DE102015219495A1 - Verfahren zum Programmieren eines dreidimensionalen Werkstückabtastwegs für ein Metrologiesystem - Google Patents

Verfahren zum Programmieren eines dreidimensionalen Werkstückabtastwegs für ein Metrologiesystem Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Programmieren eines dreidimensionalen (3D) Werkstück-Abtastwegs für ein Metrologiesystem, das ein 3D-Bewegungssteuerungssystem, einen ersten Typ von Z-Höhenmesssystem und einen zweiten Typ von Z-Höhenmesssystem, der weniger präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen über einen breiteren Z-Höhenmessbereich in dem Metrologiesystem bereitstellt, umfasst. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Legen eines repräsentativen Werkstücks auf einen Arbeitstisch des Metrologiesystems, Definieren mindestens eines ersten Werkstück-Abtastwegsegments für das repräsentative Werkstück, Bestimmen vorläufiger tatsächlicher Oberflächen-Z-Höhenmessungen entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment, und Bestimmen eines präzisen 3D-Abtastwegs zum Bewegen des ersten Typs von Z-Höhenmesssystem, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen auszuführen. Der präzise 3D-Abtastweg basiert auf den bestimmten vorläufigen tatsächlichen Oberflächen-Z-Höhenmessungen. Der präzise 3D-Abtastweg kann verwendet werden, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen auszuführen, oder kann gespeichert werden, um in einem Inspektionsprogramm verwendet zu werden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Metrologiesysteme, die ein maschinelles Sichtinspektionssystem und einen zusätzlichen präzisen Oberflächensensor umfassen, und genauer gesagt Verfahren zum Betätigen und Programmieren derartiger Systeme.
  • BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
  • Präzisionssysteme zur maschinellen Sichtinspektion (bzw. abgekürzt „Sichtsysteme”) können verwendet werden, um präzise Dimensionsmessungen von inspizierten Objekten zu erzielen und um diverse andere Objekteigenschaften zu inspizieren. Derartige Systeme können einen Computer, eine Kamera und ein optisches System und einen Präzisionsarbeitstisch, der in mehrere Richtungen bewegbar ist, um es der Kamera zu erlauben, die Merkmale eines Werkstücks, das gerade inspiziert wird, abzutasten, umfassen. Ein beispielhaftes System nach dem Stand der Technik, das im Handel erhältlich ist, ist die Reihe QUICK VISION® von PC-basierten Sichtsystemen und die Software QVPAK®, die bei Mitutoyo America Corporation (MAC), aus Aurora, IL., erhältlich ist. Die Merkmale und die Funktionsweise der Sichtsystemreihe QUICK VISION ® und der Software QVPAK ® werden beispielsweise in „QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine User's Guide", veröffentlicht im Januar 2003, und „QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guide", veröffentlicht im September 1996, allgemein beschrieben, die hiermit jeweils zur Bezugnahme vollständig übernommen werden. Diese Produktreihe ist beispielsweise in der Lage, ein mikroskopartiges optisches System zu verwenden, um Bilder eines Werkstücks in diversen Vergrößerungen bereitzustellen, und den Arbeitstisch je nach Bedarf zu bewegen, um die Werkstückfläche über die Grenzen eines beliebigen einzigen Videobildes hinaus zu überfahren. Angesichts der gewünschten Einschränkungen für Vergrößerung, Messauflösung und räumliche Größe derartiger Systeme umfasst ein einziges Videobild typischerweise nur einen Abschnitt des Werkstücks, das beobachtet oder inspiziert wird.
  • Systeme zur maschinellen Sichtinspektion verwenden im Allgemeinen eine automatisierte Videoinspektion. Das US-Patent Nr. 6,542,180 lehrt diverse Aspekte dieser automatisierten Videoinspektion und wird hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen. Wie in dem Patent '180 gelehrt, weisen messtechnische Instrumente zur automatisierten Videoinspektion im Allgemeinen eine Programmierfähigkeit auf, die es ermöglicht, dass eine Sequenz von automatischen Inspektionsereignissen durch den Benutzer für jede bestimmte Werkstückkonfiguration definiert wird. Dies kann beispielsweise durch textbasiertes Programmieren oder durch einen Aufzeichnungsmodus, der die Sequenz von Inspektionsereignissen nach und nach „erlernt”, indem er eine Sequenz von Maschinensteueranweisungen speichert, die einer Sequenz von Inspektionsvorgängen entspricht, die von einem Benutzer anhand einer grafischen Benutzerschnittstelle (GUI) ausgeführt werden, oder über eine Kombination der beiden Verfahren erzielt werden. Ein derartiger Aufzeichnungsmodus wird häufig als „Lernmodus” oder „Trainingsmodus” bezeichnet. Sobald die Sequenz von Inspektionsereignissen im „Lernmodus” definiert wurde, kann man eine derartige Sequenz dann verwenden, um automatisch Bilder eines Werkstücks während des „Laufmodus” zu erfassen (und zusätzlich zu analysieren oder zu inspizieren).
  • Die Maschinensteueranweisungen, welche die spezifische Sequenz von Inspektionsereignissen umfassen (d. h. wie jedes Bild zu erfassen ist, und wie jedes erfasste Bild zu analysieren/inspizieren ist), werden im Allgemeinen in einem „Teileprogramm” oder „Werkstückprogramm” gespeichert, das für die bestimmte Werkstückkonfiguration spezifisch ist. Beispielsweise definiert ein Teileprogramm, wie jedes Bild zu erfassen ist, etwa wie die Kamera mit Bezug auf das Werkstück zu positionieren ist, auf welcher Beleuchtungsstufe, auf welcher Vergrößerungsstufe usw. Ferner definiert das Teileprogramm, wie ein erfasstes Bild zu analysieren/inspizieren ist, beispielsweise unter Verwendung von einem oder mehreren Video-Tools, wie etwa von Video-Tools zur Kanten-/Grenzerkennung.
  • Video-Tools (bzw. abgekürzt „Tools”) und andere GUI-Funktionen können manuell eingerichtet werden, um einen Inspektionsvorgang und/oder andere Maschinensteuervorgänge zu erledigen. Die Einrichtungsparameter und Vorgänge der Video-Tools können auch im Lernmodus aufgezeichnet werden, um automatische Inspektionsprogramme bzw. „Teileprogramme” zu erstellen, die dann Mess-/Analysevorgänge einbeziehen, die von diversen Video-Tools auszuführen sind. Die Video-Tools können beispielsweise Kanten-/Grenzerkennungs-Tools, Autofokus-Tools, Form- oder Musterabgleich-Tools, Dimensionsmess-Tools und dergleichen umfassen. Derartige Tools und GUI-Funktionen werden gewöhnlich bei diversen handelsüblichen Systemen zur maschinellen Sichtinspektion verwendet, wie etwa bei der Sichtsystemreihe QUICK VISION® und der dazugehörigen Software QVPAK®, die zuvor besprochen wurden.
  • Typische maschinelle Sichtinspektionssysteme stellen keine hochpräzise Messfähigkeit (z. B. eine Präzision im Mikrometer- oder Submikrometerbereich) für Oberflächenhöhen, d. h. in der Richtung einer optischen Achse des optischen Systems, bereit. Eine derartige hochpräzise Messfähigkeit kann jedoch durch einen Hilfssensor, wie etwa einen chromatischen Entfernungssensor (CRS), bereitgestellt werden, wobei chromatische Aberrationstechniken für hochpräzise Abstandsmesstechnik verwendet werden. Das Funktionsprinzip derartiger Sensoren wird beispielsweise gattungsgemäß in „Pseudocolor Effects of Longitudinal Chromatic Aberration", G. Molesini und S. Quercioli, J. Optics (Paris), 1986, Band 17, Nr. 6, Seite 279–282, beschrieben.
  • Ganz allgemein wird bei derartigen Systemen ein optisches Element, das eine axiale chromatische Aberration aufweist, verwendet, um eine Breitbandlichtquelle, die aus einer kleinen Apertur hervortritt, derart zu fokussieren, dass der axiale Abstand oder die Höhe einer Oberfläche bestimmt, welche Wellenlänge am besten auf diese Oberfläche fokussiert ist. Bei einer Reflexion von der Oberfläche wird das Licht wieder auf diese kleine Apertur fokussiert, wie etwa ein Loch und/oder das Ende einer Lichtleitfaser, und nur die Wellenlänge, die gut auf die Oberfläche fokussiert ist, ist gut auf die Apertur fokussiert. Andere Wellenlängen sind schlecht fokussiert und koppeln nicht viel Energie in die Apertur hinein. Ein Spektrometer misst den Signalpegel für jede Wellenlänge, die durch die Apertur zurückgegeben wird. Eine Wellenlängen-Intensitätsspitze gibt effektiv den Abstand oder die Höhe der Oberfläche an. Derartige Hilfs-CRS-Sensoren können entlang dem Hauptlichtweg eines maschinellen Sichtinspektionssystems montiert sein oder können teilweise integriert sein, um einige Komponenten des Hauptlichtwegs gemeinsam zu nutzen. Beispiele von CRS-Systemen, die für derartige Konfigurationen geeignet sind, werden beispielsweise in den US-Patenten Nr. 8,587,789 und 7,477,401 , offenbart, die hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen werden. Ein Problem beim Integrieren derartiger hochpräziser CRS-Sensoren mit einem typischen maschinellen Sichtinspektionssystem ist das Vereinfachen des diesbezüglichen robusten Betätigens und Programmierens dieser CRS-Sensoren, so dass relativ unerfahrene Benutzer (die sich vielleicht mit CRS-Sensoren nicht auskennen) mühelos zuverlässige Teileprogramme erstellen können, die unter Verwendung sowohl der maschinellen Sichtkomponenten als auch der CRS-Sensoren in derartigen integrierten Systemen Inspektionen ausführen. Ein weiteres Problem besteht darin, es relativ unerfahrenen Benutzern zu ermöglichen, bei derartigen Teileprogrammen einen hohen Durchsatz zu erreichen. Eine Lösung für derartige Probleme wäre wünschenswert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 ein Diagramm, das diverse typische Komponenten eines universellen präzisen maschinellen Sichtinspektionssystems zeigt;
  • 2 ein Blockdiagramm eines Steuersystemabschnitts und eines Sichtkomponentenabschnitts eines maschinellen Sichtinspektionssystems ähnlich wie das aus 1, das Module und Merkmale umfasst, die bei diversen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar sind;
  • 3 ein Blockdiagramm eines beispielhaften chromatisch konfokalen Punktsensors, der als präziser Z-Höhensensor verwendbar ist;
  • 4 ein Diagramm einer beispielhaften Benutzerschnittstelle eines Metrologiesystems, das eine Darstellung eines Abtastwegsegments über eine Werkstückfläche umfasst;
  • 5A bis C schematische Diagramme eines Oberflächenprofils entlang einem Abtastwegsegment über ein Werkstück, das Dimensionsbeziehungen zeigt, die mit Messbereichen für zwei Typen von Z-Höhenmesssystemen zusammenhängen, die während Werkstück-Abtastvorgängen verwendbar sind;
  • 6A bis D Diagramme einer Ausführungsform einer Benutzerschnittstelle, die verwendbar ist, um Inspektionsvorgänge entlang einem Werkstück-Abtastwegsegment für ein hochpräzises Z-Höhenmesssystem während Lernmodusvorgängen eines maschinellen Sichtinspektionssystems zu definieren;
  • 7A und 7B Diagramme einer Ausführungsform einer Benutzerschnittstelle, die verwendbar ist, um vorläufige tatsächliche Oberflächen-Z-Höhenmessungen zu bestimmen, um einen präzisen 3D-Abtastweg entlang dem Abtastwegsegment von 6A bis 6D zu bestimmen und die Ergebnisse des Betätigens des hochpräzisen Z-Höhenmesssystems entlang diesem präzisen 3D-Abtastweg zu überprüfen; und
  • 8A und 8B ein Ablaufschema, das ein Verfahren zum Bestimmen und Verwenden eines 3D-Werkstückabtastwegs für einen ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zeigt, der präzisere Oberflächen-Z-Höhenmessungen über einen schmaleren Z-Höhenmessbereich in einem Metrologiesystem bereitstellt, wobei das Metrologiesystem auch einen zweiten Typ von Z-Höhenmesssystem umfasst, der weniger präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen über einen breiten Z-Höhenmessbereich bereitstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften maschinellen Sichtinspektionssystems (MVIS) 10, das gemäß den hier beschriebenen Verfahren verwendbar ist. Das MVIS 10 umfasst eine Sichtmessmaschine 12, die betriebsfähig angeschlossen ist, um Daten- und Steuersignale mit einem Steuercomputersystem 14 auszutauschen. Das Steuercomputersystem 14 ist ferner betriebsfähig angeschlossen, um Daten- und Steuersignale mit einem Monitor oder Display 16, einem Drucker 18, einem Joystick 22, einer Tastatur 24 und einer Maus 26 auszutauschen. Der Monitor oder das Display 16 kann eine Benutzerschnittstelle anzeigen, die geeignet ist, um die Vorgänge des MVIS 10 zu steuern und/oder zu programmieren, wozu die diversen hier offenbarten Vorgänge gehören.
  • Die Sichtmessmaschine 12 umfasst einen bewegbaren Werkstückarbeitstisch 32 und ein optisches Bildgebungssystem 34. Das MVIS 10 ist im Allgemeinen mit der zuvor besprochenen Sichtsystemreihe QUICK VISION® und der Software QVPAK® und ähnlichen handelsüblichen Präzisionssystemen zur maschinellen Sichtinspektion vergleichbar. Das MVIS 10 wird auch in den gemeinsam übertragenen US-Patenten Nr. 7,454,053 , 7,324,682 , 8,111,905 und 8,111,938 beschrieben, die hiermit jeweils zur Bezugnahme übernommen werden.
  • 2 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystemabschnitts 120 und eines Sichtkomponentenabschnitts 200 eines MVIS 100, ähnlich wie das MVIS 10 aus 1. Der Steuersystemabschnitt 120 wird verwendet, um den Sichtkomponentenabschnitt 200 zu steuern, und umfasst Merkmale, die bei diversen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar sind. Der Sichtkomponentenabschnitt 200 umfasst einen optischen Baugruppenabschnitt 205, die Lichtquellen 220, 230 und 240, teilweise oder ganz einen Verfolgungsautofokus-(TAF)Abschnitt 1000 (der sich stattdessen teilweise in dem Steuersystemabschnitt 120 befinden kann) und einen Werkstückarbeitstisch 210, der einen mittleren durchsichtigen Abschnitt 212 aufweist. Der Sichtkomponentenabschnitt 200 kann auch einen präzisen Z-Höhensensor 300 umfassen, der bei einer Ausführungsform einen optischen Abschnitt 300A (oder 300A') eines präzisen Z-Höhensensors und einen elektronischen Abschnitt 300B eines präzisen Z-Höhensensors umfassen kann. Bei der abgebildeten Ausführungsform sind der optische Abschnitt 300A des präzisen Z-Höhensensors und die Objektivlinse 250 im Verhältnis zueinander versetzt. Dies ist keine Voraussetzung für die praktische Umsetzung der hier offenbarten Erfindung. Es ist jedoch ein typischer Fall, wenn der präzise Z-Höhensensor ein optionales oder zusätzliches Zubehör für ein maschinelles Sichtinspektionssystem ist, und die hier offenbarte Erfindung und ihre Lehren sind in diesem Fall besonders vorteilhaft. Der Werkstückarbeitstisch 210 ist steuerbar entlang den X- und Y-Achsen bewegbar, die in einer Ebene liegen, die im Allgemeinen zur Oberfläche des Arbeitstischs parallel ist, auf dem ein Werkstück 20 positioniert sein kann. Der optische Baugruppenabschnitt 205 umfasst ein Kamerasystem 260, eine austauschbare Objektivlinse 250 und kann eine Revolverlinsenbaugruppe 280 mit den Linsen 286 und 288 umfassen. Alternativ zu der Revolverlinsenbaugruppe kann eine ortsfeste oder manuell austauschbare Vergrößerungsänderungslinse oder eine Zoomlinsenkonfiguration oder dergleichen enthalten sein. Der optische Baugruppenabschnitt 205 ist entlang einer Z-Achse, die zu den X- und Y-Achsen im Allgemeinen orthogonal ist, unter Verwendung eines steuerbaren Motors 294 steuerbar bewegbar.
  • Ein Werkstück 20 oder eine Ablage oder ein Befestigungselement, das eine Vielzahl von Werkstücken 20 festhält, die abzubilden sind, wird auf den Werkstückarbeitstisch 210 gelegt. Der Werkstückarbeitstisch 210 bewegt sich mit Bezug auf den optischen Baugruppenabschnitt 205 derart, dass sich die austauschbare Objektivlinse 250 zwischen Stellen an einem Werkstück (oder Werkstücken) 20 bewegt. Eine oder mehrere von einer Arbeitstischleuchte 220, einer Koaxialleuchte 230 und einer Oberflächenleuchte 240 kann bzw. können jeweils Ausgangslicht 222, 232 oder 242 emittieren, um das Werkstück 20 zu beleuchten. Die Lichtquelle 230 kann Licht 232 auf einem Weg emittieren, der einen Spiegel 290 umfasst. Das Ausgangslicht wird als Werkstücklicht 255, das durch die austauschbare Objektivlinse 250 und die Revolverlinsenbaugruppe 280 geht, reflektiert oder zum Kamerasystem 260 durchgelassen. Das Bild, das von dem Kamerasystem 260 aufgenommen wird, wird auf einer Signalleitung 262 an den Steuersystemabschnitt 120 ausgegeben. Die Lichtquellen 220, 230 und 240 können jeweils über Signalleitungen oder Busse 221, 231 und 241 an den Steuersystemabschnitt 120 angeschlossen sein. Um die Bildvergrößerung zu ändern, kann der Steuersystemabschnitt 120 die Revolverlinsenbaugruppe 280 entlang der Achse 284 drehen, um über eine Signalleitung oder einen Bus 281 eine Revolverlinse auszuwählen.
  • Der TAF-Abschnitt 1000 kann Fokussierlicht 251 auf einen halbtransparenten Spiegel und durch die Objektivlinse 250 hindurch emittieren, um das Werkstück 20 zu beleuchten. Das Fokussierlicht wird durch die Objektivlinse 250 hindurch zurück reflektiert und an einen Fokusdetektor in dem TAF-Abschnitt 1000 zurückgegeben, der dann ein Mess- und/oder Fokuskorrektursignal an den Steuersystemabschnitt 120 auf einer Signal- und/oder Steuerleitung oder einem Bus ausgeben kann. Bei diversen Ausführungsformen kann der TAF-Abschnitt 1000 auf einer von diversen bekannten Fokussensortechniken, wie etwa auf einer Knife-Edge-Fokustechnik, einer chromatisch konfokalen Technik, die einen großen Messbereich bereitstellt, oder einer Wellenfrontmesstechnik nach Shack-Hartmann und so weiter basieren. Die zuletzt genannte Technik wird in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 14/052,579, unter dem Titel „System and Method for Controlling a Tracking Autofocus (TAF) Sensor in a Machine Vision Inspection System”, beschrieben, die hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird.
  • Bei diversen Ausführungsbeispielen ist der optische Baugruppenabschnitt 205 in der senkrechten Z-Achsenrichtung unter Verwendung eines steuerbaren Motors 294 bewegbar, der ein Stellglied antreibt, um den optischen Baugruppenabschnitt 205 entlang der Z-Achse zu bewegen, um den Fokus des Bildes, das von dem Kamerasystem 260 aufgenommen wird, zu ändern. Der Begriff Z-Achse, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Achse, die verwendet wird, um das Bild zu fokussieren, das durch den optischen Baugruppenabschnitt 205 erzielt wird. Wenn er verwendet wird, ist der steuerbare Motor 294 an die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 130 über eine Signalleitung 296 angeschlossen.
  • Wenn der TAF-Abschnitt 1000 bei einer Ausführungsform aktiv ist, reagiert der Steuersystemabschnitt 120 auf sein Mess- und/oder Fokuskorrektursignal und bewegt oder steuert die Z-Achse basierend auf dem TAF-Signal, bis der TAF-Abschnitt 1000 ein Mess- und/oder Fokuskorrektursignal ausgibt, das der besten Fokusposition entspricht. Bei einigen Ausführungsformen kann das maschinelle Sichtinspektionssystem 100 derart angepasst und/oder kalibriert werden, dass diese beste Fokusposition der besten Fokusposition des Kamerasystems 260 entspricht. Ferner können derartige Positions- und/oder Messinformationen verwendet werden, um die Oberfläche des Werkstücks 20 in dem Messbereich (z. B. ungefähr in der Mitte des Messbereichs) des präzisen Z-Höhensensors 300 gemäß den nachstehend ausführlicher beschriebenen Grundlagen zu positionieren.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst der Steuersystemabschnitt 120 bei diversen Ausführungsbeispielen einen Controller 125, einen Stromversorgungsabschnitt 128, eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 130, einen Speicher 140, eine Vorrichtung zum Generieren und Ausführen von Werkstückprogrammen (Teileprogrammen) 170, eine Aufzeichnungs-/Übersetzungsvorrichtung 155, eine Lernmodusausführvorrichtung 156, eine Laufmodusausführvorrichtung 157, einen Bearbeitungsabschnitt 160, einen Knotenverwalter 190, einen TAF-Abschnitt 1000' und einen Abtastabschnitt 180, der einen präzisen 3D-Abtastabschnitt 182 umfassen kann, der einen 3D-Abtastwegabschnitt 185 umfasst. Alle diese Komponenten, sowie die zusätzlichen Komponenten, die nachstehend beschrieben werden, können über einen oder mehrere Daten-/Steuerbusse und/oder eine oder mehrere Anwendungsprogrammierschnittstellen oder über direkte Verbindungen zwischen den diversen Elementen zusammengeschaltet sein.
  • Wie es für den Fachmann ersichtlich ist, können diverse Vorgänge bezüglich des TAF-Abschnitts 1000 (und/oder 1000') und/oder des präzisen Z-Höhensensors 300 durch eine Hardware-Konfiguration, eine Software-Konfiguration oder eine Kombination aus Hardware- und Software-Konfiguration umgesetzt werden, und demnach können je nach Umsetzung diverse Hardware- und/oder Software-Komponenten und Merkmale des TAF-Abschnitts 1000 und/oder des präzisen Z-Höhensensors 300 entsprechend zwischen dem Sichtkomponentenabschnitt 200 und dem Steuersystemabschnitt 120 des MVIS 100 angeordnet sein.
  • Die Vorrichtung zum Generieren und Ausführen von Werkstückprogrammen (oder Teileprogrammen) 170, die Aufzeichnungs-/Übersetzungsvorrichtung 155, die Lernmodusausführvorrichtung 156, die Laufmodusausführvorrichtung 157, der Bearbeitungsabschnitt 160, der Knotenverwalter 190, der TAF-Abschnitt 1000' und der Abtastabschnitt 180 können als Teil eines allgemeinen Maschinen-Controller-Blocks MC angesehen werden, der mit dem Controller 125 verknüpft ist. Die Vorrichtung zum Generieren und Ausführen von Werkstückprogrammen 170 ist für das Erstellen und Ausführen von Teileprogrammen (oder „Werkstückprogrammen”) verantwortlich. Basierend auf den Vorgängen der Vorrichtung zum Generieren und Ausführen von Werkstückprogrammen 170 verwendet ein Benutzer das MVIS 100, um ein Teileprogramm für das Werkstück 20 zu erstellen, indem er entweder die Anweisungen unter Verwendung einer Werkstückprogrammiersprache codiert und/oder indem er die Anweisungen generiert, indem er das MVIS 100 in einem Lernmodus betätigt (z. B. unter der Kontrolle der Lernmodusausführvorrichtung 156), um eine erwünschte Bilderfassungs-Trainingssequenz bereitzustellen. Beispielsweise kann eine Trainingssequenz das Positionieren eines Werkstückmerkmals in dem Blickfeld (FOV), das Einstellen von Lichtstufen, das Fokussieren oder Autofokussieren, das Erfassen eines Bildes und das Bereitstellen einer Inspektionstrainingssequenz, die (z. B. unter Verwendung von Video-Tools) auf das Bild angewendet wird, umfassen. Der Lernmodus funktioniert derart, dass die „erlernte(n)” Betriebssequenz(en) aufgezeichnet und in entsprechende Teileprogrammschritte (d. h. Anweisungen) umgesetzt wird bzw. werden. Wenn das Teileprogramm in einem Laufmodus ausgeführt wird (z. B. unter der Kontrolle der Laufmodusausführvorrichtung 157), bewirken diese Teileprogrammschritte, dass das MVIS 100 die antrainierten Bilderfassungs- und Inspektionsvorgänge wiedergibt, um automatisch ein oder mehrere Werkstücke zu inspizieren, das bzw. die dem verwendeten Werkstück entspricht bzw. entsprechen, wenn das Teileprogramm erstellt wird.
  • Die Aufzeichnungs-/Übersetzungsvorrichtung 155 wird zum Übersetzen von Maschinenvorgängen in Teileprogrammcode verwendet. Falls mit anderen Worten ein Benutzer eine Aktion ausführt (wie beispielsweise das manuelle Ändern der Z-Höhe, die der aktuellen Oberflächenhöhe entspricht), wird eine grundlegende Anweisung generiert, die in eine maschinenlesbare Sprache übersetzt wird, um ein Teileprogramm zu bilden, und es kann auch eine Rückübersetzung ausgeführt werden. Die Aufzeichnungs-/Übersetzungsvorrichtung 155 kann eine Übersetzung zwischen den bearbeitbaren Anweisungsdarstellungen in einer GUI und ihren entsprechenden Code-Anweisungen ausführen. Der Bearbeitungsabschnitt 160 stellt diverse Vorgänge und Benutzerschnittstellen-Funktionen bezüglich der Bearbeitung eines Teileprogramms bereit oder aktiviert diese, die das Steuern der Vorgänge für die Bearbeitungsfunktionen und das Bereitstellen der Benutzerschnittstellen-Funktionen für die Bearbeitungsfunktionen umfassen können. Bei einer Ausführungsform ist der Knotenverwalter 190 für das Verwalten von Knotennummern, die Knoten in einem Teileprogramm zugewiesen werden, und ihre entsprechenden Anweisungsdarstellungen in einer GUI verantwortlich. Die Knotennummern, die von dem Knotenverwalter 190 gesteuert werden, können beispielsweise verwendet werden, um die Darstellungen der Teileprogrammanweisungen, die TAF-Abschnittvorgänge und Abtastabschnittvorgänge in einer vorgeschriebenen Reihenfolge umfassen, beispielsweise gemäß diversen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen anzuordnen.
  • Der TAF-Abschnitt 1000' stellt diverse Vorgänge und Benutzerschnittstellen-Funktionen, wie etwa diejenigen, die von den TAF-GUI-Elementen 135 aufgenommen werden, bezüglich der TAF-Funktionalität in einem MVIS 100 bereit oder aktiviert diese. Der Abtastabschnitt 180 stellt diverse Vorgänge und Benutzerschnittstellen-Funktionen, wie etwa diejenigen, die von den Abtast-GUI-Elementen 137 aufgenommen werden, bezüglich der Abtastfunktionalität bereit oder aktiviert diese. Diese können eine präzise Z-Höhen-Abtastfunktionalität und eine präzise 3D-Abtastwegfunktionalität umfassen, wie es hier offenbart wird.
  • Die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 130 umfasst eine Abbildungssteuerschnittstelle 131, eine Bewegungssteuerungs-Schnittstelle/ein System 132, eine Beleuchtungssteuerungs-Schnittstelle 133, eine Linsensteuerungs-Schnittstelle 134 und TAF-GUI-Elemente 135 und Abtast-GUI-Elemente 137. Die TAF-GUI-Elemente 135 sind für das Bereitstellen einer GUI zum Steuern und Programmieren von TAF-Vorgängen, verantwortlich. Die Abtast-GUI-Elemente 137 sind für das Bereitstellen einer GUI zum Steuern und Programmieren von Abtastvorgängen verantwortlich (z. B. wie sie unter Verwendung des Abtastabschnitts 180, der den präzisen 3D-Abtastabschnitt 182 und den 3D-Wegabschnitt 185 umfasst, umgesetzt werden können), wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die Bewegungssteuerungs-Schnittstelle/das System 132 kann ein Positionssteuerelement 132a und ein Geschwindigkeits-/Beschleunigungs-Steuerelement 132b umfassen, obwohl diese Elemente zusammengelegt werden und/oder nicht zu unterscheiden sein können.
  • Der Speicher 140 umfasst einen Bilddatei-Speicherabschnitt 141, einen Werkstückprogramm-Speicherabschnitt 142, der ein oder mehrere Teileprogramme oder dergleichen umfassen kann, und einen Video-Tool-Abschnitt 143. Der Video-Tool-Abschnitt 143 umfasst den Video-Tool-Abschnitt 143a und andere Video-Tool-Abschnitte (nicht gezeigt), welche die GUI, den Bildverarbeitungsvorgang usw. für jedes der entsprechenden Video-Tools bestimmen. Viele bekannte Video-Tools sind in den handelsüblichen Systemen zur maschinellen Sichtinspektion enthalten, die zuvor besprochen wurden. Der Video-Tool-Abschnitt 143 umfasst auch einen Interessenbereich-(ROI)Generator 143x, der Vorgänge unterstützt, die diverse ROIs definieren, die in diversen Video-Tools verwendbar sind.
  • Im Allgemeinen speichert der Speicherabschnitt 140 Daten, die verwendbar sind, um den Sichtsystem-Komponentenabschnitt 200 zu betätigen, um ein Bild des Werkstücks 20 derart zu erfassen, dass das erfasste Bild erwünschte Eigenschaften aufweist. Der Speicherabschnitt 140 kann auch Inspektionsergebnisdaten speichern, die verwendbar sind, um diverse Inspektions- und Messvorgänge an den erfassten Bildern (z. B. teilweise als Video-Tools umgesetzt) entweder manuell oder automatisch auszuführen und um die Ergebnisse über die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 130 auszugeben. Der Speicherabschnitt 140 kann auch Daten enthalten, die eine Benutzerschnittstelle definieren, die über die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 130 betriebsfähig ist.
  • Diverse Signalleitungen oder Busse können an die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 130 angeschlossen sein, wozu Signalleitungen von dem TAF-Abschnitt 1000 und dem präzisen Z-Höhensensor 300 gehören, wie in 2 schematisch dargestellt. Eine oder mehrere Anzeigevorrichtungen 136 (z. B. die Anzeige 16 aus 1) und eine oder mehrere Eingabevorrichtungen 138 (z. B. der Joystick 22, die Tastatur 24 und die Maus 26 aus 1) kann bzw. können ebenfalls an die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 130 angeschlossen sein. Die Anzeigevorrichtungen 136 und die Eingabevorrichtungen 138 können verwendet werden, um eine Benutzerschnittstelle anzuzeigen, die diverse Benutzerschnittstellen-Funktionen umfassen kann, die verwendbar sind, um Inspektionsvorgänge auszuführen und/oder um Teileprogramme zu erstellen und/oder zu ändern, um die Bilder zu betrachten, die von dem Kamerasystem 260 aufgenommen werden, und/oder um den Sichtsystem-Komponentenabschnitt 200 direkt zu steuern.
  • Bei diversen Ausführungsbeispielen, wenn ein Benutzer ein Teileprogramm für das Werkstück 20 erstellt, generiert der Benutzer Teileprogrammanweisungen entweder durch Codieren unter Verwendung einer Werkstückprogrammiersprache und/oder durch Generieren der Anweisungen durch Betätigen des MVIS 100 in einem Lernmodus, um eine gewünschte Bilderfassungs-Trainingssequenz bereitzustellen. Beispielsweise kann eine Trainingssequenz das Positionieren eines Werkstückmerkmals in dem Blickfeld (FOV), das Einstellen von Lichtstufen, das Fokussieren oder Autofokussieren, das Erfassen eines Bildes und das Bereitstellen einer Analysetrainingssequenz, die (z. B. unter Verwendung von Video-Tools) auf das Bild angewendet wird, umfassen. Der Lernmodus funktioniert derart, dass die Sequenz(en) aufgenommen oder aufgezeichnet und in entsprechende Teileprogrammschritte (d. h. Anweisungen) umgesetzt wird bzw. werden. Wenn das Teileprogramm ausgeführt wird, bewirken diese Teileprogrammschritte, dass das maschinelle Sichtinspektionssystem die antrainierten Bilderfassungs- und Analysevorgänge wiedergibt, um automatisch ein oder mehrere Werkstücke zu inspizieren, das bzw. die dem verwendeten Werkstück entspricht bzw. entsprechen, wenn das Teileprogramm erstellt wird. Diesbezügliche Bearbeitungsmerkmale und Funktionen werden auch in den US-Patentschriften Nr. 2013/0123945 unter dem Titel „Machine Vision System Program Editing Environment Including Real Time Context Generation Features”; 2013/0125044 unter dem Titel „Machine Vision System Program Editing Environment Including Synchronized User Interface Features”; und 2013/0120567 unter dem Titel „System and Method Utilizing an Editing Initialization Block in a Part Program Editing Environment in a Machine Vision System” beschrieben, die hiermit jeweils zur Bezugnahme übernommen werden.
  • 3 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften chromatisch konfokalen Punktsensors 300, manchmal als chromatischer Entfernungssensor (CRS) bezeichnet, der bei einer Ausführungsform eines präzisen Z-Höhensensors gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendbar ist. Der CRS 300 weist gewisse Ähnlichkeiten mit den Sensoren auf, die in den gemeinsam übertragenen US-Patenten Nr. 7,990,552 , 7,876,456 und 8,194,251 beschrieben werden, die hiermit jeweils zur Bezugnahme vollständig übernommen werden. Die Verwendung von handelsüblichen chromatischen Entfernungssensoren in Verbindung mit einem maschinellen Sichtsystem, ungefähr wie schematisch in 2 dargestellt, ist bekannt, und der CRS wird hier nur kurz beschrieben, um einen nützlichen Hintergrund für das Verständnis der Probleme bereitzustellen, die zusammen mit dem Programmieren der Verwendung eines präzisen Z-Höhensensors in einem maschinellen Sichtsystem auftreten. Wie in 3 gezeigt, umfasst der chromatisch konfokale Punktsensor 300 einen optischen Stift 320 und einen Elektronikabschnitt 360, die über ein Lichtwellenleiterkabel 312 verbunden sind, das eine Ein-/Ausgabe-Lichtleitfaser umfasst. Der optische Stift 320 kann eine Ausführungsform des optischen Abschnitts 300A bereitstellen, die in 2 gezeigt wird, und der Elektronikabschnitt 360 kann eine Ausführungsform des Elektronikabschnitts 300B bereitstellen, die in 2 gezeigt wird.
  • Kurz gesagt umfasst der Elektronikabschnitt 360 einen Faserkoppler 361, den Wellenlängendetektor 362, eine Lichtquelle 364, einen Signalprozessor 366 und einen Speicherabschnitt 368. Bei diversen Ausführungsformen umfasst der Wellenlängendetektor 362 eine Spektrometer- oder Spektrograf-Anordnung, wobei ein Dispersionselement (z. B. ein Gitter) die reflektierte Strahlung über das Lichtwellenleiterkabel 312 empfängt und das sich ergebende Spektralintensitätsprofil an ein Detektor-Array 363 zum Erfassen und Analysieren sendet. Der optische Stift 320 umfasst einen Glasfaser-Steckverbinder 307, ein Gehäuse 330 und ein axial streuendes optisches Element 350. Das axial streuende optische Element 350 ist entlang einer optischen Achse OA des optischen Stifts 320 angeordnet, um die Breitband-Quellenstrahlung aus der Faserapertur 395 zu empfangen, sie in Richtung auf eine Werkstückfläche 390 als fokussierten Messstrahl MB auszugeben, der eine axiale chromatische Dispersion aufweist, und um eine reflektierte Strahlung von der Werkstückfläche 390 zu empfangen und die reflektierte Strahlung in der Nähe der Faserapertur 395 mit axialer chromatischer Apertur zu fokussieren, wie es für CRS-Systeme bekannt ist. Auf Grund der axialen chromatischen Dispersion weist nur eine Wellenlänge eine vordere Fokusdimension FF auf, die mit dem Messabstand vom optischen Stift 320 zur Werkstückfläche 390 übereinstimmt. Der optische Stift 320 ist derart konfiguriert, dass die Wellenlänge, die am besten auf die Werkstückfläche 390 fokussiert ist, auch die Wellenlänge der reflektierten Strahlung ist, die am besten auf die Faserapertur 395 fokussiert ist. Hauptsächlich geht die am besten fokussierte Wellenlänge durch die Faserapertur 395 und in den Kern des Lichtwellenleiterkabels 312. Wie es in den übernommenen Referenzen ausführlicher beschrieben wird, leitet das Lichtwellenleiterkabel 312 die reflektierte Signalstrahlung zu einem Wellenlängendetektor 362, der verwendet wird, um die Wellenlänge zu bestimmen, welche die dominante Intensität aufweist, die dem Messabstand zur Werkstückfläche 390 entspricht. Der optische Stift 320 weist einen Messbereich R1 auf, der von einem minimalen Bereichsabstand R1MIN und einem maximalen Bereichsabstand R1MAX begrenzt ist, die mit den minimalen und maximalen gemessenen Wellenlängen in dem System zusammenhängen. Ganz allgemein ist bzw. sind bei vielen derartigen CRS-Systemen die Auflösung und/oder Genauigkeit ein in etwa feststehender Anteil des Messbereichs. Ganz allgemein wird, um eine bessere Auflösung und/oder Genauigkeit zu erreichen, die numerische Apertur des Systems vergrößert, was den Messbereich R1 reduziert. Für hochgenaue CRS-Systeme, die eine Auflösung oder Genauigkeit im Mikrometer- oder Submikrometerbereich bereitstellen, kann der Messbereich R1 oft nur 1 mm oder 500 μm betragen oder sogar noch kleiner sein. Einige Halbleiter-ICs oder dergleichen können unter Verwendung derartiger CRS-Systeme praktisch inspiziert werden, weil ihre Oberflächen nahezu flach sind und ganz in diesen Messbereich fallen. Im Gegensatz zu spezialisierten IC-Inspektionseinrichtungen sind jedoch viele universelle präzise maschinelle Sichtinspektionssysteme ausgelegt, um andere Arten von Werkstücken zu messen, die Oberflächen aufweisen, die über einen viel größeren Bereich variieren (z. B. mehrere Dutzend oder Hunderte von Millimetern). „Kombinierte” Systeme aus dem Stand der Technik haben kein zweckmäßiges oder praktisches Mittel zum Erstellen eines Teileprogramms bereitgestellt, das schnell derartige variierende Oberflächen unter Verwendung von hochgenauen CRS-Systemen abtasten kann (z. B. zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit oder dergleichen). Somit wurden CRS-Systeme und ähnliche präzise Z-Höhenmesssysteme nicht weitgehend kombiniert mit maschinellen Sichtinspektionssystemen eingesetzt. Die nachstehend offenbarten Grundlagen und Merkmale können verwendet werden, um diesen Missstand zu beheben.
  • 4 zeigt ein Diagramm einer beispielhaften Benutzerschnittstelle bzw. GUI 400, die ein Blickfeldfenster 402 eines Metrologiesystems umfasst, das einen Teil eines repräsentativen Werkstücks 415 auf einem Arbeitstisch des Metrologiesystems umfasst. Die Benutzerschnittstelle 400 umfasst auch diverse Mess- und/oder Betriebsauswahlleisten, wie etwa die Auswahlleisten 420 und 440, ein Echtzeit-X-Y-Z-(Positions-)Koordinatenfenster 430, ein Lichtsteuerungsfenster 450 und ein Abtastwerkzeugfenster 460. Das repräsentative Werkstück 415 umfasst Oberflächen-Z-Höhen über einen Bereich, der über einen Z-Höhenmessbereich eines hochpräzisen Z-Höhensensors, wie etwa des chromatisch konfokalen Punktsensors 300, hinausgeht, wie es in 5A bis C ausführlicher gezeigt wird. Die Linien-Tool-Optionsschaltfläche 461 kann von einem Benutzer in dem Abtast-Tool-Fenster ausgewählt werden, um Vorgänge zu beginnen, um einen Linienabtastvorgang zu definieren, der einen Satz von Z-Höhenmessungen entlang einem Werkstück-Abtastwegsegment 410 bestimmt, der als Reaktion auf die Auswahl der Linien-Tool-Optionsschaltfläche 461 in der Anzeige erscheinen kann. Wie in dem Blickfeldfenster 402 gezeigt, wird das Werkstück-Abtastwegsegment 410 für das repräsentative Werkstück beginnend mit den Anfangs-XY-Koordinaten (XB, YB) und endend mit den End-XY-Koordinaten (XE, YE) definiert. Die Anfangs- und Endkoordinaten können grafisch durch Ziehen und Loslassen des Werkstück-Abtastwegsegments 410 (oder seiner einzelnen Endpunkte) am Display und/oder durch Eingeben von Zahlenwerten an Benutzerschnittstellen-Funktionen definiert werden, wie es nachstehend noch dargelegt wird. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel ist eine Abtastrichtung des Linien-Tools in +X-Richtung entlang dem Werkstück-Abtastwegsegment 410 definiert, wie durch den Abtastrichtungspfeil 410' angegeben.
  • 5A bis C sind schematische Diagramme eines Oberflächenprofil-Querschnitts 411 des in 4 gezeigten repräsentativen Werkstücks 415, das Dimensionsbeziehungen umfasst, die mit Messbereichen von zwei Typen von Z-Höhenmesssystemen zusammenhängen, die während der Werkstück-Abtastvorgänge verwendbar sind. Der Querschnitt 411 geht entlang dem Werkstück-Abtastsegment 410.
  • 5A zeigt einen Messbereich R2 eines weniger präzisen Typs eines Z-Höhenmesssystems (z. B. des TAF-Systems, das zuvor mit Bezug auf 2 beschrieben wurde), der in Z-Richtung durch die Z-Werte R2MIN und R2MAX begrenzt ist. Bei Ausführungsbeispielen kann der weniger präzise Typ von Z-Höhenmesssystem ein Verfolgungsautofokussystem oder Punkte-zum-Fokus-System sein, wie es in einem maschinellen Sichtinspektionssystem, wie etwa dem MVIS 100, enthalten ist. Wenn bei einigen Ausführungsformen das Bewegungssteuerungssystem eines maschinellen Sichtinspektionssystems ausgelegt ist, um die Z-Achse als Reaktion auf ein Fehlersignal oder eine Messung von dem weniger präzisen Typ eines Z-Höhenmesssystems zu steuern, dann kann der Messbereich R2 den gesamten Z-Bereich des maschinellen Sichtinspektionssystems einbeziehen. Auf jeden Fall liegt bei dem abgebildeten Beispiel die Oberfläche des repräsentativen Werkstücks 415 vollständig innerhalb des Bereichs R2 entlang dem Werkstück-Abtastsegment 410. Dies ist typisch und/oder wünschenswert für die diversen Typen von „weniger präzisen” Z-Höhenmesssystemen, die bei maschinellen Sichtinspektionssystemen vorzufinden sind. Manchmal können derartige „weniger präzise” Systeme eine Genauigkeit im Bereich von einigen oder einigen Dutzend Mikrometern bereitstellen.
  • Zusätzlich zeigt 5A zur Bezugnahme auch die Problemzonen PA1 bis 5, die Teilen des repräsentativen Werkstücks 415 entsprechen, die für die Ausführung von Z-Höhenmessungen problematisch sein können. Derartige Problemzonen können an den Rändern von Oberflächenmerkmalen oder Lötpunkten oder dergleichen auftreten. Die Problemzonen PA1 bis 5 können steile Übergänge der Z-Höhe umfassen, die stark fehlerhafte oder falsche Z-Höhenmessungen verursachen können. Beispielsweise können je nach Typ des verwendeten Z-Höhenmesssystems derartige fehlerhafte und/oder falsche Messungen auf unangemessen reflektiertes Signallicht und/oder eine unangemessene seitliche Auflösung oder Selektivität und/oder unangemessene Z-Achsen-Messreaktionszeit im Vergleich zur Abtastgeschwindigkeit über die Problemzonen und dergleichen zurückzuführen sein. Bei diversen Anwendungen kann es vorteilhafter sein, die Z-Höhen entlang dem Werkstückabtastsegment 410 unter Verwendung eines präziseren Typs von Z-Höhenmesssystem zu messen. Dies kann eine bessere Messgenauigkeit bereitstellen und kann auch einige der Probleme in den zuvor angegebenen Problemzonen mindern oder beheben. Es kann jedoch auch zusätzliche Probleme einbringen, wie es nachstehend dargelegt wird.
  • 5B zeigt einen Bereich R1 eines präziseren Typs eines Z-Höhenmesssystems (z. B. des präzisen Z-Höhensensors 300, der zuvor mit Bezug auf 2 beschrieben wurde), der in Z-Richtung durch die Z-Werte R1MIN und R1MAX begrenzt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der präzisere Typ von Z-Höhenmesssystem ein chromatischer Entfernungssensor sein, wie etwa der chromatisch konfokale Punktsensor 300, der mit Bezug auf 3 beschrieben wurde. Wie in 5B gezeigt, ist der Bereich R1 zu klein, um alle Z-Höhenmessungen entlang dem Werkstückabtastsegment 410 einzubeziehen, ohne die Gesamthöhe des präziseren Typs von Z-Höhenmesssystem während des Abtastens ein paar Mal anzupassen. Ein Nicht-Anpassen der Gesamthöhe führt zu einem Versagen der Messung und/oder zu einer Kollision. Somit ist eine Gesamthöhenanpassung notwendig, um die Abtastung vorzunehmen. Es ist jedoch nicht möglich gewesen, dass relativ unerfahrene Benutzer eine derartige Gesamtsensor-Höhenanpassung für diverse Einzelteile zuverlässig, schnell und genau in einem maschinellen Sichtinspektionssystem programmieren. Für diverse Einzelteile (z. B. Kugelgitteranordnungen, Leiterplatten, Zahnräder usw.) ist die Zeit zum Programmieren und Fehlerbeseitigen, um zuverlässige Hochleistungsprogramme zu erstellen, die eine Gesamthöhenanpassung erreichen, aus verschiedenen Gründen selbst für entsprechend erfahrene Programmierer untragbar. Beispielsweise sind zusätzlich zu der aufwendigen Anzahl von Höhenanpassungen, die notwendig sein könnten, um eine Kugelgitteranordnung oder eine Leiterplatte abzutasten, präzise Typen von Z-Höhensensoren typischerweise Zusätze für maschinelle Sichtinspektionssysteme und nicht mit ihren Bewegungs-/Servosystemen integriert. Somit kann das Programmieren von Gesamtanpassungen basierend auf Signalen von dem präzisen Z-Höhensensor schwierig sein, um den Durchsatz zu erbringen und/oder einzuschränken. Auch kann es sein, dass die Benutzer die Arten von Fehlern nicht verstehen, die für den präzisen Z-Höhensensor in der Nähe der Problemzonen PA1 bis PA5 vorkommen können, was zu einem unerwarteten Ausfall des Programms und/oder der Messung führt. Alternativ kann das Steuern der Gesamt-Z-Höhe basierend auf dem weniger präzisen Z-Höhensensorsystem ebenfalls Probleme aufweisen, wie zuvor dargelegt, und kann ferner auf Grund von nicht vorhergesehenen Interaktionen zwischen den weniger präzisen und den präziseren Z-Höhensensorsystemen (z. B. einer Z-Bewegung während einer Messprobe oder dergleichen), insbesondere in der Nähe der Problemzonen PA1 bis PA5, unerwartete Fehler verursachen. Es werden nachstehend diverse automatische Vorgänge und/oder diesbezügliche Benutzerschnittstellen-Funktionen offenbart, die es relativ unerfahrenen Benutzern ermöglichen, diese Probleme zu bewältigen und unter Verwendung des präzisen Typs von Z-Höhensensoren schnell Z-Höhenabtastungen zu programmieren.
  • Ähnlich wie 5B zeigt 5C einen Bereich R1 eines präziseren Typs eines Z-Höhenmesssystems (z. B. des präzisen Z-Höhensensors 300, der zuvor mit Bezug auf 2 beschrieben wurde), der in Z-Richtung durch die Z-Werte R1MIN und R1MAX begrenzt ist. 5C zeigt ferner die Gesamthöhen-Anpassungszonen OHZ1 bis OHZ11 (allgemein OHZi) entlang dem Abtastsegment 410, wobei in jeder Zone OHZi die Gesamt-Z-Höhe des präzisen Z-Höhensensors angepasst wird, um das nominelle Oberflächenprofil (durch den Querschnitt 411 angegeben) innerhalb des Messbereichs R1 zu halten. Das nominelle Oberflächenprofil kann unter Verwendung des weniger präzisen Z-Höhensensors und der entsprechend bestimmten Gesamthöheneinstellungen für jede Zone OHZi bestimmt werden, wie es nachstehend beschrieben wird. Bei dieser bestimmten Ausführungsform wird am Anfang jeder Zone in Abtastrichtung die Gesamthöhe derart eingestellt, dass die Werkstückfläche nominell in der Mitte des Bereichs R1 liegt. Die Gesamthöhe wird in der Zone in Abtastrichtung gehalten, bis die Werkstückfläche eine der Anpassungsgrenzen ADJMIN oder ADJMAX im Messbereich erreicht. An diesem Punkt in der Abtastrichtung wird die Gesamthöhe für den Anfang einer „neuen” nachfolgenden Zone in der Abtastrichtung angepasst. Diese Vorgehensweise zum Festlegen von gesamten nominellen Z-Höheneinstellungen für den präzisen Z-Höhensensor in Abtastrichtung legt einen Messbereich-„Sicherheitspuffer” (z. B. ungefähr 25% des Bereichs R1 bei dem abgebildeten Beispiel) jeweils mit Bezug auf die Messbereichsgrenzen R1MIN und R1MAX fest. Wenn ferner ein derartiger Gesamt-Z-Höhenweg entlang dem Abtastsegment verwendet wird, kann die Abtastung innerhalb jeder Zone in Abtastrichtung sicher, schnell und zuverlässig (und unabhängig von eventuellen präzisen Z-Höhenmessfehlern) fortfahren, und zwar so schnell wie es die Abtastrate des präzisen Z-Höhensensors zulässt. Es kann sein, dass die Messungen (gegebenenfalls) nur während der Gesamt-Z-Höhenanpassungen zwischen den Zonen unterbrochen werden müssen. Ferner kann bei einigen Ausführungsformen, sobald der Gesamt-Z-Höhenweg entlang einem Abtastsegment festgelegt wurde, die Bewegungssteuerung für die Abtastung nach Art eines „offenen Regelkreises” betriebsfähig ist (z. B. ohne Regelung und dazugehörige unvorhersehbare Variationen und Fehler), wodurch eine vorhersehbare Hochleistungs-Abtastgeschwindigkeit und Robustheit während der Programmausführung bereitgestellt werden. Es versteht sich, dass das Kombinieren der zuvor festgelegten XY-Koordinaten des Abtastwegsegments 410 mit den gesamten nominellen Z-Höheneinstellungen, die an diversen Stellen in der Abtastrichtung verwendet werden (z. B. wie zuvor dargelegt), einen präzisen dreidimensionalen (3D) Abtastweg zum Bewegen des ersten Typs von Z-Höhenmesssystem bereitstellt, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen auf einem Abtastwegsegment auszuführen, wobei der präzise 3D-Abtastweg auf vorläufigen tatsächlichen Oberflächen-Z-Höhenmessungen an den entsprechenden XY-Koordinaten basiert.
  • Es versteht sich, dass die Einzelheiten der dargelegten Vorgehensweise rein beispielhaft und nicht einschränkend sind. Beispielsweise kann das Erweitern der Anpassungsgrenzen zu einer geringeren Anzahl von Gesamt-Z-Höhenanpassungen (oder Zonen) entlang der Abtastlinie führen, was zu einem besseren Durchsatz führen kann, jedoch mit einem größeren Risiko des versehentlichen Überschreitens des Messbereichs R1. Dagegen führt die Verengung der Anpassungsgrenzen zu einer größeren Anzahl von Gesamt-Z-Höhenanpassungen entlang der Abtastlinie und verringert das Risiko des versehentlichen Überschreitens des Messbereichs R1. An der Grenze, in dem Maße wie sich die Anpassungsgrenzen einander nähern, nähert sich der präzise 3D-Abtastweg im Idealfall einer Kontur, die das Oberflächenprofil entlang dem Abtastsegment wiedergibt, mit einem Z-Versatz, der das Oberflächenprofil nominell in einem gewünschten Abschnitt des Bereichs R1 (z. B. in der Mitte des Bereichs R1) anordnet. Vorausgesetzt der präzise Z-Höhensensor verfügt über eine ausreichende Abtastrate, wirkt sich die Z-Bewegung während einer Probenahme nicht erheblich auf die sich ergebende Messung aus, und vorausgesetzt, eine Z-Höhenposition der Bewegungssteuerung kann richtig mit dem entsprechenden präzisen Z-Höhensensor-Messwert synchronisiert und kombiniert werden, wird eine derartige Umsetzung den Durchsatz oder die Genauigkeit nicht unbedingt erheblich reduzieren und kann bei einigen Anwendungen bevorzugt werden.
  • Noch allgemeiner umfasst bei diversen Ausführungsformen, die gemäß den hier offenbarten Grundlagen konfiguriert sind, ein Metrologiesystem ein 3D-Bewegungssteuerungssystem (z. B. die Schnittstelle/das System zur Bewegungssteuerung 132), einen ersten Typ von Z-Höhenmesssystem (z. B. den chromatisch konfokalen Punktsensor 300) und einen zweiten Typ von Z-Höhenmesssystem (z. B. ein Verfolgungsautofokus-(TAF) oder Punkte-zum-Fokus-(PFF)System), der weniger präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen über einen breiteren Höhenmessbereich bereitstellt. Das Bewegungssteuerungssystem und der zweite Typ von Z-Höhenmesssystem können betätigt werden, um vorläufige tatsächliche Z-Höhenmessungen an entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten zu bestimmen, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden (z. B. wie nachstehend in 7A gezeigt). Ein präziser 3D-Abtastweg (z. B. wie in 5C und/oder 7A gezeigt) kann bestimmt werden, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten vorzunehmen, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, wobei der präzise 3D-Abtastweg basierend auf den bestimmten vorläufigen tatsächlichen Oberflächen-Z-Höhenmessungen an den entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten bestimmt wird. Dann kann mindestens einer der Vorgänge A) oder B) ausgeführt werden:
    • A) Verwenden des präzisen 3D-Abtastwegs zum Bewegen des ersten Typs von Z-Höhenmesssystem, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, für das repräsentative Werkstück oder ein Werkstück, das ähnlich wie das repräsentative Werkstück ist, auszuführen, oder
    • B) Speichern des präzisen 3D-Abtastwegs in einem Inspektionsprogramm, das den präzisen 3D-Abtastweg verwendet, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, für ein Werkstück, das ähnlich wie das repräsentative Werkstück ist, auszuführen.
  • Der obige Vorgang A) kann einen Vorgang umfassen, bei dem der erste Typ von Z-Höhenmesssystem dem zweiten Typ „sofort” über einen Teil eines Werkstücks folgt und der präzise 3D-Abtastweg in Echtzeit bestimmt und für den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem verwendet wird, wenn es über diesen Teil des Werkstücks fährt. Bei einigen Ausführungsformen kann der präzise 3D-Abtastweg bestimmt werden, um 3D-Abtastwegkoordinaten zu umfassen, welche die Mitte des schmaleren Z-Höhenmessbereichs des ersten Typs von Z-Höhenmesssystem innerhalb von plus oder minus 25 Prozent dieses schmaleren Z-Höhenmessbereichs mit Bezug auf die repräsentative Werkstückfläche anordnen, wie es die bestimmten vorläufigen tatsächlichen Oberflächen-Z-Höhenmessungen an den entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten angeben. Bei einigen Ausführungsformen kann der präzise 3D-Abtastweg bestimmt werden, um 3D-Abtastwegkoordinaten zu umfassen, welche die Mitte des schmaleren Z-Höhenmessbereichs des ersten Typs von Z-Höhenmesssystem innerhalb von plus oder minus 5 Prozent dieses schmaleren Z-Höhenmessbereichs mit Bezug auf die repräsentative Werkstückfläche nominell anordnen, wie es die bestimmten vorläufigen tatsächlichen Oberflächen-Z-Höhenmessungen an den entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten angeben. Bei einigen Ausführungsformen kann der schmalere Z-Höhenmessbereich höchsten 1,0 Millimeter betragen. Bei einigen Ausführungsformen kann der schmalere Z-Höhenmessbereich höchstens 500 Mikrometer betragen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann das Metrologiesystem ein Bildgebungssystem umfassen, das eine Kamera (z. B. das Kamerasystem 260) und eine Objektivlinse (z. B. die austauschbare Objektivlinse 250) umfasst, und der zweite Typ von Z-Höhenmesssystem kann konfiguriert sein, um Oberflächen-Z-Höhen unter Verwendung eines optischen Wegs, der durch die Objektivlinse geht, zu messen, wie z. B. in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 8,587,772 offenbart, das hiermit zur Bezugnahme übernommen wird. Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite Typ von Z-Höhenmesssystem ein Autofokussystem umfassen, das betriebsfähig ist, um das Bildgebungssystem auf einer Fokushöhe für eine Werkstückfläche im Blickfeld des Bildgebungssystems zu fokussieren. Bei einigen Ausführungsformen kann eine vorläufige tatsächliche Oberflächen-Z-Höhenmessung eine Fokushöhe umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Autofokussystem mindestens einen von einem Wellenfront-Krümmungssensor, einem Knife-Edge-Sensor, einem Lochsensor oder einem Bildkontrast-Auswertungsabschnitt, der die Bilder von der Kamera auswertet, umfassen. Beispielhafte Sensoren werden in den US-Patenten Nr. 4,336,997 , 4,950,878 , 6,184,974 , 7,301,133 , 7,723,657 und 7,728,961 beschrieben, die hiermit zur Bezugnahme übernommen werden. Bei einigen Ausführungsformen kann das Betätigen des Bewegungssteuerungssystems und des zweiten Typs von Z-Höhenmesssystem, um vorläufige tatsächliche Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten zu bestimmen, das Abtasten ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment unter Verwendung einer durchgehenden ununterbrochenen XY-Bewegung zwischen den Anfangs-XY-Koordinaten und den End-XY-Koordinaten umfassen. Vorgänge, die das Abtasten unter Verwendung einer ununterbrochenen XY-Bewegung umfassen, sind mit Bezug auf die gemeinsam übertragene US-Patentanmeldung Nr. US 2013/0120553 A1 zu verstehen, die hiermit zur Bezugnahme übernommen wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann das Metrologiesystem ein Element umfassen, das von einem Benutzer betätigt werden kann, um das automatische Ausführen der Schritte des Betätigens des Bewegungssteuerungssystems und des zweiten Typs von Z-Höhenmesssystem einzuleiten, um vorläufige tatsächliche Oberflächen-Z-Höhenmessungen zu bestimmen und einen präzisen 3D-Abtastweg zu bestimmen, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen (z. B. wie es nachstehend mit Bezug auf 6A bis D beschrieben wird).
  • Bei einigen Ausführungsformen kann ein Metrologiesystem konfiguriert sein, um zu überprüfen, dass eine Oberfläche des Werkstücks während der Lernmodusvorgänge des Metrologiesystems innerhalb des Bereichs des ersten Typs von Z-Höhenmesssystem entlang dem präzisen 3D-Abtastweg liegt.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann ein Metrologiesystem konfiguriert sein, um den präzisen 3D-Abtastweg unter Verwendung des ersten Typs von Z-Höhenmesssystem während der Lernmodusvorgänge des Metrologiesystems zu verbessern (z. B. wie mit Bezug auf 7B beschrieben).
  • 6A bis D sind Diagramme, die diverse Registerkarten und Funktionen eines Linien-Tool-Dialogfeldes 600 abbilden, die Funktionen einer Benutzerschnittstelle zum hochpräzisen Abtasten umfassen, die verwendbar sind, um einen präzisen 3D-Abtastweg während der Lernmodusvorgänge eines Metrologiesystems zu definieren. Bei einer Ausführungsform können die Funktionen der Benutzerschnittstellen, die ähnlich wie diejenigen sind, die nachstehend dargelegt werden, auf der in 4 gezeigten Benutzerschnittstelle 400 als Reaktion auf die Auswahl der Linien-Tool-Optionsschaltfläche 461 vorgelegt werden.
  • 6A zeigt eine Sensorregisterkarte 610, die eine Optionsschaltfläche für einen „Normalen” bzw. weniger präzisen Z-Höhensensor, der eine Optionsschaltfläche 620A für Verfolgungsautofokus (TAF) und eine Optionsschaltfläche 620B für Punkte-zum-Fokus (PFF) umfasst, und eine Optionsschaltfläche für einen „hochpräzisen” Sensor, der eine CRS-Optionsschaltfläche 620C umfasst, umfasst. Die diversen Optionsschaltflächen können gemäß den bestimmten Sensoren, die in einem MVIS vorhanden sind, automatisch angezeigt werden. Der ausgewählte Sensor (z. B. der CRS) wird verwendet, um die Abtastvorgänge des Linien-Tools auszuführen. Die Sensorregisterkarte 610 umfasst Funktionen zur Eingabe oder Definition von Parametern, wozu Versatzkoordinaten 621 (z. B. zwischen einem Maschinenkoordinatensystem und dem Standort des ausgewählten Sensors), eine Sensorabtastrate 622 und ein Sensor-Z-Bereich 623 gehören. Eine Optionsschaltfläche 624 zum Handhaben von Messfehlern umfasst Schaltknöpfe, die es dem Benutzer ermöglicht, zu definieren, wie einzelne Messausfälle zu handhaben sind (z. B. Messpunkte, die ungültig oder nicht messbar sind): einen Modus 624A „Fehlenden Punkt ignorieren”, einen Modus 624B „Fehler-Flag” oder einen „Stopp-”Modus 624C, die selbsterklärend sind.
  • 6B zeigt eine Standortregisterkarte 630, die eine Eingabe 630A „Abtastsegment beginnen” und eine Eingabe 630B „Abtastsegment beenden” umfasst, um die X-, Y- und (wahlweise) Z-Koordinaten zu definieren, an denen ein Werkstück-Abtastwegsegment beginnt oder endet. Die Koordinaten des Wegsegmentendes können entweder ausdrücklich in den X-, Y- und Z-Anzeigefeldern definiert werden, oder sie können mit Bezug auf die Anfangskoordinaten in den ΔX-, ΔY- und ΔZ-Anzeigefeldern definiert werden. Einer oder alle der angezeigten Werte kann bzw. können anfänglich automatisch ausgefüllt werden, basierend auf der Benutzereinrichtung des Indikators des Abtastsegments 410, der in 4 gezeigt wird, wozu die Z-Höhe gehört, die während dieser Einrichtung verwendet wird. Wenn ein Benutzer einen Wert bearbeitet, können die dazugehörigen Werte automatisch angepasst werden. Zusätzlich umfasst jede der Z-Koordinatenanzeigen eine jeweilige Optionsschaltfläche 631A oder 631B „Aktuelles verwenden”, die jeweils verwendet werden können, um die Z-Koordinaten basierend auf einer aktuellen Z-Koordinate des MVIS einzurichten, wie es von dem Benutzer gesteuert wird (z. B. basierend auf dem Fokussieren auf einen Anfang oder ein Ende des Abtastsegments 410). Diese Werte können verwendet werden, um die Messfläche innerhalb des Messbereichs des weniger präzisen Z-Höhenmesssystems (z. B. wie in 5A abgebildet) anfänglich einzustellen, um vorläufige tatsächliche Oberflächenhöhendaten zu bestimmen, wie es nachstehend dargelegt wird.
  • 6C zeigt eine Registerkarte für Abtastparameter 640, welche die Indikatoren 641A, 641B und 641C umfasst, die den verfügbaren Sensoren entsprechen. Der Hochpräzisionsindikator 641C, der dem Sensor entspricht, der in der Sensorregisterkarte 610 ausgewählt wird, wird angegeben und Elemente zum Definieren seiner relevanten Betriebsparameter werden automatisch angezeigt. Beispielsweise ermöglicht es die Eingabe 642 „Minimale Punkte entlang der Abtastung” einem Benutzer, eine gewünschte Mindestanzahl von Messpunkten entlang dem Abtastsegment zu definieren. Die Eingabe 643 „Maximale Beabstandung entlang der Abtastung” ermöglicht es einem Benutzer, eine gewünschte maximale Beabstandung zwischen Punkten entlang dem Abtastsegment zu definieren. Die Eingabe 644 „Nominelle Abtastgeschwindigkeit” ermöglicht es einem Benutzer, eine nominelle Abtastgeschwindigkeit zu definieren, die zur Bewegung entlang dem Abtastsegment zu verwenden ist (z. B. in mm/s). Diese Eingaben können anfänglich mit Standardwerten oder mit Werten, die von zuvor definierten oder bearbeiteten Parametern abhängig sind, ausgefüllt werden. Natürlich kann ein Benutzer diese Werte bearbeiten.
  • Die Optionsschaltfläche 645 zur Verwendung der Z-Verfolgung, die bei diversen Ausführungsformen optional ist, ermöglicht es einem Benutzer, die „automatische” adaptive Gesamt-Z-Höhenanpassung während einer Abtastung durch einen Sensor umzuschalten, so dass die Gesamt-Z-Höhe des Sensors in Echtzeit angepasst wird, indem seine Z-Höhenmessungen überwacht werden, und unter Verwendung des Bewegungssteuerungssystems, die Gesamt-Z-Höhe anzupassen, um beispielsweise die neueste Oberflächen-Z-Höhe ununterbrochen in der Mitte des Sensormessbereichs zu positionieren. Bei einigen Ausführungsformen kann dies entweder anstelle oder kombiniert mit der Verwendung eines vorbestimmten präzisen 3D-Abtastwegs verwendet werden, der gemäß den hier offenbarten Grundlagen bestimmt wird. Ein Benutzer kann die Optionsschaltfläche 646 „Vorbestimmten nominellen 3D-Weg verwenden” auswählen, um dazugehörige Benutzerschnittstellen-Funktionen zu aktivieren (z. B. wie in 7 und 7B abgebildet) und einen vorbestimmten präzisen 3D-Abtastweg zu erstellen und dazugehörige Teileprogrammanweisungen aufzuzeichnen, gemäß den hier offenbarten Grundlagen. Die Optionsschaltfläche 646A für den „festen” Modus bewirkt, dass der präzise 3D-Abtastweg, der im Lernmodus bestimmt wird, in einem Teileprogramm auf eine Art und Weise aufgezeichnet wird, die diesen präzisen 3D-Abtastweg während des Ablaufmodus ohne Anpassung seiner Form verwendet. Wenn dagegen die Optionsschaltfläche 646B für den Modus „Weg zur Laufzeit aktualisieren” ausgewählt wird, werden Programmanweisungen generiert, die bestimmte Vorgänge, die hier beschrieben und beansprucht werden, automatisch wiederholen, um die Z-Koordinaten des präzisen 3D-Abtastwegs basierend auf dem tatsächlichen Werkstück im Laufmodus zu bestimmen. D. h. während der Laufmodus-Programmausführung werden das Bewegungssteuerungssystem und der „weniger präzise” Typ von Z-Höhenmesssystem betätigt, um vorläufige tatsächliche Z-Höhenmessungen an entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten zu bestimmen, die sich entlang dem Werkstück-Abtastwegsegment befinden, und der präzise 3D-Abtastweg wird basierend auf diesen vorläufigen tatsächlichen Oberflächen-Z-Höhenmessungen zur Laufzeit neu bestimmt oder bearbeitet. Diese Vorgehensweise kann für Werkstücke wünschenswert sein, die unvorhersehbare Merkmale, Befestigungselemente und/oder Durchbiegung aufweisen, und kann bei vielen Anwendungen einen besseren Durchsatz als die Verwendung der Z-Verfolgung bereitstellen.
  • 6D zeigt eine Filter-/Daten-Registerkarte 650 des Linien-Tools 610A. Die Filter-/Daten-Registerkarte 650 umfasst eine Typ-Optionsschaltfläche 651 und eine Datenverarbeitungs-Optionsschaltfläche 652. Die Typ-Optionsschaltfläche 651 ermöglicht es einem Benutzer, ein optionales Datenfilter, z. B. die Mittelwertbildung der Messungen, ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter usw., auszuwählen. Die Datenverarbeitungs-Optionsschaltfläche 652 ermöglicht es einem Benutzer, diverse Funktionen zur Nachbehandlung oder Analyse von Messdaten auszuwählen (z. B. Oberflächeninterpolation oder Kurvenanpassung oder dergleichen), soweit erwünscht.
  • 7A und 7B sind Diagramme, die Registerkarten und Funktionen eines 3D-Weg-Lern- und Test-Dialogfeldes 700 abbilden, das Benutzerschnittstellen-Funktionen für eine hochpräzise Abtastung umfasst, die im Lernmodus verwendbar sind, um einen präzisen 3D-Abtastweg entlang dem Abtastwegsegment aus 6A bis 6D zu bestimmen und die Ergebnisse des Betätigens des hochpräzisen Z-Höhenmesssystems entlang diesem präzisen 3D-Abtastweg zu überprüfen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Dialogfenster 700 konfiguriert sein, um zu erscheinen, wenn ein Benutzer die Optionsschaltfläche 646 „Vorbestimmten nominellen 3D-Weg verwenden” auswählt, die in 6C gezeigt wird.
  • 7A zeigt eine Registerkarte 700A zum Erlernen eines 3D-Wegs, die ein Weg-Z-Höhen-Darstellungsfenster 710A, eine Start-Optionsschaltfläche 720A, ein Element 730A zum Definieren eines Sicherheitspuffers des Messbereichs, eine Optionsschaltfläche 740A „Weg glätten”, eine Optionsschaltfläche 745A „Fehlende Punkte interpolieren” und ein Punkteveränderungsfenster 750A umfasst. Wenn ein Benutzer die Start-Optionsschaltfläche 720A auswählt, bestimmt das Metrologiesystem automatisch einen nominellen 3D-Abtastweg entlang dem Abtastsegment basierend auf hochpräzisen Abtastparametern, die ungefähr wie zuvor dargelegt definiert werden. Generell kann das Metrologiesystem automatisch folgende Schritte ausführen: Betätigen des Bewegungssteuerungssystems und des weniger präzisen Typs von Z-Höhenmesssystem, um vorläufige tatsächliche Z-Höhenmessungen an entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten zu bestimmen, die sich ungefähr entlang dem Werkstück-Abtastwegsegment befinden. Ein präziser 3D-Abtastweg kann bestimmt werden, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten auszuführen, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, wobei der präzise 3D-Abtastweg auf den bestimmten vorläufigen tatsächlichen Oberflächen-Z-Höhenmessungen an den entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten basiert. Das Profil des bestimmten präzisen 3D-Abtastwegs wird bevorzugt in dem Weg-Z-Höhen-Darstellungsfenster 710A angezeigt, z. B. als geeignete 3D-Abtastwegdarstellung 760A dargestellt, die eine Linie umfasst (oder die dazugehörigen Sensorbereichsgrenzen, die gestrichelt gezeigt werden, ähnlich wie diejenigen, die zuvor mit Bezug auf 5C beschrieben wurden, wenn die Optionsschaltfläche 712A des Modus „Sensorbereich zeigen” ausgewählt wird). Bei der in 7A gezeigten Ausführungsform können die tatsächlichen Messungen auch dem entsprechenden bestimmten präzisen 3D-Abtastweg in dem Weg-Z-Höhen-Darstellungsfenster 710A überlagert angezeigt werden (z. B. als Punkte), ebenso wie die entsprechende geschätzte Oberfläche (z. B. als durchgezogene Linie, die an die vorläufigen tatsächlichen Messungen angepasst ist). Eine derartige Anzeige hilft dem Benutzer dabei, die mögliche Angemessenheit und/oder das Risiko auszuwerten, die bzw. das damit verbunden ist, dass man auf den aktuellen Satz von Messungen und den sich ergebenden präzisen 3D-Abtastweg zurückgreift. Das Darstellungsfenster 710A kann Bereiche mit fehlenden oder problematischen Daten angeben. Beispielsweise gibt ein Indikator 761 fehlender Punkte an, dass keine gültige Messung in einem Bereich ausgeführt wurde, die der Problemzone PA1 entspricht, die in 5A bis C gezeigt wird. Wenn der Benutzer beurteilt, dass die vorläufigen tatsächlichen Messdaten unzuverlässig oder unzureichend sind, und meint, dass er genug weiß, um diese Daten zu ergänzen, kann er die Optionsschaltfläche 713A „Bearbeiten” auswählen. Daraufhin kann das Punkteänderungsfenster 750A erscheinen. Der Benutzer kann die Optionsschaltfläche 751 „Punkte hinzufügen” anklicken, um einen Cursor zu generieren, der positioniert und angeklickt werden kann, um „Mess-”Punkte in dem Darstellungsfenster 710A hinzuzufügen. Wenn sie angeklickt wird, kann die Optionsschaltfläche 752 „Punkte auswählen” einen Cursor generieren, der positioniert und betätigt werden kann, um Messpunkte in dem Darstellungsfenster 710A auszuwählen. Anschließend kann die Optionsschaltfläche 753 „Ausgewählte Punkte entfernen” angeklickt werden, um derzeit ausgewählte Punkte zu entfernen. Wie zuvor mit Bezug auf die Elemente ADJMIN und ADJMAX in 5C beschrieben, kann das Vergrößern oder Verkleinern des „Sicherheitspuffers” daraufhin zu einer größeren oder kleineren Anzahl von Gesamt-Z-Höhenanpassungen des präzisen Z-Höhensensors entlang dem Abtastsegment und/oder zu einer feineren oder gröberen Verfolgung der Oberfläche führen. Die Optionsschaltfläche 740A „Weg glätten” und/oder die Optionsschaltfläche 745A „Fehlende Punkte interpolieren” können ausgewählt werden, um den nominellen 3D-Abtastweg zu glätten, wenn er zu verrauscht aussieht. Der bestimmte präzise 3D-Abtastweg kann als Reaktion auf eine der obigen Bearbeitungsaktionen zur Auswertung durch den Benutzer automatisch neu bestimmt und in Echtzeit angezeigt werden. Eine Schaltfläche „Rückgängig” kann gegebenenfalls in der GUI hinzugefügt werden. Wenn der Benutzer mit dem angezeigten präzisen 3D-Abtastweg zufrieden ist, wie er in der Benutzerschnittstelle wiedergegeben wird, kann er die Optionsschaltfläche 711A „Aktuellen Weg annehmen” auswählen, um den präzisen 3D-Abtastweg in einem Inspektionsprogramm zu speichern, das den präzisen 3D-Abtastweg zum Bewegen des präzisen Typs von Z-Höhenmesssystem verwendet, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten auszuführen, die sich für ein Werkstück, das ähnlich wie das repräsentative Werkstück ist, ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden. Der Benutzer kann ferner den aktuellen oder angenommenen präzisen 3D-Abtastweg im Lernmodus testen und/oder ändern, indem er diesen präzisen 3D-Abtastweg verwendet, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten auszuführen, die sich für das repräsentative Lernmodus-Werkstück ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, wie es nachstehend dargelegt wird.
  • 7B zeigt eine Registerkarte 700B zum Testen eines 3D-Wegs, die ein Fenster 710B zum Anzeigen von Oberflächenmessungen, eine Start-Optionsschaltfläche 720B, eine Optionsschaltfläche 725B „Ausreißer filtern”, eine Optionsschaltfläche 735B „Oberflächenpunkte glätten” und eine Optionsschaltfläche 745B „Fehlende Punkte interpolieren” umfasst. Das Oberflächen-Darstellungsfenster 710B umfasst eine Optionsschaltfläche 711E „Aktuellen Weg annehmen und Verarbeitung” und eine Optionsschaltfläche 713B „Weg mit präzisen Abtastdaten verbessern”.
  • Wenn ein Benutzer die Start-Optionsschaltfläche 720B auswählt, bewegt das Metrologiesystem automatisch den „präziseren Typ” von Z-Höhensensor (z. B. den chromatischen Entfernungssensor 300) entlang dem aktuellen nominellen 3D-Abtastweg und unter Verwendung des definierten Abtastparameters (z. B. wie zuvor dargelegt), um mit der definierten Geschwindigkeit entlang dem Abtastsegment zu messen. Vorläufige Messergebnisse 760B des Oberflächenprofils werden bevorzugt in dem Fenster 710B zum Anzeigen von Oberflächenmessungen angezeigt. Die tatsächlichen Messungen können gegebenenfalls einem nominellen CAD-Profil der Oberflächen- und/oder Toleranzgrenzen überlagert angezeigt werden. Die Anzeige hilft dem Benutzer dabei, die mögliche Angemessenheit und/oder das Risiko auszuwerten, die bzw. das damit verbunden ist bzw. sind, auf den aktuellen präzisen 3D-Abtastweg zurückzugreifen. Der Benutzer kann beobachten, dass die Oberflächenmessdaten mit Bezug auf diejenigen, die unter Verwendung des weniger präzisen Typs von Sensor (z. B. wie mit Bezug auf 7A dargelegt) erzielt werden, verbessert oder vervollständigt werden. Wenn ja, kann der Benutzer wählen, den präzisen 3D-Abtastweg basierend auf den tatsächlichen „präzisen” Sensordaten neu zu bestimmen oder zu „verbessern”, indem er die Optionsschaltfläche 713B „Weg mit präzisen Abtastdaten verbessern” auswählt. Dies leitet eine automatisierte präzise 3D-Abtastweg-Bestimmung/Neubestimmung ein, ähnlich wie diejenige, die zuvor dargelegt wurde, außer dass sie auf Messdaten von „präzisen” Sensordaten basieren, die während des Überprüfungstests erzielt wurden. Dazu kann der Benutzer gegebenenfalls verrauschte Daten sinnvollerweise unter Verwendung der Optionsschaltfläche 725B „Ausreißer filtern” und/oder der Optionsschaltfläche 740A „Oberflächenpunkte glätten” (z. B. um einen gleitenden Mittelwert oder einen Kurvenanpassungsalgorithmus umzusetzen) und/oder der Optionsschaltfläche 745B „Interpolieren fehlender Punkte” oder dergleichen verbessern. Der sich ergebende verarbeitete Messpunkt und der bestimmte präzise 3D-Abtastweg können (z. B. jeweils in den Fenstern 710B und 710A) als Reaktion auf eine der obigen Aktionen zur Auswertung durch den Benutzer in Echtzeit automatisch neu bestimmt und angezeigt werden. Wenn der Benutzer mit den Ergebnissen zufrieden ist, kann er entweder die Optionsschaltfläche 711A „Aktuellen Weg annehmen” oder die Optionsschaltfläche 711B „Aktuellen Weg annehmen und Verarbeitung” auswählen, um den präzisen 3D-Abtastweg (oder einen vorherigen angenommenen Weg) in einem Inspektionsprogramm zu speichern. Natürlich kann der Benutzer gegebenenfalls wieder die vorläufigen Messergebnisse 760B unter Verwendung der Start-Optionsschaltfläche 720B überprüfen und/oder einen der zuvor dargelegten Vorgänge wiederholen.
  • 8A und 8B zeigen ein Ablaufschema 800, das ein Verfahren zum Programmieren eines dreidimensionalen (3D) Werkstück-Abtastwegs für ein Metrologiesystem zeigt.
  • In einem Block 810 wird ein Metrologiesystem bereitgestellt, das ein 3D-Bewegungssteuerungssystem, einen ersten Typ von Z-Höhenmesssystem und einen zweiten Typ von Z-Höhenmesssystem umfasst, wobei der erste Typ von Z-Höhenmesssystem präzisere Oberflächen-Z-Höhenmessungen über einen schmaleren Z-Höhenmessbereich als der zweite Typ von Z-Höhenmesssystem bereitstellt.
  • In einem Block 820 wird ein repräsentatives Werkstück auf einen Arbeitstisch des Metrologiesystems gelegt, wobei das repräsentative Werkstück Oberflächen-Z-Höhen über einen Bereich umfasst, der über den schmaleren Z-Höhenmessbereich hinausgeht.
  • In einem Block 830 wird mindestens ein erstes Werkstück-Abtastwegsegment für das repräsentative Werkstück, beginnend mit den Anfangs-XY-Koordinaten und endend mit den End-XY-Koordinaten, definiert.
  • In einem Block 840 werden das Bewegungssteuerungssystem und der zweite Typ von Z-Höhenmesssystem betätigt, um vorläufige tatsächliche Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten zu bestimmen, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden. Der Prozess fährt mit einem Block A fort.
  • Wie in 8B gezeigt, fährt der Prozess von Block A mit einem Block 850 fort. In Block 850 wird ein präziser 3D-Abtastweg bestimmt, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten auszuführen, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, wobei der präzise 3D-Abtastweg auf den bestimmten vorläufigen tatsächlichen Oberflächen-Z-Höhenmessungen an den entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten basiert. Dann wird in Block 860 mindestens einer der Vorgänge A) oder B) ausgeführt:
    • A) Verwenden des präzisen 3D-Abtastwegs zum Bewegen des ersten Typs von Z-Höhenmesssystem, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, für das repräsentative Werkstück oder ein Werkstück, das ähnlich wie das repräsentative Werkstück ist, auszuführen, oder
    • B) Speichern des präzisen 3D-Abtastwegs in einem Inspektionsprogramm, das den präzisen 3D-Abtastweg verwendet, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, für ein Werkstück, das ähnlich wie das repräsentative Werkstück ist, auszuführen.
  • Die zuvor beschriebenen diversen Ausführungsformen können teilweise oder ganz kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Alle US-Patente und US-Patentanmeldungen, auf die in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird, werden hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen. Gewisse Aspekte der Ausführungsformen können gegebenenfalls geändert werden, um Konzepte der diversen Patente und Anmeldungen zu verwenden, um noch andere Ausführungsformen bereitzustellen.
  • Diese und andere Änderungen können angesichts der obigen ausführlichen Beschreibung an den Ausführungsformen vorgenommen werden. Im Allgemeinen sind in den nachstehenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht dazu gedacht, die Ansprüche auf die spezifischen Ausführungsformen einzuschränken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart werden, sondern sind dazu gedacht, alle möglichen Ausführungsformen zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente zu umfassen, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind.
  • Die zuvor beschriebenen diversen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Alle US-Patente, US-Offenlegungsschriften, US-Patentanmeldungen, ausländischen Patente, ausländischen Patentanmeldungen und Nicht-Patentschriften, auf die in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird und/oder die in dem Anmeldungsdatenblatt aufgeführt sind, werden hiermit vollständig zur Bezugnahme übernommen. Gewisse Aspekte der Ausführungsformen können gegebenenfalls geändert werden, um Konzepte der diversen Patente, Anmeldungen und Druckschriften zu verwenden, um noch andere Ausführungsformen bereitzustellen.
  • Diese und andere Änderungen können an den Ausführungsformen angesichts der obigen ausführlichen Beschreibung vorgenommen werden. Im Allgemeinen sind in den nachstehenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht dazu gedacht, die Ansprüche auf die spezifischen Ausführungsformen einzuschränken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart werden, sondern sind dazu gedacht, alle möglichen Ausführungsformen zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente zu umfassen, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind. Entsprechend sind die Ansprüche nur durch die Offenlegung eingeschränkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6542180 [0003]
    • US 8587789 [0007]
    • US 7477401 [0007]
    • US 7454053 [0018]
    • US 7324682 [0018]
    • US 8111905 [0018]
    • US 8111938 [0018]
    • US 2013/0123945 [0033]
    • US 2013/0125044 [0033]
    • US 2013/0120567 [0033]
    • US 7990552 [0034]
    • US 7876456 [0034]
    • US 8194251 [0034]
    • US 8587772 [0045]
    • US 4336997 [0045]
    • US 4950878 [0045]
    • US 6184974 [0045]
    • US 7301133 [0045]
    • US 7723657 [0045]
    • US 7728961 [0045]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Mitutoyo America Corporation (MAC), aus Aurora, IL., erhältlich ist. Die Merkmale und die Funktionsweise der Sichtsystemreihe QUICK VISION ® und der Software QVPAK ® werden beispielsweise in „QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine User's Guide”, veröffentlicht im Januar 2003, und „QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guide”, veröffentlicht im September 1996 [0002]
    • „Pseudocolor Effects of Longitudinal Chromatic Aberration”, G. Molesini und S. Quercioli, J. Optics (Paris), 1986, Band 17, Nr. 6, Seite 279–282 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Programmieren eines dreidimensionalen (3D) Werkstück-Abtastwegs für einen ersten Typ von Z-Höhenmesssystem, der präzisere Oberflächen-Z-Höhenmessungen über einen schmaleren Z-Höhenmessbereich in einem Metrologiesystem bereitstellt, wobei das Metrologiesystem ein 3D-Bewegungssteuerungssystem, den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem und einen zweiten Typ von Z-Höhenmesssystem, der weniger präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen über einen breiteren Z-Höhenmessbereich in dem Metrologiesystem bereitstellt, umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Legen eines repräsentativen Werkstücks auf einen Arbeitstisch des Metrologiesystems, wobei das repräsentative Werkstück Oberflächen-Z-Höhen über einen Bereich umfasst, der über den schmaleren Z-Höhenmessbereich hinausgeht; Definieren mindestens eines ersten Werkstück-Abtastwegsegments für das repräsentative Werkstück, beginnend mit den Anfangs-XY-Koordinaten und endend mit den End-XY-Koordinaten; Betätigen des Bewegungssteuerungssystems und des zweiten Typs von Z-Höhenmesssystem, um vorläufige tatsächliche Z-Höhenmessungen an entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten zu bestimmen, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden; Bestimmen eines präzisen 3D-Abtastwegs, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten auszuführen, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, wobei der präzise 3D-Abtastweg auf den bestimmten vorläufigen tatsächlichen Oberflächen-Z-Höhenmessungen an den entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten basiert; und Ausführen mindestens eines der Vorgänge A) oder B), umfassend: A) Verwenden des präzisen 3D-Abtastwegs, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, für das repräsentative Werkstück oder ein Werkstück, das ähnlich wie das repräsentative Werkstück ist, auszuführen, oder B) Speichern des präzisen 3D-Abtastwegs in einem Inspektionsprogramm, das den präzisen 3D-Abtastweg verwendet, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen, um präzise Oberflächen-Z-Höhenmessungen an entsprechenden XY-Koordinaten, die sich ungefähr entlang dem ersten Werkstück-Abtastwegsegment befinden, für ein Werkstück, das ähnlich wie das repräsentative Werkstück ist, auszuführen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der präzise 3D-Abtastweg bestimmt wird, wie er 3D-Abtastwegkoordinaten umfasst, welche die Mitte des schmaleren Z-Höhenmessbereichs des ersten Typs von Z-Höhenmesssystem innerhalb von plus oder minus 25 Prozent dieses schmaleren Z-Höhenmessbereichs mit Bezug auf die repräsentative Werkstückfläche anordnen, wie es von den bestimmten vorläufigen tatsächlichen Oberflächen-Z-Höhenmessungen an den entsprechenden vorläufigen XY-Koordinaten angegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Typ von Z-Höhenmesssystem einen chromatischen Entfernungssensor umfasst und der schmalere Z-Höhenmessbereich der vorgegebene Messbereich dieses chromatischen Entfernungssensors ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metrologiesystem ein Bildgebungssystem umfasst, das eine Kamera und eine Objektivlinse umfasst, und der zweite Typ von Z-Höhenabtastsystem konfiguriert ist, um Oberflächen-Z-Höhen unter Verwendung eines optischen Wegs, der durch die Objektivlinse hindurch geht, zu messen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der zweite Typ von Z-Höhenmesssystem ein Autofokussystem umfasst, das betriebsfähig ist, um das Bildgebungssystem auf einer Fokushöhe für eine Werkstückfläche im Blickfeld des Bildgebungssystems zu fokussieren, und die vorläufige tatsächliche Oberflächen-Z-Höhenmessung eine Fokushöhe umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metrologiesystem eine Benutzerschnittstelle zum hochpräzisen Abtasten umfasst, die verwendbar ist, um den präzisen 3D-Abtastweg während Lernmodus-Vorgängen des Metrologiesystems zu definieren; und wobei die Benutzerschnittstelle zum hochpräzisen Abtasten eine Funktion umfasst, um vorläufige Z-Höhenmessergebnisse zu überprüfen, die erzielt werden, wenn der erste Typ von Z-Höhenmesssystem entlang dem präzisen 3D-Abtastweg bewegt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Benutzerschnittstelle zum hochpräzisen Abtasten Folgendes umfasst: Funktionen, die verwendbar sind, um die Z-Koordinaten des präzisen 3D-Abtastwegs unter Verwendung des ersten Typs von Z-Höhenabtastsystem zu verwenden; und Funktionen, die verwendbar sind, um den präzisen 3D-Abtastweg, der verwendet wird, um die vorläufigen Z-Höhenmessergebnisse zu erzielen, zu bearbeiten oder anzunehmen.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Metrologiesystem Lernmodusvorgänge umfasst, welche die Schritte des Betätigens des Bewegungssteuerungssystems und des zweiten Typs von Z-Höhenmesssystem, um vorläufige tatsächliche Oberflächen-Z-Höhenmessungen zu bestimmen, und des Bestimmens eines präzisen 3D-Abtastweges, um den ersten Typ von Z-Höhenmesssystem zu bewegen, automatisch ausführen.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Überprüfen, dass eine Oberfläche des Werkstücks innerhalb des Bereichs des ersten Typs von Z-Höhenmesssystem entlang dem präzisen 3D-Abtastweg während Lernmodusvorgängen des Metrologiesystems liegt.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt A) unter Programmkontrolle während Laufmodusvorgängen des Metrologiesystems ausgeführt wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4036518A1 (de) * 2021-01-28 2022-08-03 Klingelnberg GmbH Verfahren und vorrichtung zum messen einer verzahnung
EP4220073A1 (de) * 2022-01-26 2023-08-02 Klingelnberg GmbH Verfahren und koordinatenmessmaschine

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105486251B (zh) * 2014-10-02 2019-12-10 株式会社三丰 形状测定装置、形状测定方法及点感测器的定位单元
CN108027572B (zh) * 2015-09-15 2020-09-18 Asml荷兰有限公司 用于控制光刻设备的方法、光刻设备以及器件制造方法
US10451407B2 (en) * 2015-11-23 2019-10-22 The Boeing Company System and method of analyzing a curved surface
JP6189984B2 (ja) * 2016-02-12 2017-08-30 Ckd株式会社 三次元計測装置
USD806586S1 (en) * 2016-03-04 2018-01-02 Mitutoyo Corporation Image measuring device
JP1563589S (de) * 2016-03-04 2016-11-21
JP6719815B2 (ja) * 2016-03-16 2020-07-08 株式会社ミツトヨ 表面性状測定機の制御方法
CN107726974B (zh) * 2017-09-15 2019-10-18 黑龙江科技大学 基于测距传感器的复杂曲面叶片迭代扫描测量方法
EP3623883A1 (de) * 2018-09-17 2020-03-18 HAAS Schleifmaschinen GmbH Verfahren und werkzeugmaschine zur bearbeitung von werkstücken unbekannter werkstückgeometrie
US11119214B2 (en) 2019-09-06 2021-09-14 Mitutoyo Corporation Triangulation sensing system and method with triangulation light extended focus range using variable focus lens
US10809378B1 (en) 2019-09-06 2020-10-20 Mitutoyo Corporation Triangulation sensing system and method with triangulation light extended focus range using variable focus lens
CN110850826B (zh) * 2019-11-14 2022-12-13 昌河飞机工业（集团）有限责任公司 一种面向复杂零件工程更改环境的零件质量检测方法
CN113358056B (zh) * 2021-05-31 2023-06-27 深圳中科飞测科技股份有限公司 工件表面形貌的扫描方法、扫描系统及存储介质
EP4137866A1 (de) * 2021-08-18 2023-02-22 Carl Zeiss Microscopy GmbH Digitales mikroskop und verfahren zur aufnahme und darstellung mikroskopischer bilder
CN117499547A (zh) * 2023-12-29 2024-02-02 先临三维科技股份有限公司 自动化三维扫描方法、装置、设备及存储介质

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4336997A (en) 1979-03-06 1982-06-29 Erwin Sick Gmbh Optik-Electronik Change of distance measuring apparatus
US4950878A (en) 1989-04-12 1990-08-21 Kaman Aerospace Corporation Wavefront control system using optical coarse/fine gradient sensor
US6184974B1 (en) 1999-07-01 2001-02-06 Wavefront Sciences, Inc. Apparatus and method for evaluating a target larger than a measuring aperture of a sensor
US6542180B1 (en) 2000-01-07 2003-04-01 Mitutoyo Corporation Systems and methods for adjusting lighting of a part based on a plurality of selected regions of an image of the part
US7301133B2 (en) 2005-01-21 2007-11-27 Photon Dynamics, Inc. Tracking auto focus system
US7324682B2 (en) 2004-03-25 2008-01-29 Mitutoyo Corporation System and method for excluding extraneous features from inspection operations performed by a machine vision inspection system
US7454053B2 (en) 2004-10-29 2008-11-18 Mitutoyo Corporation System and method for automatically recovering video tools in a vision system
US7477401B2 (en) 2004-11-24 2009-01-13 Tamar Technology, Inc. Trench measurement system employing a chromatic confocal height sensor and a microscope
US7723657B2 (en) 2007-11-16 2010-05-25 Mitutoyo Corporation Focus detection apparatus having extended detection range
US7728961B2 (en) 2006-10-31 2010-06-01 Mitutoyo Coporation Surface height and focus sensor
US7876456B2 (en) 2009-05-11 2011-01-25 Mitutoyo Corporation Intensity compensation for interchangeable chromatic point sensor components
US7990552B2 (en) 2003-07-08 2011-08-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Image forming system and method of controlling image forming apparatus
US8111905B2 (en) 2009-10-29 2012-02-07 Mitutoyo Corporation Autofocus video tool and method for precise dimensional inspection
US8111938B2 (en) 2008-12-23 2012-02-07 Mitutoyo Corporation System and method for fast approximate focus
US8194251B2 (en) 2010-08-26 2012-06-05 Mitutoyo Corporation Method for operating a dual beam chromatic point sensor system for simultaneously measuring two surface regions
US20130120567A1 (en) 2011-11-15 2013-05-16 Mitutoyo Corporation System and method utilizing an editing initialization block in a part program editing environment in a machine vision system
US20130125044A1 (en) 2011-11-15 2013-05-16 Mitutoyo Corporation Machine Vision System Program Editing Environment Including Synchronized User Interface Features
US20130123945A1 (en) 2011-11-15 2013-05-16 Mitutoyo Corporation Machine vision system program editing environment including real time context generation features
US8587772B2 (en) 2011-12-21 2013-11-19 Mitutoyo Corporation Chromatic point sensor configuration including real time spectrum compensation
US8587789B2 (en) 2011-12-21 2013-11-19 Mitutoyo Corporation Chromatic point sensor compensation including workpiece material effects

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0148285B1 (de) * 1983-12-27 1988-05-04 Ibm Deutschland Gmbh Verfahren und Einrichtung zur Messung von Oberflächenprofilen
US6549271B2 (en) * 1997-01-28 2003-04-15 Nikon Corporation Exposure apparatus and method
GB9705105D0 (en) * 1997-03-12 1997-04-30 Brown & Sharpe Limited Optical surface measurement apparatus and methods
US7120286B2 (en) * 2001-11-21 2006-10-10 Mitutoyo Corporation Method and apparatus for three dimensional edge tracing with Z height adjustment
EP1457839A3 (de) * 2003-03-11 2009-04-22 ASML Netherlands B.V. Lithographischer Projektionsapparat mit Höhe- und Neigungsmessanordnung
US20040223053A1 (en) * 2003-05-07 2004-11-11 Mitutoyo Corporation Machine vision inspection system and method having improved operations for increased precision inspection throughput
GB0502677D0 (en) * 2005-02-09 2005-03-16 Taylor Hobson Ltd Apparatus for and a method of determining a surface characteristic
GB0508273D0 (en) * 2005-04-25 2005-06-01 Renishaw Plc Method for scanning the surface of a workpiece
US7400414B2 (en) * 2005-10-31 2008-07-15 Mitutoyo Corporation Hand-size structured-light three-dimensional metrology imaging system and method
US8311311B2 (en) * 2005-10-31 2012-11-13 Mitutoyo Corporation Optical aberration correction for machine vision inspection systems
US20080100850A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-01 Mitutoyo Corporation Surface height and focus sensor
DE602007005778D1 (de) * 2007-04-18 2010-05-20 Hexagon Metrology Ab Tastkopf mit konstanter Rastergeschwindigkeit
JP4459264B2 (ja) * 2007-10-09 2010-04-28 パナソニック株式会社 三次元形状測定方法
JP5351564B2 (ja) * 2009-03-05 2013-11-27 三菱重工業株式会社 工作機械のワーク形状測定装置
US8581162B2 (en) * 2009-12-08 2013-11-12 Mitutoyo Corporation Weighting surface fit points based on focus peak uncertainty
US8902307B2 (en) 2011-11-15 2014-12-02 Mitutoyo Corporation Machine vision system editing environment for a part program in which a continuous stream of image acquisition operations are performed during a run mode
US20130162806A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Mitutoyo Corporation Enhanced edge focus tool
US9235337B2 (en) * 2013-05-09 2016-01-12 Mitutoyo Corporation System, GUI and method for editing step and repeat operation instructions in a machine vision inspection system
US9143674B2 (en) * 2013-06-13 2015-09-22 Mitutoyo Corporation Machine vision inspection system and method for performing high-speed focus height measurement operations
US10178321B2 (en) * 2013-11-27 2019-01-08 Mitutoyo Corporation Machine vision inspection system and method for obtaining an image with an extended depth of field
EP2977720B1 (de) * 2014-07-25 2019-06-05 Mitutoyo Corporation Verfahren zur Messung einer hochgenauen Höhenkarte einer Testoberfläche

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4336997A (en) 1979-03-06 1982-06-29 Erwin Sick Gmbh Optik-Electronik Change of distance measuring apparatus
US4950878A (en) 1989-04-12 1990-08-21 Kaman Aerospace Corporation Wavefront control system using optical coarse/fine gradient sensor
US6184974B1 (en) 1999-07-01 2001-02-06 Wavefront Sciences, Inc. Apparatus and method for evaluating a target larger than a measuring aperture of a sensor
US6542180B1 (en) 2000-01-07 2003-04-01 Mitutoyo Corporation Systems and methods for adjusting lighting of a part based on a plurality of selected regions of an image of the part
US7990552B2 (en) 2003-07-08 2011-08-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Image forming system and method of controlling image forming apparatus
US7324682B2 (en) 2004-03-25 2008-01-29 Mitutoyo Corporation System and method for excluding extraneous features from inspection operations performed by a machine vision inspection system
US7454053B2 (en) 2004-10-29 2008-11-18 Mitutoyo Corporation System and method for automatically recovering video tools in a vision system
US7477401B2 (en) 2004-11-24 2009-01-13 Tamar Technology, Inc. Trench measurement system employing a chromatic confocal height sensor and a microscope
US7301133B2 (en) 2005-01-21 2007-11-27 Photon Dynamics, Inc. Tracking auto focus system
US7728961B2 (en) 2006-10-31 2010-06-01 Mitutoyo Coporation Surface height and focus sensor
US7723657B2 (en) 2007-11-16 2010-05-25 Mitutoyo Corporation Focus detection apparatus having extended detection range
US8111938B2 (en) 2008-12-23 2012-02-07 Mitutoyo Corporation System and method for fast approximate focus
US7876456B2 (en) 2009-05-11 2011-01-25 Mitutoyo Corporation Intensity compensation for interchangeable chromatic point sensor components
US8111905B2 (en) 2009-10-29 2012-02-07 Mitutoyo Corporation Autofocus video tool and method for precise dimensional inspection
US8194251B2 (en) 2010-08-26 2012-06-05 Mitutoyo Corporation Method for operating a dual beam chromatic point sensor system for simultaneously measuring two surface regions
US20130120567A1 (en) 2011-11-15 2013-05-16 Mitutoyo Corporation System and method utilizing an editing initialization block in a part program editing environment in a machine vision system
US20130125044A1 (en) 2011-11-15 2013-05-16 Mitutoyo Corporation Machine Vision System Program Editing Environment Including Synchronized User Interface Features
US20130123945A1 (en) 2011-11-15 2013-05-16 Mitutoyo Corporation Machine vision system program editing environment including real time context generation features
US8587772B2 (en) 2011-12-21 2013-11-19 Mitutoyo Corporation Chromatic point sensor configuration including real time spectrum compensation
US8587789B2 (en) 2011-12-21 2013-11-19 Mitutoyo Corporation Chromatic point sensor compensation including workpiece material effects

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Pseudocolor Effects of Longitudinal Chromatic Aberration", G. Molesini und S. Quercioli, J. Optics (Paris), 1986, Band 17, Nr. 6, Seite 279-282
Mitutoyo America Corporation (MAC), aus Aurora, IL., erhältlich ist. Die Merkmale und die Funktionsweise der Sichtsystemreihe QUICK VISION ® und der Software QVPAK ® werden beispielsweise in "QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine User's Guide", veröffentlicht im Januar 2003, und "QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guide", veröffentlicht im September 1996

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4036518A1 (de) * 2021-01-28 2022-08-03 Klingelnberg GmbH Verfahren und vorrichtung zum messen einer verzahnung
EP4220073A1 (de) * 2022-01-26 2023-08-02 Klingelnberg GmbH Verfahren und koordinatenmessmaschine
WO2023144026A1 (de) * 2022-01-26 2023-08-03 Klingelnberg Gmbh Verfahren und koordinatenmessmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
JP6618322B2 (ja) 2019-12-11
JP2016081528A (ja) 2016-05-16
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CN105509641B (zh) 2018-10-09
CN105509641A (zh) 2016-04-20
US9740190B2 (en) 2017-08-22

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