CN105509641B - 用于对计量系统编程三维工件扫描路径的方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

用于对计量系统编程三维工件扫描路径的方法
技术领域
本发明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。
背景技术
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Mitutoyo AmericaCorporation(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QVPAK 3D CNC Vision Measuring MachineUser’s Guide和1996年9月出版的QVPAK 3D CNC Vision Measuring MachineOperationGuide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(chromatic range sensor)(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“Pseudocolor Effectsof Longitudinal Chromatic Aberration”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(wavelength intensity peak)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，包括在根据本发明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。MVIS 10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交换数据信号和控制信号。控制计算机系统14还可操作地连接以与监视器或者显示器16、打印机18、操纵杆22、键盘24以及鼠标26交换数据信号和控制信号。监视器或者显示器16可以显示适用于对MVIS 10的操作进行控制和/或者编程的用户界面，包括在此公开的各种操作。
视觉测量机器12包括可移动工件台架32和光学成像系统34。MVIS 10通常与上面讨论的QUICK系列视觉系统和软件以及类似的技术状况的市售精密机器视觉检验系统相当。在共同转让的美国专利号7,454,053、7,324,682、8,111,905和8,111,938中也描述了MVIS 10，每个通过引用合并在此。
图2是与图1的MVIS 10类似的MVIS 100的控制系统部120和视觉部件部200的方框图。控制系统部120用于控制视觉部件部200，并且包括在根据本发明的各种实施例中可用的特征。视觉部件部200包括：光学组件部205；光源220、230和240；跟踪自聚焦(TAF)部1000的部分或全部(替代地可以部分地位于控制系统部120中)；以及工件台架210，该工件台架210具有中心透明部212。视觉部件部200还可以包括精密Z高度传感器300，在一个实施例中，该高度传感器300可以包括精密Z高度传感器光学部300A(或者300A’)和精密Z高度传感器电子部300B。在所示的实施例中，精密Z高度传感器光学部300A和物镜250可以互相偏离。这不是对实施在此公开的本发明的要求。然而，这是典型情况：当精密Z高度传感器是机器视觉检验系统的任选配件或者附加配件时，并且在这种情况下在此公开的本发明和教导特别具有优势。工件台架210沿着X轴和Y轴可控地可移动，X轴和Y轴位于通常与工件20所在的台架的表面平行的面中。任选配件部205包括摄像机系统260和可更换物镜250，并且可以包括具有镜头286和288的转塔式(turret)镜头组件280。作为转塔式镜头组件的一种选择，可以包括固定式的或者手动更换的变放大率镜头，或者变焦镜头配置等。利用可控电机294，光学组件部205沿着通常垂直于X轴和Y轴的Z轴可控地可移动。
要成像的工件20或者保持多个工件20的托盘或者固定装置位于工件台架210上。工件台架210相对于光学组件部205移动，使得可更换物镜250在工件(或者各工件)20上的位置之间移动。台架灯220、同轴灯230和表面灯240可以分别发出光源光222、232或者242，以照亮工件20。光源230可以沿着包括镜面290的路径发射光232。光源光被作为工件光反射或者透射，工件光255通过可更换物镜250和转塔式镜头组件280到达摄像机系统260。摄像机系统260捕获的图像在信号线262上输出到控制系统部120。光源220、230和240可以分别通过信号线或者总线221、231和241连接到控制系统部120。为了改变图像放大率，通过信号线或者总线281，控制系统部120可以通过信号线或总线281使转塔式镜头组件280沿着轴284旋转以选择转塔式镜头。
TAF部1000可以对半镀银镜照射聚焦光251，并且通过物镜250照亮工件20。聚焦光通过物镜250反射回，并且返回到TAF部1000中的焦点检测器，然后该焦点检测器可以在信号线和/或者控制线或者总线上将测量和/或聚焦校正信号输出到控制系统部120。在各种实施例中，TAF部1000可以基于各种公知的聚焦传感器技术，诸如刀口聚焦技术(knifeedge focus technique)、提供大测量范围的彩色共焦技术、或者Shack-Hartmann型波前感测技术等等。在标题为“System and Method for Controlling a Tracking Autofocus(TAF)Sensor in a Machine Vision Inspection System”的共同未决美国专利申请No.14/052,579中描述了后者技术，在此通过引用合并其全部内容。
在各种示例性实施例中，利用驱动致动器的可控电机294光学组件部205在垂直Z轴方向上可移动，以使光学组件部205沿着Z轴移动而改变摄像机系统260捕获的图像的聚焦。如在此使用的术语Z轴指的是用于使光学组件部205捕获的图像聚焦的轴。可控电机294当使用时通过信号线296连接到输入/输出接口130。
在一个实施例中，当TAF部1000活动时，控制系统部120对其测量信号和/或者聚焦校正信号做出响应，并且根据TFA信号移动或者伺服Z轴，直到TAF部1000输出对应于最佳聚焦位置的测量信号和/或者聚焦校正信号。在某些实施例中，可以调节和/或者校准机器视觉检验系统100，使得该最佳聚焦位置对应于摄像机系统260的最佳聚焦位置。此外，根据下面更详细描述的原理，可以利用该位置和/或者测量信息在精密Z高度传感器300的测量范围(例如，接近测量范围的中部)内定位工件20的表面。
如图2所示，在各种示例性实施例中，控制系统部120包括控制器125、电源部128、输入/输出接口130、存储器140、工件程序(零件程序)生成器与执行器170、记录器/翻译器155、学习模式执行器156、运行模式执行器157、编辑部160、节点管理器190、TAF部1000’和扫描部180，该扫描部180可以包括包含3D扫描路径部185的精密3D扫描部182。这些部件中的每个以及下面描述的附加部件都可以通过一个或者多个数据/控制总线和/或者应用编程接口或者通过各种元件之间的直接连接互连。
如对本技术领域内的技术人员明白显然的，关于TAF部1000(和/或者1000’)和/或者精密Z高度传感器300的各种操作可以由硬件配置、软件配置或者硬件配置和软件配置的组合实现，并且因此，根据每种实现，TAF部1000和/或者精密Z高度传感器300的各种硬件和/或者软件组件以及特征可以适当排列于MVIS 100的视觉部件部200与控制系统部120之间。
可以将工件程序(或者零件程序)生成器与执行器170、记录器翻译器155、学习模式执行器156、运行模式执行器157、编辑部160、节点管理器190、TAF部1000’和扫描部180看作与控制器125链接的通用机器控制模块MC的一部分。工件程序生成器与执行器170负责创建并且执行零件程序(或者“工件程序”)。根据工件程序生成器与执行器170的操作，或者通过利用工件编程语言编码指令并且/或者通过在学习模式下操作MVIS 100产生指令(例如，如学习模式执行器156的控制的)来提供希望的图像获取训练序列，用户利用MVIS 100创建用于工件20的零件程序。例如，训练序列可以包括：在视场(FOV)内定位工件特征、设定光水平、聚焦或者自聚焦、获取图像、以及提供应用于图像的检验训练序列(例如，利用视频工具)。学习模式运行，使得(各)“学习”操作序列被记录并且转换为相应零件程序步骤(即，指令)。当在运行模式下执行零件程序时(例如，如由运行模式执行器157控制)，这些零件程序步骤将使MVIS 100再现训练图像获取和检验操作，从而自动检验与创建零件程序时使用的工件匹配的工件或者各工件。
记录器翻译器155用于将机器操作翻译为零件程序代码。换句话说，如果用户执行动作(例如，诸如手动改变对应于当前面高度的Z高度)，则产生基本指令，其被翻译为机器可读语言以形成零件程序，并且还可以执行反向翻译。记录器翻译器155还可以在GUI中的可编辑指令表示与它们的相应代码指令之间进行翻译。编辑部160提供或者激活与编辑零件程序有关的各种操作和用户界面特征，其可以包括控制用于编辑功能的操作并且提供用于编辑功能的用户界面特征。在一个实施例中，节点管理器190负责管理在零件程序中对节点指配的和对在GUI中的它们的相应指令表示指配的节点号。例如根据下面描述的各种实施例，由节点管理器190控制的节点号可以例如用于以规定顺序排列包括TAG部操作和扫描部操作的零件程序指令表示。
TAF部1000’提供或者激活各种操作和用户界面特征，诸如TAF GUI元件135中捕获的与MVIS 100中的TAF功能有关的那些。扫描部180提供或者激活各种操作和用户界面特征，诸如在扫描GUI元件137中捕获的与扫描功能有关的那些。这些可以包括在此公开的精密Z高度扫描功能和精密3D扫描路径功能。
输入/输出接口130包括成像控制接口131、运动控制接口/系统132、照明控制接口133、镜头控制接口134、TAF GUI元件135、以及扫描GUI元件137。TAF GUI元件135负责提供控制和编程TAF操作的GUI。扫描GUI元件137负责提供控制和编程扫描操作的GUI(例如，可以利用包括精密3D扫描部182和3D路径部185的扫描部180实现)，如下面将做更详细描述。运动控制接口/系统132可以包括位置控制元件132a和速度/加速度控制元件132b，但是可以将这些元件合并和/或者不做区分。
存储器140包括图像文件存储器部141、可以包括一个或者多个零件程序等的工件程序存储器部142、以及视频工具部143。视频工具部143包括视频工具部143a，以及用于对每个相应视频工具确定GUI、图像处理操作等的其他视频工具部(未示出)。许多公知的视频工具包含在前面讨论的市售机器视觉检验系统中。视频工具部143还包括感兴趣区(ROI)生成器143x，该感兴趣区(ROI)生成器143x支持定义在各种视频工具中可操作的各种ROI的操作。
通常，存储器部140存储可用于操作视觉系统部件部200的数据，以获取工件20的图像，使得获取的图像具有期望的特性。存储器部140还可以存储检验结果数据、可用于手动地或者自动地对获取的图像执行各种检验和测量操作并且通过输入/输出接口130输出该结果的数据。存储器部140还可以含有定义通过输入/输出接口130可操作的用户界面的数据。
各种信号线或者总线可以连接到输入/输出接口130，包括来自TAF部1000和精密Z高度传感器300的信号线，如图2示意性所示。一个或者多个显示装置136(例如，图1的显示器16)和一个或者多个输入装置138(例如，图1的操纵杆22、键盘24和鼠标26)也能够连接到输入/输出接口130。显示装置136和输入装置138能够用于显示用户界面，该用户界面可以包括各种用户界面特征，各种用户界面特征可用于执行检验操作的，并且/或者创建和/或者修改零件程序，观看摄像机系统260捕获的图像，并且/或者直接控制视觉系统部件部200。
在各种示例性实施例中，当用户对工件20创建零件程序时，或者通过利用工件编程语言编码，并且/或者通过在学习模式下操作MVIS 100产生指令，用户产生零件程序指令，来提供要求的图像获取训练序列。例如，训练序列可以包括在视场(FOV)中定位工件特征、设定光水平、聚焦或者自聚焦、获取图像、以及提供对图像应用的分析训练序列(例如，利用视频工具)。学习模式运行，使得捕获或者记录(各)序列并且将(各)序列转换为相应零件程序步骤(即，指令)。当执行零件程序时，这些零件程序步骤将使得机器视觉检验系统再现训练图像获取和分析操作，以自动检验与创建零件程序时使用的工件匹配的一个或多个工件。在标题为“Machine Vision System ProgramEditing Environment Including RealTime Context Generation Features”的美国专利公布No.20130123945、标题为“MachineVision System Program EditingEnvironment Including Synchronized UserInterface Features”的美国专利公布No.20130125044、以及标题为“System and MethodUtilizing an EditingInitialization Block in a Part Program EditingEnvironment in a Machine VisionSystem”的美国专利公布N0.20130120567中也描述了有关编辑特征和功能，每个通过引用合并在此。
图3是作为根据在此公开的原理可以使用的精密Z高度传感器的一个实施例的、有时被彩色范围传感器(CRS)的示例性彩色共焦点传感器的方框图。CRS 300与共同转让的美国专利号7,990,552、7,876,456和8,194,251描述的传感器具有特定相似性，其中每个通过引用合并其全部内容在此。近似如图2示意性呈现的，结合机器视觉系统使用市售的彩色范围传感器是公知的，并且在此仅简要描述CRS以提供用于理解结合在机器视觉系统中编程精密Z高度传感器的使用产生的问题的有用背景，。如图3所示，彩色共焦点传感器300包括光笔320、和通过包括进/出光纤的光纤电缆312连接的电子部360。光笔320可以提供图2所示光学部300A的一个实施例，并且电子部360可以提供图2所示电子部300B的一个实施例。
简略地，电子部360包括光纤耦合器361、波长检测器362、光源364、信号处理器366、以及存储器部368。在各种实施例中，波长检测器362包括光谱仪或者摄谱仪装置，其中色散元件(例如，光栅)通过光纤电缆312接收反射的辐射，并且结果的光谱强度轮廓发送到检测器阵列363，用于感测和分析。光笔320包含光纤连接器307、外壳330、以及轴向色散光学元件350。对于CRS系统公知，轴向色散光学元件350沿着光笔320的光轴OA排列，以从光纤孔径395接收宽带源辐射，向着工件表面390输出其作为具有轴色散的聚焦测量束MB，并且接收来自工件表面390的反射辐射，且在具有轴色散的情况下使反射辐射接近聚焦到光纤孔径395。因为轴色散，所以仅一个波长将具有与从光笔320到工件表面390的测量距离匹配的前聚焦尺寸(front focus dimension)(FF)。配置光笔320，使得最佳地聚焦在工件表面390的波长也是最佳地聚焦在光纤孔径395的反射辐射的波长。主要地，最佳聚焦波长穿过光纤孔径395并且进入光纤电缆312的芯中。如在所合并的参考文献所更详细描述的，光纤电缆312将反射信号辐射传送到波长检测器362，该波长检测器362用于确定具有主强度(dominant intensity)的波长，该主强度对应于到工件表面390的测量距离。光笔320具有由最小范围距离R1MIN和最大范围距离R1MAX限制的、与该系统中的最小和最大感测波长有关的测量范围R1。一般地说，在许多这种CRS系统中，分辨率和/或者精度是测量范围成的粗略固定比例。一般地说，为了实现更好的分辨率和/或者精度，增加系统的数值孔径，这样减小测量范围R1。对于提供微米级或者亚微米级分辨率或者精度的高精度CRS系统，测量范围R1常常小至1mm，或者500μm，甚或更小。利用这种CRS系统可以方便地检验某些半导体IC等，因为其表面接近平坦，并且完全落入该测量范围内。然而，与专用IC检验设备对比，许多通用精密机器视觉检验系统设计为测量具有在非常大范围(例如，几十毫米或者几百毫米)变化的表面的其他类型的工件。现有技术“组合”系统没有提供方便或实用的创建能够利用高精度CRS系统迅速扫描这样变化的表面的零件程序的手段(例如，出于表面光洁度测量等目的)。因此，CRS系统和类似的精密Z高度感测系统尚未广泛与机器视觉检验系统组合使用。可以利用下面公开的原理和特征克服这些缺陷。
图4示出在计量系统的台架上包含代表性工件415的一部分的计量系统的包含视场窗口402的示例性用户界面或者GUI 400的图。用户界面400还包含诸如选择条420和440的各种测量和/或者操作选择条、实时X-Y-Z(位置)坐标窗口430、光控制窗口450、以及扫描工具窗口460。代表性工件415包含跨超过诸如彩色共焦点传感器300的高精密Z高度传感器的Z高度测量范围的范围中的表面Z高度，如将在图5A-C中将进一步详细地示出。用户可以从扫描工具窗口460中选择线工具选择器461，以开始定义线扫描操作的操作，该线扫描操作沿着工件扫描路径段410确定一组Z高度测量，响应于对选择线工具选择器461该工件扫描路径段410可以出现在显示器中。如视场窗口402所示，对代表性工件定义在开始XY坐标(XB,YB)开始而在结束XY坐标(XE,YE)结束的工件扫描路径段410。通过在显示器上拖放工件扫描路径段410(或者其各端点)，并且/或者通过在用户界面特征中录入数值，可以在图形地定义开始坐标和结束坐标，如下面进一步概述。在图4所示的例子中，沿着沿工件扫描路径段410的+X方向定义线工具的扫描方向，如扫描方向箭头410’所指。
图5A-C是图4所示代表性工件415的表面轮廓截面411的示意图，包括在工件扫描操作期间与两种类型的Z高度感测系统的测量范围的尺寸关系。截面411沿着工件扫描段410。
图5A示出由Z值R2MIN和R2MAX在Z方向上限制的较低精密型Z高度感测系统(例如，前面参考图2描述的TAF系统)的测量范围R2。在示例性实施例中，较低精密型Z高度感测系统可以是跟踪自聚焦系统或者是如并入在诸如MVIS 100的机器视觉检验系统中的从聚焦测点(points fromfocus)系统。在某些实施例中，如果机器视觉检验系统的运动控制系统设计为响应来自较低精密型Z高度感测系统的误差信号或者测量伺服控制轴，则测量范围R2可以包括机器视觉检验系统的整个Z轴范围。无论如何，在所示的例子中，代表性工件415的表面完全在沿着工件扫描段410的范围R2中。这对在机器视觉检验系统中发现的各种类型的“较低精密”Z高度感测系统是典型的和/或者希望的。在某些情况下，这种“较低精密”系统可以提供微米或者几十微米数量级的精度。
此外，为了参考，图5A还示出对应于代表性工件415的截面的问题区PA1-5，这对于执行Z高度测量可能存在问题。这种问题区可能发生在表面特征或者焊锡球等的边缘等。问题区PA1-5可以包括Z高度中的陡峭过渡，该陡峭过渡可能导致严重错误或者失败的Z高度测量值。例如，根据使用的该类型的Z高度感测系统，这种错误或者失败的测量可能是因为不充足的反射信号光、和/或不充足的横向分辨率或者选择性、和/或与跨越问题区的扫描速度相比不充足的Z轴感测响应时间等等。在各种应用中，利用更精密型Z高度感测系统沿着工件扫描段410测量Z过渡更有优势。这样可以提供更好的测量精度并且还可以降低或者消除上面阐述的问题区内的某些问题。然而，这也可能产生引入其他问题，如下所述。
图5B示出由Z值R1MIN和R1MAX在Z方向上限制的较精密型Z高度感测系统(例如，前面参考图2描述的精密Z高度传感器300)的测量范围R1。在某些实施例中，较精密型Z高度感测系统可以是诸如参考图3描述的彩色共焦点传感器300的彩色范围传感器。如图5B所示，在扫描期间在不多次调节较精密型Z高度感测系统的总高度的情况下，范围R1太小以至于不包括沿着工件扫描段410的所有Z高度测量。无法调节总高度的失败将导致测量失败并且/或者矛盾。因此，总高度调节是进行扫描必需的。然而，对于较不熟练的用户在机器视觉检验系统中可靠、迅速并且精确对多种零件编程这样的总传感器高度的调节进行还不可能。对于多种零件(例如，球栅阵列、电路板、齿轮等)，因为许多原因，即使对于适当熟练的程序员，创建实现总高度调节的可靠的高吞吐量程序的编程和调试时间是禁止的。例如，除了扫描球栅阵列或者电路板可能要求的大量高度调节，精密型Z高度传感器通常辅助机器视觉检验系统，而非与其运动/伺服系统集成。因此，根据来自精密Z高度传感器的信号对整体调节进行编程可能难以执行并且/或者限制吞吐量。此外，用户可能不理解在问题区PA1-PA5附近对于精密Z高度传感器可能发生的错误的类型，导致不希望的程序和/或者测量失败。可替代地，基于较低精密Z高度传感器系统伺服总Z高度也可能出现如上所述的问题，并且特别是在问题区PA1-PA5附近，还可能因为较低精密的与较精密的Z高度传感器系统之间的未预料到的相互作用(例如，测量值抽样时采样期间的Z运动等)导致不期望的错误。下面公开了使得较不熟练的用户克服这些问题并且利用精密型Z高度传感器对Z高度扫描迅速编程的各种自动操作和/或者有关用户界面特征。
与图5B相同，图5C示出由Z值R1MIN和R1MAX在Z方向上限制的较精密型Z高度感测系统(例如，前面参考图2描述的精密Z高度传感器300)的范围R1。图5C还示出沿着扫描段410的总高度调节区域OHZ1-OHZ11(统称为OHZi)，其中在每个区域OHZi中，调节精密Z高度传感器的总Z高度，以在测量范围R1内保持标称表面轮廓(截面411指出的)。利用较低精密Z高度传感器可以确定标称表面轮廓，并且因此确定每个区域OHZi的总高度设定，如下所述。在该特定实施例中，在沿着扫描方向的每个区域的开始处，都设定总高度，使得工件表面标称地处于范围R1的中部。直到工件表面到达测量范围中的调节极限ADJMIN或者ADJMAX中的一个，该总高度保持在沿着扫描方向的区域内。在沿着扫描方向的点处，对沿着扫描方向的“新”后续区域的开始调节总高度。用于沿着扫描方向对精密Z高度传感器建立总标称Z高度设定的过程分别相对于测量范围极限R1MIN和R1MAX建立测量范围“安全缓冲区”(例如，在所示的例子中接近范围R1的25％的)。此外，当沿着扫描段使用这种总Z高度路径时，在每个区域内可以以精密Z高度传感器抽样率允许的一样快，沿着扫描方向安全、迅速并且可靠地进行扫描(并且不考虑潜在的精密Z高度测量错误)。仅在区域之间的总Z高度调节期间，可能需要中断测量(如果需要)。此外，在某些实施例中，在沿着扫描段建立总Z高度路径时，对扫描的运动控制能够以“开环”方式(例如，在没有伺服控制和相关联的不可预测的变化和误差的情况下)操作，从而提供可预测的高吞吐量扫描速度，并且在程序执行期间的鲁棒。将明白，将前面建立的扫描路径段410的XY坐标与在沿着扫描方向的各种位置使用的总标称Z高度设定(例如，如上所述)组合提供用于使第一类型Z高度感测系统移动从而在扫描路径段上进行精密表面Z高度测量的精密三维(3D)扫描路径，其中精密3D扫描路径基于在相应XY坐标的初步实际表面Z高度测量。
将明白，所阐述的过程的细节仅是示例性的而非限制性的。例如，加宽调节极限可以造成沿着扫描线的较少的总Z高度调节(或者区域)，这样可以产生更好的吞吐量，但是增加了超过测量范围R1的不利风险。相反，缩窄调节极限造成沿着扫描线的更多总Z高度调节，并且降低了超过测量范围R1的不利风险。在该极限中，由于调节极限互相接近，所以精密3D扫描路径理想地接近沿着扫描段复制表面轮廓的外形，具有在范围R1的希望部分(例如，在范围R1的中部)标称放置表面轮廓的Z偏差。假定精密Z高度传感器具有在采样期间的Z运动不显著影响结果的测量的足够的采样率，并且假定运动控制Z高度位置可以与相应精密Z高度传感器测量正确同步并且组合，则这种实现不显著降低吞吐量或者精度，并且在某些应用中可以是优选的。
更一般地，在根据在此公开的原理的各种实施例中，计量系统包括：3D运动控制系统(例如，运动控制接口/系统132)、第一类型Z高度感测系统(例如，彩色共焦点传感器)、以及在较宽Z高度测量范围提供较低精密表面Z高度测量的第二类型Z高度感测系统(例如，跟踪自动聚焦(TAF)或者聚焦测点(points from focus)(PFF)系统)。运动控制系统和第二类型Z高度感测系统可以被操作以确定在位于近似沿着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(例如，如下面的图7A所示)。可以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(例如，如图5C和/或者图7A所示)，以在位于近似沿着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，其中精密3D扫描路径基于在相应初步XY坐标处的初步实际表面Z高度值。然后，可以执行操作A)或者B)中的至少一个：
A)对于代表性工件或者与代表性工件类似的工件，利用用于移动第一类型Z高度感测系统的精密3D扫描路径来在位于近似沿着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，将精密3D扫描路径存储在检验程序，该检验程序利用用于移动第一类型Z高度感测系统精密3D扫描路径，以在位于近似沿着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。
上述操作A)可以包含这样的操作：其中第一类型Z高度感测系统“立即”跟随跨越工件的部分的第二类型，并且在其跨越工件的该部分时，实时确定精密3D扫描路径，且将该精密3D扫描路径用于第一类型Z高度感测系统。在某些实施例中，精密3D扫描路径可以确定为包括3D扫描路径坐标，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。在某些实施例中，精密3D扫描路径可以确定为包括3D扫描路径坐标，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。在某些实施例中，较窄Z高度测量范围至多可以是1.0毫米。在某些实施例中，较窄Z高度测量范围至多可以是500微米。
在某些实施例中，计量系统可以包含成像系统，该成像系统包含摄像机(例如，摄像机系统260)和物镜(例如，可更换物镜250)，并且第二类型Z高度感测系统可以配置为利用穿过物镜的光路感测表面Z高度，例如，如在共同转让的美国专利号8,587,772中公开的，在此通过引用合并其。在某些实施例中，第二类型Z高度感测系统可以包括自聚焦系统，该自聚焦系统可操作来在成像系统的视场中对工件表面使成像系统聚焦在聚焦高度。在某些实施例中，初步实际表面Z高度测量可以包括聚焦高度。在某些实施例中，自聚焦系统可以包括如下中的至少一个：波前曲率传感器、刀口传感器、针孔传感器、或者用于评估来自摄像机的图像的图像对比度评估部。在美国专利号4,336,997、4,950,878、6,184,974、7,301,133、7,723,657和7,728,961中描述了示例性传感器，其在此通过引用合并。在某些实施例中，为了在相应初步XY坐标处确定初步实际表面Z高度测量而操作运动控制系统和第二类型Z高度感测系统可以包括利用开始XY坐标与结束XY坐标之间的连续不间断XY运动近似沿着第一工件扫描路径段扫描。参考共同转让的美国专利申请号US20130120553A1可以理解包括利用连续不间断的XY运动进行扫描的操作，其在此通过引用合并。
在某些实施例中，计量系统可以包含通过用户可操作的元件来启动自动执行以下步骤：操作运动控制系统和第二类型Z高度感测系统以确定初步实际表面Z高度测量值并且确定用于移动第一类型Z高度感测系统的精密3D扫描(例如，下面关于图6A-D所述)。
在某些实施例中，计量系统可以配置为验证在计量系统的学习模式运行期间，工件的表面在沿精密3D扫描路径的第一类型Z高度感测系统的范围内。
在某些实施例中，计量系统可以配置为在计量系统的学习模式运行期间，利用第一类型Z高度感测系统改善精密3D扫描路径(例如，如关于图7B所述)。
图6A-D是示出在计量系统的学习模式操作期间，包括可用于定义精密3D扫描路径的高精度扫描用户界面特征的线工具对话框600的各种标签和特征的图。在一个实施例中，响应于线工具选择器461的选择，与下面阐述的用户界面特征类似的用户界面特征可以呈现在图4所示的用户界面400上。
图6A示出传感器标签610，该传感器标签610包括：包含跟踪自聚焦(TAF)选择器620A和聚焦测点(PFF)选择器620B的“常规”或者较低精密Z高度传感器选择器，以及包含CRS选择器620C的“高精度”传感器选择器。根据位于MVIS上的特定传感器，可以自动显示各种选择器。将利用选择的传感器(例如，CRS)执行线工具的扫描操作。传感器标签610包括参数输入或者定义特征，该参数输入或者定义特征包含偏移坐标621(例如，在机器坐标系与选择的传感器的位置之间)、传感器采样率622、以及传感器Z范围623。测量误差处理选择器624包括单选按钮，该单选按钮允许用户定义将如何处理各个测量故障(例如，无效的或者不能测量的测量点)：“忽略漏失点”模式624A、“误差标记”模式624B或者“停止”模式624C，这无须解释。
图6B示出位置标签630，该位置标签630包括：开始扫描段输入630A和结束扫描段输入630B，用于定义工件扫描路径段开始和结束的X、Y和(任选地)Z坐标。既能够在X、Y和Z显示框中显式定义路径段结束坐标，也能够在ΔX、ΔY和ΔZ显示框中相对于开始坐标定义路径段结束坐标。首先，可以根据图4所示的扫描段410指示器的用户设定，自动填充任何一个或者全部显示值，包含该设定期间使用的Z高度。如果用户对值进行编辑，则可以自动调节相关联的值。此外，每个Z坐标显示都包括相应“用户当前”选择器631A或者631B，其每个可以用于根据MVIS的当前Z坐标设定Z坐标，如用户控制的(例如，根据扫描段410的开始或者结束处的聚焦)。首先可以利用这些值在较低精密Z高度感测系统的测量范围内设定测量面(例如，如图5A所示)，以确定初步实际表面高度数据，如下所述。
图6C示出包括对应于可用传感器的指示器641A、641B和641C的扫描参数标签640。指示对应于在传感器标签610中选择的传感器的高精度指示器641C，并且自动显示其有关操作参数定义元素。例如，“沿着扫描的最少点”输入642允许用户定义沿着扫描段的希望的最少量测量点。“沿着扫描的最大间隔”输入643允许用户定义沿着扫描段的点之间的希望的最大间隔。“标称扫描速度”输入644允许用户定义要用于沿着扫描段的运动的标称扫描速度(例如，以mm/s为单位)。首先，可以利用默认值或者取决于于前面定义的或者编辑的参数的值填充这些输入。当然，用户可以编辑这样的值。
例如，使用Z跟踪选择器645，其在各种实施例中都是任选的，允许用户在通过传感器的扫描期间切换“自动”自适应总Z高度调节，使得通过监视其Z高度测量，并且利用运动控制系统调节总Z高度来将最近表面Z高度连续定位在传感器测量范围的中间，而实时调节传感器的总Z高度。在某些实施例中，或者可以代替根据在此公开的原理确定的预定精密3D扫描路径，或者与根据在此公开的原理确定的预定精密3D扫描路径组合，来使用其。根据在此公开的原理，用户可以选择“使用预定3D标称路径”选择器646激活相关联的用户界面特征(例如，如图7和7B所示)并且创建预定精密3D扫描路径以及记录相关联的零件程序指令。“固定”模式选择器646A使得以在运行模式期间使用该精密3D扫描路径而无需调节其形状的方式，将在学习模式期间确定的精密3D扫描路径记录在零件程序中。相反，当选择“在运行时更新路径”选择器646B时，根据运行模式期间的实际工件产生程序指令，该程序指令自动重复在此描述和要求保护的用于确定精密3D扫描路径的Z坐标的某些操作。即，在运行模式程序执行期间，操作运动控制系统和“较低精密”型Z高度感测系统，以确定在位于沿着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，并且根据这些运行时的初步实际表面Z高度测量重新确定或者编辑精密3D扫描路径。对于具有不可预测特征、夹具和/或者下垂的工件该过程是希望的，并且与在许多应用中使用Z跟踪相比，该过程可以提供较好的吞吐量。
图6D示出线工具610A的过滤器/数据标签650。过滤器/数据标签650包括类型选择器651和数据处理选择器652。类型选择器651允许用户选择任选数据过滤器，例如，测量求平均、低通过滤器或者高通过滤器等。数据处理选择器652允许用户在希望时选择各种测量数据后处理或者分析特征(例如，面插值或者曲线拟合等)。
图7A和7B是示出包括在学习模式期间可用的高精度扫描用户界面特征以确定沿着图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3D路径学习与测试对话框700的标签和特征的图。在某些实施例中，可以配置对话框700，以当用户选择图6C所示的“使用预定3D标称(nominal)路径”选择器646时出现。
图7A示出3D路径学习标签700A，该3D路径学习标签700A包括路径Z高呈现窗口710A、去选择器720A、测量范围安全缓冲区定义元件730A、平滑路径选择器740A、插值漏失点选择器745A和点修改器窗口750A。当用户选择去选择器720A时，根据如上所述近似定义的高精度扫描参数，计量系统自动确定沿着扫描段的标称3D扫描路径。一般地说，计量系统可以自动执行步骤：操作运动控制系统和较低精密型Z高度感测系统，以确定在位于近似沿着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。可以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，从而在位于近似沿着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，其中精密3D扫描路径基于在相应初步XY坐标处确定的初步实际表面Z高度测量。确定的精密3D扫描路径的轮廓优选地显示于路径Z高度呈现窗口710A中，例如，被呈现为包括线的适当3D扫描路径呈现760A(或者当选择“示出传感器范围”模式选择器712A时，与前面参考图5C描述的相同类似，以虚线轮廓所示的相关联传感器范围极限)。在图7A所示的实施例中，实际测量也可以重叠在相应的确定的精密3D扫描路径上显示于路径Z高度呈现窗口710A(例如，作为点)，以及对应估计的表面(例如，作为适于初步实际测量的实线)。这种显示帮助用户评估可能的需要性和/或者与依赖于当前测量组和结果的精密3D扫描路径相关联的风险。呈现窗口710A可以指出漏失或者问题数据的区域。例如，漏失点指示器761指出在对应于图5A-C所示的问题区PA1的区域中未执行有效测量。如果用户判定初步实际测量数据不可靠或者不够，并且感觉其有足够的知识补充该数据，则可以选择“编辑”选择器713A。作为响应，点修改器窗口730A可以出现。用户可以点击“添加点”选择器751以产生可用被定位和选择来在呈现窗口710A中添加“测量”点的光标。“选择点”选择器752当被点击时，可以产生可以被定位和操作以在呈现窗口710A中选择测量点的光标。随后，可以点击“移除选择的点”选择器753以移除当前选择的点。如之前参考图5C中的元素ADJMIN和ADJMAX所述，增大或者减小“安全缓冲区”可以导致沿着扫描段的精密Z高度传感器的更多或更少的总Z高度调节，和/或导致较细或者较粗的表面作为结果。如果出现太多噪声，则可以选择平滑路径选择器740A和/或者插值漏失点选择器745A，以使标称3D扫描路径平滑。响应于上述编辑动作的任一，可以实时地自动重新确定或者显示确定的精密3D扫描路径，供用户评估。如果需要，可以将“撤销”按钮添加到GUI。当用户满意用户界面中所反映的显示的精密3D扫描路径时，用户可以选择“接受当前路径”选择器711A，以将精密3D扫描路径存储在检验程序中，该检验程序对于与在学习模式期间使用的代表性工件类似的工件，利用用于移动精密型Z高度感测系统的该精密3D扫描路径，以在位于近似沿着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。对于代表性学习模式工件，通过利用用于移动第一类型Z高度感测系统的该3D扫描路径以在位于近似沿着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，用户还可以测试和/或者修改当前的或者在学习模式期间接受的精密3D扫描路径，如下所述。
图7B示出3D路径测试标签700B，该3D路径测试标签700B包括表面测量显示窗口710B、去显示器720B、过滤离群值选择器725B、平滑表面点选择器735B、以及插值漏失点选择器745B。表面呈现窗口710B包括接受当前路径与处理选择器711B和利用精密扫描数据改善路径选择器713B。
当用户选择去选择器720B时，计量系统自动沿着当前标称3D扫描路径移动“较精密”型Z高度传感器(例如，彩色范围传感器300)，并且利用定义的扫描参数(例如，如之前所述)沿着扫描段以定义的速度测量。表面轮廓的初步测量结果760B优选地显示于表面测量显示窗口710B中。如果需要，可以与表面的标称CAD轮廓和/或者公差限度重叠显示实际测量。这种显示帮助用户评估可能的需要性和/或者与依赖于当前精密3D扫描路径的风险。用户可以看到，与利用较低精密型传感器获得的表面测量数据相比，该表面测量数据得到改善并且更完整(如参考图7A所述)。如果如此，则通过选择“利用精密扫描数据改善路径”选择器713B，用户可以根据实际“精密型”传感器数据选择重新确定或者“改善”精密3D扫描路径。这启动与之前阐述的类似的自动精密3D扫描路径确定/重新确定，除了其基于来自在验证测试期间获得的“精密型”传感器数据的测量数据。为此，如果需要，利用“过滤离群值”选择器725B和/或者“平滑表面点”选择器740A(例如，实施移动平均或者曲线拟合算法)和/或者“插值漏失点”选择器745B等，用户可以适宜地改善噪声数据。响应于上述动作的任一，可以实时地自动重新确定或者显示(例如，分别在窗口710B和710中)结果的处理的测量点和确定的精密3D扫描路径，供用户评估。当用户对该结果满意时，用户可以选择“接受当前路径”选择器711A或者“接受当前路径并且处理”选择器711B以在检验程序中存储精密3D扫描路径(或者重写先前接受的路径)。当然，如果需要，用户可以再次利用去选择器720B验证初步测量结果760B并且/或者重复上述操作中的任一。
图8A和8B示出显示用于编程用于计量系统的三维(3D)工件扫描路径的方法的流程图800。
在方框810，提供计量系统，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，其中与第二类型Z高度感测系统相比，第一类型Z高度感测系统在较窄的Z高度测量范围上提供较精密的表面Z高度测量。
在方框820，将代表性工件置于计量系统的台架上，该代表性工件在超过较窄Z高度测量范围的范围上包含表面Z高度。
在方框830，对代表性工件至少定义在开始XY坐标处开始而在结束XY坐标处结束的第一工件扫描路径段。
在方框840，操作运动控制系统和第二类型Z高度感测系统，以确定位于近似沿着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。该处理继续到方框A。
如图8B所示，该处理从方框A继续到方框850。在方框850，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，以在位于近似沿着第一工件扫描路径段的相应坐标XY处进行精密表面Z高度测量，其中精密3D扫描路径基于在相应初步XY坐标处确定的初步实际表面Z高度测量。在方框860，执行操作A)或者B)中的至少一个：
A)对于代表性工件或者与代表性工件类似的工件，利用用于移动第一类型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，将精密3D扫描路径存储在检验程序中，该检验程序利用用于移动第一类型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。
能够将上面描述的各种实施例部分地或者整体地组合，从而提供其他实施例。在此通过引用合并本说明书中参考的所有美国专利和美国专利申请的全部内容。如果需要采用各种专利和申请的概念来提供另外的其他实施例，能够修改实施例的各方面。
根据上面的详细描述，能够对实施例进行这些以及其他变更。通常，在下面的权利要求书，所使用的术语不应当解释为将权利要求书限于说明书和权利要求书中公开的特定实施例，而应当解释为包括所有可能的实施例以及被授权的这些权利要求的等同的全部范围。
能够将上述各种实施例组合以提供其他实施例。在此通过引用合并本说明书中参考的和/或者申请数据页中所列的所有美国专利、美国专利申请公布、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开的全部内容。如果需要采用各种专利、申请和公开的概念来提供另外的其他实施例，能够修改实施例的各方面。
根据上面的详细描述，能够对实施例进行这些以及其他变更。通常，在下面的权利要求书，所使用的术语不应当解释为将权利要求书限于说明书和权利要求书中公开的特定实施例，而应当解释为包括所有可能的实施例以及被授权的这些权利要求的等同的全部范围。因此，权利要求书不受公开的限制。

Claims (20)

1.一种对第一类型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，其中所述代表性工件匹配与所述代表性工件类似的多个工件且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3D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；以及
将所述精密3D扫描路径存储在检验程序中，其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，并且所述检验程序用于检验所述代表性工件或与所述代表性工件类似的多个匹配工件之一。
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高度测量范围的中部位于相对于代表性工件的表面的较窄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的表面的较窄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成像系统，所述成像系统包含摄像机和物镜，并且所述第二类型Z高度感测系统配置为利用穿过所述物镜的光路感测表面Z高度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二类型Z高度感测系统包括自聚焦系统，所述自聚焦系统可操作为使所述成像系统聚焦在所述成像系统的视场中的所述代表性工件或者与所述代表性工件类似的所述多个匹配工件之一的表面的聚焦高度处。
9.根据权利要求8所述的方法，其中初步实际表面Z高度测量包括聚焦高度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述自聚焦系统包括如下中的至少一个：波前曲率传感器、刀口传感器、针孔传感器、或者评估来自所述摄像机的图像的图像对比度评估部。
11.根据权利要求8所述的方法，其中操作所述3D运动控制系统和所述第二类型Z高度感测系统以确定在相应初步XY坐标处的初步实际表面Z高度测量包括利用所述开始XY坐标与所述结束XY坐标之间的连续不间断XY运动近似沿着所述第一工件扫描路径段扫描。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述计量系统包括在所述计量系统在学习模式操作期间可用于定义所述精密3D扫描路径的高精度扫描用户界面。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述高精度扫描用户界面包括用于验证当所述第一类型Z高度感测系统沿着所述精密3D扫描路径移动时获得的初步Z高度测量结果的特征。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述高精度扫描用户界面包括：
可用于利用所述第一类型Z高度感测系统改善所述精密3D扫描路径的Z坐标的特征；以及
可用于编辑或者接受用于获得所述初步Z高度测量结果的所述精密3D扫描路径的特征。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述计量系统包括自动执行以下步骤的学习模式操作：操作所述3D运动控制系统和所述第二类型Z高度感测系统以确定初步实际表面Z高度测量，以及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。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述高精度扫描用户界面包含用户可操作以自动启动执行以下步骤的元件：操作所述3D运动控制系统和所述第二类型Z高度感测系统以确定初步实际表面Z高度测量，以及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。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述计量系统包含用户可操作以自动启动执行以下步骤的元件：操作所述3D运动控制系统和所述第二类型Z高度感测系统的所述步骤以确定初步实际表面Z高度测量，以及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。
18.根据权利要求1所述的方法，还包括验证所述代表性工件的表面在所述计量系统的学习模式操作期间沿着所述精密3D扫描路径在所述第一类型Z高度感测系统的范围。
19.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述计量系统的学习模式操作期间利用所述第一类型Z高度感测系统改善所述精密3D扫描路径。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述计量系统的运行模式操作期间在程序控制下操作所述检验程序以便通过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，来检验与所述代表性工件类似的所述多个匹配工件之一。
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