工件检验与传送 发明的领域
本发明涉及在加工之前和加工之后检验圆形工件(例如半导体材料的盘形薄片)的装置和方法。本发明适用于磨削上述工件周缘的装置和方法，本发明还辅助圆盘在磨削吸盘上的定位、加工刀具地调整、及检验已加工周缘的精度。
本发明的背景
美国专利4638601描述一个系统用于在第一个工位旋转圆盘以便用特定方法使圆盘定心，从而可将圆盘无旋转地沿直线传送至第二个工位以使其安装在加工用的真空吸盘上。在第一个工位旋转圆盘以便确定圆盘相对于其旋转中心的偏心，然后使此偏心与直线传送路径对中。当获得这样的对中时，圆盘所围绕转动的中心和圆盘的几何中心此时与传送轴线对正。通过如此使圆盘定心，将圆盘在第一个工位上定位时其几何中心及其实际旋转轴线之间的任何误差(其通常可能是几个毫米)转换成沿着路径从一个工位至另一个工位直线移动的调整量。这使圆盘可在第二个工位精确地定心以便圆盘的几何中心与第二个工位真空吸盘的旋转轴线对中，因而可使用砂轮精确地磨削圆盘的周缘。
在很多情况下这种类型的定位不适当，因为其不允许圆盘在第二个工位定位以便适应所有需要的旋转方式和磨削方式。例如为了适应圆盘周缘的有损害区域，相对偏心地安装圆盘可能实际上是合乎需要的。通过定位圆盘使得有损害周缘区域比没有损害的其余周缘在距几何中心距离较远之处，绕偏心轴线旋转圆盘，形成的新圆盘虽比原圆盘稍小，但其上有损害区域在加工过程中会被磨去。磨削完成时偏心轴线(圆盘在第二个工位绕其旋转)终于成为磨削工艺所形成新圆盘的几何中心。
使用如美国专利4638601的对中方法，在360°内有损害的周缘区域只有2个机会将处于原圆盘(用前面所述工艺方法其必须与传送路径对中)直径的一端或另一端。
本发明的一个目的是提供一个使圆盘能被安装在第二个工位上绕任何所选轴线旋转的工件对正定位和移动系统。
可以理解，本发明并不限于圆盘周缘有损害的情况，当然能用于所有情况，如果需要，安装圆盘绕任何轴线(包括圆盘的几何中心)旋转是可能的。
本发明概要
根据本发明的一个方面，将圆形工件从第一个检验工位移至第二个加工工位的工件定位和移动系统，包括用于固定到圆盘工件的表面以便使圆盘工件从一个位置移至另一个位置的工件装夹装置；控制工件装夹装置的位置并适于在至少两个互相垂直的方向上移动的机器人装置，当圆盘占据第一个工位时这两个方向均平行于圆盘的表面；使圆盘在检验工位和加工工位旋转的装置；当圆盘在第一个工位旋转时确定圆盘几何中心位置的检验装置；以及计算装置，由检验装置所传递的数据计算沿机器人装置的两个互相垂直的运动方向所需移动的距离，以使圆盘的几何中心移至已知坐标的第二个理想位置。
计算装置最好包括用于存储上述坐标的存储器。
使圆盘工件在第一个及第二个工位的每个工位上旋转的装置最好包括一个真空吸盘及与之相连的电机部件。
工件装夹装置最好由真空操纵。
坐标通常指工件装夹装置或上述第二个工位吸盘旋转中心的坐标。
计算装置最好适于计算需要圆盘工件从第一个工位沿三个互相垂直的轴中的一个，或另一个，或所有三个轴移动的距离，以使圆盘的几何中心与第二个工位吸盘的旋转轴线重合，或圆盘的几何中心从吸盘的旋转轴线移动需要的已知距离及角度。
通过使圆盘几何中心相对于第二个吸盘旋转轴线位移，从而把对应于上述位移和原始位置的特定偏心量引入圆盘的旋转，因而可磨削圆盘以使圆盘的几何中心移至上述位移确定的新位置。
本发明的优选实施例是使用三轴机器人装卸半导体材料硅圆盘进行周缘磨削。采用沿机器人X轴和Z轴两轴的移动来控制第二个磨削工位真空吸盘上圆盘的定心。
