CN109212747A - 用于校准光学扫描器的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种由校准管理设备实施的用于校准光学扫描器装置的方法，所述方法包括向所述光学扫描器装置提供指令以基于一个或多个扫描参数而以扫描图案扫描校准表面，其中所述一个或多个扫描参数在所述扫描图案上变化。所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述扫描角基于以所述扫描图案中的多个点的扫描角从所述光学扫描器装置发射的光源的所获得图像来计算。所述所计算扫描角与所述对应扫描参数之间的校准关系针对所述扫描图案中的所述多个点中的每一个来确定。

Description

用于校准光学扫描器的方法及其装置

技术领域

本技术大体上涉及光学扫描装置和方法，并且更具体来说，涉及一种用于校准光学扫描装置的方法、非暂时性计算机可读介质以及校准管理设备。

背景技术

几乎所有制造的对象在制造之后都需要进行检查。已开发出多种光学装置用于工厂内和工厂外检查。许多此等光学装置扫描零件的表面，并且能够以高准确度确定零件的表面轮廓。然而，随着零件的准确度和公差要求越来越严格，必须相应地改进扫描光学装置的测量准确度、精度和可重复性。根据经验法则，测量装置应比所需表面数据至少好十倍，如此，测量装置的误差对总体误差预算的影响微不足道。

减小扫描光学装置的测量误差的一种方式是由本身公差极其严格的部件来构建扫描器。遗憾的是，此方法将抬高扫描器的成本，并导致在工厂内或工厂外检查环境中使用变得不经济。

减小扫描光学装置的测量误差的第二种方式是由具有标称公差的部件来构建扫描器，然后测量或以其他方式校准系统的部件并将校准结果并入总体校准算法中。待校准的典型部件包括扫描驱动电子设备和机构(两个扫描轴的偏移、增益和非线性)、成像透镜(放大率、失真和非远心度)，以及扫描器的照明臂中部件的放置误差的影响。个别地表征和校准所有这些量，并随后将它们在数学上组合成单个校准公式是困难且耗时的。再者，如果过程中无意中遗漏了一个量，那么校准将不完整，并且扫描器的准确度也将受损。

使与扫描器相关联的测量误差最小化的又一种方式是提供闭环反馈机构，所述闭环反馈机构可用于测量实际扫描位置并向扫描器提供实时校正以确保实际扫描位置与所需扫描位置相同。然而，反馈机构通常由于包括反馈部件(例如，反射镜、电子设备、透镜、图像传感器)而需要额外的成本，并且同等重要的是，将增加光学扫描器的尺寸或体积。如果扫描器必须是紧凑的以便其可装入或测量零件的小凹部，那么反馈方法可能不可行。

发明内容

一种由校准管理设备实施的用于校准光学扫描器装置的方法，所述方法包括向所述光学扫描器装置提供指令以基于一个或多个扫描参数而以扫描图案扫描校准表面，其中所述一个或多个扫描参数在所述扫描图案上变化。所述扫描图案中的多个点中的每一个的扫描角基于以所述扫描图案中的所述多个点的所述扫描角从所述光学扫描器装置发射的光源的所获得图像来计算。所计算扫描角与对应扫描参数之间的校准关系针对所述扫描图案中的所述多个点中的每一个来确定。

一种校准管理设备包括存储器，所述存储器包括存储在其上的编程指令以及一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成能够执行所存储的编程指令以向光学扫描器装置提供指令来基于一个或多个扫描参数以扫描图案扫描校准表面，其中所述一个或多个扫描参数在所述扫描图案上变化。所述扫描图案中的多个点中的每一个的扫描角基于以所述扫描图案中的所述多个点的所述扫描角从所述光学扫描器装置发射的光源的所获得图像来计算。所计算扫描角与对应扫描参数之间的校准关系针对所述扫描图案中的所述多个点中的每一个来确定。

一种非暂时性计算机可读介质，其具有存储在其上的用于校准光学扫描器装置的指令，所述指令包括可执行代码，所述可执行代码在由一个或多个处理器执行时致使所述一个或多个处理器向所述光学扫描器装置提供指令以基于一个或多个扫描参数而以扫描图案扫描校准表面，其中所述一个或多个扫描参数在所述扫描图案上变化。所述扫描图案中的多个点中的每一个的扫描角基于以所述扫描图案中的所述多个点的所述扫描角从所述光学扫描器装置发射的光源的所获得图像来计算。所计算扫描角与对应扫描参数之间的校准关系针对所述扫描图案中的所述多个点中的每一个来确定。

因此，本发明技术提供一种用于校准与光学扫描器相关联的误差的方法和设备，其中通过使用简单且快速的规程，仅需要使用一个硬件附加件，即平面校准伪影，即可在系统级表征误差。本发明技术有利地减少由通过测量或以其他方式校准扫描器整体而再次具有标称公差的部件构建的小型且经济的三维光学扫描装置的测量误差。扫描器然后可有利地在不使用反馈机制的情况下进行操作。

用于校准所述扫描器的规程需要将平面校准伪影放置在所述扫描器的标称测量平面处，然后致使所述扫描器以良好限定的扫描图案在所述平面校准伪影上进行扫描。在所述扫描图案的每个扫描点处，实际扫描角得以确定并与规定的扫描角进行比较。在过程完成时，扫描角误差的映射然后可用于校正实质上所有扫描器误差。

附图说明

图1是包括示例性校准管理设备的三维光学扫描系统的功能框图；

图2是示例性校准管理设备的框图；

图3是三维光学扫描器装置的侧视图；

图4是三维光学扫描器装置的平面图；

图5是展示与三维光学扫描器装置相关联的光路的包络的三维光学扫描器装置的侧视图；

图6是示出并定义三维光学扫描器装置的校准的数学分析中使用的变量和其他量的图解；

图7是用于校准三维光学扫描器装置的校准算法的流程图；

图8是投影到用于校准三维光学扫描器装置的平面校准装置上的十字线的图像；

图9是三维光学扫描器装置的校准期间所遵循的螺线性扫描路径的实例；

图10是用于使用图9的扫描图案来校准三维光学扫描器装置的扫描点的实例；

图11是在线性部分已被去除之后的用于消除三维光学扫描器装置的与θ(theta)扫描方向相关联的误差的所得校准表面；

图12是在线性部分已被去除之后的用于消除三维光学扫描器装置的与phi扫描方向相关联的误差的所得校准表面；

图13是根据所需θ和phi扫描角变化的MEMS X通道驱动电压的图表；

图14是线性部分去除的情况下的根据所需θ和phi扫描角变化的MEMS X通道驱动电压的图表；

图15是根据所需θ和phi扫描角变化的MEMS Y通道驱动电压的图表；

图16是线性部分去除的情况下的根据所需θ和phi扫描角变化的MEMS Y通道驱动电压的图表；并且

图17是利用使用本发明技术的校准算法而确定的校准关系的示例性方法的示例性流程图。

具体实施方式

参考图1，示出具有示例性校准管理设备64的示例性光学扫描系统10。此实例中的校准管理设备64耦合到光学扫描器装置54，所述光学扫描器装置54包括源臂和成像臂，这两者均可导致可通过本发明技术得以缓解的扫描器误差。在此实例中，校准管理设备64通过图像数字转换器56、数模(D/A)转换器60、66X和66Y、光源驱动器62、MEMS(微机电系统)X通道驱动器68X和MEMS Y通道驱动器68Y以及Z平移台70而耦合到光学扫描器装置54，但是示例性光学扫描系统10可包括呈其他配置的其他类型和数目的装置和部件。此技术提供若干优点，包括在不使用反馈环的情况下促进对三维光学扫描器装置的更有效的校准的方法、非暂时性计算机可读介质以及校准管理设备。

现在参考图1和图2，此实例中的校准管理设备64包括：一个或多个处理器120；存储器122；和/或通信接口124，其由总线126或其他通信链路耦合在一起，但是校准管理设备64可包括呈其他配置的其他类型和/或数目的元件。校准管理设备64的处理器120可执行存储器122中存储的用于本文中所描述和所示出的任何数目的功能的编程指令。校准管理设备64的处理器120可包括(例如)一个或多个CPU或者具有一个或多个处理核心的通用处理器，但是也可使用其他类型的处理器。

校准管理设备64的存储器122存储用于本文所描述和所示出的本发明技术的一个或多个方面的这些编程指令，但是编程指令中的一些或全部还可存储在其他地方。对于存储器122可使用多种不同类型的存储器存储装置，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、固态驱动器、闪存器或通过耦合到处理器120的磁性系统、光学系统或其他读出和写入系统而读出和写入的其他计算机可读介质。

因此，校准管理设备64的存储器122可存储一个或多个应用程序或程序，所述一个或多个应用程序或程序可包括在由校准管理设备64执行时致使校准管理设备64执行以下参考图7-17所描述和所示出的动作的计算机可执行指令。应用程序可实现为其他应用程序的模块或组件。此外，应用程序可实现为操作系统扩展、模块、插件程序等。

更进一步地，应用程序可在基于云的计算环境中工作。应用程序可在虚拟机或虚拟服务器内执行或者作为虚拟机或虚拟服务器执行，所述虚拟机或虚拟服务器可在基于云的计算环境中进行管理。此外，应用程序可在执行于校准管理设备64上的一个或多个虚拟机(VM)中运行。

校准管理设备64的通信接口124将校准管理设备64可操作地耦合在图像数字转换器56、数模(D/A)转换器60、66X和66Y、光源驱动器62、MEMS X通道驱动器68X以及MEMS Y通道驱动器68Y之间，并在它们之间通信，如本领域已知。在另一实例中，校准管理设备64是具有多种板载硬件功能(诸如模数转换器、数模转换器、串行总线、通用I/O插脚、RAM和ROM)的高度集成的微控制器装置。

虽然示例性校准管理设备64已在本文进行描述和示出，但也可使用呈其他拓扑的其他类型和数目的系统、装置、部件和/或元件。应理解，本文所述的实例的系统用于示例性目的，因为用于实施实例的特定硬件和软件的许多变体是可能的，如相关领域技术人员将了解。

此外，两个或更多个计算系统或装置可取代校准管理设备64。因此，也可根据需要实施分布式处理的诸如冗余和重复的原理和优点，以便增加实例的装置和系统的稳健性和性能。所述实例也可使用任何合适的接口机构和业务技术在跨任何合适的网络扩展的计算机系统上实施，所述业务技术包括(仅通过以下举例)：呈任何合适形式的长途业务(例如，声音和调制解调器)、无线业务网络、蜂窝业务网络、分组数据网络(PDN)、互联网、内联网及其组合。

所述实例还可体现为其上存储有用于如通过本文实例所描述和所示出的本发明技术的一个或多个方面的指令的一个或多个非暂时性计算机可读介质。一些实例中的指令包括可执行代码，所述可执行代码在由一个或多个处理器执行时致使处理器执行实施本文中所描述和所示出的此技术的实例的方法必要的步骤。

现在参考图1和图3-5，示出光学扫描器装置54及其操作的实例。本发明技术的校准过程适用于几乎任何三维光学扫描器，但是具体来说，最适用于紧凑并且在没有反馈环的益处的情况下进行操作的三维光学扫描器。美国专利申请序列号15/012,361中公开了可与本发明技术一起使用的示例性扫描器组件装置，所述申请以引用的方式整体并入本文。在此实例中，扫描器组件包括在圆柱形外壳52中的光源12、标线片16、源挡板18、投影透镜20、直角棱镜透镜22、MEMS 24、MEMS反射镜26、源窗口28、成像窗口34、第一透镜元件36、折叠式反射镜40、孔径光阑42、第二透镜元件44、滤光器48、图像传感器50，但是光学扫描器装置54可包括呈其他配置的其他类型和/或数目的其他装置或部件。

现在参考图3-5，光学扫描器装置54的外壳52呈圆柱形，并且所述光学扫描器装置54包含源臂和成像臂，这两者均可导致可通过本发明技术得以缓解的扫描器误差。

光学扫描器装置54的源臂包括在光源轴14上标称地居中的光源12(诸如LED)，其源光13入射在标线片16上。标线片16实质上不透明，也在光源轴14上标称地居中且与其正交的透明孔径除外。标线片16的透明孔径可具有圆形形状，或替代地，具有诸如十字线图案的图案，入射在透明孔径上的任何源光13透射穿过透明孔径。标线片光15是源光13的穿过标线片16的那部分，并且标线片光15继而入射在也具有孔径的源挡板18上。投影透镜20定位在源挡板18的孔径中。入射在投影透镜20上的其包络大致发散的标线片光15透射穿过投影透镜20，并且作为其包络大致会聚的投影透镜光21出射。

