JP2021189179A - ポイントフロムフォーカスタイプの測定動作を実行するためのビジョンプローブを備えた座標測定機 - Google Patents

ポイントフロムフォーカスタイプの測定動作を実行するためのビジョンプローブを備えた座標測定機 Download PDF

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Abstract

【課題】 ビジョンプローブの利用を含む座標測定機（ＣＭＭ）システムが提供される（例えば、ワークピースの表面プロファイルを決定及び／又は測定するための動作等を実行するため）。【解決手段】 ビジョンプローブの光軸をワークピースの傾斜表面に向けるように、回転機構を用いてビジョンプローブの角度方向を調整することができる（例えば、いくつかの実施例では、光軸は傾斜ワークピース表面に対してほぼ直交することができる）。ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸スライド機構（例えば相互に直交する方向に移動する）は、連携して、傾斜ワークピース表面の画像のスタックを取得するための画像スタック取得軸（光軸とほぼ一致し得る）に沿った画像取得位置へビジョンプローブを移動させることができる。画像スタックの解析から、ワークピースの傾斜表面上の表面点の３次元位置を示す合焦曲線データを決定することができる。【選択図】 図１Ａ

Description

本開示は精密計測に関し、より具体的には、ワークピース表面に対して所望の角度／向きに複数の軸に沿って測定プローブを移動させることができる移動機構を備えた座標測定機に関する。
典型的な既知の座標測定機（ＣＭＭ：coordinate measuring machine）は、プローブ、移動機構、及び制御部を含む。プローブは、測定対象のワークピース（すなわち物体）に物理的に接触するプローブチップを有する接触式測定プローブとすることができる。接触式プローブのいくつかの例には、タッチプローブ、又は走査プローブ（例えば、ワークピースの表面を「走査する」ようにプローブチップをこれに接触させて位置決めし、これに沿ってスライドさせる）が含まれる。動作中、ＣＭＭの移動機構はプローブを保持すると共に移動させ、制御部は移動機構を制御する。移動機構は典型的に、相互に直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向にプローブを移動させることができる。
米国特許第７，６６０，６８８号に、１つの例示的なＣＭＭが開示されている。記載されているように、移動機構を備えたＣＭＭは、ワークピースの表面に沿って接触式走査プローブの接触点を移動させる。この移動中、プローブをワークピースに押し付けて移動機構とプローブの変位を取得し、ＣＭＭはこれらの変位を合成して接触点の位置（測定値）を検出することにより、検出された表面点に基づいてワークピースの表面プロファイルを測定／決定する。
このような接触式プローブを備えたＣＭＭの利用によってワークピースの表面プロファイルの測定が可能となっているが、このようなプロセスにはいくつかの制限がある（例えば、プロセスの実行に必要な時間量や、プローブチップとワークピースに必要な物理的接触等に関して）。ワークピースの表面プロファイルを測定する及び／又は他の手法で決定するＣＭＭの利用を改善するか又は他の手法で向上させ得る技法が望ましい。
この概要は、以下で「発明を実施するための形態」において更に記載するいくつかの概念を簡略化した形態で紹介するために提示する。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴（features）を識別することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲の決定に役立てるために用いることも意図していない。
１つの態様によれば、ビジョンプローブと、スライド機構構成と、回転機構と、１つ以上のプロセッサと、１つ以上のプロセッサに結合されたメモリと、を含む座標測定機システムが提供される。ビジョンプローブは光源及び対物レンズを含む。対物レンズは、光源によって照明されたワークピースの表面から発する画像光を入力し、画像光を撮像光路に沿って伝送する。対物レンズは、対物レンズとワークピース表面との間に延びるビジョンプローブの光軸を画定する。また、ビジョンプローブは、撮像光路に沿って伝送された撮像光を受光し、ワークピース表面の画像を提供するカメラも含む。スライド機構構成は、マシン座標系内の相互に直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向にそれぞれビジョンプローブを移動させるように構成されたｘ軸スライド機構、ｙ軸スライド機構、及びｚ軸スライド機構を含む。回転機構は、ｚ軸スライド機構とビジョンプローブとの間に結合され、マシン座標系のｚ軸に対して様々な角度方向（angular orientation）にビジョンプローブを回転させるように構成されている。メモリはプログラム命令を記憶している。プログラム命令は、１つ以上のプロセッサによって実行された場合、
マシン座標系のｚ軸に平行でなく、画像スタック取得軸に対応するビジョンプローブの光軸が、ワークピースの表面の方を向くように回転機構を用いてビジョンプローブの向きを調整することと、
画像スタック取得軸に沿って、各々がビジョンプローブの合焦位置に対応する複数の画像を含む画像スタックを取得することと、
少なくとも部分的に画像スタックの画像の解析に基づいて、ワークピースの表面上の複数の表面点の３次元位置を示す合焦曲線データを決定することと、
を１つ以上のプロセッサに実行させる。
更に、上述した画像スタックを取得することは、
それぞれ画像スタック取得軸に沿っている第１の画像取得位置から第２の画像取得位置へビジョンプローブを移動させるように複数のスライド機構を調整して、ビジョンプローブは第１及び第２の画像取得位置で複数の画像のうち第１及び第２の画像をそれぞれ取得することと、
第２の画像取得位置から画像スタック取得軸に沿った第３の画像取得位置へビジョンプローブを移動させるように複数のスライド機構を調整して、ビジョンプローブは第３の画像取得位置で複数の画像のうち第３の画像を取得することと、
を含む。
別の態様によれば、ワークピース表面を測定する方法が提供される。この方法は概ね４つのステップを含む。すなわち、
（ｉ）ビジョンプローブの光軸に沿って伝送された画像光に基づいてワークピースの表面を撮像するように構成されたビジョンプローブと、（ｉｉ）マシン座標系内の相互に直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向にそれぞれビジョンプローブを移動させるように構成されたｘ軸スライド機構、ｙ軸スライド機構、及びｚ軸スライド機構を含むスライド機構構成と、（ｉｉｉ）ｚ軸スライド機構とビジョンプローブとの間に結合され、マシン座標系のｚ軸に対して様々な角度方向にビジョンプローブを回転させるように構成された回転機構と、を含む座標測定機システムを動作させるステップと、
マシン座標系のｚ軸に平行でなく、画像スタック取得軸に対応するビジョンプローブの光軸が、ワークピースの表面の方を向くように回転機構を用いてビジョンプローブの向きを調整するステップと、
画像スタック取得軸に沿って、各々がビジョンプローブの合焦位置に対応する複数の画像を含む画像スタックを取得するステップと、
少なくとも部分的に画像スタックの画像の解析に基づいて合焦曲線データを決定するステップであって、合焦曲線データはワークピースの表面上の複数の表面点の３次元位置を示す、決定するステップと、
を含み、
上述した画像スタックを取得するステップは、（ｉ）それぞれ画像スタック取得軸に沿っている第１の画像取得位置から第２の画像取得位置へビジョンプローブを移動させるように複数のスライド機構を調整して、ビジョンプローブは第１及び第２の画像取得位置で複数の画像のうち第１及び第２の画像をそれぞれ取得することと、（ｉｉ）第２の画像取得位置から画像スタック取得軸に沿った第３の画像取得位置へビジョンプローブを移動させるように複数のスライド機構を調整して、ビジョンプローブは第３の画像取得位置で複数の画像のうち第３の画像を取得することと、
を含む。
一実施形態に従った座標測定機（ＣＭＭ）の様々なコンポーネントを示す図である。 図１Ａに示されているもの等のＣＭＭのプローブヘッドに結合されたビジョンプローブを概略的に示す図である。 図１Ａのもの等のＣＭＭの様々な制御要素を示すブロック図である。 ワークピースＷＰが配置された表面に対して概ね垂直の向きに配向された光軸（ＯＡ）を有するビジョンプローブの概略図である（すなわち、ＯＡはマシン座標系のｚ軸に平行である）。 ある角度に配向された（すなわち、マシン座標系のｚ軸に平行でない）光軸（ＯＡ）を有する図３Ａのビジョンプローブの概略図である。 画像取得位置（Ｉ）で画像を取得するための、マシン座標系のｘ軸方向及びｚ軸方向に沿ったビジョンプローブの移動の２次元斜視図を示すグラフである。 画像取得位置（Ｉ）で画像を取得するための、マシン座標系のｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向に沿ったビジョンプローブの移動の３次元斜視図を示すグラフである。 ビジョンプローブによって取得した画像スタックをどのように用いてプローブ座標系のｚ軸方向に沿ったワークピース表面上のポイントの相対位置／座標を決定できるかの例示的な方法を示す。 ビジョンプローブによって取得した画像スタックをどのように用いてプローブ座標系のｚ軸方向に沿ったワークピース表面上のポイントの相対位置／座標を決定できるかの例示的な方法を示す。 複数のワークピース表面及びワークピース要素を含むサンプルワークピースを示す。 概ね鉛直の（vertical）向きに配向された光軸（ＯＡ）及び画像スタック取得軸（ＩＳＡＡ）を有するビジョンプローブの概略図である（すなわち、ＯＡ／ＩＳＡＡはマシン座標系のｚ軸に平行である）。 図７Ａのワークピースの傾斜ワークピース表面に対してほぼ直交するように、ある角度に配向された光軸（ＯＡ）及び画像スタック取得軸（ＩＳＡＡ）を有するビジョンプローブの概略図である。 図１から図７Ｃに記載されたもの等の移動機構構成を含むＣＭＭシステムを用いて、ワークピース表面に対して所望の角度／向きにビジョンプローブを移動させて画像スタックを取得することによる、ワークピース表面を測定する方法のフローチャートである。
図１Ａは、座標測定機（ＣＭＭ）１００の様々なコンポーネントを示す図である。図１Ａに示されているように、座標測定機１００は、プローブ３００を移動させるマシン本体２００と、手動で動作されるジョイスティック１０６を有する動作ユニット１０５と、処理デバイス構成１１０と、を含む。マシン本体２００は、表面プレート２１０と、移動機構構成２２０（図２も参照のこと）と、ビジョンプローブ（画像プローブ）３００と、を含む。移動機構構成２２０は、Ｘ軸スライド機構２２５、Ｙ軸スライド機構２２６、及びＺ軸スライド機構２２７（図２）を含み、これらは、図１Ａに示されているようにビジョンプローブ３００を保持して測定対象のワークピースＷＰに対して３次元で移動させるため、表面プレート２１０上に載置されるように設けられている。また、移動機構構成２２０は回転機構２１４も含む。
具体的には、移動機構構成２２０は、図１に示されているように、マシン座標系（ＭＣＳ：machine coordinate system）のＹｍ方向に移動できるビームサポート２２１と、ビームサポート２２１間をつなぐビーム２２２と、ビーム２２２上でマシン座標系のＸｍ方向に移動できるコラム２２３と、コラム２２３内でマシン座標系のＺｍ方向に移動できるＺ軸移動部材２２４（例えばスピンドル）と、を含む。図２に示されているＸ軸スライド機構２２５、Ｙ軸スライド機構２２６、及びＺ軸スライド機構２２７は、それぞれ、ビーム２２２とコラム２２３との間、表面プレート２１０とビームサポート２２１との間、及びコラム２２３とＺ軸移動部材２２４との間に設けられている。ビジョンプローブ３００はプローブヘッド２１３に取り付けられている。プローブヘッド２１３は、回転機構２１４を含み、Ｚ軸移動部材２２４の端部に取り付けられてこの端部で支持されている。回転機構２１４は、ビジョンプローブ３００がＺ軸移動部材２２４に対して回転することを可能とする。これについては以下で詳述する。Ｘ軸スライド機構２２５、Ｙ軸スライド機構２２６、及びＺ軸スライド機構２２７は、それぞれ、ＭＣＳ内で相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向にプローブ３００を移動させるよう構成されている。
図２に示されているように、Ｘ軸スライド機構２２５、Ｙ軸スライド機構２２６、及びＺ軸スライド機構２２７には、それぞれ、Ｘ軸スケールセンサ２２８、Ｙ軸スケールセンサ２２９、及びＺ軸スケールセンサ２３０が備えられている。このため、Ｘ軸スケールセンサ２２８、Ｙ軸スケールセンサ２２９、及びＺ軸スケールセンサ２３０の出力から、マシン座標系（ＭＣＳ）のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向におけるビジョンプローブ３００の移動量を取得することができる。図示されている実施例では、Ｘ軸スライド機構２２５、Ｙ軸スライド機構２２６、及びＺ軸スライド機構２２７の移動方向は、それぞれ、マシン座標系（ＭＣＳ）のＸｍ方向、Ｙｍ方向、及びＺｍ方向と一致する。様々な実施例において、こういった比較的単純な相関関係及び関連付けられているコンポーネントは、Ｘｍ、Ｙｍ、及びＺｍ方向における移動及び位置制御／検知の高い精度レベルと比較的簡単な処理のために役立ち得る。回転機構２１４を備えるプローブヘッド２１３は、ビジョンプローブ３００の角回転（angular rotation）／位置／向きを検知するための１つ以上の回転センサ２１５（図２を参照のこと）を含む。これについては以下で詳述する。
様々な実施例において、ビジョンプローブ３００は、ワークピースＷＰの表面プロファイルを決定及び／又は測定するための動作を実行するため利用できる。以下で詳述されるように、ビジョンプローブの光軸ＯＡをワークピースＷＰの傾斜表面に向けるように、回転機構２１４を用いてビジョンプローブ３００の角度方向を調整できる（例えば、いくつかの実施例では、光軸ＯＡを傾斜ワークピース表面に対してほぼ直交させることができる）。ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸スライド機構２２５、２２６、及び２２７（例えば相互に直交する方向に移動する）は、連携して、傾斜ワークピース表面の画像のスタックを取得するための画像スタック取得軸（光軸ＯＡとほぼ一致し得る）に沿った画像取得位置へビジョンプローブ３００を移動させることができる。画像スタックの解析から（例えばポイントフロムフォーカス（ＰＦＦ：points-from-focus）タイプの測定動作の一部として）、ワークピースＷＰの傾斜表面上の表面点の３次元位置を示す合焦曲線データを決定できる。
図２に示されているように、処理デバイス構成１１０のコマンド部４０２には動作ユニット１０５が接続されている。動作ユニット１０５を介して、マシン本体２００及び処理デバイス構成１１０に様々なコマンドを入力することができる。図１Ａに示されているように、処理デバイス構成１１０は、移動制御部１４０及びホストコンピュータシステム１１５を含む。様々な実施例において、処理デバイス構成１１０は、移動機構構成２２０により移動させたビジョンプローブ３００の移動量及び／又はビジョンプローブ３００により取得されたデータ（例えば画像スタックを含む）の解析に少なくとも部分的に基づいて、測定対象のワークピースＷＰの形状座標を計算することができる。これについては以下で詳述する。様々な実施例において、形状座標は、ワークピース及び／又はワークピース表面の深度マップ及び／又は表面トポグラフィに対応し、ワークピース上の表面点の相対位置（例えば座標によって示される）に基づくことができる。
図１Ａの移動制御部１４０は、主にビジョンプローブ３００の移動を制御する。ホストコンピュータシステム１１５は、マシン本体２００で実行される移動及び取得される位置を処理する。本実施例では、移動制御部１４０とホストコンピュータシステム１１５との合成機能を有する処理デバイス構成１１０が図２のブロック図に示されており、以下で記載される。ホストコンピュータシステム１１５は、コンピュータ１２０と、キーボード等の入力ユニット１２５と、ディスプレイやプリンタ等の出力ユニット１３０と、を含む。
本明細書に記載される要素及び方法と共に記載されるか又は使用可能なホストコンピュータシステム１１５及び／又は他のコンピューティングシステム及び／又は制御システムは一般に、分散型又はネットワーク型のコンピューティング環境等を含む任意の適切なコンピューティングシステム又はデバイスを用いて実施できると、当業者には認められよう。このようなコンピューティングシステム又はデバイスは、本明細書に記載される機能を実現するためにソフトウェアを実行する１つ以上の汎用又は特殊用途プロセッサ（例えば非カスタムデバイス又はカスタムデバイス）を含み得る。ソフトウェアは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ等のメモリ、又はそのようなコンポーネントの組み合わせに記憶することができる。また、ソフトウェアは、光学ディスク、フラッシュメモリデバイス、又はデータを記憶するための他の任意のタイプの不揮発性記憶媒体のような１つ以上の記憶デバイスに記憶することができる。ソフトウェアは、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象データ型を実施するプロセス、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む１つ以上のプログラムモジュールを含み得る。分散型コンピューティング環境では、プログラムモジュールの機能性は、有線又は無線のいずれかの構成において、複数のコンピューティングシステム又はデバイスにまたがるように組み合わせるか又は分散させ、サービスコールを介してアクセスすることができる。
図２に示されているように、処理デバイス構成１１０は、コマンド部４０２、スライド機構制御部４０４、位置決定部４０６、ビジョンプローブ制御部４０８、ビジョンプローブデータ部４１０、解析部４１２、及び記憶部４１４を含む。
図２に示されているコマンド部４０２は、（例えば、動作ユニット１０５又は入力ユニット１２５によって入力されたコマンドに基づく）所定のコマンドをスライド機構制御部４０４に与える。コマンド部４０２は、移動機構構成２２０に対する位置コマンドとして、例えば、ビジョンプローブ３００を複数の位置（例えば画像取得位置等）へ移動させるための移動方向、移動距離、移動速度等を考慮して、各制御サイクルごとにマシン座標系の座標値を発生させる。
図２に示されているスライド機構制御部４０４は、コマンド部４０２からのコマンドに応答して駆動制御信号Ｄを出力し、これによって移動機構構成２２０のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸スライド機構２２５、２２６、及び２２７のモータに電流を流すことにより、駆動制御を実行する。
画像取得時にＣＭＭ１００の座標とビジョンプローブ３００とが適正に同期することを保証するため、１つの実施例では位置ラッチ２１６が様々なセンサ及び／又は駆動機構と通信を行う。より具体的には、様々な実施例において、位置ラッチ２１６を用いて、画像スタックの画像から導出される測定の精度を保証することができる。様々な実施例において、位置ラッチ２１６の動作により、ＣＭＭマシン座標（特定の測定中のビジョンプローブ３００の接続点又は他の基準点の位置を反映する）を、ビジョンプローブ画像から決定される位置データ（例えばビジョンプローブ３００の位置と向きに関する）と適正に合成することができる。いくつかの実施例では、位置ラッチ２１６を用いて、ＣＭＭ位置センサ（例えばセンサ２１５及び２２８〜２３０等）からの測定を開始させることができる。このＣＭＭ位置センサには、マシン座標系におけるビジョンプローブ３００の全体的な位置と向き（例えばそのベース位置を含む）を追跡するスケール、エンコーダ、又は他の検知要素が含まれ得る。いくつかの実施例において、位置ラッチ２１６は、ビジョンプローブ３００からの画像取得も開始させることができる（例えば画像スタックの一部として。画像スタックの各画像についてトリガ信号を提供することができ、各画像取得においてビジョンプローブ３００の対応する位置を同期させると共に追跡する）。
図１Ｂは、ＣＭＭ１００のマシン本体２００のいくつかのコンポーネントと、図１Ａのビジョンプローブ３００と同様のものであり得るビジョンプローブ３００’と、を概略的に示す図である。図１Ｂに示されているように、マシン本体２００はプローブヘッド２１３を含む。プローブヘッド２１３は、プローブヘッドケーブル２１１を介してプローブ信号を受信及び送信する。プローブヘッド２１３は座標測定機中空軸２１７に固定され、軸２１７は、マシン座標系（ＭＣＳ）のＺ軸方向に移動するＺ軸移動部材２２４（又はスピンドル等のスライド要素）の端部に取り付けられている。プローブヘッド２１３は、プローブオートジョイント（probe autojoint）接続２３１においてビジョンプローブ３００’に接続されている。プローブオートジョイント接続の１つの実施例が、米国特許第９，１１５，９８２号で更に詳しく記載されている。
プローブヘッド２１３は回転機構２１４（図２）を含む。回転機構２１４は、いくつかの実施例では水平面内で３６０度回転し（例えば、角度の移動／位置／向きを第１の回転センサ２１５によって検知できる）、あるタイプのＵ型継手を含み得る（例えば、取り付けられたプローブを水平面内の対応する軸を中心として回転させることができ、角度の移動／位置／向きを第２の回転センサ２１５によって検知できる。これについては図３Ｂに関連付けて以下で詳述する）。従って、図１Ｂの具体例におけるプローブヘッド２１３の回転機構２１４は、２つの異なる軸を中心としたビジョンプローブ３００’の回転をサポートする。すなわち、１つ目は、Ｚ軸を中心とした現在の向きでのビジョンプローブ３００’の回転（スピン）であり、２つ目は、水平軸（すなわちマシン座標系のＸＹ面内の軸）を中心としたビジョンプローブ３００’の回転である。後述される図３Ａ及び図３Ｂにおいて、プローブヘッド２１３に具現化された回転機構２１４は基本的に円として図示されているが、３次元表現では、様々な実施形態において球として示され得る。球状（又はボール状）継手を含む回転機構２１４によって、ビジョンプローブ３００’は、コラム２２３内のＺ軸移動部材２２４を中心としてこれに対して、及び／又は任意の水平軸に対して回転することができ、ビジョンプローブ３００’の光軸をワークピース表面に対して所望の角度／向きに位置決めするようになっている（例えば、ワークピース表面は水平面に対してある角度に配置され得る）。概して、回転機構２１４は、図３Ａ及び図３Ｂに示されているように、ビジョンプローブ３００の向き（すなわちビジョンプローブ３００の姿勢）を変化させるための機構である。
プローブオートジョイント接続２３１は、プローブヘッド２１３をあるプローブから取り外すこと及び他のプローブに取り付けることを可能とするようにプローブヘッド２１３をビジョンプローブ３００’に対して堅固に機械的に留める電気機械接続である。１つの実施例において、プローブオートジョイント接続２３１は第１及び第２の噛み合いオート交換ジョイント（mating auto exchange joint）要素２３４及び２３６を含み得る。第１のオート交換ジョイント要素２３４はプローブヘッド２１３に実装され、相手方となる第２のオート交換ジョイント要素２３６はビジョンプローブ３００’に実装される。１つの実施例において、プローブオートジョイント接続２３１は噛み合い電気接点又は接続２３５を有し、プローブが取り付けられた場合にこれらの接点が自動的に係合して電気的接続を行うようになっている。
ビジョンプローブ３００’は、オートジョイント接続２３１を介して電力及び制御信号の少なくともいくつかを受信できる。電力及び制御信号はプローブヘッドケーブル２１１を介して送出される。オートジョイント接続２３１を介してビジョンプローブ３００’に送出される信号は、接続２３５を介して送出される。図１Ｂに示されているように、ビジョンプローブ３００’は、プローブオートジョイント接続２３１を介してＣＭＭ１００に自動的に接続するため、オート交換ジョイント要素２３６と、このオート交換ジョイント要素２３６に実装されたプローブアセンブリ２３７と、を含む。
