TW201504776A - 光學式對位量測方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種光學式對位量測方法及其裝置，準備一光學式對位量測裝置，其係設有一模具、兩量測模組及一控制器，其中該模具上設置有兩可反射的標記圖案，各量測模組設有一雷射發射器及一四象限感測器，該控制器與兩量測模組的四象限感測器相連接且內建有一運算軟體，由各雷射發射器朝該模具射出一雷射光進行掃描，經由該運算軟體可得到各標記圖案的中心點位置，將該中心點位置的座標值輸入該控制器中，由該控制器驅動該移動平台移動，可將該模具移動至正確位置，藉以提供一方便操作、精度高而可準確對位的光學式對位量測方法及其裝置。

Description

光學式對位量測方法及其裝置

本發明係關於一種對位量測方法及裝置，尤指一種方便操作且高精度對位的光學式對位量測方法及其裝置者。

按，受到科技發展的影響，目前在奈米壓印的製造過程中，由於所使用的模具需要精準的對位，因此，在製造的過程中必須搭配使用一接觸式掃描量測裝置或一非接觸式掃描量測裝置，其中現有接觸式的掃描量測裝置係具有高精密度的優點，但現有接觸式掃描量測裝置在量測時需對於探頭進行補正，因此，在量測的過程中探頭必須與待測物件有所接觸方能取得該量測物件的相關資訊，然而，假如待測物件有探頭無法量測到的死角或者待測物件為一接觸到探頭受力而容易產生變形的軟性物質時，則無法透過現有接觸式量測裝置進行有效的量測，由此可知，現有接觸式掃描量測裝置在使用上相對會受到待測物件形狀和材料上的限制；因此，當現有接觸式量測裝置無法有效地對於待測物件進行量測時，則必須利用非接觸式掃描量測裝置，其中現有非接觸式掃描量測裝置主要係利用雷射或照相的方式進行量測，目前已逐漸由電荷耦合元件攝影機(Charge-coupled Device；CCD)取代雷射量測來擷取資料，並配合影像處理的方式，提高現有非接觸式掃描量測的效益與實用性，然而，由於電荷耦合元件攝影 機的價格不斐，且有時必須同時搭配多個電荷耦合元件攝影機進行使用，相對會增加使用者所需之成本，再者，電荷耦合元件攝影機在擷取影像進行對位時，常常會受到燈光與雜訊的干擾而導致解析度差，而無法進行精準的對位，並且必須透過視覺進行判定的方式，相對會增加量測上的不準確性，誠有加以改進之處。

因此，本發明人有鑒於現有非接觸式掃描量測裝置，具有成本高及易受環境影響精度的缺失與不足，特經過不斷的研究與試驗，終於發展出一種能改進現有缺失之本發明。

本發明之目的為提供一光學式對位量測方法及其裝置，其係透過雷射、光學及搭配標記的方式，進而提供一方便操作、精度高而可準確對位的光學式對位量測方法及其裝置之目的者。

為達到上述目的，本發明提供一光學式對位量測方法，其係包含有以下的操作步驟：準備一光學式對位量測裝置：該光學式對位量測裝置設有一模具、兩量測模組及一控制器，該模具上設置有兩標記圖案，各量測模組設有一雷射發射器及一四象限感測器，該雷射發射器朝該模具射出一雷射光，該四象限感測器用以接收經過該標記圖案後的雷射光，該控制器與兩量測模組的四象限感測器相連接且內建有一運算軟體；儀器設置：將該模具設置於一機台可水平移動的移動平台上，並將兩雷射發射器固設於該機台上且分別朝向該模具的兩標記圖案，兩四象限感測器固設於該機台上且分別用以接收經過兩標記圖案後的雷射光，該控制器與該機台的移動平台相連 接，藉以控制該移動平台的移動；光學對位：由各雷射發射器朝該模具射出一雷射光，並透過該控制器控制該移動平台移動的方式，使該模具相對兩雷射發射器移動，讓兩雷射光藉由該移動平台的移動而相對該模具的兩標記圖案移動，該控制器係先驅動該移動平台沿單一軸方向移動，使雷射光反射該標記圖案的兩邊緣的點至相對應的四象限感測器中，並將其轉換成兩相對應的位置訊號傳送至該控制器中進行儲存，再透過該控制器驅動該移動平台沿另一軸方向移動，使該雷射光反射該標記圖案的另外兩邊緣的點至相對應的四象限感測器中，並轉換成兩相對應的位置訊號傳送至該控制器中進行儲存；以及對位操作：當透過移動該移動平台及各四象限感測器而取得兩標記圖案各邊緣的位置訊號後，經由該運算軟體對於所儲存的位置訊號進行運算，可得到各標記圖案的中心點位置，將該中心點位置的座標值輸入該控制器中，由該控制器驅動該移動平台移動的方式，透過各雷射光移動至相對應標記圖案中心點的方式，即可準確地將該模具移動至正確位置，以便進行後續的製造流程。

進一步，在儀器設置的操作步驟中，將各量測模組的雷射發射器及四象限感測器分別設於該模具的頂部及底部，使該雷射發射器的雷射光經該模具的標記圖案後射入該四象限感測器中。

再進一步，在準備一光學式對位量測裝置的操作步驟中，在各量測模組的該雷射發射器及該模具間設置一分光鏡，且在儀器設置的操作步驟中，於各標記圖案上塗佈一反射塗料， 該四象限感測器係設於該模具的一側，用以接收經該分光鏡的雷射光。

較佳地，在光學對位的操作步驟中，各雷射光係射入相對的分光鏡後，穿透該分光鏡並射入該模具相對應的標記圖案中，且於反射後經該分光鏡而射入相對應的四象限感測器中。

較佳地，在對位操作的操作步驟中，係分別將兩軸向的兩邊緣之位置除以2後，即可分別得到該標記圖案於兩軸向的中心點位置。

再者，本發明進一步提供一光學式對位量測裝置，其係包含有一模具、兩量測模組及一控制器，其中：該模具上設置有兩標記圖案；各量測模組設有一雷射發射器及一四象限感測器，該雷射發射器朝該模具上其中一標記圖案射出一雷射光，該四象限感測器用以接收經過該標記圖案後的雷射光；以及該控制器係與兩量測模組的四象限感測器相連接且內建有一運算軟體。

進一步，該模具係為一透明物件，而各標記圖案係為一凹設於該模具上的圓形標記。

再進一步，該模具係為一透明物件，而各標記圖案係為一該模具上的十字形標記。

再進一步，各量測模組的雷射發射器及四象限感測器係分別設於該模具的頂部及底部，使該雷射發射器的雷射光經該模具的標記圖案後射入該四象限感測器中。

較佳地，該模具係為一不透明物件，而各標記圖案係為一凹設於該模具上的圓形標記且塗佈有一反射塗料，且各量 測模組於該雷射發射器及該模具間設有一分光鏡，而該四象限感測器係設於該模具的一側，用以接收經該分光鏡的雷射光。

藉由上述的技術手段，本發明光學式對位量測方法及其裝置，其係以非接觸式的光學量測模組搭配標記圖案的方式，可對於不透明物件以光源反射特性使標記位置訊號反射至該四象限感測器之中，並且可對於透明物件以雷射光可穿透模具的方式，使位於透明物件下方的四象限感測器接收到位置訊號，即可透過該運算軟體將儲存的位置訊號進行運算，進而取得各標記圖案於各軸向的中央位置，即可得到各標記圖案的中心位置，讓該模具可透過控制器操控該移動平台移動的方式而移動至正確位置，進行後續的製造流程，藉以提供一方便操作且高精度對位的光學式對位量測方法及其裝置。

10‧‧‧光學式對位量測裝置

20‧‧‧模具

21‧‧‧標記圖案

211‧‧‧反射塗料

30‧‧‧量測模組

31‧‧‧雷射發射器

311‧‧‧雷射光

32‧‧‧四象限感測器

33‧‧‧分光鏡

40‧‧‧控制器

41‧‧‧運算軟體

60‧‧‧機台

61‧‧‧移動平台

圖1是本發明光學式對位量測方法的操作流程方塊圖。

圖2是本發明光學式對位量測裝置的方塊示意圖。

圖3是本發明光學式對位量測裝置第一較佳實施例光學對位的操作示意圖。

圖4是本發明光學式對位量測裝置第一較佳實施例模具設置於一移動平台上的俯視示意圖。

圖5是本發明光學式對位量測裝置第一較佳實施例進行圓心運算的操作示意圖。

圖6是本發明光學式對位量測裝置第二較佳實施例光學對位的操作示意圖。

圖7是本發明光學式對位量測裝置第二較佳實施例模具設置於一 移動平台上的俯視示意圖。

圖8是本發明光學式對位量測裝置第二較佳實施例進行圓心運算的操作示意圖。

圖9是本發明光學式對位量測裝置第三較佳實施例光學對位的操作示意圖。

為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，玆進一步以圖式(如圖1及2所示)所示的較佳實施例，詳細說明如后：本發明所提供光學式對位量測方法，其操作流程包含有：(A)、儀器準備：準備一光學式對位量測裝置10，該光學式對位量測裝置10係設有一模具20、兩量測模組30及一控制器40，該模具20係為一略呈圓形的座體，該模具20上設置有兩標記圖案21，較佳地，如圖9所示各標記圖案21塗佈有一反射塗料211，較佳地，該模具20係如圖3及6所示可為一透明物件(如玻璃)或者如圖9所示為一不透明物件(如金屬)，而該標記圖案21係如圖3、4及9所示為一凹設於透明或不透明模具20上的圓形標記或如圖6及7所示為一成形於透明模具20上的十字形標記，而各量測模組30係設有一雷射發射器31及一四象限感測器32，該雷射發射器31係可朝該模具射出一雷射光311，該四象限感測器32係用以接收經過該標記圖案21後的雷射光，進一步，如圖9所示，各量測模組30於該雷射發射器31及該模具20間設有一分光鏡33，而該控制器40係與兩量測模組30的四象限感測器32相連接且內建有一運算軟體41； (B)、儀器設置：如圖3、6及9所示，將該模具20設置於一機台60的移動平台61上，該移動平台61係可進行水平方向的移動(如X-Y軸方向)，並將兩量測模組30的雷射發射器31固設於該機台60上且分別朝向該模具20的兩標記圖案21，兩四象限感測器32係固設於該機台60上且分別用以接收經過兩標記圖案21後的雷射光311，較佳地，該四象限感測器32係如圖3及6所示位於該模具20的下方處或者如圖9所示位於該模具20的一側，較佳地，當兩分光鏡33分別位於該模具20及兩雷射發射器31之間時，兩四象限感測器32係位於該模具20的兩側，而該控制器40係與該機台60的移動平台61相連接，藉以控制該移動平台61的移動；(C)、光學對位：於操作時係如圖3、6及9所示，由各雷射發射器31朝該模具20射出一雷射光311，並透過該控制器40控制該機台60移動平台61移動的方式，使該模具20相對兩雷射發射器31移動，進而讓兩雷射光311藉由該移動平台61的移動而對於該模具20進行掃描，其中如圖5或8所示該控制器40係先驅動該移動平台61沿單一軸方向(如X軸)移動，使雷射光311將該標記圖案21的兩邊緣的點射至相對應的四象限感測器32中，並將其轉換成兩相對應的位置(如X₁及X₂)訊號傳送至該控制器40中進行儲存，再透過該控制器40驅動該移動平台61沿另一軸方向(如Y軸)移動，使該雷射光311將該標記圖案21的另外兩邊緣的點射至相對應的四象限感測器32中，並轉換成兩相對應的位置(如Y₁及Y₂)訊號傳送至該控制器40中進行儲存，進一步，如圖9所示，各雷射光311係射入相對的分光鏡33後，會穿透該分光鏡33並射入該模具20相對應的標記圖案 21中，且於反射後經該分光鏡33而射入相對應的四象限感測器32中；以及(D)、對位操作：當透過移動該移動平台61及各四象限感測器32而取得兩標記圖案21各邊緣的位置訊號後，經由該運算軟體41對於所儲存的位置訊號進行運算，其中係分別將兩軸向的兩邊緣之位置除以2後(如X₁+X₂/2及Y₁+Y₂/2)，即可分別得到該標記圖案21於兩軸向的中心點(如X₀=X₁+X₂/2，Y₀=Y₁+Y₂/2)位置，待得到各標記圖案21的中心點位置(X₀，Y₀)後，將該中心點位置的座標值輸入該控制器40中，即可經由該控制器40驅動該移動平台61移動的方式，透過各雷射光311移動至相對應標記圖案21中心點的方式，即可準確地將該模具20移動至正確位置，以便進行後續的製造流程。

藉由上述的技術手段，本發明光學式對位量測方法及其裝置，其係以非接觸式的光學量測模組30搭配標記圖案21的方式，可對於不透明物件(如金屬模具)以光源反射特性使標記位置訊號反射至該四象限感測器32之中，並且可對於透明物件(如玻璃模具)以雷射光311可穿透模具20的方式，使位於透明物件下方的四象限感測器32接收到位置訊號，即可透過該運算軟體41將儲存的位置訊號進行運算，進而取得各標記圖案21於各軸向(X₀及Y₀)的中央位置，即可得到各標記圖案21的中心位置(X₀，Y₀)，讓該模具20可透過控制器40操控該移動平台61移動的方式而移動至正確位置，進行後續的製造流程，藉以提供一方便操作且高精度對位的光學式對位量測方法及其裝置。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者， 若在不脫離本發明所提技術方案的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，並且未脫離本發明的技術方案內容，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

20‧‧‧模具

21‧‧‧標記圖案

30‧‧‧量測模組

31‧‧‧雷射發射器

311‧‧‧雷射光

32‧‧‧四象限感測器

61‧‧‧移動平台

Claims (10)

1. 一種光學式對位量測方法，其係包含有以下的操作步驟，其中：準備一光學式對位量測裝置：該光學式對位量測裝置設有一模具、兩量測模組及一控制器，該模具上設置有兩標記圖案，各量測模組設有一雷射發射器及一四象限感測器，該雷射發射器朝該模具射出一雷射光，該四象限感測器用以接收經過該標記圖案後的雷射光，該控制器與兩量測模組的四象限感測器相連接且內建有一運算軟體；儀器設置：將該模具設置於一機台可水平移動的移動平台上，並將兩雷射發射器固設於該機台上且分別朝向該模具的兩標記圖案，兩四象限感測器固設於該機台上且分別用以接收經過兩標記圖案後的雷射光，該控制器與該機台的移動平台相連接，藉以控制該移動平台的移動；光學對位：由各雷射發射器朝該模具射出一雷射光，並透過該控制器控制該移動平台移動的方式，使該模具相對兩雷射發射器移動，讓兩雷射光藉由該移動平台的移動而對於該模具進行掃描，該控制器係先驅動該移動平台沿單一軸方向移動，使雷射光將該標記圖案的兩邊緣的點射至相對應的四象限感測器中，並將其轉換成兩相對應的位置訊號傳送至該控制器中進行儲存，再透過該控制器驅動該移動平台沿另一軸方向移動，使該雷射光將該標記圖案的另外兩邊緣的點射至相對應的四象限感測器中，並轉換成兩相對應的位置訊號傳送至該控制器中進行儲存；以及對位操作：當透過移動該移動平台及各四象限感測器 而取得兩標記圖案各邊緣的位置訊號後，經由該運算軟體對於所儲存的位置訊號進行運算，可得到各標記圖案的中心點位置，將該中心點位置的座標值輸入該控制器中，由該控制器驅動該移動平台移動的方式，透過各雷射光移動至相對應標記圖案中心點的方式，即可準確地將該模具移動至正確位置，以便進行後續的製造流程。
2. 如請求項1所述之光學式對位量測方法，其中在儀器設置的操作步驟中，將各量測模組的雷射發射器及四象限感測器分別設於該模具的頂部及底部，使該雷射發射器的雷射光經該模具的標記圖案後射入該四象限感測器中。
3. 如請求項1所述之光學式對位量測方法，其中在準備一光學式對位量測裝置的操作步驟中，在各量測模組的該雷射發射器及該模具間設置一分光鏡，於各標記圖案上塗佈一反射塗料，且在儀器設置的操作步驟中，該四象限感測器係設於該模具的一側，用以接收經該分光鏡的雷射光。
4. 如請求項3所述之光學式對位量測方法，其中在光學對位的操作步驟中，各雷射光係射入相對的分光鏡後，穿透該分光鏡並射入該模具相對應的標記圖案中，且於反射後經該分光鏡而射入相對應的四象限感測器中。
5. 如請求項1至4中任一項所述之光學式對位量測方法，其中在對位操作的操作步驟中，係分別將兩軸向的兩邊緣之位置除以2後，即可分別得到該標記圖案於兩軸向的中心點位置。
6. 一種光學式對位量測裝置，其係包含有一模具、兩 量測模組及一控制器，其中：該模具上設置有兩標記圖案；各量測模組設有一雷射發射器及一四象限感測器，該雷射發射器朝該模具上其中一標記圖案射出一雷射光，該四象限感測器用以接收經過該標記圖案後的雷射光；以及該控制器係與兩量測模組的四象限感測器相連接且內建有一運算軟體。
7. 如請求項6所述之光學式對位量測裝置，其中該模具係為一透明物件，而各標記圖案係為一凹設於該模具上的圓形標記。
8. 如請求項6所述之光學式對位量測裝置，其中該模具係為一透明物件，而各標記圖案係為一該模具上的十字形標記。
9. 如請求項7或8所述之光學式對位量測裝置，其中各量測模組的雷射發射器及四象限感測器係分別設於該模具的頂部及底部，使該雷射發射器的雷射光經該模具的標記圖案後射入該四象限感測器中。
10. 如請求項6所述之光學式對位量測裝置，其中該模具係為一不透明物件，而各標記圖案係為一凹設於該模具上的圓形標記且塗佈有一反射塗料，且各量測模組於該雷射發射器及該模具間設有一分光鏡，而該四象限感測器係設於該模具的一側，用以接收經該分光鏡的雷射光。