然后，投影透镜光21进入直角棱镜22的短边，并从直角棱镜22的斜边反射，然后穿过直角棱镜22的第二短边作为棱镜光23出射。然后棱镜光23入射在MEMS 24的MEMS反射镜26上，并且根据反射定律从MEMS反射镜24反射成投影光27。然后投影光27穿过源窗口28并且聚焦在校准对象30上。在此实例中，校准对象30是平面校准对象，但是可采用具有其他配置的其他类型和/或数目的校准对象。

在此实例中，标线片16的孔径具有十字线的形状，使得由投影光27在平面校准对象30上产生的图像也具有十字线形状。在此公开的以下描述中，将假设十字线状的标线片孔径和十字线状的投影光图像31，但是诸如圆形、交叉影线等其他孔径和图像形状是可能的。

再次参考图3至图5，展示的是，投影光27的入射在平面校准对象30上的一部分被反射为反射图像光33，所述反射图像光33的一部分穿过成像窗口34和第一透镜元件36。第一透镜元件36致使入射在其上的发散的反射图像光33作为会聚的第一透镜元件光37出射，所述会聚的第一透镜元件光37然后从折叠式反光镜40反射，并且一部分穿过孔径光阑42作为孔径光43。

然后孔径光43入射在第二透镜元件44上，这致使孔径光43在穿过滤光器48之后在图像传感器50上的图像51处聚焦。图像51是投影光图像31的图像，并且在投射光图像31是十字线状的情况下也是十字线状。第一透镜元件36与孔径光阑42和第二透镜元件44协同作用以形成远心透镜，其中成像系统的放大率实质上不随平面校准对象30(即，投影光图像31的高度)与成像窗口34(即，光学扫描器装置54的高度)之间距离的改变而改变。

再次参考图1，现在将描述本发明技术的校准管理设备64与光学扫描器装置54之间的机电耦合。如图1所见，中央校准管理设备64用于控制机电功能块，从而控制光学扫描器装置54。具体来说，校准管理设备64的一个数字输出端耦合到D/A(数模)转换器60的输入端，所述D/A转换器60的输出端耦合到光源驱动器62的输入端，所述光源驱动器62的输出端则耦合到光学扫描器装置54内的光源12。以此方式，校准管理设备64可控制由光源12发射的光的量。

类似地，校准管理设备64的另一数字输出端耦合到D/A转换器66X的输入端，所述D/A转换器66X的输出端耦合到MEMS X通道驱动器68X的输入端，所述MEMS X通道驱动器68X的输出端则耦合到光学扫描器装置54内的MEMS 24的第一输入端。以此方式，校准管理设备64可控制MEMS反射镜26绕X轴的角倾斜。此外，校准管理设备64的另一数字输出端耦合到D/A转换器66Y的输入端，所述D/A转换器66Y的输出端耦合到MEMS Y通道驱动器68Y的输入端，所述MEMS Y通道驱动器68Y的输出端则耦合到光学扫描器装置54内的MEMS 24的第二输入端。以此方式，校准管理设备64可控制MEMS反射镜26绕Y轴的角倾斜。

校准管理设备64的又一数字输出端耦合到Z平移台70，所述Z平移台70用于升高或降低平面校准对象30(或替代地，升高或降低光学扫描器装置54)，如此，平面校准对象30与光学扫描器装置54之间的距离可在校准管理设备64的控制下变化。此距离需要变化，(例如)以便优化投影光图像31在平面校准对象30处的聚焦质量，或用于如稍后所述的体积校准。

继续参考图1，可见，光学扫描器装置54内的图像传感器50的输出端耦合到图像数字转换器56的输入端，所述图像数字转换器56对由图像传感器50输出的音频信号进行采样并将其转换为图像传感器50的输入面上产生的图像51的数字表示。然后，由图像数字转换器56形成的图像的数字表示被输出到校准管理设备64的数字输入端，以便校准管理设备64可访问和处理由光学扫描器装置54产生的图像。

在论述三维光学扫描系统10内的误差源之前，现在将关于图6论述由校准管理设备64执行的三角测量数学和算法。也参考图3-5，定义坐标系使得X轴沿着光学扫描器装置54的轴线，Y轴朝向光学扫描器装置54的一侧，而Z轴穿过光学扫描器装置54上下延伸。

图6中所示出的相关点包括MEMS反射镜26的中心(XM,0,ZM)以及投影光图像31与平面校准对象30相交所在的位置((XR,YR,0)。注意，假设MEMS反射镜26的中心穿过Y＝0平面，而平面校准对象30则位于Z＝0平面内。图6内相关向量包括：向量I，其是入射在MEMS反射镜26上的光束(即，棱镜光23)的中心；向量N，其是垂直于MEMS反射镜26的向量；以及向量R，其是从MEMS反射镜26反射的光束(即，投影光27)的中心。注意，向量I、N和R在理想的(即，零公差)扫描器系统中全部标称地通过点(XM,0,ZM)。还要注意，在理想体系中，向量I、N和R也位于同一平面(反射平面)中，并且向量I与N之间的角度被定义为角度α，按照反射定律所述角度也是向量N与R之间的角度。

图6中所示的其他线性量包括：向量I的向量分量AI和CI，使得I＝AIX+CIZ(假设BI是零)；向量N的向量分量AN、BN和CN，使得N＝ANX+BNY+CNZ；以及向量R的向量分量AR、BR和CR，使得R＝ARX+BRY+CRZ。图6中所示的角量包括：角度φI，其是向量I与X轴之间的角度；角度φN，其是向量N与X轴之间的角度；角度φR，其是向量R与X轴之间的角度；角度θR，其是向量R与X-Z平面之间的角度；以及角度θN，其是向量N与X-Z平面之间的角度。

包括光学扫描器装置54的三维光学扫描器系统10依赖三角测量算法将在图像传感器50上的图像51的位置中编码的二维信息转换成测试对象72上的投影光图像31的三维位置。现在将参考图6描述此三角测量算法。注意，图6将平面校准装置30在Z＝0处作为受测对象示出，但是以下描述是通用的并且也可采用弯曲的测试对象72。三角测量算法的输入是图像传感器50上的图像51的Y和Z位置(此后分别表示为Yi和Zi)、远心透镜的放大率M、入射光向量I的角度φI、与MEMS反射镜26的法向量N相关联的扫描角φN和θN以及MEMS反射镜26的中心坐标XM和ZM。目标是计算测试对象72上的投影光图像31的空间位置(Xo,Yo,Zo)。

三角测量算法中的第一步骤是计算向量I的方向余弦，即AI＝cosφI，BI＝0且CI＝cosφI。接下来，计算向量N的方向余弦，即AN＝-cosθNcosφN，BN＝sinθN且CN＝cosθNsinφN。在本公开中，定义向量I、N和R使得它们全部指向MEMS反射镜的中心(XM,0,ZM)，尽管按惯例向量N通常指向远离表面法线，并且与向量R相关联的光流远离反射。向量I、N和R也都位于同一平面“反射平面”上。接下来，通过检查角度α，可以看到α＝arccos(I·N)＝arccos(N·R)，或者换句话说I·N＝N·R，其中“·”表示向量点积。这意味着AIAN+CICN＝ANAR+BNBR+CNCR，或CR＝(AIAN+CICN–ANAR–BNBR)/CN。接下来，定义垂直于反射平面的向量P(图6中未示出)，这意味着P＝I×N且P＝N×R，其中“×”表示向量叉积，因此I×N＝N×R。接下来，执行叉积并将Z方向余弦设置为彼此相等以求解AR＝(ANBR–AIBN)/BN。类似地，执行叉积并将X方向余弦设置为彼此相等以求解BR＝(BNCI+BNCR)/CN。然后求解AR、BR和CR的三个联立方程，因此它们仅是向量I和向量N的分量的函数，得到：

AR＝2AN(AIAN+CICN)–AI (1)

BR＝2BN(AIAN+CICN) (2)

CR＝2AICNAN+2CICN2–CI (3)

三角测量算法中的下一步骤是根据方向余弦AR、BR和CR并且根据图像传感器50上的图像51的位置(Xi和Zi)来计算测试对象72上的投影光图像31的中心的实际空间坐标。通过检查，Yo＝Yi/M且Xo＝Zi/M。接下来定义参数T，使得T＝(Xo–XM)/AR，T＝(Yo–YM)/BR且T＝(Zo–ZM)/CR。在根据表达式T＝(Yo–YM)/BR计算出T之后，Zo可计算为Zo＝CRT+ZM。此时，测试对象上的投影光图像31的中心的空间坐标的位置(Xo，Yo和Zo)是已知的。

此三角测量算法关键取决于图像51在图像传感器50上的正确放置以及投影光图像31在测试对象72上的正确放置，后者也影响图像51在图像传感器50上的放置。对图像51在图像传感器50上的准确放置的此关键依赖性从关系式Yo＝Yi/M和Xo＝Zi/M中快速地收集到：如果Yi和Zi由于三维光学扫描器系统10内的电光机械公差而不正确，那么Yo和Xo(以及Zo)也将都不正确。因为将所有电光机械公差驱动为零通常是不经济的，所以对于考虑与Yi和Zi相关联的图像放置误差和实质上消除所计算坐标(Xo，Yo和Zo)中的误差，本发明技术中规定的校准过程是必要的。

如早前所提及的，三维光学扫描器系统10在没有反馈环的益处的情况下操作，从而意味着投影光27的实际方向将可能与投影光27的预期方向不同。这意味着，当校准管理设备64处理成像的十字线位置并计算所测量零件上的十字线的三维位置时，实际与预期投影角的此差异将在所测量零件上的所计算位置中引入严重误差。实际上，三维光学扫描器系统10内的致使十字线的图像在图像传感器51上的实际放置不同于其在三维光学扫描器是完美(即，所有公差为零)的情况下应在的位置的任何电公差、光学公差或机械公差将导致由校准管理设备64执行的三角测量算法中的误差，结果是，十字线的所计算三维位置也将具有误差。

作为实例，如果光源12的放置略微偏移，那么源光13、标线片光15和棱镜光23都将具有偏差，这导致投影光图像31具有较亮侧和较暗侧，从而在投影光图像31的图像51在图像传感器50上的实际位置中引入微妙偏移。此微妙偏移的结果将是，由校准管理设备64执行的十字线定位算法将计算出与光源12具有零放置偏移的情况下不同的十字线位置。不同的十字线位置继而将导致三角测量算法被执行之后的十字线在零件上的所计算三维位置中的误差。

另一误差源与标线片16的位置相关联。如果标线片16在Y或Z方向上错位，那么向量I的起始点将相应地错位，并且向量R将因此不在根据由校准管理设备64执行的三角测量算法其被期望所在的位置中。如关于其他误差源所描述的，投影光图像31在测试对象上的实际位置将不是它应在的位置，并且图像51在图像传感器50上的实际位置将不是它应在的位置，从而导致执行三角测量算法之后十字线在零件上的所计算三维位置中的误差。

实际上，诱发向量I中的误差的光机械公差将致使向量R以及投影光图像31和图像51的定位出现误差，从而导致执行三角测量算法之后十字线在零件上的所计算三维位置中的误差。可导致向量I中误差的光机械公差包括：投影透镜20的角尖或倾斜、投影透镜20的Y或Z上的横向误置；棱镜22的角尖或倾斜；以及棱镜22的X、Y或Z上的横向误置。

类似地，诱发向量N中的误差的电光机械公差随后将致使向量R以及投影光图像31和图像51的定位出现误差，从而导致执行三角测量算法之后十字线在零件上的所计算三维位置中的误差。可导致向量N中的误差的电光机械公差包括：MEMS 24在X、Y或Z方向上的横向误置；MEMS 24的角度误置；MEMS 24内的MEMS反射镜26在X、Y或Z方向上的横向误置；MEMS24内的MEMS反射镜26的角度误置；D/A转换器66X和66Y中的非线性；MEMS驱动器68X和68Y中的非线性；以及MEMS 24内的非线性和串扰。MEMS 24横向误置以及MEMS反射镜26的厚度致使MEMS反射镜26的角旋转的点不在点(XM,0,ZM)，即向量I、N和R的标称交点处，这将导致向量N和R两者中的误差。与MEMS驱动器68X和68Y以及MEMS D/A66X和66Y相关联的电子误差将导致MEMS驱动电压VXMEMS和VYMEMS中的误差，这将致使MEMS反射镜(即，向量N)沿错误方向指向。同样地，即使MEMS驱动电压VXMEMS和VYMEMS是正确的，MEMS 24的机电特性中的缺陷也将致使向量N具有误差。

最后，即使向量I、N和R没有误差，与远心透镜(其包括第一透镜元件36、孔径光阑42和第二透镜元件44)、成像窗口34、折叠式反射镜40、滤光器48和/或图像传感器50相关联的光机械公差也可导致图像51在图像传感器50上的放置的误差，从而导致执行三角测量算法之后十字线在零件上的所计算三维位置中的误差。

具体来说，如果成像窗口34具有光楔，那么反射图像光33可在其透射穿过成像窗口34之后由成像窗口34折射到其中心线不与对象空间轴38重合或平行的方向中。类似地，如果折叠式反射镜40没有适当地进行对准或显著偏离平面性，那么折叠式反射镜光41可由折叠式反射镜40反射到其中心线不与图像空间轴46重合或平行的方向中。如果滤光器48具有光楔，那么滤过光49可在其透射穿过滤光器48之后由滤光器48折射到其中心线不与图像空间轴46重合或平行的方向中。这三种传播误差中的任一种都可能并且将致使图像传感器50上的图像51的位置不在这些误差不存在的情况下其应在的位置，结果导致执行三角测量算法之后十字线在测试对象72上的所计算三维位置中的误差。

包括第一透镜元件36、孔径光阑42和第二透镜元件44的远心透镜被设计成双远心，使得放大率不随第一透镜元件36与透镜对象(即，投影光图像31)之间的距离的改变以及第二透镜元件44与图像传感器50之间的距离的改变而改变。因此，将透镜设计成双远心将使前或后焦距改变时图像传感器50上的图像放置最小化。然而，因为没有透镜设计是完美的，所以将存在一些残余的非远心性，这意味着图像51在图像传感器50上的实际位置将不在理想情况下其应在的位置，从而导致执行三角测量算法之后十字线在零件上的所计算三维位置中的误差。类似地，应设计远心透镜，以便其光学失真(例如，桶形或枕形失真)被驱动为零，以便不存在由于失真所致的图像放置误差。然而，因为没有透镜设计是完美的，所以将存在一些残余的失真，这意味着图像51在图像传感器50上的实际位置将不在理想情况下其应在的位置，从而导致执行三角测量算法之后十字线在零件上的所计算三维位置中的误差。

再者，如果由于光机械公差，远心透镜的三个部件中的任一个不在其应在的位置，那么远心透镜的失真和远心性将降级。此降级将再次致使图像51在图像传感器50上的实际位置将不是理想情况下其应在的位置，从而导致执行三角测量算法之后十字线在零件上的所计算三维位置中的误差。

现在将参考图1-16描述校准光学扫描器装置以解决以上论述的误差的示例性方法。在步骤700处，示例性校准过程开始。接下来，在步骤702处，校准管理设备64向光学扫描器装置54提供指令以将从光学扫描器装置54发射的光源以扫描图案移动到诸如像图3中所示的平面校准表面30的校准表面上的点。

光学扫描器装置54在步骤702中被定向的点基于一个或多个扫描参数。在此实例中，所利用的扫描参数是用于控制光学扫描器装置54中的MEMS反射镜26的角位置的电压，使得所采用电压将获得对应于校准表面上的离散点的MEMS反射镜26的特定角位置。MEMS反射镜26的角位置继而确定光学扫描器装置54的扫描角。以举例的方式，校准管理设备64命令D/A转换器66X和D/A转换器66Y分别输出用于将MEMS反射镜26驱动到其实际角位置并不精确地知晓的未校准的角位置的已知电压VXMEMS和VYMEMS。如图6所示，此角位置由MEMS法向量N的方向余弦(即，AN、BN和CN)或等同地由角度θN和φN来表征，这些量必须根据由图像传感器50捕获的十字线图像51来计算，并随后被以数字方式传送到校准管理设备64以进行处理。

在步骤704中，校准管理设备64接收从光学扫描器装置54发射用于处理的光源的所获得图像的数字表示。针对扫描图案中的多个点中的每一个获得图像的数字表示。在此实例中，光学扫描器装置54形成十字线图像51。图8是由图像传感器50捕获的十字线图像51的说明性图像，其中，以举例的方式，十字线已被投影到平面校准对象30上。虽然描述十字线图像，但是也可利用其他类型和数目的图像形状。

接下来，在步骤706中，校准管理设备64计算针对其获得图像的扫描图案中的点处的扫描角。此位图图像由校准管理设备64进行处理以确定十字线的臂的交叉点，即具有坐标Yi和Zi的点，如图6所示。MEMS反射镜26法向量N的实际确定是通过首先计算向量R的分量来实现：AR＝Zi/M–XM；BR＝Yi/M–YN；并且CR＝-ZM。注意，AR、BR和CR然后通过将每个除以向量R的量值来归一化。接下来，通过使用以上方程1和2，以及方程AN2+BN2+CN2＝1，可计算出向量N的三个分量，即：

AN＝(AR+AI)/sqrt[(AR+AI)2+BR2+(CR+CI)2] (4)

BN＝BR/sqrt[(AR+AI)2+BR2+(CR+CI)2] (5)

CN＝(CR+CI)/sqrt[(AR+AI)2+BR2+(CR+CI)2] (6)

然后根据AN、BN和CN计算出MEMS反射镜26角度(扫描角)θN和φN。

接下来，在步骤708中，校准管理设备64将所计算的扫描角值θN和φN，以及与扫描角值相关联的一个或多个扫描参数(诸如已知MEMS驱动电压VXMEMS和VYMEMS)，存储在(以举例的方式)校准管理设备64中的存储器122中的表中以供校准过程稍后使用。所计算的扫描值和相关联的一个或多个扫描参数可存储在耦合到校准管理设备64的其他装置上的其他位置中。

在步骤710中，校准管理设备64确定(以举例的方式)用于校准过程的平面表面30上的扫描图案是否完整。如果在步骤710中，校准管理设备64确定扫描图案不完整，则No分支返回到步骤702，在该步骤中针对平面校准表面上的新点重复所述过程。

以举例的方式，VXMEMS和VYMEMS的新值由校准管理设备64来确定，并且MEMS反射镜26被角旋转到其实际角位置并不精确知晓的新的未校准的角位置。然后针对包括平面校准表面30上的多个离散点的扫描图案中的若干个点重复所述过程。扫描图案中的点的数目可基于应用而变化。在此实例中，扫描图案是一维的，但是仅以举例的方式，也可采用诸如螺线形图案、光栅图案、随机图案或伪随机图案的二维扫描图案。与校准过程的扫描图案中的每个扫描点相关联的驱动电压VXMEMS和VYMEMS使得扫描点相当好地间隔开并且覆盖需要跨平面校准对象30和/或测试对象72的视野进行校准的相关区域。

图9示出根据MEMS扫描反射镜26的扫描角的旋转而变化的二维螺线形扫描图案的实例。图10示出跨图9中所示二维螺线形扫描图案中视野的扫描点的实例，其中Y方向上存在31个点，正交方向上25个点，并且21个扫描点已从每个拐角去除，但是两个方向上其他数目的点也是可能的，并且可从拐角去除更多或更少的点。图11示出根据VXMEMS和VYMEMS而变化的每个校准扫描点的θN的实际值，而图12示出根据VXMEMS和VYMEMS而变化的每个校准扫描点的φN的实际值。在图11和图12两者中，θN和的线性分量已被人为地抑制，如此，包含大部分未校准误差的非线性分量出于说明目的而更加明显。

再次参考图7，如果在步骤710中校准管理设备64确定扫描图案是完整的，那么Yes分支采取步骤712，在该步骤中，针对扫描图案中的多个点中的每一个，校准管理设备确定所计算扫描角θN和φN与对应扫描参数(在此实例中，MEMS反射镜26的角位置的VXMEMS和VYMEMS值)之间的校准关系。在一个实例中，多项式被拟合到VXMEMS的数据，作为MEMS反射镜角度θN和φN的函数，并且多项式也拟合到VYMEMS的数据作为MEMS反射镜角度θN和φN的函数以提供校准关系。然而，可采用提供校准关系的其他方法，诸如存储使扫描图案中的多个点中的每一个的扫描角与对应扫描参数相关的值的查找表，如以下进一步详述。以下方程7中示出示例性多项式：

VMEMS＝A0+A1θN+A2θN2+A3θN3+A4θN4+A5θN5+A6θN6+A7θN7+A8φN+A9φN2+A10θNφN+A11θN2φN+A12θNφN2+A13θN2φN2 (7)

但是可使用具有更少或更多项的其他多项表达式，或可使用具有诸如指数、反指数、三角函数、反三角函数等项的非多项式项的方程。注意，在拟合过程中，通常用回归算法计算系数A0至A13，但是可使用其他类型的拟合方法，诸如本质上是迭代的拟合方法。

校准多项式是强线性的，因为A1系数远离零(如果多项式为VXMEMS，则为A8)，而系数A2至A13通常很小(尽管仍然重要)。实际上，如图13所示，VXMEMS对φN具有强线性依赖性，这掩盖了对θN的依赖性和φN中存在的非线性。如果线性项被人为地设为零，那么剩余项对VXMEMS的影响将变得明显，如图14所示。图14的表面示出三维光学扫描器装置54中存在的X方向上的非线性。这些非线性通常起因于早前所列出的电光机械误差。类似地，如图15所示，VYMEMS对θN具有强线性依赖性，这掩盖了对φN的依赖性和θN中存在的非线性。如果线性项被人为地设为零，那么剩余项对VYMEMS的影响将变得明显，如图16所示。图16的表面示出Y方向上三维光学扫描器装置54中存在的非线性。这些非线性也通常起因于早前所列出的电光机械误差。

接下来，在任选步骤714中，校准管理设备64(以举例的方式)通过向如图3所示的Z平移台70提供移动光学扫描器装置54的命令来调整光学扫描器装置54与平面校准表面30在Z方向上的距离，以生成三维扫描图案。以上所述的校准过程假设在校准过程中平面校准装置30在Z上位于一个高度处，即Z＝0.0。以举例的方式，校准过程可在多于一个已知高度处完成，诸如在Z＝-0.60mm、Z＝0.00mm处以及Z＝0.60mm处，但是可使用其他数目的高度和Z高度。

在两个或更多个高度处执行此体积校准过程或三维扫描的优点在于，可使校准多项式捕获不同Z高度处发生的扫描器的错误。例如，当测试对象表面位于Z＝0.600mm处而不是Z＝0.000mm处时，远心透镜的失真和非远心性可实质上不同。校准多项式现在变为除角度θN和φN之外的Z的函数：VXMEMS＝f(θN,φN,Z)，并且VYMEMS＝g(θN,φN,Z)。在两个或更多个高度处执行校准过程的缺点在于，校准过程现在花费更长时间来执行。实际上，图7的流程图中的步骤702-712必须针对每个Z高度都执行。参考图1，Z高度在体积校准过程中由校准管理设备64控制，其中校准管理设备64向Z平移台70发出命令以影响光学扫描器装置54在Z方向上的放置中的改变。另选地，可移动Z平移台以改变平面校准对象30在Z方向上的放置。

一旦针对VXMEMS和VYMEMS计算出校准多项式或其他校准关系，校准过程就在步骤716处完成，并且以举例的方式，两个多项式的系数存储在校准管理设备64中的存储器122中，以供稍后测试对象72的测量扫描期间使用。

图17示出利用图7中所示的方法中确定的校准关系来完成对诸如图5中所示测试对象72的测试对象的测量扫描的示例性方法。首先，在步骤800中，校准管理设备确定用于使用光学扫描器装置54来测量测试对象72的多个测量扫描角。在测量扫描期间，有必要知晓扫描的每个点的MEMS反射镜26的确切角度θN和φN，如此，三角测量算法可针对每个扫描点准确地执行并产生对投影光图像31在测试对象72上的位置(Xo,Yo,Zo)的无误差估计。注意，在对测试对象72的测量扫描(线的或面的)期间，集合一系列(Xo,Yo,Zo)数据点，其定义跨扫描点的测试对象72的三维形状。此三维形状正是三维光学扫描器系统10的所需输出，并且必须尽可能无误差。以举例的方式，在测量扫描期间，校准管理设备64基于扫描的所需参数(例如，线与面的扫描、扫描包络以及扫描点的数目)来确定测量扫描角θN和φN的值。

接下来，在步骤802中，校准管理设备64使用校准关系来计算影响扫描测量角必要的测量扫描角中的每一个的对应测量扫描参数，诸如必要MEMS驱动电压VXMEMS和VYMEMS。在一个实例中，校准关系由校准多项式，诸如方程7的多项式来提供。

在另一实例中，校准关系是如上所述的使所计算扫描角与对应扫描参数相关的值的查找表。在此实例中，VXMEMS、VYMEMS、θN、φN和任选的Z的原始值以表格格式存储在校准管理设备64的存储器122中的查找表(LUT)中。在此实例中，在任选步骤804中，校准管理计算装置64应用插值算法来计算LUT中的多个测量扫描角中的每一个的对应测量扫描参数。在此实例中，对LUT数据的插值用于找到在测量扫描期间影响所需MEMS角度θN和φN(任选地，给定Z处)所需的VXMEMS和VYMEMS的精确值。此具有执行较快并保持数据的高空间频率特性(多项式拟合趋于在其上平滑因为其本质上是低通滤波器)的优点，但是插值结果也可能噪音较大，因为噪音未去除或以其他方式由多项式拟合过程进行过滤。

使用LUT方法而不是多项式方法的难点是找到通常位于查找表内的条目之间的θN和φN(并且任选地，Z)的精确值所需要的插值。将描述插值算法，其中所需电压是所有三个参数θN、φN和Z的函数，这意味着，双参数插值，即V＝h(θN,φN)，是此算法的较简单的子集。插值算法处理以下步骤，但是其他算法也是可能的：

1)获得MEMS驱动电压“V”(其中V是VXMEMS或VYMEMS)将要针对其进行计算的θN、φN和Z的所需值。这些坐标(θN,φN,Z)表示为点“P”。

2)找到LUT中与点P的距离L最小的四个条目。

3)步骤2)中找到的四个条目是四面体的四个拐角，并且点P位于四面体内。

4)使用叉积向量数学，找到垂直于三维四面体的四维向量。

5)将四面体的角点插入四维向量中并获得形式AθN+BφN+CZ+DV+E＝0的方程。此时系数A、B、C、D和E是已知的。

6)针对V求解步骤5)中找到的方程，所述V是MEMS的通道的所需驱动电压。

在步骤2)中，从点P到表中的第i的Z条目、第j的θN条目和第k的φN条目的距离Lijk可计算为Lijk＝sqrt[(Z-Zi)2+(θN-θj)2+(φN-φk)2]。

以下针对MEMS的X通道(即V＝VxMEMS)详细示出步骤4)至6)。在步骤4)处开始，假设四面体的四个角点已知：

C1＝(θ1,φ1,Z1)

C2＝(θ2,φ2,Z2)

C3＝(θ3,φ3,Z3)

C4＝(θ4,φ4,Z4)

接下来，针对MEMS的X电压通道，集合三个向量V1、V2和V3：

V1＝C4–C1＝(θ4-θ1)θ+(φ4-φ1)φ+(Z4-Z1)Z+(Vx4-Vx1)Vx

V2＝C4–C2＝(θ4-θ2)θ+(φ4-φ2)φ+(Z4-Z2)Z+(Vx4-Vx1)Vx

V3＝C4–C3＝(θ4-θ3)θ+(φ4-φ3)φ+(Z4-Z3)Z+(Vx4-Vx1)Vx,

其中θ、φ、Z和Vx是单位向量。

常数θ4、θ3、θ2、θ4、φ4、φ3、φ2、φ1、Z4、Z3、Z2和Z1是在步骤2)中找到；常数Vx4、

四面体的方程是AΘ+Bφ+CZ+DVx+E＝0。系数E可通过插入Θ、φ、Z和Vx(诸如Θ4、φ4、Z4和Vx4)的已知值并求解E来找到。如果将C1、C2、C3或C4中的任一个插入方程中，则得到E的相同答案。一旦四面体的方程中的五个系数已知，插入所需或已知Θ、φ、Z值并计算Vx就是简单的事情。

再次参考图17，在步骤806中，使用诸如用于驱动MEMS反射镜26的电压的所计算测量扫描参数来完成对测试对象72的测量扫描。以举例的方式，然后由校准管理设备64通过D/A转换器66X、X-MEMS通道驱动器68X、D/A转换器66Y和Y-MEMS通道驱动器68Y使用VXMEMS和VYMEMS的值来驱动MEMS反射镜26。基于所利用的校准过程的测量扫描减少扫描中的系统误差。

值得注意的是，其中需要影响实际MEMS反射镜角度θN和φN的MEMS驱动电压VXMEMS和VYMEMS的以上所述的校准过程，不仅捕获MEMS反射镜角度如何随施加的驱动电压变化，而且校准过程也捕获影响十字线的图像51在图像传感器50上的位置的其他系统误差。早前所列出的这些系统误差包括(但不限于)：光源12的放置；标线片16的错位；投影透镜20的角尖或倾斜；投影透镜20的Y或Z上的横向误置；棱镜22的角尖或倾斜；棱镜22的X、Y或Z上的横向误置；MEMS 24在X、Y或Z方向上的横向误置；MEMS 24的角度误置；MEMS反射镜26在MEMS 24内在X、Y或Z方向上的横向误置；MEMS反射镜26的角度误置；D/A转换器66X和66Y中的误差；MEMS驱动器68X和68Y中的非线性和增益误差；MEMS 24内的非线性和串扰；以及与远心透镜相关联的包括光学失真和残余非远心性的误差。因为这些误差和公差影响图像51在图像传感器上的位置，而图像传感器又可通过控制MEMS反射镜角度θN和φN来控制，所以有意义的是，通过相应地控制角度θN和φN以使他们的影响为零来解决和纠正这些误差。结果证明，本发明技术的校准过程捕获这些系统误差并在VXMEMS和VYMEMS的校准多项式的计算和应用中对它们进行校正。

如本文所描述和所示出的，此技术有利地促进校准与光学扫描器相关联的误差，其中通过使用简单且快速的规程，仅需要使用一个硬件附加件，即平面校准伪影，即可在系统级表征误差。本发明技术有利地减少由通过测量或以其他方式校准扫描器整体而再次具有标称公差的部件构建的小型且经济的三维光学扫描装置的测量误差。扫描器然后可有利地在不使用反馈机制的情况下进行操作。

在已如此描述本发明的基本概念的情况下，对于本领域技术人员来说相当明显的是，先前详述的公开意图仅以举例的方式来呈现，并且是非限制性的。尽管本文没有明确说明，但不同的更改、改进以及修改将出现，并且意图针对本领域技术人员。这些更改、改进以及修改意图特此提出，并且是在本发明的精神和范围内。此外，处理元件或序列的所列举顺序或为此数字、字母或其它标号的使用并不意图将所要求的过程限制为任何顺序，除非在所附权利要求书中进行指定。因此，本发明仅由所附权利要求书及其等效物来限制。

Claims (33)

1.一种由校准管理设备实施的用于校准光学扫描器装置的方法，所述方法包括：

向所述光学扫描器装置提供指令以基于一个或多个扫描参数而以扫描图案扫描校准表面，其中所述一个或多个扫描参数在所述扫描图案上变化；

基于以所述扫描图案中的多个点的扫描角从所述光学扫描器装置发射的光源的所获得图像，计算所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述扫描角；以及

针对所述扫描图案中的所述多个点中的每一个，确定所计算扫描角与对应的一个或多个扫描参数之间的校准关系。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述扫描图案是一维扫描图案。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述扫描图案是二维扫描图案。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述扫描图案是螺线形图案、光栅图案、随机图案或伪随机图案。

5.如权利要求1所述的方法，其还包括：

调整所述光学扫描器装置与所述校准表面之间的距离；以及

以所述光学扫描器装置与所述平面校准表面之间的经调整距离，重复所述提供、计算和确定步骤以获得三维扫描图案。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述确定所述校准关系还包括：

计算提供所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数之间的关系的多项式。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述确定所述校准关系还包括：

存储使所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数相关的值表。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个扫描参数包括用于控制被配置来确定所述光学扫描器装置的所述扫描角的所述光学扫描器装置中的反射镜的角位置的电压。

9.如权利要求1所述的方法，其还包括：

确定用于使用所述光学扫描器装置来测量测试对象的多个测量扫描角；以及

使用所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数之间的所述校准关系来计算所述多个测量扫描角中的每一个的对应测量扫描参数。

10.如权利要求9所述的方法，其中用于使用所述光学扫描器装置来测量所述测试对象的所述多个测量扫描角基于扫描类型、扫描包络或若干扫描点中的一个或多个来确定。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述校准关系包括使所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数相关的值表，并且所述计算所述对应测量扫描参数还包括：

应用插值算法以使用所述值表来计算所述多个测量扫描角中的每一个的所述对应测量扫描参数。

12.一种校准管理设备，其包括存储器，所述存储器包括存储在其上的编程指令以及一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成能够执行所存储编程指令以：

向光学扫描器装置提供指令以基于一个或多个扫描参数而以扫描图案扫描校准表面，其中所述一个或多个扫描参数在所述扫描图案上变化；

基于以所述扫描图案中的多个点的扫描角从所述光学扫描器装置发射的光源的所获得图像，计算所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述扫描角；并且

确定所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所计算扫描角与对应一个或多个扫描参数之间的校准关系。

13.如权利要求12所述的设备，其中所述扫描图案是一维扫描图案。

14.如权利要求12所述的设备，其中所述扫描图案是二维扫描图案。

15.如权利要求14所述的设备，其中所述扫描图案是螺线形图案、光栅图案、随机图案或伪随机图案。

16.如权利要求12所述的设备，其中所述一个或多个处理器被进一步配置成能够执行所存储的编程指令以：

调整所述光学扫描器装置与所述校准表面之间的距离；以及

以所述光学扫描器装置与所述平面校准表面之间的经调整距离，重复所述提供、计算和确定步骤以获得三维扫描图案。

17.如权利要求12所述的设备，其中所述一个或多个处理器被进一步配置成能够执行所存储的编程指令以：

计算提供所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数之间的关系的多项式。

18.如权利要求12所述的设备，其中所述一个或多个处理器被进一步配置成能够执行所存储的编程指令以：

存储使所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数相关的值表。

19.如权利要求12所述的设备，其中所述一个或多个扫描参数包括用于控制被配置来确定所述光学扫描器装置的所述扫描角的所述光学扫描器装置中的反射镜的角位置的电压。

20.如权利要求12所述的设备，其中所述一个或多个处理器被进一步配置成能够执行所存储的编程指令以：

确定用于使用所述光学扫描器装置来测量测试对象的多个测量扫描角；以及

使用所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数之间的所述校准关系来计算所述多个测量扫描角中的每一个的对应测量扫描参数。

21.如权利要求20所述的设备，其中用于使用所述光学扫描器装置来测量所述测试对象的所述多个测量扫描角基于扫描类型、扫描包络或若干扫描点中的一个或多个来确定。

22.如权利要求20所述的设备，其中所述校准关系包括使所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数相关的值表，并且其中所述一个或多个处理器被进一步配置成能够执行所述所存储编程指令以：

应用插值算法以使用所述值表来计算所述多个测量扫描角中的每一个的所述对应测量扫描参数。

23.一种非暂时性计算机可读介质，其具有用于校准光学扫描器装置的存储在其上的指令，所述指令包括可执行代码，所述可执行代码在由一个或多个处理器执行时致使所述一个或多个处理器：

向光学扫描器装置提供指令以基于一个或多个扫描参数而以扫描图案扫描校准表面，其中所述一个或多个扫描参数在所述扫描图案上变化；

基于以所述扫描图案中的多个点的扫描角从所述光学扫描器装置发射的光源的所获得图像，计算所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述扫描角；并且

确定所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应扫描参数之间的校准关系。

24.如权利要求23所述的介质，其中所述扫描图案是一维扫描图案。

25.如权利要求23所述的介质，其中所述扫描图案是二维扫描图案。

26.如权利要求25所述的介质，其中所述扫描图案是螺线形图案、光栅图案、随机图案或伪随机图案。

27.如权利要求23所述的介质，其中所述可执行代码在由所述一个或多个处理器执行时还致使所述一个或多个处理器：

调整所述光学扫描器装置与所述校准表面之间的距离；以及

以所述光学扫描器装置与所述平面校准表面之间的经调整距离，重复所述提供、计算和确定步骤以获得三维扫描图案。

28.如权利要求23所述的介质，其中所述可执行代码在由所述一个或多个处理器执行时还致使所述一个或多个处理器：

计算提供所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数之间的关系的多项式。

29.如权利要求23所述的介质，其中所述可执行代码在由所述一个或多个处理器执行时还致使所述一个或多个处理器：

存储使所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数相关的值表。

30.如权利要求23所述的介质，其中所述一个或多个扫描参数包括用于控制被配置来确定所述光学扫描器装置的所述扫描角的所述光学扫描器装置中的反射镜的角位置的电压。

31.如权利要求23所述的介质，其中所述可执行代码在由所述一个或多个处理器执行时还致使所述一个或多个处理器：

确定用于使用所述光学扫描器装置来测量测试对象的多个测量扫描角；以及

使用所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数之间的所述校准关系来计算所述多个测量扫描角中的每一个的对应测量扫描参数。

32.如权利要求31所述的介质，其中用于使用所述光学扫描器装置来测量所述测试对象的所述多个测量扫描角基于扫描类型、扫描包络或若干扫描点中的一个或多个来确定。

33.如权利要求31所述的设备，其中所述校准关系包括使所述扫描图案中的所述多个点中的每一个的所述所计算扫描角与所述对应一个或多个扫描参数相关的值表，并且其中所述可执行代码在由所述一个或多个处理器执行时还致使所述一个或多个处理器：

应用插值算法以使用所述值表来计算所述多个测量扫描角中的每一个的所述对应测量扫描参数。