用于测量机器的多光束扫描系统技术方案

一种用于测量机器的光学测量系统包括至少两个扫描设备以用于间断地移动通过静态测量位置的交替定时序列，在静态测量位置的交替定时序列，测量光束被引导往来于测试对象。光学开关将测量光束选择性地路由通过已安置到静态测量位置中的一个的扫描设备中的任一个扫描设备。

Multi beam scanning system for measuring machines

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量机器的多光束扫描系统
本专利技术涉及光学测量系统，并且尤其涉及在测试对象上扫描测量光束以供收集测量值数据的此类系统。
技术介绍
用相对可移动的测量光束探测测试对象的光学测量系统通常包括光束源、用于成形测量光束的光学器件（optics）、用于与一个或多个运动台协力移动测量光束的扫描设备，所述一个或多个运动平台通常在编程控制器的控制之下用于相对调节测量光束相对于测试对象的位置、用于检测在与测试对象和测量光束相遇相关联的测量光束中的变化的检测器、以及编程用于将测量光束中的检测到的变化解释为测试对象的测量值的处理器。作为光学探头的测量光束经常被布置成在接近测试对象上的单个点的测量的测试对象上的有限焦点尺寸上收集以离散量为单位的数据。这种逐点（point-by-point）测量值通常记录在公共坐标系内，在所述坐标系中，用测量光束获得的测量值与还记录测量光束相对于测试对象的运动的测量值相结合。整体上，测量光束在测试对象的预定义区域上被扫描。各个测量值通常在扫描运动中的瞬间流逝（lapse）中被收集，在所述瞬间流逝期间测量光束和测试对象之间的相对运动被中断。每个离散测量值通常在有限的曝光周期内发生，在所述曝光周期期间收集有足够数量的光以支持对收集数据的后续处理。测量光束的开始-停止逐步位移轮廓（profile）连同当停止测量光束时为获得测量值所需的曝光时间显著延长了在测试对象的规定区域为获得测量值所需的时间。测量光束相对于测试对象的逐步扫描运动涉及加速度和减速度，这可能瞬间地使测量光束相对于测试对象的相对位置不稳定。为了避免不期望地扩大在其上获得离散测量值的受约束区域，在收集测量值数据之前，可能需要额外的时间以允许测量光束的相对位置稳定在每个期望的测量位置。
技术实现思路
本文公开的实施例分割了用于在测试对象的区域上单独扫描测量光束的路径。例如，两个扫描设备可以与光学开关一起使用，所述光学开关将测量光束引导到扫描设备中的一个或另一个。当扫描设备中的一个被稳定用于收集在测试对象上的一个位置处的测量值数据时，扫描设备中的另一个可以朝向测试对象上的新位置移动以用于获得后续测量值。光学开关将测量光束引导到最接近处于稳定的光学扫描仪，以供获得下一个测量值。两个扫描设备可以是用于扫描测试对象的不同区域的分隔的扫描头的部分，或者所述两个扫描设备可以被并入到相同的扫描头中，以用于沿着分隔的路径分别引导测量光束。诸如用于聚焦测量光束的光束成形光学器件可以被共享，其中扫描设备被并入到相同的扫描头中，或者扫描设备可以被并入到不同的扫描头中，每个扫描头具有光束成形光学器件的集合。在光学开关前面，引导通过两个扫描设备的测量光束通常可以被产生和处理。例如，被引导到测试对象的测量光束可以由相同的光束源产生，并且从测试对象返回的测量光束可以由相同的检测器监测，所述检测器用于检测与测量光束和测试对象的相遇相关联的测量光束中的变化。编程用于将测量光束中检测到的变化解释为测试对象的测量值的处理器也可以是共享的。公共运动轴可被提供以用于将扫描设备相对于测试对象共同移动。依赖于用于检测由两个测量光束记录的测试对象上的变化的特定光学机制的测量系统可以共享其他专用硬件。例如，在依赖于干涉机制的测量系统中，源光束可以在光学开关前面被分成参考光束和测量光束，所述参考光束沿着参考臂传播往来于参考反射器，并且所述测量光束由光学开关引导通过扫描设备中的一个或另一个以支持测量光束沿着分隔的对象臂传播往来于测试对象。依赖于作为波长的函数的相位变化的不同率以用于测量距离的干涉度量系统可以与检测器一起共享波长扫描源，或者与用于在检测器的扩展维度上分离波长的分光计一起共享给定的带宽源。当扫描设备和由扫描设备导引的测量光束被认为是静止的时候，在测量值间隔内收集测量值中的每个。通常，为将测量光束经由扫描设备移动到新位置以及为将光束与在该新位置的扫描设备一起安置到适当的静止状态所需的任何额外时间会增加到测量值循环的时间，在所述测量值循环中，关于测试对象的测量值数据没有被收集。