專利名稱：三維測量裝置和三維測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量待測物體表面凸凹高度的三維測量裝置，以及三維測量方法。待測物體例如可以是電路板，而且利用三維測量裝置和三維測量方法測量電路板上安裝的電子元件的高度。
目前已有各種用于測量待測物體表面凸凹高度的三維測量裝置。其中在一種三維測量裝置中，用激光束對物體進(jìn)行掃描并用PSD(接收光的位置敏感檢測器)或類似物接收得到的反射光，由此測得光點(diǎn)位置(在PSD或類似物上聚焦的光點(diǎn)在PSD或類似物上的位置)并利用三角測量原理確定出高度。
在下文中，將參照


例如在日本公開專利公報(bào)5-312536中公開的三維測量裝置。
圖7是表示現(xiàn)有三維測量裝置30結(jié)構(gòu)的方框圖。
參照圖7，參考標(biāo)號1表示光發(fā)射用激光器；2表示光傳輸聚光透鏡；3表示多角鏡；4表示使多角鏡3沿箭頭I方向轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電機(jī)；5表示發(fā)送控制信號以便對驅(qū)動電機(jī)4進(jìn)行運(yùn)行控制的電機(jī)控制器；6表示根據(jù)電機(jī)控制器5發(fā)送的控制信號把電流送到驅(qū)動電機(jī)4上的電流驅(qū)動器；7表示待測物體；9表示產(chǎn)生脈沖信號的振蕩器；10表示接收光的聚光鏡，其匯聚從測量表面上反射的激光束；11表示PSD(接收光的位置敏感檢測器)，其檢測由聚光鏡匯聚和聚焦的激光束的光點(diǎn)位置；12表示A/D(模擬-數(shù)字)轉(zhuǎn)換器，其根據(jù)由振蕩器9傳輸?shù)拿}沖信號把PSD11的輸出信號從模擬形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；13表示計(jì)算單元，其根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器12的輸出信號計(jì)算高度信息；15表示移動載物臺，其上置有物體7；16表示用于沿Y方向移動所述載物臺的脈沖電機(jī)；25表示對脈沖電機(jī)16的驅(qū)動進(jìn)行控制的控制器。
下面將參照包含上述元件的已有三維測量裝置30說明各元件之間的關(guān)系及其工作原理。
首先在光傳輸系統(tǒng)中，從光發(fā)射用激光器1發(fā)出的激光束穿過光傳輸聚光透鏡2送達(dá)多角鏡3。由電流驅(qū)動器6產(chǎn)生的電機(jī)電流按照電機(jī)控制器5發(fā)送的控制信號送到電機(jī)4，由此使電機(jī)4或多角鏡3沿箭頭I的方向以恒定速度轉(zhuǎn)動。而且，如圖中所示，隨著多角鏡3沿箭頭1的方向以恒定速度轉(zhuǎn)動，由多角鏡3反射后送到物體7表面7a上的激光束20在箭頭II的方向上以恒定速度通常沿X方向從掃描開始位置21到掃描結(jié)束位置22對物體7的表面7a進(jìn)行掃描。
此外，在激光束對物體7的表面7a進(jìn)行掃描的同時，電機(jī)16在控制器25的控制下使物體7在Y方向上以恒定速度移動。因此，激光對表面7a的掃描實(shí)際上并不是在完全平行于X軸的方向上進(jìn)行，而是如圖10所示與X方向稍有傾斜。
繼之，在光接收系統(tǒng)中，由物體7的表面7a反射的反射激光束通過光接收聚光透鏡10聚焦在PSD11上。此外，如圖9所示，PSD11上的光點(diǎn)位置將相對物體7的凸凹表面7a移動。因此，通過檢測PSD11上的移動量M可以利用三角測量原理來確定凸凹量H。
在接收光的位置檢測系統(tǒng)中，正比于聚焦在PSD11上的光點(diǎn)位置和光量的輸出信號從PSD11的輸出端11a，11b傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器12。A/D轉(zhuǎn)換器12借助由振蕩器9發(fā)出的脈沖信號把PSD11的輸出值從摸擬形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式并把數(shù)字值A(chǔ)，B傳送到計(jì)算單元13。振蕩器9還把脈沖信號傳送到計(jì)算單元13。計(jì)算單元13針對數(shù)字值A(chǔ)、B根據(jù)計(jì)算公式P＝A/(A+B)進(jìn)行運(yùn)算，并輸出運(yùn)算結(jié)果作為高度信息。
在上述已有的三維測量裝置30中，光傳輸系統(tǒng)通常是由高速掃描系統(tǒng)或低速掃描系統(tǒng)構(gòu)成的，在高速掃描系統(tǒng)中，多角鏡3由電機(jī)4帶動產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，而在低速掃描系統(tǒng)中，用于放置物體7的載物臺在脈沖電機(jī)或伺服電機(jī)的帶動下產(chǎn)生移動。在這些系統(tǒng)中，為了使每個電機(jī)保持恒定的轉(zhuǎn)速，通常需要頻繁地接通和斷開送到電機(jī)的電機(jī)電流。同時，由于在接通和斷開電機(jī)電流時會產(chǎn)生電噪聲，而電噪聲將影響光點(diǎn)位置檢測電路，所以存在難以提高高度信息測量精度的缺點(diǎn)。下面將參照圖8對此進(jìn)行更詳細(xì)地解釋。
如果沒有任何電噪聲的影響，PSD11的輸出信號將為正常波形42，該波形中沒有出現(xiàn)圖8B中所示的噪聲信號41。而另一方面，電機(jī)控制器5傳送圖8A中所示的控制信號43。另外，電流驅(qū)動器6響應(yīng)控制信號43把電機(jī)電流送到電機(jī)4。因此，在電機(jī)電流的上升沿和下降沿時間t1，t3等時刻產(chǎn)生電噪聲，這將使PSD11的輸出信號中帶有噪聲信號41。而且，在A/D轉(zhuǎn)換器12中，如圖8B和8C中的時刻t2所示，如果在產(chǎn)生噪聲信號41的時間周期內(nèi)完成在從振蕩器9送出的脈沖信號44(見圖2B)的上升沿對PSD11輸出信號的采樣，那么將采集到噪聲信號41，從而會在從計(jì)算單元13輸出的高度信號中出現(xiàn)噪聲信息45。然而，在時刻t3，由于控制信號43的下降沿(即電機(jī)電流的下降沿)和振蕩器9的脈沖信號44的上升沿(PSD11輸出信號的采樣時間)同時出現(xiàn)所以沒有采集噪聲信號41，因而對高度信息不會產(chǎn)生不利影響。由上述情況可以看出，因送到電機(jī)4的電機(jī)電流通-斷引起的電噪聲會降低計(jì)算單元13輸出的高度信息的精度。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠高精度測量高度信息的三維測量裝置和三維測量方法。
為了實(shí)現(xiàn)這些和其它目的，按照本發(fā)明的第一方面，所提供的一種三維測量裝置包括在控制掃描操作的同時借助光束對待測物體的凸凹表面進(jìn)行掃描的光束掃描單元；和用于接收在掃描過程中由凸凹表面反射的反射光束的檢測器單元，從反射光束中得到與物體凸凹狀態(tài)有關(guān)的高度信息，并從檢測器中送出高度信息，這些信息中不包含因在對光束掃描單元中的光束掃描操作進(jìn)行時產(chǎn)生的噪聲而導(dǎo)致的噪聲信息。
按照本發(fā)明的第二方面，所提供的三維測量裝置包括在控制掃描操作的同時借助光束對待測物體的凸凹表面進(jìn)行掃描的光束掃描單元；和用于接收在掃描過程中由凸凹表面反射的反射光束并由此得到與物體凸凹狀態(tài)有關(guān)的高度信息的檢測器單元；用于傳輸從檢測器單元送出的高度信息信息傳輸調(diào)節(jié)單元，這些信息中不包含因在對光束掃描單元中的光束掃描操作進(jìn)行時產(chǎn)生的噪聲而導(dǎo)致的噪聲信息。