様々な実施例において、ビジョンプローブ３００’は追加的に又は代替的に、電力及び制御信号の少なくともいくつかをケーブル２１１’を介して受信し得る。いくつかの実施例では、標準的なオートジョイント接続２３１の利用可能な有線接続数が限られているため、また、ビジョンプローブ３００’により多くの接続（例えば任意選択的なケーブル２１１’を介して提供できる）が望ましい／利用される場合があるので、ケーブル２１１’が使用され得る。様々な実施では、いくつかの標準的な電力及び／又は通信信号に加えて、ビジョンプローブ３００’は、任意選択的なケーブル２１１’及び／又は他の伝送機構を介して提供することができる追加の電力及び／又は通信信号を必要とする及び／又はこれらの信号から利益を得る追加の特徴／機能を有することがある。様々な実施において、ビジョンプローブ３００’のための電力及び／又は通信信号（例えばケーブル２１１及び／又はケーブル２１１’を介して送出される）は、ビジョンプローブ制御部４０８及びビジョンプローブデータ部４１０との間で送受信され得る。これについては図２に関連して以下で詳述する。
図２に示されているように、いくつかの実施形態におけるＣＭＭ１００のマシン本体２００は、ビジョンプローブ３００（３００’）に加えて、１又は複数のＸＹＺセンサ３９２を含む任意選択的な接触式測定プローブ３９０も含み得る。接触式測定プローブ３９０はタッチプローブ又は走査プローブ等とすればよく、典型的に、測定対象のワークピースに物理的に接触するプローブチップを有する。いくつかの実施形態において、このような接触式測定プローブ３９０は、ビジョンプローブ３００に追加して／ビジョンプローブ３００と組み合わせて使用され得る。例えば、ビジョンプローブ３００を用いて画像スタックを取得し、ワークピース表面の３次元プロファイルを決定した後、ビジョンプローブ３００をＣＭＭ１００から取り外す／除去することができる（例えば図１Ｂのプローブヘッド２１３から取り外す）。次いで、接触式測定プローブ３９０をＣＭＭ１００に取り付ける（例えばプローブヘッド２１３に取り付ける）ことができる。これを行うため、いくつかの例において、ＣＭＭ１００は、プローブラックに格納された様々なプローブ（例えば３００、３９０等）を有し、これらの様々なプローブの取り付けと取り外しのための適正な位置にプローブヘッド２１３を移動させることができる。次いで、接触式測定プローブ３９０を用いて、いくつかの表面点（例えば、ビジョンプローブ３００を使用して見ること／決定することが難しい表面点）に物理的に接触し、いくつかの測定を検証することができる。様々な実施例において、ワークピース表面上に、撮像すること／キャプチャすることが難しい表面点、及び／又はワークピースの他の部分によって部分的に隠れてビジョンプローブ３００から見えない表面点が存在する場合、接触式測定プローブ３９０を用いて、測定のためそのような表面点に物理的に接触することができる。
引き続き図２を参照すると、ビジョンプローブ３００は、照明構成３０２、対物レンズ３０４、及びカメラ３０６を含むことができる。例示されている実施形態において、対物レンズ３０４及びカメラ３０６はビジョンプローブ３００の内部にあり、いくつかの図（例えば図３Ａ及び図３Ｂ）では点線の四角形で図示されている。様々な実施例において、対物レンズ３０４はマルチレンズ光学要素とすることができ、ある範囲の倍率を有するように選択できる。例えば、様々な倍率を有する様々な対物レンズを選択肢とすることができ、いくつかの用途では、所望の倍率に基づいてビジョンプローブで利用する対物レンズを選択すればよい（例えば、比較的高い倍率を有する対物レンズを選択すると比較的高い解像度を提供できるが、ＰＦＦ画像範囲の縮小等とのトレードオフが生じる）。
図３Ａ及び図３Ｂの実施形態において、照明構成３０２は、ビジョンプローブ３００の遠位端に提供されたリング照明（例えばＬＥＤ配列から形成される）とすればよいが、照明構成３０２の機構は図示されている実施形態に限定されない。例えば、照明構成３０２は代替的に落射照明光源として提供してもよい。いくつかの実施例において、落射照明光源を提供することは、対物レンズ３０４を介して下方に光を誘導するためのビジョンプローブ３００内の光軸経路上のビームスプリッタと、このビームスプリッタへ光を誘導するためのビジョンプローブ３００内で側方に又は他の場所に位置決めされた光源等と、を有する異なる構成を必要とする可能性がある。いくつかの実施例では、リング照明（例えばＬＥＤ配列）で形成された照明構成３０２は、落射照明光源で形成された照明構成３０２（ビームスプリッタ及び側方の光源を必要とする可能性がある）に比べ、軽量かつ小型である場合がある。
図１Ｂを参照して上述したように、任意選択的なプローブヘッドケーブル２１１’を用いて追加の信号を伝送することができる（例えば、照明構成３０２やカメラ３０６等のためビジョンプローブ３００に対する電力を制御及び／又は提供する）。あるいは、ケーブル２１１’は含まれなくてもよく、この場合、必要なライン／信号の全てがプローブヘッド２１３を通る（例えば、このためケーブル２１１を通る）ことができる。
ビジョンプローブ３００のみで利用される場合、ＣＭＭ移動機構構成２２０、特にそのセンサ（２１５及び２２８〜２３０）は、測定出力Ｍを位置決定部４０６に提供することができる。位置決定部４０６は、ＣＭＭのマシン座標系（ＭＣＳ）におけるビジョンプローブ３００のプローブヘッド２１３の位置（又は他の接続点もしくは基準位置）を決定する。例えば位置決定部４０６は、プローブヘッド２１３又はビジョンプローブ３００の他の接続点もしくは基準点のマシン座標系におけるＸ、Ｙ、及びＺ座標を提供できる。接触式測定プローブ３９０が取り付けられた場合、接触式測定プローブ３９０は、プローブチップを接触式測定プローブ３９０の残り部分に対して（少量）移動させることができる機構と、ワークピース表面に実際に接触しているプローブチップ（すなわちプローブスタイラスチップ）の位置を接触式測定プローブ３９０の局所座標系で示すセンサデータを提供するセンサ（例えばＸＹＺセンサ３９２）と、を含むことができる。測定同期トリガ信号（例えば、位置ラッチ２１６の動作等に関連して提供される）は、マシン座標系で接触式測定プローブ３９０の（例えばプローブヘッド２１３の）全体的な位置と向きを追跡する測定を開始させ、更に、局所座標系で接触式測定プローブ３９０を用いた局所表面測定を開始させる。位置決定部４０６は、局所座標系で測定された接触式測定プローブ３９０の座標とマシン座標系で測定されたその位置とを用いてこれらを合成することで、プローブチップの全体的な位置、従ってワークピース上の測定／検出表面点を決定できる。
接触式測定プローブ３９０を用いたこのような決定とは対照的に、種々の例示的な実施形態に関して本明細書で記載されるようにビジョンプローブ３００を使用する場合、位置決定部４０６は、ビジョンプローブ３００の上部にあるプローブヘッド２１３の位置（又は他の基準もしくは取り付け位置）のみを決定すればよい。ワークピース上の表面点の座標を決定するため、画像スタックの解析からの情報を使用できる。例えば、（様々な合焦位置における画像の）画像スタックをビジョンプローブ３００によって取得することができる。画像スタック内の画像の相対位置／合焦位置は、プローブ座標系（ＰＣＳ：probe coordinate system）で表される。プローブ座標系は、いくつかの実施例ではＭＣＳ内のプローブの基準位置に関連し得る。マシン座標系（ＭＣＳ）内で表面点の全体的な位置を決定するため、いくつかの実施例では、表面点のＰＣＳ位置データをＭＣＳ位置データに変換する及び／又は他の手法でＭＣＳ位置データと合成し、これによって表面点の全ての全体的な位置を決定できる。
ビジョンプローブ３００がある角度に向けられ（例えば図３Ｂに示されているように）、従ってプローブ座標系（ＰＣＳ）がある角度に向けられたＺ軸（すなわちビジョンプローブ３００の光軸に対応する）を有する場合、取得された画像スタックは、その角度に向けられたプローブＺ軸の方向に沿ったワークピースの表面点の相対距離を示す。これらのプローブ座標系（ＰＣＳ）の座標を、いくつかの実施例では局所座標系と呼ぶことがあり、ＭＣＳ内でワークピース上の表面点の全体的な位置を決定するため、プローブヘッド２１３（又は他の基準位置）の決定されたＭＣＳ座標と合成する（例えばＭＣＳ座標に変換するか又はＭＣＳ座標に追加する）ことができる。例えば、ＭＣＳで表面点の座標を決定することが望まれる場合、プローブ座標系ＰＣＳで決定された測定点をＭＣＳ座標に変換し、ビジョンプローブ３００のプローブヘッド２１３（又は他の基準位置）の他のＭＣＳ座標に追加すればよい。あるいは、ワークピースにそれ自体の局所座標系（ＬＣＳ）が割り当てられている場合、ビジョンプローブ３００のプローブヘッド２１３（又は他の基準位置）の決定されたＭＣＳ座標をワークピースのＬＣＳに変換するか又はＬＣＳと合成すればよい。更に別の例として、場合によっては、追加的に又は代替的に、（例えば画像スタックの画像等のための）他の局所座標系を確立してもよい。一般に、ＭＣＳはＣＭＭ１００の座標の大きい体積全体をカバーするが、ＬＣＳ（例えばＰＣＳ等）は概してより小さい体積をカバーし、場合によっては概ねＭＣＳ内に含まれることがある。様々な実施例では、Ｘ、Ｙ、及びＺ座標に加えて、ビジョンプローブ３００の向き及びワークピースＷＰ上の測定表面点の座標の決定に対して、特定のタイプの円筒座標、デカルト座標、又は他の座標を追加的に又は代替的に利用してもよい。
いくつかの実施例では、画像スタックからのＰＣＳで表された位置データを比較的独立して利用することができる（例えば、ＭＣＳ又は他の座標系の座標との変換又は合成は限定的であるか又は皆無である）。例えば、画像スタックの解析から決定された位置データは、ＰＣＳ又は他のＬＣＳで表されたワークピース表面上の表面点の３Ｄ位置を示す３Ｄ座標を提供し、従ってワークピース表面の３Ｄプロファイル／表面トポグラフィを表現する／これに対応し得る。上記のように、いくつかの実施例では、このようなデータをＭＣＳで表現された他の位置データと合成して、ＭＣＳ内でワークピース表面及び表面点の全体的な位置を示すことができる。しかしながら、いくつかの実施例／解析／表現等では、画像スタックから決定された位置データを主として使用するか又はこの位置データのみを使用することが望ましい場合がある。例えば、解析又は検査の主な目的が、ワークピース表面上のワークピース要素の相対位置及び／又は特徴を決定することである場合（例えば、ワークピース表面上のそのようなワークピース要素間の距離、及び／又は表面上のワークピース要素の３Ｄ寸法等に関して）、いくつかの実施例では、そのようなデータは主として画像スタックの解析から決定できる。更に具体的には、所望の解析／検査において、ワークピース表面及び／又はワークピース要素のＭＣＳ内での１又は複数の全体的な位置が必要ない場合、画像スタックから決定されたデータを、ＭＣＳ又は他の座標系の座標との合成を限定的に行って又は全く行わずに利用できる。このようなデータの解析に加えて、画像スタックの解析からのデータに従って、ワークピース表面の３Ｄ表現を（例えばディスプレイ等に）同様に提供できることは認められよう。
図２に示されているように、ビジョンプローブ制御部４０８はビジョンプローブ３００を制御する（例えば、画像スタックの画像を取得するため照明構成３０２及びカメラ３０６等を制御する）。様々な実施例では、ビジョンプローブ制御部４０８はビジョンプローブ３００の移動もフォーカシングも制御する必要はなく、これらの態様はＣＭＭ移動機構構成２２０によって制御できる。ＣＭＭ移動機構構成２２０は、画像スタックを取得するためビジョンプローブ３００をワークピースに近付ける及び／又はワークピースから遠ざける（すなわち、以下で図４及び図５に関して図示／記載されるように、ビジョンプローブ３００を各画像取得位置へ移動させる）。ビジョンプローブ３００を回転させて所望の角度／向きにするためには回転機構２１４を使用すればよい。様々な実施例において、ビジョンプローブ３００の合焦距離は主として対物レンズ３０４によって決定され得る（例えば、ビジョンプローブ３００で選択／使用される対物レンズ３０４に対応して、測定動作中のビジョンプローブ３００の前方の合焦距離は一定であり得る）。ビジョンプローブデータ部４１０は、ビジョンプローブ３００の出力（すなわち、画像スタックの画像のための画像データ）を受信する。解析部４１２を用いて、関連した解析を実行することができる（例えば、ワークピース表面の３次元表面プロファイル等を決定するように、プローブＺ軸方向に沿ったワークピース表面上の各表面点の相対位置を決定するためのポイントフロムフォーカス（ＰＦＦ）解析又は画像スタックの他の解析。これについては図６Ａ及び図６Ｂに関連付けて以下で詳述する）。記憶部４１４は、処理デバイス構成１１０等の動作のための特定のソフトウェア、ルーチン、データ等を記憶するコンピュータメモリの一部を含み得る。
図３Ａ及び図３Ｂは、ＣＭＭ１００のマシン本体２００の回転機構２１４’（プローブヘッド２１３’に具現化されている）を含む移動機構構成２２０のいくつかの部分を含む、図１Ａから図２に関連するいくつかのコンポーネントを示す。図３Ａは鉛直の向きのビジョンプローブ３００を示す（例えば、いくつかのビジョンシステム等のいくつかの従来技術のシステムが、ワークピースの画像を含む画像スタックを取得するために主としてマシン座標系のＺ軸方向に沿ってフォーカシング位置を上下にのみ移動させるよう動作されるのと同様）。図３Ａに示されているように、ワークピースＷＰは、斜めの向き（角度Ａ１）のワークピース表面ＷＰＳ１を有する。図３Ａの例示では、マシン座標系のＺ軸はビジョンプローブ３００の光軸ＯＡに平行であることに留意するべきである。ビジョンプローブ３００が単にＺ軸スライド機構２２７によってＭＣＳのＺ軸に沿って上下にのみ移動する（コラム２２３内のＺ軸移動部材２２４の移動を含む）場合、ビジョンプローブ３００の光軸（Ｚ軸）はマシン座標系のＺ軸及び画像スタック取得軸ＩＳＡＡと同一方向であることは認められよう。ワークピース表面ＷＰＳ１は、ＭＣＳの水平面に対して角度Ａ１に図示されている。これに対して、ワークピースＷＰのワークピース表面ＷＰＳ２は、水平面とほぼ平行に図示されている。
図３Ｂは、本開示の様々な実施形態に従った、ＭＣＳの水平面に対して（角度「Ａ−Ｈ」）及びＭＣＳの垂直面に対して（角度「Ａ−Ｖ」）の双方に傾斜したビジョンプローブ３００を示す。これは、開示されているＣＭＭ１００によって達成できる。以下で詳述するように、ＣＭＭ１００は、ビジョンプローブ３００を移動／配向するため、３つのスライド機構（すなわち、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸スライド機構２２５〜２２７。これらの各々は、ＭＣＳの直交するＸ、Ｙ、及びＺ軸／方向のみに沿った移動を生成する）及び回転機構２１４’（プローブヘッド２１３’に具現化されている）を動作させることができる。従ってＣＭＭ１００は、指定された角度で画像スタックを取得するため、任意の軸を中心とした回転を含めて、複数の軸に沿って同時にビジョンプローブ３００をワークピースＷＰに対して自由に移動させることができる。より一般的には、移動機構構成２２０（Ｘ、Ｙ、及びＺスライド機構２２５〜２２７、並びに回転機構２１４’を含む）は、ビジョンプローブ３００を支持し、相互に直交するＸ、Ｙ、及びＺ方向に移動させること、また、測定対象のワークピース表面に対して所望の角度／向きにすることができる。
図３Ｂに示された例において、ビジョンプローブ３００は、（例えば、プローブヘッド２１３’の回転機構２１４’のＵ型継手又は他のコンポーネントによって）回転点Ｒ２を通る水平回転軸ＲＡ２を中心として角度Ａ−Ｈを指し示すように回転した後である。ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡは、ワークピース表面ＷＰＳ１に対してほぼ直交する。図３Ｂにおいて、プローブヘッド２１３’の回転機構２１４’によりビジョンプローブ３００がマシン座標系のＺ軸を中心として回転可能であることは、プローブヘッド２１３’／回転機構２１４’の上部の回転点Ｒ１を通る回転軸ＲＡ１によって示されている。水平軸を中心とする回転は（例えば図１Ｂに示されているＵ型継手の動作に従う）、プローブヘッド２１３’／回転機構２１４’の中央の回転点Ｒ２を通る回転軸ＲＡ２に従って示されている（すなわち、紙面内へ向かうので単一の点として示されている）。
図３Ｂに、ワークピース表面ＷＰＳ１の３次元表面プロファイルを決定するための例示的な画像スタック範囲ＳＲ−３Ｂが示されている。ワークピース表面ＷＰＳ１は、このワークピース表面ＷＰＳ１の平均面位置よりも高いか又は低いことがある様々なワークピース要素（例えば表面要素）を有し得る。これについては図７Ａに関連付けて以下で詳述する。いくつかの実施例では、画像スタックの合焦位置の範囲がワークピース表面よりも上方及び下方の特定の距離に延出することが望ましい場合がある。図３Ｂに示されているように、例示的な画像スタック範囲ＳＲ−３Ｂは、図３Ａの画像スタック範囲ＳＲ−３Ａ（すなわち、図３Ａの例示的な向きでワークピース表面ＷＰＳ１の表面点を全てカバーするために必要な画像スタック範囲）よりも著しく小さい可能性がある。これは、図３Ａの向きとは異なり、図３Ｂのビジョンプローブ３００は光軸ＯＡがワークピース表面ＷＰＳ１に対してほぼ直交するように配向されていることに起因する。図３Ｂにおいて、ワークピース表面ＷＰＳ１の少なくとも一部に対する光軸ＯＡ（及び画像スタック取得軸ＩＳＡＡ）の角度は「Ａ−Ｐ」と示されており、図示されている例ではほぼ９０度／直交する。また、図３Ｂは、水平面に対するワークピース表面ＷＰＳ１の角度「Ａ−Ｗ」も示す（例えば図３Ａの角度Ａ１に対応する）。各実施例における特定の角度Ａ−Ｗに応じて、回転機構２１４’は、ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡ（及びＩＳＡＡ）がワークピース表面ＷＰＳ１の少なくとも一部に対してほぼ直交することを保証するように調整できる。これについては図７Ａから図７Ｃに関連付けて以下で詳述する。
図４は、画像スタック（例えば、図６Ａ及び図６Ｂに関連付けて以下で更に詳しく図示し記載するように、一例として１１の画像を含む）を取得するためのビジョンプローブ３００の移動の２次元斜視図を示し、図５はその３次元斜視図を示す。図４及び図５に示されているように、１つの具体例においてビジョンプローブ３００は、軸方向合焦位置Ｆ１〜Ｆ１１の１１の画像を取得するため、少なくとも１１の対応する軸方向画像取得位置Ｉ１〜Ｉ１１を通って移動できる。軸方向合焦位置Ｆ１〜Ｆ１１の各々は、ビジョンプローブ３００の画像スタック取得軸（ＩＳＡＡ）に沿って配置され得ることは認められよう。
図４及び図５は、軸方向画像取得位置Ｉ１〜Ｉ１１及び軸方向合焦位置Ｆ１〜Ｆ１１の各々の２次元座標及び３次元座標を示す。一般に、画像スタックを取得するいくつかの従来技術のシステムは、鉛直方向のみで（すなわちマシン座標系のＺ軸のみに沿って）その取得を実行する。更に具体的には、従来技術の技法によれば、撮像システム（例えばマシンビジョンシステム等）は、マシン座標系のＺ軸に対応する鉛直Ｚ軸に沿ってシステムのフォーカシング位置を上下に移動させるように構成され得る。一方、本開示によれば、画像スタックを取得するため指定される向きはそれに限定されない。本明細書に示されているように、開示されるビジョンプローブ３００と組み合わせてＣＭＭ１００のコンポーネントを用いて、画像スタックをある角度で取得することが可能となる。このため、本開示によれば、従来技術におけるようにマシン座標系の「Ｚ軸」を画像取得のデフォルト光軸として示すのではなく、画像スタックを取得するため任意の方向及び任意の角度に配置及び配向できるビジョンプローブ３００の光軸が、いくつかの例で、「画像スタック取得軸」（ＩＳＡＡ又はＩＳＡ軸）に対応する及び／又はそのように示され得る。
図４を参照すると、概して、画像スタックを取得するためのプロセスの開始時にＩＳＡ軸（ＩＳＡＡ）を確立することができる。次いで、追加画像を取得するため、ＩＳＡに沿った新たな各位置へビジョンプローブ３００を移動させることができる。画像スタックの各追加画像の取得において、ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡはＩＳＡ軸と同軸とすることができる。ビジョンプローブ３００を移動させるには、典型的にＸ、Ｙ、及びＺ軸スライド機構２２５〜２２７を個別に調整する必要がある（例えば、様々な実施例では全てを同時に又は比例的に移動させる場合もそうでない場合もある）ので、画像取得位置間のそのような微調整の間、ビジョンプローブ３００の移動は必ずしも精密にＩＳＡ軸に沿っているわけでない可能性がある。しかしながら、次の画像を取得するため次の軸方向画像取得位置へビジョンプローブ３００を移動させる移動が一度完了したら、その軸方向画像取得位置はＩＳＡ軸に沿った位置となり得る。更に、各軸方向合焦位置Ｆ１〜Ｆ１１（すなわち各取得画像の合焦位置に対応する）もＩＳＡ軸に沿った位置であり得る。
画像スタックを取得するため１つだけのスライド機構（例えばＺ軸スライド機構）を使用する上述した従来技術の撮像システムは、いくつかの例で、特殊な撮像を実行するように構成されることがあり、このため一般的でなく比較的高価である可能性がある。これに対して、Ｘ、Ｙ、及びＺ軸スライド機構を含むＣＭＭは比較的一般的であり、広く利用されている。本開示によれば、種々の例示的な実施例において、ＣＭＭを用いてビジョンプローブ３００を移動させ、任意の向き又は角度で画像スタックを取得することで、標準的なＣＭＭを利用しながら柔軟性の向上を図る。更に、Ｘ、Ｙ、及びＺスライド機構２２５〜２２７並びに回転機構２１４を備えた構成は、各スライド機構のために極めて高精度のＸ、Ｙ、及びＺ軸スケールセンサ２２８〜２３０を含み、また、回転機構２１４のために１又は複数の回転センサ２１５（例えば回転エンコーダ及び／又は他のタイプの相対位置センサを含む）を含むので、極めて高精度であり得る。種々の例示的な実施例では、各Ｘ、Ｙ、及びＺセンサとＭＣＳの単一の座標軸（及び対応する単一の座標）との直接的な相関関係が１つの理由となって、ＭＣＳ内でのＸ、Ｙ、及びＺ座標の各々の全体的な位置決定は比較的簡単に実行できると同時に極めて高精度となり得る。
図４及び図５は、ビジョンプローブ３００の画像取得位置Ｉ１〜Ｉ１１への各移動についてマシン座標系のＸ、Ｙ、及びＺ座標の例を示す。様々な実施例において、マシン座標系のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸をそれぞれＸS軸、ＹS軸、及びＺS軸と呼ぶことができる。画像スタックの１１の画像（図６Ｂの画像（１）〜（１１））をキャプチャするためビジョンプローブ３００が位置決めされる画像取得位置Ｉ１〜Ｉ１１は、画像スタックの１１の画像のキャプチャのためビジョンプローブ３００が合焦する軸方向合焦位置Ｆ１〜Ｆ１１に対応する。図示されている例では、画像取得位置Ｉ１〜Ｉ１１及び軸方向合焦位置Ｆ１〜Ｆ１１の全てが画像スタック取得軸（ＩＳＡＡ）に沿っている。図６Ｂの画像スタック６５０では、ビジョンプローブ３００は、画像取得位置Ｉ１にある場合、画像スタックの画像（１）をキャプチャするための軸方向合焦位置Ｆ１に合焦する。
より具体的に述べると、図４に示されているように、画像取得位置Ｉ１では、ビジョンプローブ３００の基準位置の対応するＭＣＳ座標はＩＸ１及びＩＺ１である。次の画像取得位置Ｉ２では、ＭＣＳ座標はＩＸ２及びＩＺ２である。次の画像取得位置Ｉ３では、ＭＣＳ座標はＩＸ３及びＩＺ３である。残りの画像取得位置Ｉ４〜Ｉ１１では、ビジョンプローブ３００の基準位置の対応するＭＣＳ座標はそれぞれ同様にＩＸ４〜ＩＸ１１及びＩＺ４〜ＩＺ１１である。ビジョンプローブ３００を画像取得位置Ｉ１から画像取得位置Ｉ２へ移動させるため、Ｘ軸スライド機構２５５はＩＸ１からＩＸ２への移動のため調整される。同様に、Ｚ軸スライド機構２２７はＩＺ１からＩＺ２への移動のために調整される。図５を参照すると、画像取得位置Ｉ１では、対応するＭＣＳ座標はＩＸ１、ＩＹ１、及びＩＺ１である。次の画像取得位置Ｉ２では、ＭＣＳ座標はＩＸ２、ＩＹ２、及びＩＺ２である。次の画像取得位置Ｉ３では、ＭＣＳ座標はＩＸ３、ＩＹ３、及びＩＺ３である。ビジョンプローブ３００を画像取得位置Ｉ１から画像取得位置Ｉ２へ移動させるため、Ｘ軸スライド機構２５５はＩＸ１からＩＸ２への移動のために調整される。同様に、Ｙ軸スライド機構２２６はＩＹ１からＩＹ２への移動のために調整され、Ｚ軸スライド機構２２７はＩＺ１からＩＺ２への移動のために調整される。残りの画像取得位置への移動のため、同様の移動が実行される。
いくつかの実施例では、スライド機構２２５〜２２７のこのような調整を比較的同時に実行して、ビジョンプローブ３００が画像取得位置Ｉ１とＩ２との間の移動において概ね画像スタック取得軸（ＩＳＡＡ）に沿って移動できるようにする。しかしながら、様々なスライド機構２２５〜２２７の移動は全体的な移動中に精密に比例的又は同時である必要はなく、位置間のビジョンプローブ３００の移動は完全にＩＳＡ軸を中心としたものではない場合がある。すなわち、従来技術のシステムが単一のスライド機構を利用し、結果として常に精密に画像スタック取得軸に沿った移動を行うのとは異なり、本開示の様々な実施形態に従った様々なスライド機構２２５〜２２７の移動は、複数の軸に沿った移動の決定及び／又は合成を生じ得る。しかしながら種々の例示的な実施例では、位置Ｉ１からの全体的な移動の終了時に、ビジョンプローブ３００はＩＳＡ軸に沿った位置Ｉ２に位置決めされる、及び／又はビジョンプローブ３００の光軸はＩＳＡ軸と同軸である。
以下で詳述するように、いくつかの実施例では、ワークピース表面ＷＰＳ１の少なくとも一部の合焦位置が、画像スタックの合焦位置範囲の中央にある合焦位置にほぼ対応することが望ましい場合がある。例えば、対応する合焦位置Ｆ１〜Ｆ１１を有する１１の画像から成る例示の画像スタックでは、ワークピース表面の少なくとも一部が、画像スタック範囲の中央にほぼ対応する軸方向合焦位置Ｆ６でほぼ合焦することが望ましい場合がある。これについては図６Ａ及び図６Ｂに関連付けて以下で詳述する。本明細書で記載されるように、ワークピース表面ＷＰＳ１の少なくとも一部（及び／又はワークピース表面又はその一部の全体的な又は平均的な角度方向）を、図４及び図５に示されているようにＩＳＡ軸に対してほぼ／名目上（nominally）直交させることも望ましい場合がある。このような特徴は、図３Ａ及び図３Ｂで可能な走査範囲ＳＲに関連付けて既に記載しており、以下で図７Ｂ及び図７Ｃの走査範囲ＳＲ１及びＳＲ２に関連付けて更に詳しく記載する。より具体的には、本開示に従って、画像スタック取得軸（ＩＳＡＡ）が撮像対象のワークピース表面（ＷＰＳ１）の少なくとも一部に対してほぼ直交するようにビジョンプローブ３００を配向することにより、高い精度で、３次元ワークピース要素の表面点の範囲全体（すなわち３次元表面特徴及び変動（deviations）に対応する）をカバーしながら、画像スタックの範囲を比較的短くすることができる。
図６Ａ及び図６Ｂは、本開示に従ってビジョンプローブ３００により取得された画像スタックをどのように用いて、ワークピース表面に対してほぼ／名目上直交し得るＺＰ軸に沿ったワークピース表面上のポイントのＺＰ位置を決定できるかを示す。本明細書で用いる場合、「ＺＰ軸」は、プローブ座標系のｚ軸及び／又はビジョンプローブ３００の光軸に対応し得るが、ビジョンプローブ３００が角度を付けて配置されているすなわち傾斜している場合はＭＣＳのｚ軸と一致しないことがある。様々な実施例において、ＣＭＭ１００がポイントフロムフォーカス（ＰＦＦ）モード（又は同様のモード）で動作し、ワークピース表面にほぼ直交する軸に沿ってワークピース表面のＺＰ高さ（ＺＰ位置）を決定することにより、画像スタックが取得される。ＰＦＦ画像スタックを処理して、３次元表面座標セット（例えばワークピースの表面形状又はプロファイルに対応する）を定量的に示すＺＰ高さ座標マップ（例えばポイントクラウド）を決定又は出力することができる。
具体的に述べると、図６Ａ及び図６Ｂは、ワークピース表面上のポイントについて、画像スタック取得軸の方向（例えばビジョンプローブ３００又はプローブ座標系（ＰＣＳ）のＺＰ軸に平行である）に沿った相対ＺＰ位置を決定することに関連した動作を示す。画像スタック取得軸ＩＳＡＡがマシン座標系のＺ軸に平行である構成では、いくつかの従来のシステムにおいて相対位置は表面ポイントのＺ高さに対応するものとして示されるが、より一般的には、画像スタック取得軸ＩＳＡＡは本明細書で開示されるように任意の方向に配向できる。
図６Ａ及び図６Ｂに示されているように、合焦位置は、各画像スタック取得位置におけるフォーカシング軸に対応する画像スタック取得軸ＩＳＡＡの方向に沿って、ある範囲の位置Ｚｐ（ｉ）を通して移動し得る。ビジョンプローブ３００は、各位置Ｚｐ（ｉ）で画像（ｉ）をキャプチャすることができる。各キャプチャ画像（ｉ）において、画像内の関心領域又は関心サブ領域ＲＯＩ（ｋ）（例えば画素セット）（例えば、対応する表面点が関心領域又は関心サブ領域ＲＯＩ（ｋ）の中心にある）に基づき、合焦尺度ｆｍ（ｋ，ｉ）を計算することができる。合焦尺度ｆｍ（ｋ，ｉ）は、画像（ｉ）をキャプチャした時点での画像スタック取得軸ＩＳＡＡの方向に沿ったビジョンプローブ３００の対応する位置Ｚｐ（ｉ）及び対応する合焦位置に関連付けられる。この結果、合焦曲線データ（例えば、位置Ｚｐ（ｉ）における合焦尺度ｆｍ（ｋ，ｉ）セットであり、合焦ピーク決定データセットの１つのタイプである）が得られる。これを単に「合焦曲線」又は「自動合焦曲線」と呼ぶこともある。一実施形態において、合焦尺度値は画像内の関心領域のコントラスト又はシャープネスの計算を伴うことがある。
画像スタック取得軸に沿ったベストフォーカス位置に相当する合焦曲線のピークに対応するＺＰ位置（例えば図６ＡのＺPｋ６０１）は、合焦曲線を決定するために用いられる関心領域のＺＰ位置である。例示のため、画像スタックは１１の画像（画像（１）〜画像（１１））を含むものとして示されているが、実際の実施形態では、より少数か又は多数の画像（例えば１００以上）を使用できることは認められよう。
画像（１）〜（１１）に対して発生した合焦曲線で示されるように、図示されている例では、画像（６）がベストフォーカスに近いか又はベストフォーカスであるように見える（例えば、ＲＯＩ（１）の中央の要素（図示せず）は画像（６）で最も合焦した状態に見える。これに対して他の画像では、画像（６）から離れるにつれてワークピース表面は徐々に焦点が外れ、ますますぼけていくように見える）。上記のように合焦尺度値がコントラストに基づく場合、１つの方法は、ＲＯＩの中心の画素とそのＲＯＩ内の隣接した画素の色／輝度等を比較することを含む。画像取得時の合焦位置に対応する最も高い全コントラストの画像を見つけることにより、光軸ＯＡ及び画像スタック取得軸ＩＳＡＡに沿って（例えばＲＯＩの中心の）表面点の相対ＺＰ位置の指示／測定値を取得することができる。
上述したように、図６Ｂにおいて、関心領域ＲＯＩ（１）の中心領域は、ビジョンプローブ３００の光軸に沿った位置Ｚｐ（６）に対応する画像（６）でほぼ合焦状態であると見なされる。光軸はプローブ座標系（ＰＣＳ）のＺｐ軸に対応し、また、ビジョンプローブ３００を用いて各画像を取得する場合の画像スタック取得軸ＩＳＡＡと同軸であり得る。このように、ＲＯＩ（１）の中心に対応するワークピース表面上の表面点は、画像スタック内の画像（６）の合焦位置にほぼ対応する相対位置Ｚｐ（６）にあると決定することができる。場合によっては、決定されたピーク合焦位置が画像スタック内の２つの画像の間にあり得ることは認められよう。画像に対して決定された合焦尺度値に合焦曲線をフィッティングすることに応じて、内挿補間又は他の技法により合焦ピーク位置を決定できる。
いくつかの実施例では、画像スタックの画像を画像スタック内でほぼ均一に離間させることが望ましい場合がある。これは、合焦曲線に沿ったデータポイントの均一な分布を保証することに役立ち、及び／又は、いくつかの計算（例えば内挿補間等）を簡略化するため又はいくつかのアルゴリズム演算を支援／改善するために実行され得る。しかしながら、いくつかの例では、画像が全て均一に離間されているわけでない場合（例えば、Ｘ、Ｙ、及びＺ軸スライド機構２２５〜２２７が、移動を正確に実行できる増分の小ささ等、相対移動に関するいくつかのパラメータ／制限を有することから生じ得る）であっても、合焦曲線は画像スタックから比較的正確に決定され得る。
画像スタック内の全画像の均一な間隔が望ましい場合、いくつかの実施例では、ビジョンプローブ３００の特定の向きを利用し、特定のＣＭＭのＸ、Ｙ、及びＺ軸スライド機構２２５〜２２７の制限／特徴によって画像スタック取得のための移動をサポートできることが望ましいことがある。例えば、Ｘ、Ｙ、及びＺ軸スライド機構２２５〜２２７の各々が最小移動増分（例えば１μｍ）を有し、ＩＳＡ軸に４５度の角度が使用される場合、一つの例示的な実施例では、移動させるＸ、Ｙ、及びＺ軸スライド機構２２５〜２２７の各々を各画像取得位置で同一の増分量（例えば１μｍ）ずつ移動させて、画像スタック内の各画像間の間隔を同一にすることができる。同様の原理に従って、Ｘ、Ｙ、及びＺ軸スライド機構２２５〜２２７の各々を各画像取得で異なる量ずつ移動させることも可能であるが、各画像取得位置間の移動でＸ移動量／差分を同一とし、各画像取得位置間の移動でＹ移動量／差分を同一とし、各画像取得位置間の移動でＺ移動量／差分を同一とすることができる。このような移動に従って、画像取得位置は画像スタック取得軸ＩＳＡＡに対応する及び／又は画像スタック取得軸ＩＳＡＡを画定する。プローブの向きは、ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡが各画像取得位置において画像スタック取得軸ＩＳＡＡとほぼ／名目上同軸であるように設定できる。
同様の原理に従って、ビジョンプローブ３００の角度方向を調整するための最小増分がある場合（例えば、ビジョンプローブ３００の角度方向を調整するための１又は複数の回転機構２１４の移動の最小達成可能増分／調整に従う）、Ｘ、Ｙ、及びＺ軸スライド機構２２５〜２２７の移動は、ＩＳＡＡをそのような角度方向に対応させるように実行され得る。いくつかの実施例では、システム全体について、ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡを画像スタック取得軸ＩＳＡＡと最良に／最も正確に位置合わせするビジョンプローブ３００の所望の向きは、少なくとも部分的に、１又は複数の回転機構２１４及び／又はＸ、Ｙ、及びＺ軸スライド機構２２５〜２２７の移動の最小増分に基づいて見出される。具体的には、画像スタックをキャプチャするためのビジョンプローブ３００のそのような所望の向きは、ビジョンプローブ３００の位置／角度方向を調整するためのＣＭＭ１００の移動／調整機能に従って見出される。１つの具体例の実施例では、上述の原理／例に従ったいくつかの場合に、（例えば、ＭＣＳのＸＹ、ＸＺ、及び／又はＹＺ面のうち１つ以上のような水平面又は垂直面に対する）ビジョンプローブ３００の向きとして、４５度の角度（又は、例えば１３５度、２２５度、又は３１５度の角度等の三角関数的に同様の角度）を使用することができる。
更に図６Ｂを参照すると、関心領域ＲＯＩ（１）に対して対角線上に位置決めされた関心領域ＲＯＩ（２）が図示されている。一例として、例示的な画像スタック６５０の１１の画像内のどれにおいても関心領域ＲＯＩ（２）が合焦していない場合、ＲＯＩ（２）に対応する表面点の合焦位置を見出すため、追加画像を評価すること及び／又は画像スタックの範囲を拡大することが必要となり得る（例えば、より多くの画像及び対応する広い合焦位置範囲で画像スタックを取得するように）。いくつかの実施例では、１００以上の画像を含む画像スタックがしばしば取得／利用され得る。例えば図７Ａを参照すると、ＲＯＩ（１）の中央に位置する表面点はワークピース要素ＷＰＦ１である円筒孔の底部にあるのに対し、ＲＯＩ（２）に対応する表面点は円筒孔の上縁にあり得るので、（例えば、ワークピース表面ＷＰＳ１のワークピース要素ＷＰＦ１の全ての表面点をカバーするために）追加画像を含む更に大きい画像スタック範囲を必要とする／利用する可能性がある。
図７Ａが示すサンプルワークピースＷＰ１は、様々なワークピース表面ＷＰＳ１、ＷＰＳ２、ＷＰＳ３、並びに、ワークピース要素ＷＰＦ１（ワークピース表面ＷＰＳ１に画定された孔である）、ＷＰＦ２／ＷＰＦ３Ｃ（ワークピース表面ＷＰＳ２とＷＰＳ３との間の境界縁に画定された特定の幾何学的形状の特徴である）、ＷＰＦ３Ａ及びＷＰＦ３Ｂ（双方ともワークピース表面ＷＰＳ３に画定された孔である）を有する。図３Ｂを参照して上述したように、測定対象のワークピース表面又はワークピース要素は、このワークピース表面又はワークピース要素の３次元表面プロファイルを決定するための画像スタック範囲ＳＲ−３Ｂ内に位置付けられなければならない。図７Ａに示されているように、様々なワークピース要素に含まれる表面は、これらのワークピース要素が画定されているワークピース表面の全体的な又は平均的な面よりも高いか又は低い可能性がある。このため様々な実施例において、ワークピース要素を撮像するには、異なるＺＰ高さにあるワークピース要素の全ての表面／表面点をカバーするよう充分に大きい画像スタック範囲（又は走査範囲ＳＲ）を用いる必要があり得る。
