通过将测量结果分类成有效或无效来估测表面的方法技术

通过将测量结果分类成有效或无效来估测表面的方法。一种用于测量表面(24)的方法，具体地根据光学相干层析成像的原理，由此基于干涉图(2)通过基于对相应干涉图(2)的相位变化(4)和幅度变化(4')的评价(7)将测量结果(2、11、13、19)分类(6a、6b、6b')成无效(6a)或有效(6b、6b')来基于干涉图测量到表面(24)的点的距离(D)。

【技术实现步骤摘要】
通过将测量结果分类成有效或无效来估测表面的方法
本专利技术涉及用于估测表面的方法以及用于该目的的测量装置。
技术介绍
在许多使用领域中，需要高准确性地估测对象的表面，并因此也需要高准确性地估测对象本身。这尤其适用于制造行业，对于制造行业，工件表面的估测和检查非常重要。对于这些应用，存在为特定任务而设计的并且还被指定成坐标测量装置或机械的许多现有测量装置。这些测量装置通过产生机械接触并探测表面来估测表面。这样的例子是龙门测量机，例如在DE4325337或DE4325347中所描述的。另一系统是基于使用铰接臂，可以使该铰接臂的设置在多部分臂的端部的测量传感器沿表面移动。例如在US5402,582或EP1474650中描述的通用类型的铰接臂。在现有技术中已经采用了非接触式估测的方案。一种方案利用白光干涉进行高精度估测。在此，该应用采用扫描，即通过干涉仪的位移，并因此进行得较慢，或者是在进行光谱分辨检测的情况下测量范围通常限制在几毫米。EP1744119公开了用于使用光学相干层析成像和调频源来估测表面的系统。在此，通过声学上可调谐的过滤器元件使得光纤环形激光器可调谐。然后，在公共路径干涉仪(即，一种其中对于测量辐射和基准辐射使用至少部分相同的部件或光束路径的干涉仪)中使用激光辐射对表面进行干涉估测。在此，由干涉仪的测量臂中的反射提供基准距离。使用校准干涉仪来校准波长。存在与这种干涉测量方法及装置相关的各种问题。误差的重要来源是所谓的散斑的出现。散斑效应源自从表面反射的具有不同相对相位的光的在扫描装置的分辨率单元内的相干叠加。这种相位差例如发生自粗糙表面，在该粗糙表面上，高度变化在所使用波长的尺度上并且横向尺寸小于分辨率单元。由于扰动性的散斑效应，所测量到的轮廓示出在实际表面轮廓中不存在的异常结果。用于表面干涉测量的已知方法和装置不能充分处理这些误差。
技术实现思路
目的是提供用于估测表面或确定表面形貌的改进的测量方法及测量装置。另一目的是提供测量方法及测量装置，该方法或测量装置充分地处理测量结果扰动，测量结果扰动具体地由散斑引起。本专利技术涉及用于测量表面的方法，具体地在工业上，优选根据光学相干层析成像的原理，由此基于干涉图，例如，通过分析相应调制频率，测量到表面的点的距离。该方法包括生成激光束，将激光束发射到表面上，由此激光束被聚焦在表面的点上，接收激光束由表面的相应点反射的至少一部分，并通过将接收到的激光束与基准激光束叠加来生成干涉图。该方法还包括基于相应干涉图的相位变化和/或幅度变化的评价来将测量结果分类成有效或无效的步骤。换句话说，基于相应干涉图的相位和/或幅度变化的测试，将相应干涉图或从其得出的距离分类成有效或无效。优选地，该分类用于清理或标识/标记由于出现激光散斑而受扰动的测量结果。优选地，将分类成无效的测量结果标识并存储成无效或在测量期间实时删除。可选地，在用于距离计算的任何处理前标识或删除相应干涉图，即，在进行任何进一步的处理前的适当时间内识别出无效的测量结果，否则会“浪费”处理能力，因为无论如何结果中有过多缺陷。作为另一选择，该方法包括生成所测量的表面的轮廓，其中，以图形方式标记了无效的测量结果/距离。另选地或附加地，从轮廓中排除无效距离，其中，优选地通过在未被排除的测量结果之间插值来保持轮廓的连续性。可选地，如果评价结果高于限定的一个或更多个阈值，则相应测量结果被分类成无效，其中优选地，该阈值是在校准过程中通过测量一个或更多个标准表面而限定的。例如，如果相应干涉图的相位变化超过限定的阈值，则将该相应干涉图分类成无效。作为另一选择，评价包括搜索相应干涉图的相位和/或幅度的扰动。另选地或附加地，评价包括确定相应干涉图的相位和/或幅度的波动程度。换句话说，评价在相应干涉图中存在多少相位和/或幅度变化或漂移。作为另一选择，评价包括将相应干涉图的相位和/或幅度图与理想相位和/或幅度图比较。这些图可以被实现成图形、函数、表格等，作为数据实施方式的形式，用于得出所测量的相位和/或幅度与理想值之间的偏差。在优选实施方式中，评价包括计算相应干涉图的解缠绕相位，拟合通过干涉图相位(图)的线性函数，从相位中减去该线性函数，计算标准偏差并基于标准偏差对干涉图分类。如果例如标准偏差超过预限定的阈值，则将相应干涉图或测得的距离分类成无效。在另一优选实施方式中，评价包括检测相应干涉图的幅度是否暂时低于幅度阈值。该幅度阈值可以是绝对阈值。另选地，阈值是相对阈值，依赖于相应干涉图的最大幅度。作为进一步的选择，如果幅度低于幅度阈值的干涉图占比高于占比阈值，则将相应的测量结果分类成无效。换句话说，根据该进一步选择，不仅评价干涉图中是否存在低于幅度阈值的幅度，而且还评价这种低幅度存在到什么程度。如果例如检测到低幅度，但其持续不超过预限定的时段，则将测量结果分类成“有效”。可选地，应用针对被分类成有效的相应干涉图的相位信息的基于幅度的加权因子，来计算到点的距离。作为另一选择，加权因子直接依赖于相应干涉图的幅度和/或如果幅度低于幅度阈值则被设置为零。用于相位加权的幅度阈值可以但不是必须与上述用于分类的幅度阈值相同。本专利技术还涉及被设计用于测量表面的干涉测量装置，具体地根据光学相干层析成像的原理来测量，该装置包括：激光器，其用于生成激光束；驱动器，其用于在表面上方引导激光束发射测量头，使得激光束逐点扫描表面；接收器，其用于接收激光束由表面的相应点反射的至少一部分；以及干涉仪，其用于通过将接收到的激光束与基准激光束叠加来产生干涉图；以及信号处理器，其用于基于相应干涉图测量到相应点的距离。根据本专利技术，信号处理器(例如，现场可编程门阵列(FPGA))被配置成基于对相应干涉图的相位变化和/或幅度变化的评价，将测量结果分类成有效或无效。另外，本专利技术还涉及非暂时性计算机程序产品，其包括存储在机器可读介质的程序代码(具体地根据本专利技术的干涉测量装置的)并且具有计算机可执行指令，该计算机可执行指令在被执行时致使计算机执行根据本专利技术的测量方法。本专利技术有利地允许识别和清理具有(过多)误差的干涉图或者说相应地从中得出的距离，该误差具体地由于散斑引起。因此，无效的测量结果从开始就被丢弃了，并且之后不必将其清除。所得到的被测量的表面轮廓没有示出如从现有技术的方法/装置得到的任何(由散斑引起的)异常结果，或者说这种异常结果在创建轮廓期间可能已经被标记成有缺陷的测量结果。附图说明下面仅通过示例的方式，参照附图中示意性示出的工作示例，更详细地描述或例示用于估测表面的根据本专利技术的方法和根据本专利技术的测量装置。特别是，图1a至图1f示出了干涉测量装置和用于将测量结果分类成有效或无效的测量表面的相应方法的第一示例；图2a、图2b示出了用于干涉图的分类的方法的另一示例；图3示出了用于干涉图的分类的方法的进一步发展；以及图4示出了用于干涉图的分类的方法的另一进一步发展。具体实施方式图1a至图1f例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量表面(24)的方法，具体地在工业上，具体地根据光学相干层析成像的原理来测量，由此基于干涉图(2)来测量到所述表面(24)的点的距离(D)，所述方法包含以下步骤：/n·生成激光束(23)，/n·将所述激光束(23)发射到所述表面(24)上，/n·接收所述激光束(23)被所述表面(24)的相应点反射的至少一部分，/n·通过将所接收到的激光束(24)与基准激光束叠加来生成干涉图(2)，/n所述方法的特征在于/n基于对相应干涉图(2)的相位变化(4)和/或幅度变化(4')的评价(7)，将测量结果(2、11、13、19)分类(6a、6b、6b')成无效(6a)或有效(6b、6b')。/n

