双雷射非接触式厚度量测系统及量测方法

摘要

本发明提供了一种双雷射非接触式厚度量测系统及方法，其具有一对可移动的雷射测量器；厚度校正治具配置在该对雷射量测器的运动路径中，并且提供基准厚度；讯号处理装置电性连接该对雷射测量器；如此该对雷射测量器可以扫描待测量物的相对二表面，再经由讯号比对便以获知待测量物的厚度；又使用一段时间后，该对雷射校测量器可重新对厚度校正治具取得测量讯号并与先前对应基准厚度的测量讯号比对，则可以获知雷射讯号漂移的情形；此外平行度校正治具系配置在该对雷射测量器上且提供平行度误差补偿值；将电射讯号漂移的校正值及平行度误差补偿值加入测量结果可以提高测量的准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种厚度量测系统及方法，特别是，一种具有双雷射非接触式的厚度测量系统及方法。该厚度量测系统具有一对雷射测量器用以测量一待测量物的厚度，且搭配一厚度校正治具及一平行度校正治具以分别产生一雷射讯号漂移补偿值与一平行度误差补偿值，并且加入待测量物的厚度计算中以提高测量的准确度。

背景技术

一般产业界可以利用游标尺或螺旋测微器来量测一待测量物厚度，这类工具需要直接地接触待测量物，所以不适用于表面为软性材质或是移动中的待测量物。

非接触式厚度量测系统可以用来测量移动的待测量物的厚度，或是表面为软性材质的待测量物的厚度。在非接触式厚度量测系统中可以使用涡电流-电容位移感测装置或是涡电流-雷射光感测装置来作为测量感测器。前者的设备费用相当高，不符合成本效益；后者则是使用过程中会产生雷射讯号漂移而导致测量结果不准。

无论使用哪一种测量设备都需要一个与待测量物平行的位移轴。然而无论是制造技术或组装技术都无法完全地使测量设备与待测量物完全平行，所以测量所得到的厚度会产生误差；在环境温度产生变化的情形下，机械组织架构会有相当程度的变形，因此讯号会产生漂移误差进而使厚度的测量结果不够精准。

前述技术所揭示的厚度测量设备存在以下需要解决的缺陷：1、使用涡电流-电容感测装置需要较高的设备成本；2、使用涡电流-雷射感测器，除了成本高之外更需进一步解决雷射讯号漂移对测量结果所产生的误差；3、常见的非接触式厚度量测系统的各构件间会有组装误差，以及环境温度所造成的热变形误差，因此需要解决各项误差对测量结果的影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双雷射非接触式厚度量测系统及方法，藉由一对雷射测量器扫描一移动中的待测量物的表面以取得测量讯号，经计算后可以获知该待测量物的厚度。

本发明的另一目的在于提供一种双雷射非接触式厚度量测系统及方法，其具有能够进行雷射讯号漂移的校正及平行度误差补偿，藉此校正或补偿因使用、环境温度及/或机械组织所带来的测量误差，并据以提高测量的准确性。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种双雷射非接触式厚度量测系统，用以量测待测量物的厚度，其特征在于：

一对可移动的雷射测量器，配置成互相地相对；

厚度校正治具，具有一基准厚度且配置在该对雷射量测器的运动路径中；

讯号处理装置，电性连接该对雷射测量器；

该对雷射测量器对该厚度校正治具取得二个测量讯号，该讯号处理装置以该对雷射测量器的测量讯号计算出基准值对应该基准厚度，及/或计算出雷射漂移误差补偿值用以补偿该待测量物的厚度测量值。

一种双雷射非接触式厚度量测系统，用以量测待测量物的厚度，其特征在于：

一对可移动的雷射测量器，配置成互相地相对；

平行度校正治具，具有校正感测器及校正感测治具且配置于该对雷射测量器上；

讯号处理装置，电性连接该对雷射测量器；

其中该对雷射测量器移动并用测量该待测物的厚度，且该对雷射测量器移动的过程中，该校正感测器对该校正感测治具取得数个测量讯号，并传送给讯号处理装置以计算出该对雷射测量器移动路径的各位置平行度补偿值。

一种双雷射非接触式厚度量测方法，其特征在于：包括如下步骤

基准厚度测量步骤，以一对雷射测量器对厚度校正治具进行测量以取得测量讯号，且经讯号处理系统计算出基准厚度；

待测量物厚度扫描步骤，该对雷射测量器移动且扫描待测量物的厚度方向的相对二表面，并产生数个测量讯号；

厚度计算步骤，该讯号处理装置接收该对雷射测量器对该待测量物所测得的各位置厚度讯号，经由计算且比对该基准厚度以得到测量厚度。

本发明的有益效果是：本发明所设计的厚度测量系统降低了既有同类型产品的成本，并且有效地提高了测量精度，避免了各种测量误差。

附图说明

图1为本发明厚度测量的原理示意图。

图2为本发明的结构组态示意图。

图3为本发明一种平行度校正治具的结构及工作示意图。

图4为本发明另一种平行度校正治具的结构及工作示意图。

图5为本发明电射测量器与各治具的执行与厚度计算的相互作用方块示意图。

图6为本发明的基准厚度测量步骤示意图。

图7为本发明的待测量物厚度扫描步骤示意图。

图8为本发明的雷射漂移校正示意图。

图9为本发明一种平行度误差补偿步骤示意图。

图10为本发明另一种平行度误差补偿步骤示意图。

图11为本发明执行非接触式厚度量测方法的方块图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

关于本发明的测量原理，参阅图1。当雷射测量器A对待测量物B发出测量光线L1，且测量光线L1经藉由该待测量物B表面形成一反射光线L2回到雷射测量器A，此时反射光线L2的光强度可以转换成第一讯号值；当待测量物B与该雷射测量器A之间的距离改变，则测量光线L1经藉由该待测量物B表面形成另一反射光线L3回到雷射测量器A，此时反射光线L3的光强度可以转换成第二讯号值；该第一讯号值与该第二讯号值的讯号关系可以被换算成距离(厚度)。

根据前述原理，参阅图2。本发明所设计的厚度测量系统，在机座10开设一贯穿构造的通道12用以供待测量物200(例如薄膜或板材)通过。

两个线轨13和14平行地配设在该通道12两侧。驱动机构15包括马达152、驱动传动轴154以及该传动轴154带动的两条时规皮带156和158转动。该驱动机构15配设在该机座10上，其中该时规皮带156和158分别平行于两个线轨13和14。

参阅图2，一对雷射测量器20包括一个第一雷射测量器21及一个第二雷射测量器22。雷射测量器21或22皆配置在滑块23和24上。该滑块23和24分别结合该时规皮带156或158上及线轨13和14。此外，雷射测量器21和22彼此相对且对准于同一铅直线。

厚度校正治具30，配置在该机座10上且位在该对雷射测量器20的位移路径中。该厚度校正治具30具有第一测量表面31及第二测量表面32。第一测量表面31与第二测量表面32之间的距离(厚度)能够保持固定值。因此第一测量表面31与第二测量表面32之间的厚度可以定义为基准厚度。

参阅图3，平行度校正治具40具有反射能力的片体42搭配测量器所构成；该片体42固设于第一雷射测量器21一侧，而该测量器为第二雷射测量器22。该第二雷射测量器22能够发出测量光线至该片体42，且光线能够反射回到第二雷射测量器22形成校正讯号。

参阅图4，该平行度校正治具40也可以由一涡电流感测器52及一涡电流感测治具54构成。该涡电流感测器52配置在第一雷射测量器21一侧，而涡电流感测治具54配置在第二雷射测量器22且相对该涡电流感测器52。

参阅图5，由上可知该对雷射测量器20与该厚度校正治具30的交互作用可以产生一个厚度测量讯号，例如电压值。该平行度校正治具40或50运作可以产生一个平行度补偿讯号，例如电压值。该厚度测量讯号被传送到讯号处理装置60，经分析计算可以对应出厚度值；该平行度补偿讯号被传送到讯号处理装置60，经分析计算可以对应出平行度误差补偿值。

参阅图6，关于基准厚度的量测基于基准厚度量测步骤70完成。该步骤系第一雷射测量器21与第二雷射测量器22移动且对准该厚度校正治具30的第一测量表面31与第二测量表面32。第一雷射测量器21可对第一测量表面31取得测量讯号(a0)；第二雷射测量器22可对第二测量表面32取得测量讯号(b0)；将测量讯号(a0，b0)传送到讯号处理装置(未显示)，并经过分析及计算可以获得该讯号值与厚度的对应关系，此时的厚度为基准厚度D0。

参阅图7，关于待测量物的厚度的量测基于待测量物厚度扫描步骤80完成。该步骤系第一雷射测量器21与第二雷射测量器22平行地移动且扫描待测量物200的相对二表面的平面方向(即厚度方向的相对二表面)，并产生数个测量讯号(an，bn)，其中n＞0。厚度测量讯号(an，bn)与基准厚度D0的测量讯号(a0，b0)比对，再经过适当的换算可以得到该待测量物200的多处厚度测量值Dn。可以理解的是，可以进一步利用各处厚度值计算出待测量物的平均厚度Dav。

参阅图8，关于雷射讯号因环境温度变化而产生讯号漂移问题基于雷射漂移校正步骤90来完成。该步骤系第一雷射测量器21与第二雷射测量器22经过一段使用时间后，再位移回到该厚度校正治具30的所在处，并以第一雷射测量器21与第二雷射测量器22对第一测量表面31及第二测量表面32重新取得厚度测量讯号(a’0，b’0)，此时的基准厚度不变。因此，经讯号处理装置(未显示)计算及比对先前的基准厚度的测量讯号(a0，b0)，能够得到讯号漂移补偿值ΔS。重新启动待测量物厚度扫描步骤时，该讯号漂移补偿值ΔS加入该待测量物的厚度测量讯号(an，bn)中，藉此于厚度计算步骤中修正该待测量物的测量讯号及厚度。上述的雷射漂移校正步骤90系可以在测量过程中，依一定的周期自动执行。

参阅图9，关于机械架构因组装技术或环境温度变化而产生平行度误差的补偿问题，可以基于平行度误差补偿步骤100来完成。该步骤系执行待测量物厚度扫描之前，驱动第一雷射测量器21与第二雷射测量器22同步位移。在位移过程中，第二雷射测量器22可以对配置在第一雷射测量器21一侧的片体42撷取平度测量讯号，并将每一位置的讯号值对应转换成一平行度误差补偿值ΔHn，其中n＞0，并形成一资料库资讯。当执行待测量物厚度扫描时，待测量物的每一位置的测厚度可以适当地加入该平行度误差补偿值ΔHn使测量厚度更精准。

上述的平行度误差补偿步骤100是以固定的平行度误差补偿值ΔHn来加入测量厚度中，但环境温度的变化有些时候是不固定的，因此可以采用即时补偿的模式。

参阅图10，关于另一平行度误差补偿步骤110，系在执行待测量物200厚度测量的过程中，配置在第一雷射测量器21一侧的涡电流感测器52可以对配置在第二雷射测量器22一侧的涡电流感测治具54撷取测量讯号，并且即时地将每一位置的讯号对应转换成一个平行度误差补偿值ΔHn。将ΔHn适当地加入厚度测量值中可以使测量厚度更加精准。

参阅图11，根据以上所揭示的各步骤，本发明包含一种双雷射非接触式厚度量测方法，其具体步骤如下：

基准厚度测量步骤70，以一对雷射测量器对一厚度校正治具进行测量以取得测量讯号(a0，b0)，且经讯号处理系统计算出基准厚度D0；

待测量物厚度扫描步骤80，对雷射测量器移动且扫描待测量物的厚度方向的相对二表面，并产生多数个测量讯号(an，bn)，其中n＞0；

厚度计算步骤120，该讯号处理装置接收该对雷射测量器对该待测量物所测得的各位置厚度讯号，经由计算且比对该基准厚度D0以得到测量厚度Dn；

此外，还包括有雷射漂移校正步骤90，该对雷射测量器位移以对应该厚度校正治具且重新取得厚度测量讯号(a’0，b’0)，经该讯号处理装置计算及比对先前的基准厚度的测量讯号(a0，b0)，得到一讯号漂移补偿值ΔS，并将该讯号漂移补偿值ΔS加入该待测量物的厚度测量讯号(an，bn)中，以修正该待测量物的测量讯号及厚度。

以及平行度误差补偿步骤100或110，其利用平行度校正治具测量二个雷射测量器之间的平行度讯号，并经由该讯号处理装置计算以产生平行度误差补偿值ΔH，该平行度误差补偿值用以加入该厚度计算步骤中修正该待测量物的测量厚度。

以上所述示例乃、为本发明之较佳实施例，仅是举例说明本发明之设计意图，并非用于限制本发明的权利范围，凡以均等的技术手段实现本发明所设计的测量系统均应视为在本发明的保护范围之内。