[發(fā)明專利]具有透明工件表面模式的計(jì)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011504114.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113008789B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R.K.布萊爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社三豐
• 主分類號(hào): G01N21/01
• 分類號(hào): G01N21/01;G01N21/88
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 邸萬(wàn)奎

一種設(shè)有透明工件表面模式的計(jì)量系統(tǒng)，對(duì)于該計(jì)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置為在沿著Z高度方向靠近工件的多個(gè)位置上改變聚焦位置。獲取圖像堆棧，其中圖像堆棧的每個(gè)圖像包括透明或半透明的第一表面(例如工件的上表面)以及通過(guò)第一表面至少部分可觀察的至少第二表面。基于圖像堆棧確定多個(gè)聚焦曲線(例如，其中利用圖案投影來(lái)提高對(duì)比度)，對(duì)于該多個(gè)聚焦曲線，可以確定每個(gè)聚焦曲線中分別對(duì)應(yīng)于第一表面、第二表面等的第一局部聚焦峰、第二局部聚焦峰等。顯示包括所選擇表面的圖像，并且對(duì)于該圖像，可以測(cè)量所選擇/所顯示的表面的特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及精密計(jì)量，更具體地，涉及利用點(diǎn)形態(tài)聚焦(points from focus)和類似操作來(lái)檢查和測(cè)量工件表面的計(jì)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

諸如機(jī)器視覺(jué)檢查系統(tǒng)(或簡(jiǎn)稱“視覺(jué)系統(tǒng)”)的精密計(jì)量系統(tǒng)可用于物體的精確測(cè)量和檢查其他物體特性。這種系統(tǒng)可以包括計(jì)算機(jī)、照相機(jī)、光學(xué)系統(tǒng)和移動(dòng)以允許工件行進(jìn)的載物臺(tái)。一個(gè)典型的系統(tǒng)，其特征為通用“離線(off-line)”精密視覺(jué)系統(tǒng)，是可從位于伊利諾斯州奧若拉的三豐美國(guó)公司(Mitutoyo America Corporation，MAC)獲得的QUICK系列的基于PC的視覺(jué)系統(tǒng)以及軟件。QUICK系列的視覺(jué)系統(tǒng)以及軟件的特征和操作在例如2003年1月出版的《QVPAK 3D CNC視覺(jué)測(cè)量機(jī)用戶指南》中進(jìn)行了一般性描述，該指南通過(guò)整體引用并入本文。這種類型的系統(tǒng)使用顯微鏡類型的光學(xué)系統(tǒng)并移動(dòng)載物臺(tái)以便以各種放大率提供小型或大型工件的檢查圖像。

這種機(jī)器視覺(jué)檢查系統(tǒng)通常可編程為提供自動(dòng)化檢查。包括特定檢查事件序列(即順序的圖像采集設(shè)定(例如，位置、光照、放大率等)和如何分析/檢查每個(gè)圖像(例如，使用一個(gè)或多個(gè)視頻工具))的機(jī)器控制指令被存儲(chǔ)為特定于具體工件配置的“部件程序”或“工件程序”。

視頻工具(或簡(jiǎn)稱“工具”)和其他圖形用戶界面(GUI)功能允許“非專家”操作員進(jìn)行操作和編程。這些工具可以在“手動(dòng)模式”下手動(dòng)使用，和/或它們的參數(shù)和操作也可以在學(xué)習(xí)模式期間記錄，以便創(chuàng)建部件程序。視頻工具可以包括例如邊緣/邊界檢測(cè)工具、自動(dòng)聚焦工具、形狀或圖案匹配工具、尺寸測(cè)量工具等。美國(guó)專利第6,542,180號(hào)和第7,627,162號(hào)教導(dǎo)了包括使用視頻工具進(jìn)行檢查編程的視覺(jué)系統(tǒng)，它們中的每一個(gè)通過(guò)整體引用并入本文。

一種已知類型的視頻工具是“多點(diǎn)工具”或“多點(diǎn)自動(dòng)聚焦工具”視頻工具。這種工具(和/或利用類似技術(shù)的各種其他過(guò)程)可以提供諸如通過(guò)自動(dòng)聚焦方法確定的、從工具的感興趣區(qū)域內(nèi)的定義的X-Y坐標(biāo)處多個(gè)子區(qū)域的“最佳聚焦”位置導(dǎo)出的Z高度測(cè)量值或坐標(biāo)(沿著照相機(jī)系統(tǒng)的光軸和聚焦軸)。一組這樣的X、Y、Z坐標(biāo)可以被稱為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，或簡(jiǎn)稱點(diǎn)云。通常，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的自動(dòng)聚焦方法和/或工具，照相機(jī)沿著Z軸(聚焦軸)移動(dòng)通過(guò)一系列位置，并在每個(gè)位置處捕獲圖像(稱為圖像堆棧)。對(duì)于每個(gè)捕獲的圖像，基于該圖像并且與該圖像被捕獲時(shí)照相機(jī)沿著Z軸的對(duì)應(yīng)位置相關(guān)地計(jì)算每個(gè)子區(qū)域(即具有給定的X和Y坐標(biāo))的聚焦度量。這產(chǎn)生每個(gè)XY子區(qū)域的聚焦曲線數(shù)據(jù)，其可以簡(jiǎn)單地稱為“聚焦曲線”或“自動(dòng)聚焦曲線”。可以通過(guò)將曲線擬合到聚焦曲線數(shù)據(jù)并估計(jì)所擬合曲線的峰來(lái)找到聚焦曲線的峰，聚焦曲線的峰對(duì)應(yīng)于沿Z軸的最佳聚焦位置。

利用根據(jù)這些技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)，可以顯示工件的各種類型的圖像。例如，可以利用如上所述的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)顯示工件的三維(3D)圖像。作為另一示例，對(duì)于一些應(yīng)用，其可能希望顯示具有擴(kuò)展景深(extended depth of field，EDOF)的圖像，擴(kuò)展景深大于光學(xué)成像系統(tǒng)在單個(gè)聚焦位置提供的景深。一種用于構(gòu)建EDOF圖像的方法包括類似于上述一些技術(shù)的技術(shù)，包括收集由聚焦在聚焦范圍內(nèi)的不同距離處的多個(gè)全等或?qū)?zhǔn)的圖像組成的圖像堆棧。合成圖像被構(gòu)建，其中視場(chǎng)的每個(gè)部分從顯示具有最佳聚焦(即根據(jù)聚焦曲線的峰來(lái)確定)的那個(gè)部分的特定圖像中提取。

對(duì)于某些類型的工件表面(例如，透明表面等)，這種用于成像和測(cè)量表面的技術(shù)典型地面臨各種挑戰(zhàn)。希望有一種能夠適應(yīng)各種類型的工件表面的成像和測(cè)量的改進(jìn)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容