【技术特征摘要】
20190207 EP 19156061.41.一种用于测量表面(24)的方法，具体地在工业上，具体地根据光学相干层析成像的原理来测量，由此基于干涉图(2)来测量到所述表面(24)的点的距离(D)，所述方法包含以下步骤：
·生成激光束(23)，
·将所述激光束(23)发射到所述表面(24)上，
·接收所述激光束(23)被所述表面(24)的相应点反射的至少一部分，
·通过将所接收到的激光束(24)与基准激光束叠加来生成干涉图(2)，
所述方法的特征在于
基于对相应干涉图(2)的相位变化(4)和/或幅度变化(4')的评价(7)，将测量结果(2、11、13、19)分类(6a、6b、6b')成无效(6a)或有效(6b、6b')。


2.根据权利要求1所述的方法，所述方法的特征在于
如果所述评价(7)的结果高于限定的一个或更多个阈值，则相应测量结果(2、11、13、19)被分类成无效(6a)，具体地其中，所述阈值是在校准过程中通过测量一个或更多个标准表面而限定的。


3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法的特征在于
所述评价(7)包括搜索相应干涉图(2)的相位(Φ)和/或幅度(A)的扰动。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法的特征在于
所述评价(7)包括确定相应干涉图(2)的所述相位(Φ)和/或幅度(A)的波动程度。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法的特征在于
所述评价(7)包括将相应干涉图的相位图(13)和/或幅度图(19)与理想相位图(12)和/或幅度图进行比较。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法的特征在于
所述评价(7)包括
·计算(3)相应干涉图(2)的所述相位(Φ、13)，
·拟合通过干涉图相位(Φ、13)的线性函数(12)，
·从所述相位(Φ、13)减去所述线性函数(12)，
·计算标准偏差(4)，
·基于所述标准偏差(4)来对所述干涉图(2)分类。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法的特征在于
所述评价(7)包括检测相应干涉图(2)的所述幅度(A)是否暂时低于幅度阈值(14)。


8.根据权利要求7所述的方法，所述方法的特征在于
如果幅度(A)比所述幅度阈值(14)低的干涉图占比(F、B)高于占比阈值，则相应测量结果(2、11、13、19)被分类成无效(6a)。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法的特征在于

【专利技术属性】
技术研发人员：F·皮尔扎格达，托马斯·延森，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH