TWI401554B - A device for detecting the position and angle error of a single light source - Google Patents
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Description
本發明係關於一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，係採用光學非接觸式檢測模式，以達成得到取放機構機構誤差之高精確度的要求為創新技術。
按，一般所使用的晶圓封裝機為例，其精度大約在10μm左右，若要提高取放機構的動作速度或是縮小晶圓尺寸時，取放機構就會產生極大的影響，其可能是取放機構之鋼性不足，若要提高其鋼性卻會造成取放機構太重的可能，而在進行夾(吸)取或放置時的動作也會有精度不佳的情形發生，且目前所運用的量測儀器價格昂貴精確度也不太夠。
此外，若是利用接觸性量測可能會因為取放機構在進行夾(吸)取與放置的動作時，碰觸到物件而產生的反作用力，而使得量測結果不準確。
就目前業界普遍是運用高速攝影機來進行量測取放機構之誤差，但此高速攝影機所存在的問題如下：
(1)精度不足：當利用高速攝影機在進行量測時，因攝影機是架在機台外部進行拍攝，但當機台在運作時都會產生振動，故攝影機分不清楚是取放機構相對於地面的振動，還是取放機構相對於物件的振動；
(2)量測數據少：高速攝影機所能擷取的資料數據太少，其精確度差；
(3)高成本：高速攝影機的價格偏高，價格普遍在一百萬以上；
(4)量測訊號不足：高速攝影機所拍攝到的影像是Z軸與Y軸的誤差，而原本的需求是要量測X軸、Y軸與角度的誤差。
緣此，本案發明人有鑒於上述取放機構之技術，仍有無法解決的問題深入探討，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，利用感測器與光源來進行的非接觸性量測，就不用擔心會產生反作用力的問題而使的量測結果更為準確。
本發明之目的即在於提供一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，係針對適用晶圓封裝機、機器手臂等夾取機構，可同時量測取放機構或搬運手臂機構其多個自由度的誤差。
本發明之次一目的係在於提供一種低成本、高精確度、體積小、攜帶方便的應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置。
本發明之另一目的係在於提供一種架設簡易以及檢測迅速的應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置。
本發明之又一目的係在於提供一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，其具有高頻擷取數據資料的感測器，以有效的改善量測精度不足的問題。
可達成上述發明目的之一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，包括有：
沿一相關軸配置之光源，用於使用光束照射一量測表面；
一透鏡，係配置在該光源前且在該光束的光路上，以將該光束修正為平行光，並照射到該第一分光鏡或該第二分光鏡；
第一感測單元，係配置在接收該光束的第一軸位置上，並將該光束經該第一分光鏡分成反射光與穿透光，該反射光與穿透光亦經由第一感測器與第二感測器接收其光束，並經感測器轉換成輸出訊號；
第二感測單元，係配置在接收該光束的第二軸位置上，並將該光束經該第二分光鏡分成反射光與穿透光，該反射光與穿透光亦經由第三感測器與第四感測器接收其光束，並經感測器轉換成輸出訊號；
取放機構，係用一相關軸承載上述感測器，亦提供感測器於至少二不同位置的移動；以及
訊號處理單元，係與感測器耦接，亦接收該感測器之輸出訊號，並進行運算處理，以將其轉換成系統處理訊號。
上述所量測到的處理訊號，使用者能依照需求，再利用快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform,FFT)計算過後，就能得到取放機構之振動頻率。
請參閱圖一至圖三，本發明所提供之一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，主要包括有：一取放機構(1)、一光源(2)、一第一感測單元(3)以及一第二感測單元(4)所構成。當取放機構(1)應用於積體電路或晶圓時，取放機構(1)的相關軸進一步包括第一軸位置(11)或第二軸位置(12)。當取放機構(1)應用於程序控制完成特定操作的機械電子自動裝置(如：多關節機械手)時，取放機構(1)的相關軸進一步包括第一軸位置、第二軸位置、第三軸位置、或更多軸位置(如：第四軸位置、或第四軸位置與第五軸位置、或第四軸位置與第五軸位置以及第六軸位置)，此為熟習此項技藝者能知悉，但並非用以限制；
本發明下列均以應用於積體電路或晶圓的二軸取放機構(如：晶圓封裝機構)做為說明，但並非用以限制：
該光源(2)係固定於取放機構(1)的第一軸(11)，用以射出一光束(21)，其中該光源為準直光源或聚焦光源其中之一種；且該光源另可採用可見光、紅外光、紫外光、X射線、不可見光，皆可應用於絕對距離量測之功效；
第一感測單元(3)，係提供接收光束(21)後分光，並由二組感測器接收後，將其光點位置轉換為輸出訊號，包括：一第一分光鏡(31)，係配置在取放機構(1)的第一軸(11)其接收該光束(21)的位置上，以將該光束(21)經第一分光鏡(31)後分成反射光(311)與穿透光(312)；第一感測器(32)，其接收入射的反射光(311)亦將光束入射位置轉換成輸出訊號；第二感測器(33)，其設置於原始光束(21)(穿透光(312))射入之接收端，以接收入射的穿透光(312)亦將光束入射位置轉換成輸出訊號；
第二感測單元(4)，係提供接收光束(21)後分光，並由二組感測器接收後，將其光點位置轉換為輸出訊號，包括：一第二分光鏡(41)，係配置在取放機構(1)的第二軸(12)其接收該光束(21)的位置上，以將該光束(21)經第二分光鏡(41)後分成反射光(411)與穿透光(412)；第三感測器(42)，其接收入射的反射光(411)亦將光束入射位置轉換成輸出訊號；第四感測器(43)，其設置於原始光束(21)(穿透光(412))射入之接收端，以接收入射的穿透光(412)亦將光束入射位置轉換成輸出訊號。
