用于校准光学安排的方法技术

披露了一种对用于确定测量对象的尺寸特性的光学安排进行校准的方法、以及一种实施所述方法的坐标测量机器。所述光学安排具有相机以及用于将第一周期性图案投影到投影区域上的投影仪。所述光学安排是沿着第一轴线相对于工件工作台可移动的。在所述工件工作台上、在相对于所述光学安排的第一位置处安排了亚光表面。在所述亚光表面上提供与所述第一周期性图案分开的第二周期性图案并且使之偏移。使用所述相机来记录所述第二图案的图像，并且使用所述第二周期性图案来确定所述相机的至少一个畸变像差。将所述第一周期性图案投影到所述亚光表面上并且确定所投影的第一周期性图案的至少一个图案点的第一和第二坐标，所述第二坐标是与同所述第一轴线相垂直的第二轴线有关的。将所述亚光表面相对于所述光学安排沿着所述第一轴线移位至第二位置，并且针对所述亚光表面沿着该第一轴线的多个相对位置重复上述步骤。

A method for calibrating optical arrangement

A method for calibrating the optical arrangement for determining the size characteristic of a measuring object is disclosed, and a coordinate measuring machine for carrying out the method is calibrated. The optical arrangement has a camera and a projector for projecting the first periodic pattern to a projection area. The optical arrangement is movable along the first axis relative to the work table of the workpiece. A sub light surface is arranged on the worktable of the work piece and at the first position relative to the optical arrangement. A second periodic pattern is provided on the suboptical surface to be separated from the first periodic pattern and excursions. The camera is used to record the image of the second pattern and to determine at least one aberration aberration of the camera using the second periodic pattern. The first periodic pattern is projected onto the sub surface and determines the first and second coordinates of at least one pattern point of the projected first periodic pattern, and the second coordinate is related to the second axis perpendicular to the first axis. The matte surface is shifted to the second position relative to the optical arrangement along the first axis, and repeats the above steps according to the multiple positions of the Shu Yaguang axis along the first axis.