通过增加第二扫描设备，两个扫描设备中的一个可以在测量值间隔期间被移动和安置，在所述测量值间隔，扫描设备中的另一个被认为是静止的。光学开关将测量光束导向被认为是静止或最紧密接近静止状态的扫描设备中的一个或另一个，使得在扫描设备中的一个的静止位置处收集测量值数据，同时扫描设备中的另一个处于运动以为获取后续测量值做准备。在为将扫描设备移动和安置到新位置所需的时间超过测量值间隔的情况下，可以增加第三个或更多个扫描设备作为用于引导测量光束的另一开关选项，使得公共检测器从测量光束收集测量值数据的更密切连续流。作为用于测量机器的光学测量系统的一个实施例包括用于产生测量光束的光束源、至少两个扫描设备以及公共检测器，其用于检测通过所述至少两个扫描设备从测试对象返回的所述测量光束上的变化。所述至少两个扫描设备被布置用于间断地移动通过静态测量位置的相对定时序列，通过所述静态测量位置的相对定时序列，所述测量光束在到所述公共检测器的途中被导引到所述测试对象上的不同位置。光学开关将所述测量光束选择性地路由通过已安置到所述静态测量位置中的一个的所述至少两个扫描设备中的任一个扫描设备。优选地，所述至少两个扫描设备包括：用于间断地移动通过静态测量位置的所述序列中的第一序列的第一扫描设备，在静态测量位置的所述序列中的第一序列，所述测量光束被引导往来于所述测试对象上的所述不同位置中的第一序列，以及用于间断地移动通过静态测量位置的所述序列中的第二序列的第二扫描设备，在静态测量位置的所述序列中的第二序列，所述测量光束被引导往来于所述测试对象上的所述不同位置的第二序列。所述光学开关优选地被布置用于（a）当所述第一扫描设备已安置到静态测量位置的所述第一序列的测量位置时将所述测量光束通过所述第一扫描设备引导到所述测试对象并且从所述测试对象通过所述第一扫描设备引导到所述公共检测器，以及（b）当所述第二扫描设备已安置到静态测量位置的所述第二序列的测量位置时将所述测量光束通过所述第二扫描设备引导到所述测试对象并且从所述测试对象通过所述第二扫描设备引导到所述检测器。此外，所述光学测量系统优选地包括控制器，所述控制器用于对所述第一和第二扫描设备的定时运动，使得（a）在所述第一扫描设备已安置到静态测量位置的所述第一序列的所述测量位置时所述第二扫描设备进行移动，以及（b）在所述第二扫描设备已安置到静态测量位置的所述第二序列的所述测量位置时所述第一扫描设备进行移动。所述控制器优选地提供用于控制所述光学开关，使得所述光学开关提供以交替方式引导所述测量光束通过所述第一和第二扫描设备。第一扫描头可以与所述第一扫描设备相关联并可以包括用于对由所述第一扫描设备引导到所述测试对象的所述测量光束进行成形的光学器件。第二扫描头可以与所述第二扫描设备相关联并可以包括用于对由所述第二扫描设备引导到所述测试对象的所述测量光束进行成形的光学器件。在优选布置中，所述第二扫描头相对于所述第一扫描头进行角度地位移。备选地，扫描头可以与所述第一和第二扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量机器的光学测量系统，包括：/n用于产生测量光束的光束源；/n至少两个扫描设备；/n公共检测器，其用于检测通过所述至少两个扫描设备从测试对象返回的所述测量光束上的变化；/n所述至少两个扫描设备被布置用于间断地移动通过静态测量位置的相对定时序列，通过所述静态测量位置的相对定时序列，所述测量光束在到所述公共检测器的途中被导引到所述测试对象上的不同位置；以及/n光学开关，其用于将所述测量光束选择性地路由通过已安置到所述静态测量位置中的一个的所述至少两个扫描设备中的任一个扫描设备。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171116 US 15/8145251.一种用于测量机器的光学测量系统，包括：
用于产生测量光束的光束源；
至少两个扫描设备；
公共检测器，其用于检测通过所述至少两个扫描设备从测试对象返回的所述测量光束上的变化；
所述至少两个扫描设备被布置用于间断地移动通过静态测量位置的相对定时序列，通过所述静态测量位置的相对定时序列，所述测量光束在到所述公共检测器的途中被导引到所述测试对象上的不同位置；以及
光学开关，其用于将所述测量光束选择性地路由通过已安置到所述静态测量位置中的一个的所述至少两个扫描设备中的任一个扫描设备。


2.根据权利要求1所述的光学测量系统，在所述光学测量系统中所述至少两个扫描设备包括：用于间断地移动通过静态测量位置的所述序列中的第一序列的第一扫描设备，在静态测量位置的所述序列中的第一序列，所述测量光束被引导往来于所述测试对象上的所述不同位置中的第一序列，以及用于间断地移动通过静态测量位置的所述序列中的第二序列的第二扫描设备，在静态测量位置的所述序列中的第二序列，所述测量光束被引导往来于所述测试对象上的所述不同位置的第二序列。


3.根据权利要求2所述的光学测量系统，在所述光学测量系统中所述光学开关被布置用于（a）当所述第一扫描设备已安置到静态测量位置的所述第一序列的测量位置时将所述测量光束通过所述第一扫描设备引导到所述测试对象并且从所述测试对象通过所述第一扫描设备引导到所述公共检测器，以及（b）当所述第二扫描设备已安置到静态测量位置的所述第二序列的测量位置时将所述测量光束通过所述第二扫描设备引导到所述测试对象并且从所述测试对象通过所述第二扫描设备引导到所述检测器。


4.根据权利要求3所述的光学测量系统，还包括控制器，所述控制器用于对所述第一和第二扫描设备的定时运动，使得（a）在所述第一扫描设备已安置到静态测量位置的所述第一序列的所述测量位置时所述第二扫描设备进行移动，以及（b）在所述第二扫描设备已安置到静态测量位置的所述第二序列的所述测量位置时所述第一扫描设备进行移动。


5.根据权利要求4所述的光学系统，在所述光学系统中所述控制器提供用于控制所述光学开关，使得所述光学开关提供以交替方式引导所述测量光束通过所述第一和第二扫描设备。


6.根据权利要求3所述的光学测量系统，还包括：
第一扫描头，其与所述第一扫描设备相关联并包括用于对由所述第一扫描设备引导到所述测试对象的所述测量光束进行成形的光学器件；以及
第二扫描头，其与所述第二扫描设备相关联并包括用于对由所述第二扫描设备引导到所述测试对象的所述测量光束进行成形的光学器件。


7.根据权利要求6所述的光学测量系统，在所述光学测量系统中所述第二扫描头相对于所述第一扫描头进行角度地位移。


8.根据权利要求3所述的光学测量系统，还包括与所述第一和第二扫描设备相关联的扫描头并且包括用于对由所述第一和第二扫描设备引导到所述测试对象的所述测量光束进行成形的光束成形光学器件。


9.根据权利要求3所述的光学测量系统，在所述光学测量系统中所述光束源发射源光束并且还包括分束器，所述分束器将所述源光束分成参考光束以及所述测量光束，所述参考光束沿着参考臂传播，并且所述测量光束由所述光学开关引导通过作为交替对象臂的所述第一和第二扫描设备中的一个或另一个。


10.根据权利要求9所述的光学测量系统，在所述光学测量系统中所述检测器接收沿着所述参考臂传播的所述参考光束和沿着所述交替对象臂传播的所述测量光束两者的部分。


11.根据权利要求3所述的光学测量系统，在所述光学测量系统中所述检测器被布置用于在所述第一和第二扫描设备已安置到静态测量位置的所述第一和第二序列的所述测量位置时记录在相应的测量值间隔内来自所述测量光束的测量值数据，并且处理器被布置用于将所述测量值数据解释为所述测试对象的测量值。


12.根据权利要求11所述的光学测量系统，在所述光学测量系统中（a）所述第一和第二扫描设备在相应的运动间隔内在静态测量位置的所述第一和第二序列之间相对地移动，（b）当所述第二扫描设备已安置到静态测量位置的所述第二序列的所述测量位置时所述第一扫描设备在静态测量位置的所述第一序列的所述测量位置之间的所述运动间隔与所述第二扫描设备的所述测量值间隔重叠，以及（c）当所述第一扫描设备已安置到静态测量位置的所述第一序列的所述测量位置时所述第二扫描设备在静态测量位置的所述第二序列的所述测量位置之间的所述运动间隔与所述第一扫描设备的所述测量值间隔重叠。


13.根据权利要求2所述的光学测量系统还包括第三扫描设备，其用于间断地移动通过静态测量位置的第三序列，在静态测量位置的第三序列，所述测量光束被引导往来于所述测试对象上的位置的第三序列。


14.根据权利要求13所述的光学测量系统，在所述光学测量系统中所述检测器提供用于记录来自通过所述第三扫描设备从所述测试对象返回的所述测量光束的测量值数据，并且控制器提供用于对所述第一、第二和第三扫描设备的定时运动，使得（a）当所述第一和第二扫描设备中的至少一个已安置到静态测量位置的所述第一或第二序列的所述测量位置时所述第三扫描设备进行移动，以及（b）当所述第三扫描设备已安置到静态测量位置的所述第三序列的测量位置时所述第一和第二扫描设备中的至少一个进行移动。


15.根据权利要求14所述的光学测量系统，在所述光学测量系统中所述光学开关提供用于在所述第三扫描设备已安置到静态测量位置的所述第三序列的所述测量位置时将所述测量光束通过所述第三扫描设备引导到所述测试对象并且从所述测试对象通过所述第三扫描设备引导到所述检测器。


16.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：DJL威廉斯，
申请(专利权)人：优质视觉技术国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US