TWI688748B - 表面輪廓掃描方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

一種表面輪廓掃描方法，其步驟包含有：設定掃描區域，將一測試件設定為至少一掃描區與至少一移動區；執行掃描，一設於一掃描單元之一干涉物鏡係於該掃描區移動，以使該掃描單元於該掃描區對該測試件進行掃描，並得出一掃描資訊，運算該掃描資訊，以形成一對應該掃描區的掃描輪廓值；一耦接於該掃描單元之移動模組係使該掃描單元於該移動區位移一預定距離，該掃描單元未進行掃描，設定對應該移動區的一預定輪廓值；以及得出表面輪廓，該預定輪廓值組合該掃描輪廓值，以得出該測試件之表面輪廓。

Description

表面輪廓掃描方法及其裝置

本發明是有關於一種表面輪廓掃描方法及其裝置，且特別是有關於一種掃描一測試件之表面輪廓的方法與其裝置。

白光干涉技術應用於三維立體形貌的偵測。現有的三維立體形貌偵測方式係將一測試件分為若干待測位置，一白光透過一干涉物鏡投射至測試件之一待測位置。干涉物鏡係呈一軸向移動，以使白光投影至待測位置之不同的軸向位置。

為了取得測試件之表面輪廓，干涉物鏡係於測試件之各待測位置於一軸向移動多個預定距離，一視覺模組係於各預定距離分別取得複數個影像，該複數個影像可達數百至數千個影像。

如上所述，測試件具有若干待測位置，若每一待測位置取得數百或數千影像，則總體影像的數量係非常可觀，並且造成解讀上的困難。另外，干涉物鏡係相對於各待測位置呈一較大距離的軸向移動，故於長時間的使用下，帶動干涉物鏡之移動模組係易於毀損。

另外，於掃描測試件之表面輪廓時，操作者基於需求，在檢 視測試件之表面輪廓的特徵時，通常比較關注表面輪廓的的上段部及下段部這二個範圍，而對於表面輪廓的中段範圍較不關注，當測試件表面輪廓之高度差異過大時，現有的三維立體形貌偵測方式仍然對測試件的待測位置之軸向整體高度作掃描，也就是對於操作者比較不關注的中段範圍也一起掃描，故會使整體掃描時間增加，而不符合使用效益。

本發明之目的在提供一種表面輪廓掃描方法及其裝置，其係降低掃描影像之數量的擷取，並僅掃描測試件之所設定的位置，藉以提升掃描速率與降低掃描裝置毀損的機率。

根據上述的目的，本發明提出一種表面輪廓掃描方法，其步驟包含有：設定掃描區域，將一測試件設定為至少一掃描區與至少一移動區；執行掃描，一設於一掃描單元之一干涉物鏡係於該掃描區移動，以使該掃描單元於該掃描區對該測試件進行掃描，並得出一掃描資訊，運算該掃描資訊，以形成一對應該掃描區的掃描輪廓值；一耦接於該掃描單元之移動模組係使該掃描單元於該移動區位移一預定距離，該掃描單元未進行掃描，設定對應該移動區的一預定輪廓值；以及得出表面輪廓，該預定輪廓值組合該掃描輪廓值，以得出該測試件之表面輪廓。

本發明復提供一種表面輪廓掃描裝置，其包含有：一移動模組；一掃描單元，其係耦接該移動模組，該掃描單元具有一視覺模組與一干涉物鏡；以及一整合單元，其係訊號連接該掃描單元；其中，該移動模組係使該掃描單元相對於一測試件呈一軸向移動；該干涉物鏡係相對於該測試件呈一軸向移動；該測試件係設定為至少一掃描區與至少一移動區；該掃描單元係提供一測試光束，該測試光束係通過該干涉物鏡，以投影至該掃描區，並形成一反射光束，該反射光束係通過該干涉物鏡後導向該視覺模組，並被該視覺模組所接收，而形成一掃描資訊，該整合單元運算該掃描資訊，以形成一對應該掃描區之掃描輪廓值；該移動模組係使該掃描單元於該移動區移動一預定距離，該掃描單元未進行掃描，設定對應該移動區之一預定輪廓值；該整合單元組合該掃描輪廓值與該預定輪廓值，以得出該測試件之表面輪廓。

於本發明之一實施例中，上述之執行掃描之步驟中，該掃描單元係先掃描該掃描區，該掃描單元後於該移動區移動；或者該掃描單元先於該移動區移動，該掃描單元後掃描該掃描區。

於本發明之一實施例中，上述之掃描單元具有一第一透鏡、一分光鏡、一第二透鏡、一光源與一壓電微致動器，該第一透鏡係位於該視覺模組的下方，該分光鏡係位於該第一透鏡的下方，該第二透鏡係位於該分光鏡的一側，該光源係位於該第二透鏡的一側，該壓電微致動器係位於該分光鏡的下方，該壓電微致動器係耦接該干涉物鏡，該光源係提供該測試光束，該測試光束係通過該第二透鏡、該分光鏡與該干涉物鏡，以投射至該測試件，並形成該反射光束，該反射光束係通過該干涉物鏡、該分光鏡與該第一透鏡，以被該視覺模組接收。

基於上述，本發明之表面輪廓掃描方法及其裝置，掃描單元係相對於移動區進行一大Z軸移動，並且未進行掃描，故掃描單元僅掃描掃描區，所以能降低整體掃描時間。壓電微致動器係相對於掃描區進行一小Z軸移動，故可使干涉物鏡相對於各待測位置呈一較短距離的軸向移動，所以能降低壓電微致動器之毀損率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

1:掃描單元

10:視覺模組

11:第一透鏡

12:分光鏡

13:干涉物鏡

14:壓電微致動器

15:第二透鏡

16:光源

160:測試光束

17:移動模組

18‧‧‧整合單元

20‧‧‧測試件

200‧‧‧測試位置

201‧‧‧掃描區(第一掃描區)

202‧‧‧移動區

203‧‧‧掃描區(第二掃描區)

204‧‧‧反射光束

205‧‧‧重疊區

S1~S4‧‧‧步驟

第1圖係本發明之一種表面輪廓掃描裝置之示意圖。

第2圖係一測試件之測試位置之示意圖。

第3A圖係至少一掃描區、至少一重疊區與至少一移動區之示意圖。

第3B圖為掃描區、重疊區與移動區之高度方向之另一示意圖。

第3C圖為掃描區、重疊區與移動區之高度方向之部分示意圖。

第3D圖為掃描區、重疊區與移動區之高度方向之另一部分示意圖。

第4圖係本發明之一種表面輪廓掃描方法之示意圖。

請配合參考第1圖所示，本發明係一種表面輪廓掃描裝置，其包含有一掃描單元1、一移動模組17與一整合單元18。

掃描單元1具有一視覺模組10、一第一透鏡11、一分光鏡12、一干涉物鏡13、一壓電微致動器14、一第二透鏡15、一光源16。

第一透鏡11係位於視覺模組10的下方。分光鏡12係位於第一透鏡11的下方。壓電微致動器14係位於分光鏡12的下方。干涉物鏡13係耦接壓電微致動器14。第二透鏡15係位於分光鏡12的一側。光源16係位於第二透鏡15遠離分光鏡12的一側。光源16為一白光，且光源16係可選擇設於該掃描單元1內部，或者設於該掃描單元1之外部，再將光束引導至該掃描單元1。

移動模組17係耦接掃描單元1，移動模組17係使掃描單元1相對一測試件20呈一軸向作動。

整合單元18係訊號連接掃描單元1與移動模組17。

請同時參考第1~4圖所示，本發明係一種表面輪廓掃描方法，其步驟包含有：步驟S1，掃描測試件。一測試件20經由一載台(未圖示)之移載而移動至掃描單元1的下方。壓電微致動器14帶動干涉物鏡13，以使干涉物鏡13相對於一測試件20呈一軸向移動，以掃描得該測試件20之表面輪廓。

於此步驟中，請配合參考第2圖所示，測試件20係區分為複數個測試位置200。上述之掃描可為單一測試位置200，或複數個測試位置200，而其掃描所得之表面輪廓係用於設定步驟S2所述之至少一掃描區201、203與至少一移動區202的設定。

若更進一步說明，移動模組17帶動掃描單元1移動，而使干涉物鏡13相對於測試件20之其一測試位置200呈大Z軸(軸向)移動。光源16係提供一測試光束160，測試光束160係通過第二透鏡15與分光鏡12，測試光束160再通過干涉物鏡13，並投射至測試件20之測試位置200，並形成一反射光束204。反射光束204係通過干涉物鏡13、分光鏡12與第一透鏡11，以被視覺模組10接收。前述之測試光束160、反射光束204與視覺模組10之接收係為一掃描動作。整合單元18接收來自視覺模組10之反射光束204的影像資訊，以得出測試件20之表面輪廓。

步驟S2，設定掃描區域。如第2圖所示，測試件20係具有複數個測試位置200。

請配合參考第3A圖所示，將測試件20之各測試位置200的表面輪廓設定為至少一掃描區201、203與至少一移動區202。若更進一步說明，如第2圖所示，各測試位置200之高度方向(軸向)係設定為至少一掃描區201、203與至少一移動區202。掃描區201、203係相鄰於移動區202。或者移動區202係重疊掃描區201、203，即移動區202與掃描區201、203之間具有重疊區205，重疊之程度係為部分重疊。前述之相鄰應定義為若掃描區201、203位於各測試位置200之上下兩段部時，移動區202係位於各測試位置200之中段範圍，即移動區202的上下兩段部分別為掃描區201、203，但不限定。

請配合參考第3B圖所示亦即，掃描區201可相鄰移動區202，可撰擇有重疊區205；或者，掃描區203可相鄰移動區202，且無重疊區205。前述之重疊之程度係為完全重疊，其係依壓電微致動器14之作動方向，以利對測試件20之測試位置進行量測。

於另一實施例，測試件20未進行上述之步驟S1。如第2圖與第3A圖所示，將測試件20區分為複數個測試位置200，各測試位置200係設定為至少一掃描區201、203與至少一移動區202。如上所述，移動區202與 掃描區201、203之間具有重疊區205。

為了便於論述，上述之至少一掃描區201可視為第一掃描區201，上述之至少一掃描區203可視為第二掃描區203。第一掃描區201與第二掃描區203之元件符號係沿用上述之至少一掃描區201、203之元件符號，特先陳明。第一掃描區201係將各測試位置200之表面輪廓以一第一比例區分。第二掃描區203係將各測試位置200之表面輪廓以一第三比例區分。第一比例係等於、大於或小於第三比例，其係依據實際狀況而設定，故不限定。

同理，移動區202係將各測試位置200之表面輪廓以一第二比例區分。第一掃描區201係相鄰於移動區202。第二掃描區203係相鄰於移動區202。移動區202係位於第一掃描區201與第二掃描區203之間。

步驟S3，執行掃描。如第1圖與第2圖所示，掃描單元1係對測試件20之其一測試位置200進行掃描。

如第3A圖與第1圖所示，壓電微致動器14係帶動干涉物鏡13，以使干涉物鏡13相對於測試件20呈一軸向移動。為了便於論述，於此之軸向移動係定義為小Z軸移動，但不限定。

當干涉物鏡13相對於第一掃描區201進行小Z軸移動時，掃描單元1係對第一掃描區201進行掃描，並得出一掃描資訊，該掃描資訊係可視為第一掃描資訊。

待第一掃描區201掃描完畢後，掃描單元1停止掃描。壓電致動器14停止作動。移動模組17係帶動掃描單元1，以使掃描單元1相對於移動區202位移一預定距離時，掃描單元1未進行掃描。並設定對應移動區202的一預定輪廓值。為了便於說明，該所移動之預定距離係可定義為一大Z軸移動，並於下述之段落以大Z軸移動論述，但不限定。

若更進一步論述，移動模組17係帶動掃描單元1，以使掃描單元1相對於移動區202進行大Z軸移動，並已先設定對應有移動區202之預定輪廓值，其係由使用者事先設定該移動區202之預定輪廓值。

待掃描單元1已進行大Z軸移動後，壓電微致動器14係再次帶動干涉物鏡13，以使干涉物鏡13相對於第二掃描區203進行一小Z軸移動。掃描單元1係對第二掃描區203進行掃描，並得出一掃描資訊，該掃描資訊係可視為第二掃描資訊。

如第1圖所示，整合單元18係接受第一掃描資訊，並運算第一掃描資訊，以形成一對應第一掃描區201之第一掃描輪廓值。整合單元18係接收第二掃描資訊，並運算第二掃描資訊，以形成對應第二掃描區203之第二掃描輪廓值。

如上所述，於此步驟中，移動模組17係可使掃描單元1先進行大Z軸移動，掃描單元1不進行掃描。壓電微致動器14使干涉物鏡13進行小Z軸移動時，掃描單元1進行掃描而對測試件20進行影像擷取。移動模組17係又使掃描單元1進行大Z軸移動，掃描單元1不進行掃描。壓電微致動器14再使干涉物鏡13進行小Z軸移動，掃描單元1進行掃描。

或者，壓電微致動器14先使干涉物鏡13進行小Z軸移動，掃描單元1進行掃描。移動模組17係再使掃描單元1進行大Z軸移動，掃描單元1不進行掃描。壓電微致動器14復使干涉物鏡13進行小Z軸移動，掃描單元1進行掃描。