請參閱圖二本發明之一種應用單光源(2)檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，更包括有：一光源(2)、一透鏡(5)、一第一感測單元(3)、一第二感測單元(4)以及一訊號處理單元(圖中未顯示)所構成；其中該透鏡(5)係配置在該光源(2)前且在該光束(21)的光路上，以將該光束(21)修正為平行光，並照射到該第一感測單元(3)或該第二感測單元(4)的分光鏡上；
而該訊號處理單元係與第一感測器(32)、第二感測器(33)、第三感測器(42)以及第四感測器(43)耦接，該訊號處理單元接收該感測器之輸出訊號後，並進行運算處理，以將其感測器的輸出訊號轉換成系統處理訊號。
接續，將說明本發明應用於取放機構(1)時，其取放機構(1)的第一軸(11)(即為物件夾(吸)取端)以及第二軸(12)(即為物件放置端)應用本發明的移動說明，當上述量測原理為取放機構(1)進行夾取或放置的動作，會因X軸定位誤差影響而產生左右方向的微小位移，會因Y軸定位誤差影響而產生前後方向的微小位移，會因Y軸定位誤差影響而產生前後方向的微小位移，會因θx
與θy
角度誤差的影響而產生沿X軸與Y軸的微小轉動，進而當光源(2)移動的時候，設置於第一軸(11)位置的第一感測器(32)與第二感測器(33)與設置於第二軸(21)位置的第三感測器(42)與第四感測器(43)會接收到分光後的反射光(311)(或411)與穿透光(312)(或412)，同時由第一感測器(32)(或第三感測器(42))檢測到取放機構(1)於第一軸(11)(或第二軸(12))之θx
角度誤差與θy
角度誤差；而該第二感測器(33)(或第四感測器(43))則檢測到取放機構(1)於第一軸(11)(或第二軸(12))的X軸定位誤差、Y軸定位誤差、或X軸定位誤差與Y軸定位誤差；
其後再由訊號處理單元接收該第一感測器(32)與第二感測器(33)、或第三感測器(42)與第四感測器(43)之輸出訊號後，並進行運算處理，以將其感測器的輸出訊號轉換成系統處理訊號，供使用者讀取或判讀。
本發明能經由下列公式推導X軸、Y軸、θx
以及θy
的誤差：
設第二感測器(33)的兩軸為VAx
、VAy
，第一感測器(32)的兩軸為VBz
、VBy
，其VAx
所量測到的訊號為X軸之定位誤差與θy
的角度誤差，VAy
所量測到的訊號為Y軸之定位誤差與θx
的角度誤差，VBz
所量測到的訊號為X軸之定位誤差與θy
的角度誤差，VBy
所量測到的訊號為Y軸之定位誤差與θx
的角度誤差，由於夾(吸)取端與放置端為對稱因此以下推導過程兩端都適用，接著列成以下式子進行推導，
VAx
=X+θy
、VAy
=Y+θx
、VBz
=X+θy
、VBy
=Y十θx
，其中θx
與θy
會因為感測器與分光鏡的距離差異而乘上一個係數，因此在此將此四式列成：
VAx
=X+eθy
(1)
VAy
=Y+eθx
(2)
VBz
=X+fθy
(3)
VBy
=Y+fθx
(4)
利用式(1)X=VAx
-eθx
代入式(3)得VBz
=VAx
-eθy
+fθy
整理後得：
θy
=(VAx
-VBz
)/(e+f) (5)
將式(5)代入式(1)整理後得：
利用式(2)Y=VAy-fθx
代入式(4)得VBy=VAy-eθ x
+hθ x
整理後得：
將式(7)代入式(2)整理後得：
其中，當取放機構(1)進行夾取或放置時產生X軸定位誤差，光源(2)入射至感測器所產生的誤差會使聚焦在感測器的光點會如圖四所示。再者，該取機構進行夾取或放置時產生Y軸定位誤差，光源(2)入射至感測器所產生的誤差會使聚焦在感測器的光點會如圖五所示。
因此，將訊號處理單元進行運算處理，使用者能依照需求，將其轉換成的處理訊號利用快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform,FFT)計算過後，就能得到取放機構(1)之振動頻率。如此一來，本發明可有效達成確具有低成本、高精確度、體積小、攜帶方便、架設簡易及檢測迅速等之實質效益。
經由上述，本發明所設計之一種應用單光源(2)檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，於上列詳細說明係針對一可行實施例為具體之代表，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明之技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本發明所訴求專利之範圍中。
綜上所述，本發明所設計一種應用單光源(2)檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，不但在目前工業型態上確屬創新，其整體結構特徵及技術應用為完全創新，未見同類物品，為具創新且具有產業充分利用的價值，實已符合發明專利之要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本發明專利，讓本發明得以早日嘉惠廣大之社會大眾。
1．．．取放機構
11．．．第一軸
12．．．第二軸
2．．．光源
21．．．光束
3．．．第一感測單元
31．．．第一分光鏡
311．．．反射光
312．．．穿透光
32．．．第一感測器
33．．．第二感測器
4．．．第二感測單元
41．．．第二分光鏡
411．．．反射光
412．．．穿透光
42．．．第三感測器
43．．．第四感測器
5．．．透鏡
圖一係本發明之一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置其量測光路構造圖；
圖二係本發明量測光路增加準直透鏡之量測示意圖；
圖三係本發明量測光路前側構造之量測示意圖；
圖四係本發明感測器其X軸定位誤差之示意圖；以及
圖五係本發明感測器其Y軸之定位誤之示意圖。
1．．．取放機構
11．．．第一軸
12．．．第二軸
2．．．光源
21．．．光束
3．．．第一感測器
4．．．第二感測器
Claims (8)
- 一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，包括：一光源，係固定於取放機構的第一軸，用以射出一光束；第一感測單元，係配置在接收該光束的第一軸位置上，並將該光束經該第一分光鏡分成反射光與穿透光，該反射光與穿透光亦經由第一感測器與第二感測器接收其光束，並經感測器轉換成輸出訊號；第二感測單元，係配置在接收該光束的第二軸位置上，並將該光束經該第二分光鏡分成反射光與穿透光，該反射光與穿透光亦經由第三感測器與第四感測器接收其光束，並經感測器轉換成輸出訊號；取放機構，係用一相關軸承載上述感測器，亦提供感測器於至少二不同位置的移動；以及訊號處理單元，係與第一感測器、第二感測器、第三感測器以及第四感測器耦接，亦接收該感測器之輸出訊號，並進行運算處理，以將其轉換成系統處理訊號。上述所量測到的處理訊號，使用者能依照需求，再利用快速傅利葉轉換計算過後，就能得到取放機構之振動頻率。
- 如申請專利範圍第1 項所述之一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，其中該第一感測器係可感 測第一軸θ x 角度誤差與θ y 角度誤差。
- 如申請專利範圍第1 項所述之一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，其中該第三感測器係可感測第二軸θ x 角度誤差與θ y 角度誤差。
- 如申請專利範圍第1 項所述之一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，其中該第二感測器係可感測第一軸X軸定位誤差與Y軸定位誤差。
- 如申請專利範圍第1 項所述之一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，其中該第四感測器係可感測第二軸X軸定位誤差與Y軸定位誤差。
- 如申請專利範圍第1 項所述之一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，其中更包括有一準直透鏡，該準直透鏡係配置在該光源前且在該光束的光路上，以將該光束修正為平行光，並照射到該第一分光鏡或該第二分光鏡。
- 如申請專利範圍第1 項所述之一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，其中該第一感測器或第三感測器，其感測接收面係與經過分光鏡之反射光束互成垂直。
- 如申請專利範圍第1 項所述之一種應用單光源檢測取放機構定位及角度誤差之裝置，其中該第二感測器或第四感測器，其設置於穿透光束射入之接收端，與經過分光 鏡之穿透光束互成垂直。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW98114923A TWI401554B (zh) | 2009-05-05 | 2009-05-05 | A device for detecting the position and angle error of a single light source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW98114923A TWI401554B (zh) | 2009-05-05 | 2009-05-05 | A device for detecting the position and angle error of a single light source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201040682A TW201040682A (en) | 2010-11-16 |
| TWI401554B true TWI401554B (zh) | 2013-07-11 |
Family
ID=44996026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW98114923A TWI401554B (zh) | 2009-05-05 | 2009-05-05 | A device for detecting the position and angle error of a single light source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI401554B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI271513B (en) * | 2005-09-23 | 2007-01-21 | Nat Huwei Institue Of Technolo | Tri-axis vibration measuring device adopting cube corner prism and quadrant sensor to establish nano-resolution |
-
2009
- 2009-05-05 TW TW98114923A patent/TWI401554B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI271513B (en) * | 2005-09-23 | 2007-01-21 | Nat Huwei Institue Of Technolo | Tri-axis vibration measuring device adopting cube corner prism and quadrant sensor to establish nano-resolution |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201040682A (en) | 2010-11-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |