[发明专利]测量镜面反射表面的相对位置的方法和装置

说明书

优先权

本申请要求2009年4月30日提交的题为“测量镜面反射表面的相对位置的方法和系统(METHOD AND SYSTEM FOR MEASURINGRELATIVE POSITIONS OF A SPECULAR REFLECTION SURFACE)”的美国专利申请No.12/433,257的优先权。

技术领域

本申请涉及到表面的距离的测量。具体而言，本发明涉及通过三角测量来测量到镜面反射表面的距离的方法和装置。

背景

三角测量计用于测量到对象表面的距离，尤其是在不希望用诸如探头之类的物理装置接触感兴趣的表面的情况下。诸如此类的情况例如可以是具有原始表面的通过熔融形成的玻璃板，在该情况下期望保持表面的原始质量。这样的玻璃表面对可见光起镜面的作用。在玻璃制造中，到表面的距离的测量例如可用来找出玻璃表面位置，以使玻璃表面上的一点进入检查或处理设备的焦点。

在本公开内容中，术语“测量线”指的是与位移测量装置相关联的直线，受测面沿该直线的位移被定义为测量线与受测面相交的点的相对位置。术语“测量方向”指的是测量线的方向。术语“角度容限”指的是不论受测表面与标称取向的倾斜(在某个角度范围内)如何，位移计沿测量线产生位移值的能力。换言之，由某个角度范围内的表面倾斜引起的绝对测量误差不会超过对给定装置规定的测量误差。术语“标称位置”和“标称倾斜”分别指的是优选受测表面位置和倾斜。标称位置和标称倾斜的具体定义取决于测量方法，且将在以下给出。

图1示出了光学三角测量计如何在漫反射面的情况下工作(例如参见专利公开No.JP2001050711(A)(Koji，2001))。来自光源12(通常为激光二极管)的输入光线10通过投影透镜14投射到漫反射面16的位置13处。由输入光线10提供的光在表面16的光斑11处沿多个方向散射，其中标识为反射光线18的散射光的一部分通过物镜20到达检测器22。物镜20可在检测器22上的位置17处形成光斑11的图像。设16′表示位置13′处的表面16。然后，输入光线10在表面16′处提供光斑11′。光斑11′处的光沿多个方向散射，其中标识为反射光线18′的散射光的一部分通过物镜20到达检测器22。物镜20可在检测器22上的位置17′处形成光斑11′的图像。一般而言，图像在检测器22上的位置取决于表面16沿输入光线10的方向的位置。如果表面16从位置13移至13′，则光斑在检测器22上的相应图像的位置将从17移至17′。因此，如果输入光线10的方向被选择为测量方向，则图像在检测器22上的位置与表面16沿输入光线10的方向的位置之间的对应性得以良好定义。在图1中给出的示例中，沿输入光线10的直线是测量线。

校准程序可用于建立转换函数，用于获得表面16沿测量线的位置值，该位置值为反射光线18在检测器22上的图像位置的函数。对于漫反射面16，如果漫射角宽到足以提供反射光的充足部分通过物镜20并被检测器22检测到，则图像在检测器22上的位置对表面16相对于入射光线10的倾斜不敏感。这意味着，输入光线10可在测量方向与表面法线之间的相对宽泛范围角度内入射在表面16上，以提供被物镜20所接收的反射光的充足部分以在检测器22上形成图像，从而使该装置可靠地用于在相对大的表面倾角下测量到漫反射面的距离。在该情况下，标称表面位置可定义为提供最高位移测量准确度的受测表面在工作位置范围内的位置。标称倾斜可定义为使检测器所接收的光的量最大化的受测表面相对于位移计的倾斜。