TWI332572B - Length measuring device - Google Patents

Description

川32572 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種用於測量精密產品形狀之測長裝置， 尤其係一種可即時自動校正真直度等誤差之測長裝置。 【先前技術】 與一測長裝置廣泛應用於鏡片等精密光學元件及製造該光 :件之模具形狀之測量領域。測長裝置通常包括以

4將測量端子接觸於被測量物表面進行測量之 ^長裝置，二是將細針之光斑聚焦於被測量物表 測量之非接觸式測長裝置。上述兩種類型之測長裝 導H如二1所示之結構’即固定部31上固設有導軌32, 載有沿其可自如滑動之可動機台33，可動機a 動it具有測量端子或光觸針之測量探測器如。當; 別曰二,上載設具有測量端子之測量探測器331時，將兮 測置探測器331之測量 π肝=亥 狀測量。當可動播a J t 測！物34表面進行形 331時，將$、ρίθ 〇 上載设具有光觸針之測量探測器 時將該測I探測器331之光觸針光斑聚隹 ^ 34 ^ - β在上迷測長裳置中’無法避免導軌真直声 測量探測器或被測量物之機台運、^在 測長裝置時，導軌之真直度誤差 度誤差)及可動機台運動誤差:ζ二轉誤 測量工作，進^陪Χ轴旋轉誤差），會干擾測量探測器之 、$進而會降低形狀測量之精度。 為解決上述問題，可事先測量好導執之真直度誤差， 7 1332572 2訊處理時根據測量好之導軌真直度誤差對測量結果進 =又正，但真直度誤差之重複出$見性較差缺 在不能準確校正誤差之缺點。 “、、曰存 【發明内容】 雲於以上内容，有必要提供—種可即時自動校正導軌 〃直度誤差與可動機台運動誤差之測長裝置。 …本發明提供一種測長裝置’其用於對被測量物之形 進打測量，該測長裝置包括測量探測器、可動機台及校正 漁甘：測量探測器包括第一測量探測器與第二測量探測 盗，其中，第一測量探測器上設有沿測長方向設置且對被 測量物進行測量之測量端子；第二測量探測器上設有沿測 長方向設置且對平面基準面進行測量之測量端子，校正模 組收集該第一測量探測器與第二測量探測器之測量資訊 後，於第-測量探測器之測量資訊中除去根據第二測量探 測器之測量資訊獲取之誤差資料以對第—測量探測器之測 量資訊進行校正。 作為本發明之改進，本發明測長裝置之第一測量探測 器及第二測量探測器設置於測長方向之一直線上。'上述結 構之二探測器分別所測得之導軌與機台運動誤差資訊^相 位相反且相互抵消，故導軌與機台運動誤差資訊之校正容 易*還可提高測量精度。 作為本發明之改進，本發明之測長裝置之第一測量探 測器及第二測量探測器於測長方向相互平行設置。上述結 構之可動機台之寬度變小，故該測量裝置可^現小型^了 如上所述，本發明之測長裝置通過校正模組進行即時 8 1332572 IS:备降低導軌真直度誤差及可動機台運動誤差對測 里、、Ό果之負面影響。 有制^亡發明之測長裝置由數量較少之元件組成，故具 有衣k間早、價格低廉之優點。 【實施方式] 下面將麥照附圖詳細說明本發明之具體實施方式。 圖2至圖4係關於本發明測長裝置之第-實施方式。 如圖2所示，本發明之測長裝置包括： 疋部二、導軌…動機台"。導執13固設於固j (圖’未可^機台14載設於導軌13。可動機台^在驅動機構 需之二之it作用下’可沿導執Η以所需之速度移動所 ^輯。其中，該驅動機構可為手動機構，亦可為自動 可動機台14上還設有第一、、目，丨曰、， 探钏哭u 、疋又有弟測1¼測器15與第二測量 上二第’二探測器15及16設置於沿測長方向之一直線 ^測量探測器15通過可動機台14之移 &部12之被測量物八之形狀；第二測量探測器16 測旦物△機°14之移動測1設置於固定部12且位於被 、J里物A相對側之平面基準器B。 在本實施方式中，第一測量探測器15與第二測量探測 為》別接觸於被測與平絲準器b上 ，其構造可根據需要進行設計。如圖4所示， 112測器15或16包括：一本體110、片狀導轨⑴、軸 12'測量端子113、尺規U4、感測器115、 16及蓋體117。片狀導軌111搭設於本 干。貝、 口又於本體11〇 ;軸112設 9 1332572 ^於導軌11卜並由後者導引；測量端子113設於軸112 刖端；尺規U4設置於軸112後端，其用於測量測量端子 113之移動距離；感測器115設置於本體ιι〇，其用於讀取 ==之移動距離；光學讀取頭116用於讀取並輸出感 115之刻度訊號；蓋體117覆蓋於本體11〇，且 117之前端設有使測量端子⑴進出之通孔（圖未示）。 :圖3所示’固定部12上或固定部12之週邊設有一 二模、、且^校正模、组17包括一中央處理器以及一記錄 :。中央處理器18包括設有計時電路 :::處理模組;記錄…於記錄中央處理 貝η Λ，且其具有顯示功能。中央處理器Η與第一 探測器15及第-測詈沪ί .目|F时,+ 、里 測量探測ST二 之輪出端相連，以便接收 及16之測量資訊，並去除與導軌13與可動 機台14相關之誤差。 ，、J勒 說明==測長；置之測量資訊取得及處理概要之 判量在進行形狀測量時，首先，使第- 同時使第二測量探測器16之 ？里物八之表面， 器B之表面。之後， 13接觸於平面基準 勒J動機〇 14，接第一、、目丨丨旦神、日,丨口口 =第二測量探測器16分別對被 ;== :之表面進行測量。此時，尺規1U'感測器 所測得之測量資訊傳輸給校正模組17。- 輸出，ί中;;==15獲取-综合資™其 執13之真直度：之形狀資訊、導 勒機D 14之運動誤差資訊組成； 1332572 第二測量探測器16亦獲取一综合資訊6〇並將直輸出，苴 中，综合資訊6 0由平面基準器B之形狀資訊、導執工3 ^ 真直度誤差及可動機台14之運動嗖兰次^ 軌…直度誤差及可動機===為， 之負面影響，應使綜合資訊5〇與6 位苻测里結果 消。 』之相位相反且相互抵 將測量資訊輸人校正模組17後，校正频17進行以 下二步驟.第一步驟，從第二測量探測器16所測得之綜合 資訊60中除去已知之平面基準器B之形狀資訊，以提 與導執η及可動機台14相關之誤差資料；第二步驟，從 第-測量探測器15所測得之綜合資訊5G中除去在第一階 段中所提取之與導軌13與可動機台14相關之誤差資料。 如圖6所示’校正第一測量探測器15測得之蟀八 50,广修正資訊70 ’其中综合資訊％由被測量物a 之形狀貪m、導& 13之真直度誤差及可動機自i4之運動 誤差資訊組成。因修正資訊7G幾乎不包括導軌η鱼可動 機：14相關之誤差資訊，所以修正資訊7〇與被測量物a 之貫際形狀資訊幾乎相等。修正資訊7〇經中央處理哭i8 傳送到記錄器19。因上述二步驟均在中央處理器18°°内進 行’，記錄器19可即時逐條記錄中央處理器18所輸出之 形狀貧訊。 圖7係本發明測長裝置之第一實施方式之第二狀離平 面圖。如冑7所示，可動機纟14兩側之固定部12上：別 設有第一測量探測器15與第二測量探測器16，且二測量 探測器15與16之二測量端子113設置於沿測長方向之一 ίί二設有被測量物A與平面基準器B， = =台14,使其移動時，第-測量探二:15 之声面.隹里木測盗16分別對被測量物Α與平面基準哭Β =:行測量。其他構成與第-狀態相同，故在心予 圖8a係本發明測長裝置之第二實施方式之第 =圖；圖朴係本發明測錄置之第二實施方式之第2 匕、、’面圖’ ® 8e係本發明測長|置之第：實施方式之 狀態平面圖；圖8(1係本發明 二 四狀態平面圖。 録置之第-實〜方式之第 量方式與第—實財式基本㈣，卩卩，第-測 被測量物八之形狀進行測量，第二測量： 對平面基準器8之表面進行掃描測量，並且校正 、二不同點在於：第一測量探測器2 益26分別與測長方向上平行地 圖中雖沒有表示校正模組，在第各 校正模組。其他結構亦方式中亦要設置 詳細說明。 冑U ^方式相同，故在此不予 26均f 一測量探測器25與第二測量探測器 量探測哭26 / •台24上，第一測量探測器25與第二測 二者相互平行：=:=準向二 …-側之固定部22上、：：基準'Β設置在可動機 與第二測量探測器26相對岸刀別與第一測量探測器25 12 1332572 如圖8b所不，第一測量探測器25與第二測量 26設置於可動機台24同一側之固定部22上，第旦二 測器25與第二測量探測器26於可動機台以之移動; 有-定間距，且二者相互平行；被測量物A與平面基準哭 B 機台24上’且分別與第一測量探測器心 弟二測1探測器26相對應。 /、 如圖8:所示’在可動機台24上設有第一測量探測器 25與平面基準器B。第一測量探測器乃與平面基 沿可動機台24之移動方向上有一定間距，且二相互平疒。 可動機台24同一側之固定部22上設有被測量物A盥丁二 量探測器26’且分別與第一測量探測器25與平面基； f B相對應。設置於可動機台24之第-測量探測器心對 没置於固定部22之被測量物A進行測量設置於固定部 22之第二測量探測器％對設置於可動機台以之 器B進行測量。 土 _ θ因所示，可動機台24上設置有被測量物a與第 一測里探測器26。被測量物A與第二測量探測器％沿可 動機二24之移動方向上有一定間隔，且二者相互平行。可 動機台。2。4同一側之固定部22設有第一測量探測器25與平 準器B，且分別與被測量物a與第二測量探測器％ 相對應:設置於該可動機台24之第二測量探測器％對設 置於固定部22之平面基準器B進行掃描測量， ikR Ο Ο 八 曰。之第一測量探測器25對設置於可動機台24之被測 量物A進行測量。 上述之4種狀態中’被測量物A與平面基準器B沿可 13 1332572 動機台24之移動方向排列，如將二者之順序倒置亦不會影 響本發明之實施。 第二實施方式之形狀測量步驟與第一實施方式基本相 同。即，首先使第一測量探測器25之測量端子213接觸於 被測量物A表面，同時使第二測量探測器26之測量端子 2J3接觸於平面基準器B表面。之後，驅動可動機台24， 弟/則置探測器25及第二測量探測器26對被測量物A及 平=基準器B之表面進行測量。此時，尺規（圖未示广感 j态（圖未不）及光學讀取頭（圖未示）將測得之測量資訊傳 輸給校正模組（圖未示）。

此時第一測里探測器26獲取一综合資訊60並將 =出，其中’综合資訊6G由平面基準器b之形狀資訊了 執/3之真直度誤差及可動機台24之運動誤差資訊組 成H量探測H 25亦獲取一综合資訊5〇並將其輸出， 其中’綜合資訊50由被測量物A之形狀資訊、導軌23之 真直度誤差及可動機台24之運動誤差資訊組成。 向該校正模組輸入測量資訊後，該校正模組進行以下 二步驟：第一步驟，從第二測量探測器26所測得之综合資 中料已知之平面基準之形狀資訊，以提取^ 軌f及可動機台24相關之誤差資料；第二步驟，從第 :測，探測器25所測得之综合資訊5()中除去在第一階段 所提取之與導軌23與可動機台24_之誤差資料。 5〇二圖《6戶i不’校正第—測量探測器25測得之綜合資訊 5〇後獲付一修正資訊7〇’其中，综合資訊 A之形狀資訊、導執23之真直度誤差及可動機台24= 1332572 動誤差資訊組成。因修正資訊7〇幾乎不包括

動機台24相關之誤差資訊，故修正資訊7〇與被測量物I

:實：形狀資訊幾乎相等。修正資訊7〇經中央 A 傳送到記錄器（圖未示）。因上述二步驟均在中央： 裔内進行，所以記錄器可即時 、 之形狀資訊。 “己錄中央處理器所輪出 本發明不僅不限於上述實施方式 採用其他結構，如： 構，還可 0)第-測量探測器與第二測量探測 ，之結構，即，第-測量探測器係接觸式（或木用^ ==時，第二測量探測器可為非接觸式(或接觸： (2) 使用光觸針等非接觸式測量探測器時，可 之光斑聚焦於測量物或平面基準器表面。 (3) 本發明可採用如下之形狀測量方法。即，使用 :量探測器與第二測量探測器，並使該二測量探測器 =測平面鱗H表面。錢光觸料轉觸式測 1¼測杰時，使光觸針之光斑聚焦於測量物及平面夹準器 表面。該測量探測器通過可動機台之運動，分別對ς量物 與平面基準器進行掃描測量，並且分別測得第一資訊與第 二資訊。m第一資訊係由測量物形狀資m、導軌真直；誤 差資訊及機台運動誤差資訊混合而成之综合資訊；該第二 f訊係由平面基準器形狀資訊、導執真直度誤差資訊及& 台運動誤差資訊混合而成之綜合資訊。從該第二資訊中提 取與導執與機台相關之誤差資訊，並從該第一資訊中去除 現對二 之導軌與機台相關之誤差資訊，而實 現對该導執真直度誤差及機台運動誤差之校正。 本發明之測長裝置實際應用結果如下： 量穿H 2本發明之測長裝置應用於超精密鏡片形狀測 圖以圖：即’超精密鏡片形狀測量裝置使用 進行洌量由：之測里裝置，由第一測量探測器對測量物 面=進測量探測器對真直度誤差進行校正之平 示意二長裝置導執之真直度誤差校正效果 大縮小到一又块差對形狀測量之影響從7〇〇nm大 差之即時校Π果由此，證實了本發明測長裝置之真直度誤 度連置用于高精度形狀測量裝置或高精 誤差及可動機2動^明亦可用於工作台之導執真直度 微σ運動誤差之測量領域。 【圖式簡單說明】 示意圖圖。1係習知測長聚置與機台運動之誤差主要要素立體 趙示意圖圖2係本發明測長裝置之第一實施方式之第-狀態立 圖。圖3係本發明測長裝置之第-實施方式之全“平面 圖4係本發明測長裝置之測量探測器之 圖5係本發明測長襄置之測量資訊取得與處理概圖要說 明圖。 意圖 争、本發明測長襄置所取得㈣量資訊與校正結果示 圖7係本發明測長裝置之第 面圖。 只她万式之弟二狀態平 圖8a係本發明測長裝置 平面圖。 之苐一貫施方式之宽一 第一狀悲 圖8b係本發明測長|置之第：實施方式之 平面圖。 圖8c係本發明測長裝置之第二實施方式 平面圖。 圖8d係本發明測長裝置之第二實施方式之第 平面圖。 二狀態 之第三狀態 四狀態 圖9a係本發明之測長裝置應用於超精密鏡片形狀測 量裝置立體示意圖。 圖9b係本發明測長裝置之導執之真直度誤差校正效 果示意圖。 【主要組件符號說明】 (本發明） 工作台 11 本體 110 固定部 12、22 片狀導執 111 導軌 13、23 軸 112 可動機台 14、24 測量端子 113 、 213 第一測量探測器 15、25 蓋體 117 17 1332572 第二測量探測器 16 ' 26 光學讀取頭 116 校正模組 17 感測器 115 中央處理器 18 尺規 114 記錄器 19 (習知） 固定部 31 測量 探測器 331 導執 32 被測 量物 34 可動機台 33

Claims (1)

1332572 十、申請專利範圍 1 · 一種測長裝置，其用於曰 E ^ ^ /、用於對測虿物之形狀進行測量，該測 長裝置包括測量探泪|丨耍 -r ^ IJi. 、可動機台及校正模組，該測量 探測态包括第一測量控丨„„ .卜 里铋測盗與苐二測量探測器，其改良 旦二^ Μ '則量探》則器上設有沿測長方向言史置且對測 ^ ^行測量之測量端子；該第二測量探測器上設有沿 ^長^向⑦置謂平面基準面進行測量之測量端子，該 j ^ f收集該第-測量探測器及第二測量探測器之測 Γ =卜於第一測量探測器之測量資訊中除去根據 t測^測器之測量資訊獲取之誤差資料以對第一測 里探測器之測量資訊進行校正。 2.^申請專利範圍帛！項所述之測長|置，其中第量 探測器與第二測量探測器，設置於測長方向之一直線 上0 .如申請專利範圍f 1項所述之測長展置， 探測器與第二測量探測器，在測長方向上相互平;亍設 置。 (如申請專利範圍第！項所述之測長裝置， 測器為接觸式測量探測器。 量k 5·如申請專利範圍第4項所述之測長裝置，其中該接觸式 測量探測器包括本體、片狀導轨、軸、測姑^ / pV -Β , 〇„ 至于、尺規、 感測裔及光學讀取頭，該片狀導轨設置於本體m =導執，該測量端子設置於該轴之—端，該尺規設於 ^之另-端’該尺規用於測量測量端子之移動距離， 該感測器用於讀取尺規之移動距離，該光學讀取頭用於 1332572 讀取並輪出感測器之刻度訊號。 6.如申請專利範圍第】項所述之測長裝置，其中該測量探 測器為非接觸式測量探測器。 7.如申請專㈣㈣】項所述之測長裝置， 組包括令央處理器及記錄器，該 '、:枳 探測器及第二测量探測器之 、处理器與第一測量 該二測量探測器之測量資訊，出舄相連，以接收與校正 該中央處理器輪出之炉次該^己錄器用於記錄與顯示 <权止貝訊。

20 1332572 十一、圖式：

21 1332572 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：圖（2 )。 (二） 本代表圖之組件符號簡單說明： 工作台 11 第一測量探測器 15 固定部 12 第二測量探測器 16 導執 13 測量端子 113 可動機台 14 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化 學式： 無

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