DE102021133260A1

DE102021133260A1 - Chromatisches Entfernungssensorsystem zum Messen der Werkstückdicke

Info

Publication number: DE102021133260A1
Application number: DE102021133260.5A
Authority: DE
Inventors: Norman Laman
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2022-06-23
Also published as: CN114646267A; US20220196388A1; JP2022097472A; US11486694B2

Abstract

Es wird ein chromatisches Entfernungssensorsystem (CRS) bereitgestellt, das eine Werkstückdicke bestimmt und einen optischen Stift, eine Beleuchtungsquelle, einen Wellenlängendetektor und einen Verarbeitungsabschnitt beinhaltet. Der optische Stift beinhaltet einen Optikabschnitt, der eine axiale chromatische Dispersion bereitstellt, die Beleuchtungsquelle ist dazu konfiguriert, Licht mit mehreren Wellenlängen zu erzeugen, und der Wellenlängendetektor beinhaltet mehrere Pixel, die entlang einer Messachse verteilt sind. Im Betrieb gibt der optische Stift ein Spektralprofil von der Beleuchtungsquelle ein und gibt entsprechende Strahlung an erste und zweite Werkstückoberflächen eines Werkstücks (das z. B. transparent sein kann) aus und gibt reflektierte Strahlung an den Wellenlängendetektor aus, der Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt. Der Verarbeitungsabschnitt verarbeitet die Ausgangsspektralprofildaten, um eine Dicke des Werkstücks zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen beruht die Verarbeitung zum Bestimmen der Dicke unter Umständen nicht auf der Bestimmung eines Abstands zum Werkstück und/oder kann eine Transformationsverarbeitung usw. verwenden.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Präzisionsmessinstrumente und insbesondere chromatische Entfernungssensoren und ähnliche optische Abstandsbestimmungsvorrichtungen und deren Verwendung.
Beschreibung der verwandten Technik
Die Verwendung von chromatischen konfokalen Techniken in optischen Entfernungssensoren (z. B. einschließlich Höhen-, Abstands- usw. -Sensoren) ist bekannt. Wie im US-Patent Nr. 7,876,456 (das '456-Patent) beschrieben, das hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird, kann ein optisches Element mit axialer chromatischer Aberration, auch als axiale oder longitudinale chromatische Dispersion bezeichnet, verwendet werden, um eine Breitband-Lichtquelle derart zu fokussieren, dass der axiale Abstand zum Fokus mit der Wellenlänge variiert. Somit wird nur eine Wellenlänge genau auf eine Oberfläche fokussiert, und die Oberflächenhöhe oder der Abstand relativ zum Fokussierelement bestimmt, welche Wellenlänge am besten fokussiert wird. Nach Reflexion von der Oberfläche wird das Licht auf eine kleine Detektorapertur, wie beispielsweise ein Nadelloch oder das Ende einer optischen Faser, refokussiert. Nach Reflexion von der Oberfläche und Rückführung durch das optische System zur Eingangs-/Ausgangsfaser wird nur die Wellenlänge, die gut auf der Oberfläche fokussiert ist, gut auf der Apertur fokussiert. Alle anderen Wellenlängen sind schlecht auf der Apertur fokussiert und koppeln somit nicht viel Leistung in die Faser ein. Daher ist der Signalpegel für das durch die Faser zurückgeführte Licht für die Wellenlänge am größten, die der Oberflächenhöhe oder dem Abstand zur Oberfläche entspricht. Ein Detektor vom Spektrometertyp misst den Signalpegel für jede Wellenlänge, um die Oberflächenhöhe zu bestimmen.
Bestimmte Hersteller beziehen sich auf praktische und kompakte chromatische Entfernungsmesssysteme (CRS), die wie vorstehend beschrieben arbeiten und die zur Verwendung in einem industriellen Umfeld geeignet sind, wie chromatische Punktsensoren (CPS) oder chromatische Liniensensoren oder dergleichen. Eine kompakte chromatisch dispersive optische Baugruppe, die mit solchen Systemen verwendet wird, wird als „optischer Stift“ oder „Stift“ bezeichnet. Der optische Stift ist über eine optische Faser mit einem elektronischen Abschnitt des chromatischen Entfernungssensors verbunden. Der elektronische Abschnitt schließt eine Lichtquelle ein, die Licht durch die Faser überträgt, damit es von dem optischen Stift ausgegeben wird, und stellt auch ein Spektrometer bereit, das das zurückgesendete Licht detektiert und analysiert. Das zurückgesendete Licht bildet ein wellenlängendispergiertes Intensitätsprofil, das vom Detektorarray des Spektrometers empfangen wird. Pixeldaten, die dem wellenlängendispergierten Intensitätsprofil entsprechen, werden analysiert, um die „dominante Wellenlängenpositionskoordinate“, wie durch einen Spitze oder Schwerpunkt des Intensitätsprofils angegeben, zu bestimmen, und die resultierende Pixelkoordinate der Spitze und/oder des Schwerpunkts wird mit einer Lookup-Tabelle verwendet, um den Abstand zur Oberfläche zu bestimmen. Diese Pixelkoordinate kann mit Subpixel-Auflösung bestimmt werden und kann als die „abstandsangebende Koordinate“ oder „abstandsangebende Pixelkoordinate“ bezeichnet werden.
In der Technik ist auch ein „Liniensensor“-CRS bekannt, der eine Schlitzapertur verwendet und Licht entlang einer Linie statt eines Punktes fokussiert und die Möglichkeit bietet, einen Abstand zu einer Oberfläche an einer Anzahl von Punkten entlang dieser Linie zu messen, wie im US-Patent Nr. 8,773,757 offenbart, das hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
KURZDARSTELLUNG
Diese Kurzdarstellung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form einzuführen, die nachstehend in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Zusammenfassung soll weder Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren noch als Hilfe beim Bestimmen des Umfangs des beanspruchten Gegenstands dienen.
CRS-Systeme des Standes der Technik haben bestimmte Probleme (z. B. Messfehler usw.) in Bezug auf Dickenmessungen gezeigt, die typischerweise das Bestimmen von Messabständen zu zwei gegenüberliegenden Oberflächen eines Werkstücks und das Bestimmen einer Differenz zwischen den beiden Messabständen involvierten. Wenn beispielsweise die Dicke eines transparenten Werkstücks wie Glas (z. B. Quarzglas) gemessen wird, wird die CRS-Beleuchtung sowohl von der oberen Oberfläche als auch von der unteren Oberfläche des Glases reflektiert, was zwei entsprechende Wellenlängenspitzen ergibt. Bestimmte Messfehler entstehen aus Schwierigkeiten in Verbindung mit dem Isolieren der zwei Spitzen des Intensitätsprofils, die die beiden jeweiligen Messabstände angeben, bei denen eine Tendenz des Verschmelzens der beiden Spitzen bei dünnen Werkstücken besteht. Zum Beispiel können die Breiten der zwei Spitzen derart sein, dass die Spitzen aufgrund einer unzureichenden Trennung zwischen den beiden Spitzen teilweise überlappen/verschmelzen (wie z. B. in den mit gepunkteten Linien dargestellten Messprofilsignalen 510a von 5A und in denen in 10A, 10B, 10D, 10E und 10G veranschaulicht, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird).
Insbesondere in Bezug auf die Beispiele von 10A-10G sind sieben entsprechende Intensitätsprofile veranschaulicht, von denen jedes zwei Messspitzen enthält (die z. B. in 10A zu einer einzigen Spitze verschmelzen), die Messabstände von oberen und unteren Oberflächen von Werkstücken mit unterschiedlichen Dicken angeben. 10A und 10D entsprechen beispielsweise einem Werkstück mit einer Dicke von 25 µm, 10B und 10E entsprechen einem Werkstück mit einer Dicke von 50 µm und 10C und 10F entsprechen einem Werkstück mit einer Dicke von 100 µm. Die Intensitätsprofile von 10A-10G umfassen Intensität oder „Signalpegel“ (vertikale Achse) in Abhängigkeit von Pixelkoordinaten oder „Pixelpositionen“ (horizontale Achse) eines CRS-Wellenlängendetektors, wobei die Pixelpositionen Wellenlängen entsprechen, die durch den CRS-Wellenlängendetektor gemessen werden, und das CRS-System ist dazu kalibriert, die Wellenlängenspitzen in CRS-Messabstände umzuwandeln. Entsprechend kann nach bestimmten zuvor bekannten Verfahren eine Dicke eines Werkstücks gemäß einer Differenz zwischen den Messabständen und den beiden Werkstückoberflächen bestimmt werden.
In einigen Implementierungen, wie in den Beispielen von 10A-10C veranschaulicht, kann das Verschmelzen von zwei Spitzen im blauen Teil (d. h. dem blauen Teil der Lichtwellenlängen) des Z-Bereichs des CRS-Systems, der näher an der Optik eines optischen Stifts des CRS-Systems entlang der optischen Abstandsmessachse (Z-Achse) liegt, stärker ausfallen als im roten Teil (d. h. dem roten Teil der Lichtwellenlängen) des Z-Bereichs, wie in den Beispielen von 10D-10F veranschaulicht. Somit besteht eine mögliche Technik, um eine gewisse Verbesserung in Bezug auf das Problem des Verschmelzens bereitzustellen, darin, ein zu messendes Werkstück in den roten Teil des Z-Bereichs des CRS-Systems (d. h. in ausreichendem Abstand vom optischen Stift) zu platzieren. Wie am besten in 10G gezeigt ist, besteht eine weitere Technik, um eine gewisse Verbesserung in Bezug auf das Problem des Verschmelzens von Wellenlängenspitzen bereitzustellen, darin, einen höheren Signalpegelschwellenwert (z. B. Schwellenwert B) einzustellen, um dadurch zwei Spitzen zu isolieren und zu detektieren, im Gegensatz zu einem niedrigeren Signalpegelschwellenwert (z. B. Schwellenwert A), der die beiden Spitzen nicht isoliert und somit nur eine (verschmolzene) Spitze detektieren kann. Bestimmte verwandte Konzepte werden auch nachstehend in Bezug auf 5A ausführlicher beschrieben. Derartige Techniken weisen gewisse Einschränkungen auf (es ist z. B. nicht immer einfach, ein spezifisches Werkstück im roten Teil des Z-Bereichs des CRS-Systems zu platzieren; wenn ein Detektionsschwellenwert zu hoch eingestellt wird, können mehr Signalpegel nicht mehr detektiert werden usw.).
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, Verbesserungen in Bezug auf derartige Probleme bereitzustellen. Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, genauere Dickenmessungen zu erreichen (z. B. für kleinere Dicken, bei denen eine Verschmelzung von Wellenlängenspitzen vorliegen kann, und über einen größeren Bereich möglicher Abstände zwischen dem optischen Stift und dem Werkstück usw.).
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein chromatisches Entfernungssensor-(CRS-)System bereitgestellt, das dazu konfiguriert ist, eine Werkstückdicke zu bestimmen. Das CRS-System enthält:

einen optischen Stift, einschließlich eines konfokalen optischen Pfads, der einen Optikabschnitt einschließt, der eine axiale chromatische Dispersion bereitstellt und dazu konfiguriert ist, unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedlichen Abständen in der Nähe eines Werkstücks zu fokussieren;
eine Beleuchtungsquelle, die dazu konfiguriert ist, Eingangslicht mit mehreren Wellenlängen zu erzeugen, das ein Eingangsspektralprofil umfasst, das in den optischen Stift eingegeben wird;
einen CRS-Wellenlängendetektor, der mehrere Pixel mit jeweiligen Pixelpositionen umfasst, die entlang einer Messachse des CRS-Wellenlängendetektors verteilt sind, wobei das CRS-System derart konfiguriert ist, dass, wenn der optische Stift betriebsbereit relativ zum Werkstück positioniert ist, um Messoperationen durchzuführen, der optische Stift das Eingangsspektralprofil eingibt und entsprechende Strahlung an erste und zweite Werkstückoberflächen des Werkstücks ausgibt und reflektierte Strahlung von den ersten und zweiten Werkstückoberflächen empfängt und die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor ausgibt, der Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt; und
einen Verarbeitungsabschnitt, der dazu konfiguriert ist, die Ausgangsspektralprofildaten zu verarbeiten, um eine Dicke des Werkstücks zu bestimmen, die einem Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche des Werkstücks entspricht, wobei die Verarbeitung zum Bestimmen der Dicke die Verwendung einer Transformationsverarbeitung umfasst.

Gemäß einem Aspekt umfasst die Transformationsverarbeitung eine Fourier-Transformationsverarbeitung und/oder eine Fourier-bezogene Transformationsverarbeitung. Die Verwendung der Transformationsverarbeitung beinhaltet: Bestimmen einer Transformation der Ausgangsspektralprofildaten; und Bestimmen der Dicke des Werkstücks basierend zumindest teilweise auf einer ersten Eigenschaft der Transformation der Ausgangsspektralprofildaten.
Gemäß einem anderen Aspekt entspricht die erste Eigenschaft einem ersten Einbruch der Transformation der Ausgangsspektralprofildaten.
Gemäß einem anderen Aspekt umfassen die Ausgangsspektralprofildaten abstandsabhängige Profilkomponenten mit ersten und zweiten Wellenlängenspitzen, die der ersten bzw. zweiten Werkstückoberfläche entsprechen, und die Bestimmung der Dicke des Werkstücks ist nicht von der Verarbeitung der Ausgangsspektralprofildaten abhängig, um entsprechende erste und zweite Messabstände zu der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche zu bestimmen. Gemäß einem weiteren Aspekt erscheinen die erste und die zweite Wellenlängenspitze visuell als eine einzelne Spitze in einer Darstellung der Ausgangsspektralprofildaten, die von dem CRS-Wellenlängendetektor bereitgestellt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt kann durch Verwendung der Transformationsverarbeitung für ein Werkstück mit einem Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche von 5 Mikrometern der Verarbeitungsabschnitt die Dicke des Werkstücks mit einem Fehler von weniger als 10 Prozent genau bestimmen.
Gemäß einem anderen Aspekt ist der Verarbeitungsabschnitt ferner dazu konfiguriert, die Ausgangsspektralprofildaten zu verarbeiten, um einen Messabstand zu dem Werkstück zu bestimmen. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Verarbeitung zum Bestimmen des Messabstands zum Werkstück das Verarbeiten der Ausgangsspektralprofildaten, um einen Schwerpunkt zu bestimmen, der den Messabstand zum Werkstück angibt, während die Verarbeitung zum Bestimmen der Dicke des Werkstücks nicht von einer Bestimmung des Schwerpunkts abhängig ist. Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich der bestimmte Messabstand auf einen Punkt innerhalb des Werkstücks, der zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche liegt. Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird der bestimmte Messabstand gemäß einer abstandsangebenden Koordinate bestimmt, die einem Durchschnitt von ersten und zweiten Wellenlängenspitzen entspricht, die den jeweiligen ersten und zweiten Werkstückoberflächen entsprechen. Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Verarbeitungsabschnitt ferner dazu konfiguriert, den bestimmten Messabstand und die bestimmte Dicke des Werkstücks zu verwenden, um mindestens den ersten Messabstand zur ersten Werkstückoberfläche und/oder den zweiten Messabstand zur zweiten Werkstückoberfläche zu bestimmen.
Gemäß einem anderen Aspekt umfasst die Nutzung der Transformationsverarbeitung:

Bestimmen einer Fourier-Transformation der Ausgangsspektralprofildaten;
Teilen der Fourier-Transformation der Ausgangsspektralprofildaten durch eine Fourier-Transformation einer Referenz, um eine Fourier-Transformation von Ziel-Spektralprofildaten zu erhalten;
Berechnen einer inversen Fourier-Transformation der Fourier-Transformation der Zielspektralprofildaten, um erste und zweite Wellenlängenspitzen zu bestimmen, die jeweiligen ersten und zweiten Messabständen zu den ersten und zweiten Werkstückoberflächen entsprechen; und
Bestimmen der Dicke des Werkstücks basierend zumindest teilweise auf einer Differenz zwischen den jeweiligen Messabständen zu den ersten und zweiten Werkstückoberflächen.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt ist das CRS-System in mehreren Modi betreibbar, einschließlich eines Dickenmessmodus, für den der Verarbeitungsabschnitt die Verarbeitung durchführt, um die Dicke als Teil des Dickenmessmodus zu bestimmen. Gemäß einem weiteren Aspekt beinhalten die mehreren Modi ferner einen Abstandsmessmodus zum Messen eines Abstands zu einem Werkstück; das CRS-System ist derart konfiguriert, dass während des Abstandsmessmodus, wenn der optische Stift relativ zum Werkstück betriebsbereit positioniert ist, um Messoperationen durchzuführen, der optische Stift das Eingangsspektralprofil eingibt und entsprechende Strahlung an das Werkstück ausgibt und reflektierte Strahlung von dem Werkstück empfängt und die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor ausgibt, der die Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt; und das Ausgangsspektralprofil eine abstandsabhängige Profilkomponente mit einer Wellenlängenspitze, die einen Messabstand zu dem Werkstück angibt, umfasst. Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Dickenmessmodus nur betreibbar, um Dicken entsprechend der Zwischenräume zwischen ersten und zweiten Werkstückoberflächen zu bestimmen, und ist nicht betreibbar, um Zwischenräume zwischen drei oder mehr Werkstückoberflächen zu bestimmen.
Gemäß einem anderen Aspekt ist das CRS-System ein chromatisches Punktsensorsystem und/oder ein chromatisches Liniensensorsystem.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines chromatischen Entfernungssensor-(CRS)-Systems bereitgestellt, um eine Werkstückdicke zu bestimmen. Das CRS-System beinhaltet: einen optischen Stift, einschließlich eines konfokalen optischen Pfads, der einen Optikabschnitt einschließt, der eine axiale chromatische Dispersion bereitstellt und dazu konfiguriert ist, unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedlichen Abständen in der Nähe eines Werkstücks zu fokussieren; eine Beleuchtungsquelle, die dazu konfiguriert ist, Eingangslicht mit einer Vielzahl von Wellenlängen zu erzeugen, das ein Eingangsspektralprofil umfasst, das in den optischen Stift eingegeben wird; einen CRS-Wellenlängendetektor, der mehrere Pixel mit jeweiligen Pixelpositionen umfasst, die entlang einer Messachse des CRS-Wellenlängendetektors verteilt sind, wobei die mehreren Pixel jeweilige Wellenlängen empfangen und Ausgangsspektralprofildaten bereitstellen. Das Verfahren schließt Folgendes ein:

Betreiben des CRS-Systems, wobei der optische Stift betriebsbereit relativ zum Werkstück positioniert ist, um Messoperationen durchzuführen, wobei die Messoperationen einschließen, dass der optische Stift das Eingangsspektralprofil eingibt und entsprechende Strahlung an die erste und zweite Werkstückoberfläche des Werkstücks ausgibt und reflektierte Strahlung von der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche empfängt und die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor ausgibt, der die Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt, und
Verarbeiten der Ausgangsspektralprofildaten, um eine Dicke des Werkstücks zu bestimmen, die einem Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche des Werkstücks entspricht, wobei die Verarbeitung zum Bestimmen der Dicke die Verwendung einer Transformationsverarbeitung umfasst.

Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines chromatischen Entfernungssensor-(CRS-)Systems bereitgestellt. Das CRS-System beinhaltet: einen optischen Stift, einschließlich eines konfokalen optischen Pfads, der einen Optikabschnitt einschließt, der eine axiale chromatische Dispersion bereitstellt und dazu konfiguriert ist, unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedlichen Abständen in der Nähe eines Werkstücks zu fokussieren; eine Beleuchtungsquelle, die dazu konfiguriert ist, Eingangslicht mit mehreren Wellenlängen zu erzeugen, das ein Eingangsspektralprofil umfasst, das in den optischen Stift eingegeben wird; einen CRS-Wellenlängendetektor, der mehrere Pixel mit jeweiligen Pixelpositionen umfasst, die entlang einer Messachse des CRS-Wellenlängendetektors verteilt sind, wobei die mehreren Pixel jeweilige Wellenlängen empfangen und Ausgangsspektralprofildaten bereitstellen. Das Verfahren schließt Folgendes ein:

Betreiben des CRS-Systems, wobei der optische Stift betriebsbereit relativ zum Werkstück positioniert ist, um Messoperationen durchzuführen, wobei die Messoperationen einschließen, dass der optische Stift das Eingangsspektralprofil eingibt und entsprechende Strahlung an die erste und zweite Werkstückoberfläche des Werkstücks ausgibt und reflektierte Strahlung von der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche empfängt und die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor ausgibt, der die Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt;
Verarbeiten der Ausgangsspektralprofildaten, um einen Messabstand zu dem Werkstück zu bestimmen, wobei das Verarbeiten zum Bestimmen des Messabstands das Bestimmen einer abstandsangebenden Koordinate beinhaltet, die einer Pixelposition des CRS-Wellenlängendetektors entspricht, die den Messabstand angibt; und
Verarbeiten der Ausgangsspektralprofildaten, um eine Dicke des Werkstücks zu bestimmen, die einem Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche des Werkstücks entspricht, wobei die Verarbeitung zum Bestimmen der Dicke nicht von einem bestimmten Messabstand zum Werkstück abhängig ist.

Figurenliste
Die vorstehenden Aspekte und viele der damit verbundenen Vorteile dieser Erfindung werden leichter zu erkennen sein, wenn diese unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:

1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines beispielhaften CRS-Systems ist.
2 ein Diagramm eines Systemrausch-(Vorspannungs-)Profils von einem CRS-System ist, das wellenlängenabhängige Spannungsoffsetsignalpegel für die Pixel in einem Detektorarray darstellt, wenn keine Messoberfläche vorhanden ist.
3 ein Diagramm eines Intensitätsprofils von einem CRS-System ist, das eine gültige Wellenlängenspitze darstellt, die von einer Wellenlänge erzeugt wird, die von einer oberen Oberfläche eines Werkstücks (z. B. eines nichttransparenten Werkstücks) reflektiert wird, wobei die Pixelposition der Spitze einem Messabstand zur Oberfläche entspricht.
4A ein Diagramm von CRS-Abstandskalibrierungsdaten ist, die abstandsangebende Pixelkoordinaten mit bekannten Messabständen zu einer gemessenen Werkstückoberfläche korrelieren.
4B eine beispielhafte CRS-Abstandskalibrierungs-Nachschlagetabelle ist, die abstandsangebende Koordinaten (Distance-Indicating Coordinates - DIC) auf entsprechende Messabstände eines CRS-Systems referenzieren.
5A ein Diagramm eines Intensitätsprofils von einem CRS-System ist, das zwei gültige Wellenlängenspitzen veranschaulicht, die von Wellenlängen erzeugt werden, die von oberen und unteren Oberflächen eines transparenten Werkstücks reflektiert werden, wobei die Pixelpositionen der Spitzen Messabständen zu den Oberflächen entsprechen.
5B ein Diagramm ist, das Messabstände zu oberen und unteren Oberflächen eines transparenten Werkstücks veranschaulicht, einschließlich tatsächlicher und scheinbarer Messabstände zu der unteren Oberfläche.
6 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Betreiben eines CRS-Systems zum Bestimmen einer Werkstückdicke veranschaulicht.
7A-7D einen Prozess zur Messung der Werkstückdicke unter Verwendung einer Transformationsverarbeitung veranschaulichen.
8 einen Werkstückdicken-Messprozess unter Verwendung einer Fast-Fourier-Transformations-(FFT)-Verarbeitung als Teil eines Dekonvolutionsverfahrens veranschaulicht.
9A-9H Beispiele veranschaulichen, für die das FFT-Verarbeitungsverfahren von 8 unabhängig von der Position des Werkstücks innerhalb des betriebsfähigen Messbereichs relativ zum optischen Stift einen Ort eines ersten Einbruchs in der Fourier-Transformation des Signals bestimmt, das zum Bestimmen der Dicke des Werkstücks verwendet werden kann.
10A-10G Graphen sind, die Intensitätsprofile von Werkstücken mit unterschiedlichen Dicken (z. B. 25 µm, 50 µm und 100 µm) darstellen, die von einem CRS-System gemessen wurden und verschiedene Grade des Verschmelzens von zwei Wellenlängenspitzen in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks und dem Abstand vom optischen Stift veranschaulichen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines chromatischen Entfernungssensor-(CRS)-Systems 100, das ein optisches Element 120 (z. B. einen optischen Stift), einen Elektronikabschnitt 160 und einen Benutzerschnittstellenabschnitt 171 beinhaltet. Die Ausführungsform des Elektronikabschnitts 160 beinhaltet einen Signalprozessor 166, einen Speicherabschnitt 168 und ein Quellen- und Detektoruntersystem 161, das einen Wellenlängendetektor 162 und eine Breitbandlichtquelle 164 umfasst. Das in 1 gezeigte CRS-System 100 ist ein chromatisches Punktsensorsystem (CPS-System), das jeweils einen einzelnen Messpunkt misst, obwohl zu beachten ist, dass in anderen Implementierungen andere Sensorsysteme (z. B. ein chromatischer Zeilensensor usw.) genutzt werden können. In verschiedenen Ausführungsformen schließt der Wellenlängendetektor 162 ein Detektorarray 163 eines Spektrometers ein. Das Detektorarray 163 kann mehrere Pixel umfassen, die entlang einer Messachse des Wellenlängendetektors 162 verteilt sind, wobei die jeweiligen Pixel jeweilige Wellenlängensignale empfangen und entsprechende Ausgangsspektralprofildaten bereitstellen.
Der Elektronikabschnitt 160 ist über einen optischen Pfad, der ein faseroptisches Kabel 112 beinhaltet, an das optische Element 120 gekoppelt. Es werden optionale oder alternative Aspekte des optischen Pfads gezeigt, einschließlich des faseroptischen Kabels 112 mit ersten und zweiten Segmenten 112A und 112B, die an einem Verbinder CONNECT-D in dem faseroptischen Segment 112B verbunden sind, und eines Kopplers COUPLER-O, der das Segment 112B mit einem Segment 112C verbindet, das mit dem Elektronikabschnitt 160 gekoppelt ist. Die Lichtquelle 164, die durch den Signalprozessor 166 gesteuert wird, ist so verbunden, dass sie Licht mit mehreren Wellenlängen, das ein Eingangsspektralprofil umfasst, über einen Pfad, der das Beleuchtungsfasersegment 165I, den 2x1-Koppler COUPLER-E, CONNECT-E enthält, in das optische Element 120 und das faseroptische Kabel 112 einspeist. Das optische Element 120 beinhaltet eine faseroptische Eingangs-/Ausgangs-Untergruppe 105, ein Gehäuse 130 und einen Optikabschnitt 150. Die faseroptische Eingangs-/Ausgangs-Untergruppe 105 umfasst eine optische Eingangs-/Ausgangsfaser 113, die durch das faseroptische Kabel 112 getragen wird, und einen faseroptischen Verbinder 108. Die optische Eingangs-/Ausgangsfaser 113 gibt einen Ausgangsstrahl durch eine Apertur 195 aus und empfängt reflektiertes Messsignallicht durch die Apertur 195.
Im Betrieb wird Licht, das vom Faserende durch die Apertur 195 emittiert wird, durch den Optikabschnitt 150 fokussiert, der eine Linse enthält, die eine axiale chromatische Dispersion bereitstellt, derart, dass sich der Brennpunkt entlang der optischen Achse OA in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts in unterschiedlichen Abständen befindet, wie dies bei CRS-Systemen bekannt ist. Während der Messoperationen wird das Licht in der Nähe eines Werkstücks 170 fokussiert, das eine erste und eine zweite Werkstückoberfläche 190-1 und 190-2 (d. h. eine obere und eine untere Werkstückoberfläche) aufweist. In verschiedenen Implementierungen kann das Werkstück 170 transparent sein oder auf andere Weise Material beinhalten, derart, dass die untere Oberfläche 190-2 zumindest teilweise durch die obere Oberfläche 190-1 hindurch sichtbar ist (d. h. ein Teil des Lichts von dem optischen Element 120 kann durch die obere Fläche 190-1 hindurchgehen, um die untere Fläche 190-2 zu erreichen). Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung zunächst ein Szenario beschrieben, in dem das Werkstück 170 nicht transparent ist oder anderweitig Eigenschaften aufweist, derart, dass nur die obere Oberfläche 190-1 Licht zum CRS-System 100 reflektiert.
In einer Implementierung, bei der nur die obere Oberfläche 190-1 Licht reflektiert, wird das Licht während der Messoperationen durch den Optikabschnitt 150 auf die obere Oberfläche 190-1 fokussiert (d. h. im Gegensatz zu Licht, das auch auf die untere Oberfläche 190-2 fokussiert wird, wie nachstehend in Bezug auf andere Beispiele beschrieben wird). Von der oberen Oberfläche 190-1 reflektiertes Licht wird durch den Optikabschnitt 150 auf die Apertur 195 refokussiert. Aufgrund ihrer axialen chromatischen Dispersion hat nur eine Wellenlänge den Fokusabstand, der dem Messabstand „Z1“ entspricht, bei dem es sich um den Abstand von einer relativ zum optischen Element 120 fixierten Referenzposition RP zum Ort auf der Werkstückoberfläche 190-1 handelt. Die am besten fokussierte Wellenlänge an dem Ort auf der Werkstückoberfläche 190-1 ist die am besten fokussierte Wellenlänge an der Apertur 195. Somit geht überwiegend die am besten fokussierte Wellenlänge durch die Apertur 195 hindurch und in den Kern der optischen Faser 113 des faseroptischen Kabels 112. Das faseroptische Kabel 112 leitet das Signallicht an den Wellenlängendetektor 162 weiter, der zur Bestimmung der Wellenlänge mit der dominanten Intensität verwendet wird, die dem Messabstand Z1 zum Ort auf der Werkstückoberfläche 190-1 entspricht.
In der veranschaulichten Ausführungsform wird die reflektierte wellenlängenabhängige Lichtintensität durch den faseroptischen Pfad einschließlich des Kopplers COUPLER-E zum Elektronikabschnitt 160 zurückgeführt, derart, dass ein Prozentsatz (z. B. in einigen Implementierungen ungefähr 50 %) des Lichts durch das Signalfasersegment 165S zum Wellenlängendetektor 162 geleitet wird. Der Wellenlängendetektor 162 empfängt die wellenlängenabhängige Lichtintensität als ein spektrales Ausgangsintensitätsprofil (auch einfach als ein spektrales Ausgangsprofil bezeichnet), das über ein Pixelarray entlang einer Messachse des Detektorarrays 163 verteilt ist, und ist wirksam, um entsprechende Ausgangsspektralprofildaten basierend auf Pixeldaten, die von dem Detektorarray 163 ausgegeben werden, bereitzustellen.
Die abstandsangebende Subpixel-Auflösungskoordinate (DIC) der Profildaten (z. B. siehe 3) wird durch den Signalprozessor 166 berechnet, und die DIC (in Subpixeln) gibt den Messabstand Z1 zu dem Ort auf der Werkstückoberfläche 190-1 (in Mikrometern) über eine Abstandskalibrierungs-Nachschlagetabelle oder dergleichen an, die in einem Kalibrierungsabschnitt 173 des Speicherabschnitts 168 gespeichert ist, wie nachstehend in Bezug auf 4A und 4B beschrieben. Gemäß zuvor bekannten Verfahren kann die DIC entsprechend dem Schwerpunkt der Intensitätsprofildaten bestimmt werden, die in einer Spitzenregion enthalten sind. In verschiedenen Implementierungen können die Profildaten verwendet werden, um die DIC mit Subpixel-Auflösung zu bestimmen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Es versteht sich, dass in einer Implementierung, bei der das Werkstück 170 transparent ist, ähnliche Funktionsprinzipien wie die vorstehend beschriebenen in Bezug auf die Bestimmung von Messabständen zu den Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 gelten können. Genauer gesagt wird während der Messoperationen Licht durch den Optikabschnitt 150 auf die Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 fokussiert (d. h. für die ein Teil des Lichts durch die Werkstückoberfläche 190-1 hindurchgeht, um die Werkstückoberfläche 190-2 zu erreichen). Von den Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 reflektiertes Licht wird durch den Optikabschnitt 150 auf die Apertur 195 refokussiert. Aufgrund ihrer axialen chromatischen Dispersion hat nur eine Wellenlänge den Fokusabstand, der dem Messabstand „Z1“ entspricht, bei dem es sich um den Abstand von einer relativ zum optischen Element 120 fixierten Referenzposition RP zum Ort auf der Werkstückoberfläche 190-1 handelt, und in ähnlicher Weise hat nur eine Wellenlänge den Fokusabstand, der dem Messabstand „Z2“ entspricht, bei dem es sich um den Abstand von der Referenzposition RP zum Ort auf der Werkstückoberfläche 190-2 handelt. Die Wellenlängen, die an den Orten auf den Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 am besten fokussiert werden, sind die am besten fokussierten Wellenlängen an der Apertur 195. Somit gehen überwiegend die am besten fokussierten Wellenlängen durch die Apertur 195 hindurch und in den Kern der optischen Faser 113 des faseroptischen Kabels 112. Das faseroptische Kabel 112 leitet das Signallicht an einen Wellenlängendetektor 162 weiter, der zum Bestimmen der Wellenlängen mit den dominanten Intensitäten verwendet wird, die den Messabständen zu den jeweiligen Orten auf den Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 entsprechen. Wie weiter unten in Bezug auf 5B ausführlicher beschrieben wird, kann der angegebene Messabstand zur Werkstückoberfläche 190-2 aufgrund des Brechungsindex des Werkstückmaterials in verschiedenen Implementierungen ein scheinbarer Messabstand Z2' sein, der sich auf den Messabstand Z2 bezieht (wie z. B. durch die GLEICHUNGEN 3-5 usw. veranschaulicht).
In der veranschaulichten Ausführungsform wird die reflektierte wellenlängenabhängige Lichtintensität durch den faseroptischen Pfad einschließlich des Kopplers COUPLER-E zum Elektronikabschnitt 160 zurückgeführt, derart, dass ein Prozentsatz (z. B. in einigen Implementierungen ungefähr 50 %) des Lichts durch das Signalfasersegment 165S zum Wellenlängendetektor 162 geleitet wird. Der Wellenlängendetektor 162 empfängt die wellenlängenabhängige Lichtintensität als ein spektrales Ausgangsintensitätsprofil (auch einfach als ein spektrales Ausgangsprofil bezeichnet), das über ein Pixelarray entlang einer Messachse des Detektorarrays 163 verteilt ist, und ist wirksam, um entsprechende Ausgangsspektralprofildaten basierend auf Pixeldaten, die von dem Detektorarray 163 ausgegeben werden, bereitzustellen.
Die zwei entsprechenden abstandsangebenden Subpixel-Auflösungskoordinaten (DICs) der Profildaten (siehe z. B. 5A) werden durch den Signalprozessor 166 berechnet, und die zwei DICs (in Subpixeln) geben den Messabstand (in Mikrometern) über eine Abstandskalibrierungs-Nachschlagetabelle oder dergleichen an, die in dem Kalibrierungsabschnitt 173 des Speicherabschnitts 168 gespeichert ist, wie nachstehend in Bezug auf die 4A und 4B beschrieben. Gemäß zuvor bekannten Verfahren können die zwei DICs entsprechend dem Schwerpunkt der Intensitätsprofildaten bestimmt werden, die in jeder der beiden entsprechenden Spitzenregionen enthalten sind. In verschiedenen Implementierungen können die Profildaten verwendet werden, um jede der zwei DICs mit Subpixel-Auflösung zu bestimmen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. In verschiedenen Implementierungen kann auch oder alternativ eine DIC bestimmt werden (z. B. resultierend aus einer Schwerpunktberechnung zweier verschmolzener Wellenlängenspitzen), die einem scheinbaren Messabstand Z3' entspricht, der sich auf einen tatsächlichen Messabstand Z3 bezieht (wie z. B. durch die GLEICHUNGEN 6-10 usw. veranschaulicht). Wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, kann der Abstand Z3 zwischen den Abständen Z1 und Z2 liegen und kann einem Abstand zu einer Position innerhalb des Werkstücks 170 entsprechen, wie beispielsweise an einem Mittelpunkt zwischen den Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2.
Wie in 1 weiter veranschaulicht, ist der Benutzerschnittstellenabschnitt 171 mit dem Elektronikabschnitt 160 gekoppelt und ist dazu konfiguriert, Benutzereingaben zu empfangen, die für den Betrieb des CRS-Systems 100 verwendet werden, wie beispielsweise einen Benutzerbefehl zum Auswählen verschiedener Betriebsparameter, über beliebige geeignete Mittel wie beispielsweise eine Tastatur, einen Berührungssensor, eine Maus usw. In Ausführungsbeispielen kann der Benutzerschnittstellenabschnitt 171 ein oder mehrere Betriebsmodusauswahlelemente (z. B. benutzerwählbare Schaltflächen) einschließen, die von einem Benutzer betätigt werden können, um einen von mehreren Betriebsmodi des CRS-Systems 100 (z. B. einen Dickenmessmodus und/oder einen Abstandsmessmodus usw.) auszuwählen. Der Benutzerschnittstellenabschnitt 171 ist auch dazu konfiguriert, Informationen auf einem Bildschirm anzuzeigen, wie beispielsweise einen Abstand und/oder eine Dicke, der/die erfolgreich durch das CRS-System 100 bestimmt/gemessen wurde. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann der Speicherabschnitt 168 in verschiedenen Implementierungen einen Dickenmessabschnitt 169 und einen Abstandmessabschnitt 172 einschließen, der beispielsweise entsprechende Modi implementieren und/oder anderweitig entsprechende Operationen bereitstellen kann. Solche entsprechenden Modi und/oder Operationen können zum Messen von Dicken von Werkstücken (z. B. entsprechend einem Zwischenraum zwischen ersten und zweiten Werkstückoberflächen) und/oder Abständen zu Werkstückoberflächen usw. sein. In verschiedenen Implementierungen können der Dickenmessabschnitt 169 und der Abstandsmessabschnitt 172 und/oder die damit verbundenen Operationen miteinander verschmolzen sein und/oder anderweitig nicht zu unterscheiden sein.
1 enthält orthogonale XYZ-Koordinatenachsen als Bezugsrahmen. Die Z-Richtung ist so definiert, dass sie parallel zur optischen Achse (OA), die die Abstandmessachse ist, des optischen Elements 120 ist. Wie in 1 dargestellt, wird das Werkstück 170 während des Betriebs entlang der optischen Achse OA platziert und kann auf einem Translationstisch 175 montiert werden, der vorteilhafterweise derart ausgerichtet sein kann, dass er sich entlang der Richtung der Z-Achse verschiebt, die durch die Führungslager 175A eingeschränkt wird.
Die folgende Beschreibung von 2 umreißt bestimmte bekannte Hintergrundsignalverarbeitungs- und/oder Kalibrierungsoperationen. 2 ist ein Diagramm 200 eines Systemrausch-(Vorspannungs-)Profils von einem CRS-System, das Spannungsoffsetsignalpegel Voffset(p) für die Pixel in einem Detektorarray 163 darstellt, wenn keine Messoberfläche innerhalb des nominalen Gesamtmessbereichs des CRS-Systems vorhanden ist. In einem solchen Fall gibt es kein vorsätzlich reflektiertes Licht und somit keine signifikante oder dominante Wellenlängenspitze im resultierenden Intensitätsprofil. Das Spannungsoffsetsignal Voffset(p) ist für jedes der 1.024 Pixel entlang der „Wellenlängen“-Messachse in normierten Volt aufgetragen. „Normierte Volt“ weist der Sättigungsspannung des Detektorarrays 163 einen Wert von 1,0 zu. Das Spannungsoffsetsignal Voffset(p) enthält einen Vorspannungssignalpegel Vvorspann, der über das Detektorarray relativ konsistent ist, und eine Hintergrundsignalkomponente Vzurück(p), die als über das Detektorarray variierend gezeigt wird.
Die folgende Beschreibung der 3, 4A, 4B, 5A und 5B skizziert bestimmte Signalverarbeitungsoperationen, die abstandangebende Koordinaten (DIC) mit Subpixel-Auflösung basierend auf gültigen Wellenlängenspitzen, die in wellenlängendispergierten Intensitätsprofilen vom CRS-System erzeugt werden, bestimmen und Messabstände zu Werkstückoberflächen (z. B. in Mikrometern) basierend auf den bestimmten DICs bestimmen. Bestimmte der hier umrissenen Operationen sind detaillierter in dem '456-Patent beschrieben. Der Zweck dieser Beschreibung besteht darin, zusätzliche Hintergrundinformationen bereitzustellen, die für ein Gesamtverständnis bestimmter hierin beschriebener CRS-Messoperationen nützlich sind.
3 ist ein Diagramm 300 eines wellenlängendispergierten Intensitätsprofils von einem CRS-System, das eine gültige Wellenlängenspitze 302 darstellt, die von einer Teilmenge von Messprofilsignalen MS(p) erzeugt wird, die eine Wellenlänge angeben, die auf eine einzelne Messoberfläche eines Werkstücks (das z. B. nicht transparent ist) fokussiert und von dieser reflektiert wird. In diesem Beispiel enthält das Diagramm 300 eine einzelne Wellenlängenspitze 302, die einer einzelnen Reflexionsoberfläche (z. B. der oberen Oberfläche) eines nicht transparenten Werkstücks entspricht. Jedes der Messprofilsignale MS(p) weist den Signalpegel (in normierten Volt gezeigt) auf, der jedem Pixel p des Detektorarrays (z. B. des Detektorarrays 163) zugeordnet ist. Die Wellenlängenspitze 302 weist eine mehr als ausreichende Höhe (ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis) auf, ist relativ symmetrisch und ermöglicht eine gute Schätzung des Ortes der Spitze oder der messabstandsangebenden Koordinate (DIC) 304 entlang der Messachse des Detektorarrays. 3 zeigt auch einen Vorspannungs-Signalpegel MVvorspann (in normierten Volt), eine Spitzenpixelkoordinate (ppc) und einen Datenschwellenwert MVschwelle, der die untere Grenze einer abstandsangebenden Teilmenge von Messprofilsignalen MS(p) definiert, die die Wellenlängenspitze 302 bilden. Alle Werte (einschließlich z. B. „MV“-Werte) sind in normierten Volt angeführt.
Kurz gesagt können in einer Ausführungsform Messoperationen zum Bestimmen einer abstandsangebenden Koordinate (DIC) (in Pixeln) und zum Bestimmen eines entsprechenden Messabstands (in Mikrometern) basierend auf der bestimmten DIC Folgendes beinhalten:

• Positionieren der Zieloberfläche entlang der optischen Achse OA und Erfassen des resultierenden wellenlängendispergierten Intensitätsprofils wie in Diagramm 300.
• Bestimmen der Spitzenpixelkoordinate (ppc), die das Pixel mit dem höchsten Signal ist.
• Bestimmen des Mess-Vorspannungssignalpegels MVvorspann bei einer gegebenen Abtastrate.
• Bestimmen des Datenschwellenwerts MVschwelle (z. B. als prozentualer Wert der Spitzenhöhe).
• Bestimmen der abstandsangebenden Koordinate (DIC) mit Subpixel-Auflösung basierend auf der abstandsangebenden Teilmenge von Messprofilsignalen MS(p), die die Wellenlängenspitze bilden, die einen Wert größer als MVschwelle aufweist.
• Bestimmen des Messabstands durch Korrelieren der DIC mit einem entsprechenden Abstand in den gespeicherten Abstandskalibrierungsdaten (z. B. eine Abstandskalibrierungskurve wie in 4A oder eine Nachschlagetabelle wie in 4B usw.).

Bei den vorhergehenden Operationen kann eine DIC mit Subpixelauflösung basierend auf der abstandsangebenden Teilmenge von Messprofilsignalen MS(p) über dem Datenschwellenwert MVschwelle bestimmt werden. Gemäß zuvor bekannten Verfahren kann eine DIC als die Subpixel-Auflösungskoordinate eines Schwerpunkts Xc der abstandsangebenden Teilmenge von Signalen MS(p) bestimmt werden. Zum Beispiel kann für einen Detektor mit 1024 Pixeln (d. h. mit jeweils einer entsprechenden Pixelzahl (p) von 1 bis 1024) der Schwerpunkt Xc bestimmt werden gemäß: $X_{c} = \frac{\sum_{p = 1}^{1024} p {(S_{M} (p))}^{n}}{\sum_{p = 1}^{1024} {(S_{M} (p))}^{n}}$
wobei $S_{M} (p) = {\begin{array}{l} M S_{p} - M V T h r e s h o l d (p p c), f o r M S_{p} \geq M V T h r e s h o l d (p p c) \\ 0, f o r M S_{p} < M V T h r e s h o l d (p p c) \end{array}}$
In einem spezifischen Beispiel ist n=2 in GLEICHUNG 1. Es versteht sich, dass GLEICHUNG 2 die bei der Schwerpunktberechnung verwendeten Signale MS(p) auf eine abstandsangebende Teilmenge beschränkt.
4A ist ein Diagramm 400A von CRS-Messabstandskalibrierungsdaten 410A, das abstandsangebende Koordinaten (DIC) mit einer Subpixel-Auflösung mit bekannten Messabständen (ZOUT) in Mikrometern entlang der optischen Achse (OA) des CRS korreliert (wie z. B. im Kalibrierungsabschnitt 173 von 3 gespeichert). Es versteht sich, dass die spezifischen Werte von 4A nur zur Veranschaulichung gedacht sind und möglicherweise nicht spezifischen Werten entsprechen, die in anderen Beispielen angegeben sind (z. B. bezüglich bestimmter Werte, die in Bezug auf 1-3 beschrieben sind, und/oder den spezifischen Tabellenwerten von 4B, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, obwohl sich versteht, dass die Konzepte analog sind). Das in 4A gezeigte Beispiel gilt für ein optisches Element (z. B. einen optischen Stift) mit einem nominalen Gesamtmessbereich MR von 300 Mikrometern, was DICs im Bereich von ungefähr 150 Pixel-490 Pixel entspricht. Das CRS-System kann jedoch bei Bedarf über einen größeren Pixelbereich des Detektorarrays 163 kalibriert werden. Ein beispielhaftes Laborkalibrierungsverfahren zum Bestimmen der CRS-Messabstandskalibrierungsdaten 410A verwendet einen Spiegel (z. B. als Ersatz für die Oberfläche 190-1 von 1), der entlang der optischen Achse OA bewegt wird (z. B. in Schritten von ungefähr 0,1 oder 0,2 Mikrometern). Für jede tatsächliche Spiegelposition wird die entsprechende Kalibrierungs-DIC des CRS-Systems basierend auf den entsprechenden Intensitätsprofildaten bestimmt, wie vorstehend in Bezug auf 3 beschrieben. Die Kalibrierungs-DIC und die entsprechende tatsächliche Position (in Mikrometern entlang der optischen Achse OA) werden dann aufgezeichnet, um die Kalibrierungsdaten 410A bereitzustellen. Während einer Werkstückmessoperation (z. B. zum Bestimmen eines Messabstands zu einer Werkstückoberfläche, wie beispielsweise der Werkstückoberfläche 190-1) wird eine von einem CRS-System erhaltene Mess-DIC mit den gespeicherten Kalibrierungsdaten 410A in Beziehung gesetzt, um den Messabstand ZOUT zu bestimmen, der der Mess-DIC entspricht. Obwohl die Abstandskalibrierungsdaten 410A eine glatte Kurve zu bilden scheinen, versteht es sich, dass in einigen Fällen die Abstandskalibrierungsdaten und/oder Ausgangsspektralprofildaten für ein typisches CRS-System, insbesondere für wirtschaftliche CRS-Systeme, bestimmte Nahbereichsvariationen/Unregelmäßigkeiten (wie z. B. teilweise im US-Patent Nr. 7,876,456 beschrieben, das hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird) aufweisen können.
4B ist ein Diagramm 400B einer CRS-Abstandskalibrierungs-Nachschlagetabelle 410B zum Referenzieren von abstandsangebenden Koordinaten auf Messabstände für einen chromatischen Punktsensor (wie z. B. in dem Kalibrierungsabschnitt 173 von 3 gespeichert). Wie vorstehend angemerkt, versteht es sich, dass die Tabellenwerte von 4B nur zur Veranschaulichung gedacht sind und möglicherweise nicht spezifischen Werten entsprechen, die in anderen Beispielen, wie denen von 4A, angegeben sind, obwohl in Bezug auf diese zu erkennen ist, dass die Konzepte analog sind. In 4B decken in der linken Spalte die Kalibrierungs-DICs-Einträge die Pixelkoordinaten von 1 bis 1.024 in Schritten von 0,1 Pixelschritten ab, und in der rechten Spalte sind die entsprechenden Messabstände (in Mikrometern) (ZOUT) eingetragen. Im Betrieb wird die vom CRS-System berechnete Mess-DIC auf die gespeicherte Kalibrierungs-Lookup-Tabelle referenziert, um den entsprechenden Messabstand (in Mikrometern) zu bestimmen. Wenn die Mess-DIC zwischen benachbarten Kalibrier-DIC-Werten liegt, kann der Messabstand durch Interpolation bestimmt werden. Im Beispiel von 4B sind einige spezifische Beispielwerte für einige kleine Bereiche in der Nähe von DICs mit Pixelpositionen von ungefähr 104, 604 und 990 mit entsprechenden Messabständen in Bereichen nahe 37 Mikrometer, 381 Mikrometer und 486 Mikrometer gezeigt.
Im Betrieb (z. B. für eine Abstandsmessung zu einer einzelnen Werkstückoberfläche 190-1, wie in 3 veranschaulicht) ist der optische Stift 120 mit dem CRS-Elektronikabschnitt 160 verbunden und relativ zur Werkstückoberfläche 190-1 betriebsbereit positioniert, um Messoperationen durchzuführen. Die Messoperationen beinhalten, dass der optische Stift 120 ein Eingangsspektralprofil von der Beleuchtungsquelle 164 eingibt und entsprechende Strahlung an die Werkstückoberfläche 190-1 ausgibt und reflektierte Strahlung von der Werkstückoberfläche 190-1 empfängt und die reflektierte Strahlung ausgibt, um ein Ausgangsspektralprofil an den CRS-Wellenlängendetektor 162 bereitzustellen, der dann Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt. Das Ausgangsspektralprofil enthält eine abstandsabhängige Profilkomponente und eine abstandsunabhängige Profilkomponente. Die abstandsabhängige Profilkomponente hat eine Wellenlängenspitze (z. B. Spitze 302 in 3), die einen Messabstand (z. B. Messabstand Z1) von dem optischen Stift 120 zur Werkstückoberfläche 190-1 angibt. Wie vorstehend beschrieben, ist die Mess-DIC, die gemäß einer Schwerpunktberechnung von dem CRS-System bestimmt wird, nicht auf die gespeicherten Kalibrierungsdaten (z. B. 4A oder 4B) referenziert, um den Messabstand (z. B. Messabstand Z1) entsprechend der Mess-DIC zu bestimmen. Wenn die Mess-DIC zwischen benachbarte Kalibrierungs-DIC-Werte fällt, dann kann der der Mess-DIC entsprechende Messabstand durch Interpolation bestimmt werden (z. B. zwischen den Messabständen, die den benachbarten Kalibrierungs-DIC-Werten entsprechen).
Im Gegensatz zu dem Beispiel von 3, das sich auf das Bestimmen eines Messabstands zu einer einzelnen Werkstückoberfläche bezieht, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, veranschaulicht 5A ein Beispiel zum Bestimmen von Messabständen zu einer ersten und einer zweiten Werkstückoberfläche (z. B. der Messabstände Z1 und Z2 zu den oberen und unteren Werkstückoberflächen 190-1 bzw. 190-2 von 1). Solche Techniken (z. B. die hier manchmal als „Techniken vom Schwerpunkttyp“ bezeichnet werden) können verwendet werden, um eine Dicke eines Werkstücks zu bestimmen (z. B. basierend zumindest teilweise auf einer Differenz zwischen den Messabständen Z1 und Z2' entsprechend den aus Schwerpunktberechnungen bestimmten DICs). Allerdings können, wie nachstehend (z. B. insbesondere in Bezug auf 6-9H) detaillierter beschrieben wird, gemäß hierin offenbarten Prinzipien bestimmte alternative Techniken zur Bestimmung einer Werkstückdicke verwendet werden, die bestimmte Vorteile aufweisen (z. B. einschließlich genauerer Dickenbestimmungen für bestimmte Werkstücke usw.).
5A ist ein Diagramm 500A eines wellenlängendispergierten Intensitätsprofils von einem CRS-System, das die gültigen Wellenlängenspitzen 502-1 und 502-2 veranschaulicht. Die Wellenlängenspitze 502-1 wird durch eine erste Teilmenge von Messprofilsignalen MS(p) erzeugt, die eine erste Wellenlänge angeben, die auf eine erste Messoberfläche (z. B. Oberfläche 190-1 des Werkstücks 170) fokussiert und von dieser reflektiert wird. Die gültige Wellenlängenspitze 502-2 wird durch eine zweite Teilmenge von Messprofilsignalen MS(p) erzeugt, die eine zweite Wellenlänge angeben, die auf eine zweite Messoberfläche (z. B. Oberfläche 190-2 des Werkstücks 170) fokussiert und von dieser reflektiert wird. In diesem Beispiel kann das Werkstück (z. B. Werkstück 170) transparent sein, wodurch ermöglicht wird, dass die zweite Messfläche 190-2 durch die erste Messfläche 190-1 (für die z. B. ein Teil des Lichts von dem optischen Stift 120 durch die erste Messfläche 190-1 hindurchgeht, um von der zweiten Messfläche 190-2 reflektiert zu werden) sichtbar ist.
Jedes der Messprofilsignale MS(p) weist den Signalpegel (in normierten Volt gezeigt) auf, der jedem Pixel p des Detektorarrays (z. B. des Detektorarrays 163) zugeordnet ist.
Jede der gültigen Wellenlängenspitzen 502-1 und 502-2 weist eine mehr als ausreichende Höhe (ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis) auf, ist relativ symmetrisch und ermöglicht eine gute Schätzung des Ortes der jeweiligen Spitze und eine Bestimmung einer abstandsangebenden Koordinate (DIC) 504-1 oder 504-2 (d. h. unter Verwendung einer Schwerpunktberechnung) entlang der Messachse des Detektorarrays. 5A zeigt einen Vorspannungssignalpegel MVvorspann (in normierten Volt), Spitzenpixelkoordinaten (ppc1 und ppc2) und einen Datenschwellenwert MVschwelle, der die untere Grenze einer abstandsangebenden Teilmenge von Messprofilsignalen MS(p) definiert, die die entsprechenden Wellenlängenspitzen 502-1 und 502-2 bilden. Alle Werte (einschließlich z. B. „MV“-Werte) sind in normierten Volt angeführt.
Im Betrieb (z. B. für die zwei Werkstückoberflächenmessungen) ist der optische Stift 120 mit dem CRS-Elektronikabschnitt 160 verbunden und relativ zum Werkstück 170 (d. h. einschließlich der Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2) betriebsbereit positioniert, um Messoperationen durchzuführen. Die Messoperationen beinhalten, dass der optische Stift 120 ein Eingangsspektralprofil von der Beleuchtungsquelle 164 eingibt und entsprechende Strahlung an die Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 ausgibt und reflektierte Strahlung von den Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 empfängt und die reflektierte Strahlung ausgibt, um ein Ausgangsspektralprofil an den CRS-Wellenlängendetektor 162 bereitzustellen, der dann Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt. Das Ausgangsspektralprofil beinhaltet abstandsabhängige Profilkomponenten und abstandsunabhängige Profilkomponenten. Die abstandsabhängigen Profilkomponenten haben Wellenlängenspitzen (z. B. Spitzen 502-1 und 502-2 in 5A), die Messabstände vom optischen Stift 120 zu den Werkstückoberflächen 190-1 bzw. 190-2 angeben. Wie vorstehend beschrieben, werden die vom CRS-System berechneten Mess-DICs 504-1 und 504-2 (d. h. unter Verwendung einer Schwerpunktberechnung) auf die gespeicherten Kalibrierungsdaten (z. B. 4A oder 4B) referenziert, um die Messabstände (z. B. Messabstände Z1 und Z2') entsprechend den Mess-DICs zu bestimmen. Wenn einer oder beide der Mess-DICs zwischen benachbarten Kalibrierungs-DIC-Werten liegen, dann kann der Messabstand, der der Mess-DIC entspricht, durch Interpolation bestimmt werden. In verschiedenen Implementierungen und gemäß zuvor bekannten Techniken kann eine Dicke d des Werkstücks 170 gemäß einer Differenz zwischen den bestimmten Messabständen bestimmt werden, wie nachstehend in Bezug auf 5B ausführlicher beschrieben wird.
5B ist ein Diagramm 500B, das Messabstände zu der oberen Oberfläche 190-1 und der unteren Oberfläche 190-2 des transparenten Werkstücks 170 veranschaulicht, einschließlich eines tatsächlichen Messabstands Z2 und eines scheinbaren Messabstands Z2' zu der unteren Oberfläche 190-2. Wie in 5B veranschaulicht, wird gezeigt, dass die Strahlen R1A und R1B (z. B. von dem Optikabschnitt 150) auf die Werkstückoberfläche 190-1 fokussieren (d. h. entsprechend einer Wellenlänge, die am besten auf der Werkstückoberfläche 190-1 fokussiert ist), und die in 5A die Wellenlängenspitze 502-1 mit der entsprechenden DIC 504-1 ergeben, die den Messabstand Z1 angibt. Wie auch in 5B veranschaulicht, wird gezeigt, dass die Strahlen R2A und R2B (z. B. von dem Optikabschnitt 150) auf die Werkstückoberfläche 190-2 fokussieren (d. h. entsprechend einer Wellenlänge, die am besten auf der Werkstückoberfläche 190-2 fokussiert ist), und die in 5A die Wellenlängenspitze 502-2 mit der entsprechenden DIC 504-2 ergeben, die einen scheinbaren Messabstand Z2' angibt. Der scheinbare Messabstand Z2' unterscheidet sich von dem tatsächlichen Messabstand Z2 aufgrund des Brechungsindex des Werkstückmaterials bei der entsprechenden Wellenlänge (d. h. entsprechend der Wellenlängenspitze 502-2).
Genauer gesagt, wie in 5B veranschaulicht, gehen die Strahlen, sobald die Strahlen R2A und R2B in das Werkstück 170 eintreten, durch das Werkstückmaterial aufgrund des Brechungsindexes mit einer Winkeländerung hindurch, wie durch die Strahlenabschnitte R2A' und R2B' angegeben, die den Fokus an der Werkstückoberfläche 190-2 ergeben, der dem tatsächlichen Messabstand Z2 entspricht. Die projizierten Strahlanteile R2A-P und R2B-P (d. h. ohne Winkeländerung) innerhalb des Werkstücks geben jedoch einen Fokus entsprechend dem scheinbaren Messabstand Z2' an, der der Wellenlängenspitze 502-2 mit der entsprechenden DIC 504-2 entspricht. Einige Gleichungen, die Beziehungen zwischen den verschiedenen Abständen veranschaulichen, werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
Ein Zusammenhang zwischen den tatsächlichen Messabständen Z1 und Z2 und der tatsächlichen Werkstückdicke d lässt sich durch die folgende GLEICHUNG 3 charakterisieren: $d = Z 2 - Z 1$
In ähnlicher Weise lässt sich ein Zusammenhang zwischen dem tatsächlichen Messabstand Z1 und dem scheinbaren Messabstand Z2' und der scheinbaren Werkstückdicke d' durch die folgende GLEICHUNG 4 charakterisieren: $d' = Z 2' - Z 1$
Ein Zusammenhang zwischen der tatsächlichen Werkstückdicke d und der scheinbaren Werkstückdicke d' kann durch die folgende GLEICHUNG 5 charakterisiert werden: $d = (d') (n)$
wobei n der Brechungsindex des Werkstückmaterials bei der entsprechenden Wellenlänge ist (z. B. entsprechend der Wellenlängenspitze 502-2). Die vorstehenden Gleichungen ermöglichen die Bestimmung einer Werkstückdicke d basierend auf Messprofilsignalen MS(p) wie denen von 5A. Genauer gesagt, zeigen die bestimmten DICs 504-1 und 504-2 von 5A die jeweiligen Messabstände Z1 und Z2' über eine Abstandskalibrierungs-Nachschlagetabelle oder dergleichen an, die im Kalibrierungsabschnitt 173 des Speicherabschnitts 168 gespeichert ist, wie vorstehend in Bezug auf 4A und 4B beschrieben. Aus den Messabständen Z1 und Z2' kann die Messung der scheinbaren Werkstückdicke d' nach Berechnungen wie denen nach GLEICHUNG 4 bestimmt werden. Die Messung der scheinbaren Werkstückdicke d' kann dann verwendet werden, um die Messung der tatsächlichen Werkstückdicke d nach Berechnungen wie denen von GLEICHUNG 5 zu bestimmen. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann ein Abstand Z3 zwischen den Abständen Z1 und Z2 liegen (kann z. B. ein Durchschnitt der Abstände Z1 und Z2 sein und kann sich bis zu einem Mittelpunkt der tatsächlichen Dicke d erstrecken) und ein zugehöriger Abstand Z3' kann zwischen den Abständen Z1 und Z2' liegen (kann z. B. ein Durchschnitt der Abstände Z1 und Z2' sein und kann sich bis zu einem Mittelpunkt der scheinbaren Dicke d' erstrecken).
Als weiteres Beispiel veranschaulicht 5A auch ein mit gepunkteten Linien dargestelltes wellenlängendispergiertes Intensitätsprofil von einem CRS-System mit Wellenlängenspitzen 502-1a und 502-2a mit entsprechenden Spitzenpixelkoordinaten ppcla und ppc2a. Die Wellenlängenspitzen 502-1a und 502-2a sind den Wellenlängenspitzen 502-1 und 502-2 ähnlich, außer dass sie näher beieinander liegen, derart, dass die Spitzen und die entsprechenden ersten und zweiten Teilmengen von Messprofilsignalen 510a teilweise verschmolzen sind. In verschiedenen Implementierungen kann dieses Beispiel einer Version eines Werkstücks 170 entsprechen, das relativ dünn ist (d. h. bei dem nur ein geringer Zwischenraum zwischen der oberen und unteren Oberfläche besteht, die relativ nahe beieinander liegen). Wie dargestellt, kann dies gemäß zuvor bekannten Techniken (z. B. unter Verwendung von Schwerpunktberechnungen zum Bestimmen von DICs) zu bestimmten Problemen bei der Bestimmung der Messabstände zu den jeweiligen Oberflächen und bei der Bestimmung einer Werkstückdicke entsprechend einer Differenz zwischen den bestimmten Messabständen führen. Zum Beispiel kann die Verarbeitung, wie vorstehend beschrieben, in einer Implementierung zu einer Bewertung der teilweise verschmolzenen Wellenlängenspitzen 502-1a und 502-2a führen, die (z. B. gemäß einer Schwerpunktberechnung wie vorstehend in Bezug auf die GLEICHUNGEN 1 und 2 beschrieben) zu einer Bestimmung einer einzelnen DIC 504a führen kann, die nur einem einzigen bestimmten Messabstand zum Werkstück entspricht. Bei anderen Implementierungen kann die Verarbeitung zu einer Bestimmung von zwei DICs führen, wobei jedoch zu beachten ist, dass das teilweise Verschmelzen der Wellenlängenspitzen 502-1a und 502-2a in einigen Fällen zu ungenauen Bestimmungen entsprechender DICs führen kann und/oder für die in einigen Fällen eine Fehlermeldung (z. B. als Hinweis auf ein Problem bei der Bestimmung einer entsprechenden DIC) bereitgestellt werden kann. Unter jedem der vorstehend beschriebenen Umstände kann eine entsprechende Bestimmung der Dicke des Werkstücks problematisch sein (kann z. B. bestimmte Ungenauigkeiten aufweisen oder kann möglicherweise nicht anderweitig bestimmt werden usw.).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist ein CRS-System mit einem neuartigen Ansatz versehen, um eine Werkstückdicke zu bestimmen, was sogar bei relativ dünnen Werkstücken (z. B. in verschiedenen Implementierungen mit einer Dicke von nur 7 Mikrometern oder 5 Mikrometern oder 3 Mikrometern) zu einer hohen Genauigkeit führt. Insbesondere beinhaltet in einer beispielhaften Implementierung der CRS-Elektronikabschnitt 160 (1) einen Dickenmessabschnitt 169, der von dem CRS-System verwendet werden kann, um eine Dickenmessung eines Werkstücks gemäß den hierin offenbarten Prinzipien durchzuführen, und ein Abstandmessabschnitt 172, der vom CRS-System 100 verwendet werden kann, besteht darin, eine oder mehrere Abstandsmessungen zu einer oder mehreren Oberflächen eines Werkstücks durchzuführen (z. B. gemäß zuvor bekannten Techniken). In verschiedenen Implementierungen kann die Auswahl eines Dickenmessmodus oder einer -operation (z. B. unter Verwendung des Dickenmessabschnitts 169) oder einer Abstandsmessoperation oder eines - modus (z. B. unter Verwendung des Abstandsmessabschnitts 172) als Reaktion auf eine über die Benutzerschnittstelle 171 empfangene Benutzereingabe oder automatisch erfolgen. Als Reaktion auf das Positionieren des optischen Stifts relativ zu einem Werkstück (z. B. einem transparenten Werkstück) kann beispielsweise eine Dickenoperation oder ein -modus automatisch oder manuell ausgewählt werden, um die Dicke des Werkstücks zu bestimmen.
Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann der Signalprozessor 166 in verschiedenen Implementierungen einer Dickenmessoperation oder eines -modus einen Algorithmus ausführen (der z. B. eine Transformation oder eine andere Verarbeitung umfasst), wie er im Dickenmessabschnitt 169 des Speicherabschnitts 168 gespeichert ist. Der Algorithmus (z. B. unter Verwendung einer Transformationsverarbeitung) wird an den Spektralprofildaten durchgeführt, die von dem Wellenlängendetektor 162 ausgegeben werden, um eine Dicke eines Werkstücks zu bestimmen. Im Betrieb ist der optische Stift 120 mit dem CRS-Elektronikabschnitt 160 verbunden und relativ zum Werkstück 170 betriebsbereit positioniert, um die Dickenmessoperationen durchzuführen. Die Dickenmessoperationen beinhalten das Eingeben eines Eingangsspektralprofils von der Beleuchtungsquelle 164 durch den optischen Stift 120 und das Ausgeben einer entsprechenden Strahlung an die beiden Oberflächen 190-1 und 190-2 (d. h. „Oberfläche 1“ und „Oberfläche 2“) des Werkstücks 170. Der optische Stift 120 empfängt reflektierte Strahlung von den beiden Oberflächen und gibt die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor 162 aus, der dann Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt, für die die Werkstückdicke basierend auf der Verarbeitung der Ausgangsspektralprofildaten (z. B. unter Verwendung einer Transformationsverarbeitung, wie etwa einer Fourier-Transformationsverarbeitung oder einer Fourier-bezogenen Transformationsverarbeitung usw.) bestimmt wird.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Betreiben des CRS-Systems 100 zum Bestimmen einer Werkstückdicke veranschaulicht. An einem Block 610 wird ein CRS-System bereitgestellt, umfassend: einen optischen Stift 120, der einen konfokalen optischen Pfad umfasst, einschließlich eines Optikabschnitts 150, der eine axiale chromatische Dispersion bereitstellt und dazu konfiguriert ist, unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedlichen Abständen in der Nähe eines Werkstücks 170 zu fokussieren; eine Beleuchtungsquelle 164; und einen CRS-Wellenlängendetektor 162, der mehrere Pixel umfasst, wobei jeweilige Pixelpositionen entlang einer Messachse des CRS-Wellenlängendetektors verteilt sind, wobei die mehreren Pixel jeweilige Wellenlängen empfangen und Ausgangsspektralprofildaten bereitstellen. Bei Block 620 wird das CRS-System 100 betrieben, wobei der optische Stift betriebsfähig relativ zu einem Werkstück positioniert ist, um Messoperationen durchzuführen, wobei die Messoperationen beinhalten, dass der optische Stift das Eingangsspektralprofil eingibt und entsprechende Strahlung an die erste und die zweite Werkstückoberfläche des Werkstücks ausgibt und reflektierte Strahlung von der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche empfängt und die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor ausgibt, der die Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt.
An einem Entscheidungsblock 630 erfolgt eine Bestimmung, ob ein oder mehrere Messabstände zu bestimmen sind. Wenn ein oder mehrere Messabstände nicht bestimmt werden sollen, fährt das Verfahren fort mit einem Block 650, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Wenn ein oder mehrere Messabstände bestimmt werden sollen, fährt das Verfahren fort mit einem Block 640, wo die Ausgangsspektralprofildaten verarbeitet werden, um den einen oder die mehreren Messabstände zu dem Werkstück zu bestimmen (wobei z. B. das Verarbeiten zum Bestimmen eines Messabstands das Bestimmen einer abstandsangebenden Koordinate entsprechend einer Pixelposition des CRS-Wellenlängendetektors einschließt, die den Messabstand angibt).
Von Block 640 oder wenn bei Block 630 ein oder mehrere Messabstände nicht zu bestimmen sind, fährt das Verfahren fort mit Block 650, wo die Ausgangsspektralprofildaten verarbeitet werden, um eine Dicke des Werkstücks zu bestimmen, die einem Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche des Werkstücks entspricht (wobei z. B. die Verarbeitung zum Bestimmen der Dicke nicht von einem bestimmten Messabstand zum Werkstück abhängig ist und/oder eine Transformationsverarbeitung wie etwa eine Fourier-Transformationsverarbeitung oder eine andere Fourier-bezogene Transformationsverarbeitung usw. verwenden kann.). In verschiedenen Implementierungen kann die Fourier-bezogene Transformationsverarbeitung lineare Transformationen von Funktionen in Bezug auf die Fourier-Analyse einschließen (die z. B. eine Funktion auf einen Satz von Koeffizienten von Basisfunktionen abbilden kann, wobei die Basisfunktionen sinusförmig sein können und in dem Frequenzbereich stark lokalisiert sein können). Einige Beispiele beinhalten CosinusTransformationen, Sinus-Transformationen, Laplace-Transformationen usw.
Wie vorstehend beschrieben (z. B. in Bezug auf die mit gepunkteten Linien dargestellten Messprofilsignale 510a von 5A usw.), kann es bei verschiedenen Implementierungen schwierig sein, genaue abstandsangebende Koordinaten für einander gegenüberliegende Oberflächen eines Werkstücks zu bestimmen (z. B. eines dünnen Werkstücks aufgrund des Umstandes, dass Wellenlängenspitzen zumindest teilweise verschmelzen, usw.). In einigen Fällen können die Wellenlängenspitzen in einem Ausmaß verschmolzen sein, dass nur eine einzige abstandsangebende Koordinate (z. B. DIC 504a von 5A) bestimmt werden kann. In anderen Fällen können zwei abstandsangebende Koordinaten bestimmt werden, für die es jedoch Ungenauigkeiten und/oder Verarbeitungsprobleme aufgrund der Verschmelzung der Wellenlängenspitzen geben kann (für die z. B. eine Schwerpunktberechnung für eine erste Wellenlängenspitze zum Bestimmen einer entsprechenden ersten abstandsangebenden Koordinate teilweise verzerrt sein kann oder auf andere Weise durch eine verschmolzene zweite Wellenlängenspitze beeinflusst sein kann, und umgekehrt). Aufgrund solcher potenzieller Probleme ist es in einigen Fällen wünschenswert, in der Lage zu sein, eine Dicke eines Werkstücks zu bestimmen, ohne dass Abstandsbestimmungen unter Verwendung von Schwerpunktberechnungen, wie denen der zuvor bekannten Techniken, wie vorstehend beschrieben, erforderlich sind. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, werden hierin alternative Techniken zum Bestimmen einer Werkstückdicke (z. B. unter Verwendung einer Transformationsverarbeitung) offenbart.
In verschiedenen Implementierungen können ein Abstand und/oder Abstände, die durch zuvor bekannte Techniken bestimmt wurden, immer noch nützliche Informationen bereitstellen (die z. B. in einigen Fällen in Kombination mit einer Dicke verwendet werden können, die gemäß hierin offenbarten Prinzipien bestimmt wird). Zum Beispiel kann, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird (z. B. in Bezug auf die GLEICHUNGEN 6-10), in einigen Fällen ein Messabstand zu einem Werkstück, der bestimmt wird (z. B. bei Block 640), in Kombination mit einer Dicke des Werkstücks verwendet werden, die gemäß hierin offenbarten Prinzipien bestimmt wird (z. B. bei Block 650).
Wie vorstehend angemerkt, können in einigen Fällen Wellenlängenspitzen, die zwei einander gegenüberliegenden Werkstückoberflächen entsprechen, bis zu einem Ausmaß verschmolzen sein, für das nur eine einzige abstandsangebende Koordinate (z. B. DIC 504a von 5A) bestimmt werden kann. In einigen Implementierungen kann eine solche abstandsangebende Koordinate (z. B. DIC 504a von 5A) einen Messabstand darstellen, wie beispielsweise den Abstand Z3' von 5B. Der Abstand Z3' liegt zwischen den Abständen Z1 und Z2' (er kann z. B. einem Durchschnitt der Abstände Z1 und Z2' entsprechen und kann sich bis zu einem Mittelpunkt der scheinbaren Dicke d' erstrecken). Der Abstand Z3' bezieht sich auf den Abstand Z3, der ähnlich einem Punkt innerhalb des Werkstücks 170 ist, der sich zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche 190-1 und 190-2 befindet. In einigen Implementierungen kann der Punkt innerhalb des Werkstücks, der dem Abstand Z3 entspricht, an einem Mittelpunkt zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche 190-1 und 190-2 liegen, für den der Abstand Z3 einem Durchschnitt des ersten und zweiten Abstands Z1 und Z2 zu den jeweiligen ersten und zweiten Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 entspricht (z. B. für die sich der Abstand Z3 bis zu einem Mittelpunkt der tatsächlichen Dicke d erstreckt).
Zum Beispiel in Bezug auf die mit gepunkteten Linien dargestellten Messprofilsignale S10a von 5A als einer dünnen Version des Werkstücks 170 entsprechend, wenn die Wellenlängenspitzen 502-1a und 502-2a entsprechend den Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 (z. B. mit den Spitzenpixelkoordinaten ppcla und ppc2a), ähnliche Eigenschaften aufweisen (z. B. ähnlich groß usw.), dann kann eine Schwerpunkt- oder ähnliche Berechnung zu einer abstandsangebenden Koordinate (z. B. DIC 504a) führen, die sich ungefähr/nominell an einem Mittelpunkt zwischen den beiden Wellenlängenspitzen befindet. In einem solchen Fall ist der entsprechende Messabstand (z. B. Abstand Z3') ungefähr ein Durchschnitt des ersten und des zweiten Abstands Z1 und Z2'. In einigen Implementierungen kann ein solcher bestimmter Messabstand (z. B. Abstand Z3') in Kombination mit der bestimmten Dicke d des Werkstücks (z. B. wie bei Block 650 bestimmt) verwendet werden, um den ersten und/oder zweiten Messabstand Z1 und Z2 zu der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche 190-1 und 190-2 zu bestimmen. Wenn beispielsweise angenommen wird, dass der Abstand Z3' an dem Mittelpunkt zwischen den Abständen Z1 und Z2' liegt und wenn die scheinbare Dicke d' einer Differenz zwischen den Abständen Z1 und Z2' entspricht (bei der d' = Z2'-Z1), und wenn angenommen wird, dass die Dicke d des Werkstücks 170 einem Zwischenraum zwischen den Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 entspricht (für die d = Z2-Z1), dann geben die folgenden Gleichungen einige der Beziehungen zwischen den verschiedenen Abständen an: $Z 1 = Z 3 - (d/ 2)$
$Z 2 = Z 3 + (d/ 2)$
$Z 1 = Z 3' - (d'/ 2)$
$Z 2' = Z 3' + (d'/ 2)$
Gemäß den vorhergehenden Gleichungen kann in verschiedenen Implementierungen eine bestimmte Werkstückdicke d in Kombination mit einem bestimmten Abstand (z. B. Abstand Z3' als Durchschnitt der Abstände Z1 und Z2') verwendet werden, um einen Abstand zu einer Werkstückoberfläche zu bestimmen (z. B. Abstand Z1 zur Werkstückoberfläche 190-1). Die folgende GLEICHUNG 10 ergibt sich beispielsweise aus einer Kombination der GLEICHUNGEN 5 und 8: $Z 1 = Z 3' - (d/ 2 n)$
und für die dann auch Z2 bestimmt werden kann (z. B. nach Gl. 3).
Wie vorstehend angemerkt, kann die Verarbeitung in einigen Fällen gemäß zuvor bekannten Techniken zwei DICs erzeugen, die zwei Wellenlängenspitzen entsprechen, die teilweise verschmolzen sind. In einigen Fällen können die beiden bestimmten DICs Ungenauigkeiten aufweisen (z. B. aufgrund der verschmolzenen Spitzen). Bei einigen derartigen Implementierungen (bei denen z. B. angenommen werden kann, dass die beiden DICs aufgrund der verschmolzenen Spitzen um ähnliche Beträge in Richtung eines Mittelpunkts verzerrt wurden) können die zwei Messabstände entsprechend den zwei DICs gemittelt werden, um einen ungefähren Mittelpunktmessabstand (z. B. ähnlich dem Abstand Z3') zu bestimmen, der dann in Kombination mit einer bestimmten Dicke d des Werkstücks (wie z. B. bei Block 650 bestimmt) verwendet werden kann, um genauere Bestimmungen der Abstände Z1 und Z2 (z. B. durch Verwendung einer Verarbeitung wie GLEICHUNG 10 usw.) bereitzustellen.
In einigen Implementierungen kann für einen gegebenen Satz von Ausgangsspektralprofildaten eine Auswahl getroffen und/oder eine Verarbeitung durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob eine Dicke eines Werkstücks gemäß den hierin offenbarten Prinzipien oder alternativ gemäß früher bekannten Verfahren bestimmt werden sollte (z. B. unter Verwendung von Schwerpunktberechnungen, um abstandsangebende Koordinaten und eine entsprechende Differenz zwischen Messabständen zu bestimmen, wie vorstehend in Bezug auf die DICs 504-1 und 504-2 von 5A und die Gleichungen 4 und 5 beschrieben). Beispielsweise kann ein Benutzer für ein bestimmtes Werkstück (z. B. ein relativ dünneres Werkstück mit geringer Trennung zwischen den Wellenlängenspitzen und der entsprechenden Verschmelzung von Spitzen oder anderen Problemen) wählen und/oder es kann eine Verarbeitung (z. B. automatisch) durchgeführt werden, um zu bestimmen, dass Techniken wie hierin offenbart, zum Bestimmen der Dicke verwendet werden sollten. Alternativ kann ein Benutzer für ein bestimmtes Werkstück (z. B. ein relativ dickeres Werkstück mit einer relativ signifikanten Trennung zwischen den Wellenlängenspitzen und ohne signifikante Spitzenverschmelzungsprobleme usw.) wählen und/oder es kann eine Verarbeitung durchgeführt werden (z. B. automatisch), um zu bestimmen, dass zur Bestimmung der Dicke zuvor bekannte Verfahren verwendet werden sollten. In einigen Implementierungen können solche Bestimmungen zumindest teilweise basierend auf der Verarbeitung der Ausgangsspektralprofildaten unter Verwendung sowohl der zuvor bekannten Verfahren als auch der hierin offenbarten Techniken und durch Vergleichen/Analysieren der unterschiedlichen Ergebnisse durchgeführt werden, um zu bestimmen, welche Dickenbestimmungstechnik (z. B. die genaueste, praktischste usw.) für eine gegebene Implementierung (die z. B. auch von zusätzlichen Faktoren abhängig sein kann, wie z. B. dem Messbereich des speziellen verwendeten optischen Stifts/CRS-Systems usw.) bevorzugt/verwendet werden kann.
7A-7D veranschaulichen einen Dickenmessprozess unter Verwendung einer Transformationsverarbeitung als Teil eines Dekonvolutionsverfahrens. Die Dekonvolution wird verwendet, um die Bestimmung der Orte von zwei Wellenlängenspitzen zu verbessern, die unter Umständen nicht gut definiert und/oder gut voneinander getrennt sind. Insbesondere wird in einem Aspekt die Dekonvolution verwendet, um die Spitzenbreiten zu reduzieren, derart, dass ein Abstand zwischen den zwei Spitzen besser und genauer bestimmt werden kann (z. B. gemäß einer entsprechenden Berechnung usw.).
7A veranschaulicht ein Intensitätsprofil (oder „Ausgangsspektralprofildaten“) 701, das von dem Wellenlängendetektor 162 ausgegeben wird, das Signalpegel oder -intensität (vertikale Achse) in Abhängigkeit von Pixelkoordinaten oder „Pixelpositionen“ (horizontale Achse) umfasst, ähnlich 3, 5A und 10A-10F, wie vorstehend beschrieben. Das Intensitätsprofil 701 beinhaltet erste und zweite Wellenlängenspitzen 702-1 und 702-2, wie sie den ersten und zweiten Werkstückoberflächen entsprechen (z. B. den Werkstückoberflächen 190-1 und 190-2 von 1).
In verschiedenen Implementierungen kann die Transformationsverarbeitung, die durchgeführt wird, um die Dicke des Werkstücks (z. B. des Werkstücks 170) zu bestimmen, das Berechnen einer Transformation (z. B. einer Fourier-Transformation) der Ausgangsspektralprofildaten 701, wie in 7B, beinhalten. Dann kann die Fourier-Transformation der Ausgangsspektralprofildaten durch eine Fourier-Transformation einer Referenz (wie z. B. in 7C dargestellt) dividiert werden, um dadurch eine Fourier-Transformation von Ziel-Spektralprofildaten zu erhalten. In verschiedenen Implementierungen kann die Referenz eine mathematische Referenzfunktion sein (z. B. eine Lorentzsche Referenz usw.). In anderen Implementierungen kann die Referenz zum Beispiel als Ausgangsspektralprofildaten erhalten werden, die für ein „Referenz“-Werkstück erhalten wurden (bei dem sich z. B. die obere Oberfläche im gleichen Abstand vom optischen Stift wie die Werkstückoberfläche 190-1 befindet), bei dem es sich um ein dickes Glaswerkstück handeln kann, derart, dass die Reflexion von nur der oberen Oberfläche in den Ausgangsspektralprofildaten dargestellt wird (bei dem sich z. B. die untere Oberfläche des dicken Glaswerkstücks außerhalb des Bereichs des optischen Stifts befinden kann oder anderweitig derart beschaffen ist, dass Reflexionen von der unteren Oberfläche nicht in den ausgegebenen Spektralprofildaten enthalten sind). Schließlich wird eine inverse Fourier-Transformation der Fourier-Transformation der Zielspektralprofildaten berechnet, um erste und zweite Wellenlängenspitzen 702-1x und 702-2x wie in 7D wiederherzustellen, für die die Pixelorte leichter/genauer bestimmt werden können und die dadurch eine erweiterte und verbesserte Bestimmung der entsprechenden Pixelorte der ursprünglichen zwei Spitzen 702-1 und 702-2 ermöglichen, die in den Ausgangsspektralprofildaten 701 von 7A enthalten sind. In verschiedenen Implementierungen können die Orte der Spitzen, wie durch die Pixelorte angegeben, dann auf eine Abstandskalibrierungs-Nachschlagetabelle oder dergleichen (z. B. wie vorstehend in Bezug auf die 4A und 4B beschrieben) referenziert werden, um die Abstände Z1 und Z2' zu bestimmen, für die die Dicke d des Werkstücks nach Berechnungen wie denen der GLEICHUNGEN 4 und 5 bestimmt werden kann.
Wie weiter unten in Bezug auf 8-9H ausführlicher beschrieben wird, werden hierin weitere zusätzliche Techniken offenbart, die in einigen Implementierungen bestimmte Vorteile gegenüber den Techniken aufweisen können, wie sie in Bezug auf 7A-7D veranschaulicht sind. Beispielsweise kann die unter Bezugnahme auf 7A-7D beschriebene Technik vom Dekonvolutionstyp die Bestimmung der Pixelorte der zwei Spitzen in den Ausgangsspektralprofildaten erweitern und verbessern, wobei jedoch in einigen Implementierungen das Dividieren durch die Referenz (z. B. 7C) bewirken kann, dass die dem hochfrequenten Rauschen in der Fourier-Transformation der Profildaten zugeordneten Signalanteile zunehmen. Während ein derartig hochfrequentes Rauschen durch die Verwendung eines Tiefpassfilters gemildert werden kann, kann die Feinabstimmung eines solchen Tiefpassfilters bestimmte Herausforderungen mit sich bringen (z. B. muss bei der Feinabstimmung des Filters ein Gleichgewicht zwischen engen Spitzen und Signalstabilität erreicht werden usw.). In verschiedenen Implementierungen können zumindest einige dieser potenziellen Probleme angegangen werden, indem alternativ Techniken verwendet werden, wie beispielsweise jene, die nachstehend in Bezug auf 8-9H ausführlicher beschrieben werden.
8 veranschaulicht bestimmte Aspekte eines Dickenmessverfahrens unter Verwendung einer Transformationsverarbeitung (z. B. einschließlich einer Fast-Fourier-Transformations-(FFT)-Verarbeitung). Bestimmte Kurven, die in 8 veranschaulicht sind, sind ähnlich und/oder beziehen sich auf bestimmte Kurven, die in 7A-7D dargestellt sind, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. 8 veranschaulicht eine Fourier-Transformationskurve 801 der Originaldaten, die die Fourier-Transformation des Intensitätsprofils (oder der „Ausgangsspektralprofildaten“) ist, die den Signalpegel (log-Skala des Absolutwerts) (vertikale Achse) in Abhängigkeit von der Frequenz (Pixel^-1) (horizontale Achse) umfasst und für die die Bestimmung der Fourier-Transformation als Kurve 801 ähnlich der Bestimmung der Fourier-Transformationskurve von 7B ist. Eine Dekonvolutionsausgangskurve 802 veranschaulicht ein Ergebnis eines Prozesses, der dem vorstehend in Bezug auf 7C beschriebenen ähnlich ist, bei dem die Fourier-Transformationskurve 801 durch eine Fourier-Transformation einer Referenz dividiert wird und bei dem in diesem Beispiel ein Tiefpassfilter nicht verwendet wird, um hochfrequentes Rauschen abzuschwächen, und als Ergebnis wird die Rauschkomponente in der Kurve 802 für die höherfrequenten Komponenten als ansteigend (z. B. exponentiell oder anderweitig) veranschaulicht. Eine Technik, die solche Probleme vermeidet, wird nachstehend in Bezug auf die Kurve 803 ausführlicher beschrieben.
In Bezug auf die Kurve 803 ist zu erkennen, dass für ein Profil, das zwei Wellenlängenspitzen einschließt, die zwei Reflexionen (d. h. von zwei Werkstückoberflächen) von gleicher Intensität entsprechen, wobei der Messabstand Z1 entsprechend der oberen Oberfläche und der scheinbare Messabstand Z2' entsprechend der unteren Oberfläche mit gleichen Abständen +d'/2 und -d'/2 (siehe z. B. die GLEICHUNGEN 8 und 9) von einem entsprechenden Mittelpunkt (z. B. entsprechend einem scheinbaren Mittelpunktmessabstand Z3') angegeben ist, eine ideale Fourier-Transformation der Intensitätsprofildaten einschließlich der beiden Reflexionen von gleicher Intensität eine Fourier-Transformations-Cosinuskurve 803 ist, wie in 8 dargestellt, und gemäß der folgenden GLEICHUNG 11: $F (δ (x - d' / 2) + δ (x + d' / 2)) = 2 cos (k (d' / 2))$
wobei d' die scheinbare Dicke des Werkstücks ist und k die räumliche Frequenz ist.
In verschiedenen Implementierungen kann der Prozess von 7A-7D dadurch charakterisiert werden, dass er versucht, eine Cosinuskurve ähnlich der Cosinuskurve 803 von 8 wiederherzustellen, für die jedoch, wie vorstehend erwähnt, ein Tiefpassfilter erforderlich ist, um das zunehmende hochfrequente Rauschen abzumildern, wie in Kurve 802 veranschaulicht, und die bei der Feinabstimmung des Tiefpassfilters mit bestimmten Herausforderungen verbunden sein kann. Gemäß den hierin offenbarten Prinzipien, da angenommen wird, dass ein ideales Endergebnis eine Cosinuskurve wäre, besteht ein alternativer Ansatz darin, den ersten Einbruch des Absolutwerts der Fourier-Transformation zu bestimmen (z. B. den Absolutwert der FFT, die komplexe Zahlen ausgibt), die die Cosinusperiode und entsprechend die Werkstückdicke angibt, wie z. B. durch die folgende GLEICHUNG 12 angegeben: $d = n (\partial z/ \partial λ) / (2 f_{einbruch})$
wobei d die Dicke des Werkstücks ist, n der Brechungsindex des Werkstückmaterials bei der entsprechenden Wellenlänge ist (d. h. für die nach GLEICHUNG 5, d = (d')(n)), und Einheiten von f_einbruch 1λ sind. Der Term ∂z/∂λ bezieht sich auf eine Änderungsrate von z in Bezug auf die Pixelposition/Wellenlänge, für die, wie teilweise in 4A durch die Kurve der CRS-Messabstandskalibrierungsdaten 410A veranschaulicht, die Änderung von z für eine Einheit der Pixeländerung bei niedrigeren Wellenlängen/Pixelpositionen höher ist (z. B. näher an einem blauen Wellenlängenteil des Bereichs) und bei höheren Wellenlängen/Pixelpositionen niedriger ist (z. B. näher an einem roten Wellenlängenteil des Bereichs). Dies wird in ähnlicher Weise durch die Beispielwerte in der Abstandskalibrierungs-Nachschlagetabelle 410B von 4B veranschaulicht, für die die Änderung von z (d. h. der Messabstand) für eine 0,1-Änderung der DIC für die niedrigeren DICs höher ist (z. B. beträgt die Änderung von z 37,0303 µm-36.9029 µm = 0,1274 µm zwischen den DICs von 104,1 und 104,2), und für höhere DICs niedriger ist (z. B. beträgt die Änderung von z 486,6733 µm-486.6540 µm = 0,0193 µm zwischen den DICs von 990.1 und 990.2). Wie vorstehend erwähnt, entspricht der Abschnitt des Bereichs, der verwendet wird, dem Abstand des Werkstücks vom optischen Stift (z. B. entsprechend der Wellenlänge, die an der Apertur 195 am besten fokussiert ist, wie vorstehend in Bezug auf 1-3 beschrieben). Als einige spezifische Beispielwerte in einer Implementierung in einem blauen Wellenlängenabschnitt des Bereichs ∂z/∂λ = 8 µm/Pixel und in einem roten Wellenlängenabschnitt des Bereichs ∂z/∂λ = 2 µm/Pixel.
Als einige spezifische Beispielwerte in Bezug auf die GLEICHUNG 12 und die Darstellung von 8, wenn das Werkstückmaterial Quarzglas mit einem Brechungsindex von n = 1,46 ist und das Werkstück relativ zum optischen Stift positioniert ist in einem Abschnitt des Bereichs, für den ∂z/∂λ = 5,49 µm/Pixel ist, und der Wert/der Ort von f_einbruch entlang der x-Achse in 8 0,16 entspricht, dann kann gemäß GLEICHUNG 12 die Dicke d gemäß d = (1,46(5,49 µm/Pixel))/(2(0,16/Pixel)) = 25 µm bestimmt werden. Somit kann gemäß verschiedenen beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung eine Transformationsverarbeitung (z. B. unter Verwendung einer Fast-Fourier-Transformation (FFT)) verwendet werden, um einen ersten Einbruch 804 in einer Fourier-Transformationskurve 801 (die z. B. die Cosinus-Periode angibt) zu bestimmen, und anhand von dieser kann die Dicke „d“ des Werkstücks bestimmt werden (z. B. gemäß Berechnungen wie dem Beispiel von GLEICHUNG 12).
In verschiedenen Implementierungen kann ein Wert von f_einbruch gemäß einem Einbruchsfindungsalgorithmus bestimmt werden (der z. B. in einigen Implementierungen einem Spitzenfindungsalgorithmus ähnlich sein oder einen solchen einschließen kann, der als Einbruchsfindungsalgorithmus umfunktioniert wurde). In verschiedenen Implementierungen können derartige Algorithmen Operationen einschließen, wie etwa das Herstellen einer Ableitung und das Suchen nach Nulldurchgängen (z. B. wie etwa einem ersten Nulldurchgang entsprechend einem ersten Einbruch usw.). In verschiedenen Implementierungen können falsche Spitzen/Einbrüche, die ansonsten aufgrund von Rauschen oder ähnlichen Faktoren auftreten können, durch Glättungs- und/oder Schwellenwertoperationen usw. unterdrückt oder anderweitig angegangen werden.
Wie vorstehend angemerkt, können in verschiedenen Implementierungen bestimmte der hierin offenbarten Techniken (wie z. B. durch GLEICHUNG 12 veranschaulicht) genaue Dickenmessungen/-bestimmungen für dünnere Werkstücke ermöglichen, als sie unter Verwendung zuvor bekannter Techniken gemessen werden können. Als einige Beispiele werden einige Berechnungen von minimalen Dicken, die mit zuvor bekannten Techniken messbar sind, im Folgenden detaillierter beschrieben und mit minimalen Dicken verglichen, die mit hierin offenbarten Techniken messbar sind.
Die folgenden nummerischen Beispiele beziehen sich auf die zuvor bekannten Techniken vom Schwerpunkttyp zum Bestimmen von DICs gemäß berechneten Schwerpunktwerten (wie z. B. vorstehend in Bezug auf die abstandsangebenden Koordinaten 504-1 und 504-2 von 5A beschrieben). In einer spezifischen beispielhaften Implementierung kann ein optischer Stift eines CRS-Systems bereitgestellt werden, für den in einem blauen Wellenlängenabschnitt des Bereichs ∂z/∂λ = 8 µm/Pixel und in einem roten Wellenlängenabschnitt des Bereichs ∂z/∂λ = 2 µm/Pixel. In einer Implementierung kann bestimmt werden, dass bei Verwendung der zuvor bekannten Techniken vom Schwerpunkttyp, wie vorstehend beschrieben, die Wellenlängenspitzen gemessen werden können (d. h. für die die Pixelpositionen genau bestimmt werden können), wenn die Spitzen mindestens durch einen Wert für die Halbwertsbreite (FWHM) getrennt sind, der im blauen Wellenlängenabschnitt des Bereichs FWHM = 3 Pixeln entsprechen kann und im roten Wellenlängenabschnitt des Bereichs FWHM = 6 Pixeln entsprechen kann. Bei einer solchen Implementierung, bei der n = 1,5 für ein Glaswerkstück ist, ist die minimale Dicke eines Werkstücks, die unter Umständen genau gemessen werden kann, d_min = n(∂z/∂λ)(FWHM), was für die vorstehend angegebenen Werte für den blauen Wellenlängenabschnitt des Bereichs dmin = 36 µm entsprechen kann, und was für die vorstehend angegebenen Werte für den roten Wellenlängenabschnitt des Bereichs dmin = 18 µm entsprechen kann.
Im Vergleich dazu, gemäß bestimmten der hierin offenbarten Techniken (wie z. B. durch GLEICHUNG 12 für bestimmte Techniken vom Typ des „ersten Einbruchs“ veranschaulicht) kann unter der Annahme, dass das gleiche CRS-System mit dem gleichen optischen Stift verwendet wird, eine minimale Dicke eines Werkstücks, die genau gemessen werden kann, ungefähr einer Nyquist-Frequenz entsprechen, für die f_einbruch ungefähr gleich 0,5 sein kann und für die sich GLEICHUNG 12 somit auf dmin = n(∂z/∂A) reduzieren kann, was für den blauen Wellenlängenabschnitt des Bereichs dmin = 12 µm (d. h. was etwa 1/3 oder 33,3 % von dmin = 36 der zuvor bekannten Schwerpunkttechniken, wie vorstehend beschrieben, beträgt) entsprechen kann, und was für den roten Wellenlängenabschnitt des Bereichs bis dmin = 3 µm (d. h. was etwa 1/6 oder 16,7 % von dmin = 18 µm der zuvor bekannten Schwerpunkttechniken, wie vorstehend beschrieben, beträgt) entsprechen kann.
Darüber hinaus wurde gemäß bestimmten anderen der hierin offenbarten Techniken (wie z. B. vorstehend in Bezug auf 7A-7D für bestimmte Techniken vom „Dekonvolutions“-Typ beschrieben) unter der Annahme, dass das gleiche CRS-System mit dem gleichen optischen Stift verwendet wird, in einer Implementierung experimentell bestimmt, dass eine minimale Dicke eines Werkstücks, die genau gemessen werden kann, einer Spitzentrennung von ungefähr (0,85) FWHM entsprechen kann, für die der blaue Wellenlängenabschnitt des Bereichs dmin = 30,6 µm (d. h. was 85 % von dmin = 36 der zuvor bekannten Schwerpunkttechniken, wie vorstehend beschrieben, beträgt) entsprechen kann und die für den roten Wellenlängenabschnitt des Bereichs dmin = 15,3 µm (d. h. was 85 % von dmin = 18 der zuvor bekannten Schwerpunkttechniken, wie vorstehend beschrieben, beträgt) entsprechen kann. Es versteht sich, dass angesichts der Komplexität optischer Stifte von CRS-Systemen solche Verbesserungen der messbaren Dickenbereiche schwer zu erreichen sind und für bestimmte Implementierungen (für die z. B. genaue Messungen der Dicken bestimmter dünner Werkstücke und/oder Werkstückabschnitte wünschenswert sein können, usw.) besonders vorteilhaft sind.
Im Hinblick auf bestimmte der vorstehend in Bezug auf 8 beschriebenen Techniken vom Typ des „ersten Einbruchs“ sind in 9A-9D bestimmte zusätzliche Beispiele für das Bestimmen eines ersten Einbruchs dargestellt. Die Beispiele von 9A-9D veranschaulichen, dass ungeachtet der Position des Werkstücks (z. B. mit einer Dicke = 25 µm) das Verarbeitungsverfahren von 8 innerhalb des betriebsfähigen Messbereichs relativ zum optischen Stift 120 zu einer Fourier-Transformation des Signals mit einem ersten Einbruch führt, und bei dem der Ort des ersten Einbruchs verwendet werden kann, um die Dicke des Werkstücks (z. B. gemäß Berechnungen wie denen von GLEICHUNG 12) zu bestimmen. In den Beispielen von 9A-9D kann das Werkstück 170 auf dem Tisch 175 des CRS-Systems 100 (siehe 1) platziert sein, wobei sich die obere Oberfläche 190-1 um 300 µm, 400 µm, 500 µm und 800 µm von einer Messreferenzposition RP des optischen Stifts 120 des CRS-Systems 100 entfernt befindet (d. h. wofür die Wellenlängenspitzen als an unterschiedlichen entsprechenden relativen Positionen entlang des Pixel-/Wellenlängenbereichs des Detektors dargestellt veranschaulicht sind, wie durch die entsprechenden x-Achsen-Positionen veranschaulicht).
9A-9D veranschaulichen entsprechende Intensitätsprofile 902A, 905A, 908A, 911A, die von dem Wellenlängendetektor 162 ausgegeben werden, umfassend Signalpegel oder Intensität (vertikale Achse) in Abhängigkeit von Pixelkoordinaten oder „Pixelpositionen“ (horizontale Achse), ähnlich den vorstehend beschriebenen 3, 5A, 7A und 10A-10F. Es ist anzumerken, dass in einem blauen Wellenlängenteil des Z-Bereichs des CRS-Systems 100, näher am optischen Stift 120, die beiden Wellenlängenspitzen des Intensitätsprofils wie in 9A und 9B vollständig verschmolzen zu sein scheinen, während in einem roten Wellenlängenbereich des Z-Bereichs des CRS-Systems 100, weiter vom optischen Stift 120 entfernt, die beiden Wellenlängenspitzen des Intensitätsprofils zumindest etwas erkennbar/unterscheidbar sind, wie in 9C und 9D. 9A-9D veranschaulichen auch Intensitätsprofile 903A, 906A, 909A, 912A, die einem „Referenz“-Werkstück entsprechen, das ein dickes Glaswerkstück sein kann, derart, dass die Reflexion von nur der oberen Oberfläche des Referenzwerkstücks in den Intensitätsprofilen dargestellt wird, wie vorstehend in Bezug auf 7C beschrieben.
9E veranschaulicht die Fourier-Transformationen 902B/903B der Intensitätsprofile 902A/903A von 9A. 9F veranschaulicht die Fourier-Transformationen 905B/906B der Intensitätsprofile 905A/906A von 9B. 9G veranschaulicht die Fourier-Transformationen 908B/909B der Intensitätsprofile 908A/909A von 9C. 9H veranschaulicht die Fourier-Transformationen 911B/912B der Intensitätsprofile 911A/912A von 9D.
9E-9H veranschaulichen, dass die Fourier-Transformationen 902B, 905B, 908B, 911B der Intensitätsprofile des gemessenen Werkstücks unabhängig von dem Ort des Werkstücks relativ zum optischen Stift 120 des CRS-Systems 100 einen ersten Einbruch 904, 907, 910, 913, einschließen, mit dem die Werkstückdicke wie vorstehend beschrieben bestimmt werden kann. Es ist anzumerken, dass andererseits die Fourier-Transformationen 903B, 906B, 909B, 912B der Intensitätsprofile des Referenzwerkstücks keinen markanten Einbruch enthalten. In verschiedenen Implementierungen wurde experimentell bestimmt, dass die Verwendung der hier offenbarten Technik vom Typ des „ersten Einbruchs“ (z. B. einschließlich Berechnungen wie durch die GLEICHUNG 12 veranschaulicht) das Bestimmen einer Dicke eines Werkstücks (z. B. eines 25-Mikrometer-Werkstücks) mit geringem oder ohne Fehler (z. B. Fehler kleiner als 10 % oder 5 % usw.) über den größten Teil (z. B. 90 % oder 75 % usw.) des Wellenlängenabschnitts ermöglicht, der dem Arbeitsbereich eines CRS-Systems entspricht, das einen optischen Stift beinhaltet, einschließlich Bestimmungen für Daten, wie sie in 9A-9D veranschaulicht sind, wo die Wellenlängenspitzen verschmolzen sind (z. B. und insbesondere in 9A und 9B, wo die beiden Spitzen visuell als eine einzige Spitze erscheinen).
Aufgrund der Prinzipien, nach denen die hierin offenbarten Techniken vom Typ des ersten Einbruchs arbeiten (z. B. einschließlich der Verwendung von Transformationen wie Fourier-Transformationen, die Summen von Sinuskurven sind), können solche Techniken, wie vorstehend erwähnt, besonders effektiv zum Bestimmen von Werkstückdicken entsprechend Zwischenräume zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche sein, obwohl sie in einigen Implementierungen weniger effektiv sein können, um gleichzeitig Dicken zwischen mehreren Schichten eines Werkstücks zu bestimmen (d. h. die obere und untere Werkstückoberflächen sowie zusätzliche mittlere Werkstückoberflächen als Trennschichten einschließen können). Somit können in bestimmten Implementierungen entsprechende Dickenmessoperationen und/oder -modi, wie sie gemäß den hierin offenbarten Prinzipien implementiert sind, möglicherweise nur zum Bestimmen von Dicken entsprechend den Zwischenräumen zwischen ersten und zweiten Werkstückoberflächen und möglicherweise nicht zum Bestimmen von Zwischenräumen zwischen drei oder mehr Werkstückoberflächen (z. B. aus mehreren Schichten) betrieben werden.
Wie vorstehend angemerkt, kann in einigen Implementierungen eine Dicke eines Werkstücks, die gemäß hierin offenbarten Techniken bestimmt wird, in Kombination mit einem Abstand zu dem Werkstück verwendet werden, der gemäß zuvor bekannten Verfahren bestimmt wird. Angesichts der Veranschaulichungen der beiden verschmolzenen Wellenlängenspitzen in 9A-9D (z. B. inbesondere in 9A und 9B, wo die beiden Spitzen visuell als eine einzige Spitze erscheinen), versteht sich, dass - während in diesen Fällen zuvor bekannte Techniken vom Schwerpunkttyp zum Bestimmen von DICs möglicherweise nicht in der Lage sind, die beiden Abstände zu den beiden Oberflächen genau zu bestimmen - sie verwendet werden können, um einen Abstand (z. B. Abstand Z3') zu einem ungefähren Mittelpunkt (z. B. zwischen den Abständen Z1 und Z2' entsprechend dem Bestimmen eines Schwerpunkts der verschmolzenen Spitzen) genau zu bestimmen. Der auf diese Weise berechnete Abstand (z. B. Abstand Z3') kann referenziert oder anderweitig in Kombination mit der Dickenmessung verwendet werden, die gemäß hierin offenbarten Techniken durchgeführt wird (z. B. wie vorstehend in Bezug auf GLEICHUNG 10 zum Bestimmen des Abstands Z1 usw. beschrieben).
In einigen Ausführungsbeispielen kann das CRS-System 100 in einem Maschinensystem (z. B. in einem Maschinenvisionssystem oder einer Koordinatenmessmaschine usw.) enthalten sein und/oder anderweitig verwendet werden. In einigen Fällen können entsprechende Funktionen wie das Messen einer Werkstückdicke entlang der optischen Achse OA des CRS-Systems 100 automatisch in dem Maschinensystem durchgeführt werden. Als einige Beispiele für solche Maschinensysteme sind geeignete Inspektionssysteme für maschinelles Sehen in den US-Patenten Nr. 8,085,295 und 7,454,053 beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen werden.
Während die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, werden für den Fachmann basierend auf dieser Offenbarung zahlreiche Variationen in den veranschaulichten und beschriebenen Anordnungen von Merkmalen und Abfolgen von Operationen offensichtlich sein. Während zum Beispiel hierin bestimmte Techniken in Bezug auf bestimmte Typen von Fourier-Transformationsverarbeitung beschrieben wurden (z. B. in Bezug auf 7A-9H), versteht es sich, dass andere Typen von Transformationsverarbeitung in ähnlicher Weise gemäß den offenbarten Konzepten verwendet werden können, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen (z. B. unter Verwendung einer Fourier-bezogenen Transformationsverarbeitung wie Cosinustransformationen, Sinustransformationen, Laplace-Transformationen usw.). Als weiteres Beispiel wurde hier ein CRS-System mit einem chromatischen Punktsensor (optischem Stift) gezeigt. Ein CRS-System mit einem chromatischen Liniensensor kann jedoch dazu konfiguriert sein, gemäß den hierin offenbarten Systemen und Verfahren zu arbeiten. Es versteht sich, dass diese und verschiedene andere alternative Formen verwendet werden können, um die hierin offenbarten Prinzipien zu implementieren. Zusätzlich können die verschiedenen vorstehend beschriebenen Implementierungen kombiniert werden, um weitere Implementierungen bereitzustellen. Alle in dieser Beschreibung genannten US-Patente und US-Patentanmeldungen sind hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen. Aspekte der Implementierungen können bei Bedarf modifiziert werden, um Konzepte der verschiedenen Patente und Anmeldungen dazu einzusetzen, noch weitere Implementierungen bereitzustellen.
Diese und andere Änderungen können an den Implementierungen unter Berücksichtigung der vorstehenden detaillierten Beschreibung vorgenommen werden. Im Allgemeinen sollten in den folgenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht so ausgelegt werden, dass sie die Ansprüche auf die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbarten spezifischen Implementierungen einschränken, sondern sie sollten so ausgelegt werden, dass sie alle möglichen Implementierungen zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten enthalten, zu denen derartige Ansprüche berechtigen.
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 7876456 [0002, 0039]
US 8773757 [0004]
US 8085295 [0084]
US 7454053 [0084]

Claims

Chromatisches Entfernungssensor-(CRS)-System, das eine Werkstückdicke bestimmt, wobei das CRS-System umfasst: einen optischen Stift, einschließlich eines konfokalen optischen Pfads, der einen Optikabschnitt einschließt, der eine axiale chromatische Dispersion bereitstellt und dazu konfiguriert ist, unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedlichen Abständen in der Nähe eines Werkstücks zu fokussieren; eine Beleuchtungsquelle, die dazu konfiguriert ist, Eingangslicht mit mehreren Wellenlängen zu erzeugen, das ein Eingangsspektralprofil umfasst, das in den optischen Stift eingegeben wird; einen CRS-Wellenlängendetektor, der mehrere Pixel mit jeweiligen Pixelpositionen umfasst, die entlang einer Messachse des CRS-Wellenlängendetektors verteilt sind, wobei das CRS-System derart konfiguriert ist, dass, wenn der optische Stift betriebsbereit relativ zum Werkstück positioniert ist, um Messoperationen durchzuführen, der optische Stift das Eingangsspektralprofil eingibt und entsprechende Strahlung an erste und zweite Werkstückoberflächen des Werkstücks ausgibt und reflektierte Strahlung von den ersten und zweiten Werkstückoberflächen empfängt und die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor ausgibt, der Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt; und einen Verarbeitungsabschnitt, der dazu konfiguriert ist, die Ausgangsspektralprofildaten zu verarbeiten, um eine Dicke des Werkstücks zu bestimmen, die einem Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche des Werkstücks entspricht, wobei die Verarbeitung zum Bestimmen der Dicke die Verwendung einer Transformationsverarbeitung umfasst.
CRS-System nach Anspruch 1, wobei die Transformationsverarbeitung mindestens eine Fourier-Transformationsverarbeitung oder Fourier-bezogener Transformationsverarbeitung umfasst und/oder die Verwendung der Transformationsverarbeitung umfasst: Bestimmen einer Transformation der Ausgangsspektralprofildaten; und Bestimmen der Dicke des Werkstücks basierend zumindest teilweise auf einer ersten Eigenschaft der Transformation der Ausgangsspektralprofildaten.
CRS-System nach Anspruch 2, wobei die erste Eigenschaft einem ersten Einbruch der Transformation der Ausgangsspektralprofildaten entspricht.
CRS-System nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsspektralprofildaten abstandsabhängige Profilkomponenten mit ersten und zweiten Wellenlängenspitzen umfassen, die der ersten bzw. zweiten Werkstückoberfläche entsprechen, und die Bestimmung der Dicke des Werkstücks nicht von der Verarbeitung der Ausgangsspektralprofildaten abhängig ist, um entsprechende erste und zweite Messabstände zu den ersten und zweiten Werkstückoberflächen zu bestimmen.
CRS-System nach Anspruch 4, wobei die erste und die zweite Wellenlängenspitze in einer Darstellung der Ausgangsspektralprofildaten visuell als eine einzelne Spitze erscheinen, die von dem CRS-Wellenlängendetektor bereitgestellt wird.
CRS-System nach Anspruch 1, wobei durch Verwendung der Transformationsverarbeitung für ein Werkstück mit einem Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche von 5 Mikrometern der Verarbeitungsabschnitt die Dicke des Werkstücks mit einem Fehler von weniger als 10 Prozent genau bestimmen kann.
CRS-System nach Anspruch 1, wobei der Verarbeitungsabschnitt ferner dazu konfiguriert ist, die Ausgangsspektralprofildaten zu verarbeiten, um einen Messabstand zu dem Werkstück zu bestimmen.
CRS-System nach Anspruch 7, wobei die Verarbeitung zum Bestimmen des Messabstands zum Werkstück das Verarbeiten der Ausgangsspektralprofildaten umfasst, um einen Schwerpunkt zu bestimmen, der den Messabstand zum Werkstück angibt, während die Verarbeitung zum Bestimmen der Dicke des Werkstücks nicht von einer Bestimmung des Schwerpunkts abhängig ist.
CRS-System nach Anspruch 7, wobei sich der bestimmte Messabstand auf einen Punkt innerhalb des Werkstücks bezieht, der zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche liegt.
CRS-System nach Anspruch 9, wobei der bestimmte Messabstand gemäß einer Abstandsanzeigekoordinate bestimmt wird, die einem Durchschnitt von ersten und zweiten Wellenlängenspitzen entspricht, die den jeweiligen ersten und zweiten Werkstückoberflächen entsprechen.
CRS-System nach Anspruch 7, wobei der Verarbeitungsabschnitt ferner dazu konfiguriert ist, den bestimmten Messabstand und die bestimmte Dicke des Werkstücks zu verwenden, um mindestens einen ersten Messabstand zur ersten Werkstückoberfläche und/oder einen zweiten Messabstand zur zweiten Werkstückoberfläche zu bestimmen.
CRS-System nach Anspruch 1, wobei die Verwendung der Transformationsverarbeitung umfasst: Bestimmen einer Fourier-Transformation der Ausgangsspektralprofildaten; Teilen der Fourier-Transformation der Ausgangsspektralprofildaten durch eine Fourier-Transformation einer Referenz, um eine Fourier-Transformation von Ziel-Spektralprofildaten zu erhalten; Berechnen einer inversen Fourier-Transformation der Fourier-Transformation der Zielspektralprofildaten, um erste und zweite Wellenlängenspitzen zu bestimmen, die jeweiligen ersten und zweiten Messabständen zu den ersten und zweiten Werkstückoberflächen entsprechen; und Bestimmen der Dicke des Werkstücks basierend zumindest teilweise auf einer Differenz zwischen den jeweiligen Messabständen zu den ersten und zweiten Werkstückoberflächen.
CRS-System nach Anspruch 1, wobei das CRS-System in mehreren Modi betreibbar ist, einschließlich eines Dickenmessmodus, für den der Verarbeitungsabschnitt die Verarbeitung durchführt, um die Dicke als Teil des Dickenmessmodus zu bestimmen.
CRS-System nach Anspruch 13, wobei: die mehreren Modi ferner einen Abstandsmessmodus zum Messen eines Abstands zu einem Werkstück beinhalten; das CRS-System derart konfiguriert ist, dass während des Abstandsmessmodus, wenn der optische Stift betriebsbereit relativ zum Werkstück positioniert ist, um Messoperationen durchzuführen, der optische Stift das Eingangsspektralprofil eingibt und entsprechende Strahlung an das Werkstück ausgibt und reflektierte Strahlung von dem Werkstück empfängt und die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor ausgibt, der die Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt; und das Ausgangsspektralprofil eine abstandsabhängige Profilkomponente mit einer Wellenlängenspitze umfasst, die einen Messabstand zum Werkstück angibt.
CRS-System nach Anspruch 13, wobei der Dickenmessmodus nur betreibbar ist, um Dicken entsprechend den Zwischenräumen zwischen ersten und zweiten Werkstückoberflächen zu bestimmen, und nicht betreibbar ist, um Zwischenräume zwischen drei oder mehr Werkstückoberflächen zu bestimmen.
CRS-System nach Anspruch 1, wobei das CRS-System ein chromatisches Punktsensorsystem und/oder ein chromatisches Liniensensorsystem ist.
Verfahren zum Betreiben eines chromatischen Entfernungssensorsystems (CRS) zum Bestimmen einer Werkstückdicke, wobei das CRS-System einschließt: einen optischen Stift, einschließlich eines konfokalen optischen Pfads, der einen Optikabschnitt einschließt, der eine axiale chromatische Dispersion bereitstellt und dazu konfiguriert ist, unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedlichen Abständen in der Nähe eines Werkstücks zu fokussieren; eine Beleuchtungsquelle, die dazu konfiguriert ist, Eingangslicht mit mehreren Wellenlängen zu erzeugen, das ein Eingangsspektralprofil umfasst, das in den optischen Stift eingegeben wird; und einen CRS-Wellenlängendetektor umfassend mehrere Pixel mit jeweiligen Pixelpositionen, die entlang einer Messachse des CRS-Wellenlängendetektors verteilt sind, wobei die mehreren Pixel jeweilige Wellenlängen empfangen und Ausgangsspektralprofildaten bereitstellen; wobei das Verfahren umfasst: Betreiben des CRS-Systems, wobei der optische Stift betriebsbereit relativ zum Werkstück positioniert ist, um Messoperationen durchzuführen, wobei die Messoperationen einschließen, dass der optische Stift das Eingangsspektralprofil eingibt und entsprechende Strahlung an die erste und zweite Werkstückoberfläche des Werkstücks ausgibt und reflektierte Strahlung von der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche empfängt und die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor ausgibt, der die Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt, und Verarbeiten der Ausgangsspektralprofildaten, um eine Dicke des Werkstücks zu bestimmen, die einem Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche des Werkstücks entspricht, wobei die Verarbeitung zum Bestimmen der Dicke die Verwendung einer Transformationsverarbeitung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Transformationsverarbeitung mindestens eine Fourier-Transformationsverarbeitung oder Fourier-bezogener Transformationsverarbeitung umfasst und/oder die Verwendung der Transformationsverarbeitung umfasst: Bestimmen einer Transformation der Ausgangsspektralprofildaten; und Bestimmen der Dicke des Werkstücks basierend zumindest teilweise auf einer ersten Eigenschaft der Transformation der Ausgangsspektralprofildaten.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste Eigenschaft einem ersten Einbruch der Transformation der Ausgangsspektralprofildaten entspricht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Ausgangsspektralprofildaten abstandsabhängige Profilkomponenten mit ersten und zweiten Wellenlängenspitzen umfassen, die der ersten bzw. zweiten Werkstückoberfläche entsprechen, und die Bestimmung der Dicke des Werkstücks nicht von der Verarbeitung der Ausgangsspektralprofildaten abhängig ist, um entsprechende erste und zweite Messabstände zu den ersten und zweiten Werkstückoberflächen zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Verwendung der Transformationsverarbeitung umfasst: Bestimmen einer Fourier-Transformation der Ausgangsspektralprofildaten; Teilen der Fourier-Transformation der Ausgangsspektralprofildaten durch eine Fourier-Transformation einer Referenz, um eine Fourier-Transformation von Ziel-Spektralprofildaten zu erhalten; Berechnen einer inversen Fourier-Transformation der Fourier-Transformation der Zielspektralprofildaten, um erste und zweite Wellenlängenspitzen zu bestimmen, die jeweiligen ersten und zweiten Messabständen zu den ersten und zweiten Werkstückoberflächen entsprechen; und Bestimmen der Dicke des Werkstücks basierend zumindest teilweise auf einer Differenz zwischen den jeweiligen Messabständen zu den ersten und zweiten Werkstückoberflächen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei: das CRS-System in mehreren Modi, einschließlich eines Dickenmessmodus und eines Entfernungsmessmodus zum Messen eines Abstands zu einem Werkstück, betreibbar ist; der Verarbeitungsabschnitt die Verarbeitung durchführt, um die Dicke als Teil des Dickenmessmodus zu bestimmen; und das Verfahren ferner umfasst: Betreiben des CRS-Systems während des Abstandsmessmodus, wobei der optische Stift betriebsbereit relativ zu einem Werkstück positioniert ist, um Messoperationen durchzuführen, wobei die Messoperationen umfassen, dass der optische Stift ein Eingangsspektralprofil eingibt und entsprechende Strahlung an das Werkstück ausgibt und reflektierte Strahlung vom Werkstück empfängt und die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor ausgibt, der Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt, die eine abstandsabhängige Profilkomponente mit einer Wellenlängenspitze umfassen, die einen Messabstand zu dem Werkstück angibt; und Verarbeiten der Ausgangsspektralprofildaten, um einen Abstand zum Werkstück zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Dickenmessmodus nur betreibbar ist, um Dicken entsprechend den Zwischenräumen zwischen ersten und zweiten Werkstückoberflächen zu bestimmen, und nicht betreibbar ist, um Zwischenräume zwischen drei oder mehr Werkstückoberflächen zu bestimmen.
Verfahren zum Betreiben eines chromatischen Entfernungssensor-(CRS)-Systems, wobei das CRS-System einschließt: einen optischen Stift, einschließlich eines konfokalen optischen Pfads, der einen Optikabschnitt einschließt, der eine axiale chromatische Dispersion bereitstellt und dazu konfiguriert ist, unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedlichen Abständen in der Nähe eines Werkstücks zu fokussieren; eine Beleuchtungsquelle, die dazu konfiguriert ist, Eingangslicht mit mehreren Wellenlängen zu erzeugen, das ein Eingangsspektralprofil umfasst, das in den optischen Stift eingegeben wird; und einen CRS-Wellenlängendetektor umfassend mehrere Pixel mit jeweiligen Pixelpositionen, die entlang einer Messachse des CRS-Wellenlängendetektors verteilt sind, wobei die mehreren Pixel jeweilige Wellenlängen empfangen und Ausgangsspektralprofildaten bereitstellen; wobei das Verfahren umfasst: Betreiben des CRS-Systems, wobei der optische Stift betriebsbereit relativ zum Werkstück positioniert ist, um Messoperationen durchzuführen, wobei die Messoperationen einschließen, dass der optische Stift das Eingangsspektralprofil eingibt und entsprechende Strahlung an die erste und zweite Werkstückoberfläche des Werkstücks ausgibt und reflektierte Strahlung von der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche empfängt und die reflektierte Strahlung an den CRS-Wellenlängendetektor ausgibt, der die Ausgangsspektralprofildaten bereitstellt; Verarbeiten der Ausgangsspektralprofildaten, um einen Messabstand zu dem Werkstück zu bestimmen, wobei das Verarbeiten zum Bestimmen des Messabstands das Bestimmen einer abstandsangebenden Koordinate beinhaltet, die einer Pixelposition des CRS-Wellenlängendetektors entspricht, die den Messabstand angibt; und Verarbeiten der Ausgangsspektralprofildaten, um eine Dicke des Werkstücks zu bestimmen, die einem Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Werkstückoberfläche des Werkstücks entspricht, wobei die Verarbeitung zum Bestimmen der Dicke nicht von einem bestimmten Messabstand zum Werkstück abhängig ist.