DE102021113391A1

DE102021113391A1 - Koordinatenmessgerät mit sichttaster zum durchführen von messvorgängen des typs punkte-aus-fokus

Info

Publication number: DE102021113391A1
Application number: DE102021113391.2A
Authority: DE
Inventors: Travis Matthew Eiles
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2021-12-02
Also published as: CN113739696B; US20210372769A1; JP2021189179A; US11499817B2; CN113739696A

Abstract

Ein Koordinatenmessgerätsystem (CMM) wird bereitgestellt, einschließlich der Nutzung eines Sichttasters (z. B. zum Durchführen von Vorgängen zum Bestimmen und/oder Messen von Oberflächenprofilen von Werkstücken usw.). Die Winkelausrichtung des Sichttasters kann unter Verwendung eines Drehmechanismus derart angepasst werden, dass die optische Achse des Sichttasters auf eine abgewinkelte Oberfläche eines Werkstücks gerichtet ist (z. B. kann in einigen Implementierungen die optische Achse ungefähr senkrecht zu der abgewinkelten Werkstückoberfläche sein). Schiebemechanismen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse (z. B. sich in zueinander orthogonalen Richtungen bewegend) können zusammen den Sichttaster zu Aufnahmepositionen entlang einer Bildstapelaufnahmeachse bewegen (die ungefähr mit der optischen Achse übereinstimmen kann), um einen Stapel von Bildern der abgewinkelten Werkstückoberfläche aufzunehmen. Fokuskurvendaten können aus der Analyse des Bildstapels bestimmt werden, die dreidimensionale Positionen von Oberflächenpunkten auf der abgewinkelten Oberfläche des Werkstücks anzeigen.

Description

STAND DER TECHNIK
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich auf Präzisionsmesstechnik und insbesondere auf Koordinatenmessgeräte mit Bewegungsmechanismen, die Messtaster entlang mehrerer Achsen und in gewünschten Winkeln/Ausrichtungen relativ zu Werkstückoberflächen bewegen können.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein typischerweise bekanntes Koordinatenmessgerät (coordinate measuring machine - CMM) beinhaltet einen Taster, einen Bewegungsmechanismus und eine Steuervorrichtung. Der Taster kann ein taktiler Messtaster mit einer Tasterspitze sein, der ein zu messendes Werkstück (d. h. ein zu messendes Objekt) physisch berührt. Einige Beispiele für taktile Taster beinhalten Berührungstaster oder Abtasttaster (z. B. bei denen die Tasterspitze in Berührung positioniert und entlang geschoben wird, um über die Oberfläche des Werkstücks „abzutasten“). Im Betrieb hält und bewegt der Bewegungsmechanismus des CMM den Taster, und die Steuervorrichtung steuert den Bewegungsmechanismus. Der Bewegungsmechanismus ermöglicht es dem Taster typischerweise, sich in zueinander orthogonalen X-, Y- und Z-Richtungen zu bewegen.
Ein beispielhaftes CMM ist in U.S.-Pat. Nr. 7,660,688 offenbart, auf das hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird. Wie beschrieben bewegt ein CMM mit einem Bewegungsmechanismus einen Berührungspunkt eines taktilen Abtasttasters entlang einer Oberfläche eines Werkstücks. Während der Bewegungen wird der Taster gegen das Werkstück gedrückt, um Verschiebungen des Bewegungsmechanismus und des Tasters aufzunehmen, und das CMM synthetisiert die Verschiebungen, um die Position (Messwert) des Berührungspunkts aufzunehmen, um dadurch ein Oberflächenprofil des Werkstücks basierend auf den erfassten Oberflächenpunkten zu messen / zu bestimmen.
Während die Nutzung solcher CMM mit solchen taktilen Tastern das Messen von Oberflächenprofilen von Werkstücken ermöglicht hat, weisen solche Prozesse bestimmte Einschränkungen auf (z. B. in Bezug auf die für die durchzuführenden Vorgänge erforderliche Zeit, die erforderliche physische Berührung der Tasterspitze mit dem Werkstück usw.). Techniken, die die Nutzung eines CMM zum Messen und/oder anderweitigen Bestimmen eines Oberflächenprofils eines Werkstücks verbessern oder auf andere Weise steigern können, wären wünschenswert.
KU RZDARSTELLU NG
Diese Kurzdarstellung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form einzuführen, die nachstehend in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung soll weder Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren noch als eine Hilfe beim Bestimmen des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
Gemäß einem Aspekt wird ein Koordinatenmessgerätsystem bereitgestellt, das einen Sichttaster, eine Schiebemechanismuskonfiguration, einen Drehmechanismus, einen oder mehrere Prozessoren und einen Speicher beinhaltet, der mit dem einen oder den mehreren Prozessoren gekoppelt ist. Der Sichttaster beinhaltet eine Lichtquelle und eine Objektivlinse, die Bildlicht eingibt, das von einer Oberfläche eines Werkstücks stammt, die von der Lichtquelle beleuchtet wird, und das Bildlicht entlang eines optischen Bildgebungspfades überträgt, wobei die Objektivlinse eine optische Achse des Sichttasters definiert, die sich wenigstens zwischen der Objektivlinse und der Werkstückoberfläche erstreckt. Der Sichttaster beinhaltet ebenso eine Kamera, die Bildgebungslicht empfängt, das entlang des optischen Bildgebungspfads übertragen wird, und Bilder der Werkstückoberfläche bereitstellt. Die Schiebemechanismuskonfiguration beinhaltet einen Schiebemechanismus der X-Achse, einen Schiebemechanismus der Y-Achse und einen Schiebemechanismus der Z-Achse, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie die Sichttaster in zueinander orthogonalen Richtungen der X-Achse, der Y-Achse beziehungsweise der Z-Achse innerhalb eines Gerätekoordinatensystems bewegen. Der Drehmechanismus ist zwischen dem Schiebemechanismus der Z-Achse und dem Sichttaster gekoppelt und so konfiguriert, dass der Sichttaster in verschiedene Winkelausrichtungen relativ zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems gedreht wird. Der Speicher speichert Programmanweisungen, die bei Ausführung durch den einen oder die mehreren Prozessoren bewirken, dass der eine oder die mehreren Prozessoren Folgendes durchführen:

Anpassen der Ausrichtung des Sichttasters unter Verwendung des Drehmechanismus derart, dass die optische Achse des Sichttasters auf eine Oberfläche des Werkstücks gerichtet ist, wobei die optische Achse des Sichttasters nicht parallel zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems ist und einer Bildstapelaufnahmeachse entspricht;
Aufnehmen eines Bildstapels, der mehrere Bilder umfasst, die jeweils einer Fokusposition des Sichttasters entlang der Bildstapelaufnahmeachse entsprechen; und
Bestimmen von Fokuskurvendaten, wenigstens teilweise basierend auf einer Analyse der Bilder des Bildstapels, wobei die Fokuskurvendaten dreidimensionale Positionen mehrerer Oberflächenpunkte auf der Oberfläche des Werkstücks anzeigen.

Ferner beinhaltet das Aufnahmen des vorstehend dargelegten Bildstapels:

Anpassen mehrerer Schiebemechanismen, um den Sichttaster von einer ersten Bildaufnahmeposition zu einer zweiten Bildaufnahmeposition zu bewegen, die sich jeweils entlang der Bildstapelaufnahmeachse befinden, wobei der Sichttaster erste und zweite Bilder der mehreren Bilder an der ersten beziehungsweise der zweiten Bildaufnahmeposition aufnimmt; und
Anpassen der mehreren Schiebemechanismen, um den Sichttaster von der zweiten Bildaufnahmeposition zu einer dritten Bildaufnahmeposition zu bewegen, die sich ebenso entlang der Bildstapelaufnahmeachse befindet, wobei der Sichttaster ein drittes Bild der mehreren Bilder an der dritten Bildaufnahmeposition aufnimmt.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Messen einer Werkstückoberfläche bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet im Allgemeinen vier Schritte:
- Betreiben eines Koordinatenmessgerätsystems, das (i) einen Sichttaster, der so konfiguriert ist, dass er eine Oberfläche eines Werkstücks basierend auf Bildlicht abbildet, das entlang einer optischen Achse des Sichttasters übertragen wird; (ii) eine Schiebemechanismuskonfiguration, umfassend einen Schiebemechanismus der X-Achse, einen Schiebemechanismus der Y-Achse und einen Schiebemechanismus der Z-Achse, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie den Sichttaster in zueinander orthogonalen Richtungen der X-Achse, der Y-Achse beziehungsweise der Z-Achse innerhalb eines Gerätekoordinatensystems bewegen; und (iii) einen Drehmechanismus beinhaltet, der zwischen dem Schiebemechanismus der Z-Achse und dem Sichttaster gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er den Sichttaster in verschiedene Winkelausrichtungen relativ zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems dreht;
Anpassen der Ausrichtung des Sichttasters unter Verwendung des Drehmechanismus derart, dass die optische Achse des Sichttasters auf eine Oberfläche des Werkstücks gerichtet ist, wobei die optische Achse des Sichttasters nicht parallel zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems ist und einer Bildstapelaufnahmeachse entspricht;
Aufnehmen eines Bildstapels, der mehrere Bilder umfasst, die jeweils einer Fokusposition des Sichttasters entlang der Bildstapelaufnahmeachse entsprechen, wobei das Aufnehmen des Bildstapels Folgendes beinhaltet: (i) Anpassen mehrerer Schiebemechanismen, um den Sichttaster von einer ersten Bildaufnahmeposition zu einer zweiten Bildaufnahmeposition zu bewegen, die sich jeweils entlang der Bildstapelaufnahmeachse befinden, wobei der Sichttaster erste und zweite Bilder der mehreren Bilder an der ersten beziehungsweise der zweiten Bildaufnahmeposition aufnimmt; und (ii) Anpassen der mehreren Schiebemechanismen, um den Sichttaster von der zweiten Bildaufnahmeposition zu einer dritten Bildaufnahmeposition zu bewegen, die sich ebenso entlang der Bildstapelaufnahmeachse befindet, wobei der Sichttaster ein drittes Bild der mehreren Bilder an der dritten Bildaufnahmeposition aufnimmt; und
Bestimmen von Fokuskurvendaten, wenigstens teilweise basierend auf einer Analyse der Bilder des Bildstapels, wobei die Fokuskurvendaten dreidimensionale Positionen mehrerer Oberflächenpunkte auf der Oberfläche des Werkstücks anzeigen.

Figurenliste

1A ist ein Schaubild, das verschiedene Komponenten eines Koordinatenmessgeräts (CMM) gemäß einer Ausführungsform zeigt;
1B ist ein Schaubild, das schematisch einen Sichttaster darstellt, der mit einem Tasterkopf eines CMM gekoppelt ist, wie dem in 1A dargestellten;
2 ist ein Blockdiagramm, das verschiedene Steuerelemente eines CMM zeigt, wie das von 1A;
3A ist ein schematisches Schaubild eines Sichttasters, dessen optische Achse (OA) im Allgemeinen in einer vertikalen Ausrichtung relativ zu einer Oberfläche ausgerichtet ist, auf der ein Werkstück WP angeordnet ist (d. h. die OA ist parallel zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems);
3B ist ein schematisches Schaubild des Sichttasters von 3A, dessen optische Achse (OA) in einem Winkel ausgerichtet ist (d. h. nicht parallel zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems);
4 ist ein Diagramm, das eine zweidimensionale Perspektive einer Bewegung des Sichttasters entlang der Richtung der X-Achse und der Richtung der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems zum Aufnehmen von Bildern an Bildaufnahmepositionen (I) darstellt;
5 ist ein Diagramm, das eine dreidimensionale Perspektive einer Bewegung des Sichttasters entlang der Richtung der Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems zum Aufnehmen von Bildern an Bildaufnahmepositionen (I) darstellt;
Die 6A und 6B stellen ein beispielhaftes Verfahren dar, wie ein von dem Sichttaster aufgenommener Bildstapel verwendet werden kann, um eine relative Position/Koordinate eines Punktes auf einer Werkstückoberfläche entlang einer Richtung der Z-Achse des Tasterkoordinatensystems zu bestimmen;
7A stellt ein Probenwerkstück einschließlich mehrerer Werkstückoberflächen und Werkstückmerkmale dar;
7B ist ein schematisches Schaubild eines Sichttasters, dessen optische Achse (OA) und Bildstapelaufnahmeachse (image stack acquisition axis - ISAA) im Allgemeinen vertikal ausgerichtet sind (d. h. die OA/ISAA ist parallel zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems);
7C ist ein schematisches Schaubild des Sichttasters, dessen optische Achse (OA) und Bildstapelaufnahmeachse (ISAA) in einem Winkel ausgerichtet sind, um ungefähr senkrecht zu einer abgewinkelten Werkstückoberfläche des Werkstücks von 7A zu sein; und
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Messen einer Werkstückoberfläche unter Verwendung des CMM-Systems einschließlich der Bewegungsmechanismuskonfiguration, wie der in den 1-7C beschriebenen, um einen Bildstapel durch Bewegen des Sichttasters in einem gewünschten Winkel / einer gewünschten Ausrichtung relativ zu der Werkstückoberfläche aufzunehmen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1A ist ein Schaubild, das verschiedene Komponenten eines Koordinatenmessgeräts (CMM) 100 zeigt. Wie in 1A gezeigt, beinhaltet das Koordinatenmessgerät 100 einen Gerätekörper 200, der einen Taster 300 bewegt, eine Bedieneinheit 105 mit manuell betätigten Joysticks 106 und eine Verarbeitungsvorrichtungskonfiguration 110. Der Gerätekörper 200 beinhaltet eine Oberflächenplatte 210, eine Bewegungsmechanismuskonfiguration 220 (siehe ebenso 2) und den Sichttaster 300. Die Bewegungsmechanismuskonfiguration 220 beinhaltet einen Schiebemechanismus 225 der X-Achse, einen Schiebemechanismus 226 der Y-Achse und einen Schiebemechanismus 227 der Z-Achse (2), die bereitgestellt sind, um zum Halten und zum dreidimensionalen Bewegen des Sichttasters 300 relativ zu dem zu messenden Werkstück WP, wie in 1A gezeigt, auf der Oberflächenplatte 210 zu stehen. Die Bewegungsmechanismuskonfiguration 220 beinhaltet ebenso einen Drehmechanismus 214.
Insbesondere beinhaltet die Bewegungsmechanismuskonfiguration 220 Balkenstützen 221, die sich in einer Ym-Richtung in einem Gerätekoordinatensystem (machine coordinate system - MCS) bewegen können, einen Balken 222, der zwischen den Balkenstützen 221 überbrückt ist, eine Säule 223, die sich in einer Xm-Richtung in dem Gerätekoordinatensystem auf dem Balken 222 bewegen kann, und ein Bewegungselement 224 der Z-Achse (z. B. eine Spindel), das sich in einer Zm-Richtung in dem Gerätekoordinatensystem innerhalb der Säule 223 bewegen kann, wie in 1 gezeigt. Der Schiebemechanismus 225 der X-Achse, der Schiebemechanismus 226 der Y-Achse und der Schiebemechanismus 227 der Z-Achse, die in 2 gezeigt sind, sind zwischen dem Träger 222 und der Säule 223, zwischen der Oberflächenplatte 210 und den Balkenstützen 221 beziehungsweise zwischen der Säule 223 und dem Bewegungselement 224 der Z-Achse bereitgestellt. Der Sichttaster 300 ist an einem Tasterkopf 213 angebracht, der den Drehmechanismus 214 beinhaltet und der an einem Ende des Bewegungselements 224 der Z-Achse angebracht ist und von diesem gestützt wird. Der Drehmechanismus 214 ermöglicht es, den Sichttaster 300 relativ zu dem Bewegungselement 224 der Z-Achse zu drehen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Der Schiebemechanismus 225 der X-Achse, der Schiebemechanismus 226 der Y-Achse und der Schiebemechanismus 227 der Z-Achse sind jeweils so konfiguriert, dass sie den Taster 300 in den zueinander orthogonalen Richtungen der X-, der Y- und der Z-Achse innerhalb des MCS bewegen.
Wie in 2 gezeigt, sind der Schiebemechanismus 225 der X-Achse, der Schiebemechanismus 226 der Y-Achse und der Schiebemechanismus 227 der Z-Achse mit einem Skalensensor 228 der X-Achse, einem Skalensensor 229 der Y-Achse beziehungsweise einem Skalensensor 230 der Z-Achse versehen. Somit kann ein Bewegungsbetrag des Sichttasters 300 in der Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse in dem Gerätekoordinatensystem (MCS) von den Ausgängen des Skalensensors 228 der X-Achse, des Skalensensors 229 der Y-Achse und des Skalensensors 230 der Z-Achse erhalten werden. In der dargestellten Implementierung stimmen die Bewegungsrichtungen des Schiebemechanismus 225 der X-Achse, des Schiebemechanismus 226 der Y-Achse und des Schiebemechanismus 227 der Z-Achse mit der Xm-Richtung, der Ym-Richtung und der Zm-Richtung in dem Gerätekoordinatensystem (MCS) überein. In verschiedenen Implementierungen können diese relativ einfachen Korrelationen und die zugehörigen Komponenten dazu beitragen, ein hohes Maß an Genauigkeit und eine relativ vereinfachte Verarbeitung der Bewegungen und der Positionssteuerung/-abfühlung in der Xm-, der Ym- und der Zm-Richtung sicherzustellen. Der Tasterkopf 213 mit dem Drehmechanismus 214 beinhaltet einen oder mehrere Drehsensoren 215 (siehe 2) zum Abfühlen einer Winkeldrehung/- position/-ausrichtung des Sichttasters 300, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
In verschiedenen Implementierungen kann der Sichttaster 300 zum Durchführen von Vorgängen zum Bestimmen und/oder Messen eines Oberflächenprofils des Werkstücks (workpiece - WP) genutzt werden. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann die Winkelausrichtung des Sichttasters 300 unter Verwendung des Drehmechanismus 214 so angepasst werden, dass die optische Achse OA des Sichttasters auf eine abgewinkelte Oberfläche des Werkstücks WP gerichtet ist (z. B. kann in einigen Implementierungen die optische Achse OA so hergestellt werden, dass sie ungefähr senkrecht zu der abgewinkelten Werkstückoberfläche ist). Die Schiebemechanismen 225, 226 und 227 der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse (z. B. sich in zueinander orthogonalen Richtungen bewegend) können zusammen den Sichttaster 300 zu Bildaufnahmepositionen entlang einer Bildstapelaufnahmeachse bewegen (die ungefähr mit der optischen Achse OA übereinstimmen kann), um einen Stapel von Bildern der abgewinkelten Werkstückoberfläche aufzunehmen. Fokuskurvendaten können aus der Analyse des Bildstapels (z. B. als Teil von Messvorgängen des Punkte-aus-Fokus(points-from-focus - PFF)-Typs) bestimmt werden, die dreidimensionale Positionen von Oberflächenpunkten auf der abgewinkelten Oberfläche des Werkstücks WP anzeigen.
Wie in 2 gezeigt, ist die Bedieneinheit 105 mit einem Befehlsabschnitt 402 der Verarbeitungsvorrichtungskonfiguration 110 verbunden. Über die Bedieneinheit 105 können verschiedene Befehle in den Gerätekörper 200 und die Verarbeitungsvorrichtungskonfiguration 110 eingegeben werden. Wie in 1A gezeigt, beinhaltet die Verarbeitungsvorrichtungskonfiguration 110 eine Bewegungssteuervorrichtung 140 und ein Hostcomputersystem 115. In verschiedenen Implementierungen kann die Verarbeitungsvorrichtungskonfiguration 110 Formkoordinaten des zu messenden Werkstücks WP basierend wenigstens teilweise auf der Bewegungsmenge des Sichttasters 300, die durch die Bewegungsmechanismuskonfiguration 220 bewegt wird, und/oder der Analyse von Daten berechnen (z. B. einschließlich eines Bildstapels), die von dem Sichttaster 300 erhalten werden, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. In verschiedenen Implementierungen können die Formkoordinaten einer Tiefenkarte und/oder einer Oberflächentopographie des Werkstücks und/oder einer Werkstückoberfläche entsprechen und können auf relativen Positionen (z. B. durch Koordinaten angegeben) von Oberflächenpunkten auf dem Werkstück basieren.
Die Bewegungssteuervorrichtung 140 von 1A steuert hauptsächlich die Bewegung des Sichttasters 300. Das Hostcomputersystem 115 verarbeitet Bewegungen und Positionen, die in dem Gerätekörper 200 ausgeführt und erhalten werden. In der vorliegenden Implementierung ist die Verarbeitungsvorrichtungskonfiguration 110 mit einer kombinierten Funktion der Bewegungssteuervorrichtung 140 und des Hostcomputersystems 115 in dem Blockdiagramm von 2 gezeigt und wird nachstehend beschrieben. Das Hostcomputersystem 115 beinhaltet einen Computer 120, eine Eingabeeinheit 125 wie eine Tastatur und Ausgabeeinheiten 130 wie eine Anzeige und einen Drucker.
Fachleute erkennen, dass das Hostcomputersystem 115 und/oder andere Rechensysteme und/oder Steuersysteme, die mit den hierin beschriebenen Elementen und Verfahren beschrieben oder verwendbar sind, im Allgemeinen unter Verwendung eines geeigneten Rechensystems oder einer geeigneten Vorrichtung implementiert werden können, einschließlich verteilter oder vernetzter Rechenumgebungen und dergleichen. Solche Rechensysteme oder -vorrichtungen können einen oder mehrere Allzweck- oder Spezialprozessoren (z. B. nicht benutzerdefinierte oder benutzerdefinierte Vorrichtungen) beinhalten, die Software ausführen, um die hierin beschriebenen Funktionen durchzuführen. Software kann in einem Speicher gespeichert sein, wie einem Direktzugriffsspeicher (RAM), einem Festwertspeicher (ROM), einem Flash-Speicher oder dergleichen oder einer Kombination solcher Komponenten. Software kann ebenso in einer oder mehreren Speichervorrichtungen gespeichert werden, wie optischen Datenträgern, Flash-Speichervorrichtungen oder einem anderen nichtflüchtigen Speichermedium zum Speichern von Daten. Software kann ein oder mehrere Programmmodule beinhalten, die Prozesse, Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen und so weiter beinhalten, die bestimmte Aufgaben durchführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren. In verteilten Rechenumgebungen kann die Funktionalität der Programmmodule kombiniert oder auf mehrere Rechensysteme oder Vorrichtungen verteilt werden und über Serviceabrufe entweder in einer drahtgebundenen oder einer drahtlosen Konfiguration zugegriffen werden.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die Verarbeitungsvorrichtungskonfiguration 110 den Befehlsabschnitt 402, eine Schiebemechanismussteuervorrichtung 404, einen Positionsbestimmungsabschnitt 406, eine Sichttastersteuervorrichtung 408, einen Sichttasterdatenabschnitt 410, einen Analysatorabschnitt 412 und einen Speicherabschnitt 414.
Der in 2 gezeigte Befehlsabschnitt 402 gibt der Schiebemechanismussteuervorrichtung 404 vorbestimmte Befehle (z. B. auf der Basis von Befehlen, die von der Bedieneinheit 105 oder der Eingabeeinheit 125 eingegeben werden). Der Befehlsabschnitt 402 erzeugt als einen Positionsbefehl für die Bewegungsmechanismuskonfiguration 220 einen Koordinatenwert in dem Gerätekoordinatensystem für jeden Steuerzyklus unter Berücksichtigung beispielsweise von Bewegungsrichtungen, Bewegungsabständen, Bewegungsgeschwindigkeiten und dergleichen, um den Sichttaster 300 auf mehrere Positionen zu bewegen (z. B. Bildaufnahmepositionen usw.)
Die in 2 gezeigte Schiebemechanismussteuervorrichtung 404 führt eine Antriebssteuerung durch, indem sie ein Antriebssteuersignal D als Antwort auf einen Befehl von dem Befehlsabschnitt 402 ausgibt, wobei dadurch ein elektrischer Strom durch Motoren der Schiebemechanismen 225, 226 und 227 der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse in der Bewegungsmechanismuskonfiguration 220 passiert.
Eine Positionsverriegelung 216 kommuniziert in einer Implementierung mit den verschiedenen Sensoren und/oder Antriebsmechanismen, um sicherzustellen, dass die Koordinaten des CMM 100 und des Sichttasters 300 zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Bild aufgenommen wird, ordnungsgemäß synchronisiert sind. Insbesondere kann in verschiedenen Implementierungen die Positionsverriegelung 216 genutzt werden, um die Genauigkeit der Messungen sicherzustellen, die aus den Bildern in einem Bildstapel abgeleitet werden. In verschiedenen Implementierungen ermöglichen die Vorgänge der Positionsverriegelung 216, dass die CMM-Gerätekoordinaten (die die Position des Verbindungspunkts oder eines anderen Referenzpunkts des Sichttasters 300 während einer bestimmten Messung widerspiegeln) richtig mit den Positionsdaten kombiniert werden können, die aus den Sichttasterbildern bestimmt werden (z. B. die relativ zu der Position und Ausrichtung des Sichttasters 300 sind). In bestimmten Implementierungen kann die Positionsverriegelung 216 genutzt werden, um Messungen von CMM-Positionssensoren (z. B. Sensoren 215 und 228-230 usw.) auszulösen, die Skalen, Codierer oder andere Abfühlelemente beinhalten können, die eine Gesamtposition und -ausrichtung des Sichttasters 300 (z. B. einschließlich seiner Basisposition) in dem Gerätekoordinatensystem verfolgen. In einigen Implementierungen kann die Positionsverriegelung 216 ebenso eine Bildaufnahme von dem Sichttaster 300 auslösen (z. B. als Teil eines Bildstapels, für den ein Auslösesignal für jedes Bild in einem Bildstapel bereitgestellt werden kann, wobei die entsprechende Position des Sichttasters 300 ebenso entsprechend synchronisiert und für jede Bildaufnahme verfolgt wird).
1B ist ein Schaubild, das schematisch bestimmte Komponenten des Gerätekörpers 200 des CMM 100 und einen Sichttaster 300' darstellt, der dem Sichttaster 300 von 1A ähnlich sein kann. Wie in 1B gezeigt, beinhaltet der Gerätekörper 200 einen Tasterkopf 213. Der Tasterkopf 213 empfängt und überträgt Tastersignale über das Tasterkopfkabel 211. Der Tasterkopf 213 ist an einer Koordinatenmessgeräthohlwelle 217 gesichert, die an dem Ende des Bewegungselement 224 der Z-Achse (oder eines Schiebeelements, wie einer Spindel) angebracht ist, das sich in der Z-Achsen-Richtung des Gerätekoordinatensystems (MCS) bewegt. Der Tasterkopf 213 ist mit dem Taster 300' an einer Autoaufnahmeverbindung 231 des Tasters verbunden. Eine Implementierung einer Autoaufnahmeverbindung ist ausführlicher in dem U.S.-Patent Nr. 9,115,982 beschrieben, auf das hiermit in seiner Gesamtheit Bezug genommen wird.
Der Tasterkopf 213 beinhaltet den Drehmechanismus 214 (2), der sich in einigen Implementierungen in einer horizontalen Ebene um 360 Grad dreht (z. B. für den eine Winkelbewegung/-position/-ausrichtung von einem ersten Drehsensor 215 abgefühlt werden kann) und kann eine Art U-Gelenk enthalten (z. B. das die Drehung eines angebrachten Tasters um eine entsprechende Achse ermöglicht, die in einer horizontalen Ebene liegt, für die eine Winkelbewegung/-position/-ausrichtung von einem zweiten Drehsensor 215 abgefühlt werden kann, wie in Bezug auf 3B nachstehend ausführlicher beschrieben wird). Somit unterstützt der Drehmechanismus 214 des Tasterkopfes 213 in dem spezifischen Beispiel von 1B die Drehung des Sichttasters 300' um zwei verschiedene Achsen: Erstens Drehen (schnelles Drehen) des Sichttasters 300' in der aktuellen Ausrichtung um die Z-Achse und zweitens Drehen des Sichttasters 300' um eine horizontale Achse (d. h. eine Achse in einer XY-Ebene des Gerätekoordinatensystems). Der Drehmechanismus 214, der in dem Tasterkopf 213 in den später zu beschreibenden 3A und 3B verkörpert ist, ist im Wesentlichen als ein Kreis dargestellt, obwohl er in einer dreidimensionalen Darstellung in verschiedenen Ausführungsformen als eine Kugel dargestellt sein kann. Der Drehmechanismus 214, der ein Kugel- (oder Kugelkopf-) Gelenk beinhaltet, ermöglicht es dem Sichttaster 300', sich relativ zu dem Bewegungselement 224 der Z-Achse innerhalb der Säule 223 und/oder relativ zu einer beliebigen horizontalen Achse zu drehen, um die optische Achse der Sichttaster 300' in einem gewünschten Winkel / einer gewünschten Ausrichtung relativ zu einer Werkstückoberfläche zu positionieren (z. B. für die die Werkstückoberfläche in einem Winkel relativ zu einer horizontalen Ebene sein kann). Im Allgemeinen ist der Drehmechanismus 214 ein Mechanismus zum Ändern der Ausrichtung des Sichttasters 300 (d. h. der Lage des Sichttasters 300), wie in den 3A und 3B gezeigt.
Die Autoaufnahmeverbindung 231 des Tasters ist eine elektromechanische Verbindung, die den Tasterkopf 213 starr und mechanisch an dem Sichttaster 300' derart befestigt, dass er von einem Taster getrennt und an einem anderen angebracht werden kann. In einer Implementierung kann die Autoaufnahmeverbindung 231 des Tasters erste und zweite zusammenpassende Wechsel-Autoaufnahmeelemente 234 und 236 beinhalten, wobei das erste Wechsel-Autoaufnahmeelement 234 an dem Tasterkopf 213 montiert ist, und das zweite zusammenpassende Wechsel-Autoaufnahmeelement 236 an dem Sichttaster 300' montiert ist. In einer Implementierung weist die Autoaufnahmeverbindung 231 des Tasters zusammenpassende elektrische Kontakte oder Verbindungen 235 derart auf, dass die Kontakte beim Anbringen eines Tasters automatisch eingreifen und elektrische Verbindungen herstellen.
Die Sichttaster 300' kann wenigstens einen Teil seiner Leistungs- und Steuersignale über die Autoaufnahmeverbindung 231 empfangen, für die die Leistungs- und Steuersignale entsprechend durch das Tasterkopfkabel 211 passiert werden. Die Signale, die über die Autoaufnahmeverbindung 231 an den Sichttaster 300' passiert werden, werden über die Verbindungen 235 passiert. Wie in 1B gezeigt, beinhaltet der Sichttaster 300' ein Wechsel-Autoaufnahmeelement 236 und eine Tasteranordnung 237, die an dem Wechsel-Autoaufnahmeelement 236 montiert ist, um eine automatische Verbindung mit dem CMM 100 über die Autoaufnahmeverbindung 231 des Tasters herzustellen.
In verschiedenen Implementierungen kann der Sichttaster 300' ebenso oder alternativ wenigstens einen Teil seiner Leistungs- und Steuersignale durch ein Kabel 211' passiert haben. In einigen Implementierungen kann das Kabel 211' aufgrund einer Standard-Autoaufnahmeverbindung 231 genutzt werden, die eine begrenzte Anzahl von verfügbaren Drahtverbindungen aufweist und für die mehr Verbindungen für den Sichttaster 300' wünschenswert/genutzt werden können (z. B. wie durch das optionale Kabel 211' bereitgestellt). In verschiedenen Implementierungen können Sichttaster 300' zusätzlich zu bestimmten Standard-Leistungs- und/oder Kommunikationssignalen ebenso zusätzliche Merkmale/Fähigkeiten aufweisen, die zusätzliche Leistungs- und/oder Kommunikationssignale erfordern und/oder von diesen profitieren können, die über das optionale Kabel 211' und/oder durch andere Übertragungsmechanismen bereitgestellt werden können. In verschiedenen Implementierungen können die Leistungs- und/oder Kommunikationssignale für den Sichttaster 300' (z. B. wie durch das Kabel 211 und/oder das Kabel 211' passiert) zu und von der Sichttastersteuervorrichtung 408 und dem Sichttasterdatenabschnitt 410 sein, wie nachstehend in Bezug auf 2 ausführlicher beschrieben wird.
Wie in 2 gezeigt, kann der Gerätekörper 200 des CMM 100 in einigen Ausführungsformen zusätzlich zu dem Sichttaster 300 (300') einen optionalen taktilen Messtaster 390 mit XYZ-Sensor(en) 392 beinhalten. Der taktile Messtaster 390 kann ein Berührungstaster oder ein Abtasttaster usw. sein, der typischerweise eine Tasterspitze aufweist, die das zu messende Werkstück physikalisch berührt. In einigen Ausführungsformen kann ein solcher taktiler Messtaster 390 zusätzlich zu / in Kombination mit dem Sichttaster 300 verwendet werden. Beispielsweise kann, nachdem der Sichttaster 300 verwendet wurde, um einen Bildstapel zu erhalten und ein dreidimensionales Profil der Werkstückoberfläche zu bestimmen, der Sichttaster 300 von dem CMM 100 abgenommen/entfernt werden (z. B. von dem Tasterkopf 213 in 1B abgenommen werden). Der taktile Messtaster 390 kann anschließend an dem CMM 100 angebracht werden (z. B. an dem Tasterkopf 213). Zu diesem Zweck kann in einigen Beispielen das CMM 100 verschiedene Taster (z. B. 300, 390 usw.) auf einem Tastergestell gespeichert haben und den Tasterkopf 213 in die richtige Position zum Anbringen und Abnehmen der verschiedenen Taster bewegen. Der taktile Messtaster 390 kann dann verwendet werden, um bestimmte Messungen oder Oberflächenpunkte physisch zu berühren und zu verifizieren (z. B. für Oberflächenpunkte, die unter Nutzung des Sichttasters 300 möglicherweise schwer zu sehen / zu bestimmen waren). In verschiedenen Implementierungen kann der taktile Messtaster 390, wenn es Oberflächenpunkte auf der Werkstückoberfläche gibt, die möglicherweise schwer abzubilden/aufzunehmen waren und/oder durch andere Teile des Werkstücks von dem Sichttaster 300 teilweise verborgen waren, genutzt werden, um solche Oberflächenpunkte für eine Messung physikalisch zu berühren.
Unter Bezugnahme auf 2 kann der Sichttaster 300 eine Beleuchtungskonfiguration 302, eine Objektivlinse 304 und eine Kamera 306 beinhalten. In der dargestellten Ausführungsform befinden sich die Objektivlinse 304 und die Kamera 306 innerhalb des Sichttasters 300 und sind in einigen der Figuren (z. B. 3A und 3B) mit Kästen mit gepunkteten Linien dargestellt. In verschiedenen Implementierungen kann die Objektivlinse 304 ein optisches Element mit mehreren Linsen sein und kann mit einem Bereich von Vergrößerungen ausgewählt werden. Beispielsweise können verschiedene Objektivlinsen mit unterschiedlichen Vergrößerungen für die Auswahl verfügbar sein, und eine Objektivlinse, die in dem Sichttaster genutzt werden soll, kann basierend auf einer gewünschten Vergrößerung für bestimmte Anwendungen ausgewählt werden (z. B. für die eine Objektivlinse mit einer relativ höheren Vergrößerung ausgewählt werden kann, um eine relativ höhere Auflösung mit einem Kompromiss eines kleineren Bereichs von PFF-Bildern usw. bereitzustellen).
In der Ausführungsform der 3A und 3B kann die Beleuchtungskonfiguration 302 ein Ringlicht sein (z. B. wie aus einer Anordnung von LEDs ausgebildet), das an dem distalen Ende des Sichttasters 300 bereitgestellt ist, obwohl die Anordnung der Beleuchtungskonfiguration 302 nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt ist. Beispielsweise kann die Beleuchtungskonfiguration 302 alternativ als ein koaxiales Licht bereitgestellt werden. Das Bereitstellen eines koaxialen Lichts in einigen Implementierungen kann eine andere Konfiguration mit einem Strahlteiler in dem Pfad der optischen Achse innerhalb des Sichttasters 300 zum Richten von Licht durch die Objektivlinse 304 nach unten und mit einer Lichtquelle zur Seite oder auf andere Weise innerhalb des Sichttasters 300 zum Richten von Licht auf den Strahlteiler positioniert usw. erfordern. In bestimmten Implementierungen kann die aus einem Ringlicht ausgebildete Beleuchtungskonfiguration 302 (z. B. eine Anordnung von LEDs) ein geringeres Gewicht und eine geringere Größe und Abmessungen aufweisen als eine aus einem koaxialen Licht ausgebildete Beleuchtungskonfiguration 302 (für die möglicherweise ein Strahlteiler sowie eine seitliche Lichtquelle erforderlich sind).
Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1B beschrieben, kann das optionale Tasterkopfkabel 211' genutzt werden, um zusätzliche Signale zu tragen (z. B. zum Steuern und/oder Bereitstellen von Leistung für den Sichttaster 300 für die Beleuchtungskonfiguration 302, die Kamera 306 usw.) oder alternativ muss das Kabel 211' nicht beinhaltet sein, wobei in diesem Fall alle erforderlichen Leitungen/Signale durch den Tasterkopf 213 passieren können (z. B. somit durch das Kabel 211 passieren).
Bei Nutzung nur mit dem Sichttaster 300 kann die Konfiguration 220 des CMM-Bewegungsmechanismus, insbesondere die Sensoren davon (215 und 228-230), Messausgänge M an den Positionsbestimmungsabschnitt 406 bereitstellen, der die Position des Tasterkopfs 213 (oder einen anderen Verbindungspunkt oder eine andere Referenzposition) des Sichttasters 300 innerhalb des Gerätekoordinatensystems (MCS) des CMM bestimmt. Beispielsweise kann der Positionsbestimmungsabschnitt 406 die X-, Y- und Z-Koordinaten innerhalb des Gerätekoordinatensystems für den Tasterkopf 213 oder einen anderen Verbindungspunkt oder Referenzpunkt des Sichttasters 300 bereitstellen. Wenn der taktile Messtaster 390 angebracht ist, kann der taktile Messtaster 390 einen Mechanismus beinhalten, der es der Tasterspitze ermöglicht, sich (in kleinen Mengen) relativ zu dem Rest des taktilen Messtasters 390 und entsprechenden Sensoren (z. B. den XYZ-Sensoren 392) zu bewegen, die die Sensordaten bereitstellen, die die Position der Tasterspitze (d. h. einer Tasterstiftspitze) angeben, die die Werkstückoberfläche in einem lokalen Koordinatensystem des taktilen Messtasters 390 tatsächlich berührt. Messsynchronisationsauslösesignale (z. B. bereitgestellt in Bezug auf die Vorgänge der Positionsverriegelung 216 usw.) lösen Messungen, die eine Gesamtposition und Ausrichtung des taktilen Messtasters 390 (z. B. des Tasterkopfs 213) in dem Gerätekoordinatensystem verfolgen, sowie eine lokale Oberflächenmessung unter Verwendung des taktilen Messtasters 390 in dem lokalen Koordinatensystem aus. Der Positionsbestimmungsabschnitt 406 kann die in dem lokalen Koordinatensystem gemessenen Koordinaten und die in dem Gerätekoordinatensystem gemessene Position des taktilen Messtasters 390 verwenden und kombinieren, um die Gesamtposition der Tasterspitze und damit die gemessenen/erfassten Oberflächenpunkte auf dem Werkstück zu bestimmen.
Im Gegensatz zu solchen Bestimmungen unter Nutzung des taktilen Messtasters 390 kann, wenn der Sichttaster 300 wie hierin in Bezug auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen beschrieben genutzt wird, der Positionsbestimmungsabschnitt 406 nur die Position des Tasterkopfs 213 an der Oberseite des Sichttasters 300 (oder eine andere Referenz- oder Befestigungsposition) bestimmen. Um die Koordinaten von Oberflächenpunkten auf einem Werkstück zu bestimmen, können die Informationen aus einer Analyse eines Bildstapels verwendet werden. Beispielsweise kann der Bildstapel (von Bildern an verschiedenen Fokuspositionen) von dem Sichttaster 300 aufgenommen werden, wobei die relativen Positionen/Fokuspositionen der Bilder in dem Bildstapel in Bezug auf das Tasterkoordinatensystem (probe coordinate system - PCS) angegeben sind, das in einigen Implementierungen in Bezug auf die Referenzposition des Tasters innerhalb des MCS sein kann. Um die Gesamtposition der Oberflächenpunkte innerhalb des Gerätekoordinatensystems (MCS) zu bestimmen, können die PCS-Positionsdaten der Oberflächenpunkte in einigen Implementierungen konvertiert und/oder auf andere Weise mit den MCS-Positionsdaten kombiniert werden, um dadurch die Gesamtpositionen der Oberflächenpunkte zu bestimmen.
Wenn der Sichttaster 300 in einem Winkel ausgerichtet ist (z. B. wie in 3B dargestellt) und somit das Tasterkoordinatensystem (PCS) eine Z-Achse aufweist, die in einem Winkel ausgerichtet ist (d. h. der optischen Achse des Sichttasters 300 entspricht) zeigt ein aufgenommener Bildstapel die relativen Abstände der Oberflächenpunkte des Werkstücks entlang der Richtung der Z-Achse des Tasters an, die in dem Winkel ausgerichtet ist. Diese Koordinaten des Tasterkoordinatensystems (PCS) können in einigen Implementierungen als ein lokales Koordinatensystem bezeichnet werden, das dann mit den für den Tasterkopf 213 (oder einer anderen Referenzposition) in bestimmten MCS-Koordinaten kombiniert (z. B. konvertiert und zu diesen hinzugefügt) werden kann, um die Gesamtpositionen der Oberflächenpunkte auf dem Werkstück innerhalb des MCS zu bestimmen. Wenn beispielsweise gewünscht wird, die Koordinaten der Oberflächenpunkte in Bezug auf das MCS zu bestimmen, können die bestimmten Messpunkte in dem Tasterkoordinatensystem PCS in MCS-Koordinaten umgewandelt und zu den anderen MCS-Koordinaten des Tasterkopfs 213 (oder eine andere Referenzposition) des Sichttasters 300 hinzugefügt werden. Wenn dem Werkstück selbst ein eigenes lokales Koordinatensystem (local coordinate system - LCS) zugewiesen ist, können alternativ die für den Tasterkopf 213 (oder eine andere Referenzposition) des Sichttasters 300 bestimmten MCS-Koordinaten konvertiert oder mit dem LCS des Werkstücks kombiniert werden. Als noch ein weiteres Beispiel können in einigen Fällen ebenso andere lokale Koordinatensysteme eingerichtet werden (z. B. für die Bilder des Bildstapels usw.). Im Allgemeinen deckt das MCS das insgesamt große Koordinatenvolumen des CMM 100 ab, während ein LCS (z. B. das PCS) im Allgemeinen ein kleineres Volumen abdeckt und in einigen Fällen im Allgemeinen in dem MCS beinhaltet sein kann. In verschiedenen Implementierungen können zusätzlich zu den X-, Y- und Z-Koordinaten bestimmte Arten von Zylinderkoordinaten, kartesischen Koordinaten oder anderen Koordinaten ebenso oder alternativ in Bezug auf die Ausrichtung des Sichttasters 300 und die Bestimmung der Koordinaten der gemessenen Oberflächenpunkte auf dem Werkstück WP genutzt werden.
In einigen Implementierungen können die Positionsdaten in Bezug auf das PCS aus dem Bildstapel relativ unabhängig genutzt werden (z. B. mit begrenzter oder keiner Umwandlung oder Kombination mit den Koordinaten aus dem MCS oder anderen Koordinatensystemen). Beispielsweise können die aus der Analyse des Bildstapels bestimmten Positionsdaten 3D-Koordinaten bereitstellen, die 3D-Positionen von Oberflächenpunkten auf einer Werkstückoberfläche in Bezug auf das PCS oder ein anderes LCS angeben, die somit ein 3D-Profil / eine Oberflächentopographie der Werkstückoberfläche darstellen / diesen entsprechen. Wie vorstehend erwähnt, können in einigen Implementierungen solche Daten mit anderen Positionsdaten kombiniert werden, die in der MCS dargestellt sind, um die Gesamtposition der Werkstückoberfläche und der Oberflächenpunkte innerhalb der MCS anzuzeigen. Für bestimmte Implementierungen/Analysen/Darstellungen/usw. kann es jedoch wünschenswert sein, hauptsächlich oder nur die aus dem Bildstapel bestimmten Positionsdaten zu nutzen. Beispielsweise, wenn eine Analyse oder Inspektion in erster Linie darauf abzielt, die relativen Positionen und/oder Eigenschaften von Werkstückmerkmalen auf einer Werkstückoberfläche zu bestimmen (z. B. in Bezug auf die Abstände zwischen solchen Werkstückmerkmalen auf der Werkstückoberfläche und/oder die 3D-Abmessungen der Werkstückmerkmale auf der Oberfläche usw.) können in einigen Implementierungen solche Daten in erster Linie aus der Analyse des Bildstapels bestimmt werden. Insbesondere wenn die Gesamtposition(en) innerhalb des MCS der Werkstückoberfläche und/oder der Werkstückmerkmale für die gewünschte Analyse/Inspektion nicht erforderlich ist/sind, können die aus dem Bildstapel bestimmten Daten mit begrenzter oder keiner Kombination mit anderen MCS- oder anderen Koordinatensystemkoordinaten genutzt werden. Zusätzlich zu der Analyse solcher Daten versteht es sich, dass eine 3D-Darstellung der Werkstückoberfläche auf ähnliche Weise (z. B. auf einer Anzeige usw.) gemäß den Daten aus der Analyse des Bildstapels bereitgestellt werden kann.
Wie in 2 dargestellt, steuert die Sichttastersteuervorrichtung 408 den Sichttaster 300 (z. B. Steuern der Beleuchtungskonfiguration 302 und der Kamera 306 usw. zum Erhalten von Bildern eines Bildstapels usw.). Bei verschiedenen Implementierungen muss die Sichttastersteuervorrichtung 408 die Bewegung oder Fokussierung des Sichttasters 300 nicht steuern. Stattdessen können diese Aspekte durch die CMM-Bewegungsmechanismuskonfiguration 220 gesteuert werden, die den Sichttaster 300 näher zu und/oder weg von dem Werkstück bewegt, um einen Bildstapel zu erhalten (d. h. den Sichttaster 300 zu jeder Bildaufnahmeposition bewegt, wie in Bezug auf die 4 und 5 nachstehend dargestellt/beschrieben), wobei der Drehmechanismus 214 zum Drehen des Sichttasters 300 genutzt werden kann, um in einem/einer gewünschten Winkel/Ausrichtung zu sein. In verschiedenen Implementierungen kann ein Fokusabstand des Sichttasters 300 in erster Linie durch die Objektivlinse 304 bestimmt werden (z. B. für die der Fokusabstand vor dem Sichttaster 300 während Messvorgängen konstant sein kann, entsprechend der Objektivlinse 304, die in dem Sichttaster 300 ausgewählt/genutzt wird). Der Sichttasterdatenabschnitt 410 empfängt den Ausgang des Sichttasters 300 (d. h. die Bilddaten für die Bilder des Bildstapels). Der Analysatorabschnitt 412 kann genutzt werden, um die zugehörige Analyse durchzuführen (z. B. die Punkte-aus-Fokus(PFF)-Analyse oder eine andere Analyse des Bildstapels zum Bestimmen der relativen Stelle jedes der Oberflächenpunkte auf der Werkstückoberfläche entlang der Richtung der Z-Achse, um ein dreidimensionales Oberflächenprofil der Werkstückoberfläche usw. zu bestimmen, wie nachstehend in Bezug auf die 6A und 6B ausführlicher beschrieben wird. Der Speicherabschnitt 414 kann einen Abschnitt eines Computerspeichers zum Speichern bestimmter Software, Routinen, Daten usw. für den Betrieb der Verarbeitungsvorrichtungskonfiguration 110 usw. umfassen.
Die 3A und 3B stellen bestimmte Komponenten in Bezug auf die 1A-2, einschließlich bestimmter Teile der Bewegungsmechanismuskonfiguration 220, einschließlich des Drehmechanismus 214' (in dem Tasterkopf 213' ausgeführt) des Gerätekörpers 200 des CMM 100 dar. 3A zeigt den Sichttaster 300 in einer vertikalen Ausrichtung (z. B. ähnlich wie bestimmte Systeme des Standes der Technik, wie bestimmte Sichtsysteme, in erster Linie so betrieben wurden, dass sie nur eine Fokussierungsposition entlang einer Richtung der Z-Achse eines Gerätekoordinatensystems auf und ab bewegen, um einen Bildstapel einschließlich Bilder eines Werkstücks zu erhalten). Wie in 3A gezeigt, weist das Werkstück WP eine Werkstückoberfläche (workpiece surface - WPS) WPS1 auf, die eine Winkelausrichtung (im Winkel A1) aufweist. Es ist zu beachten, dass die Z-Achse des Gerätekoordinatensystems parallel zu der optischen Achse OA des Sichttasters 300 in der Darstellung von 3A ist. Es versteht sich, dass die optische Achse (Z-Achse) des Sichttasters 300 in einer gleichen Richtung wie die Z-Achse des Gerätekoordinatensystems und eine Bildstapelaufnahmeachse ISAA liegen kann, wenn der Sichttaster 300 einfach entlang der Z-Achse des MCS durch den Schiebemechanismus 227 der Z-Achse auf und ab bewegt wird (einschließlich der Bewegung des Bewegungselement 224 der Z-Achses innerhalb der Säule 223). Die Werkstückoberfläche WPS1 wird im Winkel A1 relativ zu einer horizontalen Ebene des MCS gezeigt. Im Gegensatz dazu ist gezeigt, dass eine Werkstückoberfläche WPS2 des Werkstücks WP ungefähr parallel zu der horizontalen Ebene ist.
3B zeigt die Sichttaster 300 in einem Winkel relativ sowohl zu einer horizontalen Ebene des MCS (im Winkel „A-H“) als auch zu einer vertikalen Ebene des MCS (im Winkel „A-V“) gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie mit dem offenbarten CMM 100 erreicht werden kann. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, kann das CMM 100 seine drei Schiebemechanismen (d. h. Schiebemechanismen 225-227 der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse, die orthogonal zueinander sind und jeweils eine Bewegung nur entlang der jeweiligen orthogonalen X-, Y- und Z-Achsen/Richtungen des MCS erzeugen) und des Drehmechanismus 214' betreiben (ausgeführt in dem Tasterkopf 213') zum Bewegen/Ausrichten des Sichttasters 300. Das CMM 100 kann somit den Sichttaster 300 relativ zu dem Werkstück WP frei entlang mehrerer Achsen gleichzeitig bewegen, einschließlich einer Drehung um eine beliebige Achse, um einen Bildstapel in einem bestimmten Winkel zu erhalten. Allgemeiner unterstützt und ermöglicht die Bewegungsmechanismuskonfiguration 220 (einschließlich der X-, Y- und Z-Schiebemechanismen 225-227 und des Drehmechanismus 214') es dem Sichttaster 300, sich in zueinander orthogonalen X-, Y- und Z-Richtungen zu bewegen und in einem/einer gewünschten Winkel/Ausrichtung relativ zu der zu messenden Werkstückoberfläche zu sein.
In dem dargestellten Beispiel von 3B wurde der Sichttaster 300 (z. B. durch ein U-Gelenk oder eine andere Komponente des Drehmechanismus 214' des Tasterkopfs 213') um eine horizontale Drehachse RA2 gedreht, die durch den Drehpunkt R2 passiert, um auf einen Winkel A-H gerichtet zu sein, und für den die optische Achse OA des Sichttasters 300 ungefähr senkrecht zu einer Werkstückoberfläche WPS1 ist. In 3B ist die Fähigkeit des Drehmechanismus 214' des Tasterkopfes 213', den Sichttaster 300 um die Z-Achse des Gerätekoordinatensystems zu drehen, durch eine Drehachse RA1 dargestellt, die durch einen Drehpunkt R1 an der Oberseite des Tasterkopfes 213' / Drehmechanismus 214' passiert. Die Drehung um eine horizontale Achse ist gemäß der Drehachse RA2 (d. h. als ein einzelner Punkt angegeben, da sie in die Seite gerichtet ist) als durch den Drehpunkt R2 in der Mitte des Tasterkopfs 213' / Drehmechanismus 214' passierend dargestellt (z. B. gemäß dem Betrieb des U-Gelenks, wie in 1B dargestellt).
In 3B ist ein beispielhafter Bildstapelbereich SR-3B zum Bestimmen eines dreidimensionalen Oberflächenprofils der Werkstückoberfläche WPS1 dargestellt. Die Werkstückoberfläche WPS1 kann verschiedene Werkstückmerkmale (z. B. Oberflächenmerkmale) aufweisen, die höher oder niedriger sein können als eine durchschnittliche ebene Stelle der Werkstückoberfläche WPS1, wie nachstehend in Bezug auf 7A ausführlicher beschrieben wird. In einigen Implementierungen kann es wünschenswert sein, dass sich der Bereich der jeweiligen Fokuspositionen des Bildstapels über einen bestimmten Abstand über und unter der Werkstückoberfläche erstreckt. Wie in 3B dargestellt, kann der beispielhafte Bildstapelbereich SR-3B signifikant kleiner sein als ein Bildstapelbereich SR-3A von 3A (d. h. der Bildstapelbereich, der erforderlich ist, um alle Oberflächenpunkte der Werkstückoberfläche WPS1 in der dargestellten Ausrichtung von 3A abzudecken) aufgrund der Tatsache, dass der Sichttaster 300 in 3B derart ausgerichtet ist, dass seine optische Achse OA ungefähr senkrecht zu der Werkstückoberfläche WPS1 ist, im Gegensatz zu der Ausrichtung in 3A. In 3B ist ein Winkel der optischen Achse OA (und der Bildstapelaufnahmeachse ISAA) relativ zu wenigstens einem Abschnitt der Werkstückoberfläche WPS1 als „A-P“ angegeben, der in dem dargestellten Beispiel ungefähr 90 Grad beträgt / senkrecht ist. 3B stellt ebenso einen Winkel der Werkstückoberfläche WPS1 relativ zu einer horizontalen Ebene „A-W” dar (z. B. entsprechend dem Winkel A1 von 3A). Abhängig von einem bestimmten Winkel A-W in jeder Implementierung kann der Drehmechanismus 214' angepasst werden, um sicherzustellen, dass die optische Achse OA (und ISAA) des Sichttasters 300 ungefähr senkrecht zu wenigstens einem Abschnitt der Werkstückoberfläche WPS1 ist, wie nachstehend in Bezug auf die 7A-7C beschrieben.
4 zeigt eine zweidimensionale Perspektive und 5 zeigt eine dreidimensionale Perspektive einer Bewegung des Sichttasters 300 zum Erhalten eines Bildstapels (z. B. einschließlich elf Bilder als ein Beispiel, wie nachstehend dargestellt und ausführlicher in Bezug auf die 6A und 6B beschrieben). Wie in den 4 und 5 gezeigt, kann in einem speziellen Beispiel der Sichttaster 300 durch wenigstens elf axiale Bildaufnahmepositionen 11-111 bewegt werden, um elf Bilder mit entsprechenden axialen Fokuspositionen F1-F11 aufzunehmen. Es versteht sich, dass jede der axialen Fokuspositionen F1-F11 entlang der Bildstapelaufnahmeachse (ISAA) des Sichttasters 300 angeordnet sein kann.
Die 4 und 5 stellen zweidimensionale und dreidimensionale Koordinaten jeder der axialen Bildaufnahmepositionen 11-111 und der axialen Fokuspositionen F1-F11 dar. Im Allgemeinen haben bestimmte Systeme des Standes der Technik, die Bildstapel aufgenommen haben, dies nur in der vertikalen Richtung getan (d. h. nur entlang der Z-Achse eines Gerätekoordinatensystems). Insbesondere kann gemäß Techniken des Standes der Technik ein Bildgebungssystem (z. B. ein Bildverarbeitungssystem usw.) konfiguriert sein, um die Fokussierungsposition des Systems entlang einer vertikalen Z-Achse, die der Z-Achse eines Gerätekoordinatensystems entspricht, auf und ab zu bewegen. Andererseits ist gemäß der vorliegenden Offenbarung die spezifizierte Ausrichtung zum Aufnehmen eines Bildstapels nicht so begrenzt. Wie hierin dargestellt, kann ein Bildstapel nun in einem Winkel unter Verwendung der Komponenten des CMM 100 in Kombination mit dem Sichttaster 300 aufgenommen werden, wie offenbart. Somit kann gemäß der vorliegenden Offenbarung anstelle der Bezugnahme auf die „Z-Achse“ des Gerätekoordinatensystems als eine optische Standardachse für die Bildaufnahme wie in dem Stand der Technik, die optische Achse des Sichttasters 300, die in jeder Richtung und in jedem Winkel angeordnet und ausgerichtet werden kann, um einen Bildstapel zu erfassen, in einigen Fällen einer „Bildstapelaufnahmeachse“ (ISAA oder ISA-Achse) entsprechen und/oder als diese bezeichnet werden.
Unter Bezugnahme auf 4 kann im Allgemeinen eine ISA-Achse (ISAA) zu Beginn eines Prozesses zum Aufnehmen eines Bildstapels eingerichtet werden. Dann kann der Sichttaster 300 zu jeder neuen Position entlang der ISA-Achse bewegt werden, um ein zusätzliches Bild aufzunehmen. Für die Aufnahme jedes zusätzlichen Bildes des Bildstapels kann die optische Achse OA des Sichttasters 300 koaxial zu der ISA-Achse sein. Aufgrund der Tatsache, dass die Bewegung des Sichttasters 300 typischerweise individuelle Anpassungen der X-, Y- und Z-Schiebemechanismen 225-227 erfordert (z. B. die in verschiedenen Implementierungen alle gleichzeitig oder proportional bewegt werden können oder nicht), kann während solcher Mikroanpassungen zwischen den Bildaufnahmepositionen die Bewegung des Sichttasters 300 daher nicht immer genau entlang der ISA-Achse sein. Sobald jedoch die Bewegung derart abgeschlossen ist, dass der Sichttaster 300 zu der nächsten axialen Bildaufnahmeposition zum Aufnehmen eines nächsten Bildes bewegt wird, kann diese axiale Bildaufnahmeposition entlang der ISA-Achse liegen. Ferner kann jede axiale Fokusposition F1-F11 (d. h. entsprechend der Fokusposition jedes aufgenommenen Bildes) ebenso entlang der ISA-Achse liegen.
Die vorstehend beschriebenen Bildgebungssysteme des Standes der Technik, die nur einen einzelnen Schiebemechanismus (z. B. einen Schiebemechanismus der Z-Achse) zum Aufnehmen eines Bildstapels verwenden, können in einigen Fällen derart konfiguriert sein, dass sie eine spezielle Bildgebung durchführen, und können daher weniger verbreitet und relativ teuer sein. Im Gegensatz dazu ist ein CMM mit Schiebemechanismen der X-, der Y- und der Z-Achse relativ häufig und weit verbreitet. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird das CMM genutzt, um den Sichttaster 300 zu bewegen, um einen Bildstapel in einer beliebigen Ausrichtung oder einem beliebigen Winkel aufzunehmen, was eine größere Flexibilität bei der Nutzung eines Standard-CMM in verschiedenen beispielhaften Implementierungen bereitstellt. Zusätzlich kann die Konfiguration mit den Schiebemechanismen 225-227 der X-, der Y- und der Z-Achse und dem Drehmechanismus 214 aufgrund der Einbeziehung hochgenauer Skalensensor 228-230 der X-, der Y- und der Z-Achse für jeden der Schiebemechanismen und des Drehsensors / der Drehsensoren 215 (z. B. einschließlich Drehcodierer und/oder andere Arten von Relativpositionssensoren) für den Drehmechanismus 214 sehr genau sein. In verschiedenen beispielhaften Implementierungen kann die Gesamtpositionsbestimmung innerhalb des MCS für jede der entsprechenden X-, Y- und Z-Koordinaten relativ einfach auszuführen und gleichzeitig hochgenau sein, was teilweise auf die direkte Korrelation jedes X-, Y-, Z-Sensors mit einer einzelnen Koordinatenachse (und einer entsprechenden einzelnen Koordinate) in dem MCS zurückzuführen ist.
Die 4 und 5 stellen Beispiele der X-, Y- und Z-Koordinaten in dem Gerätekoordinatensystem für jede der Bewegungen des Sichttasters 300 zu den Bildaufnahmepositionen 11-111 dar. In verschiedenen Implementierungen können die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse des Gerätekoordinatensystems als die Xs-Achse, die Ys-Achse beziehungsweise die Zs-Achse bezeichnet werden. Die Bildaufnahmepositionen 11-111, an denen der Sichttaster 300 positioniert ist, um die elf Bilder des Bildstapels (Bilder(1)-(11) in 6B) aufzunehmen, entsprechen den axialen Fokuspositionen F1 bis F11, an denen der Sichttaster 300 für die Aufnahme der elf Bilder des Bildstapels fokussiert ist. In dem dargestellten Beispiel befinden sich alle Bildaufnahmepositionen 11-111 und die axialen Fokuspositionen F1-F11 entlang der Bildstapelerfassungsachse (ISAA). Wenn sich der Sichttaster 300 für den Bildstapel 650 von 6B an der Bildaufnahmeposition 11 befindet, wird er an der axialen Fokusposition F1 fokussiert, um das Bild(1) des Bildstapels aufzunehmen.
Insbesondere sind, wie in 4 dargestellt, für die Bildaufnahmeposition 11 die entsprechenden MCS-Koordinaten einer Referenzposition für den Sichttaster 300 bei IX1 und IZ1. In einer nächsten Bildaufnahmeposition I2 können die MCS-Koordinaten IX2 und IZ2 sein. An einer nächsten Bildaufnahmeposition I3 können die MCS-Koordinaten IX3 und IZ3 sein. Für die verbleibenden Bildaufnahmepositionen 14-111 liegen die entsprechenden MCS-Koordinaten der Referenzposition für den Sichttaster 300 ähnlich bei IX4-IX11 beziehungsweise IZ4-IZ11. Damit der Sichttaster 300 von der Bildaufnahmeposition I1 zu der Bildaufnahmeposition I2 bewegt werden kann, wird der Schiebemechanismus 255 der X-Achse für die Bewegung von IX1 nach IX2 eingestellt. Auf ähnliche Weise ist der Schiebemechanismus 227 der Z-Achse für die Bewegung von IZ1 nach IZ2 eingestellt. In Bezug auf 5 liegen für die Bildaufnahmeposition I1 die entsprechenden MCS-Koordinaten bei IX1, IY1 und IZ1. In einer nächsten Bildaufnahmeposition I2 können die MCS-Koordinaten IX2, IY2 und IZ2 sein. An einer nächsten Bildaufnahmeposition I3 können die MCS-Koordinaten IX3, IY3 und IZ3 sein. Damit der Sichttaster 300 von der Bildaufnahmeposition I1 zu der Bildaufnahmeposition I2 bewegt werden kann, wird der Schiebemechanismus 255 der X-Achse für die Bewegung von IX1 nach IX2 eingestellt. Auf ähnliche Weise ist der Schiebemechanismus 226 der Y-Achse für die Bewegung von IY1 nach IY2 angepasst, und der Schiebemechanismus 227 der Z-Achse ist für die Bewegung von IZ1 nach IZ2 angepasst. Ähnliche Bewegungen werden für die Bewegungen zu den verbleibenden Bildaufnahmepositionen durchgeführt.
In einigen Implementierungen können solche Anpassungen der Schiebemechanismen 225-227 relativ gleichzeitig erfolgen, sodass sich der Sichttaster 300 im Allgemeinen entlang der Bildstapelaufnahmeachse (ISAA) in seiner Bewegung zwischen den Bildaufnahmepositionen I1 und I2 bewegen kann. Die Bewegungen der verschiedenen Schiebemechanismen 225-227 müssen jedoch während der Gesamtbewegung nicht genau proportional oder gleichzeitig sein, und die Bewegung des Sichttasters 300 zwischen den Positionen ist möglicherweise nicht vollständig entlang der ISA-Achse zentriert. Das heißt, im Gegensatz zu Systemen des Standes der Technik, die einen einzelnen Schiebemechanismus nutzen, der zu einer Bewegung führt, die immer genau entlang der Bildstapelaufnahmeachse verläuft, können die Bewegungen der verschiedenen Schiebemechanismen 225-227 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu Bestimmungen und/oder Kombinationen von Bewegungen entlang mehrerer Achsen führen. In verschiedenen beispielhaften Implementierungen wird jedoch am Ende der Gesamtbewegung von der Position I1 der Sichttaster 300 an der Position I2 positioniert, die entlang der ISA-Achse und/oder auf andere Weise mit der optischen Achse des Sichttasters 300 koaxial zu der ISA-Achse ist.
Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann es in einigen Implementierungen wünschenswert sein, dass eine Fokusposition von wenigstens einem Abschnitt der Werkstückoberfläche WPS1 ungefähr einer Fokusposition in der Mitte des Bereichs von Fokuspositionen des Bildstapels entspricht. Beispielsweise kann es in dem dargestellten Bildstapel von elf (11) Bildern mit entsprechenden Fokuspositionen F1 bis F11 wünschenswert sein, dass wenigstens ein Abschnitt der Werkstückoberfläche ungefähr an der axialen Fokusposition F6 fokussiert ist, wie entsprechend ungefähr bis zu einer Mitte des Bereichs des Bildstapels, wie nachstehend in Bezug auf die 6A und 6B ausführlicher beschrieben wird. Wie hierin beschrieben, kann es ebenso wünschenswert sein, dass wenigstens ein Teil der Werkstückoberfläche WPS1 (und/oder eine allgemeine oder durchschnittliche Winkelausrichtung der Werkstückoberfläche oder ein Abschnitt davon) ungefähr/nominal senkrecht zu der ISA-Achse ist, wie in den 4 und 5 gezeigt. Solche Merkmale wurden ebenso zuvor in Bezug auf die potentiellen Abtastbereiche (scan range - SR) in den 3A und 3B beschrieben und werden nachstehend in Bezug auf die Abtastbereiche SR1 und SR2 der 7B und 7C ausführlicher beschrieben. Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Offenbarung durch Ausrichten des Sichttasters 300 derart, dass die Bildstapelaufnahmeachse (ISAA) ungefähr senkrecht zu wenigstens einem Abschnitt der abgebildeten Werkstückoberfläche (WPS1) ist, kann der Bereich des Bildstapel relativ kürzer sein, während er dennoch den gesamten Bereich der Oberflächenpunkte der dreidimensionalen Werkstückmerkmale (d. h. entsprechend den dreidimensionalen Oberflächeneigenschaften und Abweichungen) mit einem hohen Grad an Genauigkeit abdeckt.
Die 6A und 6B stellen dar, wie ein Bildstapel, der durch den Sichttaster 300 gemäß der vorliegenden Offenbarung erhalten wird, genutzt werden kann, um eine ZP-Position eines Punktes auf einer Werkstückoberfläche entlang einer ZP-Achse zu bestimmen, die ungefähr/nominal senkrecht zu der Werkstückoberfläche sein kann. Wie hierin verwendet, kann „ZP-Achse“ einer Z-Achse eines Tasterkoordinatensystems und/oder einer optischen Achse des Sichttasters 300 entsprechen, die, wenn der Sichttaster 300 abgewinkelt oder gekippt ist, nicht mit der Z-Achse des MCS zusammenfallen kann. In verschiedenen Implementierungen wird der Bildstapel durch das CMM 100 erhalten, das in einem Punkte-aus-Fokus(PFF)-Modus (oder einem ähnlichen Modus) betrieben wird, um eine ZP-Höhe (ZP-Position) der Werkstückoberfläche entlang einer Achse ungefähr senkrecht zu der Werkstückoberfläche zu bestimmen. Der PFF-Bildstapel kann verarbeitet werden, um eine ZP-Höhenkoordinatenkarte (z. B. eine Punktwolke) zu bestimmen oder auszugeben, die einen Satz dreidimensionaler Oberflächenkoordinaten (z. B. entsprechend einer Oberflächenform oder eines Oberflächenprofils des Werkstücks) quantitativ anzeigt.
Insbesondere stellen die 6A und 6B Vorgänge bereit, die dem Bestimmen einer relativen ZP-Position entlang einer Richtung einer Bildstapelaufnahmeachse (z. B. parallel zu der ZP-Achse des Sichttasters 300 oder des Tasterkoordinatensystems (PCS)) für einen Punkt auf einer Oberfläche eines Werkstücks zugeordnet ist. In einer Konfiguration, in der die Bildstapelaufnahmeachse ISAA parallel zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems ist, wurde die relative Position in bestimmten Systemen des Standes der Technik als einer Z-Höhe des Oberflächenpunkts entsprechend bezeichnet, obwohl allgemeiner die Bildstapelaufnahmeachse ISAA in einer beliebigen Richtung ausgerichtet sein kann, wie hierin offenbart.
Wie in den 6A und 6B gezeigt, kann sich eine Fokusposition durch einen Bereich von Positionen Zp(i) entlang einer Richtung einer Bildstapelaufnahmeachse ISAA bewegen, die der Fokussierungsachse an jeder Bildaufnahmeposition entsprechen kann. Die Sichttaster 300 kann an jeder Position Zp(i) ein Bild(i) aufnehmen. Für jedes aufgenommene Bild(i) kann eine Fokusmetrik fm(k,i) basierend auf einer Region oder Unterregion von Interesse (region of interest - ROI) ROI(k) (z. B. einem Satz von Pixeln) in dem Bild (z. B. mit dem entsprechenden Oberflächenpunkt in der Mitte der Region oder der Teilregion von Interesse ROI(k)) berechnet werden. Die Fokusmetrik fm(k,i) bezieht sich auf die entsprechende Position Zp(i) des Sichttasters 300 und die entsprechende Fokusposition entlang der Richtung der Bildstapelaufnahmeachse ISAA zu dem Zeitpunkt, an dem das Bild(i) aufgenommen wurde. Dies führt zu Fokuskurvendaten (z. B. einem Satz der Fokusmetriken fm(k,i) an den Positionen Zp(i), die eine Art von Fokuspeakbestimmungsdatensatz sind), die einfach als „Fokuskurve“ oder „Autofokuskurve“ bezeichnet werden können. In einer Ausführungsform können die Fokusmetrikwerte eine Berechnung des Kontrasts oder der Schärfe der Region von Interesse in dem Bild einschließen.
Die ZP-Position (z. B. Z_pk601 in 6A), die dem Peak der Fokuskurve entspricht, die der besten Fokusposition entlang der Bildstapelaufnahmeachse entspricht, ist die ZP-Position für die Region von Interesse, die zum Bestimmen der Fokuskurve verwendet wird. Es versteht sich, dass, während der Bildstapel zum Zwecke der Veranschaulichung so gezeigt ist, dass er elf Bilder beinhaltet (Bild(1)-Bild(11)), in einer tatsächlichen Ausführungsform eine kleinere oder größere Anzahl von Bildern (z. B. 100 oder mehr) genutzt werden kann.
Wie durch die für die Bilder(1)-(11) erzeugte Fokuskurve anzeigt, scheint das Bild(6) in dem dargestellten Beispiel nahe an dem oder an dem besten Fokus zu sein (z. B. ein Merkmal in der Mitte der ROI(1) nicht gezeigt würde in Bild(6) am stärksten fokussiert zu sein scheinen, verglichen mit anderen Bildern, in denen die Werkstückoberfläche für Bilder, die weiter von Bild(6) entfernt sind, zunehmend unschärfer zu sein scheint und kann immer mehr verschwommen erscheinen). Wenn ein Fokusmetrikwert auf dem Kontrast basiert, wie vorstehend erwähnt, beinhaltet ein Verfahren das Vergleichen eines zentralen Pixels einer ROI mit seinen benachbarten Pixeln in der ROI hinsichtlich Farbe/Helligkeit usw. Durch das Finden des Bildes mit dem höchsten Gesamtkontrast, der einer Fokusposition entspricht, zu der das Bild aufgenommen wurde, kann eine Anzeige/Messung der relativen ZP-Position eines Oberflächenpunkts (z. B. in der Mitte der ROI) entlang der optischen Achse OA und der Bildstapelaufnahmeachse ISAA erhalten werden.
In 6B, wie vorstehend beschrieben, wird angenommen, dass eine zentrale Region von Interesse ROI(1) bei Bild(6) ungefähr fokussiert ist, was der Position Zp(6) entlang der optischen Achse des Sichttasters 300 entspricht. Die optische Achse entspricht der Zp-Achse in dem Tasterkoordinatensystem (PCS) und kann ebenso koaxial zu der Bildstapelaufnahmeachse ISAA sein, wenn der Sichttaster 300 zum Aufnehmen jedes Bildes genutzt wird. Auf diese Weise kann bestimmt werden, dass der Oberflächenpunkt auf der Werkstückoberfläche, der der Mitte der ROI(1) entspricht, an der relativen Position Zp(6) liegt, wie ungefähr der Fokusposition des Bildes(6) in dem Bildstapel entsprechend. Es versteht sich, dass die bestimmte Spitzenfokusposition in einigen Fällen zwischen zwei Bildern in dem Bildstapel fallen kann, für die die Fokuspeakposition durch Interpolation oder andere Techniken gemäß der Anpassung der Fokuskurve an die Fokusmetrikwerte, die für die Bilder Werte bestimmt wurden, bestimmt werden kann.
In einigen Implementierungen kann es wünschenswert sein, dass die Bilder des Bildstapels innerhalb des Bildstapels ungefähr gleichmäßig verteilt sind, was zum Sicherstellen einer gleichmäßigen Verteilung der Datenpunkte entlang der Fokuskurve und/oder zum Vereinfachen bestimmter Berechnungen (z. B. Interpolation usw.) oder auf andere Weise zum Unterstützen/Verbessern bestimmter algorithmischer Vorgänge beitragen kann. In einigen Fällen können Fokuskurven jedoch ebenso relativ genau aus Bildstapeln bestimmt werden, wenn die Bilder nicht alle gleichmäßig verteilt sind (z. B. wie dies daraus resultieren kann, dass die Schiebemechanismen 225-227 der X-, der Y- und der Z-Achse bestimmte Parameter/Einschränkungen in Bezug auf die relativen Bewegungen aufweisen, wie etwa wie klein die Schritte sein können, in denen die Bewegungen genau ausgeführt werden können usw.).
Wenn ein gleichmäßiger Abstand aller Bilder in einem Bildstapel gewünscht wird, kann es in einigen Implementierungen wünschenswert sein, bestimmte Ausrichtungen des Sichttasters 300 zu nutzen, für die die Bewegungen zum Aufnehmen des Bildstapels durch die Einschränkungen/Eigenschaften der speziellen CMM-Schiebemechanismen 225-227 der X-, der Y- und der Z-Achse unterstützt werden können. Wenn beispielsweise die Schiebemechanismen 225-227 der X-, der Y- und der Z-Achse jeweils ein minimales Bewegungsinkrement aufweisen (z. B. 1 µm) und wenn ein Winkel von 45 Grad für die ISA-Achse genutzt werden soll, könnten in jeweils einer Beispielimplementierung jeder der zu bewegenden Schiebemechanismen 225-227 der X-, der Y- und der Z-Achse für jede Bildaufnahmeposition in demselben inkrementellen Betrag (z. B. 1 µm) derart bewegt werden, dass der Abstand zwischen jedem der Bilder in dem Bildstapel derselbe wäre. In Übereinstimmung mit ähnlichen Prinzipien könnte jeder der Schiebemechanismen 225-227 der X-, der Y- und der Z-Achse für jede Bildaufnahmeposition in unterschiedlichen Beträgen bewegt werden, wobei jedoch der X-Bewegungsbetrag/Delta für die Bewegung zwischen jeder Bildaufnahmeposition derselbe sein könnte, der Y-Bewegungsbetrag/Delta für die Bewegung zwischen jeder Bildaufnahmeposition derselbe sein könnte, und der Z-Bewegungsbetrag/Delta für die Bewegung zwischen jeder Bildaufnahmeposition derselbe sein könnte. In Übereinstimmung mit solchen Bewegungen entsprechen und/oder definieren die Bildaufnahmepositionen der Bildstapelaufnahmeachse ISAA, für die die Tasterausrichtung derart vorgenommen werden kann, dass die optische Achse OA des Sichttasters 300 ungefähr/nominell koaxial zu der Bildstapelaufnahmeachse ISAA an jeder der Bildaufnahmepositionen sein kann.
In Übereinstimmung mit ähnlichen Prinzipien, wenn es minimale Inkremente für die Anpassungen der Winkelausrichtung des Sichttasters 300 gibt (z. B. in Übereinstimmung mit minimal erreichbaren Inkrementen/Anpassungen der Bewegung der Drehmechanismen 214 zum Anpassen der Winkelausrichtung des Sichttasters 300), können die Bewegungen die Schiebemechanismen 225-227 der X-, der Y- und der Z-Achse ebenso derart vorgenommen werden, dass die ISAA solchen Winkelausrichtungen entspricht. In einigen Implementierungen können für das Gesamtsystem wünschenswerte Ausrichtungen des Sichttasters 300, die die optische Achse OA des Sichttasters 300 am besten/genauesten an der Bildstapelaufnahmeachse ISAA ausrichten, wenigstens teilweise basierend auf den minimalen Inkrementen der Bewegung des Drehmechanismus / der Drehmechanismen 214 und/oder der Schiebemechanismen 225-227 der X-, der Y- und der Z-Achse gefunden werden. Insbesondere können solche wünschenswerten Ausrichtungen des Sichttasters 300 zum Aufnehmen von Bildstapeln in Übereinstimmung mit den Bewegungs-/Anpassfähigkeiten des CMM 100 zum Anpassen der Position/Winkelausrichtung des Sichttasters 300 gefunden werden. In einer spezifischen beispielhaften Implementierung kann ein 45-Grad-Winkel (oder ein trigonometrisch ähnlicher Winkel wie ein 135-, 225- oder 315-Grad-Winkel) für die Ausrichtung des Sichttasters 300 (z. B. relativ zu einer horizontalen oder vertikalen Ebene, wie einder XY-, der XZ- und/oder der YZ-Ebene des MCS) in einigen Fällen gemäß den vorstehend beschriebenen Prinzipien/Beispielen genutzt werden.
In weiterer Betrachtung von 6B ist eine Region von Interesse ROI(2) als diagonal relativ zu der Region von Interesse ROI(1) positioniert dargestellt. Wenn beispielsweise der ROI(2) der Region von Interesse an keinem Punkt innerhalb der 11 Bilder des Beispielbildstapels 650 fokussiert ist, müssen, um eine Fokusposition eines Oberflächenpunkts zu finden, der der ROI(2) entspricht, Bilder möglicherweise ausgewertet und/oder der Bereich des Bildstapels möglicherweise erweitert werden (z. B. um einen Bildstapel mit einer größeren Anzahl von Bildern und einem größeren entsprechenden Bereich von Fokuspositionen aufzunehmen). In einigen Implementierungen können häufig Bildstapel mit 100 oder mehr Bildern erfasst/genutzt werden. Beispielsweise kann in Bezug auf 7A der Oberflächenpunkt, der in der Mitte der ROI(1) zentriert ist, an dem Boden des zylindrischen Lochs liegen, das das Werkstückmerkmal (workpiece feature - WPF) WPF1 ist, während der Oberflächenpunkt, der der ROI(2) entspricht, sich an dem oberen Rand des zylindrischen Lochs befinden kann, für das ein größerer Bildstapelbereich mit zusätzlichen Bildern benötigt/genutzt werden kann (z. B. zum Abdecken aller Oberflächenpunkte des Werkstückmerkmals WPF1 der Werkstückoberfläche WPS1).
7A zeigt ein Beispielwerkstück WP1 mit verschiedenen Werkstückoberflächen WPS1, WPS2, WPS3 und Werkstückmerkmalen WPF1 (das ein in der Werkstückoberfläche WPS1 definiertes Loch ist), WPF2/WPF3C (die bestimmte geometrische Eigenschaften sind, die an einer Kantenschnittstelle zwischen den Werkstückoberflächen WPS2 und WPS3 definiert sind) und WPF3A und WPF3B (beide in der Werkstückoberfläche WPS3 definierte Löcher). Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3B beschrieben, muss eine Werkstückoberfläche oder ein zu messendes Werkstückmerkmal innerhalb des Bildstapelbereichs SR-3B angeordnet sein, um ein dreidimensionales Oberflächenprofil der Werkstückoberfläche oder des Werkstückmerkmals zu bestimmen. Wie in 7A gezeigt, beinhalten verschiedene Werkstückmerkmale Oberflächen, die höher oder niedriger als eine allgemeine oder durchschnittliche Ebene der Werkstückoberfläche sein können, auf der die Werkstückmerkmale definiert sind. Daher kann in verschiedenen Implementierungen die Abbildung eines Werkstückmerkmals die Verwendung eines Bildstapelbereichs (oder eines Abtastbereichs SR) erfordern, der ausreichend groß ist, um alle Oberflächen/Oberflächenpunkte des Werkstückmerkmals in unterschiedlichen ZP-Höhen abzudecken.
7B ist ein schematisches Schaubild, das ein distales Ende des Sichttasters 300 zeigt, dessen optische Achse OA und Bildstapelaufnahmeachse ISAA im Allgemeinen in einer vertikalen Ausrichtung relativ zu einer Oberfläche ausgerichtet sind, auf der das Werkstück WP1, das die abgewinkelte Werkstückoberfläche WPS1 einschließlich des Werkstücksmerkmals WPF1 aufweist, platziert wird (d. h. parallel zu der Z-Achse des MCS). 7C ist ein schematisches Schaubild des distalen Endes des Sichttasters 300, dessen optische Achse OA und Bildstapelaufnahmeachse ISAA in einem Winkel derart ausgerichtet sind, dass sie ungefähr/nominal senkrecht zu der abgewinkelten Werkstückoberfläche WPS1 des Werkstücks WP1 sind.
Im Allgemeinen können die 7B und 7C so verstanden werden, dass sie einen gewünschten Abtastbereich (von 7C beispielsweise im Vergleich zu 7B) zum Abdecken der dreidimensionalen Oberflächentopographie der Werkstückoberfläche WPS1 in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Sichttasters 300 relativ zu der zu messenden Werkstückoberfläche WPS1 darstellen. Beispielsweise ist der Abtastbereich SR1 mit der Ausrichtung von 7B signifikant größer, um die dreidimensionale Oberflächentopographie der Werkstückoberfläche WPS1 (z. B. einschließlich des Werkstückmerkmals WPF1) im Vergleich zu dem Abtastbereich SR2 mit der Ausrichtung von 7C abdecken zu können. Somit kann das Anpassen des Winkels / der Ausrichtung des Sichttasters 300 wie in 7C, sodass die optische Achse OA ungefähr senkrecht zu der Werkstückoberfläche WPS1 und/oder zu dem Werkstückmerkmal WPF1 ist, technisch vorteilhaft sein, um den erforderlichen Abtastbereich zu reduzieren, was wiederum die Abtastzeit verkürzen und/oder die Anzahl der zum Ausbilden eines Bildstapels erforderlichen Bilder reduzieren kann (z. B. mit einer gewünschten Bilddichte).
Wie in 7B dargestellt, ist zusätzlich zu dem Abtastbereich SR1 für einen Bildstapel, der signifikant größer als der Abtastbereich SR2 von 7C ist, ist die Ausrichtung des Sichttasters 300 in einem relativ scharfen Winkel relativ zu der Werkstückoberfläche WPS1, was die Abbildungsqualität reduzieren oder die Abbildung bestimmter Abschnitte/Aspekte des Werkstückmerkmals WPF1 verhindern kann. Beispielsweise kann der scharfe Winkel die Qualität der Abbildung reduzieren, da weniger Bildmaterial zu dem Sichttaster 300 usw. zurückreflektiert wird. Als ein weiteres Beispiel ist in 7B die obere Ecke an dem Oberflächenpunkt SP3 des Bodens des zylindrischen Loch des Werkstückmerkmals WPF1 derart dargestellt, dass es von dem Sichttaster 300 nicht sichtbar ist (d. h. die Oberkante des zylindrischen Lochs blockiert die Sicht der Ecke an dem Oberflächenpunkt SP3 des zylindrischen Lochs in der dargestellten Ausrichtung). Im Gegensatz dazu kann in 7C der Sichttaster 300 durch Ausrichten des Sichttasters 300 derart, dass er ungefähr senkrecht zu wenigstens einem Abschnitt der Werkstückoberfläche WPS1 und/oder des Werkstückmerkmals WPF1 ausgerichtet ist, einen besseren Winkel zum Abbilden verschiedener Werkstückmerkmale (z. B., WPF1) auf der Werkstückoberfläche WPS1 aufweisen (z. B. mit einem besseren Winkel für reflektiertes Abbildungslicht, das in der Lage ist, die Ecke an dem Oberflächenpunkt SP3 zu sehen usw.). Der Sichttaster 300 in der Ausrichtung von 7C kann somit in bestimmten Implementierungen in der Lage sein, ein genaueres dreidimensionales Oberflächenprofil der Werkstückoberfläche WPS1 bereitzustellen, zusätzlich zum Aufweisen des kleineren Abtastbereichs SR2 im Vergleich zu dem Abtastbereich SR1 von 7B.
In verschiedenen Implementierungen kann es ebenso wünschenswert sein, unterschiedliche Abtastungen (einschließlich des Aufnehmens unterschiedlicher Bildstapel) mit dem Sichttaster 300 in unterschiedlichen Ausrichtungen durchzuführen. Beispielsweise wird festgestellt, dass das Werkstück WP1 die Werkstückoberflächen WPS1, WPS2 und WPS3 beinhaltet. In einer Implementierung kann der Sichttaster 300 wie in 7B dargestellt positioniert sein (z. B. mit einer Neigung von 0 Grad relativ zu der vertikalen Ausrichtung), um einen Bildstapel zum Abtasten der Werkstückoberfläche WPS2 aufzunehmen, und dann wie in 7C dargestellt zum Aufnehmen eines Bildstapels zum Abtasten der Werkstückoberfläche WPS1 ausgerichtet werden (z. B. mit einer Neigung von 45 Grad relativ zu der Vertikalen) und dann zum Aufnehmen eines Bildstapels zum Abtasten der Werkstückoberfläche WPS3 ausgerichtet werden (z. B. mit einer Neigung von 90 Grad relativ zu der Vertikalen).
In einigen Implementierungen können die Abtastungen/Bildstapel derart gestaltet sein, dass sie alle oder Teile mehrerer Werkstückoberflächen beinhalten. Beispielsweise könnten die Bilder (und das Sichtfeld) für das Abtasten der Werkstückoberfläche WPS2 bei einer Neigung von 0 Grad ebenso die gesamte oder einen Teil der Werkstückoberfläche WPS1 (und/oder der Werkstückoberfläche WPS3) beinhalten. Solche Prozesse, bei denen mehrere Bildstapel wenigstens einige gemeinsame Oberflächenpunkte beinhalten können, wie sie aus verschiedenen Ausrichtungen abgetastet/abgebildet werden, können dazu beitragen, die 3D-Positionen jedes der Oberflächenpunkte weiter zu verifizieren und/oder eine genaue Ausrichtung/Wiederzusammenstellung der verschiedenen 3D-Daten zu ermöglichen, die verschiedenen Werkstückoberflächen entsprechen, um eine vollständige oder teilweise 3D-Darstellung des Werkstücks WP1 auszubilden. Beispielsweise können in verschiedenen Implementierungen die 3D-Profile der verschiedenen Oberflächen „zusammengenäht“ oder auf andere Weise kombiniert werden, um die vollständige oder teilweise 3D-Darstellung des Werkstücks WP1 auszubilden. Darüber hinaus können einige Werkstückmerkmale (z. B. WPF2/WPF3C) bestimmte Abmessungen/Aspekte aufweisen, die in Abtastungen mehrerer Oberflächen (z. B. WPS2 und WPS3) beinhaltet sein können, und die Abtastungen jeder Oberfläche können zum Bestimmen der Gesamteigenschaften/Abmessungen/3D-Profil der Werkstückmerkmale WPF2/WPF3C genutzt/kombiniert werden. Solche möglichen Vorgänge und Prozesse stellen einen weiteren Vorteil der vorliegenden Offenbarung dar, insofern, dass bestimmte Systeme des Standes der Technik typischerweise nur die Aufnahme von Bildstapeln aus einer einzigen Ausrichtung (z. B. entlang der Z-Achse des MCS) ermöglichten, während die vorliegende Offenbarung es einem CMM-System ermöglicht, einen Sichttaster zu nutzen, um mehrere Bildstapel aus mehreren Ausrichtungen zum Analysieren/Messen/Bestimmen von 3D-Profilen für mehrere Werkstückoberflächen und/oder Merkmale aufzunehmen, die sich in unterschiedlichen Ausrichtungen befinden können. Solche 3D-Daten für die verschiedenen Oberflächen/Merkmale eines Werkstücks können dann kombiniert oder auf andere Weise genutzt werden, um ein vollständiges 3D-Profil des gesamten oder eines Teils des Werkstücks und/oder bestimmter Werkstückmerkmale zu bestimmen.
Bei der Analyse des PFF-Typs, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 6A und 6B beschrieben, entspricht jede Fokuskurve (wie in 6A gezeigt) einem einzelnen Punkt auf der Werkstückoberfläche. Das heißt, die Spitze jeder Fokuskurve gibt die Zp-Position des einzelnen Punktes entlang der Richtung der optischen Achse OA des Sichttasters 300 an. In verschiedenen Implementierungen wiederholt die Analyse des PFF-Typs diesen Prozess für mehrere Oberflächenpunkte (z. B. jeweils mit einer entsprechenden Region von Interesse) über die Werkstückoberfläche derart, dass ein Gesamtprofil der Werkstückoberfläche bestimmt werden kann. Im Allgemeinen kann der Prozess für die mehreren Oberflächenpunkte durchgeführt werden, die sich innerhalb eines Sichtfelds befinden (d. h. wie in den Bildern des Bildstapels aufgenommen), wobei für jedes Bild des Bildstapels eine bestimmte ROI(i) einem bestimmten Punkt auf der Werkstückoberfläche entspricht (mit dem Punkt vorzugsweise in der Mitte der ROI). Zusätzlich wird auf 7B als ein darstellendes Beispiel Bezug genommen, wenn die ROI(1) einem Oberflächenpunkt an der Kante des Bodens des zylindrischen Lochs des Werkstückmerkmals WPF1 entspricht (z. B. neben dem Oberflächenpunkt SP3) und wenn die ROI(2) einem Oberflächenpunkt auf der Werkstückoberfläche WPS1 entspricht (z. B. an dem Oberflächenpunkt SP2), der sich nicht in dem zylindrischen Loch befindet, wobei die Fokuskurven, die den zwei darstellenden Oberflächenpunkten entsprechen, unterschiedlich sind und unterschiedliche Fokuspeaks aufweisen. Beispielsweise würde eine Fokuskurve wie die von 6A für den Oberflächenpunkt SP2 verschoben, wobei sich der Peak an einer anderen Stelle befindet (z. B. um eine Fokusposition näher an dem Sichttaster 300 und damit höher in dem Abschnitt des Bildstapels anzuzeigen, der in 6B dargestellt ist, oder sogar höher in einem Abschnitt des Bildstapels, der nicht in 6B dargestellt ist, wie in einer Implementierung, in der der Bildstapel zusätzliche Bilder über die 11 Bilder hinaus aufweist, die dargestellt sind.)
Für das insgesamt verfügbare Bewegungsvolumen für das CMM 100 mit den Schiebemechanismen 225-227 der X-, der Y- und der Z-Achse, wenn die Bewegung nur entlang der Z-Achse erfolgt (d. h. nur mit dem Schiebemechanismus der Z-Achse 227) zum Anpassen des Fokus des Sichttasters 300 (z. B. ähnlich den Techniken, die in bestimmten Systemen zum maschinellen Sehen zum Aufnehmen von Bildstapeln verwendet wurden), würde der Gesamtbewegungsbereich des potenziellen Bildstapelaufnahmeprozesses auf den maximalen Bewegungsbereich des Schiebemechanismus 227 der Z-Achse begrenzt. Im Gegensatz dazu kann gemäß den Techniken der vorliegenden Offenbarung der Sichttaster 300 über die Diagonale des insgesamt verfügbaren Bewegungsvolumens des CMM 100 bewegt werden, um einen Bildstapel aufzunehmen, der im Allgemeinen einen längeren potentiellen Abtastbereich und mehr Flexibilität bei der Aufnahme von Bildstapeln zum Abtasten verschiedener Werkstückoberflächen aus verschiedenen Winkeln bereitstellen kann.
Wie zuvor beschrieben, kann es in einigen Implementierungen zusätzlich zum Nutzen des Sichttasters 300 zum Erhalten eines Bildstapels zum Bestimmen eines dreidimensionalen Oberflächenprofils in einigen Fällen ebenso nützlich sein, den taktilen Messtaster 390 (d. h. einen Taster mit einer Tasterspitze, die das Werkstück zum Bestimmen von Messungen physikalisch berührt, wie einen Berührungstaster oder einer Abtasttaster, bei dem die Tasterspitze in Berührung positioniert und entlang geschoben wird, um über die Oberfläche des Werkstücks „abzutasten“) in Kombination mit dem Sichttaster 300 zu nutzen. Beispielsweise kann nach der Nutzung des Sichttasters 300 der Sichttaster 300 von dem CMM 100 gelöst werden, und der taktile Messtaster 390 kann an dem CMM 100 angebracht und zum Verifizieren der Position bestimmter Oberflächenpunkte und/oder zum Messen bestimmter Oberflächenpunkte verwendet werden, wie solcher, die von dem Sichttaster 300 möglicherweise nicht gut abgebildet wurden. Beispielsweise kann es bei der Implementierung von 7C schwierig sein, die genaue Position des Oberflächenpunkts SP3 aus einem von dem Sichttaster 300 aufgenommenen Bildstapel zu bestimmen, da sich der Oberflächenpunkt SP3 in der dargestellten Ausrichtung direkt unter dem Oberflächenpunkt SP2 entlang der optischen Achse OA des Sichttasters 300 befindet. In einem solchen Fall kann der taktile Messtaster 390 genutzt werden, um die Position bestimmter Oberflächenpunkte zu verifizieren (z. B. entlang der Kanten und/oder an den unteren Ecken des Werkstückmerkmals WPF1 mit zylindrischem Loch wie Oberflächenpunkte SP3 und SP4 usw.).
Wie zuvor erwähnt, kann es in einigen Implementierungen wünschenswert sein, dass die optische Achse des Sichttasters 300 ungefähr senkrecht zu einer Werkstückoberfläche ist, die abgetastet wird (d. h. für die ein Bildstapel aufgenommen wird). Es ist anzumerken, dass die optische Achse des Sichttasters 300 senkrecht zu nur einem Abschnitt der Werkstückoberfläche sein kann oder in einigen Fällen tatsächlich nicht senkrecht zu einem bestimmten Abschnitt der Werkstückoberfläche sein kann, sondern stattdessen nur senkrecht zu der allgemeinen vollständigen oder durchschnittlichen usw. Ausrichtung der Werkstückoberfläche. Wenn beispielsweise die Werkstückoberfläche besonders uneben ist und/oder zahlreiche Werkstückmerkmale beinhaltet, die eine komplizierte oder auf andere Weise ungleichmäßige dreidimensionale Profil-/Oberflächentopographie ausbilden, ist die optische Achse/Bildstapelaufnahmeachse (OA/ISAA) möglicherweise nicht genau senkrecht zu ein bestimmtem Abschnitt der Werkstückoberfläche, kann jedoch ungefähr/nominell senkrecht zu einer vollständigen, durchschnittlichen und/oder allgemeinen usw. Ausrichtung oder einem Hauptwinkel der Werkstückoberfläche sein.
Unter Bezugnahme auf die 7A-7C werden weitere Implementierungsbeispiele des CMM 100 beschrieben, um Bildstapel zu erhalten und diese zu verwenden, um eine „Tiefenkarte“ und/oder die „Oberflächentopographie“ der Werkstückoberfläche zu bestimmen. In einigen Fällen kann beschrieben werden, dass sich die gesamte Werkstückoberfläche in einem „Hauptwinkel“ befindet, der dem in Bezug auf 3B beschriebenen Werkstückwinkel A-W entspricht, der ein Winkel ist, der zwischen der Werkstückoberfläche und einer horizontalen Ebene ausgebildet ist, auf dem das Werkstück sitzt. Wie zuvor beschrieben, kann es in einigen Implementierungen vorteilhaft oder auf andere Weise wünschenswert sein, die Bildstapelaufnahmeachse ISAA im Allgemeinen senkrecht zu der Werkstückoberfläche in dem Hauptwinkel (A-W) ist. Selbst wenn die Bildstapelaufnahmeachse ISAA nicht perfekt senkrecht zu der allgemeinen Ausrichtung der Werkstückoberfläche ist, kann dies teilweise durch das Verarbeiten der Bilddaten in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung (z. B. einschließlich der Art und Weise, wie der Benutzer es wünscht, dass die Bilddaten präsentiert werden, usw.). Insbesondere, wenn der Bildstapel zum Bestimmen der Tiefenkarte und/oder der Oberflächentopographie der Werkstückoberfläche genutzt wird, wenn bestimmt wird, dass eine Normalen zu der Werkstückoberfläche in dem Hauptwinkel (A-W) nicht perfekt an der ISA-Achse ausgerichtet ist und stattdessen einen Winkel mit der ISA-Achse ausbildet (d. h. die Werkstückoberfläche ist nicht perfekt senkrecht zu der ISA-Achse), kann ein solcher Winkelversatz als Teil des Verarbeitens der Bilddaten abgezogen oder auf andere Weise derart kompensiert werden, dass die Tiefenkarte oder die Oberflächentopographie der Werkstückoberfläche im Allgemeinen über eine ebene Ebene der Werkstückoberfläche bestimmt/präsentiert werden kann (z. B. wie es für bestimmte Präsentationen und/oder Analysen wünschenswert sein kann usw.). In einigen Implementierungen kann es bevorzugt sein, wenn ein Benutzer oder ein System eine Werkstückoberfläche visuell oder auf andere Weise auf Fehler bewertet, eine allgemeine Darstellung der Werkstückoberfläche aufzuweisen, für die die Fehler leichter als Höhenabweichungen von der ansonsten ebenen Werkstückoberfläche erkennbar/bestimmt sein können (z. B. in Übereinstimmung mit den Defekten und/oder anderen Abweichungen mit Koordinaten über oder unter denen der allgemeinen ebenen Oberfläche).
In verschiedenen beispielhaften Implementierungen des CMM 100 kann anfänglich ein Hauptwinkel (A-W) der zu messenden Werkstückoberfläche bestimmt werden, um zu wissen, in welchem Winkel der Sichttaster 300 zum Abbilden der Werkstückoberfläche auszurichten ist. In verschiedenen beispielhaften Implementierungen können die Abmessungen und Eigenschaften der zu messenden Werkstücke einschließlich ihrer Hauptwinkel bekannt sein, für die das CMM 100 genutzt werden kann, um die Präzisionsmessung und/oder Inspektion durchzuführen. Sobald der Hauptwinkel bekannt oder bestimmt ist, kann eine gewünschte Winkelausrichtung des Sichttasters 300 bestimmt werden (z. B. um im Allgemeinen senkrecht zu wenigstens einem Abschnitt der Werkstückoberfläche zu sein). Wie vorstehend beschrieben, kann durch das Ausrichten des Sichttasters 300 relativ zu der Werkstückoberfläche auf diese Weise der erforderliche Bereich für einen Bildstapel relativ kleiner/kürzer gemacht werden, wodurch der Bildstapel schneller aufgenommen werden kann und/oder dieselbe Anzahl von Bildern in einem dichteren Bildstapel (d. h. mit kleineren entsprechenden Fokuspositionsabständen zwischen den Bildern), im Vergleich zu einem Bildstapel mit einer identischen Anzahl von Bildern, die weiter voneinander entfernt sind (d. h. mit größeren Fokuspositionsabständen zwischen den Bildern) nach Bedarf aufgenommen werden kann, um einen größeren Abtastbereich abzudecken.
In Bezug auf die 7B und 7C können Programmbefehle, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren des CMM 100 ausgeführt werden, bewirken, dass der eine oder die mehreren Prozessoren einen ersten Bildstapel wie in 7C aufnehmen und einen zweiten Bildstapel wie in 7B aufnehmen. In 7C kann die Werkstückoberfläche WPS1 als eine erste Werkstückoberfläche bezeichnet werden, und die Ausrichtung des Sichttasters 300, die eine erste Ausrichtung ist, kann verwendet werden, um den ersten Bildstapel der ersten Werkstückoberfläche des Werkstücks WP1 aufzunehmen. In 7B kann die Werkstückoberfläche WPS2 als eine zweite Werkstückoberfläche bezeichnet werden, die in einem anderen Winkel als die erste Werkstückoberfläche WPS1 ausgerichtet ist, und die Ausrichtung des Sichttasters 300, die eine zweite Ausrichtung ist, die sich von der ersten Ausrichtung unterscheidet, kann verwendet werden, um den zweiten Bildstapel der zweiten Werkstückoberfläche des Werkstücks WP1 aufzunehmen. In der in 7B dargestellten Ausrichtung kann der zweite Bildstapel ein Sichtfeld aufweisen, das hauptsächlich die Werkstückoberfläche WPS2 (die zweite Werkstückoberfläche) beinhaltet, jedoch ebenso die gesamte oder einen Teil der Werkstückoberfläche WPS1 (die erste Werkstückoberfläche) beinhalten kann. Auf ähnliche Weise kann in der in 7C dargestellten Ausrichtung der erste Bildstapel ein Sichtfeld aufweisen, das hauptsächlich die Werkstückoberfläche WPS1 (die erste Werkstückoberfläche) beinhaltet, jedoch ebenso die gesamte oder einen Teil der Werkstückoberfläche WPS2 (die zweite Werkstückoberfläche) beinhalten kann.
In verschiedenen Implementierungen können zusätzlich zu Fokuskurvendaten, die wenigstens teilweise basierend auf einer Analyse des ersten Bildstapels bestimmt werden können (z. B. in Bezug auf 7C), zusätzliche Fokuskurvendaten wenigstens teilweise basierend auf einer Analyse des zweiten Bildstapels bestimmt werden (z. B. in Bezug auf 7B), wobei die zusätzlichen Fokuskurvendaten dreidimensionale Positionen mehrerer Oberflächenpunkten auf der zweiten Werkstückoberfläche (z. B. Werkstückoberfläche WPS2) des Werkstücks anzeigen. In verschiedenen Implementierungen kann das System eine dreidimensionale Darstellung von wenigstens einem Abschnitt der ersten Werkstückoberfläche WPS1 basierend auf den Fokuskurvendaten bestimmen und/oder anzeigen, die basierend auf der Analyse des ersten Bildstapels, jedoch nicht auf Analyse des zweiten Bildstapels bestimmt werden. Auf ähnliche Weise kann das System eine dreidimensionale Darstellung von wenigstens einem Abschnitt der zweiten Werkstückoberfläche WPS2 basierend auf den Fokuskurvendaten bestimmen und/oder anzeigen, die basierend auf der Analyse des zweiten Bildstapels, jedoch nicht auf Analyse des ersten Bildstapels bestimmt werden.
Beispielsweise können in einigen Implementierungen, in denen der erste und der zweite Bildstapel jeweils Abschnitte oder alle der beiden Werkstückoberflächen WPS1 und WPS2 beinhalten können, Fokuskurvendaten, die für die erste Werkstückoberfläche WPS1 basierend auf der Analyse des ersten Bildstapels bestimmt werden (für die die erste Bildstapelaufnahmeachse ISAA1 ungefähr senkrecht zu wenigstens einem Abschnitt der ersten Werkstückoberfläche WPS1 sein kann) als genauer und/oder mit höherer Qualität/Sicherheit betrachtet und oder bestimmt werden können als Fokuskurvendaten, die für die erste Werkstückoberfläche WPS1 basierend auf der Analyse des zweiten Bildstapels bestimmt werden (für die die zweite Bildstapelaufnahmeachse ISAA2 nicht ungefähr senkrecht zu wenigstens einem Abschnitt der ersten Werkstückoberfläche WPS1 ist und insbesondere weiter von senkrecht entfernt ist als die erste Bildstapelaufnahmeachse ISAA1).
Wie ausführlicher in dem U.S.-Patent Nr. 8,581,162 beschrieben, auf das hiermit in seiner Gesamtheit Bezug genommen wird, kann eine bestimmte Metadatenanalyse der Fokuspeaksicherheit und/oder der Z-Höhenqualität die Zuverlässigkeit und/oder Qualität bestimmter dreidimensionaler Daten anzeigen, die bestimmt werden (z. B. in Bezug auf eine Region von Interesse in einem Bildstapel). Während das '162-Patent eine solche Analyse in Bezug auf die Qualität/Zuverlässigkeit der Bestimmung von Koordinaten für benachbarte Werkstückoberflächenpunkte in einem einzelnen Bildstapel durchführt (d. h. wie nur entlang einer Z-Achsenrichtung eines Gerätekoordinatensystems aufgenommen), können in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung bestimmte ähnliche Prinzipien auf Überlegungen zu der Qualität/Zuverlässigkeit der Bestimmung von Koordinaten der Werkstückoberflächenpunkte in einem Bildstapel gegenüber einem anderen Bildstapel angewendet werden (z. B. wie in verschiedenen Winkeln aufgenommen). Beispielsweise können in einigen Implementierungen Fokuskurvendaten, die für einen Bildstapel bestimmt werden, der mit einer Bildstapelaufnahmeachse ISAA aufgenommen wurde, die ungefähr senkrecht zu einem Abschnitt einer Werkstückoberfläche ist, relativ genauer sein, um Koordinaten von Werkstückoberflächenpunkten auf diesem Abschnitt der Werkstückoberfläche zu bestimmen als ein Bildstapel mit einer Bildstapelaufnahmeachse, die weniger senkrecht ist. In bestimmten Implementierungen, wie vorstehend beschrieben, kann die größere Genauigkeit wenigstens teilweise aus der senkrechteren Ausrichtung des Sichttasters / der optischen Achse relativ zu der Werkstückoberfläche resultieren, wodurch bewirkt wird, dass ein größerer Teil des Abbildungslichts zurück zu dem Sichttaster 300 reflektiert wird (z. B. was zu höheren Fokuspeaks und einer höheren entsprechenden Zuverlässigkeit und/oder Qualität der dreidimensionalen Daten führen kann). In bestimmten Implementierungen kann die relative Genauigkeit ebenso teilweise darauf zurückzuführen sein, dass mehr der benachbarten Werkstückoberflächenpunkte/-pixel gleichzeitig in einem gegebenen Bild des Bildstapels in der senkrechteren Ausrichtung fokussiert sind, wodurch höhere Fokusmetrikwerte bestimmt werden können (z. B. basierend auf Kontrast oder anderen Fokusmetriken). Im Vergleich dazu können Fokuskurvendaten, die für einen Bildstapel bestimmt werden, der mit einer Bildstapelaufnahmeachse ISAA aufgenommen wurde, die relativ weit davon entfernt ist, senkrecht zu einem Abschnitt einer Werkstückoberfläche zu sein, zum Bestimmen von Koordinaten von Werkstückoberflächenpunkten auf diesem Abschnitt der Werkstückoberfläche relativ ungenau sein. In bestimmten Implementierungen, wie vorstehend beschrieben, kann die niedrigere Genauigkeit wenigstens teilweise aus der weniger senkrechten Ausrichtung des Sichttasters / der optischen Achse relativ zu der Werkstückoberfläche resultieren, wodurch bewirkt wird, dass ein kleinerer Teil des Abbildungslichts zurück zu dem Sichttaster 300 reflektiert wird (z. B. was zu niedrigeren Fokuspeaks und einer niedrigeren entsprechenden Zuverlässigkeit und/oder Qualität der dreidimensionalen Daten führen kann). In verschiedenen Implementierungen kann die relative Ungenauigkeit ebenso teilweise darauf zurückzuführen sein, dass weniger benachbarte Werkstückoberflächenpunkte/-pixel gleichzeitig fokussiert sind (d. h. aufgrund der Neigung des Abschnitts der Werkstückoberfläche relativ zu der Bildstapelaufnahmeachse, für die in einigen Fällen nur ein „Streifen“ der relativ geneigten Werkstückoberfläche, der sich in demselben Z-Abstand in dem Tasterkoordinatensystem befindet, gleichzeitig genau fokussiert sein kann, was zu weniger „fokussierten“ Pixeln/Oberflächenpunkte in der Region von Interesse in einem gegebenen Bild des Bildstapels führt, die höhere Beträge zu der Gesamtfokusmetrik für die Region von Interesse mit dem entsprechenden zentralen Oberflächenpunkt/Pixel beitragen). Insbesondere können in einigen Fällen mehr fokussierte Pixel in einer Region von Interesse gleichzeitig in einem gegebenen Bild zu einem höheren Fokuspeak führen, für den die Bestimmung der Fokuspeakposition genauer sein kann (z. B. weniger anfällig für Rauschen oder andere Faktoren), was zu einer besseren Sicherheit der Fokuspeaks führt.
Als ein anderes Beispiel kann das CMM 100 in verschiedenen Implementierungen einen üblicherweise abgebildeten Oberflächenpunkt aufnehmen, wie den Oberflächenpunkt SP2 auf einem ersten Abschnitt der ersten Werkstückoberfläche WPS1, der sowohl in dem ersten Bildstapel als auch in dem zweiten Bildstapel abgebildet wird, wobei die erste Bildstapelaufnahmeachse ISAA1 (von 7C) näher an senkrecht zum ersten Abschnitt der ersten Werkstückoberfläche WPS1 liegt als die zweite Bildstapelaufnahmeachse ISAA2 (von 7B). Die Fokuskurvendaten, die wenigstens teilweise basierend auf der Analyse des ersten Bildstapels bestimmt werden, können eine erste dreidimensionale Position des üblicherweise abgebildeten Oberflächenpunkts SP2 anzeigen (z. B. die in einem Beispiel einem ersten Satz von bestimmten Koordinaten wie (XP2C, YP2C, ZP2C) entsprechen kann). Andererseits können die Fokuskurvendaten, die wenigstens teilweise basierend auf der Analyse des zweiten Bildstapels bestimmt werden, eine zweite dreidimensionale Position des üblicherweise abgebildeten Oberflächenpunkts SP2 anzeigen (z. B. die in einem Beispiel einem zweiten Satz von bestimmten Koordinaten wie (XP2B, YP2B, ZP2B) entsprechen kann). Es wird angemerkt, dass sich in verschiedenen Implementierungen die zweite bestimmte dreidimensionale Position (z. B. an den bestimmten Koordinaten XP2B, YP2B, ZP2B) von der ersten bestimmten dreidimensionalen Position (z. B. an den bestimmten Koordinaten XP2C, YP2C, ZP2C) unterscheiden kann, und die erste dreidimensionale Position wenigstens eine der als zuverlässiger/genauer als die zweite dreidimensionale Position angegebenen oder bestimmten sein und kann anstelle der zweiten dreidimensionalen Position als Teil eines Satzes von dreidimensionalen Daten für das Werkstück genutzt werden kann. Wie vorstehend beschrieben, können solche Techniken dahingehend vorteilhaft sein, dass Fokuskurvendaten, die für einen Bildstapel bestimmt werden, der mit einer Bildstapelaufnahmeachse ISAA aufgenommen wurde, die ungefähr senkrecht zu einem Abschnitt einer Werkstückoberfläche und/oder eines Werkstückmerkmals ist, relativ genauer sein können als Fokuskurvendaten, die für einen Bildstapel bestimmt werden, der mit einer Bildstapelaufnahmeachse ISAA aufgenommen wurde, die weniger senkrecht zu dem Abschnitt einer Werkstückoberfläche und/oder eines Werkstückmerkmals ist. Somit kann für den Oberflächenpunkt SP2 die bestimmte erste dreidimensionale Position (z. B. mit bestimmten Koordinaten XP2C, YP2C, ZP2C) genauer sein als die bestimmte zweite dreidimensionale Position (z. B. mit bestimmten Koordinaten XP2B, YP2B, ZP2B), und dementsprechend kann es vorteilhaft sein, die bestimmte erste dreidimensionale Position als Teil des dreidimensionalen Datensatzes zum Darstellen des Oberflächenpunkts SP2 des Werkstücks WP1 zu nutzen.
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Messen einer Werkstückoberfläche unter Verwendung des CMM-Systems einschließlich der in den 1-7C beschriebenen Bewegungsmechanismuskonfiguration, um den Sichttaster entlang mehrerer Achsen und in einem gewünschten Winkel / einer gewünschten Ausrichtung relativ zu der Werkstückoberfläche zu bewegen. Das Verfahren beinhaltet im Allgemeinen vier Schritte.
Block 802 beinhaltet einen Schritt des Betreibens eines Koordinatenmessgerät(CMM)-Systems, das (i) einen Sichttaster 300, der so konfiguriert ist, dass er eine Oberfläche eines Werkstücks WP basierend auf Bildlicht abbildet, das entlang einer optischen Achse OA des Sichttasters 300 übertragen wird; (ii) eine Schiebemechanismuskonfiguration, umfassend einen Schiebemechanismus der X-Achse, einen Schiebemechanismus der Y-Achse und einen Schiebemechanismus 225-227 der Z-Achse, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie den Sichttaster 300 in zueinander orthogonalen Richtungen der X-Achse, der Y-Achse beziehungsweise der Z-Achse innerhalb eines Gerätekoordinatensystems (MCS) bewegen; und (iii) einen Drehmechanismus 214 beinhaltet, der zwischen dem Schiebemechanismus der Z-Achse und dem Sichttaster 300 gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er den Sichttaster 300 in verschiedene Winkelausrichtungen relativ zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems dreht.
Der Block 804 beinhaltet einen Schritt des Anpassens der Ausrichtung des Sichttasters 300 unter Verwendung des Drehmechanismus derart, dass die optische Achse OA des Sichttasters 300 auf eine Oberfläche des Werkstücks WP gerichtet ist, wobei die optische Achse OA des Sichttasters 300 nicht parallel zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems ist und einer Bildstapelaufnahmeachse ISAA entspricht. Wie vorstehend erwähnt, kann in verschiedenen Implementierungen die optische Achse OA ungefähr/nominell senkrecht zu wenigstens einem Abschnitt der Werkstückoberfläche sein, für die die Werkstückoberfläche abgewinkelt sein kann (z. B. kann sie innerhalb des Gerätekoordinatensystems nicht horizontal sein).
Der Kasten 806 beinhaltet einen Schritt des Aufnehmens eines Bildstapels, der mehrere Bilder mit jeweils einer entsprechenden Fokusposition des Sichttasters 300 entlang der Bildstapelaufnahmeachse umfasst. Das Aufnehmen des Bildstapels beinhaltet: (i) Anpassen mehrerer der Schiebemechanismen 225-227, um den Sichttaster 300 von einer ersten Bildaufnahmeposition zu einer zweiten Bildaufnahmeposition zu bewegen, die jeweils entlang der Bildstapelerfassungsachse liegen, wobei der Sichttaster 300 erste und zweite Bilder der mehreren Bildern an der ersten beziehungsweise zweiten Bildaufnahmeposition aufnimmt; und (ii) Anpassen der mehreren Schiebemechanismen 225-227, um den Sichttaster 300 von der zweiten Bildaufnahmeposition zu einer dritten Bildaufnahmeposition zu bewegen, die sich ebenso entlang der Bildstapelaufnahmeachse befindet, wobei der Sichttaster 300 ein drittes Bild der mehreren Bilder an der dritten Bildaufnahmeposition aufnimmt.
Der Kasten 808 beinhaltet einen Schritt des Bestimmens von Fokuskurvendaten, wenigstens teilweise basierend auf einer Analyse der Bilder des Bildstapels, wobei die Fokuskurvendaten dreidimensionale Positionen mehrerer Oberflächenpunkte auf der Oberfläche des Werkstücks anzeigen.
Während bevorzugte Implementierungen der vorliegenden Offenbarung dargestellt und beschrieben wurden, werden für den Fachmann basierend auf dieser Offenbarung zahlreiche Variationen in den dargestellten und beschriebenen Anordnungen von Merkmalen und Abfolgen von Vorgängen offensichtlich sein. Verschiedene alternative Formen können verwendet werden, um die hierin offenbarten Prinzipien zu implementieren. Zusätzlich können die verschiedenen vorstehend beschriebenen Implementierungen kombiniert werden, um weitere Implementierungen bereitzustellen.
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 7660688 [0003]
US 9115982 [0019]
US 8581162 [0070]

Claims

Koordinatenmessgerätsystem, Folgendes umfassend: einen Sichttaster, Folgendes umfassend: eine Lichtquelle; eine Objektivlinse, die Bildlicht eingibt, das von einer Oberfläche eines Werkstücks stammt, die von der Lichtquelle beleuchtet wird, und das Bildlicht entlang eines optischen Bildgebungspfades überträgt, wobei die Objektivlinse eine optische Achse des Sichttasters definiert, die sich wenigstens zwischen der Objektivlinse und der Werkstückoberfläche erstreckt; eine Kamera, die Bildgebungslicht empfängt, das entlang des optischen Bildgebungspfads übertragen wird, und Bilder der Werkstückoberfläche bereitstellt; eine Schiebemechanismuskonfiguration, die einen Schiebemechanismus der X-Achse, einen Schiebemechanismus der Y-Achse und einen Schiebemechanismus der Z-Achse umfasst, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie die Sichttaster in zueinander orthogonalen Richtungen der X-Achse, der Y-Achse beziehungsweise der Z-Achse innerhalb eines Gerätekoordinatensystems bewegen; einen Drehmechanismus, der zwischen dem Schiebemechanismus der Z-Achse und dem Sichttaster gekoppelt und so konfiguriert ist, dass der Sichttaster in verschiedene Winkelausrichtungen relativ zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems gedreht wird; einen oder mehrere Prozessoren; und einen Speicher, der mit dem einen oder den mehreren Prozessoren gekoppelt ist und Programmanweisungen speichert, die, wenn sie von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausgeführt werden, bewirken, dass der eine oder die mehreren Prozessoren wenigstens: Anpassen der Ausrichtung des Sichttasters unter Verwendung des Drehmechanismus derart, dass die optische Achse des Sichttasters auf eine Oberfläche des Werkstücks gerichtet ist, wobei die optische Achse des Sichttasters nicht parallel zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems ist und einer Bildstapelaufnahmeachse entspricht; Aufnehmen eines Bildstapels, der mehrere Bilder umfasst, die jeweils einer Fokusposition des Sichttasters entlang der Bildstapelaufnahmeachse entsprechen, wobei das Aufnehmen des Bildstapels Folgendes umfasst: Anpassen mehrerer Schiebemechanismen, um den Sichttaster von einer ersten Bildaufnahmeposition zu einer zweiten Bildaufnahmeposition zu bewegen, die sich jeweils entlang der Bildstapelaufnahmeachse befinden, wobei der Sichttaster erste und zweite Bilder der mehreren Bilder an der ersten beziehungsweise der zweiten Bildaufnahmeposition aufnimmt; und Anpassen der mehreren Schiebemechanismen, um den Sichttaster von der zweiten Bildaufnahmeposition zu einer dritten Bildaufnahmeposition zu bewegen, die sich ebenso entlang der Bildstapelaufnahmeachse befindet, wobei der Sichttaster ein drittes Bild der mehreren Bilder an der dritten Bildaufnahmeposition aufnimmt; und Bestimmen von Fokuskurvendaten, wenigstens teilweise basierend auf einer Analyse der Bilder des Bildstapels, wobei die Fokuskurvendaten dreidimensionale Positionen mehrerer Oberflächenpunkte auf der Oberfläche des Werkstücks anzeigen.
System nach Anspruch 1, wobei als Teil der Analyse des Bildstapels jeder Oberflächenpunkt der mehreren Oberflächenpunkte einem Zentrum einer Region von Interesse in dem Bildstapel entspricht und die Analyse das Bestimmen einer Fokuskurve für jede Region von Interesse in dem Bildstapel als Teil der Fokuskurvendaten beinhaltet, für die ein Peak jeder Fokuskurve die dreidimensionale Position des entsprechenden Oberflächenpunkts angibt.
System nach Anspruch 1, wobei die Programmanweisungen, wenn sie von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausgeführt werden, ferner bewirken, dass der eine oder die mehreren Prozessoren eine dreidimensionale Darstellung der Werkstückoberfläche wenigstens teilweise basierend auf den Fokuskurvendaten anzeigen.
System nach Anspruch 1, wobei das Anpassen der mehreren Schiebemechanismen zum Bewegen des Sichttasters von der ersten Bildaufnahmeposition zu der zweiten Bildaufnahmeposition das Anpassen des Schiebemechanismus der X-Achse durch einen Bildabstand der X-Achse, das Anpassen des Schiebemechanismus der Y-Achse durch einen Bildabstand der Y-Achse und das Anpassen des Schiebemechanismus der Z-Achse durch einen Bildabstand der Z-Achse umfasst.
System nach Anspruch 4, wobei die Abstände zwischen jedem der mehreren Bilder in dem Bildstapel dem Abstand der X-Achse, dem Abstand der Y-Achse und dem Abstand der Z-Achse entsprechen.
System nach Anspruch 1, wobei der Abstand entlang der Bildstapelaufnahmeachse zwischen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeposition derselbe ist wie der Abstand entlang der Bildstapelaufnahmeachse zwischen der zweiten und der dritten Bildaufnahmeposition.
System nach Anspruch 1, wobei der Drehmechanismus konfiguriert ist, den Sichttaster in mehreren Ausrichtungen auszurichten, einschließlich wenigstens: einer Ausrichtung mit der optischen Achse des Sichttasters in einem Winkel von 0 Grad relativ zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems; und einer Ausrichtung mit der optischen Achse des Sichttasters in einem Winkel von 45 Grad relativ zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems.
System nach Anspruch 7, wobei das System so konfiguriert ist, dass es den Bildstapel mit dem Sichttaster in der Ausrichtung mit der optischen Achse des Sichttasters in einem Winkel von 45 Grad relativ zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems aufnimmt.
System nach Anspruch 1, wobei während der Anpassungen der mehreren Schiebemechanismen zum Bewegen des Sichttasters zwischen den Bildaufnahmepositionen der Drehmechanismus nicht so angepasst wird, dass die Ausrichtung des Sichttasters nicht angepasst wird und konstant bleibt.
System nach Anspruch 1, wobei während der Aufnahme des Bildstapels die optische Achse des Sichttasters, die nicht parallel zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems ist, und die Bildstapelaufnahmeachse ungefähr senkrecht zu wenigstens einem Abschnitt der Werkstückoberfläche sind.
System nach Anspruch 1, wobei die Werkstückoberfläche eine erste Werkstückoberfläche ist und die Ausrichtung des Sichttasters eine erste Ausrichtung ist und der Bildstapel ein erster Bildstapel ist, der mit dem Sichttaster in der ersten Ausrichtung aufgenommen wird, und die Programmanweisungen, die, wenn sie von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausgeführt werden, ferner bewirken, dass der eine oder die mehreren Prozessoren einen zweiten Bildstapel mit dem Sichttaster in einer zweiten Ausrichtung aufnehmen, die sich von der ersten Ausrichtung unterscheidet, und wobei die optische Achse des Sichttasters auf eine zweite Werkstückoberfläche des Werkstücks gerichtet ist, die in einem anderen Winkel in dem Gerätekoordinatensystem ausgerichtet ist als die erste Werkstückoberfläche.
System nach Anspruch 11, wobei die Programmanweisungen, wenn sie von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausgeführt werden, den einen oder die mehreren Prozessoren ferner veranlassen, Fokuskurvendaten wenigstens teilweise basierend auf einer Analyse des zweiten Bildstapels zu bestimmen, wobei die Fokuskurvendaten dreidimensionale Positionen mehrerer Oberflächenpunkte auf der zweiten Werkstückoberfläche des Werkstücks anzeigen.
System nach Anspruch 12, wobei die Programmanweisungen, wenn sie von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausgeführt werden, den einen oder die mehreren Prozessoren zu Folgendem veranlassen: Anzeigen einer dreidimensionalen Darstellung von wenigstens einem Abschnitt der ersten Werkstückoberfläche basierend auf wenigstens den Fokuskurvendaten, die basierend auf der Analyse des ersten Bildstapels, jedoch nicht auf der Analyse des zweiten Bildstapels bestimmt werden; und Anzeigen einer dreidimensionalen Darstellung von wenigstens einem Abschnitt der zweiten Werkstückoberfläche basierend auf wenigstens den Fokuskurvendaten, die basierend auf der Analyse des zweiten Bildstapels, jedoch nicht auf der Analyse des ersten Bildstapels bestimmt werden.
System nach Anspruch 12, wobei ein üblicherweise abgebildeter Oberflächenpunkt auf einem ersten Abschnitt der ersten Werkstückoberfläche sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Bildstapel abgebildet wird, für den die erste Bildstapelaufnahmeachse näher an senkrecht zu dem ersten Abschnitt der ersten Werkstückoberfläche ist als die zweite Bildstapelaufnahmeachse, und für die die Fokuskurvendaten, die wenigstens teilweise basierend auf der Analyse des ersten Bildstapels bestimmt werden, eine erste dreidimensionale Position des üblicherweise abgebildeten Oberflächenpunkts anzeigen, und die Fokuskurvendaten, die wenigstens teilweise basierend auf der Analyse des zweiten Bildstapels bestimmt werden, eine zweite dreidimensionale Position des üblicherweise abgebildeten Oberflächenpunkts anzeigen, die sich von der ersten dreidimensionalen Position unterscheidet und für die die erste dreidimensionale Position wenigstens eine der als zuverlässiger als die zweite dreidimensionale Position angezeigten oder bestimmten ist und anstelle der zweiten dreidimensionalen Position als Teil eines Satzes von dreidimensionalen Daten für das Werkstück genutzt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Objektivlinse eine spezifizierte Vergrößerung aufweist und zu der Nutzung in dem Sichttaster aus einem Bereich von Objektivlinsen mit unterschiedlichen Vergrößerungen ausgewählt ist.
Verfahren zum Messen einer Werkstückoberfläche, Folgendes umfassend: Betreiben eines Koordinatenmessgerätsystems, das (i) einen Sichttaster, der so konfiguriert ist, dass er eine Oberfläche eines Werkstücks basierend auf Bildlicht abbildet, das entlang einer optischen Achse des Sichttasters übertragen wird; (ii) eine Schiebemechanismuskonfiguration, umfassend einen Schiebemechanismus der X-Achse, einen Schiebemechanismus der Y-Achse und einen Schiebemechanismus der Z-Achse, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie den Sichttaster in zueinander orthogonalen Richtungen der X-Achse, der Y-Achse beziehungsweise der Z-Achse innerhalb eines Gerätekoordinatensystems bewegen; und (iii) einen Drehmechanismus beinhaltet, der zwischen dem Schiebemechanismus der Z-Achse und dem Sichttaster gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er den Sichttaster in verschiedene Winkelausrichtungen relativ zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems dreht; Anpassen der Ausrichtung des Sichttasters unter Verwendung des Drehmechanismus derart, dass die optische Achse des Sichttasters auf eine Oberfläche des Werkstücks gerichtet ist, wobei die optische Achse des Sichttasters nicht parallel zu der Z-Achse des Gerätekoordinatensystems ist und einer Bildstapelaufnahmeachse entspricht; Aufnehmen eines Bildstapels, der mehrere Bilder umfasst, die jeweils einer Fokusposition des Sichttasters entlang der Bildstapelaufnahmeachse entsprechen, wobei das Aufnehmen des Bildstapels Folgendes umfasst: Anpassen mehrerer Schiebemechanismen, um den Sichttaster von einer ersten Bildaufnahmeposition zu einer zweiten Bildaufnahmeposition zu bewegen, die sich jeweils entlang der Bildstapelaufnahmeachse befinden, wobei der Sichttaster erste und zweite Bilder der mehreren Bilder an der ersten beziehungsweise der zweiten Bildaufnahmeposition aufnimmt; und Anpassen der mehreren Schiebemechanismen, um den Sichttaster von der zweiten Bildaufnahmeposition zu einer dritten Bildaufnahmeposition zu bewegen, die sich ebenso entlang der Bildstapelaufnahmeachse befindet, wobei der Sichttaster ein drittes Bild der mehreren Bilder an der dritten Bildaufnahmeposition aufnimmt; und Bestimmen von Fokuskurvendaten, wenigstens teilweise basierend auf einer Analyse der Bilder des Bildstapels, wobei die Fokuskurvendaten dreidimensionale Positionen mehrerer Oberflächenpunkte auf der Oberfläche des Werkstücks anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend: Anzeigen einer dreidimensionalen Darstellung der Werkstückoberfläche auf einem Bildschirm.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Anpassen der Ausrichtung des Sichttasters unter Verwendung des Drehmechanismus das Anpassen der optischen Achse des Sichttasters ungefähr senkrecht zu wenigstens einem Abschnitt der Werkstückoberfläche beinhaltet, und für die während der Aufnahme des Bildstapels die Ausrichtung des Sichttasters nicht weiter angepasst wird und ungefähr konstant bleibt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Werkstückoberfläche eine erste Werkstückoberfläche ist und die Ausrichtung des Sichttasters eine erste Ausrichtung ist und der Bildstapel ein erster Bildstapel ist, der mit dem Sichttaster in der ersten Ausrichtung aufgenommen wird, und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Aufnehmen eines zweiten Bildstapels mit dem Sichttaster in einer zweiten Ausrichtung, die sich von der ersten Ausrichtung unterscheidet, und wobei die optische Achse des Sichttasters auf eine zweite Werkstückoberfläche des Werkstücks gerichtet ist, die in einem anderen Winkel als die erste Werkstückoberfläche ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend: Bestimmen von zweiten Fokuskurvendaten, wenigstens teilweise basierend auf einer Analyse des zweiten Bildstapels, wobei die zweiten Fokuskurvendaten dreidimensionale Positionen mehrerer Oberflächenpunkte auf der zweiten Werkstückoberfläche des Werkstücks anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: Anzeigen einer dreidimensionalen Darstellung von wenigstens einem Abschnitt der ersten Werkstückoberfläche basierend auf wenigstens den Fokuskurvendaten, die basierend auf der Analyse des ersten Bildstapels, jedoch nicht auf der Analyse des zweiten Bildstapels bestimmt werden; und Anzeigen einer dreidimensionalen Darstellung von wenigstens einem Abschnitt der zweiten Werkstückoberfläche basierend auf wenigstens den zweiten Fokuskurvendaten, die basierend auf der Analyse des zweiten Bildstapels, jedoch nicht auf der Analyse des ersten Bildstapels bestimmt werden.