綜合上述，掃描單元1之大Z軸移動與干涉物鏡13之小Z軸移動的先後順序，並未限定於本發明所述之實施例，其係依實際狀況而改變大Z軸移動與小Z軸移動之先後順序。

上述之大Z軸移動所移動之距離係大於小Z軸移動所移動之距離。若更進一步說明，如第3A圖所示，上述之大Z軸的長度係為移動區202之長度。上述之小Z軸之長度係為掃描區201、203之長度。或者上述之大Z軸的長度為二重疊區205之間的距離。或者上述之小Z軸的長度為掃描區201、203減去重疊區205的長度。

請配合參考第3C圖所示，壓電微致動器14先使干涉物鏡13進行小Z軸移動，掃描單元1進行掃描第一掃描區201。移動模組17係再使掃描單元1進行大Z軸移動，掃描單元1不進行掃描。如第3C圖所示，當移動模組17使掃描單元1進行大Z軸移動時，可由移動區202開始移動。於大Z軸移動進行時，壓電微致動器14亦可選擇使干涉物鏡13進行小Z軸移動或不作動。

請配合參考第3D圖所示，移動模組17係再使掃描單元1進行大Z軸移動，掃描單元1不進行掃描。壓電微致動器14再使干涉物鏡13進行小Z軸移動，掃描單元1進行掃描第二掃描區203。如第3D圖所示，當壓電微致動器14使干涉物鏡13進行小Z軸移動時，可由第二掃描區203開始移動。當小Z軸移動進行時，大Z軸移動係不作動。

如上所述，如第3A至3D圖所示，當移動模組17係使掃描單元1進行大Z軸移動時，壓電微致動器14係可選擇使干涉物鏡13進行小Z軸移動或不作動。若當壓電微致動器14使干涉物鏡13進行小Z軸移動，而使掃描 單元1進行掃描時，則移動模組17不作動，亦即移動模組17不使掃描單元1進行大Z軸移動。

若更進一步論述，如第3A與3B圖所示，當移動模組17使掃描單元1進行大Z軸移動時，干涉物鏡13仍在重疊區205的範圍內，故壓電微致動器14係仍可使干涉物鏡13進行小Z軸移動，以使掃描單元1續行掃描或調整干涉物鏡13相對於測試件20之測試位置200的位置。

步驟S4，得出表面輪廓。整合單元18係組合第一掃描輪廓值、預定輪廓值與第二輪廓值，以得出測試件1之已掃描的測試位置200之表面輪廓。若仍欲掃描其餘之測試位置200則回到步驟S1。若不欲掃描其餘之測試位置200則停止。

綜合上述，本發明係將測試件20之各測試位置200所欲量測之軸向高度分為至少一掃描區201、203與至少一移動區202。干涉物鏡13係相對於掃描區201、203進行小Z軸移動，以使掃描單元1進行掃描，以得出掃描輪廓值。掃描單元1係相對於移動區202進行大Z軸移動，且不進行掃描，並先設定預定輪廓值。整合單元18係組合預定輪廓值與掃描輪廓值，以得出測試件20之表面輪廓。

因掃描單元1於移動區202不進行掃描，以及掃描單元1僅於掃描區201、203進行掃描，所以本發明可僅針對測試件20之特徵區，即掃描區201、203進行掃描，故可大幅降低量測掃描的行程，並且不受測試件20之高度與壓電致動器14的移動行程限制。

因壓電微致動器14係相對於掃描區201、203進行小Z軸移動，故可使干涉物鏡13相對於各待測位置200呈一較短距離的軸向移動，所 以能降低壓電微致動器14之毀損率。

掃描單元1係相對於移動區202進行一大Z軸移動，並且未進行掃描，故掃描單元1僅掃描掃描區201、203，所以能降低整體掃描時間。另外，掃描單元1之視覺模組10所取得之影像數量係可降低，故可降低解讀上的難度。

綜上所述，本發明雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1:掃描單元

10:視覺模組

11:第一透鏡

12:分光鏡

13:干涉物鏡

14:壓電微致動器

15:第二透鏡

16:光源

160:測試光束

17:移動模組

18:整合單元

20:測試件

204:反射光束

Claims (10)

1. 一種表面輪廓掃描方法，其步驟包含有：設定掃描區域，將一測試件設定為至少一掃描區與至少一移動區；執行掃描，一設於一掃描單元之一干涉物鏡係於該掃描區移動，且一壓電微致動器耦接該干涉物鏡，而在一Z軸向上帶動帶動該干涉物鏡相對該測試件移動，以使該掃描單元於該掃描區對該測試件進行掃描，並得出一掃描資訊，運算該掃描資訊，以形成一對應該掃描區的掃描輪廓值；一耦接於該掃描單元之移動模組係使該掃描單元於該移動區位移一預定距離，該掃描單元未進行掃描，設定對應該移動區的一預定輪廓值；以及得出表面輪廓，該預定輪廓值組合該掃描輪廓值，以得出該測試件之表面輪廓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之表面輪廓掃描方法，其更包含有一掃描測試件之步驟，於該干涉物鏡移動時，該掃描單元係掃描該測試件，以得該測試件之表面輪廓；於該設定掃描區域之步驟中係依據該表面輪廓以一第一比例區分，而得出該掃描區，再將該表面輪廓以一第二比例區分，而得出該移動區，藉此於該設定掃描區域之步驟中，以設定該掃描區與該移動區。
3. 如申請專利範圍第1項所述之表面輪廓掃描方法，其中於該設定掃描區域之步驟中係將該測試件之表面輪廓一第一比例區分，而得出該掃描區，再將該表面輪廓以一第二比例區分，而得出該移動區。
4. 如申請專利範圍第2或3項所述之表面輪廓掃描方法，其中於該設定掃描 區域之步驟中，該測試件係具有複數個測試位置，於每一測試位置係設定該掃描區與該移動區。
5. 如申請專利範圍第4項所述之表面輪廓掃描方法，其中於該設定掃描區域之步驟中，該表面輪廓係以一第三比例區分，而得出至少另一掃描區，該第三比例係大於、等於或小於該第一比例；於該執行掃描之步驟中，該干涉物鏡係於該另一掃描區移動，該掃描單元係對該另一掃描區進行掃描，而得出另一掃描資訊，該另一掃描資訊係形成對應該另一掃描區之另一掃描輪廓值；於該得出輪廓值之步驟中，該預定輪廓值係組合該掃描輪廓值與該另一掃描輪廓值，而得出該表面輪廓。
6. 如申請專利範圍第1項所述之表面輪廓掃描方法，其中於執行掃描之步驟中，該掃描單元係先掃描該掃描區，該掃描單元後於該移動區移動；或者該掃描單元先於該移動區移動，該掃描單元後掃描該掃描區。
7. 如申請專利範圍第2項所述之表面輪廓掃描方法，其中於該掃描測試件之步驟中，該測試件係區分為複數個測試位置，該掃描單元係掃描單一測試位置或複數個測試位置。
8. 如申請專利範圍第1項所述之表面輪廓掃描方法，其中於該設定掃描區域之步驟中，該掃描區係相鄰於該移動區，或者該掃描區係重疊該移動區。
9. 一種表面輪廓掃描裝置，其包含有：一移動模組；一掃描單元，其係耦接該移動模組，該掃描單元具有一視覺模組與一干涉物鏡，且一壓電微致動器耦接該干涉物鏡；以及一整合單元，其係訊號連接該掃描單元； 其中，該移動模組係使該掃描單元相對於一測試件呈一Z軸向移動；該干涉物鏡係相對於該測試件呈一Z軸向移動；該測試件係設定為至少一掃描區與至少一移動區；該掃描單元係提供一測試光束，該測試光束係通過該干涉物鏡，以投影至該掃描區，並形成一反射光束，該反射光束係通過該干涉物鏡後導向該視覺模組，並被該視覺模組所接收，而形成一掃描資訊，該整合單元運算該掃描資訊，以形成一對應該掃描區之掃描輪廓值；該移動模組係使該掃描單元於該移動區移動一預定距離，該掃描單元未進行掃描，設定對應該移動區之一預定輪廓值；該整合單元組合該掃描輪廓值與該預定輪廓值，以得出該測試件之表面輪廓。
10. 如申請專利範圍第9項所述之表面輪廓掃描裝置，其中該掃描單元具有一第一透鏡、一分光鏡、一第二透鏡與一光源，該第一透鏡係位於該視覺模組的下方，該分光鏡係位於該第一透鏡的下方，該第二透鏡係位於該分光鏡的一側，該光源係位於該第二透鏡的一側，該壓電微致動器係位於該分光鏡的下方，該光源係提供該測試光束，該測試光束係通過該第二透鏡、該分光鏡與該干涉物鏡，以投射至該測試件，並形成該反射光束，該反射光束係通過該干涉物鏡、該分光鏡與該第一透鏡，以被該視覺模組接收。

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