本发明的一种方法是，圆盘放置在检验工位以使其几何中心与检验工位的旋转轴线大致对正，圆盘绕检验工位轴线旋转，计算X1和Z1(平行于X轴和Z轴测得的距离)两个尺寸，圆盘的几何中心需要移动过该距离以与检验工位的旋转中心重合，然后使用机器人将圆盘传送至磨削吸盘并通过X轴和Z轴的位置补偿定位在该吸盘上，以便使圆盘(现在)已知的几何中心相对于磨削吸盘的旋转轴线精确地定位。
此方法不象美国专利4638601描述的方法所要求的那样，为了进行位置补偿要求旋转圆盘以使检验工位的旋转轴线与圆盘的几何中心之间的连线平行于机器人的X轴。
因为现在移动圆盘使其几何中心相对于磨削吸盘旋转轴线移至任何理想位置是可能的，在圆盘从第一个检验工位向第二个磨削工位吸盘的移动过程中结合进行X轴和Z轴位置的调整以保证“最佳搭配”，即统筹考虑圆盘在磨削吸盘上的定心和从凹口上不必要地切除材料两个问题。此外识别出圆盘的周缘有损伤时，此方法可以预先将圆盘偏心放置在磨削工位吸盘上，使得可绕新的中心重磨圆盘上由于切片产生的周缘损伤处，以便磨去无用的有损伤的周缘区域。通常不存在上述美国专利所描述的单轴移动系统。
通过旋转检验工位上的真空吸盘使圆盘旋转至任何要求的方位，并从该方位移动工件至工作台当然是可能的。
本发明的另一个方面，可按照使用多轴机器人时应采取的方法计算检验工位旋转轴线和磨削工位吸盘旋转轴线之间平行于X轴和Z轴的精确距离。
此方法首先确定并存储检验工位和磨削吸盘两条轴线的X坐标和Z坐标的初步近似值；此后用工件装夹装置吸取圆盘并将其放置在检验吸盘上并旋转以便用已知方法确定其几何中心，然后用工件装夹装置吸下圆盘，调整圆盘的X坐标和Z坐标以便使圆盘相对于检验工位轴线定心，使得圆盘几何中心现在与检验工位的旋转轴线准确对正并与已知的该对正位置的X坐标和Z坐标一致；此后指示机器人将圆盘从该位置移至磨削工位吸盘(进行从检验工位轴线至磨削吸盘轴线的平行于X轴和Z轴的两个预先计算出的位移)以实现圆盘相对于磨削吸盘旋转轴线的定心；此后通过磨削吸盘使圆盘旋转180°，用工件装夹装置从磨削吸盘上吸下圆盘并送回至检验工位的先前位置(进行第一次位移的反向位移)，以便可用工件装夹装置再一次将圆盘移回至检验工位吸盘；最后在检验工位旋转圆盘，再次检验圆盘(用已知方法)有无偏心(即圆盘几何中心相对于检验工位旋转轴线的位移)。
可将已知的偏心量转换成沿X轴和Z轴的位移量，当需要在检验工位轴线和磨削吸盘轴线已知坐标的两个位置之间移动圆盘时，要在预先计算出的X轴和Z轴的位移量上加上或减去(视情况而定)这些转换值，由此确定机器人必须移动的平行于X轴和Z轴的精确距离以便圆盘从一个工位至另一个工位时精确地再定位。
此方法既可在机床的最初调整期间使用也可在机床的使用寿命期间频繁地使用，以实现对中检验及检验工位和磨削工位的相对定位。
此方法可以更进一步包括一个学习步骤：在人工控制下调整机器人从工件装夹装置与检验工位对中的第一个位置至工件装夹装置与磨削吸盘对中的第二个位置，在学习模式下，至少已知机器人沿其X轴和Z轴以及其Y轴的位移量并存储在与控制机器人的计算机相连的存储器中，学习步骤之后机器人的自动化操作通过指示计算机跟随已确定的路径(由存在上述存储器中的坐标确定)实现，以便重复在人工控制下预先实现的位移。
可用上述方法修正人工输入的起始位置和结束位置，检验工位旋转轴线和磨削吸盘旋转轴线的正确位置可代替在人工控制下获得的大致位置。
所谓“人工控制”指的是通过规定的路径人工移动机器人，除与机器人相连的仍可正常指示机器人的运动的编码器外，不用有关的机器人驱动装置。
“人工控制”范围也包括用一个人工控制的装置，例如键盘或操纵手柄或其它控制器和驱动装置一起取代机器人的控制装置使机器人工作，用驱动装置调整机器人的位置首先使工件装夹装置与检验工位的真空吸盘对中，然后使工件装夹装置与磨削工位的真空吸盘对中，在所有情况下，用已知方法采用来自各驱动器的编码信号确定机器人不同时间的坐标位置并记录机器人平行于X、Y、Z轴的位移量。
为便于人工控制可具备开关装置，在操作者控制下当工件装夹装置大致与两个终点，即检验吸盘轴线和磨削吸盘轴线中的每一个对正时开关装置使计算机可以识别终点。同样的开关装置可用于记录机器人移动全程中不同中途点的坐标。
检验工位也可包括用于确定工件(圆盘)厚度的装置，此辅助信息可用于精密调整加工刀具(例如带槽的砂轮)的轴向位移，以使其与加工工位上的工件周缘接触。
光学检验装置最好定位在检验工位上，其光轴平行于Y轴(即检验工位上工件的旋转轴线)，并且两轴最好在同一水平面中。
工件直径可能不同时，最好具备微调(Vernier)装置，以调整光学检验装置的位置以便适应工件当中直径上相当大的差异。
光学检验装置最好包括电荷耦合器件(CCD)摄像机，其芯片上产生圆盘周缘光学图像。可设置为摄像机拍摄的圆盘周缘区域照明的装置，，所以摄像机拍摄的周缘区域成黑色轮廓像。
电荷耦合器件(CCD)阵列通常包含大量象素。通常使用768×576个象素可编址阵列。
接收用已知方法扫描电荷耦合器件(CCD)阵列所得信号的电路装置，可适于根据象素是否被圆盘周缘图像遮蔽将来自电荷耦合器件(CCD)阵列的每个象素的信号转换成数值。
对象素数目固定的检验系统，每个象素信号值的数字化程度决定检验系统在每一点的精度。
通过连续存储每帧画面，可比较一帧画面与下一帧画面的象素的相关信号，从该比较中确定一帧画面与下一帧画面的象素相关信号值的变化，表示周缘图像位置的任何移动，周缘图像位置的移动是由于偏心安装圆盘的旋转使圆盘周缘在视野中移动引起的。
圆盘周缘表现为亮和暗之间的变化，并且由于象素在遮蔽和无遮蔽之间，所以象素相关信号从一个极值到其另一个极值不等。
在每个象素的输出被数字化为二进制信号，不是高值就是低值的简单装置中，最大分辨率可能低至一个象素的尺寸大小。
如果象素信号按n=A(表示全遮蔽点-黑点)比n=B(其中B表示无遮蔽)的比例被数字化，可使用数字化分析以便更精确地确定圆盘周缘图像相对于象素所处的位置，因为如果交叉象素的情况发生(因为可能发生)，那么被交叉象素在A→B之间的比例特定值n将表示为象素被圆盘图像覆盖(并因此被遮蔽)部分的百分比与象素未遮蔽部分的百分比之比。
在象素分辨率可根据许多相邻象素的数值可被“拍摄”的“周缘”的装置中，最好同时成组访问表示象素的信号，单个“捣蛋的”信号值(尤其是干扰等造成的)被忽略不计，当大多数相邻象素信号值表示周缘在该处时才识别真正周缘。既然是这样，可识别周缘位于有B值在周缘一边的最后一个象素和有A值在周缘另一边的第一个象素之间的实际位置，在该位置信号值最接近于象素信号值A和B的算术平均值。
通过考虑所用镜头焦距、电荷耦合器件(CCD)阵列的尺寸、象素的数目及尺寸，就可为给定摄像机/镜头的组合计算比例因数，经过计算，“真正”周缘移过x个象素的有效移动可等于rmm的直线距离。
本发明的优点是，圆盘的角位置如果是相对于环绕圆盘圆周的固定点则可更容易地确定，固定点是例如凹口，或周缘平坦部分，或圆盘被拍摄表面上可辨别的小标记/点或机床上可探测出的标记，例如磁片。然后圆盘的旋转位置可由目检或摄像机检验或由适当的传感器，例如磁传感器确定。
通过旋转圆盘，标记(例如凹口)在某一阶段将贯穿摄像机视野。特定信号图像将会产生，将摄像机输出信号传送给进行信号处理和进行计算的装置，该装置可被编程以寻找图像，用与圆盘驱动器相连的编码器记录圆盘的角位置。
当旋转圆盘时，圆盘几何中心和圆盘检验工位旋转轴线之间的任何不对中，将表现为电荷耦合器件(CCD)中圆盘图像的位移。
通过记录许多由编码器确定的有一定间隔的角位置位移值，计算圆盘几何中心的X,Z坐标(X1Z1)是可能的。
因为检验工位真空吸盘轴线的X,Z坐标(X2Z2)已知，该坐标是圆盘实际旋转轴线的坐标，使圆盘几何中心与真空吸盘轴线在检验工位特定角度对中所需的X,Z轴位移可用(X1-Z2),(Y1-Z2)计算。
因为加工工位(圆盘会传送至该工位)真空吸盘轴线的X,Z坐标(X3Z3)也已知，为使圆盘几何中心与加工工位轴线(X3Z3)对中，确定圆盘离开检验工位吸盘后必须平行于X轴和Z轴所移动的距离是很简单的。
第二个摄像机可被设置在适当位置以便从切线方向拍摄圆盘的周缘，该摄像机的光轴在圆盘的平面内或平行于圆盘的平面。这允许放大比例检验圆盘周缘的轮廓，放大比例检验是通过在阴极射线管CRT上显示摄像机所摄图像的放大图像进行的。
简单地自电荷耦合器件(CCD)摄像机获得视频信号并通过闭路电视线路使其在阴极射线管CRT上显示，在理论上应是可行的。
实际上由于摄像机必须装在距周缘某点有一定距离处，以使光轴在该点与圆盘周缘相切并聚焦，因而在该装置中周缘的图像是非常模糊的，圆盘周缘相当大一部分会出现在CCD芯片的视野中并且是图像的一部分。
特别是，因为摄像机视野中圆盘周缘的此无用部分比要拍摄的区域更接近镜头，圆盘的无用部分图像往往大于要拍摄的区域，而使用短焦镜头设法避免此问题一直未成功。
已发现此问题可使用远心镜头(例如英格兰剑桥Melles Griot产的远心镜头)进行光学修正，其可使距镜头不同距离的相同尺寸物体均产生清晰的图像。
可是最好不仅摄像机备有远心镜头而且来自摄像机的电信号在阴极射线管CRT上产生图像之前经过如前所述的处理，则这样在阴极射线管CRT上获得的周缘轮廓图像是清晰的，不受摄像机视野中圆盘要拍摄区域之外部分的影响。
所以本发明也是远心镜头、电荷耦合器件(CCD)摄像机、视频信号的数字化、如前所述信号处理的组合，并且计算机监视器上经过处理的信号图像与在闭路电视系统中来自摄像机的视频信号的处理和显示不同。
可使用本说明书所述的数字分析技术对数字化视频信号进行测量，以便获得电荷耦合器件(CCD)摄像机上所产生图像的测量结果。
为便于在终端CRT显示器上对周缘轮廓的图像进行信号处理和放大，通过判读CCD芯片象素所获得的视频信号最好被数字化并存储在存储器中，对存储器中的数值进行处理后或是重新存储在第二个存储器中或是取代原存储器中的数值，并通过适当地访问存有经过处理数值的存储器获得计算机显示器上的圆盘周缘图像。
可在环绕圆盘圆周的许多点上检验圆盘的轮廓，这可通过两种方法实现：一个方法是在一些固定位置之间旋转圆盘，在每个位置圆盘的周缘图像曝光于摄像机芯片，存储和处理来自圆盘上述每个固定位置的信号；另一个方法是可操作摄像机以便产生与圆盘旋转时一系列图像中每帧图像对应的视频信号，每帧图像对应于环绕圆盘圆周测得的圆盘不同区域的轮廓。
可随着圆盘的旋转同步操作摄像机快门以获得上述效果，或可代之以在圆盘旋转时使摄像机获得大量高速曝光。
现参见附图描述本发明：
图1、图2和图3对应于我们同时待审的英国专利申请C412/W之说明书中的图8至图10；
图4所示为当圆盘周缘的凹口占据摄像机视野时，出现在电荷耦合器件(CCD)摄像机芯片中的图像；
图5所示为摄像机所摄由于圆盘的几何中心与圆盘的旋转轴线不对中，圆盘的图像如何在视野中移动距离H；
图6所示为圆盘的周缘图像如何贯穿电荷耦合器件(CCD)摄像机镜头中的象素；
图7为显示图6中的4列10行不同象素在范围1至10的信号值表；
图8为表示图7中信号值之修正值的表；
图9为圆盘周缘出现在电荷耦合器件(CCD)摄像机镜头中的图像；
图10为照明信号处理系统的示意图。
图1所示为传送通常为100mm直径或200mm直径或更大直径硅圆盘片的机器人装置，图1、图2和图3对应于我们同时待审的专利申请C412/W之说明书中的图8至图10。机器人装置包括底座182、结构框架184、该结构框架184向上延伸以便为直线导轨186提供支承沿直线导轨186滑座188在箭头190方向移动。从滑座188中伸出的第二个导轨192与导轨186垂直，滑座194可沿导轨192在箭头196方向移动。机器人手臂198从滑座194中伸出，装在手臂198上的驱动器200保证手臂198在箭头202方向的运动。驱动器200和滑座188的驱动器的电源经由多路管缆204提供，多路管缆204被夹持在安全柔性管缆束206中，而安装在直线导轨186上。
手臂198的下端是真空吸盘208，通过滑座188和194以及手臂198的适当运动，真空吸盘208就可位于圆盘210的前面，圆盘210竖直立在支垫212上。图中所示还有准备放置已加工圆盘的空支垫214。
在磨床400加工完毕后，可从工位上卸下成品圆盘36，为此图1中的传送装置开始工作以使真空吸盘208与工作台上的圆盘36相对，以便吸下成品圆盘36并将其传送至空支垫214上。
滑座194朝着支垫212进一步向外运动，使真空吸盘208位于未磨削的圆盘210的前面，吸下圆盘210后，可将其传送至检验工位，检验后将其传送至磨床400的加工位置，装在工作台真空吸盘前一个工件圆盘所在的位置上进行磨削。
可知，导轨216上可有多个支垫，位于支垫上的所有工件可依次取走、定心、磨削、检验及放回。
圆盘定心
作为磨削前的中间工步(最好在另一个圆盘的磨削期间)，将每个圆盘放置在图2和图3所示的检验装置中，确定圆盘的几何中心，以便使其能精确地定位在真空吸盘30上进行磨削。磨削后在将圆盘放回其储存支垫上之前，可将其再次放置在检验装置中进行圆盘周缘轮廓的检验。
图2是全视图，显示检验装置相对于磨床400和图1的机器人传送装置的安装位置。两图中相同的数字表示同一个零部件。
检验装置包括支架218、以及位于支架上的由底座220和竖直板222构成的支承架。三角形加强板224支承在竖直板222的后面，竖直板222和加强板224通过件226均焊在底座220上。
与竖直板222的垂直边228相间隔的是支架230，灯和投透镜装置232固定在支架230的上端。镜头为236的第一个摄像机234装在竖直板222上用于拍摄圆盘238的周缘，该周缘由灯232作背景照明。
正如图9所示，电机240装在竖直板222的后面。该电机驱动一真空吸盘，待检验圆盘238由手臂198上的真空吸盘208被放置在该真空吸盘上。
电机240的旋转运动带动圆盘238旋转。通过这样定位，使圆盘周缘贯穿摄像机镜头236的视野，就可从摄像机得到输出的电子信号，电子信号经电缆242送至信号分析装置，以便对由信号获得的数据进行处理。
第二个摄像机244可装在竖直板的垂直边228上，其光轴与圆盘238相切(或至少平行于圆盘的切线)，从切线方向拍摄圆盘238的周缘，以便在圆盘周缘轮廓上获得信息。圆盘周缘由灯246作背景照明，来自摄像机244的信号沿电缆248输送。灯232和灯246的电源根据需要分别沿电缆250和电缆252供给。
来自摄像机234的信号经电缆242和电缆248提供给计算机254，计算机254分别沿电缆242和电缆248的返回信号线控制两个摄像机，并分别经电缆250和电缆252控制两个摄像机的背景照明灯232和246。摄像机244的输出可根据需要显示在监视器256上。圆盘238的周缘轮廓258与计算机产生的样线260、262一起显示，两条样线显示了轮廓两侧的理想角度。
工件在磨床工件主轴上定心
工件在磨床工件主轴上定心通过使用下文描述的技术实现，即使用图1至图3中的机器人圆盘工件传送和检验装置，使用当圆盘工件通过摄像机234的视野旋转时获得的来自摄像机234的信号。
图4中剖面线区域400对应于转动该圆盘以使其周缘的凹口402处在摄像机的视野中的情况下，通过摄像机234的电荷耦合器件(CCD)芯片可见的圆盘238的轮廓图像。
图5中剖面线区域404同样对应于通过电荷耦合器件(CCD)芯片可见的圆盘238的轮廓图像，但此时凹口处在摄像机的视野之外。
因为凹口只占圆盘周缘很小一部分，出现在摄像机芯片上的图像大部分时间将如图5所示。可是如果所装的圆盘中心偏移，圆盘的偏心运动将使剖面线区域的边缘406移过电荷耦合器件(CCD)芯片表面。实线406对应于电荷耦合器件(CCD)芯片上圆盘周缘的图像位置，即转动圆盘的几何中心直至圆盘移至其绕旋转的轴线的左侧，虚线408显示圆盘转过180°后实线406的位置，结果是圆盘的几何中心(以及圆盘的图像)现已移至其旋转轴线的右侧。
图5中所示的移动距离H等于圆盘偏心距的两倍，偏心距是圆盘的几何中心和圆盘的旋转中心之间的距离。
实际上H值很小，但当安装圆盘进行加工时，H值通常很重要，使圆盘的几何中心与圆盘的旋转中心重合以达到加工目的，或使圆盘的几何中心相对于主轴中心线移动过给定半径的已知量，以调整圆盘周缘的损伤区域并允许重磨圆盘。
本方法和装置通过计算圆盘相对于凹口的角位置及计算H值(以及1/2H值)能够非常精确地确定圆盘的几何中心，在凹口处会产生图像周缘的各种位移。
如果摄像机的光轴与圆盘旋转轴线(以及电荷耦合器件(CCD)芯片的中心)在同一个水平面中，就简化了本方法。这保证即使圆盘偏心，电荷耦合器件(CCD)芯片中图像周缘位置的移动也是在水平方向。如图5所示。
可是，如果摄像机没有“拍摄”偏心的最大值和最小值，明显的移动将不是水平的。在这种情况下，需要用图像分析软件使拍摄的图像与正弦波作最好的拟合，然后计算圆盘的偏心值。
如果包含圆盘旋转轴与摄像机光轴的平面不是水平面，只不过计算结果时需要考虑在水平方向测得的距离H将不是精确地等于两个中心之间偏心量的两倍。
虽然圆盘的周缘呈曲线形，但在摄像机电荷耦合器件(CCD)芯片的尺寸相对于圆盘的周长是非常小的，图5中所示的406呈曲线，但在电荷耦合器件(CCD)芯片上的图像中的曲率几乎不可见，该图像中的曲率已被放大。如果传送圆盘并将其装在工件主轴上的机构能够工作得非常准确，那么将圆盘装在加工工位上的精度至少会部分取决于可测得的H值的精度。
可认为摄像机芯片是一个密集的并成行成列的感光元件的直线阵列。图6所示为这样一个阵列的一部分，图示为该阵列的4列10行。
各个象素提供行和列两个方向的分辨率并且象素尽可能小。直径大约1cm的摄像机芯片通常有超过100,000个这样的感光元件(通常称其为象素)，象素的数目超过300,000或者更多并不罕见。
为简单起见，图6中的象素通过参考其占据的行和列来识别，因此用参考数字410表示的象素可描述为象素4∶1，用参考数字412表示的象素可描述为象素3∶10。
如果圆盘的直径约为100mm或200mm(是用于半导体工业的硅圆盘的通常尺寸)，图6中线412的曲率相对于象素的行列矩阵几乎不能识别。可是如果我们考虑凹口区域(例如图4中的拐角414)的曲率，拐角414区域的轮廓图像的曲率可能正好如图6中所示。
电荷耦合器件(CCD)芯片的机构使每个曝光阶段开始时，所有的象素的电荷都是相等的。然后象素的阵列向图像曝光一段短暂的时间，在曝光时间结束时，非常迅速地检验每个象素并为每个象素产生一个电信号，信号值由需要补充的曝光期间已损耗的电荷量确定。
感光元件这样工作在曝光期间，如没有光照射在象素上，在曝光时间结束时的电荷基本上与曝光开始时的电荷相同。读出时没有光照的象素电信号值低，可能数值会为0。
另一方面，如果象素在曝光期间已部分曝光，会损耗部分电荷，需要给象素再补充电荷至其原有电荷量，因此会产生电信号，电信号的值取决于必须补充的曝光期间已损耗的电荷量。
如果曝光期间照在象素上的光超过一定量，原有电荷会基本上损耗掉，超过该界限的任何亮度级都不会增加读数时象素的电信号值。因此使用光圈或中等厚度滤光镜和/或适当照明控制照在象素阵列上的光量以便不会发生所谓的饱和。这意味着读出时每个象素的电信号值与曝光期间照在象素上的光量成正比。
曝光时间非常短，象素的读出时间可能是曝光时间的极小一部分，通常芯片一秒钟可以曝光和读出50次，还可能有更高的速率。
通常使用与芯片同步工作的传统快门，或最好使用由芯片的电操作控制的电子快门，以便每次曝光有效地拍摄物体的运动。
在每次读出时获得并由用来恢复每个象素变化所需的电流产生的电信号可从0(例如象素1∶1)到最大值10(例如无遮蔽象素3∶1)变化。在象素部分遮蔽和部分元遮蔽的情况下，例如象素2∶1，照在该象素上的光量会少于照在象素3∶1上的光量而大于照在象素1∶1上的光量。如果遮蔽象素区域的50％，那么曝光期间象素接受读出时产生信号值10的光的大约50％，并且读出该象素时数字化电信号值一般是5。
图7显示图6所示阵列中象素读出时电信号的典型数字值表。
仅仅为了方便起见，图7表中行与列的排列相对于图6中行与列的位置做了调换。
如果在连续曝光期间圆盘的图像已向右移动，使得周缘414现位于图6中虚线416所示的位置，图7表中的数值会不同，可能如图8所示。
因为要拍摄的是周缘414穿过象素阵列的横向移动，必须对来自阵列的每次读出的电信号进行译码以便确定图像的周缘已向右移动了多远以及已与各列中哪一列相交。由于在象素中图像的周缘不可能如图6所示是清晰的连续曲线，并且因为电失真和所谓的电干扰，读出时甚至从已充分遮蔽的象素也可获得低值电信号，在确定圆盘周缘图像是否进入象素的部分列之前通常需要对信号值提供所谓阈值。可通过把任何等于5或大于5的象素的数字化信号值忽略不计来确定圆盘周缘图像是否进入象素的部分列，对于充分曝光后输出的数字化信号值小于5的和信号值为0的所有象素看作其上没有光照并确定圆盘周缘图像已进入这些象素。
当应用于图6时，这意味着象素1∶2会被忽略不计，而象素2∶2会被看作“圆盘”。在第2列中的象素3、4、5和6全部是整个遮蔽并且这4个象素的信号值均显示为0。可是在上述的简单限制情况下，由于第3列的信号值均大于5，则圆盘周缘进入第三列的一部分会完全不予考虑。
使用此方法，水平方向的最大精度等于一个象素的尺寸。尽管象素的尺寸可能非常小，还是未必精确到足以保证圆盘中心在加工时的准确定位。
仅提高阈值没有用，因为这意味着最后，例如象素3∶3会被看作圆盘。
如果考虑实际数值，可对周缘414的位置进行更精确的估计。
主要问题是，数值从10到9或到8的小变化(例如象素3∶3)，可能会被误作电干扰或就是电干扰所造成的。
由于干扰往往是随机的和暂时的，通过考虑沿着周缘线或沿列向下是否有变化发生就可分离和略去“捣蛋的”低值信号。如使象素4∶2的数值发生小变化(例如降低到8或到9)的随机干扰信号产生后，可见前一个象素有数值10，那么除非沿着周缘线的下一个象素的数值低于象素4∶2的数值，否则象素4∶2数值的降低就可忽略不计。
另一方面，象素2∶3和象素3∶3之间数值上发生了小变化，若继之以第4列有非常低值或0值的象素。在这种情况下，第3行第3列的信号值可认为是有效信号并可计及。
可看出，第4列是第一列所有象素均为高值的列，第1列是所有象素均为0值或极低值的列，在第3列是较高值的同一区域内第2列一般为低值。
一行接一行的看，例如圆盘周缘在第4行的精确位置，可被认为是越过象素3∶4宽度的20％(从象素左边量起)。
从虚线416可看出，在下一次曝光时间结束时，由于圆盘的偏心运动，现在周缘可被认为是越过象素3∶4宽度的大约50％。
由于根据芯片的几何形状已知每个象素的尺寸，所以甚至可在有电干扰信号的情况下，合理准确地确定周缘位置，可达到次象素精度。
这样做时，数字化的视频信号值必须同时成组考虑，考虑剔除小变化或保留小变化的决定取决于小变化是否夹在两个低值或两个高值之间，或是夹在一个高值和一个低值之间。只在后一种情况下，保留影响圆盘周缘最后位置的中间信号值。
对于相邻行的象素可采取相同的方法。在这种情况下，如果剔除上述小变化，最后得到的用于计算的信号值就会失去来自象素3∶3的影响，但仍可得到象素3∶4以及象素3∶5的值，使用象素3∶4和3∶5的数字化信号值仍可进行周缘414水平位置的相当精确的估计。
相似的技术可以用在从图1所示的第二个摄像机244得到的信号的处理上，该摄像机用于拍摄圆盘的周缘。
周缘轮廓切线方向的理想图像应如图9所示，图9中圆形视野的剖面线区域417是圆盘周缘轮廓的理想图像。尽管可能实现自动化，通常由操作者亲自判断圆盘的周缘轮廓情况。
实际上由于摄像机必须装在距周缘某点有一定距离处，以使光轴在该点与圆盘周缘相切并聚焦，因而周缘的图像并不像图9所示，而是非常模糊的，圆盘周缘相当大一部分(见图10中的239)，会出现在电荷耦合器件(CCD)芯片的视野中并且是图像的一部分。
圆盘的无用部分239往往大于图10中要拍摄的241区域并且是模糊的。
如果使用远心镜头作为摄像机的镜头，例如英格兰剑桥的MellesGriot远心镜头，就可使距镜头不同距离的相同尺寸物体均产生清晰的图像，如果来自摄像机的电信号在视频显示器(VDU)上产生图像之前经过处理，则在VDU上获得的周缘轮廓图像是鲜明清晰的，不受摄像机视野中圆盘要拍摄区域之外部分的影响。
通常使用的日立KPM1摄像机具有768×576个象素的读出分辨率。
图10用图解法说明对VDU显示器上的周缘轮廓的图像如何进行信号处理与放大。通过对摄像机244的电荷耦合器件(CCD)芯片中的象素进行判读以获得视频信号。将摄像机的输出信号数字化并存入第一个存储单元420中。存储单元的数值由处理器420使用存储在存储器424中的计算机程序进行处理，再存入第二个存储单元426中。经计算机总线428访问第二个存储单元426获得计算机VDU显示器上圆盘周缘的图像，视频驱动器430用于在VDU432上产生RGB信号。
可在环绕圆盘圆周的一些点上检验圆盘的周缘轮廓，方法是在一些固定位置之间旋转圆盘，在每个位置圆盘的周缘图像对摄像机芯片曝光，存储和处理来自圆盘的上述每个固定位置的信号。另一种方法是可操作摄像机以便产生与圆盘连续旋转时一系列图像中每帧图像对应的视频信号，每帧图像对应于环绕圆盘圆周测得的圆盘不同区域的周缘轮廓。为此，可随着圆盘的旋转同步操作摄像机快门以获得上述效果，或可在圆盘旋转时让摄像机获得大量高速曝光。