按照本發(fā)明的第三方面，提供一種按第二方面所述的三維測量裝置，其中信息傳輸調(diào)節(jié)單元是一個同步單元，其使得在控制掃描操作期間產(chǎn)生噪聲的噪聲形成時間與檢測單元中的高度信息采樣時間彼此同步。
按照本發(fā)明的第四方面，提供一種按第三方面所述的三維測量裝置，該裝置進(jìn)一步包括一個用于產(chǎn)生脈沖信號的振蕩器，產(chǎn)生的脈沖信號被送入檢測單元以確定采樣時間，光束掃描單元包括光束產(chǎn)生源；使從光束發(fā)生源射出的光束形成反射的反射表面；用于移動反射表面使得光束相對于反射表面的反射角發(fā)生變化以便激光束對凸凹表面進(jìn)行掃描的反射表面驅(qū)動單元；和驅(qū)動控制信號發(fā)生單元，其根據(jù)對掃描操作的控制把驅(qū)動控制信號傳送到反射表面驅(qū)動單元以便通過對反射表面的驅(qū)動控制完成對光束掃描操作的控制，其中把由振蕩器傳輸?shù)拿}沖信號送到同步單元，而同步單元使得從驅(qū)動控制信號發(fā)生單元送出的驅(qū)動控制信號與傳送的脈沖信號同步。
按照本發(fā)明的第五方面，提供一種按第二方面所述的三維測量裝置，其中信息傳輸調(diào)節(jié)單元是一個無效單元，其在對光束掃描單元中的掃描操作進(jìn)行控制期間，在產(chǎn)生噪聲的噪聲形成階段內(nèi)使檢測器單元的高度信息無效。
按照本發(fā)明的第六方面，提供一種按第二到第五方面中任一方面所述的三維測量裝置，進(jìn)一步包括一個移動單元，該單元只在光束掃描單元不進(jìn)行光束掃描操作時才沿垂直于光束掃描的方向移動物體，以此改變掃描區(qū)域。
按照本發(fā)明的第七方面，提供一種三維測量方法，其包括在控制掃描操作的同時用光束對待測物體的凸凹表面進(jìn)行掃描；接收在掃描操作過程中由凸凹表面反射的反射光束；由此得到與物體凸凹狀態(tài)有關(guān)的高度信息；并發(fā)送高度信息，該信息中不包含因在光束掃描操作的控制中產(chǎn)生的噪聲而形成的噪聲信息。
按照本發(fā)明的第八方面，提供一種按第七方面所述的三維測量方法，其中在對不包含噪聲信息的高度信息發(fā)送的過程中，使掃描操作控制時產(chǎn)生噪聲的噪聲產(chǎn)生時間和高度信息采樣時間彼此同步。
按照本發(fā)明的第九方面，提供一種按第七方面所述的三維測量方法，其中在對不包含噪聲信息的高度信息傳輸?shù)倪^程中，使在控制掃描操作期間產(chǎn)生噪聲的噪聲產(chǎn)生周期內(nèi)的高度信息無效。
通過下面參照附圖對相關(guān)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的描述將使本發(fā)明的這些和其它方面以及特征變得加明顯，其中圖1是表示作為本發(fā)明第一實(shí)施例的三維測量裝置結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2A，2B，2C，2D和2E是說明圖1所示三維測量裝置工作情況的時基圖；圖3是表示作為本發(fā)明第二實(shí)施例的三維測量裝置結(jié)構(gòu)的方框圖；圖4A，4B，4C，4D，4E，4F和4G是說明圖3所示三維測量裝置工作情況的時基圖；圖5是表示作為本發(fā)明第三實(shí)施例的三維測量裝置結(jié)構(gòu)的方框圖6是表示在圖5所示的三維測量裝置中在待測物體上掃描方向的視圖；圖7是表示傳統(tǒng)三維測量裝置結(jié)構(gòu)的方框圖；圖8A，8B，8C和8D是說明圖7中所示三維測量裝置工作情況的時基圖；圖9是表示從物體表面的凸凹信息中獲取高度信息的原理圖；和圖10是表示在圖7所示的三維測量裝置中在物體表面上掃描方向的視圖。
在繼續(xù)描述本發(fā)明之前，應(yīng)提出的是在各附圖中用相同的參考標(biāo)號表示相同的部件。