【技术实现步骤摘要】
用于校准光学安排的方法相关申请的交叉引用本申请要求在2016年6月13日向德国专利与商标局提交的德国专利申请102016110802.2的巴黎公约优先权。所述优先权申请的全部内容通过援引并入本文。
技术介绍
本专利技术涉及用于校准包括相机和投影仪的光学安排的方法。本专利技术进一步涉及具有此类光学安排并且实施所述校准方法的坐标测量机器。DE19536297A1中披露了上述类型的方法。使用投影仪来将预定图案投影到例如位于校准板的投影区域上。投影区域或所述校准板是提前引入测量体积中的。然后，针对投影图案中的图案点来确定与测量体积的坐标系中的第一轴线有关的坐标，所述第一轴线优选地垂直于所述投影区域(例如，z轴)。可以基于所确定的第一坐标相对于第一(z)轴线对所述光学安排进行校准。从现有技术中已知的其他方法使用具有标记的平面板，这些标记是以高度精确的方式施加的。然而，这样的平面板是昂贵的。此外，通过这样的安排，全区域的畸变测量是不可能的，并且因此校准的准确性受到限制。影响上述已知方法的另一个缺点是，这些方法要求使用不同部件的多个校准步骤，这些的空间指配需要很大的努力才有可能。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供用于校准开篇提及的类型的光学安排的方法，所述方法可以容易地实施。本专利技术的另一目的是提供用于校准光学安排的方法，所述方法可以更便宜且以更少的努力来实施。本专利技术的又一个目的是提供具有包括相机和投影仪的光学安排的坐标测量机器，所述坐标测量机器常规地可以高准确性地进行校准。根据本专利技术的第一方面提供了对用于确定测量对象的尺寸特性的光学安排进行校准的方法，所述光学安排包括被配置成用于将第一周期性图案投影到测量体积内的投影区域上的投影仪、以及用于记录所述投影区域的图像的相机，所述方法包括以下步骤：a)相对于所述光学安排将亚光表面安排在所述测量体积中的沿第一轴线的第一位置处，b)在所述亚光表面上提供与所述第一周期性图案分开的第二周期性图案、并且将所述第二周期性图案沿垂直于所述第一轴线的至少一个第二方向以多个相位步长来偏移，所述至少一个第二方向限定了至少一条第二轴线，c)使用所述相机来记录所述第二图案的图像并且使用所述第二周期性图案来确定所述相机的至少一个畸变像差，d)通过所述投影仪将所述第一周期性图案投影到所述亚光表面上，e)使用所述相机来记录所述第一图案的图像并且确定所投影的第一周期性图案的至少一个图案点的第一坐标，所述第一坐标是与所述第一轴线有关的，f)确定所投影的第一周期性图案的所述至少一个图案点的第二坐标，所述第二坐标是与所述第二轴线有关的，g)使得所述亚光表面相对于所述光学安排沿着所述第一轴线移位至第二位置，并且针对所述亚光表面沿着所述第一轴线的多个相对位置，重复步骤b)至f)。根据本专利技术的另一方面，在包括被配置成用于接纳测量对象的工件工作台的坐标测量机器中，所述坐标测量机器包括相对于所述工件工作台沿着第一轴线可移动的工作头部，所述第一轴线是垂直于所述工件工作台的；并且包括评估与控制单元，所述评估与控制单元被配置成使用所述工作头部和所述工件工作台来确定所述测量对象的空间坐标，所述工作头部包括具有相机和投影仪的光学安排，并且所述投影仪被配置成用于将第一周期性图案投影到所述工件工作台上的投影区域上，提供了用于校准所述光学安排的方法，所述方法包括以下步骤：a)在所述光学安排沿这所述第一轴线相对于所述工件工作台处于第一位置处时，在所述工件工作台上安排亚光表面，b)在所述亚光表面上提供与所述第一周期性图案分开的第二周期性图案、并且将所述第二周期性图案沿垂直于所述第一轴线的至少一个第二方向以多个相位步长来偏移，所述至少一个第二方向限定了至少一条第二轴线，c)使用所述相机来记录所述第二图案的图像并且使用所述第二周期性图案来确定所述相机的至少一个畸变像差，d)通过所述投影仪将所述第一周期性图案投影到所述亚光表面上，e)使用所述相机来记录所述第一图案的图像、并且使用所述评估与控制单元确定所投影的第一周期性图案的至少一个图案点的第一坐标，所述第一坐标是与所述第一轴线有关的，f)使用所述评估与控制单元确定所投影的第一周期性图案的所述至少一个图案点的第二坐标，所述第二坐标是与所述第二轴线有关的，g)使得所述亚光表面相对于所述光学安排沿着所述第一轴线移位至第二相对位置，并且针对所述亚光表面沿着所述第一轴线的多个相对位置，重复步骤b)至f)。根据本专利技术的另一方面，提供了用于确定测量对象的尺寸特性的坐标测量机器，包括工件工作台，包括相对于所述工件工作台可移动的光学安排，所述光学安排包括被配置成用于将第一周期性图案投影到测量体积内的投影区域上的投影仪，并且包括被配置成用于记录所述投影区域的图像的相机，包括评估与控制单元，所述评估与控制单元被配置成使用所述第一周期性图案和所述相机来确定所述测量对象的空间坐标；并且包括用于校准所述光学安排的校准装置，其中所述校准装置包括亚光表面，所述亚光表面被配置成是被安排在所述工件工作台上、沿着第一轴线相对于所述光学安排处于第一位置处，并且其中所述评估与控制单元进一步被配置成用于执行以下步骤：i)在所述亚光表面上提供与所述第一周期性图案分开的第二周期性图案、并且将所述第二周期性图案沿垂直于所述第一轴线的至少一个第二方向以多个相位步长来偏移，所述至少一个第二方向限定了至少一条第二轴线，ii)使用所述相机来记录所述第二图案的图像并且使用所述第二周期性图案来确定所述相机的至少一个畸变像差，iii)通过所述投影仪将所述第一周期性图案投影到所述亚光表面上，iv)使用所述相机来记录所述第一图案的图像并且确定所投影的第一周期性图案的至少一个图案点的第一坐标，所述第一坐标是与所述第一轴线有关的，v)确定所投影的第一周期性图案的所述至少一个图案点的第二坐标，所述第二坐标是与所述第二轴线有关的，vi)使得所述亚光表面相对于所述光学安排沿着所述第一轴线移位至第二相对位置，并且针对所述亚光表面沿着所述第一轴线的多个相对位置，重复步骤i)至v)。所述光学安排相对于所述光学安排的测量体积的坐标系中的第一轴线(优选地，z轴)的校准是基于投影到所述投影区域上的第一图案来执行的。所述测量体积的坐标系优选地是已知为全局坐标系的坐标系。所述光学安排相对于与所述测量体积的坐标系的第一(z)轴线相垂直的第二轴线(优选地x或y轴)的校准是基于以相机可检测到的方式显示在显示区域上的第二图案来执行的。因此，能够在每个图案点在测量体积的坐标系中的坐标(具体而言，x、y、以及z坐标)与同所述图案点相对应的图像点在所述相机的检测平面的坐标系中的坐标(具体而言，x′、y′、以及z′坐标)之间建立关联性。以此方式，特别准确地校准了所述光学安排。由于所述第二图案与所述第一图案的投影图案不同，所以相对于所述第一轴线的校准可以至少部分地与相对于所述第二轴线的校准解耦。在本专利技术的范围内，“不同”应理解为是指所述投影图案和所述第二图案是两个单独的图案。所述投影图案由于对所述第一图案进行投影而产生，而所述第二图案是不经投影直接显示在显示区域上的。然而，所述第二图案可以包括与所述投影图案相同的图案形式并且因此被实施为具有与所述投影图案相同的内容。除了检测所述第二图案之外，所述相机还本文档来自技高网...

【技术保护点】
对用于确定测量对象的尺寸特性的光学安排进行校准的方法，所述光学安排包括被配置成用于将第一周期性图案投影到测量体积内的投影区域上的投影仪、以及用于记录所述投影区域的图像的相机，所述方法包括以下步骤：a)相对于所述光学安排将亚光表面安排在所述测量体积中的沿第一轴线的第一位置处，b)在所述亚光表面上提供与所述第一周期性图案分开的第二周期性图案、并且将所述第二周期性图案沿垂直于所述第一轴线的至少一个第二方向以多个相位步长来偏移，所述至少一个第二方向限定了至少一条第二轴线，c)使用所述相机来记录所述第二图案的图像并且使用所述第二周期性图案来确定所述相机的至少一个畸变像差，d)通过所述投影仪将所述第一周期性图案投影到所述亚光表面上，e)使用所述相机来记录所述第一图案的图像并且确定所投影的第一周期性图案的至少一个图案点的第一坐标，所述第一坐标是与所述第一轴线有关的，f)确定所投影的第一周期性图案的所述至少一个图案点的第二坐标，所述第二坐标是与所述第二轴线有关的，g)使得所述亚光表面相对于所述光学安排沿着所述第一轴线移位至第二位置，并且针对所述亚光表面沿着所述第一轴线的多个相对位置，重复步骤b)至f)。...

【技术特征摘要】
2016.06.13 DE 102016110802.21.对用于确定测量对象的尺寸特性的光学安排进行校准的方法，所述光学安排包括被配置成用于将第一周期性图案投影到测量体积内的投影区域上的投影仪、以及用于记录所述投影区域的图像的相机，所述方法包括以下步骤：a)相对于所述光学安排将亚光表面安排在所述测量体积中的沿第一轴线的第一位置处，b)在所述亚光表面上提供与所述第一周期性图案分开的第二周期性图案、并且将所述第二周期性图案沿垂直于所述第一轴线的至少一个第二方向以多个相位步长来偏移，所述至少一个第二方向限定了至少一条第二轴线，c)使用所述相机来记录所述第二图案的图像并且使用所述第二周期性图案来确定所述相机的至少一个畸变像差，d)通过所述投影仪将所述第一周期性图案投影到所述亚光表面上，e)使用所述相机来记录所述第一图案的图像并且确定所投影的第一周期性图案的至少一个图案点的第一坐标，所述第一坐标是与所述第一轴线有关的，f)确定所投影的第一周期性图案的所述至少一个图案点的第二坐标，所述第二坐标是与所述第二轴线有关的，g)使得所述亚光表面相对于所述光学安排沿着所述第一轴线移位至第二位置，并且针对所述亚光表面沿着所述第一轴线的多个相对位置，重复步骤b)至f)。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述亚光表面安排在具有显示控制电子器件的电子装置的显示器上，并且其中使用这些显示控制电子器件来显示所述第二周期性图案。3.如权利要求2所述的方法，其中，在步骤d)至e)期间关掉所述电子装置。4.如权利要求2所述的方法，其中，所述电子装置是平板计算机、智能电话、或移动计算装置。5.如权利要求2所述的方法，其中，所述电子装置具有覆盖玻璃，并且其中所述亚光表面是通过蚀刻所述覆盖玻璃或者通过向所述覆盖玻璃施加亚光膜来在所述覆盖玻璃上来安排的。6.如权利要求1所述的方法，其中，通过毛玻璃屏来提供所述亚光表面，所述毛玻璃屏具有面向所述相机的覆盖玻璃并且具有后侧，其中在所述后侧上安排了所述第二周期性图案。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述覆盖玻璃被设计成是可在第一状态与第二状态之间切换的，在所述第一状态下所述覆盖玻璃是透明的并且在所述第二状态下所述覆盖玻璃是不透明的。8.如权利要求1所述的方法，其中，通过将所述光学安排相对于所述亚光表面沿着所述至少一条第二轴线移动来使所述第二周期性图案沿所述至少一条第二方向偏移。9.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第二方向包括各自垂直于所述第一轴线并且相对于彼此垂直的两个第二方向。10.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一周期性图案和所述第二周期性图案包括相同的图案形式。11.如权利要求1所述的方法，其中，选择所述多个相对位置的方式为，使得相邻的相对位置之间的距离是恒定的。12.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一周期性图案和所述第二周期性图案中的至少一者是正弦条纹图案。13.如权利要求1所述的方法，其中，所述相机具有多个独立像素，并且其中针对每个独立像素确定畸变像差。14.如权利要求1所述的方法，其中，所述相机具有限定相机坐标系的多个像素，并且其中所述第一和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：F霍勒，O保罗，F维杜勒，
申请(专利权)人：卡尔蔡司工业测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE