CN111536878B - 用于测量表面的方法、干涉测量装置、机器可读介质 - Google Patents
用于测量表面的方法、干涉测量装置、机器可读介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111536878B CN111536878B CN202010079701.4A CN202010079701A CN111536878B CN 111536878 B CN111536878 B CN 111536878B CN 202010079701 A CN202010079701 A CN 202010079701A CN 111536878 B CN111536878 B CN 111536878B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- amplitude
- interferogram
- invalid
- phase
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02075—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
- G01B9/02082—Caused by speckles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/0209—Low-coherence interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/0209—Low-coherence interferometers
- G01B9/02091—Tomographic interferometers, e.g. based on optical coherence
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本公开提供用于测量表面的方法、干涉测量装置、机器可读介质。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)。
Description
技术领域
本发明涉及用于估测表面的方法以及用于该目的的测量装置。
背景技术
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DE 43 25 337或DE 43 25 347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EP 1 474 650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。
EP 1 744 119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。
发明内容
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。
本发明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。
本发明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。
根据本发明,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,本发明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(具体地根据本发明的干涉测量装置的)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发明的测量方法。
本发明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发明的方法和根据本发明的测量装置。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例示了干涉测量装置1和用于测量表面24的相应方法的第一示例,由此在该示例中,该测量基于扫频源光学相干层析成像(SS-OCT)的原理。尽管由此更详细描述的装置和方法是基于扫频源OCT,但是以下方面也适用于在检测由白光源与光谱仪和线传感器组合组成的傅里叶域OCT。装置1被设计用于工业坐标测量装置的预期领域,其中,使用直径在红宝石球区域中的紧凑探头来进行几厘米的自由光束测量。在该调频干涉中,使用应尽可能准许在短时间中执行宽带调谐的源。而且,需要相干长度为几厘米的窄带特性。源的调谐例如经由长度非常精确地已知的校准干涉仪来参照。
在图1a中,调频激光器(扫频源)20生成激光束23,该激光束23由光纤26引导至测量头25,并从该处发射至要测量的表面24处。激光源20是例如具有作为放大介质的光学半导体放大器和可调谐滤波器元件的光纤环形激光器的形式。如果在测量中期望更高的重复率,则可以将光纤环形激光器延伸几公里的光纤长度,该重复率对应于光在光纤环中的传输时间的倒数。作为设置激光源20的另一可能性,还可以使用具有色散元件(例如光栅或棱镜与可移动的光学表面(例如多面镜组合))的外部腔,以快速调谐激光谐振器的激光波长。可调谐元件可以形成例如为法布里-珀罗滤波器或声学可调谐纤维布拉格光栅。其它元件是半导体激光器、可调谐VCSEL(垂直腔表面发射激光器)、分布式反馈激光器(DFB)、光耦合器或绝缘体,其在这种系统中的使用和集成是本领域技术人员已知的。
激光束23被聚焦在表面24上的斑(spot)或点上。回射反射光与来自固定反射器的光叠加,该固定反射器用作本地振荡器(例如,测量头25的最后光学表面)。由于调制,具有不同频率的光根据到对象24的距离D和相关联的时间延迟而干涉。这导致时间幅度调制或干涉图,其频率(拍频)与到表面24的各点的距离D直接相关。
所得到的时间幅度调制或干涉图由光电检测器21检测,并被转换成数字信号或者说数字化干涉图2(还请参见图1b)。这种干涉图可以是(完全)连续的。另选地,干涉图包含多个离散区段,例如在用DFB阵列作为扫频光源的装置中。各个干涉图区段或“子”干涉图被分配给特定DFB的调谐区域。在任何情况下,对于如下所述的后续评价(干涉图/测量结果的分类),将相应干涉图视为一个整体,因此,例如在离散区段的情况下,在评价前将这些区段拼接在一起。换句话说,首先将信号(例如来自不同调谐区域)组合。
信号处理单元22(例如,FPGA或某种其它形式的计算机处理器)通过分析相应数字化干涉图的调制频率来提供到目标表面24(更精确地:所瞄准的表面点)的距离D的计算。换句话说,距离D的计算主要基于相应干涉图2的相位信息。
通过在表面24上方移动激光斑,即扫描(箭头28),可以测量多个表面点,从而测量表面24的高度变化或轮廓。然而,测量结果可能会受到扰动,即测量到的距离偏离了实际距离D,这将关于图1b更详细地解释。
参照图1b,描述了在相干观察中由散斑导致的测量结果扰动,即与位置有关的强度变化。在图1b的上部,示出了在表面24上的激光束23的斑总是具有与由透镜的PSF(点扩展函数)所限定的传感器的分辨率对应的一定的尺寸。在粗糙表面24的情况下,可能在分辨率单元内发生高度变化。从被照射区域的不同部分反射的光23r被以不同的相位(在示例中例示了两个相位P1和P2)发送到检测器21。依赖于它们的相对相位,光可以相长干涉或相消干涉。此外,叠加光23r的相位可以与单个部分的相位显著不同。换句话说,这种所谓的散斑源自从表面24反射的具有不同相对相位P1、P2的光23r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在高度变化处在所使用的波长的尺度上的粗糙表面24上并且横向尺寸小于分辨率单元。
由检测器21输出的所得到的干涉图2(图1b的下部)受到扰动(由圆圈29以图形方式标记的区域),并且因此,信号处理器22计算(或将计算)出错误的距离。利用本发明,识别出这种受扰动的测量结果,通过参考图1c来举例说明。
图1c示出了用于将测量结果分类7成有效或无效的示例性过程。首先,在生成干涉图2后,计算干涉图的相位(步骤3)。此后,确定相位变化(步骤4)。相位变化4用作扰动的指示。如果相位变化4高于特定阈值(在评价步骤5中进行了测试),则将干涉图或者说测量结果(信号)分类成无效(6a),即(过多)扰动。否则,该测量结果被分类成有效(6b)。参照图1d进一步举例说明该过程。
图1d在上部示出了测量的干涉图2的计算(解缠绕)相位Φ(随时间t显示)的图。理想地,在没有任何扰动的情况下,相线13将是直线。在出现散斑扰动的情况下,相位13从理想线性函数偏离(由圆圈29标记)。借助拟合通过干涉图相位3或者说相位线13的线性函数12,从相位13中减去线性函数12并计算相位Φ的标准偏差,来确定相位变化4,标准偏差是相位3相对于线性函数12的偏差(箭头4所示)的度量。通过计算标准偏差,在该示例中,确定了相位变化,即,标准偏差用作相位变化的度量。不是使用如图所示的相位的函数表示,将测量图与理想图的比较是基于表的。
如果标准偏差4大于可调整的阈值,则将干涉图2以及所得的距离值分类或识别成“无效”。阈值的值可以例如是通过在典型的粗糙表面24上进行扫描测试确定的。被分类成无效的测量结果被标识成无效或被丢弃(删除),优选地在测量期间实时地进行,即与标记一起存储或者被完全去除,通过参考图1e来举例说明。
图1e示出了测量结果分类的示例性最终结果。示出了测量到的距离D或测量到的轮廓10(灰色或亮线)。由于扰动性的散斑效应,测量到的轮廓10分别示出了在实际距离或者说真实表面轮廓10'(黑线或暗线)中不存在的异常结果9。这些异常结果9具有类似于数学函数中的极点的典型形状。
由于这些扰动已经由先前的评价5识别,或者说相应测量结果已经被分类成无效,被宣告为“无效”的距离值可以在轮廓图中标记,在图中由点11表示。如果例如应从轮廓10确定粗糙度参数,如Ra或Rz,则那些无效点可以从计算中排除。另一可能性是在相邻的“有效”距离点之间插值出轮廓10,以获得(或保持)没有散斑扰动的连续轮廓10,这在图1e中由粗直线8表示。其中在表面图中未标记无效测量结果或距离的方法的实施方式中,可选地,在将基础干涉图2分类成无效之后,完全免除处理基础该干涉图2。因此,它们完全不需要进行距离计算,并且可选地甚至被处理单元完全去除,这可以节省处理时间和功率,并且在完全且快速删除的情况下可以节省存储空间。
无论哪种方式,有利的是,主要由散斑引起的扰动不会影响最终的测量结果10。因此,呈现的方法提供了相位变化的分析作为用于查找和标识受扰动干涉图的距离值的质量标记。
图1f示出了另选的可选步骤。该图基于图1e,并且示出了先前无效测量点11的“之前”和“之后”的附加测量点11a被认为无效,尽管在先前的步骤中附加测量点11a未被分类成“无效”。与先前无效点11不同,因为这些附加无效点11a与初始无效点11相邻,所以这些附加无效点11a被认为是无效。换句话说,用附加点11a,原始点11的无效区域被“人为地”加宽。该可选步骤例如用于确保完全考虑扰动背后的散斑,而不会遗漏任何边界散斑区。
作为标准,在原始“无效”测量结果“之前”和“之后”的例如各10、100个左右的测量结果也被宣告为“无效”,或者将原始无效区域的边缘宣告为“无效”,例如无效轮廓的一端或各端处的1%或2.5%。
相应地,可选地建立比先前图1e中大的插值区域8a,其包括初始被分类成“无效”的值11的区域以及由于接近初始值11而被认为“无效”的值11a的区域。
图2a示出了用于干涉图2的分类7的方法的另一示例。在步骤3'中,计算干涉图2的幅度。接下来,在步骤4'中,确定幅度的任何改变。幅度波动用作有效性的指示。如果改变或变化高于某个阈值(在步骤5中测试),则将干涉图2分类成无效(步骤6a)。换句话说,如果检测到幅度过高波动,例如如果幅度下降太大,则将相应的测量结果宣告为“无效”。另一方面,如果没有超出阈值的漂移,则将干涉图2认为是有效的(步骤6b)。
测试阈值可以是完全预限定的,即,值是像预先确定的。另选地,测试阈值是半预限定的,其依赖于干涉图的测量值,例如,干涉图中呈现的最大幅度或相位变化的总体程度(图1d中线12的梯度)。例如,阈值被半预限定成等于最大幅度的25%或50%的改变量。
图2b示出了基于幅度的分类的另一示例性例示。示出了要分类的干涉图的幅度A。幅度A并非不变,而是有显著改变(此处在中间,由区域B指示)。这种暂时的幅度下降例如是由散斑导致的。干涉图示出存在幅度低到其降至低于限定的幅度阈值14,该幅度阈值14用作“逆”幅度变化阈值(即,如果存在低于幅度阈值14的幅度,则视为超过了相应的幅度变化阈值)。因此,该干涉图或者说测量结果被分类成无效。
不是将幅度值作为如图所示的阈值14,例如与图1d所示的方法相比,基于测得的幅度图19相对于理想幅度图的标准偏差进行阈值测试。作为另一选择,不是将曲线19而是将其导数与阈值比较,例如梯度不得超过某个值。
在图3所例示的另一过程中,分类7不仅包括测试幅度是否低于幅度阈值(图2b中的14),而且附加地测试这种低幅度区段(图2b中的B)是否占整个干涉图的太大部分。图3是基于图2a的,出于更紧凑例示的原因,未示出步骤2和3'。
如图2a中所示,在步骤4'中确定任何幅度变化,并且在步骤5中,验证是否存在高于幅度阈值的幅度变化。如果为“否”,则将该测量结果分类成有效测量结果(6b)。
如果存在高于第一阈值的改变,则进一步评价高于第一阈值的幅度变化的占比或部分是否高于第二阈值/占比阈值(步骤15)。仅当超过第二阈值时,该测量结果被分类成无效(6a)。否则,尽管幅度变化高于幅度阈值,但认为幅度变化不使得测量结果无效(步骤6b')。
换句话说,不仅观察是否存在显著的幅度变化,而且在这种较大幅度变化的情况下,还观察该改变是否涉及干涉图的至少预限定部分。仅当检测到在覆盖限定的时段的高的幅度变化时,干涉图被分类成无效(6a)。换句话说,如果存在高于第一阈值的幅度变化,但是该变化仅持续了比预限定时段短的时段,则由于幅度变化显著但是仅涉及干涉图的被认为是微不足道部分的部分,所以测量结果仍然被认为有效。
关于图2b,进一步示例了根据图3的方法。在图2b的示例中,区域B示出了如上所述的低于幅度阈值或第一阈值14的幅度。区域A和区域C示出了高于第一阈值14的幅度值。然后,将高于第一阈值14的幅度变化的占比F计算成
F=尺寸(B)/尺寸(A+B+C)。
如果占比F高于限定的占比阈值,则干涉图被分类成无效。换句话说,如果尺寸B大于整个干涉图的尺寸的限定部分,则将该干涉图标识成无效。
所描述的阈值的值例如是通过在典型的粗糙表面上进行扫描测试来确定的。可选地,将所描述的过程进行组合以实现更高的鲁棒性,例如,有关于相位变化的测试,并且附加地还有关于幅度变化的测试。两个评价可以独立执行,并且如果两个中的任何一个得到“无效”,则将该测量结果分类成“无效”。或者,依次执行这些测试,例如,先进行如图2b中所描述的幅度变化测试,然后对由于幅度变化而被分类成“无效”的干涉图2进行相位变化测试。如果相位变化也得到“无效”分类,则最终将该测量结果分类成“无效”。
否则,该测量结果被分类成“有效”。作为另选,在关于幅度和相位的分类结果不同的情况下,第二次进行幅度和/或相位分类,这次例如利用更精细的阈值。
图4例示了干涉测量结果的分类7的方法的进一步发展。图4是基于图1b或图2a的,出于更紧凑例示的原因,未示出步骤2、3/3'和4/4'。在该进一步的发展中,对干涉图中的相位和/或幅度扰动的检测不仅用于将干涉图宣告为无效,而且还将所得到的距离值宣告为无效。其也可用于改进“有效”距离的鲁棒性,例如,在出现(较弱的)散斑扰动的情况下。
在根据图4的进一步发展中,在步骤5(其中,将相位和/或幅度变化用于干涉图的分类)后,将分类成无效的相应干涉图(步骤6a)丢弃或忽略(步骤16)。这意味着被识别成无效的干涉图不会用于计算到所测量的表面点的距离D。
另一方面,通过基于相应干涉图的幅度,对相位信息进行加权来进一步处理分类成“有效”的干涉图(步骤17)。这在基于幅度变化评价的分类7中是尤其有利的(例如,如关于图2a、图2b所描述的),因为在这些情况下,无论如何都要计算/处理幅度。利用时间相关的加权因子w(t),根据原始相位信息Φraw,根据以下算式计算要用于距离处理的相位信息Φproc:
Φproc(t)=w(t)Φraw(t)
经加权的或经处理的相位信息Φproc然后用于计算到下方表面点的距离D(步骤18)。
可应用不同的加权方法,由此,优选地直接从幅度得出加权因子。作为一种选择,加权因子直接从幅度中得出,因为幅度本身被用作相位的加权因子:
w(t)=A(t)
从幅度直接得出加权因子的另一选择是使用幅度的k次幂作为相位的加权因子:
w(t)=A(t)k,
其中,k是例如小于或大于1的实数。
作为进一步的选择,仅当相应的幅度高于幅度阈值(例如,图2b中的阈值14)时,考虑相位信息。换句话说,在幅度低于幅度阈值的情况下,将相位信息从距离处理中排除。
例如,将“有效”干涉图的低于上述幅度阈值的区域(例如图2b中的区域B)排除在距离计算外(或仅以比其它幅度区域(例如在图2b中的区域A和C)低的幂k使用)。换句话说,例如,在如图3所示的分类7中,使用所获得的有关占比F/区域B的知识来消除(或至少减少)针对示出这种(暂时的)幅度波动的“有效”干涉图的相应相位信息对到表面点的距离的计算的影响。
该相位加权方法与用于整个测量结果扫描的散斑检测的组合是尤其有利的。为此,受强烈扰动的干涉图被标识成“无效”距离。可以例如关于图1e描述的那样对这些距离进行排除或插值。剩余“有效”距离的计算利用了上述相位加权方法中的一种,其减少了较弱散斑的扰动影响。该方案极大地提高了轮廓测量结果的整体鲁棒性。
本领域技术人员意识到以下事实,如果没有另外说明,则此处关于不同实施方式示出和说明的细节在本发明的意义上也可以以其它排列组合成。
Claims (22)
1.一种用于测量表面(24)的方法,所述方法基于干涉图(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)和幅度变化(4')中的至少一者的评价(7),将所述相应干涉图或从所述相应干涉图得出的所测量距离分类(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,所述测量是工业测量。
3.根据权利要求1所述的方法,所述方法的特征在于,所述测量根据光学相干层析成像的原理。
4.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)。
5.根据权利要求4所述的方法,所述方法的特征在于,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。
6.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)包括搜索所述相应干涉图(2)的相位(Φ)和幅度(A)中的至少一者的扰动。
7.根据权利要求1所述的方法,所述方法的特征在于
所述评价(7)包括确定所述相应干涉图(2)的相位(Φ)和幅度(A)中的至少一者的波动程度。
8.根据权利要求1所述的方法,所述方法的特征在于
所述评价(7)包括将所述相应干涉图的相位图(13)和幅度图(19)中的至少一者与理想相位图(12)和理想幅度图中的至少一者进行比较。
9.根据权利要求1所述的方法,所述方法的特征在于
所述评价(7)包括
计算(3)所述相应干涉图(2)的相位(Φ),
拟合通过所述相位(Φ)的线性函数(12),
从所述相位(Φ)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)来对所述相应干涉图(2)分类。
10.根据权利要求1所述的方法,所述方法的特征在于
所述评价(7)包括检测所述相应干涉图(2)的幅度(A)是否暂时低于幅度阈值(14)。
11.根据权利要求10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)。
12.根据权利要求1所述的方法,所述方法的特征在于
对于计算到所述点的所述距离(D),应用基于幅度的针对被分类成有效(6b、6b')的所述相应干涉图(2)的相位信息的加权因子。
13.根据权利要求12所述的方法,所述方法的特征在于
所述加权因子为以下至少一者:
是直接依赖于所述幅度(A)的,以及
如果所述幅度(A)低于幅度阈值(14),则被设置为零。
14.根据权利要求1所述的方法,所述方法的特征在于
将分类成无效(6a)的测量结果(2、11、13、19)标识并存储为无效或在测量期间实时删除。
15.根据权利要求14所述的方法,所述方法的特征在于,在任何用于距离计算的处理前标识或删除所述相应干涉图(2)。
16.根据权利要求1所述的方法,所述方法的特征在于
所述分类(6a、6b、6b')用于清理或标识由于出现激光散斑(29)而受扰动的测量结果(2、11、13、19)。
17.根据权利要求1所述的方法,所述方法的特征在于
所述方法包括生成所测量的表面(24)的轮廓(10),其中,无效的测量结果(2、11、13、19)为以下至少一者:
被从所述轮廓(10)中排除,和
被以图形的方式标记(11)。
18.根据权利要求17所述的方法,所述方法的特征在于,在所述无效的测量结果(2、11、13、19)被从所述轮廓(10)中排除的情况下,通过在未被排除的测量结果之间进行插值(8)来保持所述轮廓(10)的连续性。
19.一种干涉测量装置(1),该干涉测量装置(1)被设计用于测量表面(24),所述装置包括:
激光器(20),所述激光器(20)用于生成激光束(23),
驱动器,所述驱动器用于在所述表面(24)上方引导激光束发射测量头(25),使得所述激光束(23)逐点扫描所述表面(24),
接收器,所述接收器用于接收所述激光束(23)由所述表面(24)的相应点反射的至少一部分,
干涉仪,所述干涉仪用于通过将所接收的激光束(24)与基准激光束叠加来生成干涉图(2),
信号处理器(22),所述信号处理器(22)用于基于相应干涉图(2)测量到相应点的距离(D),
所述装置的特征在于
所述信号处理器(22)被配置成基于对相应干涉图(2)的相位变化(4)和幅度变化(4')中的至少一者的评价(7)来将所述相应干涉图或从所述相应干涉图得出的所测量距离分类(6a、6b、6b')成无效(6a)或有效(6b、6b')。
20.根据权利要求19所述的干涉测量装置(1),所述干涉测量装置的特征在于,所述测量根据光学相干层析成像的原理。
21.一种机器可读介质,所述机器可读介质存储计算机程序,所述计算机程序在被执行时致使计算机执行根据权利要求1至18中的任一项所述的方法。
22.根据权利要求21所述的机器可读介质,所述机器可读介质的特征在于,所述机器可读介质为根据权利要求19至20中的任一项所述的干涉测量装置(1)的机器可读介质。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19156061.4A EP3693694A1 (en) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Method for gauging surfaces with classification of measurements as valid or non-valid |
EP19156061.4 | 2019-02-07 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111536878A CN111536878A (zh) | 2020-08-14 |
CN111536878B true CN111536878B (zh) | 2021-12-31 |
Family
ID=65363200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010079701.4A Active CN111536878B (zh) | 2019-02-07 | 2020-02-04 | 用于测量表面的方法、干涉测量装置、机器可读介质 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11067390B2 (zh) |
EP (1) | EP3693694A1 (zh) |
CN (1) | CN111536878B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3903022B2 (ja) * | 2003-04-30 | 2007-04-11 | キヤノン株式会社 | 干渉計 |
CN101995225A (zh) * | 2009-08-17 | 2011-03-30 | 横河电机株式会社 | 膜厚度测量设备 |
CN202027563U (zh) * | 2011-01-28 | 2011-11-09 | 浙江大学 | 一种基于干涉光谱相位信息的光谱标定系统 |
CN102439418A (zh) * | 2009-06-12 | 2012-05-02 | 奥林巴斯株式会社 | 被检体信息分析装置以及被检体信息分析方法 |
JP2013228263A (ja) * | 2012-04-25 | 2013-11-07 | Mitsutoyo Corp | 白色干渉計、画像処理方法及び画像処理プログラム |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT1257066B (it) | 1992-07-31 | 1996-01-05 | Dea Spa | Unita' di supporto e guida per un organo mobile di una macchina, particolarmente una macchina di misura. |
IT1257067B (it) | 1992-07-31 | 1996-01-05 | Dea Spa | Macchina di misura. |
US5402582A (en) | 1993-02-23 | 1995-04-04 | Faro Technologies Inc. | Three dimensional coordinate measuring apparatus |
JPH08271213A (ja) * | 1995-03-28 | 1996-10-18 | Olympus Optical Co Ltd | エッジ検出器 |
AU2003213046A1 (en) | 2002-02-14 | 2003-09-04 | Faro Technologies, Inc. | An articulated arm for a portable coordinate measurement machine |
EP1744119A1 (en) | 2005-07-15 | 2007-01-17 | Proximion Fiber Systems AB | Swept-source optical coherence tomography |
EP2037214A1 (de) * | 2007-09-14 | 2009-03-18 | Leica Geosystems AG | Verfahren und Messgerät zum vermessen von Oberflächen |
JP2011038829A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Topcon Corp | 干渉顕微鏡及び測定装置 |
JP2014099713A (ja) * | 2012-11-13 | 2014-05-29 | Fujitsu Ltd | 無線通信装置及び1パス判定方法 |
US10247538B2 (en) * | 2014-10-29 | 2019-04-02 | Bridger Photonics, Inc. | Accurate chirped synthetic wavelength interferometer |
-
2019
- 2019-02-07 EP EP19156061.4A patent/EP3693694A1/en active Pending
-
2020
- 2020-02-04 CN CN202010079701.4A patent/CN111536878B/zh active Active
- 2020-02-06 US US16/784,141 patent/US11067390B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3903022B2 (ja) * | 2003-04-30 | 2007-04-11 | キヤノン株式会社 | 干渉計 |
CN102439418A (zh) * | 2009-06-12 | 2012-05-02 | 奥林巴斯株式会社 | 被检体信息分析装置以及被检体信息分析方法 |
CN101995225A (zh) * | 2009-08-17 | 2011-03-30 | 横河电机株式会社 | 膜厚度测量设备 |
CN202027563U (zh) * | 2011-01-28 | 2011-11-09 | 浙江大学 | 一种基于干涉光谱相位信息的光谱标定系统 |
JP2013228263A (ja) * | 2012-04-25 | 2013-11-07 | Mitsutoyo Corp | 白色干渉計、画像処理方法及び画像処理プログラム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20200256671A1 (en) | 2020-08-13 |
EP3693694A1 (en) | 2020-08-12 |
CN111536878A (zh) | 2020-08-14 |
US11067390B2 (en) | 2021-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6987570B1 (en) | Reference signal for stitching of interferometric profiles | |
EP1332332B1 (en) | Height scanning interferometry method and apparatus including phase gap analysis | |
US6493093B2 (en) | Bat-wing attenuation in white-light interferometry | |
US7286238B2 (en) | Feature isolation for frequency-shifting interferometry | |
US6741361B2 (en) | Multi-stage data processing for frequency-scanning interferometer | |
US6894788B2 (en) | Interferometric system for automated radius of curvature measurements | |
EP2391865B1 (en) | Measurement of multiple surface test objects with frequency scanning interferometer | |
CN104797903A (zh) | 通过校准测量头的方向来获得表面形貌的光学测量方法以及具有测量头的测量装置 | |
KR102121345B1 (ko) | 간섭 분광법에 의한 캐비티 측정법 | |
EP2420796B1 (en) | Shape measuring method and shape measuring apparatus using white light interferometry | |
KR20190006206A (ko) | 파장 튜닝가능 레이저를 사용하는 정밀 위치설정 시스템 | |
US20090296099A1 (en) | Interferometric Layer Thickness Determination | |
US20030164951A1 (en) | Method and apparatus for calibrating a wavelength-tuning interferometer | |
US6624893B1 (en) | Correction of scanning errors in interferometric profiling | |
CN107202548B (zh) | 波长移相算法灵敏度测试系统及测试方法 | |
CN111536878B (zh) | 用于测量表面的方法、干涉测量装置、机器可读介质 | |
US6801323B2 (en) | Methods and apparatus for interferometric dimensional metrology | |
JP6388722B2 (ja) | 干渉非接触光プローブおよび測定 | |
KR100937477B1 (ko) | 기준판을 이용한 좌표 측정기 | |
Iwasinska-Kowalska et al. | A new method of noncontact gauge block calibration using the fringe counting technique: II. Experimental verification | |
US10962348B2 (en) | Method and apparatus for optimizing the optical performance of interferometers | |
WO2023058160A1 (ja) | レイリー強度パターン計測装置およびレイリー強度パターン計測方法 | |
WO2024101053A1 (ja) | 距離測定システム | |
RU2245515C2 (ru) | Способ измерения профиля поверхности | |
Perret et al. | Multi-target range finder with optical continuous frequency modulation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |