表面形貌量测方法及其装置制造方法及图纸

一种表面形貌量测装置，用于量测一待测物的表面形貌，包含：一激光单元，其发射激光至该待测物的表面以形成一激光定位点；一量测单元，根据激光定位点进行待测物表面的量测；以及一移动平台，其夹持该激光一单元与该量测单元中之一进行至少一维的移动；其中，该待测物与激光单元彼此间的相对位置不改变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为一种表面形貌量测方法及其装置，尤其是有关于一种利用激 光光辅助定位以进行迭合多张物体表面形貌影像的量测方法及其装置。
技术介绍
在微小结构物的量测上，光干涉技术因为具有快速、精细度高、以及 非破坏性检测等优点，而普遍地被应用，但是对于倾斜度过高的表面形貌， 则会因为反射光的角度过大，无法被感应设备正确地侦测到，而发生量测 信息不足的现象。公知的处理方式，是将待测物或量测仪器位移、并摆动至特定的角度进行测量，而得到多张量测影像；然后由位移量及摆动的角度推算每张量 测影像的空间关系；再根据彼此的关连性，迭合出最后的结果。美国专利第5940181号是使用上述方法进行非球面待测物的量测。采 用这种对位方式的需求是量测仪器必须要能精确地提供诸如位移童及摆 动角度等各项环境变量，否则， 一点微小的误差就会让影像在迭合时，因 为空间坐标的转换而造成极大的偏移。要增加影像迭合的精确度，主要的处理方式分成硬件及软件两方面硬件上，是以精密的组件来架设机构，使得量测时仪器的误差能在特定的范围的内;软件上，则是以算法来修正对住的误差，其中，Besl.等人提出的 Iterative Closest Point (ICP)就是一种适用于三维空间对位、且具有普遍性 的演算方式。然而以上的两种处理方式还是有各自的问题要面对硬件上，更精密的机构代表仪器的成本和仪器的复杂度会有所增加；软件上，如 Rusinkiewicz.所分析，即使如ICP这么强大的算法，还是有它的极限存在， 例如没有明显特征的形貌就会造成它运算的不稳定性，而这种没有明显特 征的现象却普遍存在于微小结构的量测之中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种表面形貌量测方法及其装置，其以激光定位点来校正量测影像问的偏移，故可容许较多机构上的误差且能大幅降低算法的复杂度，以达成物体表面形貌影像迭合的目的。为实现上述目的，本专利技术提供的表面形貌量测装置，用于量测一待测物的表面形貌，包含一激光单元，其发射激光至该待测物的表面以形成一激光定位点； 一量测单元，根据激光定位点进行待测物表面的量测；以及 一移动平台，其夹持该激光单元与该量测单元中之一进行至少一维的移动；其中，该待测物与激光单元彼此间的相对位置不改变。 所述的表面形貌量测装置，其中，该激光单元还包含供激光通过的一透镜。所述的表面形貌量测装置，其中，该移动平台是进行四维移动所述的表面形貌量测装置，其中，该四维移动包括X、 Y、 Z三维方 向的移动及沿XZ平面的旋转。所述的表面形貌量测装置，其中，该移动平台夹持该激光单元与该待 测物。所述的表面形貌量测装置，其中，该移动平台夹持该量测单元。 所述的表面形貌量测装置，其中，该量测单元为量测镜头。 本专利技术提供的表面形貌量测方法，用于量测一待测物的表面形貌，包含(1) 提供一激光单元、 一量测单元以及一移动平台，其中该激光单元 发射激光至该待测物的表面以形成一激光定位点，该量测单元根据激光定 位点进行待测物表面的量测，该移动平台夹持该激光单元与该量测单元中之一于X、 Y、 Z三维方向上进行移动及沿XZ平面旋转，且该待测物与 激光单元彼此间的相对位置不改变；(2) 调整该移动平台，使该量测单元对该待测物进行对焦；(3) 将该移动平台沿Y轴旋转一特定角度；(4) 调整该移动平台的Z方向，使量测单元对该待测物进行精密对焦， 以获得一第一影像；(5) 重复步骤(3)至(4)，以获得一第二影像；以及(6) 以该激光定位点做为参考点，进行第一影像与第二影像的迭合以 获得待测物的表面形貌。所述的表面形貌量测方法，其中，该步骤(2)还包含有下列步骤 (2-1)调整该移动平台的X方向与Y方向，使量测单元对准该移动平台的X轴与Y轴交点；以及(2-2)调整该移动平台的Z方向，使量测单元对该待测物进行初步对焦。所述的表面形貌量测方法，其中，步骤(6)包含(6-1)对各影像，以任意点为旋转中心，反转量测时的Y轴旋转量；(6-2)以较高的阀值撷取激光定位点；(6-3)根据激光定位点在影像中的相对位置，进行X方向和Y方向的 偏移校正；(6-4)根据激光定位点上的形貌的高度值，进行Z方向上相对高度的 偏移校正；以及(6-5)将校正后的影像进行迭合。所述的表面形貌量测方法，其中，该激光单元还包含供激光通过的一 透镜。所述的表面形貌量测方法，其中，该移动平台夹持该激光单元与该待 测物。所述的表面形貌量测方法，其中，该移动平台夹持该量测单元。 所述的表面形貌量测方法，其中，该量测单元为量测镜头。 本专利技术所能产生的效益为1) 由于本专利技术是以多张影像迭合出待测物整体的量测结果，因此镜 头的放大比例可以提高，故可增加精细度。2) 由移动平台的位移与摆动，可以避免待测物的倾斜度过大时，量测单元接收不到反射光的物理限制；3)对位的演算较为容易，并且不会有求不到解的情况。 附图说明图l为本专利技术表面形貌量测装置的系统示意图； 图2为本专利技术表面形貌量测装置旋转一角度后的系统示意图； 图3为本专利技术表面形貌量测方法的流程图；以及 图4为本专利技术表面形貌量测方法的影像迭合流程图。附图中主要标记符号说明10-激光单元12-量测单元14-移动平台16-待测物100-透镜102-激光定位点具体实施例方式为能对本专利技术的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，配合附图 详细说明如后。图1为本专利技术表面形貌量测装置的系统示意图。本专利技术的表面形貌量 测装置包含 一激光单元10、 一量测单元12以及一移动平台14，该激光 单元10发射激光并经透镜100而到达一待测物16的表面，并在待测物16 的表面上形成一激光定位点102;该量测单元12则根据激光定位点102 进行待测物16表面轮廓的量测；该移动平台14夹持该激光单元10或该量测单元12中之一者进行四维的移动，此处的四维是指X轴方向、Y轴 方向、Z轴方向的移动，以及沿XZ平面的旋转。于图1中，待测物16与激光单元100彼此间的相对位置不改变，亦 即该待测物16与激光单元100是保持固定或一起作动，如此激光定位点 102在待测物16上的位置便不会因为移动平台14的调整而改变，如图2 所示(该图即为移动平台14旋转一角度a后的示意图)；因此多张量测得到 的影像，可以根据激光定位点14在影像中的坐标来判断彼此之间的相对 关系因而使影像可进行精确的迭合。再请参照图3，该图为本专利技术表面形貌量测方法的流程图。本专利技术的 表面形貌量测方法是利用图l所示的装置来达成量测的目的，其中步骤31-调整该移动平台的X方向与Y方向，使量测单元对准该移动 平台的X轴与Y轴交点；步骤32-调整该移动平台的Z方向，使量测单元对该待测物进行初步 对焦；步骤33-将该移动平台沿Y轴旋转一特定角度；步骤34-调整该移动平台的Z方向，使量测单元对该待测物进行精密 对焦，以获得一第一影像；步骤35-重复步骤33至步骤34,以获得一第二影像；以及步骤36-以该激光定位点做为参考点，进行第一影像与第二影像的迭 合(stitch)以获得待测物的表面形貌。为了使上述步骤36的迭合过程更加清楚明了 ，步骤36的详细'流程如 图4所示，其中步骤41-对各影像，以任意点为旋转中心，反转量测时的Y轴旋转量; 步骤42-以较高的阀值撷取激光定位点；步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面形貌量测装置，用于量测一待测物的表面形貌，包含：　一激光单元，其发射激光至该待测物的表面以形成一激光定位点；　一量测单元，根据激光定位点进行待测物表面的量测；以及　一移动平台，其夹持该激光单元与该量测单元中之一者进行至少一维的移动；　其中，该待测物与激光单元彼此间的相对位置不改变。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏彦祯，陈俊贤，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]