지 않은 재료의 적어도 하나의 필름을 증착함으로써 획득된다.
[0086] 바람직하게는, 광 배리어 요소(3)는 전기 전도성 재료의 적어도 하나의 필름을 포함한다. 바람직하게는, 광 배리어 요소(3)는 전도성 금속성 재료의 하나 이상의 필름들을 포함한다. 바람직하게는, 베이스 표면(41) 상에 적어도 하나의 재료 필름을 증착하는 상기 조작은 금속화 조작들에 의해 수행된다.
[0087] 도 10은 광학 그룹(4)(도식적으로 도시됨), 상기 광학 그룹(4)의 베이스 표면(41) 상에 일체로 안착하는 광 배리어 요소(3), 및 광 배리어 요소(3) 상에 장착되고 그리고 광 배리어 요소(3)에 의해 전기적으로 전력공급되는 LED 광원(2)의 바람직한 실시예의 비제한적인 예를 도시한다. 이러한 바람직한 실시예에 따르면, 슬릿(30)은 양극을 음극으로부터 분할하도록 특별히 성형된다.
[0088] 더욱이, 다시 상기 바람직한 실시예에 따르면, 광원(2)은 다이 본딩(die bonding) 및 와이어 본딩 기술들에 의해 광 배리어 요소(3)에 작동가능하게 연결된다.
[0089] 바람직한 실시예에 따르면, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)는 또한 투명한 물체(900)의 두께를 검출하기에 적합하다. 실제로, 상기 투명 물체(900)는 제1 측면 상에 반사 표면(950)을 가지며, 그리고 제2 측면(또는 반대 측면) 상에 제2 반사 표면(955)을 갖는다.
[0090] 특히, 검출 그룹(5)은, 이미징 센서(50) 상의 반사 표면(950)으로 인한 투영(500) 및 제2 반사 표면(955)으로 인한 보조 투영(510)을 검출하고 그리고 분석한다.
[0091] 실제로, 보조 투영(510)은 바람직하게는 제1 보조 투영 에지(511) 및 제2 보조 투영 에지(512)를 포함한다.
[0092] 다시 말해, 투명한 물체(900)를 향해 방출된 광 빔("Le")을 방출할 때, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)는 2개의 반사된 광 빔들(Lr)을 수신한다 ─ "Lr'": 제1 반사 표면(950)으로 인한 하나의 반사된 광 빔("Lr”) 및 제2 반사 표면(955)으로 인한 제2 반사된 광 빔("Lr'”) ─ .
[0093] 일부 측정 상황들은 그래프들로 표시되는 도 3a 내지 도 9에서 도식적으로 도시된다. 특히, 상기 도면들은 실질적으로 원형 형상의 슬릿(30)을 포함하는 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)에 관한 측정들을 지칭한다.
[0094] 구체적으로, 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 물체(900), 특히 그의 반사 표면(950)이 거리("d")로 위치결정되는 제1 측정치를 도시한다.
[0095] 상기 제1 측정 상황을 참조하여, 도 7은 이미징 센서(50) 상의 투영(500)의 윤곽을 도시한다. 특히, 특별히 구성된 이미지 처리 알고리즘을 이용하는 데이터 처리 및 제어 조립체(51)에 의해, "R"에 의해 표시되는 투영(500)의 반경의 값 ─ 이의 값은 거리(d)와 상호관련됨 ─ 이 식별된다. 따라서, 거리(d)의 요망되는 값은 투영(500)의 반경을 측정함으로써 식별된다. 다시 말해, 이미징 센서(50)에 의해 발생된 신호들은 변환 및 전송 유닛을 통해 처리 및 제어 유닛으로 전송되며, 처리 및 제어 유닛은 “R”로 표시되는 상기 반경을 식별하는, 적합한 이미지 처리 알고리즘을 이용함으로써 투영(500)의 기하학적 형상을 재구성한다.
[0096] 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 제2 측정 상황을 도시하며, 물체(900), 특히 반사 표면(950)은 거리(d')(이전 도면들에서의 거리(d)와 상이함)로 위치결정된다. 도 4b 및 도 4c에서, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같은 제1 측정 상황과 제2 측정 상황 사이의 차이들이 실제로 명백하다.
