TWI392845B - 垂直度量測方法及其系統 - Google Patents

Description

垂直度量測方法及其系統

本發明提供一種垂直度量測方法與系統，尤其是指一種應用反轉技術分析法之影像式垂直度量測方法與系統，其係用於量測一待測二軸或二軸以上移動裝置之垂直度。

近年來印刷電路板、薄膜電晶體液晶顯示器、發光二極體、太陽能等產業之製程與自動化檢測均需有高精度、穩定性佳的機台作為基礎，才能確保產品品質，所以需充份了解機台垂直度檢測方法。

應用於量測二軸或二軸以上尺度之量測機台，各軸間之垂直度為影響量測精度之最重要因素。高精度量測儀器例如二軸影像儀，尤需確保垂直度偏差要小，才不會因角度偏差，隨著量測距離變長，而將量測誤差放大。

量測移動機台例如二軸影像儀之垂直度，傳統方法是使用一已校正過垂直度之直角規放置於待測機台上，直角規提供一垂直角度標準，配合線性位移計(如量錶)安裝於機台上，移動機台使用線性位移計來量測直角規，進而可以量測出機台垂直度，但是實務上，直角規重量太重，往往超過機台之負荷而有變形之疑慮。另一傳統方法則是以雷射干涉儀配合直線度鏡組與90度轉角鏡量測垂直度，然而，其雷射頭一般是架設於地面上，干涉鏡組與反射鏡則設置於機台上，二者在不同之基礎上，容易受到外界或機台之影響而有相對運動，造成垂直度量測之誤差。

本發明提供一種垂直度量測方法與系統，其係使用一具有兩條互相正交線段之圖樣，此圖樣重量輕且不需預先校正，配合使用影像擷取單元量測此圖樣，再應用反轉技術法，可同時得到待測二軸或二軸以上移動裝置之垂直度與圖樣本身之垂直度。

在一實施例中，本發明提供一種垂直度量測方法，其係包括下列步驟：提供一具有兩條互相正交的軸線的待測移動裝置、一具有兩條互相正交的線段的圖樣元件與一影像擷取單元；使該圖樣元件的兩條互相正交的線段之其中一條與該待測移動裝置的二條互相正交的軸線之其中一條平行對準，並使該圖樣元件相對於該待測移動裝置靜止，而且使該影像擷取單元相對於該待測移動裝置分別沿著該二條互相正交的軸線作二維運動，以擷取關於該圖樣元件之一第一直線度資訊的影像，並分析該影像得出一第一垂直度；將該圖樣元件翻轉180度；使該翻轉後的圖樣元件的兩條互相正交的線段之其中一條與該待測移動裝置的二條互相正交的軸線之其中一條平行對準，並使翻轉後的圖樣元件相對於該待測移動裝置靜止，而且使該影像擷取單元相對於該待測移動裝置分別沿著該二條互相正交的軸線作二維運動，以擷取關於該圖樣元件翻轉後之一第二直線度資訊的影像，並分析該影像得出一第二垂直度；以及將所得到的第一垂直度與第二垂直度相加再除以負2，而得到該待測移動裝置之二條互相正交的軸線的垂直度。

在一實施例中，本發明提供一種垂直度量測系統，其係包括：一移動裝置，其係包含有一移動平台以及一線性移動驅動單元，且該線性移動驅動單元可以沿著與該移動平台上之二條互相正交的軸線平行之方向上做線性移動；一圖樣元件，其係包含有一圖樣以提供一垂直度參考標準，該圖樣具有兩條互相正交的線段，並且該圖樣元件係可以置於該移動平台上；一影像擷取單元，其係用於擷取關於該圖樣元件直線度資訊的影像；以及一運算處理單元，其係與該影像擷取單元電性連接，以接收該影像擷取單元所擷取的影像資訊，並可以根據影像資訊將兩條直線度數據進行分析演算，得到該移動平台上的二條互相正交的軸線之垂直度。

為使　貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之方法與裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得　審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下：本發明提供一種垂直度量測方法與系統，尤其是指一種應用反轉技術分析法之影像式垂直度量測方法與系統，其係用於量測一待測二軸或二軸以上移動裝置之垂直度。

圖一係為本發明垂直度量測方法流程示意圖。如圖所示，本發明垂直度量測方法10包括下列步驟：步驟11：提供一具有兩條互相正交的軸線的待測移動裝置、一具有兩條互相正交的線段的圖樣元件與一影像擷取單元；步驟12：使該圖樣元件的兩條互相正交的線段之其中一條與該待測移動裝置的二條互相正交的軸線之其中一條平行對準，並使該圖樣元件相對於該待測移動裝置靜止，而且使該影像擷取單元相對於該待測移動裝置分別沿著該二條互相正交的軸線作二維運動，以擷取關於該圖樣元件之一第一直線度資訊的影像，並分析該影像得出一第一垂直度；步驟13：將該圖樣元件翻轉180度；步驟14：使該翻轉後的圖樣元件的兩條互相正交的線段之其中一條與該待測移動裝置的二條互相正交的軸線之其中一條平行對準，並使翻轉後的圖樣元件相對於該待測移動裝置靜止，而且使該影像擷取單元相對於該待測移動裝置分別沿著該二條互相正交的軸線作二維運動，以擷取關於該圖樣元件翻轉後之一第二直線度資訊的影像，並分析該影像得出一第二垂直度；以及步驟15：將所得到的第一垂直度與第二垂直度相加再除以負2，而得到該待測移動裝置之二條互相正交的軸線的垂直度。

茲將本發明垂直度量測方法10的各個步驟配合其系統架構，詳細說明如下：圖二A係為本發明垂直度量測系統示意圖，圖二B係為本發明垂直度量測系統之移動平台俯視示意圖。如圖所示，本發明垂直度量測系統20包括：一移動裝置21，其係更包含有一移動平台211以及一線性移動驅動單元212，且該線性移動驅動單元212可以沿著與該移動平台211上之二條互相正交的軸線(在圖二B中將其定義為X軸與Y軸)平行之方向上做線性移動；一圖樣元件22，其係包含有一圖樣221以提供一垂直度參考標準，該圖樣221具有兩條互相正交的線段，並且該圖樣元件22係可以置於該移動平台211上，其中，如圖二B所示，本發明的圖樣221在此是以一T字型為例說明，但並不以此為限，該圖樣221也可以是一十字型，在本發明中該圖樣221的垂直度並不需要預先校準，而且本發明不僅能量測待測移動裝置21上互相正交的X軸與Y軸之垂直度，同時也能量測該圖樣221的垂直度；一影像擷取單元23，其係用於擷取關於該圖樣元件22直線度資訊的影像，該影像擷取單元23可以是一電荷耦合元件(charge-coupled device，簡稱為CCD)；以及一運算處理單元24，其係與該影像擷取單元23電性連接，以接收該影像擷取單元23所擷取的影像資訊，並可以根據影像資訊將兩條直線度數據進行分析演算，得到該移動平台211上的二條互相正交的X軸與Y軸之垂直度。

首先，在步驟11，提供一具有二條互相正交的X軸與Y軸的待測移動裝置21、一具有兩條互相正交的線段的圖樣元件22與一影像擷取單元23。然後如圖二A所示，將該影像擷取單元23安裝於該移動裝置21的線性移動驅動單元212上，使其可與該線性移動驅動單元212一起做線性移動，並且如圖二A與圖二B所示，將該圖樣元件22置於該移動平台211上。

接著在步驟12，使T字型圖樣221所代表的兩個互相正交的軸向之其中一個與X軸或Y軸之其中一條平行，並使該圖樣元件22相對於該待測移動裝置21靜止，而且以線性移動驅動單元212帶動該影像擷取單元23相對於該待測移動裝置21分別沿著該二條互相正交的X軸及Y軸作二維運動，以擷取關於該圖樣元件22之一第一直線度資訊的影像，並傳送給運算處理單元24以分析該影像得出一第一垂直度ρ。

圖三A係為本發明垂直度量測系統的移動平台應用反轉技術法之前的俯視示意圖。如圖所示，T字型圖樣221所代表的兩個互相正交的軸向分別以線段AC與OB表示，其中O點為其垂足。在此，選擇使AC軸向與X軸平行對準(即以X軸為基準軸)來說明本發明的原理，請參閱圖三B，其係為本發明垂直度量測系統應用反轉技術法之前的垂直度量測示意圖，在圖三B的(A)中，線段OC與基準軸OX軸(OX等於基準軸X軸)平行，OY軸為標準垂直軸，線段OB與OY軸之夾角ω就是T字型圖樣221的線段AC與OB的夾角與垂直度之偏差值。在圖三B的(B)中，OR軸為待測移動裝置21的Y軸，假設待測移動裝置21之X軸與Y軸的垂直度偏差角度為Ψ，如圖三B的(C)所示，因使用線性移動驅動單元212帶動影像擷取單元23移動以量測T字型圖樣221時，受到待測移動裝置21之X軸與Y軸之垂直度偏差的影響，分析影像量測結果所得到T字型圖樣221之第一垂直度ρ為：

ρ=ω-Ψ.....................(1)

(其中軸向OP代表T字型圖樣221之實際量測的垂直軸)。

接著在步驟13，應用反轉技術分析法，也就是將該圖樣元件22翻轉180度，就圖三A而言，也就是將該圖樣元件22相對於線段OB翻轉180度，而變成圖四A。圖四A係為本發明垂直度量測系統的移動平台應用反轉技術法之後的俯視示意圖，其中以圖樣元件22^’ 代表翻轉後的圖樣元件，以圖樣221^’ 代表翻轉後的圖樣，圖三A之圖樣221的AC軸向於翻轉後變成圖四A之圖樣221^’ 的CA軸向。

然後在步驟14，使T字型圖樣221^’ 所代表的兩個互相正交的軸向之其中一個與X軸或Y軸之其中一條平行，並使該圖樣元件22^’ 相對於該待測移動裝置21靜止，而且以線性移動驅動單元212帶動該影像擷取單元23相對於該待測移動裝置21分別沿著該二條互相正交的X軸及Y軸作二維運動，以擷取關於該圖樣元件22^’ 之一第二直線度資訊的影像，並傳送給運算處理單元24以分析該影像得出一第二垂直度ρ^’ 。

如圖四A所示，T字型圖樣221^’ 所代表的兩個互相正交的軸向分別以線段CA與OB表示，其中O點為其垂足。在此，因為在步驟12選擇使AC軸向與X軸平行對準(即以X軸為基準軸)，所以在本步驟仍然選擇使CA軸向與X軸平行對準，使得本量測方法有共同的基準軸(在此以X軸為例說明)。請參閱圖四B，其係為本發明垂直度量測系統應用反轉技術法之後的垂直度量測示意圖，在圖四B的(A)中，線段OA與基準軸OX軸(OX等於基準軸X軸)平行，OY軸為標準垂直軸，因為在步驟12中，在圖三B的(A)中，線段OB與OY軸之夾角ω就是圖三A中的T字型圖樣221的線段AC與OB的夾角與垂直度之偏差值，所以，在圖樣元件22翻轉成圖樣元件22^’ 後，在圖四B的(A)中，線段OB與OY軸之夾角-ω就是圖四A中的T字型圖樣221^’ 的線段CA與OB的夾角與垂直度之偏差值。在圖四B的(B)中，OR軸為待測移動裝置21的Y軸，如步驟12的假設，待測移動裝置21之X軸與Y軸的垂直度偏差角度為Ψ，則如圖四B的(C)所示，因使用線性移動驅動單元212帶動影像擷取單元23移動以量測T字型圖樣221^’ 時，受到待測移動裝置21之X軸與Y軸之垂直度偏差的影響，分析影像量測結果所得到T字型圖樣221^’ 之第二垂直度ρ^’ 為：

ρ^’ =-ω-Ψ.....................(2)

(其中圖四B中的軸向OP^’ 代表T字型圖樣221之實際量測的垂直軸OP在翻轉之後的軸向)。

最後在步驟15，該運算處理單元24將式(1)所得到的第一垂直度ρ與式(2)所得到的第二垂直度ρ^’ 相加，然後再除以負2，即可得到該待測移動裝置21之二條互相正交的軸線(X軸與Y軸)的垂直度偏差值Ψ，也就是：

Ψ=(ρ+ρ^’ )/(-2).....................(3)

如果將所得到的式(1)與式(2)進行相減，然後再除以2，則可得到T字型圖樣221之線段AC與線段OB之夾角與90度垂直度之偏差值ω為：

ω=(ρ-ρ^’ )/2.....................(4)

