CN102066872A - 校准厚度测量装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于校准厚度测量装置的方法，其中所述厚度测量装置在可以预先设定的测量方向(Z)上测量被测对象的厚度，所述厚度测量装置具有至少一个非接触式或者扫描式位移传感器(1，2)，其中将具有已知厚度和形状的参考对象(3)移动到所述至少一个位移传感器(1，2)的测量场的至少一个局部区域之中，所述方法能进行特别精确且简单的校准，该方法包括以下步骤：首先在可以预先设定的时刻t_j或者根据所述参考对象(3)在所述测量场中的可以预先设定的位置P_j，由所述至少一个位移传感器(1，2)在所述参考对象(3)的第一表面上的至少两个可以预先设定的位置处记录至少两个独立的测量值，其中j＝1、2......；随后从在所述时刻t_j或者根据所述参考对象(3)的位置P_j所记录的测量值确定所述参考对象(3)在所述测量场中的倾斜度或者空间位置；然后由所述至少一个位移传感器(1，2)在与所述第一表面相反的第二表面上或者在与所述第一表面相反的参考对象(3)表面区域上的位于所述测量方向(Z)上的另一个位置处记录另一个测量值，以便在所述测量方向(Z)上确定所述参考对象(3)的厚度值；接下来根据所述至少一个位移传感器(1，3)在所述时刻t_j或者在所述测量方向(Z)上的位置P_j中的测量值来计算所述参考对象(3)的厚度值；最后对厚度计算值与所述参考对象(3)的已知厚度之差进行计算，以得到所述局部区域或者所述测量场中与位置和倾斜度或方位相关的修正值，从而能够在厚度测量过程中补偿所述至少一个位移传感器(1，2)在所述局部区域或者所述测量场中的几何误差和/或非线性度。

Description

校准厚度测量装置的方法

技术领域

本发明涉及一种校准厚度测量装置的方法，其中该厚度测量装置在可预先设定的测量方向上测量被测对象的厚度，该厚度测量装置具有至少一个非接触式或者扫描式位移传感器，其中将具有已知厚度和形状的参考对象移动到该至少一个位移传感器的测量场的至少一个局部区域之中。

背景技术

DE 40 11 717 A1公开了一种利用两个非接触式或者扫描式位移传感器来校准厚度测量装置的方法，其中将一个具有已知厚度的参考对象移动到位移传感器的测量场之中。按照这种已知的方法，两个传感器例如在预先设定的测量方向上从参考对象的顶面和底面分别测量至参考对象的顶面或底面的距离。将传感器相互间的已知距离减去所测定的这两个距离值，即可得到参考对象的厚度。由于这些传感器通常具有非线性测量特性，因而参考对象在传感器的轴线方向上(也就是在测量方向上)在传感器之间来回运动，从而能够根据参考对象的位置来执行多次厚度测量。换句话说，可以在参考对象的任意多个相对位置中测量位移传感器与参考对象之间的距离或者参考对象的厚度，并且可针对每一个相对位置，将根据位移传感器的非线性度得出的传感器测量值与预先设定的已知参考对象厚度之间的偏差记录为与相应传感器测量值对应的测量误差并且保存起来。这样就能在随后对任意对象进行厚度测量时，在整个测量范围内补偿位移传感器的非线性度。

这种已知方法的问题在于，在校准过程中必须在相对的传感器的轴线方向上始终非常精确而且没有倾斜地来回移动参考对象。取决于倾斜角度，参考对象的倾斜会使测量值明显失真。当参考对象倾斜时，检测到的厚度显著大于参考对象未倾斜时的厚度。即使仅仅倾斜5°，也会引起0.38％的测量误差，这对于许多精密测量而言，例如在需要监测带材、薄膜或类似物体厚度的情况下，这个误差已经显得太大了。

因此为了保证精确校准和测量，不仅参考对象而且被测对象都要被精确平行地引导，这实际上很难做到或者常常根本无法做到。

这种已知方法的另一个缺点在于，即使参考对象的厚度略有差别，例如由于表面粗糙度或者局部不平整所引起的细微差别，也会使校准结果失真。

发明内容

因此本发明的任务在于，阐述一种校准厚度测量装置的方法，可用该方法来实现特别精确且简单的校准。

采用具有权利要求1所述特征的方法，即可解决上述任务。按照所述的校准厚度测量装置的方法，所述厚度测量装置在可预先设定的测量方向上测量被测对象的厚度。厚度测量装置具有至少一个非接触式或者扫描式位移传感器，其中将具有已知厚度和形状的参考对象移动到该至少一个位移传感器的测量场的至少一个局部区域之中。作为第一方法步骤，在可以预先设定的时刻t_j或者根据参考对象在测量场中可以预先设定的位置p_j，由至少一个位移传感器在参考对象的第一表面上的至少两个可以预先设定的位置处记录至少两个独立的测量值。下一步，从之前在时刻t_j或者根据参考对象的位置p_j所记录的测量值确定参考对象在测量场中的倾斜度或者空间位置。接着或者基本上在记录先前的测量值的同时，由至少一个位移传感器在与第一表面相反的第二表面上或者在与第一表面相反的参考对象表面区域上的位于测量方向上的另一个位置处记录另一个测量值，以便在测量方向上确定参考对象的厚度值。然后根据至少一个位移传感器在时刻t_j或者在测量方向上的位置P_j中的测量值来计算参考对象的厚度值。最后对厚度计算值与参考对象的已知厚度之差进行计算，以得到局部区域或者测量场中与位置和倾斜度或方位相关的修正值，从而能够在厚度测量过程中补偿至少一个位移传感器在局部区域或者测量场中的几何误差和/或非线性度。

本发明所述方法与已知方法的不同之处在于，不仅能进行点状测量和校准，而且也能基于多维度记录的测量值来进行校准。

在最为简单的情况下，首先在参考对象的第一表面上的两个可预先设定的位置处记录两个独立的测量值。可以根据这两个测量值来确定某一平面中的倾斜度。这些测量值是在可以预先设定的时刻t_j或者根据参考对象的位置P_j来记录的。

然后利用至少一个位移传感器来记录源自于与该表面相反的参考对象一侧的另一个测量值，从而能够在测量方向上测定参考对象的厚度。如果应在可预先设定的时刻t_j进行测量，以使得该另一个测量值与之前在第一表面上记录的测量值相关，则也在时刻t_j记录该另一个测量值。如果要根据参考对象在测量场中的可预先设定的位置P_j来进行测量，则也可以在稍后某一时刻记录该另一个测量值。但是，参考对象必须处在与记录第一表面上的测量值时相同的位置P_j之中。

现在可以根据测定的测量值来计算参考对象在时刻t_j或者在测量方向上的位置P_j中的厚度值。

最后对厚度计算值与参考对象的已知厚度之差进行计算，以便获得进行校准所需的修正值。

此外在本发明所述的方法中还要注意，若以二维方式记录测量值，只要有例如由两个点式传感器提供的两个测量值，即可测定空间倾斜度。这时适用两点成一线的定律。因此不需要线扫描器。

同理也适用于三维记录测量值，这里只要有能够由三个点式传感器提供的三个测量值即可，因为至少三个点就已完全定义一个平面。例如在参考对象或被测对象的顶面和/或底面上可以各有两个激光三角测量传感器，这样就能确定朝向某一个方向的倾角，甚至可以利用三个传感器来确定空间位置。

本发明所述的方法可利用至少一个并且因此也可仅用一个提供至少两个独立测量值的位移传感器来实现。例如若为透明介质(例如玻璃板或塑料薄膜)，就可以通过一种光学扫描器(例如激光线扫描器或者共焦线扫描器)，在探测器线列上不仅从材料或介质的顶面，而且也从底面获得光点形式的信号。这种方法也适用于不透明介质，例如可使用一个反射镜，从而将来自顶面和底面的信号投影到同一个透镜扫描器上。对于不透明介质也可使用其它测量原理，并且可以仅仅使用一个传感器来获得来自顶面和底面的信号，其中这里可以使用超声波或者X光方法。

按照本发明所述的方法，时刻t_j和位置P_j中的索引j是一个表示连续时刻或位置的自然数。

采用本发明所述的方法，能够以简单的方式进行校准，即使当参考对象倾斜时，也能获得正确的校准值。最终，采用本发明所述的方法还可以进行独立于倾斜度的校准。不再需要在校准过程中精确地平行引导参考对象。

因此，采用本发明所述的方法，能够以特别精确、简单的方式进行校准。

在具体执行本方法的过程中，可以在测量场的至少一个局部区域之内移动参考对象，从而当参考对象在测量场中运动时，在不同的位置或者在不同的时刻产生关于参考对象的相应位置、方位或倾斜度的若干修正值。所记录的值越多，就可以产生更多的修正值，随后即可更加精确地测量被测对象的厚度。

在本方法中，在确定参考对象在可预先设定的平面中的倾斜度时可以记录变量对((x_i ¹；z_i ¹)，(x_i ²；z_i ²))形式的测量值。这些变量对所涉及的是传感器1和2在以x和y坐标表示的任意多个和至少两个测量点i处的相互独立的测量值。

在确定参考对象的三维空间位置时记录三元变量((x_i ¹；y_i ¹；z_i ¹)，(x_i ²；y_i ²；z_i ²))，其中上标表示传感器编号，下标i表示连续的测量值编号。相应地，三元变量(x_i ¹；y_i ¹；z_i ¹)和(x_i ²；y_i ²；z_i ²)所涉及的是传感器1或2在以x、y和z坐标表示的任意多个和至少两个测量点i处的相互独立的测量值。这些测量值是根据参考对象的位置P_j或者取而代之在可以预先设定的时刻t_j记录的。在可以预先设定的时刻t_j记录测量值表示必须使用在同一时刻t_j所记录的变量对(x_i ¹；z_i ¹)和(x_i ²；z_i ²)来计算参考对象的厚度。同理也适用于在可以预先设定的时刻t_j所记录的、用于计算参考对象的厚度的三元变量。

本发明所述的厚度测量装置校准方法构成对任意被测对象进行极高精度测量的基础。在完成了上述校准并且相应地记录和确定了修正值之后，即可根据上述测量值记录、倾斜度或位置确定、以及厚度值计算来对被测对象进行厚度测量，其中可以利用修正值来对厚度值进行修正。测量值记录是以类似于校准方法的方式进行的，其中同样也可以在可以预先设定的时刻或者根据被测对象的位置来记录变量对或三元变量。也可以用类似的方式确定被测对象的倾斜度或位置并且计算厚度值，其中用修正值来对计算出的厚度值进行修正。

对几何误差的补偿可有利地包括补偿尤其是激光传感器从侧面射向参考对象和/或被测对象时出现的角度误差。由此也可以补偿其它几何误差。

有利地，沿着一条线或者沿着参考对象和/或被测对象的表面或形状来记录测量值。这种线并非一定是直线。例如当使用激光扫描器时，这条线就是光扇面与参考对象或被测对象的相交线，如果对象被结构化，那么这条相交线自然就不会是直线，而是以相交线表示的表面轮廓。

因此，确定参考对象和/或被测对象的倾斜度或位置可以是确定参考对象和/或被测对象的一条线或一个平面的倾斜度或位置。具体而言，确定参考对象和/或被测对象的倾斜度或位置包括确定该线或该平面的倾斜度或位置。

可以根据需要在绝对坐标中确定倾斜度或位置。作为替代或补充方案，可以确定相对于位移传感器中的至少一个位移传感器的倾斜度或位置。

具体而言，确定倾斜度或位置包括确定参考对象相对于某一个位移传感器的倾斜角。

然而，并非仅仅可以确定参考对象或被测对象相对于某一个传感器的倾斜角或倾斜度或位置，而是也可以(利用一种被适当构造的参考对象)确定两个传感器相互之间和/或相对于参考对象或被测对象的倾斜度或位置。

可以根据所记录的测量值来确定倾斜度或位置。如果沿着一条线进行测量，那么只要有可以用来算出倾斜度或倾斜角的两个测量点就足以确定倾斜度。如果沿着一个平面记录测量值，那么三个测量点就足以确定平面的空间位置和倾斜度。

可以用特别简单的方式将修正值保存在存储器之中，也可取而代之将修正值以函数形式保存起来。生成这样的函数通常不是很容易的事，但是与将修正值保存在存储器中的方式相比，这样能够节约存储空间。如果是感应式传感器，这种函数的生成通常比较简单，因为误差函数通常是一条S形曲线或者指数曲线。如果是光学传感器，多数情况下很难生成函数，因为通常存在统计误差分布。

此外为了特别精确地进行校准，还可以在确定参考对象和/或被测对象的倾斜度或位置之前，根据每一个时刻t_j或者在每一个位置P_j中的测量值来算出一条理想的线g¹(x_i ¹；z_i ¹)和/或g²(x_i ²；z_i ²)或者理想的平面f¹(x_i ¹；y_i ¹；z_i ¹)和/或f²(x_i ²；y_i ²；z_i ²)。通过计算这样的线或平面，可尽量避免表面粗糙度对校准的影响，因为这样可以平滑参考对象和/或被测对象的表面。可以通过求平均值或者内插的方式来计算理想的线和/或平面。

因此，在根据测量值来计算参考对象的厚度时，可以依据或者使用理想的线和/或平面。以这种方式就能特别精确地进行校准。

为了尽可能全面地校准厚度测量装置，可以在整个测量场之内移动参考对象。这样就能保证此后在整个测量场之内以很高的精度来测量任意被测对象的厚度。

可以根据所记录的测量值，以简单的方式来确定线或者平面的空间倾斜度或位置，并且由此确定参考对象的位置。按照另一种替代实施方式所述，可以使用一个基准传感器来确定参考对象和/或被测对象的倾斜度或方位和/或位置。这样就能特别精确地确定倾斜度或方位和/或位置。

可以将线扫描器、共焦扫描器或者摄像头用作用于沿着一条线或平面来记录测量值的至少一个位移传感器。例如可以使用激光线扫描器来沿着一条线记录测量值，这种激光线扫描器并不像激光三角测量扫描器或测头那样产生一个测量点，而是将一条线投影到被测对象上进行分析。这样就可以确定参考对象和/或被测对象的倾斜度，因为该传感器能检测沿线的若干测量点，可以根据这些测量点来算出表面的位置。然而，使用一个线扫描器只能在一个方向进行操作。但这通常够用，因为例如在生产过程中是朝向一个优选方向输送带材。由于通过轧辊引导带材运动，因而通常仅仅在输送方向出现例如因带材颤动、带材下垂或类似现象引起的倾斜。在这种情况下，可以使用两个线扫描器中的一个或者使用两个线扫描器来测量带材的倾斜度。可以将这些线扫描器彼此相对地布置，其中使扫描线全面扫描带材的上、下表面。可以适当定位这些线，以使其在最大倾斜方向延伸。通过用传感器来检测该线，就可知道带材相对于该传感器的位置，然后就可以根据待测量的厚度测量值来算出倾斜度。

也可以将该方法推广用于任意的倾斜度，只要使用平面测量传感器即可。可使用摄像头来确定参考对象和/或被测对象的表面的空间位置。例如可以使用具有许多像素的矩阵的CCD摄像头。

为了实现特别全面的校准，可以根据算出的修正值来对中间区域的修正值进行线性内插。

可以在参考对象或被测对象的两个不同侧面分别布置至少一个位移传感器，参考对象或被测对象这时处在这些传感器之间。也可取而代之将至少两个位移传感器并排布置在参考对象或被测对象的某一侧，其中一个传感器可以测量与参考对象顶面之间的距离，另一个传感器测量与参考对象底面之间的距离。例如可以利用这种布置方式测量导电材料上的绝缘材料的层厚。为此需要使用不同工作原理的传感器。例如电容式位移传感器可以测量与绝缘材料表面之间的距离。按照涡流原理工作的位移传感器则可以透过绝缘材料来测量导电材料的表面。这两个距离测量值之差就是绝缘材料的厚度。如上所述，对于上述应用而言，只要有一个能提供两个相互独立的测量值(例如来自参考对象和/或被测对象的顶面和底面的测量值)的传感器即可。

在特别简单的校准中，参考对象可以具有不变的厚度。视具体需要而定，参考对象也可以具有厚度不同的区域，其中可构想具有复杂形状的参考对象。最终，可以通过参考对象的已知几何形状来确定位移传感器在测量装置结构之内的误差位置。

有利地，可以(利用一种被适当构造的参考对象)确定至少两个传感器相互之间和/或与参考对象或被测对象之间的相对位置。这样就能实现特别全面的校准并且补偿几何误差。

按照本发明所述的方法，在最为简单的情况下，需要参考对象的一个表面的至少两个测量值来确定参考对象的空间倾斜度。若要进行三维观测，则需要一个表面的至少三个测量值来确定参考对象的空间倾斜度或位置；若要计算参考对象的厚度，则需要参考对象另一侧或者相反表面的至少另一个测量值。

为了获得参考对象或被测对象的第一表面上的两个或三个测量值以确定其倾斜度或位置，可以使用一个能够在不同地点确定两个或三个相互独立的测量值的位移传感器，或者取而代之可以使用两个或三个能够分别确定所需数量(两个或三个)测量值的位移传感器。

然后还需要记录参考对象或被测对象的相反表面或相反侧上的另一个测量值，才能计算出参考对象或被测对象的厚度。这样随后就能求算差值以计算厚度值。

现在有不同的方法可以实施、改进本发明的技术原理。为此一方面可参考相关从属权利要求，另一方面也可参考以下根据附图对本发明所述方法的优选实施例所做的解释。结合根据附图对本发明所述方法的优选实施例所做的解释，总体上也解释了本发明所述原理的优选实施方式和改进实施方式。

附图说明

如附图所示：

附图1用于执行本发明所述厚度测量装置校准方法的一种实施例的示例性测量装置结构示意图，

附图2参考对象的倾斜度对厚度值计算的影响的示意图，

附图3使用不同传感器在参考对象或被测对象上记录两个测量值的示意图，

附图4使用不同传感器在参考对象或被测对象上记录三个测量值的示意图，

附图5在二维情形中使用不同传感器来记录另一测量值的示意图，

附图6使用单个传感器在一个参考对象的两侧上确定测量值的示意图，

附图7a具有不规则表面轮廓的参考对象的示例，以及

附图7b使用激光扫描仪来扫描附图7a所示的参考对象。

具体实施方式

附图1所示为用来执行本发明所述厚度测量装置校准方法的测量装置的一种实施例的示意图。该装置有两个非接触式位移传感器1和2以沿着参考对象3的一条线来分别记录多个测量值，其中将具有已知厚度的参考对象3移动到位移传感器1和2的测量场之中。也可以取而代之在参考对象3的每一侧布置多个能够分别记录测量值的传感器。

若要确定参考对象3在测量方向Z上沿着z轴线的厚度，则例如将传感器1与2之间的总距离减去传感器1与测量点4之间的距离以及传感器2与测量点5之间的距离即可。求算差值得出参考对象3在测量方向Z上的计算厚度，但是该厚度并不等于参考对象3在垂直于表面的方向上的真正厚度。

按照本发明所述的厚度测量装置校准方法，首先使得参考对象3在测量场的一个局部区域之内移动，其中在预先设定的时刻t_j或者根据参考对象3的位置P_j，通过两个位移传感器1和2沿着参考对象3的一条线记录变量对(x_i ¹；z_i ¹)和(x_i ²；z_i ²)形式的测量值。可根据所记录的测量值确定参考对象3上的这条线的空间位置。换句话说，可以确定参考对象3相对于传感器1和2的倾斜角度。

最后求算根据两个位移传感器1和2在每一个时刻t_j或者在每一个位置P_j中的测量值算出的厚度与参考对象3的已知厚度之间的差值，从而算出厚度分布。这时重要的是在计算过程中使用两个传感器1和2的在相同时刻t_j或者在参考对象3的相同位置P_j中确定的测量值。索引j表示任意数目个时刻或位置。

根据计算出来的厚度值来获得局部区域或测量场中与位置和方位有关的修正值，以便能够在对被测对象进行厚度测量时补偿位移传感器1和2在局部区域或测量场中的几何误差和/或非线性度。结果就能得出非常精确的被测对象厚度测量值。

按照这里所述的实施例，测量是沿着一条线进行的，从而只能考虑这条线的方向上的倾斜。这种局限性例如在测量连续带材的厚度时并不严重，因为这些带材通常仅仅在输送方向上出现倾斜。

当然也可以将该方法推广用于任意的倾斜度，只要使用平面测量传感器即可。为此可以使用能够确定参考对象表面的空间位置的CCD摄像头。然后可以在考虑表面位置的情况下，根据对应于该表面位置的修正值来精确计算被测对象的厚度。该修正值在任何情况下都是一个可以通过校准来确定的多维函数。

在校准过程中不必像现有技术那样精确平行引导参考对象，而是可以使得参考对象以能够改变的任意角度在测量场或者测量场的局部区域中移动，或者在传感器之间移动。为传感器的每一个测量点确定修正值。

若采用线扫描器或者摄像头，则由于测量值很多(一条线由若干个点构成，一个摄像头可以记录带有许多像素的矩阵)，还可以通过统计方法来改善测量精度。因此有不同的厚度计算可能性，例如确定平均厚度或者沿线(该线不必一定是直线)或者平面中的厚度分布。这些传感器除了可以检测具有不变厚度的简单对象之外，也可以检测具有隆起或者其它形状的表面的复杂对象，因为可以通过线成像或者平面成像并且记录测量值的方式来检测其拓朴结构。

按照类似于校准的方式来计算被测对象的厚度。首先记录传感器1和2的测量值，视所用的传感器而定，这些测量值将产生变量对或者三元变量。在固定的时刻t_j，或者根据被测对象的位置P_j来记录这些值。比较简单的方式是利用时间关系，因为基本上已经通过传感器1和2的采样频率预先给定了这个关系。其缺点在于，取样值在对象进行不规则运动时不等距。与位置有关的实施方式尽管比较精确，但是多数情况下需要有一个基准传感器，才能进行特别精确的测量。这种测量方式会产生在每一个时刻或者在每一个位置P_j覆盖一个平面或者一个空间区域的测量值“点云(Punktwolken)”。这些测量值首先含有传感器1和2的线性误差。

在下一个步骤中确定参考对象3或者线或表面的空间倾斜度或位置。接着可以计算厚度分布，其中利用表或者修正函数提供的修正值来对计算出的线、平面或者自由曲面进行修正。在确定表面的空间位置之前，可以根据每一个时刻t_j或者每一个位置P_j的测量值来计算一条理想的线或平面。若为具有相同厚度的对象，则可以采用求平均值、内插或者类似的其它已知数学方法进行计算。若为具有任意表面的对象，则可以针对表面轮廓进行调整。在计算厚度分布以及随后进行修正时可以考虑这些由此获得的理想的线或平面，以便例如在确定厚度时补偿被测对象的表面粗糙度。

按照本发明所述的方法，特别有利于显著提高厚度测量过程中的测量精度。在校准过程中不必非常精确地使得参考对象3在传感器1与2之间移动，而是可以相对不太精确地移动，例如也可用手来移动，并且不需要执行复杂的平行移动单元。在测量过程中可消除因被测对象倾斜而产生的测量误差，因为可以根据测量值本身来计算此倾斜度。此外尤其当使用两个或三个以上传感器时，还可以测量具有几乎任意表面几何形状的被测对象。

附图2所示是倾斜度对厚度测量的影响的示意图。参考对象3的倾斜会在校准过程中引起误差，该误差也会影响随后的厚度测量值。已知厚度D的参考对象3的倾斜角度α引起测量误差Δ的原因仅仅在于参考对象的有效厚度D_有效会因为简单的角度关系D_eff＝D/cosα而发生变化。此时，测量误差Δ＝D_有效-D＝D(1/cosα-1)。因此即使仅仅倾斜5°，也会引起0.38％的测量误差。对于许多精密测量而言，这种误差太高了。因此当进行常规测量时，不仅要精确引导参考对象，而且也要精确引导真正的被测对象，这实际上经常是不可能的事。

附图3所示为使用一个适合用来记录参考对象3上的两个相互独立的测量值的传感器1以及使用两个能够分别记录测量值的传感器1的示意图。这两种布置方式均适合用来确定一条线的空间位置或者倾斜度。

附图4所示为使用一个适合用来记录参考对象3上的三个相互独立的测量值的传感器1以及使用三个能够分别记录测量值的传感器1的示意图。

按照附图3所示的实施例，例如可以使用一个能够记录许多相互独立的测量值的线扫描器。按照附图4所示的实施例，可以将具有许多像素的摄像头用作单个传感器1以记录许多测量值。

附图5所示为在附图3所示情况下计算厚度的示意图。在这种情况下需要利用例如一个传感器2来记录参考对象3的相反表面上的至少一个测量值。

附图6所示为使用一个既能从参考对象3的顶面也能从底面记录测量值的传感器1的示意图。这类传感器1可以例如是一种可用于透明的参考对象3或者被测对象的共焦扫描器。视具体需要而定，可以记录二维或三维情况下的两个或三个测量值。

上述实施例均适用于沿着扫描线或平面具有不变厚度的参考对象3。如果在这种情况下记录两个或三个以上测量值，就会提高本发明所述方法的精度。

附图7a所示为具有不规则表面轮廓的参考对象3的示意图，但在使用本发明所述的方法时必须已经知道该表面轮廓。表面轮廓数据可以是例如根据CAD方法所确定的3D数据。该参考对象3具有一种特征形状，例如这里存在一种在参考对象3的顶面和底面上形成的“类似于通道的”轮廓。利用这样一种参考对象3也可以确定定位于上、下方的传感器1、2的位置，且必要时也可对该位置进行修正。

总而言之，参考对象3可以具有任意的轮廓。如同所示的简单轮廓可以减少校准过程中的运算耗费。但也可以使用任意的自由曲面。该自由曲面必须是已知的，例如可以用其它方式来对该自由曲面进行检测，或者从CAD数据知晓该自由曲面。

附图7b所示为利用一个激光扫描器来对附图7a所示的参考对象3进行扫描的示意图。激光线的投影线落在参考对象3上。可以利用本发明所述的方法，根据参考对象3的已知几何形状和所测量的线来校准激光扫描器的空间特征曲线。

为了避免重复，关于本发明所述方法的其它有益实施方式可以参阅说明书的一般部分以及所附权利要求。

最终需要明确指出的是，本发明所述方法的上述实施例仅用来讨论本发明的技术原理，但本发明并非仅限于该实施例。

附图标记列表

1  位移传感器

2  位移传感器

3  参考对象

4  测量点

5  测量点

Claims (25)

1.一种用于校准厚度测量装置的方法，其中所述厚度测量装置在可以预先设定的测量方向(Z)上测量被测对象的厚度，所述厚度测量装置具有至少一个非接触式或者扫描式位移传感器(1，2)，其中将具有已知厚度和形状的参考对象(3)移动到所述至少一个位移传感器(1，2)的测量场的至少一个局部区域之中，所述方法包括以下步骤：

-在可以预先设定的时刻t_j或者根据所述参考对象(3)在所述测量场中的可以预先设定的位置P_j，由所述至少一个位移传感器(1，2)在所述参考对象(3)的第一表面上的至少两个可以预先设定的位置处记录至少两个独立的测量值，其中j＝1、2......；

-从在所述时刻t_j或者根据所述参考对象(3)的位置P_j所记录的测量值确定所述参考对象(3)在所述测量场中的倾斜度或者空间位置；

-由所述至少一个位移传感器(1，2)在与所述第一表面相反的第二表面上或者在与所述第一表面相反的参考对象(3)表面区域上的位于所述测量方向(Z)上的另一个位置处记录另一个测量值，以便在所述测量方向(Z)上确定所述参考对象(3)的厚度值；

-根据所述至少一个位移传感器(1，3)在所述时刻t_j或者在所述测量方向(Z)上的位置P_j中的测量值来计算所述参考对象(3)的厚度值；

-对厚度计算值与所述参考对象(3)的已知厚度之差进行计算，以得到所述局部区域或者所述测量场中与位置和倾斜度或方位相关的修正值，从而能够在厚度测量过程中补偿所述至少一个位移传感器(1，2)在所述局部区域或者所述测量场中的几何误差和/或非线性度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述测量场的至少一个局部区域之内移动所述参考对象(3)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在确定所述参考对象(3)在可以预先设定的平面中的倾斜度时，记录变量对((x_i ¹；z_i ¹)，(x_i ²；z_i ²))形式的测量值；或者在确定所述参考对象(3)的三维空间位置时，记录三元变量((x_i ¹；y_i ¹；z_i ¹)，(x_i ²；y_i ²；z_i ²))形式的测量值；其中上标表示传感器编号，下标(i)表示连续的测量值编号。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述测量值记录、倾斜度或位置确定、以及厚度值计算来对被测对象进行厚度测量，其中利用所述修正值来对所述厚度值进行修正。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述对几何误差的补偿包括补偿尤其是激光传感器从侧面射向所述参考对象(3)和/或被测对象时出现的角度误差。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，对所述测量值的记录是沿着所述参考对象(3)和/或被测对象的一条线或平面或形状进行的。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所述参考对象(3)和/或被测对象的倾斜度或位置包括确定所述线或者平面的倾斜度或位置。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，所述确定倾斜度或位置是在绝对坐标中进行的。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于，所述确定倾斜度或位置是以相对于所述位移传感器(1，2)中的至少一个位移传感器的方式进行的。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的方法，其特征在于，所述确定倾斜度或位置包括确定所述参考对象(3)相对于位移传感器(1，2)的倾斜角。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的方法，其特征在于，所述确定倾斜度或位置是根据所记录的测量值本身进行的。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的方法，其特征在于，将所述修正值保存在存储器之中。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的方法，其特征在于，将所述修正值保存为函数。

14.根据权利要求1～13中任一项所述的方法，其特征在于，在确定所述参考对象(3)和/或被测对象的倾斜度或位置之前，根据每一个时刻t_j或者在每一个位置P_j中的测量值来计算理想的线g¹(x_i ¹；z_i ¹)和/或g²(x_i ²；z_i ²)或者理想的平面f¹(x_i ¹；y_i ¹；z_i ¹)和/或f²(x_i ²；y_i ²；z_i ²)。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述理想的线和/或平面的计算是通过求平均值或者内插的方式进行的。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，基于或使用所述理想的线和/或平面来从所述测量值计算厚度。

17.根据权利要求1～16中任一项所述的方法，其特征在于，使用基准传感器来确定所述参考对象(3)和/或被测对象的倾斜度或方位和/或位置。

18.根据权利要求1～17中任一项所述的方法，其特征在于，使用线扫描器或者共焦扫描器或者摄像头作为至少一个位移传感器(1，2)。

19.根据权利要求1～18中任一项所述的方法，其特征在于，根据所确定的修正值来对中间区域的修正值进行线性内插。

20.根据权利要求1～19中任一项所述的方法，其特征在于，在所述参考对象(3)或者被测对象的两个不同侧分别布置至少一个位移传感器(1，2)。

21.根据权利要求1～19中任一项所述的方法，其特征在于，将至少两个位移传感器(1，2)并排布置在所述参考对象(3)或者被测对象的一侧。

22.根据权利要求1～21中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考对象(3)具有不变的厚度。

23.根据权利要求1～22中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考对象(3)具有可变厚度的复杂形状。

24.根据权利要求1～23中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述参考对象(3)的已知几何形状来确定所述位移传感器(1，2)的误差位置。

25.根据权利要求1～24中任一项所述的方法，其特征在于，利用被适当构造的参考对象(3)来确定至少两个位移传感器相互之间或者与所述参考对象(3)或者被测对象之间的相对位置。

Images