下面將參照附圖描述本發(fā)明第一實(shí)施例中的三維測量裝置以及由該三維測量裝置完成的三維測量方法。應(yīng)注意的是在各附圖中用相同的標(biāo)號表示相同部件，并省略對它們的描述。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，光束掃描單元的功能是通過如上所述的例如光發(fā)射用激光器1、光傳輸聚光透鏡2、多角鏡3、驅(qū)動電機(jī)4、電機(jī)控制器5和電流驅(qū)動器6完成的。同樣在本發(fā)明的實(shí)施例中，檢測單元的功能是通過例如光接收聚光透鏡10、PSD11、A/D轉(zhuǎn)換器12和計(jì)算單元13完成的。
在下述實(shí)施例中，信息傳輸調(diào)節(jié)單元的功能是通過例如觸發(fā)電路8、無效單元14和控制器17完成的。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，反射表面驅(qū)動單元的功能是通過例如驅(qū)動電機(jī)4完成的。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，驅(qū)動器控制信號發(fā)生器的功能是通過例如電機(jī)控制器5和電流驅(qū)動器6完成的。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，移動控制單元的功能是通過例如脈沖電機(jī)16和控制器17完成的。
如上所述，驅(qū)動系統(tǒng)的電機(jī)電流會產(chǎn)生噪聲。然而，通過把第一實(shí)施例計(jì)設(shè)成使噪聲發(fā)生時刻和A/D轉(zhuǎn)換器12的采樣時刻之間達(dá)成一致，由此來調(diào)節(jié)信息的傳輸，從而不會把噪聲當(dāng)作高度信息進(jìn)行傳送。作為能實(shí)現(xiàn)可進(jìn)行這種同步操作的設(shè)備功能的例子，下面將描述一種在該實(shí)施例中設(shè)置的觸發(fā)電路8。
如圖1所示，在該實(shí)施例中的三維測量裝置100不同于圖7中所示的傳統(tǒng)三維測量裝置30，其中把響應(yīng)由電機(jī)控制器5輸出的控制信號進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存操作以便控制電機(jī)電流通斷時間的觸發(fā)電路8設(shè)置在電機(jī)控制器5的輸出側(cè)和電流驅(qū)動器6的輸入側(cè)。其它部分的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)三維測量裝置30的結(jié)構(gòu)相同。把由振蕩器9發(fā)出的脈沖信號作為時鐘信號送入觸發(fā)電路8。應(yīng)注意到，驅(qū)動器控制信號的作用是由例如電流驅(qū)動器6傳輸?shù)碾姍C(jī)電流實(shí)現(xiàn)的。
下面將描述具有上述結(jié)構(gòu)的三維測量裝置100的工作情況。
如圖2A所示，電機(jī)控制器5在例如已有技術(shù)中的時刻t1開始向觸發(fā)電路8傳送控制信號43。由于需要把由振蕩器9發(fā)出的脈沖信號作為時鐘信號送給觸發(fā)電路8，所以觸發(fā)電路8與脈沖信號44同步工作。因此，觸發(fā)電路8與脈沖信號44同步地把控制信號43傳送到電流驅(qū)動器。而且，如圖2C所示，當(dāng)電機(jī)控制器5開始傳送控制信號時電流驅(qū)動器6不是從時刻t1而是從時刻t2開始與振蕩器9的脈沖信號同步地向電機(jī)4傳輸電機(jī)電流101。
由于電機(jī)電流101是從電流驅(qū)動器6流向電機(jī)4，所以如圖2D所示，當(dāng)超過某個時間點(diǎn)例如電機(jī)電流101的上升沿時間t2的特定時間階段時就會在PSD11的輸出信號中出現(xiàn)噪聲信號。此外，圖2D中用虛線表示的噪聲信號41顯示的是已有技術(shù)的情況。
同時，由于由振蕩器9發(fā)出的脈沖信號44也送到A/D轉(zhuǎn)換器12和計(jì)算單元13，所以A/D轉(zhuǎn)換器12對PSD11的輸出信號進(jìn)行采樣的時間與脈沖信號44同步。因此，盡管如上所述，在時刻t2，PSD11的輸出信號中會產(chǎn)生噪聲信號102，但是由于A/D轉(zhuǎn)換器12在時刻t2對PSD11的輸出信號進(jìn)行采樣，所以噪聲信號102將不會對高度信息有任何影響。而且，如圖2A，2C，2D所示，甚至可以在電機(jī)電流101的下降沿，即圖中的時刻t6對PSD11的輸出信號進(jìn)行采樣。因此，如圖2E所示，從計(jì)算單元13傳出的最終的高度信息不會受到噪聲的任何影響。
從上述可以看出，該實(shí)施例中三維裝置100能夠高精度地測量高度信息。
雖然在該實(shí)施例中使用數(shù)字式計(jì)算單元13來計(jì)算光點(diǎn)位置，但是也可以用模擬計(jì)算單元代替之。
還可以設(shè)置一個延遲元件，該元件接收來自振蕩器9的脈沖信號以便向A/D轉(zhuǎn)換器12和觸發(fā)電路8輸送延遲的脈沖信號，用這種方式可以對A/D轉(zhuǎn)換器12中的采樣時間和電流驅(qū)動器6輸出的電機(jī)電流的時間進(jìn)行精密調(diào)節(jié)。
此外，為了驅(qū)動脈沖電機(jī)16，可以用觸發(fā)電路8來完成以上操作。
還可以在振蕩器9發(fā)送脈沖信號44的基礎(chǔ)上產(chǎn)生由電機(jī)控制器5發(fā)送的控制信號43。在這種情況下，不需要設(shè)置上述觸發(fā)電路8。
下面將描述本發(fā)明第二實(shí)施例所述的三維測量裝置110。在這個三維測量裝置110中，為了調(diào)節(jié)高度信息的傳輸使上述噪聲不隨高度信息傳輸，而設(shè)置了一個無效單元14，該單元能使因在掃描操作控制期間產(chǎn)生的噪聲而引出的任何噪聲信息無效。應(yīng)注意到，如圖3所示，三維測量裝置110除設(shè)置了無效單元14外，其它均與圖7中所示傳統(tǒng)三維測量裝置30的結(jié)構(gòu)相似。
如圖3所示，無效單元14包括觸發(fā)電路113、XOR(或)電路114和AND電路115。把由電機(jī)控制器5發(fā)送的控制信號43送到觸發(fā)電路113，并將振蕩器9發(fā)送的脈沖信號44作為時鐘信號送到觸發(fā)電路113，得到的輸出信號傳送到XOR電路114的一個輸入端，XOR電路的另一個輸入端輸入振蕩器9的脈沖信號44。XOR電路114的輸出信號發(fā)送到AND電路115的一個輸入端，AND電路115的另一個輸入端輸送的是振蕩器9的脈沖信號44。AND電路115的輸出信號作為時鐘信號傳送到計(jì)算單元13。如下面所述，具有述結(jié)構(gòu)的無效單元14在產(chǎn)生噪聲的周期內(nèi)將不向計(jì)算單元13傳送時鐘信號。
下面將解釋具有上述結(jié)構(gòu)的三維測量裝置110的工作情況。除了與無效單元14有關(guān)的情況外，其它工作情況均與已有三維測量裝置30相似。因此，下面的描述將主要涉及與無效單元14有關(guān)的工作狀態(tài)。
如圖4A所示，電流驅(qū)動器6根據(jù)電機(jī)控制器5傳送的控制信號43在時刻t1開始向電機(jī)4輸送電流。此外，如上所述且如圖4F所示，在從時刻t1開始的特定時間階段內(nèi)在PSD11的輸出信號中持續(xù)產(chǎn)生噪聲信號41。同時，由于數(shù)據(jù)終端觸發(fā)電路113在接收電機(jī)控制器5傳輸?shù)目刂菩盘?3的同時還接收來自振蕩器9的脈沖信號44(見4B)作為時鐘信號，所以如圖4C所示，得到的輸出信號111在時刻t4開始上升。觸發(fā)電路113的這一輸出信號傳送到XOR電路114的一個輸入端，電路114的另一個輸入端接收振蕩器9的脈沖信號44。因此，XOR電路114的輸出信號112形成一種如圖4D所示在從時刻t1到時刻t4的周期內(nèi)保持上升的信號。將XOR電路114的這一輸出信號112反向并輸送到AND電路115的一個輸入端。由于AND電路115的另一個輸入端接收由振蕩器9傳輸?shù)拿}沖信號44，所以在圖4E所示的時刻t1到時刻t4的階段內(nèi)時鐘信號116決不會從AND電路115到達(dá)計(jì)算單元13。
如上所述，在從時刻t1開始的特定時間階段內(nèi)，噪聲信號41被送入計(jì)算單元13。然而，由于在從時刻t1到時刻t4的階段內(nèi)時鐘信號116并不從AND電路115傳送到計(jì)算單元13，所以在從時刻t1到時刻t4的階段內(nèi)傳送到計(jì)算單元13的信號是無效的。而且，計(jì)算單元13并不把在時刻t1到時刻t4的階段內(nèi)輸送的信息作為高度信息進(jìn)行傳送。所以，決不會把噪聲信號作為高度信息傳送到外部。用這種方式，三維測量裝置110能夠在不受因電機(jī)電流引起的噪聲的影響下高精度測量高度信息。
就包含無效信息的各階段的高度信息而言，計(jì)算單元13在例如如圖4G中的時刻tA傳輸高度信息。另外，還可以使計(jì)算單元13在時刻tA不傳輸通常的高度信息，而是傳輸通過內(nèi)插處理得到的更高精度的高度信息，例如時刻tA的高度信息和時刻tC的高度信息之間的平均值或是在時刻tB對Y方向的一次掃描之前和之后的高度信息進(jìn)行平均后的信息。
此外，與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相比，第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)由于對驅(qū)動系統(tǒng)的控制產(chǎn)生的影響很小，所以它能實(shí)現(xiàn)更高精度的掃描。
下面參照圖5說明按照本發(fā)明第三實(shí)施例所述的三維測量裝置120。
如上所述，在第一和第二實(shí)施例的三維測量裝置100、110中，與傳統(tǒng)的三維測量裝置30一樣，是在沿Y方向以恒定速度移動物體7的同時用激光束對物體7的表面7a進(jìn)行掃描。所以，如圖1和3所示，輸送到電機(jī)6的電機(jī)電流會產(chǎn)生影響PSD11輸出信號的噪聲信號。從這個觀點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)了該實(shí)施例的三維測量裝置120，這個裝置使PSD11的輸出信號不會受到因向電機(jī)16輸送使物體7沿Y方向運(yùn)動所需電機(jī)電流而引發(fā)的任何噪聲的影響。圖5示出了一種以第一實(shí)施例中的三維測量裝置100為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，其中PSD11的輸出信號不會受到因向電機(jī)16輸送沿Y方向運(yùn)動所需電機(jī)電流而產(chǎn)生的任何噪聲的影響。然而，該結(jié)構(gòu)也可以以第二實(shí)施例中的三維測量裝置110為基礎(chǔ)。此外，所述結(jié)構(gòu)還可以是第三實(shí)施例所述三維測量裝置120獨(dú)有的與三維測量裝置100或110不同的結(jié)構(gòu)。
下面將描述該實(shí)施例中三維測量裝置120的結(jié)構(gòu)。
與圖1所示三維測量裝置100的結(jié)構(gòu)相比，圖5所示的三維測量裝置包括代替控制器25并控制脈沖電機(jī)16驅(qū)動的控制器17和用于檢測電機(jī)4的轉(zhuǎn)動位置并把最終的檢測信號送到控制器17的轉(zhuǎn)動位置檢測器18。其它結(jié)構(gòu)均與三維測量裝置100相同，因此省略對這些部分的說明。
現(xiàn)在解釋按上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的三維測量裝置120的工作情況。
如圖中所示，多角鏡3是多面體形狀。所以當(dāng)激光束連續(xù)照在彼此相鄰的反射鏡121和反射鏡122之間的邊界123上時，將不對物體7進(jìn)行掃描。因此，通過把代表激光連續(xù)照到邊界123上的階段信號從轉(zhuǎn)動位置檢測器18傳送到控制器17，使控制器17只在激光照射邊界123的階段內(nèi)把電機(jī)電流送到電機(jī)16，便可以使移動載物臺15如圖6所示在Y方向上移動一定距離421。盡管在向脈沖電機(jī)16輸送電機(jī)電流時會產(chǎn)生噪聲，但是在該時刻掃描并不受此影響，所以即使是在PSD11的輸出信號中混有噪聲，也不會把噪聲作為高度信息傳輸。另一方面，在用激光束沿X方向?qū)ξ矬w7的表面7a進(jìn)行掃描時，決不會把電機(jī)電流送到脈沖電機(jī)16，所以在PSD11的輸出信號中不會產(chǎn)生因向脈沖電機(jī)16輸送電機(jī)電流而出現(xiàn)的噪聲。
正如上述第一實(shí)施例的三維測量裝置100那樣，對因向電機(jī)4輸送電機(jī)電流而引起的噪聲而言，由于產(chǎn)生噪聲的時間和PSD11輸出信號的采樣時間彼此同步，所以不會把噪聲作為高度信息從計(jì)算單元13中輸出。由于三維測量裝置120能夠在不能消除噪聲的極短采樣階段內(nèi)進(jìn)行高精度采樣，因此，三維測量裝置120能夠高精度地測量高度信息和獲得高精度測量結(jié)果。
如上面詳細(xì)描述的那樣，接照本發(fā)明第一和第二方面所述的三維測量裝置以及本發(fā)明第七方面所述的三維測量方法，可以在對用光束照射物體的掃描操作進(jìn)行控制時傳輸高度信息，該高度信息不包含因產(chǎn)生噪聲而引發(fā)的噪聲信息。這樣便可以提供能高精度測量高度信息的三維測量裝置和方法。
按照本發(fā)明第三和第八方面所述的三維測量裝置和方法，由于產(chǎn)生噪聲的噪聲發(fā)生時間和在檢測器中對高度信息進(jìn)行采樣的時間是彼此同步的，所以在采樣時不會采集噪聲。因此，能夠提供一種可防止噪聲信息混入輸出的高度信息中并能以高精度測量高度信息的三維測量裝置和方法。
另外，按照本發(fā)明第五和第九方面所述的三維測量裝置和方法，由于在產(chǎn)生噪聲的噪聲發(fā)生階段內(nèi)包含噪聲的高度信息是無效的，所以包含噪聲的高度信息不可能作為高度信息傳輸。這樣就可以提供一種能夠高精度測量高度信息的三維測量裝置和方法。
在本文中所參照的申請日為1996年8月9日的日本專利公報(bào)8-210914整個公開文本包括說明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要。
雖然已參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作了完整說明，但是應(yīng)注意的是對熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，能夠?qū)Ρ景l(fā)明作出各種變化和改進(jìn)。很顯然，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，這些變化和改進(jìn)均包含在由所屬權(quán)利要求確定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.三維測量裝置，包括光束掃描單元(1，2，3，4，5，6)，該單元用光束對待測物體(7)的凸凹表面(7a)進(jìn)行掃描，同時控制掃描操作；和檢測單元(10，11，12，13)，該單元接收在掃描操作過程中由凸凹表面反射的反射光束，由此得到與物體凸凹狀況有關(guān)的高度信息，并發(fā)送檢測單元的高度信息，所述信息中不包含在對光束掃描單元中的光束掃描操作進(jìn)行控制期間因產(chǎn)生噪聲而引發(fā)的噪聲信息。
2.三維測量裝置，包括光束掃描單元(1，2，3，4，5，6)，該單元用光束對待測物體(7)的凸凹表面(7a)進(jìn)行掃描，同時控制掃描操作；和檢測單元(10，11，12，13)，該單元接收在掃描操作過程中由凸凹表面反射的反射光束并由此得到與物體凸凹狀況有關(guān)的高度信息；和信息傳輸調(diào)節(jié)單元(8，14，17)，該單元傳輸來自檢測單元的高度信息，所述信息中不包含在對光束掃描單元中的光束掃描操作進(jìn)行控制期間因產(chǎn)生噪聲而引發(fā)的噪聲信息。
3.按照權(quán)利要求2所述的三維測量裝置，其特征在于信息傳輸調(diào)節(jié)單元是用于使在掃描操作控制期間產(chǎn)生噪聲的噪聲發(fā)生時間和在檢測單元中對高度信息進(jìn)行采樣的時間彼此同步的同步單元(8)。
4.按照權(quán)利要求3所述的三維測量裝置，其特征在于進(jìn)一步包括一個用于產(chǎn)生脈沖信號的振蕩器(9)，將所述脈沖信號發(fā)送到檢測單元以確定采樣時間，光束掃描單元包括光束發(fā)生源(1)；對從光束發(fā)生源(1)發(fā)射的光束進(jìn)行反射的反射表面(121，122，3)；移動反射表面使光束相對反射表面的反射角發(fā)生變化，從而便于激光束對凸凹表面進(jìn)行掃描的反射表面驅(qū)動單元(4)；和驅(qū)動和控制信號發(fā)生單元(5，6)，該單元根據(jù)掃描操作的控制向反射表面驅(qū)動單元發(fā)送驅(qū)動控制信號以便通過控制反射表面的驅(qū)動完成對光束掃描操作的控制，其中把由振蕩器發(fā)出的脈沖信號傳送到同步單元，同步單元使從驅(qū)動控制信號發(fā)生單元發(fā)送的驅(qū)動控制信號與所傳送的脈沖信號同步。
5.按照權(quán)利要求2所述的三維測量裝置，其特征在于信息傳輸調(diào)節(jié)單元是一個無效單元(14)，在對光束掃描單元中的掃描操作進(jìn)行控制期間，該信息傳輸調(diào)節(jié)單元使得在噪聲發(fā)生的噪聲發(fā)生階段內(nèi)從檢測單元得到的高度信息無效。
6.按照權(quán)利要求2-5中任一權(quán)利要求所述的三維測量裝置，其特征在于進(jìn)一步包括一個多動單元(16，17，18)，該單元只有當(dāng)用光束掃描單元進(jìn)行光束掃描操作時，才在垂直于光束掃描的方向移動物體，由此改變掃描區(qū)域。
7.三維測量方法，包括在控制掃描操作的同時用光束對待測物體(7)的凸凹表面(7a)進(jìn)行掃描；接收在掃描操作過程中由凸凹表面反射的反射光束；由此得到與物體凸凹狀態(tài)有關(guān)的高度信息；和發(fā)送高度信息，該信息中不包含在控制光束掃描操作期間因產(chǎn)生噪聲而引發(fā)的噪聲信息。
8.按照權(quán)利要求7所述的三維測量方法，其特征在于在發(fā)送不包含噪聲信息的高度信息時，在控制掃描操作期間產(chǎn)生噪聲的噪聲發(fā)生時間和高度信息的采樣時間彼此同步。
9.按照權(quán)利要求7所述的三維測量方法，其特征在于在傳輸不包含噪聲信息的高度信息時，在控制掃描操作的過程中，高度信息在產(chǎn)生噪聲的噪聲發(fā)生周期內(nèi)無效。
全文摘要
三維測量裝置,其包括在控制掃描操作的同時用光束對物體的凸凹表面進(jìn)行掃描的光束掃描單元,和在掃描操作的過程中接收由凸凹表面反射的反射光束并由此測量物體凸凹表面高度信息的檢測單元,其中防止了在控制光束掃描操作期因產(chǎn)生的噪聲而引發(fā)的噪聲信息作為來自檢測單元的高度信息被發(fā)送。
文檔編號G01B11/24GK1179535SQ97118078
公開日1998年4月22日 申請日期1997年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月9日
發(fā)明者王生和弘, 辻村昌治, 上田陽一郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社