專利名稱：用于測(cè)量物體尺寸的裝置和測(cè)量物體尺寸時(shí)用的度盤(pán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)量物體尺寸、角度、距離、大小等(以下簡(jiǎn)稱為″尺寸″)的裝置和測(cè)量物體尺寸時(shí)使用的度盤(pán)，更確切地說(shuō)，涉及一種無(wú)論被測(cè)物體處于何種部位，在測(cè)量物體尺寸時(shí)均能提高測(cè)量精度的裝置。
在1993，2，6出版的日本專利公開(kāi)號(hào)5-85004中描述了一種用于測(cè)量物體尺寸的傳統(tǒng)裝置。這種測(cè)量物體尺寸的傳統(tǒng)裝置包括帶有刻度標(biāo)記的X向和Y向透明刻度板，用于在其上放置被測(cè)矩形片狀物體的安置板，用于向放在透明刻度板上的物體發(fā)射光的發(fā)光設(shè)備，和用于接收穿過(guò)X向和Y向透明刻度盤(pán)的光的X、Y及原點(diǎn)圖象傳感器。
工作時(shí)，將矩形片狀物體放到安置板上，使矩形片狀物體的第一和第二正交側(cè)位于X向和Y向透明刻度板的內(nèi)部，并使由第一和第二正交側(cè)所確定的頂點(diǎn)位于X向和Y向透明刻度板交叉區(qū)的內(nèi)部。然后，光從發(fā)光設(shè)備射向X向和Y向刻度板，以便于X、Y和原點(diǎn)圖象傳感器接收穿過(guò)X向和Y向刻度板外部以及穿過(guò)交叉區(qū)外部的光。根據(jù)X、Y和原點(diǎn)圖象傳感器的輸出信號(hào)，可以測(cè)定與X向和Y向透明刻度板有關(guān)的由矩形片狀體的第一和第二正交側(cè)確定的頂點(diǎn)位置，和由矩形片狀體的第二側(cè)和第三側(cè)以及由矩形片狀體的第一側(cè)和和第四側(cè)確定的另外兩個(gè)頂點(diǎn)的位置。此外，通過(guò)用矩形片狀體三個(gè)頂點(diǎn)的位置進(jìn)行計(jì)算可獲得矩形片狀體第一至第四個(gè)側(cè)面的長(zhǎng)度，矩形片狀體對(duì)角線的長(zhǎng)度，矩形片狀體的頂角。
然而，在傳統(tǒng)的用于測(cè)量物體尺寸的裝置中存在這樣的缺點(diǎn)，例如，無(wú)法測(cè)到矩形片狀體上兩個(gè)任意點(diǎn)之間的距離，這是因?yàn)轫旤c(diǎn)的位置是用X向和Y向透明刻度板檢測(cè)的，然而由于其結(jié)構(gòu)是將矩形片狀體直接固定在X向和Y向刻度板上，使得每個(gè)X和Y圖象傳感器不能辨別刻度標(biāo)記的圖形，所以既使是該圖形位于第一和第二側(cè)面的附近，也無(wú)法測(cè)出矩形片狀體所確定的任何圖形。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于測(cè)量物體尺寸的裝置，該裝置能夠測(cè)出物體上兩個(gè)任意點(diǎn)之間的距離，既使是這兩個(gè)點(diǎn)相距很遠(yuǎn)或遠(yuǎn)離物體的側(cè)邊或邊緣，本發(fā)明還提供一種在進(jìn)行上述測(cè)量時(shí)使用的度盤(pán)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于測(cè)量物體尺寸的裝置，該裝置能從其它圖形中精確地辨別刻度標(biāo)記和在物體上確定的圖形，從而提高了測(cè)量物體尺寸時(shí)的精度，本發(fā)明還提供一種在進(jìn)行測(cè)量時(shí)使用的度盤(pán)。
按照本發(fā)明的特征，一種用于測(cè)量物體尺寸的裝置包括用于放置等待進(jìn)行尺寸測(cè)量的物體的工作臺(tái)；帶有標(biāo)記的度盤(pán)，所說(shuō)標(biāo)記按矩陣布置；使工作臺(tái)和度盤(pán)一起運(yùn)動(dòng)的裝置；選擇性地檢測(cè)物體的一部分和與物體的該部分相對(duì)應(yīng)的刻度標(biāo)記的圖象傳感器單元；用于使工作臺(tái)和圖象傳感器單元之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置；和用于根據(jù)圖象傳感器單元的輸出信號(hào)計(jì)算物體尺寸的計(jì)算單元。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，一種在測(cè)量物體尺寸的裝置中使用的度盤(pán)，包括度盤(pán)襯底；設(shè)在度盤(pán)襯底上的矩陣式標(biāo)記，每個(gè)標(biāo)記的寬度為W，高度為W，而且排列間距為P1，每個(gè)標(biāo)記均為點(diǎn)對(duì)稱形標(biāo)記，其中這些標(biāo)記滿足下式規(guī)定的條件，2P1＋W＜V，W＜P1/2，和2P2≤W上式中V是用于檢測(cè)度盤(pán)的圖象傳感器單元的視野，P2是按矩陣布置的圖象傳感器單元中傳感器的間距。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)地說(shuō)明，其中

圖1A至1H是表示按照本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述用于測(cè)量物體尺寸的裝置的解釋性示圖，其中圖1A表示所述的裝置，圖1B表示用于裝置中的度盤(pán)，圖1C表示度盤(pán)上的標(biāo)記，圖1D表示裝置中使用的圖象傳感器單元，圖1E表示裝置中的被測(cè)物體，圖1F至1H表示裝置中圖象傳感器單元中的CCD傳感器與刻度標(biāo)記之間的關(guān)系，和圖2-4是表示按照本發(fā)明第2-4個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述用于測(cè)量物體尺寸的裝置的解釋性示圖。
圖1A-1H描述了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述用于測(cè)量物體尺寸的裝置。
在圖1A中，該裝置包括沿箭頭指示的X方向運(yùn)動(dòng)的X向工作臺(tái)1a，沿與X方向垂直的Y方向運(yùn)動(dòng)的Y向工作臺(tái)1b，Y向工作臺(tái)上放有等待進(jìn)行尺寸測(cè)量的物體2，Y向工作臺(tái)1b上設(shè)置透明刻度板4，刻度板4的一個(gè)表面上帶有度盤(pán)；圖象傳感器單元3，其帶有選擇性地聚焦到物體2和刻度板4的度盤(pán)上的聚焦系統(tǒng)(未示出)；根據(jù)接收到的圖象傳感器單元3的輸出信號(hào)計(jì)算物體2的尺寸的計(jì)算單元5；和用于發(fā)射光使之穿過(guò)刻度板到達(dá)物體2的發(fā)光設(shè)備7a、7b和7c。
在該裝置中，將Y向工作臺(tái)1b和刻度板4設(shè)計(jì)成使得放在Y向工作臺(tái)1b上的物體2與刻度板4之間的距離d大于圖象傳感器單元3的聚焦系統(tǒng)的聚焦深度。
圖1B表示透明刻度板，其具有按矩陣布置的刻度標(biāo)記41。
在圖1C中，放大了的標(biāo)記41的寬度為W，高度為W，而設(shè)置的間距為P1。
圖1D表示刻度板4的標(biāo)記41上或被圖象傳感器單元3的CCD傳感器31覆蓋的物體2上的視野V×V，其中CCD傳感器31是以間距P2按矩陣布置的。
圖1E表示例如金屬板材的物體2，其上帶有孔21和22，孔的中心點(diǎn)O1和O2之間形成距離D。
在圖1F-圖1H中，圖象傳感器單元3的CCD傳感器31檢測(cè)刻度板4的標(biāo)記41，并將檢測(cè)信號(hào)S送至計(jì)算單元5，其中輸出信號(hào)S的波形取決于標(biāo)記41的寬度W和圖象傳感器單元3的CCD傳感器31的間距P2之間的關(guān)系，以及CCD傳感器31與標(biāo)記41的相對(duì)位置。
為了確定一個(gè)特定的具有相同尺寸和結(jié)構(gòu)的標(biāo)記41，必須滿足下面規(guī)定的條件。
M＜P1/2(1)
其中M是X向和Y向工作臺(tái)1a和1b的近似位置精度，既使使用的度盤(pán)不是本發(fā)明所用的那種。
2P1＋W＜V (2)這意味著圖象傳感器單元3必須在X和Y方向上覆蓋多于兩個(gè)標(biāo)記41。
W＜P1/2 (3)這意味著間距P1與寬度W的比率必須小于2，以便將物體2對(duì)標(biāo)記41的圖象的影響降至最低，即，把對(duì)分辨率的影響抑制到最低2P2≤W(4)這意味著寬度W相對(duì)于CCD傳感器31的間距P2必須大于預(yù)定的值，即兩倍。而且，通過(guò)對(duì)輸出信號(hào)S進(jìn)行處理可以精確地得到每個(gè)標(biāo)記41的中點(diǎn)。如圖1G所示，由于該關(guān)系不滿足上述條件所以產(chǎn)生的輸出信號(hào)S為脈沖樣波形，而圖1F和1H所示的關(guān)系滿足上述條件，所以提供的輸出信號(hào)S是階梯形波形。
階梯形波形有利于對(duì)輸出信號(hào)S進(jìn)行處理和識(shí)別刻度板4上的灰塵與標(biāo)記41。
在測(cè)量物體2的尺寸時(shí)，計(jì)算單元5利用標(biāo)記41的中心點(diǎn)。因此，允許標(biāo)記41的寬度W有誤差，這是因?yàn)椋捎跇?biāo)記41是方形結(jié)構(gòu)，其相對(duì)于中心點(diǎn)是對(duì)稱的，因而中心點(diǎn)不會(huì)偏離。
在這種情況下，標(biāo)記41并不限于方形，只要其為點(diǎn)對(duì)稱的形狀即可，例如圓形等。
如以上所討論的那樣，一個(gè)特別好的例子如下W＝8μm，P1＝400μm，V＝1000μm，M＝100μm，和P2＝2μm。
如圖1A中所述，在光軸方向上使物體2與刻度板4的標(biāo)記41相隔預(yù)定距離，最好是明顯大于聚焦深度。
在一個(gè)特定實(shí)例中，當(dāng)圖象傳感器單元3的聚焦系統(tǒng)的聚焦深度為14μm時(shí)，d＝5至10μm。
在工作時(shí)，連續(xù)控制X向和Y向工作臺(tái)1a和1b使其分別在X和Y方向上運(yùn)動(dòng)，以便使物體2上的孔21定位在圖象傳感器單元3下方。在這種狀態(tài)下，圖象傳感器單元3的聚焦系統(tǒng)分別對(duì)孔21和蓋住孔21的刻度板4上的標(biāo)記41進(jìn)行聚焦。這樣，圖象傳感器單元3的CCD傳感器31分別檢測(cè)孔21和標(biāo)記41，并將輸出信號(hào)S從傳感器送至計(jì)算單元5，在計(jì)算單元5中根據(jù)標(biāo)記41的地址計(jì)算孔21的中心點(diǎn)O1。然后使X向和Y向工作臺(tái)1a和1b分別在X和Y方向上運(yùn)動(dòng)，以便使物體2的孔22定位在圖象傳感器單元3下方。用與在21中相同的方式，在計(jì)算單元5中根據(jù)標(biāo)記41的地址計(jì)算孔22的中心點(diǎn)O2。
然后，在計(jì)算單元5中根據(jù)算出的中心點(diǎn)位置進(jìn)一步計(jì)算孔21和22的中心點(diǎn)O1和O2之間的距離D。
在本發(fā)明所述的一種用于測(cè)量物體尺寸的裝置中，可以使圖象傳感器單元3在X和Y方向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使物體2和度盤(pán)靜止，而且可以用磁檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)代替上面使用的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)。
圖2表示按照本發(fā)明第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述用于測(cè)量物體尺寸的裝置，其中用與第一優(yōu)選實(shí)施例中所用的同樣標(biāo)號(hào)表示相同的部件，不同的是將帶有刻度標(biāo)記的刻度板4設(shè)置在物體2的相對(duì)側(cè)上。
在該裝置中，將X向和Y向工作臺(tái)簡(jiǎn)單地示為工作臺(tái)1，用設(shè)置在工作臺(tái)1兩相對(duì)側(cè)同樣位置上的圖象傳感器單元3A和3B來(lái)代替圖1A中所示的圖象傳感器單元3。
在工作中，隨著工作臺(tái)1在X和Y方向上運(yùn)動(dòng)，物體2和刻度板4也產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)且相對(duì)于圖象傳感器單元3A和3B占據(jù)了同樣的位置。這樣，將圖象傳感器3A和3B的輸出信號(hào)送至計(jì)算單元5，在計(jì)算單元5中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行處理并計(jì)算物體2的尺寸。
圖3表示按照本發(fā)明第三個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述用于測(cè)量物體尺寸的裝置，其中用與第一和第二優(yōu)選實(shí)施例中相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
在該裝置中，為了用圖象傳感器3通過(guò)刻度板4來(lái)檢測(cè)物體2和度盤(pán)4A以便提高測(cè)量物體尺寸時(shí)的精度，而將度盤(pán)4A設(shè)在刻度板4上正對(duì)物體2的表面上，這樣可以使刻度盤(pán)4的折射率對(duì)物體2和度盤(pán)4A的檢測(cè)光同時(shí)產(chǎn)生影響。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述用于測(cè)量物體尺寸的裝置，其中用與在第一至第三優(yōu)選實(shí)施例中所用的相同參考標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
在該裝置中，相對(duì)于X和Y向工作臺(tái)1以及帶有度盤(pán)4A的刻度板4設(shè)置了呈45°角的半反射鏡6，并設(shè)置了光閥8A和8B，其遮住度盤(pán)4A和物體2這兩個(gè)光路中的一個(gè)。當(dāng)采用其它對(duì)度盤(pán)4A和物體2使用不同波長(zhǎng)的光的裝置時(shí)，可以省去光閥8A和8B。
在工作時(shí)，圖象傳感器單元3根據(jù)光閥8A和8B的轉(zhuǎn)換可選擇性檢測(cè)物體2的預(yù)定部位和度盤(pán)4A上的相關(guān)標(biāo)記。
在第二和第四優(yōu)選實(shí)施例中，可使光學(xué)距離相等以減小誤差。
雖然為了完全和清楚地公開(kāi)而參照具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是附加的權(quán)利要求并不受此限制，這些權(quán)利要求的構(gòu)成包含了本領(lǐng)域技術(shù)人員所能做出的所有改進(jìn)和變型結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)完全屬于本發(fā)明所涉及的基本構(gòu)思。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量物體尺寸的裝置，包括用于放置準(zhǔn)備進(jìn)行尺寸測(cè)量的物體的工作臺(tái)；度盤(pán)，其上帶有按矩陣布置的標(biāo)記；用于同時(shí)運(yùn)動(dòng)所說(shuō)工作臺(tái)和所說(shuō)度盤(pán)的裝置；圖象傳感器單元，其用于選擇性的檢測(cè)所說(shuō)物體上的一部分，和與所說(shuō)物體的所說(shuō)部分相對(duì)應(yīng)的所說(shuō)度盤(pán)的所說(shuō)標(biāo)記；用于使所說(shuō)工作臺(tái)和所說(shuō)圖象傳感器單元之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置；和·計(jì)算單元，其根據(jù)所說(shuō)圖象傳感器單元的輸出信號(hào)計(jì)算所說(shuō)物體的所說(shuō)尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所說(shuō)的工作臺(tái)包括在X和Y方向上運(yùn)動(dòng)的X向和Y向工作臺(tái)，所說(shuō)的物體放在所說(shuō)X向和Y向工作臺(tái)之一上；所說(shuō)的同時(shí)運(yùn)動(dòng)裝置是將所說(shuō)度盤(pán)固定到所說(shuō)X向和Y向工作臺(tái)之一上的裝置，所說(shuō)物體和所說(shuō)的度盤(pán)在所說(shuō)圖象傳感器單元的光軸方向上相距預(yù)定的距離；所說(shuō)的圖象傳感器單元包括具有聚焦深度的透鏡系統(tǒng)，所說(shuō)的預(yù)定距離大于所說(shuō)的聚焦深度；和所說(shuō)形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置包括固定所說(shuō)圖象傳感器單元使之靜止的裝置，和驅(qū)動(dòng)所說(shuō)X和Y向工作臺(tái)在所說(shuō)X和Y方向上運(yùn)動(dòng)的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所說(shuō)的工作臺(tái)包括在X和Y方向上運(yùn)動(dòng)的X和Y向工作臺(tái)，所說(shuō)的物體放置在所說(shuō)的X和Y向工作臺(tái)之一上；所說(shuō)的同時(shí)運(yùn)動(dòng)裝置是將X和Y方向的運(yùn)動(dòng)傳遞到所說(shuō)度盤(pán)上的裝置，所說(shuō)的度盤(pán)與所說(shuō)的物體分別設(shè)置在所說(shuō)工作臺(tái)的相對(duì)側(cè)上；所說(shuō)的圖象傳感器單元包括用于檢測(cè)所說(shuō)物體的所說(shuō)部位的第一圖象傳感器單元，和用于檢測(cè)與所說(shuō)物體上所說(shuō)部位相對(duì)應(yīng)的所說(shuō)度盤(pán)上的所說(shuō)標(biāo)記的第二圖象傳感器單元；和所說(shuō)形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置包括將第一和第二圖象傳感器單元固定使之靜止的裝置，和驅(qū)動(dòng)所說(shuō)X及Y向工作臺(tái)在所說(shuō)X和Y方向上運(yùn)動(dòng)的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中將所說(shuō)度盤(pán)設(shè)置在刻度板的第一表面上，所說(shuō)刻度板的所說(shuō)第一表面位于所說(shuō)物體的一側(cè)上。
5.一種用于測(cè)量物體尺寸的裝置，包括在X和Y方向上運(yùn)動(dòng)的X和Y向工作臺(tái)，所說(shuō)的物體放置在所說(shuō)X向和Y向工作臺(tái)之一上；度盤(pán)，其帶有布置成矩陣的標(biāo)記，所說(shuō)度盤(pán)相對(duì)于X和Y向工作臺(tái)設(shè)置成90°；圖象傳感器單元，其用于選擇性地檢測(cè)所說(shuō)物體的一個(gè)部位和與所說(shuō)物體的所說(shuō)部位相對(duì)應(yīng)的所說(shuō)度盤(pán)的所說(shuō)標(biāo)記；相對(duì)于所說(shuō)度盤(pán)和所說(shuō)物體設(shè)置成45°的半反射鏡；用于在所說(shuō)工作臺(tái)和所說(shuō)圖象傳感器單元之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置；和計(jì)算單元，其根據(jù)所說(shuō)圖象傳感器單元的輸出信號(hào)計(jì)算所說(shuō)物體的所說(shuō)尺寸。
6.在測(cè)量物體尺寸的裝置中使用的度盤(pán)，包括度盤(pán)襯底；在所說(shuō)度盤(pán)上布置成矩陣的標(biāo)記，每個(gè)標(biāo)記的寬度為W，高度為W，而且所設(shè)置的間距為P1，每個(gè)所說(shuō)的標(biāo)記均為點(diǎn)對(duì)稱形狀，其中所說(shuō)的標(biāo)記滿足下面規(guī)定的條件；2P1＋W＜V，W＜P1/2，和2P2≤W上式中V是用于檢測(cè)所說(shuō)度盤(pán)的圖象傳感器單元的視野，P2是所說(shuō)圖象傳感器單元中按矩陣布置的傳感器的間距。
全文摘要
一種度盤(pán)，其具有布置成矩陣且成點(diǎn)對(duì)稱形狀的標(biāo)記。將該度盤(pán)和準(zhǔn)備測(cè)量尺寸的物體固定使之沒(méi)有任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖像傳感器單元選擇性地和連續(xù)地檢測(cè)物體的預(yù)定部位和與物體的預(yù)定部分相對(duì)應(yīng)的度盤(pán)標(biāo)記，圖像傳感器單元根據(jù)對(duì)物體和度盤(pán)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生輸出信號(hào)。對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行處理并計(jì)算物體的尺寸。
文檔編號(hào)G01B11/00GK1123909SQ9510857
公開(kāi)日1996年6月5日 申請(qǐng)日期1995年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月31日
發(fā)明者星山浩樹(shù) 申請(qǐng)人:日本Em株式會(huì)社