用于对计量系统编程三维工件扫描路径的方法技术方案

一种对计量系统编程三维(3D)工件扫描路径的方法，该计量系统包括3D运动控制系统、第一类型Z高度感测系统、以及第二类型Z高度感测系统，该第二类型Z高度感测系统在较宽Z高度测量范围上提供较低精密表面Z高度测量。该方法包括：将代表性工件置于计量系统的台架上；对代表性工件定义至少第一工件扫描路径段；确定沿着第一工件扫描路径段的初步实际表面Z高度测量；以及确定用于移动第一类型Z高度感测系统的精密3D扫描路径以进行精密表面Z高度测量。该精密3D扫描路径基于确定的初步实际表面Z高度测量。精密3D扫描路径可以用于执行精密表面Z高度测量或者被存储以在检验程序中使用。

Method for programming three-dimensional workpiece scanning path for metering system

A 3D measurement system of programming (3D) method for workpiece scanning path, the measurement system includes a 3D motion control system, the first type Z height sensing system, and second types of Z height sensing system, the second types of Z height sensing system provides low precision surface height measurement of Z in a wide Z height measurement range. The method includes: the representative of the workpiece on the bench measurement system; the representative definition of at least a first workpiece workpiece scanning path; determine the workpiece along a first scan path segment preliminary actual surface height measurement of Z; and determined for the first type mobile sensing system Z high precision 3D scanning path for precision surface Z height measurement. The precision 3D scan path is based on the determination of the initial actual surface Z height measurement. The precision 3D scan path can be used to perform precision surface Z height measurements or to be stored for use in inspection procedures.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及包括机器视觉检验系统和辅助精密表面传感器的计量系统，并且更特别地涉及用于对这种系统进行操作和编程的方法。
技术介绍
精密机器视觉检验系统(或者简称“视觉系统”)能够用于获取被检物的精确尺寸测量，并且检验各种其他物体特性。这种系统可以包括计算机、摄像机和光学系统以及精密台架，该精密台架在多个方向上可移动，以使摄像机扫描正检验的工件的特征。一个市售的示例性现有技术系统是从位于美国伊利诺伊州的奥罗拉的MitutoyoAmericaCorporation(MAC)可以获得的QUICK系列基于个人计算机的视觉系统和软件。例如，在2003年1月出版的QVPAK3DCNCVisionMeasuringMachineUser’sGuide和1996年9月出版的QVPAK3DCNCVisionMeasuringMachineOperationGuide中概况描述了QUICK系列视觉系统和软件，兹通过引用合并其每个的全部内容。例如，该系列产品能够利用显微镜型光学系统以各种放大率提供工件的图像，并且在需要时移动台架以)往返移动工件表面到任何单视频图像的限度外。假定这种系统的希望的放大率、测量分辨率和物理尺寸限制，则单视频图像通常仅包括正观测的或者正检验的工件的一部分。机器视觉检验系统通常采用自动视频检验。美国专利No.6,542,180教导了这种自动视频检验的各种方面，在此通过引用合并其全部内容。如’180专利所教导的，自动视频检验计量仪器通常具有编程能力，其对于每个特殊工件构造，用户都可以定义自动检验事件序列。这能够通过以下来实现：例如，通过基于文本的编程，或者通过借助图形用户界面(GUI)存储与用户执行的检验操作序列对应的机器控制指令序列逐步“学习”检验事件序列的记录模式，或者通过这两种方法的组合。常常将这种记录模式称为“学习模式”或者“训练模式”。在“学习模式”下定义了检验事件序列时，然后在“运行模式”期间能够利用这种序列自动获取(并且附加分析或者检验)工件的图像。通常将包括特定检验事件序列的机器控制指令(即，如何获取每个图像和如何分析/检验每个所获取的图像)存储为对特定工件构造专用的“零件程序”或者“工件程序”。例如，零件程序定义如何获取每个图像，诸如如何相对于工件定位摄像机，处于什么照明水平、处于什么放大水平、等等。此外，零件程序定义如何例如利用诸如边缘/边界检测视频工具的一个或者多个视频工具分析/检验获取的图像。为了完成检验和/或者机器控制操作，可以手动建立视频工具(或者简称为“工具”)和其他GUI特征。在学习模式期间也可以记录视频工具建立参数和操作，以便创建自动检验程序或者“零件程序”，然后该自动检验程序或者“零件程序”合并各种视频工具执行的测量/分析操作。视频工具可以包括例如边缘/边界检测工具、自动聚焦工具、形状或者图案匹配工具、尺寸测量工具、等等。在上面讨论的诸如QUICK系列视觉系统和有关软件的各种市售机器视觉检验系统中常常使用这些工具。典型的机器视觉检验系统对面高，即，在光学系统的光轴方向上，不提供高精度(例如，微米或者亚微米精度)测量能力。然而，这种高精度测量能力可以由诸如彩色范围传感器(chromaticrangesensor)(CRS)的辅助传感器提供，其中色差技术用于高精度距离感测计量。例如，在Optics(Paris)，1986年17卷6号279-282页G.Molesini和S.Quercioli,J的“PseudocolorEffectsofLongitudinalChromaticAberration”概括描述了这种传感器的工作原理。一般地说，在这种系统中，利用具有轴向色差的光学元件聚焦从小孔径发出的宽带光源，使得表面的轴向距离或者高度确定哪个波长在该表面上聚焦最好。从该表面反射时，该光再聚焦在诸如针孔和/或者光纤的末端的小孔径上，并且仅在该表面上良好聚焦的波长在该孔径上良好聚焦。其他波长聚焦不好，并且不将大量功率耦合到该孔径中。光谱仪测量通过孔径返回的每个波长的信号水平。波长强度峰值(wavelengthintensitypeak)有效指出该表面的距离或者高度。这种辅助CRS传感器可以与机器视觉检验系统的主要光路并排安装，也可以部分地集成，从而共享主光路的某些部件。例如，美国专利No.8,587,789和7,477,401中公开了适合用于这种构造的DRS系统的例子，每个通过引用合并其全部内容在此。将这种高精度CRS传感器与典型的机器视觉检验系统集成的一个问题是简化对这种CRS传感器的有关操作和编程，并且使其鲁棒，使得较不熟练的用户(其可能不理解CRS传感器)可以容易地创建可靠的零件程序，该零件程序利用这种集成系统中的机器视觉部件和CRS传感器进行检验。另外的问题是允许较不熟练的用户在这种零件程序中实现高产出。希望解决这些问题的方案。附图说明图1是示出通用精密机器视觉检验系统的各种典型部件的图；图2是与图1的相似的机器视觉检验系统的控制系统部和视觉部件部的方框图，包括在根据本专利技术的各种实施例中可用的模块和特征；图3是可用作精密Z高度传感器的示例性彩色共焦点传感器的方框图；图4是计量系统的示例性用户界面的图，包括跨越工件表面的扫描路径的表示；图5A-C是沿着跨越工件的扫描路径段的表面轮廓的示意图，示出与在工件扫描操作期间可使用的两种类型的Z高度感测系统的测量范围有关的尺寸关系；图6A-D是在机器视觉检验系统的学习模式操作期间可用于对于高精度Z高度感测系统定义沿着工件扫描路径段的检验操作的用户界面的一个实施例的图；图7A和7B是可用于确定初始实际表面Z高度测量以确定沿着图6A-6D的扫描路径段的精密3D扫描路径，并且验证沿着该精密3D扫描路径操作高精度Z高度感测系统的结果的用户界面的一个实施例的图；以及图8A和8B是示出用于确定并且使用第一类型Z高度感测系统的3D工件扫描路径的方法的流程图，该第一类型Z高度感测系统在计量系统中相对较窄的Z高度测量范围提供更精密的表面Z高度测量，该计量系统还包括相对较宽Z高度测量范围提供较低精度表面Z高度测量的第二类型Z高度感测系统。具体实施方式图1是根据在此描述的方法可用的一个示例性机器视觉检验系统(MVIS)10的方框图。MVIS10包括视觉测量机器12，该视觉测量机器12可操作地连接以与控制计算机系统14交换数据信号和控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对第一类型Z高度感测系统编程三维(3D)工件扫描路径的方法，所述第一类型Z高度感测系统在计量系统中在较窄Z高度测量范围上提供较精密表面Z高度测量，所述计量系统包括3D运动控制系统、所述第一类型Z高度感测系统、以及第二类型Z高度感测系统，所述第二类型Z高度感测系统在所述计量系统中在较宽Z高度测量范围上提供较低精密表面Z高度测量，所述方法包括：将代表性工件置于所述计量系统的台架上，所述代表性工件包含在超过所述较窄Z高度测量范围的范围上的表面Z高度；对所述代表性工件定义在开始XY坐标处开始而在结束XY坐标处结束的至少第一工件扫描路径段；操作所述运动控制系统和所述第二类型Z高度感测系统，以确定在位于近似沿着所述第一工件扫描路径段的相应初步XY坐标处的初步实际表面Z高度测量；确定用于移动所述第一类型Z高度感测系统的精密3D扫描路径，以在位于近似沿着所述第一工件扫描路径段的相应XY坐标处进行精密表面Z高度测量，其中所述精密3D扫描路径基于在所述相应初步XY坐标处确定的初步实际表面Z高度测量：并且执行操作A)或者B)中的至少一个，包括：A)对于所述代表性工件或者与所述代表性工件类似的工件，利用用于移动所述第一类型Z高度感测系统的所述精密3D扫描路径，以在位于近似沿着所述第一工件扫描路径段的相应XY坐标处进行精密表面Z高度测量，或者B)对于与代表性工件类似的工件，将所述精密3D扫描路径存储在检验程序中，所述检验程序利用用于移动所述第一类型Z高度感测系统的所述精密3D扫描路径，以在位于近似沿着所述第一工件扫描路径段的相应XY坐标处进行精密表面Z高度测量。...

【技术特征摘要】
2014.10.09 US 14/511,1001.一种对第一类型Z高度感测系统编程三维(3D)工件扫描路径的方
法，所述第一类型Z高度感测系统在计量系统中在较窄Z高度测量范围上提
供较精密表面Z高度测量，所述计量系统包括3D运动控制系统、所述第一
类型Z高度感测系统、以及第二类型Z高度感测系统，所述第二类型Z高度
感测系统在所述计量系统中在较宽Z高度测量范围上提供较低精密表面Z高
度测量，所述方法包括：
将代表性工件置于所述计量系统的台架上，所述代表性工件包含在超过
所述较窄Z高度测量范围的范围上的表面Z高度；
对所述代表性工件定义在开始XY坐标处开始而在结束XY坐标处结束
的至少第一工件扫描路径段；
操作所述运动控制系统和所述第二类型Z高度感测系统，以确定在位于
近似沿着所述第一工件扫描路径段的相应初步XY坐标处的初步实际表面Z
高度测量；
确定用于移动所述第一类型Z高度感测系统的精密3D扫描路径，以在
位于近似沿着所述第一工件扫描路径段的相应XY坐标处进行精密表面Z高
度测量，其中所述精密3D扫描路径基于在所述相应初步XY坐标处确定的初
步实际表面Z高度测量：并且
执行操作A)或者B)中的至少一个，包括：
A)对于所述代表性工件或者与所述代表性工件类似的工件，利用用于移
动所述第一类型Z高度感测系统的所述精密3D扫描路径，以在位于近似沿
着所述第一工件扫描路径段的相应XY坐标处进行精密表面Z高度测量，或
者
B)对于与代表性工件类似的工件，将所述精密3D扫描路径存储在检验
程序中，所述检验程序利用用于移动所述第一类型Z高度感测系统的所述精
密3D扫描路径，以在位于近似沿着所述第一工件扫描路径段的相应XY坐标
处进行精密表面Z高度测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述精密3D扫描路径确定为包括
3D扫描路径坐标，所述3D扫描路径坐标如在相应初步XY坐标处的确定的
初步实际表面Z高度测量指示的，使第一类型Z高度感测系统的较窄Z高度

\t测量范围的中部位于相对于代表性工件表面的较窄Z高度测量范围的正或者
负25％内。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述精密3D扫描路径可以确定为
包括3D扫描路径坐标，所述3D扫描路径坐标如在相应初步XY坐标处的确
定的初步实际表面Z高度测量指示的，使第一类型Z高度感测系统的较窄Z
高度测量范围的中部标称地位于相对于代表性工件表面的较窄Z高度测量范
围的正或者负5％内。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一类型Z高度感测系统包
括彩色范围传感器，并且所述较窄Z高度测量范围是所述彩色范围传感器的
规定测量范围。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述较窄Z高度测量范围是至多
1.0毫米。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述较窄Z高度测量范围是至多
500微米。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述计量系统包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：RK布赖尔，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本;JP