[0097] 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 제3 측정 상황을 도시하며, 여기서 물체(900)는 제1 반사 표면(950)과 제2 반사 표면(955) 사이에 포함된 두께(s)를 갖는 투명 또는 반투명 포일이다. 제1 반사 표면(950)은 마이크로미터 단위 분해능(1)을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스로부터 거리(d)에 있는 한편, 제2 반사 표면(955)은 제1 반사 표면(950)으로부터 두께(s)만큼 이격된다.
[0098] 상기 제3 측정 상황을 참조하여, 도 8은 이미징 센서(50) 상의 투영(500) 및 보조 투영(510)의 이미지를 도시한다. 특히, 특별히 구성된 이미지 처리 알고리즘을 이용하는 데이터 처리 및 제어 조립체(51)에 의해, S로 표시되는 2개의 투영들 사이에 존재하는 거리의 값이 식별되며, 이의 값은 투명한 유형의 물체(900)의 두께(s)와 상관관계에 있다. 따라서, 두께(s)의 요망되는 값은 2개의 투영들 사이의 거리를 측정함으로써 식별된다. 다시 말해, 이미징 센서(50)에 의해 발생된 신호들은 변환 및 전송 유닛을 통해 처리 및 제어 유닛으로 전송되며, 이 처리 및 제어 유닛은 상기 거리(S)를 계산하기 위해 특별히 구성된 이미지 처리 알고리즘을 이용하여 투영(500) 및 보조 투영(510)의 기하학적 형상을 재구성한다.
[0099] 더욱이, 도 6a, 도 6b 및 도 6c는 제4 측정 상황을 도시하며, 여기서 물체(900)는 축(X-X)에 대해 경사지거나, 축(X-X)에 대해 경사진 반사 표면(950)을 갖는다. 특히, 상기 경사 각도는 각도(α)에 의해 표시된다.
[00100] 상기 제4 측정 상황을 참조하여, 도 9는 이미징 센서(50) 상에서 획득되는 투영(500)의 이미지를 도시한다. 처리 및 제어 조립체(51)는, 특별히 구성된 이미지 처리 알고리즘을 이용함으로써, 오프셋 값(D)을 계산하며; 오프셋 값(D)은 경사 각도(α)만큼 경사진 물체(900)에 의해 획득되는 투영(500)의 중심의 포지션과 널(null) 경사 각도(즉, α는 0과 동일한 경우)로 획득된 투영(500)의 중심 사이의 차이이다. 그 후, 각도(α)의 요망되는 값은 상기 오프셋(D)을 측정함으로써 발견된다.
[00101] 바람직한 실시예에 따르면, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)는 축(X-X)을 따라 연장하는 디바이스 본체(6)를 포함한다.
[00102] 바람직하게는, 디바이스 본체(6)는, 방출된 광 빔(Le)의 방출이 발생하고 그리고 반사된 광 빔(Lr)의 수신이 발생하는 측정 단부(60)를 식별한다.
[00103] 바람직한 실시예에 따르면, 디바이스 본체(6)는 6밀리미터 내지 60밀리미터에 포함된 반경 방향 치수들을 갖는다. 바람직하게는, 디바이스 본체(6)는 6밀리미터 내지 15밀리미터에 포함되는 반경방향 치수들을 갖는다. 바람직하게는, 디바이스 본체(6)는 8밀리미터의 반경방향 치수를 갖는다.
[00104] 바람직한 실시예에 따르면, 디바이스 본체(6)는 축-대칭 형상을 갖는다.
[00105] 바람직하게는, 디바이스 본체(6)는 원통형 형상을 갖는다.
[00106] 바람직하게는, 디바이스 본체(6)는, 측정 단부(60)에 근접한 구역에서 테이퍼지고 그리고 상기 측정 단부로부터 축방향으로 먼 구역에서 넓어지는 형상을 갖는다.
[00107] 바람직한 실시예에 따르면, 전술한 구성요소들 모두는 디바이스 본체(6)에 수용된다.
[00108] 변형 실시예에 따르면, 모든 전술한 구성요소들은, 데이터 변환 및 전송 유닛(51')으로부터 원격으로 위치결정되는 처리 및 제어 유닛(51")을 제외하고, 디바이스 본체(6)에 수용된다. 이러한 실시예에서, 검출을 수행하기에 적합한 전술된 구성요소들 모두는 디바이스 본체(6)에 수납되는 반면, 필수적인 분석들은 특별히 구성되는 이미지 처리 알고리즘을 통해 요망되는 측정을 달성하기 위해 원격 처리 및 제어 유닛(51")에 의해 수행된다.
[00109] 바람직한 실시예에 따르면, 디바이스 본체(50)는 6밀리미터 내지 200밀리미터에 포함된 축방향 치수들을 갖는다. 바람직한 실시예에 따르면, 광 배리어 요소(3)와 이미징 센서(50) 사이의 축방향 거리는 5밀리미터 내지 100밀리미터에 포함된다.
[00110] 혁신적으로, 본 발명에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스 및 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템은 통상적인 종래 기술의 해결책들에서 직면되는 문제들을 해결함으로써 의도된 목적들을 주로 수행한다.
[00111] 유리하게는, 본 발명의 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스는, 이에 대한 대안예로서 종래 기술의 접촉 또는 비접촉 검출 디바이스들의 맥락 내에서 설정된다.
[00112] 유리하게는, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스는 디바이스와 물체 사이의 거리를 용이한 그리고 신뢰가능한 방식으로 검출하기에 적합하다.
[00113] 유리하게는, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스는 또한, 물체의 다른 특성들, 예컨대 그의 경사, 및 특히 그의 반사 표면의 경사를 간단하게 그리고 신뢰가능하게 검출하기에 적합하다.
[00114] 유리하게는, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스는 투명 또는 반투명한 물체의 두께를 검출하기에 적합하다.
[00115] 유리하게는, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스는 산업 섹터에서 광범위한 보급 및 광범위한 사용들을 가지기에 적합하다.
[00116] 유리하게는, 사전결정된 포지션들로 서로 위치결정되거나 특별한 이동 및 스캐닝 시스템에 의해 이동되는, 마이크로미터 분해능을 갖는 많은 수의 치수 측정 디바이스들은, 비록 낮은 비용이지만, 유리의 판과 같은 물체의 크기 및 형상을 확인하는데 사용가능하다.
[00117] 유리하게는, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스는 제한된 수의 구성요소들을 갖는다.
[00118] 유리하게는, 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스는 매우 콤팩트한 크기를 갖는다. 유리하게는, 바람직한 실시예에서, 광 배리어 요소 및 광원은 일체로 연결된다. 유리하게는, 바람직한 실시예에서, 광 배리어 요소 및 광학 그룹은 일체로 연결된다.
[00119] 유리하게는, 바람직한 실시예에서, 반사된 광에 대한 배리어로서 작용하는 기능성을 수행하는 것에 더하여, 광 배리어 요소는 또한 광원에 전기적으로 전력공급하기에 적합하다.
[00120] 당업자가 본 발명의 목적에 대해 변경들을 만들 수 있는 것이 명백하며, 이 변경들 모두는 우발적인 필요들을 만족시키기 위해 다음의 청구항들에서 규정되는 바와 같은 보호의 범주 내에 포함된다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 반사 표면(950)이 제공되는 물체(900)로부터의 거리를 측정하기에 적합한, 마이크로미터 분해능(micrometric resolution)을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(non-contact dimensional measurement device)(1)로서,
    상기 마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1)는 축(X-X)을 따라 연장하며 그리고 상기 비접촉 치수 측정 디바이스는,
    i) 상기 물체의 반사 표면(950)이 상기 방출 방향과 실질적으로 반대인 반사 방향으로 반사된 광 빔(Lr)을 발생시키도록 상기 물체(900)를 향해 방출된 광 빔(Le)을 발생시키는 광원(2);
    ii) 상기 방출 방향에 대해 상기 광원(2)의 반대편 측면 상에 위치결정되는 광 배리어 요소(light barrier element)(3) ─ 상기 광 배리어 요소(3)는, 상기 반사된 광 빔(Lr)이 상기 슬릿(30)을 통과하는 것을 상기 광 배리어 요소(3)가 허용하도록 적합하게 성형되는 적어도 하나의 슬릿(30)을 포함함 ─ ; 및
    iii) 검출 그룹(detection group)(5)을 포함하며, 상기 검출 그룹은,
    - 상기 슬릿(30)을 통과하는 상기 반사된 광 빔(Lr)의 투영(500)이 검출되는 이미징 센서(imaging sensor)(50); 및
    - 상기 이미징 센서(50)에 작동가능하게 연결되고 그리고 상기 물체(900)의 반사 표면(950)의 거리 및 특성들을 식별하도록 상기 투영(500)의 형상 및 포지션을 분석하기에 적합한 처리 및 제어 조립체(51)를 포함하는,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  2. 제1 항에 있어서,
    광학 그룹(4)을 더 포함하며, 바람직하게는 적어도 하나의 구형 또는 비구형 렌즈를 포함하며, 상기 그룹은, 상기 슬릿(30)을 통해 상기 이미징 센서(50)를 향해 통과하는 상기 반사된 광 빔(Lr)을 이송하기에 적합한,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광학 그룹(4)은, 상기 물체(900)에 근접한 포지션에 위치결정되는 베이스 표면(41)을 포함하며, 상기 베이스 표면은 바람직하게는 평면이고, 상기 광 배리어 요소(3)는 상기 베이스 표면(41) 상에 위치결정되는,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원(2)은 상기 광 배리어 요소(3) 상에 위치결정되며, 상기 광 배리어 요소(3)는 전기 전도성 재료, 바람직하게는 금속으로 제조되고, 그리고 상기 광원(2)에 전기적으로 전력공급하기 위해 적합한,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  5. 제3 항 및 제4 항에 있어서,
    상기 광 배리어 요소(3)는, 바람직하게는 표면 금속화 절차들에 의해, 상기 베이스 표면(41) 상에 증착되는 적어도 하나의 필름 재료로 구성되는,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬릿(30)은 제1 슬릿 에지(slit edge)(31) 및 제2 슬릿 에지(32)를 포함하며, 상기 반사된 투영(500)은 제1 투영 에지(501) 및 제2 투영 에지(502)를 가지는,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비접촉 치수 측정 디바이스는, 반사 표면(950)에 의해 유발되는 상기 투영(500) 및 제2 반사 표면(955)에 의해 유발되는 보조 투영(510)을 상기 이미징 센서(50) 상에서 검출함으로써, 제1 측면 상에 상기 반사 표면(950) 및 제2 측면 상에 상기 제2 반사 표면(955)을 따라서 가지는 투명 또는 반투명 물체(900)의 두께를 검출하기에 적합한,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 반사된 보조 투영(510)은 제1 보조 투영 에지(511) 및 제2 보조 투영 에지(512)를 가지는,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원(2), 상기 광 배리어 요소(3) 및 상기 이미징 센서(50)는, 상기 축(X-X) 상에 중심에 있도록 위치결정되며, 상기 슬릿(30)은 상기 축(X-X)에 대해 대칭으로 성형되는,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 슬릿(30)은 상기 축(X-X) 상의 중심을 가지는 실질적으로 원형이며, 그리고 상기 이미징 센서(50) 상에서 검출되는 상기 투영들은 실질적으로 원형이고, 상기 투영들의 포지션 및 형상은 상기 물체(900)의 반사 표면의 축방향 및 각도 위치결정에 의존하는,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미징 센서(50)는 CMOS 이미징 센서인,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출된 광 빔(Le)이 방출되고 그리고 상기 반사된 광 빔(Lr)이 수신되는 측정 단부(60)를 식별하는, 상기 축(X-X)을 따라 연장하는 디바이스 본체(6)를 포함하는,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 디바이스 본체(6)는 6밀리미터 내지 60밀리미터의 반경방향 치수들을 가지는,
    마이크로미터 분해능을 갖는 비접촉 치수 측정 디바이스(1).
  14. 반사 표면(950)이 제공되는 물체(900)의 순응 및 특성들을 확인하기에 적합한, 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템으로서,
    예를 들어, 상기 물체(900)는 유리 또는 다른 투명 또는 반투명 재료로 제조되는 판 또는 시트 또는 제품이며, 상기 치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템은 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 마이크로미터 분해능을 갖는 적어도 하나의 비접촉 치수 측정 디바이스(1)를 포함하는,
    치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상이한 지점들에서 상기 물체(900)의 복수의 특성들을 동시에 검출하도록 마이크로미터 분해능을 갖는 복수의 치수 측정 디바이스들(1)이 위치결정되는 지지 프레임(support frame)을 포함하는,
    치수 및/또는 제품 형상 제어 시스템.
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