因此，本發明之垂直度量測方法與系統，其係應用反轉技術分析法之影像式垂直度量測方法與系統，不僅可以用於量測一待測二軸或二軸以上移動裝置之垂直度，而且其中提供一垂直度參考標準之具有兩條互相正交線段的圖樣元件並不需要預先校正其垂直度，而且，用本方法也可以同時量測該具有兩條互相正交線段的圖樣元件之垂直度。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。

10．．．垂直度量測方法

11～15．．．步驟

20．．．垂直度量測系統

21．．．移動裝置

211．．．移動平台

212．．．線性移動驅動單元

22、22’．．．圖樣元件

221、221’．．．圖樣

23．．．影像擷取單元

24．．．運算處理單元

圖一係為本發明垂直度量測方法流程示意圖。

圖二A係為本發明垂直度量測系統示意圖。

圖二B係為本發明垂直度量測系統之移動平台俯視示意圖。

圖三A係為本發明垂直度量測系統的移動平台應用反轉技術法之前的俯視示意圖。

圖三B係為本發明垂直度量測系統應用反轉技術法之前的垂直度量測示意圖。

圖四A係為本發明垂直度量測系統的移動平台應用反轉技術法之後的俯視示意圖。

圖四B係為本發明垂直度量測系統應用反轉技術法之後的垂直度量測示意圖。

10．．．垂直度量測方法

11～15．．．步驟

Claims (10)

1. 一種垂直度量測方法，其係包括有下列步驟：提供一具有兩條互相正交的軸線的待測移動裝置、一具有兩條互相正交的線段的圖樣元件與一影像擷取單元；使該圖樣元件的兩條互相正交的線段之其中一條與該待測移動裝置的二條互相正交的軸線之其中一條平行對準，並使該圖樣元件相對於該待測移動裝置靜止，而且使該影像擷取單元相對於該待測移動裝置分別沿著該二條互相正交的軸線作二維運動，以擷取關於該圖樣元件之一第一直線度資訊的影像，並分析該影像得出一第一垂直度；將該圖樣元件翻轉180度；使該翻轉後的圖樣元件的兩條互相正交的線段之其中一條與該待測移動裝置的二條互相正交的軸線之其中一條平行對準，並使翻轉後的圖樣元件相對於該待測移動裝置靜止，而且使該影像擷取單元相對於該待測移動裝置分別沿著該二條互相正交的軸線作二維運動，以擷取關於該圖樣元件翻轉後之一第二直線度資訊的影像，並分析該影像得出一第二垂直度；以及將所得到的第一垂直度與第二垂直度相加再除以負2，而得到該待測移動裝置之二條互相正交的軸線的垂直度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之垂直度量測方法，其中該兩條互相正交的線段係形成一T字型。
3. 如申請專利範圍第1項所述之垂直度量測方法，其中該兩條互相正交的線段係形成一十字型。
4. 如申請專利範圍第1項所述之垂直度量測方法，其中該影像擷取單元係為一電荷耦合元件。
5. 一種垂直度量測系統，包括：一移動裝置，其係包含有一移動平台以及一線性移動驅動單元，且該線性移動驅動單元可以沿著與該移動平台上之二條互相正交的軸線平行之方向上做線性移動；一圖樣元件，其係包含有一圖樣以提供一垂直度參考標準，該圖樣具有兩條互相正交的線段，並且該圖樣元件係可以置於該移動平台上；一影像擷取單元，其係用於擷取關於該圖樣元件直線度資訊的影像；以及一運算處理單元，其係與該影像擷取單元電性連接，以接收該影像擷取單元所擷取的影像資訊，並可以根據影像資訊將兩條直線度數據進行分析演算，得到該移動平台上的二條互相正交的軸線之垂直度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之垂直度量測系統，其中該影像擷取單元係設置於該線性移動驅動單元之上，使其可與該線性移動驅動單元一起做線性移動。
7. 如申請專利範圍第5項所述之垂直度量測系統，其中該兩條互相正交的線段係為一T字型。
8. 如申請專利範圍第5項所述之垂直度量測系統，其中該兩條互相正交的線段係形成一十字型。
9. 如申請專利範圍第5項所述之垂直度量測系統，其中該運算處理單元更可以根據影像資訊進行分析演算，得到該兩條互相正交的線段之垂直度。
10. 如申請專利範圍第5項所述之垂直度量測系統，其中該影像擷取單元係為一電荷耦合元件。