図７Ｂは、ビジョンプローブ３００の遠位端を示す概略図である。ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡ及び画像スタック取得軸ＩＳＡＡは、ワークピース要素ＷＰＦ１を含む傾斜ワークピース表面ＷＰＳ１を有するワークピースＷＰ１が配置されている表面に対して概ね垂直の向きに（すなわち、ＭＣＳのｚ軸に対して平行に）配向されている。図７Ｃは、ビジョンプローブ３００の遠位端を示す概略図である。ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡ及び画像スタック取得軸ＩＳＡＡは、ワークピースＷＰ１の傾斜ワークピース表面ＷＰＳ１にほぼ／名目上直交するようにある角度に配向されている。
概して、図７Ｂ及び図７Ｃは、測定対象のワークピース表面ＷＰＳ１に対するビジョンプローブ３００の向きに応じた、ワークピース表面ＷＰＳ１の３次元表面トポグラフィをカバーするための所望の走査範囲（例えば図７Ｂに比べた図７Ｃのもの）を示すと理解することができる。例えば、図７Ｂの向きでの走査範囲ＳＲ１は、ワークピース表面ＷＰＳ１の３次元表面トポグラフィ（例えばワークピース要素ＷＰＦ１を含む）をカバーできるように、図７Ｃの向きでの走査範囲ＳＲ２に比べて著しく大きい。従って、図７Ｃにおけるようにビジョンプローブ３００の角度／向きを調整して、光軸ＯＡをワークピース表面ＷＰＳ１及び／又はワークピース要素ＷＰＦ１に対してほぼ直交させると、必要な走査範囲を縮小するのに技術的に有利であり得る。これによって、走査時間の短縮、及び／又は（例えば所望の画像密度の）画像スタックを形成するために必要な画像数の削減が可能となる。
図７Ｂに示されているように、画像スタックのための走査範囲ＳＲ１が図７Ｃの走査範囲ＳＲ２よりも著しく大きいことに加えて、ビジョンプローブ３００の向きはワークピース表面ＷＰＳ１に対して比較的鋭角であり、これが画像品質を低下させたり、ワークピース要素ＷＰＦ１のいくつかの部分／面（aspect）の撮像を妨げたりする可能性がある。例えば、この鋭角は、ビジョンプローブ３００の方へ反射して戻る撮像光が少ないこと等に起因した撮像品質の低下を招き得る。別の例として、図７Ｂでは、円筒孔のワークピース要素ＷＰＦ１の底部の表面点ＳＰ３にある上部コーナは、ビジョンプローブ３００から見えないものとして示されている（すなわち、図示されている向きでは、円筒孔の上縁によって円筒孔の表面点ＳＰ３にあるコーナが遮られて見えない）。これに対して図７Ｃでは、ワークピース表面ＷＰＳ１及び／又はワークピース要素ＷＰＦ１の少なくとも一部に対してほぼ直交するようにビジョンプローブ３００を配向することで、ビジョンプローブ３００の角度は、ワークピース表面ＷＰＳ１の様々なワークピース要素（例えばＷＰＦ１）を撮像するのにより良好となり得る（例えば、反射撮像光に対してより良好な角度となる、表面点ＳＰ３のコーナを見ることができる等）。このように図７Ｃの向きのビジョンプローブ３００は、図７Ｂの走査範囲ＳＲ１に比べて走査範囲ＳＲ２が小さいことに加えて、いくつかの実施例においてワークピース表面ＷＰＳ１のより正確な３次元表面プロファイルを提供することができる。
様々な実施例では、異なる向きのビジョンプローブ３００を用いて、異なる走査（異なる画像スタックの取得を含む）を実行することが望ましい場合がある。例えば、ワークピースＷＰ１はワークピース表面ＷＰＳ１、ＷＰＳ２、及びＷＰＳ３を含むと示されている。１つの実施例において、ビジョンプローブ３００は、ワークピース表面ＷＰＳ２を走査して画像スタックを取得するため図７Ｂで示されているように（例えば鉛直の向きに対して０度の傾斜で）位置決めされ、次いで、ワークピース表面ＷＰＳ１を走査して画像スタックを取得するため図７Ｃで示されているように（例えば鉛直に対して４５度の傾斜で）位置決めされ、次いで、ワークピース表面ＷＰＳ３を走査して画像スタックを取得するために配向され得る（例えば鉛直に対して９０度の傾斜で）。
いくつかの実施例では、走査／画像スタックに、複数のワークピース表面の全て又は一部を含ませることができる。例えば、０度傾斜のワークピース表面ＷＰＳ２の走査による画像（及び視野）は、ワークピース表面ＷＰＳ１（及び／又はワークピース表面ＷＰＳ３）の全て又は一部も含み得る。このようなプロセスでは、複数の画像スタックに、異なる向きから走査／撮像された少なくともいくつかの共通の表面点が含まれる可能性があるので、各表面点の３Ｄ位置を更に検証すること、及び／又は異なるワークピース表面に対応する様々な３Ｄデータの正確な位置合わせ／再アセンブリによってワークピースＷＰ１の全体的な又は部分的な３Ｄ表現を形成することに役立ち得る。例えば、様々な実施例において、様々な表面の３Ｄプロファイルを「接合（stitch together）」するか又は他の手法で合成して、ワークピースＷＰ１の全体的な又は部分的な３Ｄ表現を形成できる。更に、いくつかのワークピース要素（例えばＷＰＦ２／ＷＰＦ３Ｃ）は、複数の表面（例えばＷＰＳ２及びＷＰＳ３）の走査に含まれる特定の寸法／面を有し得るので、ワークピース要素ＷＰＦ２／ＷＰＦ３Ｃの全体的な特徴／寸法／３Ｄプロファイルを決定するために各表面の走査を利用／合成することができる。こういった可能な動作及びプロセスにより、本開示の別の利点が示される。つまり、従来技術のいくつかは典型的に単一の向きからの（例えばＭＣＳのＺ軸に沿った）画像スタックの取得のみを可能とするのに対し、本開示は、異なる向きを有し得る複数のワークピース表面及び／又は要素の３Ｄプロファイルを解析／測定／決定するため、ＣＭＭシステムがビジョンプローブを用いて複数の向きから複数の画像スタックを取得することを可能とする。次いで、ワークピースの様々な表面／要素のこのような３Ｄデータを合成するか又は他の手法で使用して、ワークピース及び／又はいくつかのワークピース要素の全て又は一部の全体的な３Ｄプロファイルを決定できる。
図６Ａ及び図６Ｂを参照して上述したＰＦＦタイプの解析では、（図６Ａに示されているような）各合焦曲線はワークピース表面上の単一の点に対応する。すなわち、各合焦曲線のピークは、ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡの方向に沿った単一の点のＺｐ位置を示す。様々な実施例において、ＰＦＦタイプの解析は、ワークピース表面全体にわたる複数の表面点（例えば各々が対応する関心領域を有する）に対してこのプロセスを繰り返して、ワークピース表面の全体的なプロファイルの決定を可能とする。一般に、プロセスは、視野内にある複数の表面点（すなわち画像スタックの画像内でキャプチャされる）に対して実行され得る。画像スタックの各画像で、特定のＲＯＩ（ｉ）はワークピース表面上の特定の点に対応する（この点は好ましくはＲＯＩの中心にある）。更に図７Ｂを参照すると、１つの説明のための例として、ＲＯＩ（１）が円筒孔ワークピース要素ＷＰＦ１の底部のエッジにある表面点に対応し（例えば表面点ＳＰ３に隣接している）、ＲＯＩ（２）が円筒孔内にないワークピース表面ＷＰＳ１上の表面点（例えば表面点ＳＰ２）に対応する場合、これら２つの例示的な表面点に対応する合焦曲線は相互に異なり、異なる合焦ピークを有する。例えば、表面点ＳＰ２では、図６Ａのような合焦曲線はシフトし、ピークは異なる位置になる（これは例えば、合焦位置がビジョンプローブ３００に近付くこと、従って図６Ｂに示されている画像スタックのより上方の部分にあることを示すか、又は、例えば画像スタックが例示的な１１の画像よりも多くの画像を有する実施例では、図６Ｂに示されていない画像スタックの更に上方の部分にあることを示す）。
Ｘ、Ｙ、及びＺ軸スライド機構２２５〜２２７を備えたＣＭＭ１００において利用可能な全移動体積に対して、ビジョンプローブ３００の合焦を調整するためＺ軸に沿った移動のみ（すなわちＺ軸スライド機構２２７のみを用いる）を行った場合（例えば、画像スタックを取得するためいくつかの従来のマシンビジョンシステムで使用された技法と同様に）、潜在的な画像スタック取得プロセスの全移動範囲はＺ軸スライド機構２２７の最大移動範囲に限定される。これに対して、本開示の技法によれば、画像スタックを取得するためＣＭＭ１００の利用可能な全移動体積の対角線方向にビジョンプローブ３００を移動させることができ、これは概して、異なる角度から様々なワークピース表面を走査して画像スタックを取得するために潜在的な走査範囲の拡大と柔軟性の向上を達成することができる。
先に説明したように、いくつかの実施例では、３次元表面プロファイルを決定するためビジョンプローブ３００を用いて画像スタックを取得することに加えて、場合によっては、ビジョンプローブ３００と組み合わせて接触式測定プローブ３９０を使用することが有用である（すなわち、測定値を決定するためワークピースに物理的に接触するプローブチップを備えたプローブ。例えばタッチプローブや、ワークピースの表面を「走査する」ようにプローブチップをこれに接触させて位置決めし、これに沿ってスライドさせる走査プローブ）。例えば、ビジョンプローブ３００を利用した後、ビジョンプローブ３００をＣＭＭ１００から取り外し、接触式測定プローブ３９０をＣＭＭ１００に取り付けて、ビジョンプローブ３００で充分に撮像されなかった可能性があるもの等のいくつかの表面点の位置を検証するため及び／又はいくつかの表面点を測定するために使用することができる。例えば図７Ｃの実施例において、図示されている向きでは表面点ＳＰ３がビジョンプローブ３００の光軸ＯＡに沿って表面点ＳＰ２の直下にあることを考慮すると、ビジョンプローブ３００でキャプチャした画像スタックから表面点ＳＰ３の正確な位置を決定することは難しい場合がある。このような例では、接触式測定プローブ３９０を用いて、いくつかの表面点（例えば、円筒孔ワークピース要素ＷＰＦ１のエッジに沿った及び／又は底部コーナにある表面点ＳＰ３やＳＰ４等）の位置を検証すればよい。
前述のように、いくつかの実施例では、ビジョンプローブ３００の光軸を、走査されている（すなわち画像スタックがキャプチャされている）ワークピース表面に対してほぼ直交させることが望ましい場合がある。ビジョンプローブ３００の光軸は、ワークピース表面の一部のみに直交するか、又は、場合によっては、実際はワークピース表面のどの特定部分に対しても直交せず、ワークピース表面の全体的な又は平均的な向き等に対してのみ直交すればよいことに留意するべきである。例えば、ワークピース表面が極めて不均一である場合、及び／又は、複雑なもしくは他の不均一な３次元プロファイル／表面トポグラフィを形成する多数のワークピース要素を含む場合、光軸／画像スタック取得軸（ＯＡ／ＩＳＡＡ）は、ワークピース表面のどの特定部分に対しても精密に直交するわけではなく、ワークピース表面の全体的な向き、平均的な向き、及び／又は大まかな向き等に対して、又は主角に対して、ほぼ／名目上直交すればよい。
引き続き図７Ａから図７Ｃを参照しながら、画像スタックを取得及び使用してワークピース表面の「深度マップ」及び／又は「表面トポグラフィ」を決定するためのＣＭＭ１００の別の実施例について記載する。いくつかの例では、ワークピース表面全体が「主角（principal angle）」にあると記載することができる。主角は、図３Ｂに関連付けて記載したワークピース角Ａ−Ｗに対応し、ワークピース表面とワークピースが載置されている水平面との間に形成される角度である。前述のように、いくつかの実施例では、画像スタック取得軸ＩＳＡＡを主角（Ａ−Ｗ）のワークピース表面に概ね直交させることが有利であるか又は望ましい場合がある。画像スタック取得軸ＩＳＡＡがワークピース表面の大まかな向きに対して完璧に直交しない場合であっても、そのようなことは、特定の用途（例えば、ユーザがどのように画像データを提示させたいか等を含む）に応じた画像データの処理によって部分的に対処することができる。より具体的には、画像スタックを利用してワークピース表面の深度マップ及び／又は表面トポロジを決定する際、主角（Ａ−Ｗ）のワークピース表面の垂線がＩＳＡ軸と完璧に位置合わせされず、ＩＳＡ軸に対してある角度を形成する（すなわちワークピース表面がＩＳＡ軸に対して完璧に直交していない）と判定された場合、このような角度オフセットは画像データの処理の一部として減算するか又は他の手法で補償することができるので、ワークピースの水平面（level plane）におけるワークピース表面の深度マップ又は表面トポロジを概ね決定／提示することができる（これは、例えば、特定の提示及び／又は解析等のために望ましい場合がある）。いくつかの実施例において、ユーザ又はシステムが視覚的に又は他の手法でワークピース表面の欠陥について評価している場合、ワークピース表面の概ね水平の面の提示を行うと好ましいことがある。欠陥は、そこ以外は水平なワークピース表面からの高さ逸脱として容易に認識できる／決定できる（例えば、欠陥及び／又は他の逸脱が概ね水平の表面よりも上方又は下方の座標を有することによる）。
ＣＭＭ１００の種々の例示的な実施例では、ワークピース表面を撮像するためにビジョンプローブ３００をどの角度に配向するべきかを知るため、まず、測定対象のワークピース表面の主角（Ａ−Ｗ）を決定すればよい。種々の例示的な実施例では、主角を含め、ＣＭＭ１００を用いて精密な測定及び／又は検査を実行できる測定対象のワークピースの寸法及び特徴を知ることができる。一度主角が分かったら又は決定されたら、ビジョンプローブ３００の所望の角度方向を（例えば、ワークピース表面の少なくとも一部に対して概ね直交するように）決定できる。上述したように、ワークピース表面に対してビジョンプローブ３００をそのように配向することにより、画像スタックに必要な範囲を比較的小さく／短くすることができるので、画像スタックをより迅速に取得すること、及び／又は、同じ数の画像をより高密度の画像スタックで取得する（すなわち、画像間の対応する合焦位置間隔を狭くする）ことが可能となる。これに対して、より大きい走査範囲では、これをカバーするために、より広く離間させた同じ数の画像を含む（すなわち、画像間の対応する合焦位置間隔が広い）画像スタックが必要となる。
図７Ｂ及び図７Ｃを参照すると、ＣＭＭ１００の１つ以上のプロセッサによってプログラム命令が実行された場合、プログラム命令は、この１つ以上のプロセッサに、図７Ｃに示されているように第１の画像スタックを取得させ、また、図７Ｂに示されているように第２の画像スタックを取得させることができる。図７Ｃにおいて、ワークピース表面ＷＰＳ１を第１のワークピース表面として指定することができ、第１の向きであるビジョンプローブ３００の向きを用いてワークピースＷＰ１の第１のワークピース表面の第１の画像スタックを取得できる。図７Ｂにおいて、ワークピース表面ＷＰＳ２を、第１のワークピース表面ＷＰＳ１とは異なる角度に配向された第２のワークピース表面として指定することができ、第１の向きとは異なる第２の向きであるビジョンプローブ３００の向きを用いてワークピースＷＰ１の第２のワークピース表面の第２の画像スタックを取得できる。図７Ｂに示されている向きでは、第２の画像スタックは、主としてワークピース表面ＷＰＳ２（第２のワークピース表面）を含むがワークピース表面ＷＰＳ１（第１のワークピース表面）の全て又は一部も含む可能性がある視野を有し得る。同様に、図７Ｃに示された向きでは、第１の画像スタックは、主としてワークピース表面ＷＰＳ１（第１のワークピース表面）を含むがワークピース表面ＷＰＳ２（第２のワークピース表面）の全て又は一部も含む可能性がある視野を有し得る。
様々な実施例では、（例えば図７Ｃに関連した）第１の画像スタックの解析に少なくとも部分的に基づいて決定できる合焦曲線データに加えて、（例えば図７Ｂに関連した）第２の画像スタックの解析に少なくも部分的に基づいて追加の合焦曲線データを決定することができる。追加の合焦曲線データは、ワークピースの第２のワークピース表面（例えばワークピース表面ＷＰＳ２）上の複数の表面点の３次元位置を示す。様々な実施例において、システムは、少なくとも、第１の画像スタックの解析に基づくが第２の画像スタックの解析に基づかずに決定された合焦曲線データに基づいて、第１のワークピース表面ＷＰＳ１の少なくとも一部の３次元表現を決定及び／又は表示することができる。同様に、システムは、少なくとも、第２の画像スタックの解析に基づくが第１の画像スタックの解析に基づかずに決定された合焦曲線データに基づいて、第２のワークピース表面ＷＰＳ２の少なくとも一部の３次元表現を決定及び／又は表示することができる。
例えば、第１及び第２の画像スタックの各々がワークピース表面ＷＰＳ１及びＷＰＳ２の双方の部分又は全てを含み得るいくつかの実施例では、第１の画像スタックの解析に基づいて第１のワークピース表面ＷＰＳ１について決定された合焦曲線データ（第１の画像スタック取得軸ＩＳＡＡ１は第１のワークピース表面ＷＰＳ１の少なくとも一部に対してほぼ直交し得る）は、第２の画像スタックの解析に基づいて第１のワークピース表面ＷＰＳ１について決定された合焦曲線データ（第２の画像スタック取得軸ＩＳＡＡ２は第１のワークピース表面ＷＰＳ１の少なくとも一部に対してほぼ直交せず、特に、第１の画像スタック取得軸ＩＳＡＡ１よりも直交方向から離れている）よりも正確である及び／又は品質／確実性が高いと見なす及び／又は判定することができる。
米国特許第８，５８１，１６２号に詳述されているように、特定の合焦ピーク確実性及び／又はＺ高さ品質メタデータ解析によって、（例えば画像スタック内の関心領域に関する）決定された特定の３次元データの信頼性及び／又は品質を示すことができる。１６２号特許はそのような解析を、単一の画像スタック（すなわち、マシン座標系のＺ軸方向のみに沿って取得される）内の隣接するワークピース表面点の座標決定の品質／信頼性に関して実行するが、本開示によれば、ある画像スタックと別の画像スタック（すなわち、異なる角度で取得される）内のワークピース表面点の座標決定の品質／信頼性に、いくつかの同様の原理を適用できる。例えば、いくつかの実施例では、ワークピース表面の一部分に対してほぼ直交する画像スタック取得軸ＩＳＡＡで取得した画像スタックから決定される合焦曲線データは、それに比べて直交していない画像スタック取得軸での画像スタックよりも、ワークピース表面のその一部分のワークピース表面点の座標決定において相対的に精度が高い可能性がある。いくつかの実施例において、上述のような高い精度は、少なくとも一つには、ワークピース表面に対して直交に近いビジョンプローブ／光軸の向きの方が、ビジョンプローブ３００へ反射して戻る撮像光が多いことに起因する（例えば、結果として合焦ピークが大きくなり、３次元データの信頼性及び／又は品質が高くなる可能性がある）。いくつかの実施例において、相対的な正確さは、少なくとも一つには、直交に近い向きの方が画像スタックの所与の画像内で同時に合焦する隣接ワークピース表面点／画素が多いので、（例えばコントラスト又は他の合焦尺度に基づいて）より高い合焦尺度値を決定できることにも起因する。これに比べ、ワークピース表面の一部分に対して相対的に直交方向から離れた画像スタック取得軸ＩＳＡＡで取得した画像スタックから決定される合焦曲線データは、ワークピース表面のその一部分のワークピース表面点の座標決定において相対的に精度が低い可能性がある。いくつかの実施例において、上述のような低い精度は、少なくとも一つには、ワークピース表面に対して直交から離れたビジョンプローブ／光軸の向きの方が、ビジョンプローブ３００へ反射して戻る撮像光が少ないことに起因する（例えば、結果として合焦ピークが小さくなり、３次元データの信頼性及び／又は品質が低くなる可能性がある）。様々な実施例において、相対的な不正確さは、少なくとも一つには、直交から離れた向きの方が同時に合焦する隣接ワークピース表面点／画素が少ないことにも起因する（すなわち、画像スタック取得軸に対するワークピース表面の一部分の勾配に起因する。場合によっては、相対的に傾いたワークピース表面のうちプローブ座標系の同じＺ距離にある「ストライプ状部分」のみが同時に精密に合焦し、結果として、画像スタックの所与の画像において中心表面点／画素を有する関心領域の全体的な合焦尺度に対する寄与量が大きい関心領域内の「合焦状態の（in focus）」画素／表面点が少なくなる）。更に具体的に述べると、場合によっては、所与の画像の関心領域内で同時に合焦している画素が増えると合焦ピークが大きくなる可能性があり、合焦ピーク位置の決定がいっそう正確になる（例えばノイズ又は他のファクタの影響を受けにくくなる）ので、より良好な合焦ピーク確実性を達成できる。
別の例として、様々な実施例においてＣＭＭ１００は、第１の画像スタック及び第２の画像スタックの双方で撮像される第１のワークピース表面ＷＰＳ１の第１の部分上の表面点ＳＰ２のような、共通して撮像される表面点を取得できる。（図７Ｃの）第１の画像スタック取得軸ＩＳＡＡ１は、（図７Ｂの）第２の画像スタック取得軸ＩＳＡＡ２よりも、第１のワークピース表面ＷＰＳ１の第１の部分に対する直交方向に近い。少なくとも部分的に第１の画像スタックの解析に基づいて決定される合焦曲線データは、共通して撮像される表面点ＳＰ２の第１の３次元位置を示し得る（例えば、１つの例では、（ＸＰ２Ｃ、ＹＰ２Ｃ、ＺＰ２Ｃ）等の第１の決定された座標セットに対応し得る）。一方、少なくとも部分的に第２の画像スタックの解析に基づいて決定される合焦曲線データは、共通して撮像される表面点ＳＰ２の第２の３次元位置を示し得る（例えば、１つの例では、（ＸＰ２Ｂ、ＹＰ２Ｂ、ＺＰ２Ｂ）等の第２の決定された座標セットに対応し得る）。様々な実施例において、第２の決定された３次元位置（例えば決定された座標ＸＰ２Ｂ、ＹＰ２Ｂ、ＺＰ２Ｂにある）は、第１の決定された３次元位置（例えば決定された座標ＸＰ２Ｃ、ＹＰ２Ｃ、ＺＰ２Ｃにある）とは異なる可能性があり、第１の３次元位置は、第２の３次元位置よりも信頼性が高い／精度が高いと示されるか又は決定され得ること、及び第２の３次元位置の代わりにワークピースの３次元データセットの一部として利用され得ることのうち少なくとも一方であることに留意するべきである。上述したように、このような技法は、ワークピース表面及び／又はワークピース要素の一部に対してほぼ直交する画像スタック取得軸ＩＳＡＡで取得した画像スタックから決定される合焦曲線が、ワークピース表面及び／又はワークピース要素の一部に対してそれよりも直交していない画像スタック取得軸ＩＳＡＡで取得した画像スタックから決定される合焦曲線よりも相対的に精度が低い可能性があるという点で、有利であり得る。このため、表面点ＳＰ２に関して、決定された第１の３次元位置（例えば決定された座標ＸＰ２Ｃ、ＹＰ２Ｃ、ＺＰ２Ｃを有する）は、決定された第２の３次元位置（例えば決定された座標ＸＰ２Ｂ、ＹＰ２Ｂ、ＺＰ２Ｂを有する）よりも精度が高い可能性があり、従って、決定された第１の３次元位置を、ワークピースＷＰ１の表面点ＳＰ２を表すための３次元データセットの一部として使用することが有利であり得る。
図８は、図１から図７Ｃに記載されているように移動機構構成を含むＣＭＭシステムを用いて、ビジョンプローブを複数の軸に沿ってワークピース表面に対して所望の角度／向きに移動させることにより、ワークピース表面を測定する方法のフローチャートである。この方法は概ね４つのステップを含む。
ブロック８０２は、座標測定機（ＣＭＭ）システムを動作させるステップを含む。ＣＭＭシステムは、（ｉ）ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡに沿って伝送された画像光に基づいてワークピースＷＰの表面を撮像するように構成されたビジョンプローブ３００と、（ｉｉ）マシン座標系ＭＣＳ内の相互に直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向にそれぞれビジョンプローブ３００を移動させるように構成されたｘ軸スライド機構、ｙ軸スライド機構、及びｚ軸スライド機構２２５〜２２７を含むスライド機構構成と、（ｉｉｉ）ｚ軸スライド機構とビジョンプローブ３００との間に結合され、マシン座標系のｚ軸に対して様々な角度方向にビジョンプローブ３００を回転させるように構成された回転機構２１４と、を含む。
ブロック８０４は、ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡがワークピースＷＰの表面の方を向くように回転機構を用いてビジョンプローブ３００の向きを調整するステップを含む。ビジョンプローブ３００の光軸ＯＡはマシン座標系のｚ軸に平行でなく、画像スタック取得軸ＩＳＡＡに対応する。上記のように、様々な実施例において、光軸はワークピース表面の少なくとも一部に対してほぼ／名目上直交し得る。ワークピース表面は斜めである（例えばマシン座標系内で水平でない）ことがある。
ボックス８０６は、画像スタック取得軸に沿って、各々がビジョンプローブ３００の対応する合焦位置に対応する複数の画像を含む画像スタックを取得するステップを含む。画像スタックを取得することは、（ｉ）それぞれ画像スタック取得軸に沿っている第１の画像取得位置から第２の画像取得位置へビジョンプローブ３００を移動させるように複数のスライド機構２２５〜２２７を調整して、ビジョンプローブ３００は第１及び第２の画像取得位置で複数の画像のうち第１及び第２の画像をそれぞれ取得すること、及び（ｉｉ）第２の画像取得位置から画像スタック取得軸に沿った第３の画像取得位置へビジョンプローブ３００を移動させるように複数のスライド機構２２５〜２２７を調整して、ビジョンプローブ３００は第３の画像取得位置で複数の画像のうち第３の画像を取得することを含む。
ボックス８０８は、少なくとも部分的に画像スタックの画像の解析に基づいて合焦曲線データを決定するステップを含む。合焦曲線データは、ワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を示す。
本開示の好適な実施例について図示及び記載したが、本開示に基づいて、図示及び記載した要素の構成及び動作のシーケンスにおける多数の変形が当業者には明らかであろう。種々の代替的な形態を用いて本明細書に開示された原理を実施することができる。更に、上述の様々な実施例を組み合わせて別の実施例を提供することも可能である。

Claims (21)

  1. ビジョンプローブであって、
    光源と、
    前記光源によって照明されたワークピースの表面から発する画像光を入力し、前記画像光を撮像光路に沿って伝送する対物レンズであって、少なくとも前記対物レンズと前記ワークピース表面との間に延びる前記ビジョンプローブの光軸を画定する、対物レンズと、
    前記撮像光路に沿って伝送された撮像光を受光し、前記ワークピース表面の画像を提供するカメラと、
    を含むビジョンプローブと、
    マシン座標系内の相互に直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向にそれぞれ前記ビジョンプローブを移動させるように構成されたｘ軸スライド機構、ｙ軸スライド機構、及びｚ軸スライド機構を含むスライド機構構成と、
    前記ｚ軸スライド機構と前記ビジョンプローブとの間に結合され、前記マシン座標系の前記ｚ軸に対して様々な角度方向に前記ビジョンプローブを回転させるように構成された回転機構と、
    １つ以上のプロセッサと、
    前記１つ以上のプロセッサに結合され、プログラム命令を記憶するメモリと、を備える座標測定機システムであって、
    前記プログラム命令は、前記１つ以上のプロセッサによって実行された場合、少なくとも、
    前記マシン座標系の前記ｚ軸に平行でなく、画像スタック取得軸に対応する前記ビジョンプローブの前記光軸が、前記ワークピースの表面の方を向くように前記回転機構を用いて前記ビジョンプローブの向きを調整することと、
    前記画像スタック取得軸に沿って、各々が前記ビジョンプローブの合焦位置に対応する複数の画像を含む画像スタックを取得することと、
    少なくとも部分的に前記画像スタックの前記画像の解析に基づいて、前記ワークピースの前記表面上の複数の表面点の３次元位置を示す合焦曲線データを決定することと、
    を前記１つ以上のプロセッサに実行させ、
    前記画像スタックを取得することは、
    それぞれ前記画像スタック取得軸に沿っている第１の画像取得位置から第２の画像取得位置へ前記ビジョンプローブを移動させるように複数の前記スライド機構を調整して、前記ビジョンプローブは前記第１及び第２の画像取得位置で前記複数の画像のうち第１及び第２の画像をそれぞれ取得すること、及び
    前記第２の画像取得位置から前記画像スタック取得軸に沿った第３の画像取得位置へ前記ビジョンプローブを移動させるように前記複数のスライド機構を調整して、前記ビジョンプローブは前記第３の画像取得位置で前記複数の画像のうち第３の画像を取得することを含む、座標測定機システム。
  2. 前記画像スタックの前記解析の一部として、前記複数の表面点の各表面点は前記画像スタック内の関心領域の中心に対応し、前記解析は、前記合焦曲線データの一部として前記画像スタック内の各関心領域の合焦曲線を決定することを含み、各合焦曲線のピークは前記対応する表面点の前記３次元位置を示す、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記プログラム命令は、前記１つ以上のプロセッサによって実行された場合、更に、少なくとも部分的に前記合焦曲線データに基づいて前記ワークピース表面の３次元表現を前記１つ以上のプロセッサに表示させる、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記第１の画像取得位置から前記第２の画像取得位置へ前記ビジョンプローブを移動させるように前記複数の前記スライド機構を調整することは、前記ｘ軸スライド機構をｘ軸画像間隔だけ調整すること、前記ｙ軸スライド機構をｙ軸画像間隔だけ調整すること、及び前記ｚ軸スライド機構をｚ軸画像間隔だけ調整することを含む、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記画像スタックにおける前記複数の画像の各々間の間隔は、前記ｘ軸間隔、前記ｙ軸間隔、及び前記ｚ軸間隔に対応する、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記第１及び第２の画像取得位置間の前記画像スタック取得軸に沿った距離は、前記第２及び第３の画像取得位置間の前記画像スタック取得軸に沿った距離と同一である、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記回転機構は前記ビジョンプローブを複数の向きに配向するように構成され、前記複数の向きは少なくとも、
    前記マシン座標系の前記ｚ軸に対して前記ビジョンプローブの前記光軸が０度の角度である向きと、
    前記マシン座標系の前記ｚ軸に対して前記ビジョンプローブの前記光軸が４５度の角度である向きと、
    を含む、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記システムは、前記マシン座標系の前記ｚ軸に対して前記ビジョンプローブの前記光軸が前記４５度の角度である前記向きの前記ビジョンプローブによって前記画像スタックを取得するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
  9. 前記画像取得位置間で前記ビジョンプローブを移動させるように前記複数のスライド機構を調整している間、前記ビジョンプローブの前記向きが調整されずに一定のままであるように前記回転機構は調整されない、請求項１に記載のシステム。
  10. 前記画像スタックの取得中、前記マシン座標系の前記ｚ軸に平行でない前記ビジョンプローブの前記光軸及び前記画像スタック取得軸は前記ワークピース表面の少なくとも一部に対してほぼ直交する、請求項１に記載のシステム。
  11. 前記ワークピース表面は第１のワークピース表面であり、前記ビジョンプローブの前記向きは第１の向きであり、前記画像スタックは前記第１の向きの前記ビジョンプローブによって取得される第１の画像スタックであり、前記プログラム命令は、前記１つ以上のプロセッサにより実行された場合、前記第１の向きとは異なる第２の向きの前記ビジョンプローブによって、前記ビジョンプローブの前記光軸を前記マシン座標系において前記第１のワークピース表面とは異なる角度に配向された前記ワークピースの第２のワークピース表面に向けて、第２の画像スタックを取得することを前記１つ以上のプロセッサに更に実行させる、請求項１に記載のシステム。
  12. 前記プログラム命令は、前記１つ以上のプロセッサによって実行された場合、更に、前記１つ以上のプロセッサに、少なくとも部分的に前記第２の画像スタックの解析に基づいて合焦曲線データを決定させ、前記合焦曲線データは前記ワークピースの前記第２のワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を示す、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記プログラム命令は、前記１つ以上のプロセッサによって実行された場合、更に、
    少なくとも、前記第１の画像スタックの解析に基づくが前記第２の画像スタックの解析に基づかずに決定される前記合焦曲線データに基づいて、前記第１のワークピース表面の少なくとも一部の３次元表現を表示すること、及び
    少なくとも、前記第２の画像スタックの解析に基づくが前記第１の画像スタックの解析に基づかずに決定される前記合焦曲線データに基づいて、前記第２のワークピース表面の少なくとも一部の３次元表現を表示すること、
    を前記１つ以上のプロセッサに実行させる、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記第１のワークピース表面の第１の部分上の共通して撮像される表面点が前記第１及び第２の画像スタックの双方で撮像され、前記第１の画像スタック取得軸は前記第２の画像スタック取得軸よりも前記第１のワークピース表面の前記第１の部分に対する直交方向に近く、少なくとも部分的に前記第１の画像スタックの前記解析に基づいて決定される前記合焦曲線データは前記共通して撮像される表面点の第１の３次元位置を示し、少なくとも部分的に前記第２の画像スタックの前記解析に基づいて決定される前記合焦曲線データは前記第１の３次元位置とは異なる前記共通して撮像される表面点の第２の３次元位置を示し、前記第１の３次元位置は、前記第２の３次元位置よりも信頼性が高いと示されるか又は決定されること、及び前記第２の３次元位置の代わりに前記ワークピースの３次元データセットの一部として利用されることのうち少なくとも一方である、請求項１２に記載のシステム。
  15. 前記対物レンズは指定された倍率を有し、異なる倍率を有する様々な対物レンズから前記ビジョンプローブで利用するために選択される、請求項１に記載のシステム。
  16. ワークピース表面を測定する方法であって、
    （ｉ）ビジョンプローブの光軸に沿って伝送された画像光に基づいてワークピースの表面を撮像するように構成された前記ビジョンプローブと、（ｉｉ）マシン座標系内の相互に直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向にそれぞれ前記ビジョンプローブを移動させるように構成されたｘ軸スライド機構、ｙ軸スライド機構、及びｚ軸スライド機構を含むスライド機構構成と、（ｉｉｉ）前記ｚ軸スライド機構と前記ビジョンプローブとの間に結合され、前記マシン座標系の前記ｚ軸に対して様々な角度方向に前記ビジョンプローブを回転させるように構成された回転機構と、を含む座標測定機システムを動作させることと、
    前記マシン座標系の前記ｚ軸に平行でなく、画像スタック取得軸に対応する前記ビジョンプローブの前記光軸が、前記ワークピースの表面の方を向くように前記回転機構を用いて前記ビジョンプローブの向きを調整することと、
    前記画像スタック取得軸に沿って、各々が前記ビジョンプローブの合焦位置に対応する複数の画像を含む画像スタックを取得することと、
    少なくとも部分的に前記画像スタックの前記画像の解析に基づいて、前記ワークピースの前記表面上の複数の表面点の３次元位置を示す合焦曲線データを決定することと、
    を含み、
    前記画像スタックを取得することは、
    それぞれ前記画像スタック取得軸に沿っている第１の画像取得位置から第２の画像取得位置へ前記ビジョンプローブを移動させるように複数の前記スライド機構を調整して、前記ビジョンプローブは前記第１及び第２の画像取得位置で前記複数の画像のうち第１及び第２の画像をそれぞれ取得すること、及び
    前記第２の画像取得位置から前記画像スタック取得軸に沿った第３の画像取得位置へ前記ビジョンプローブを移動させるように前記複数のスライド機構を調整して、前記ビジョンプローブは前記第３の画像取得位置で前記複数の画像のうち第３の画像を取得すること、
    を含む、方法。
  17. 前記ワークピース表面の３次元表現をスクリーン上に表示させることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記回転機構を用いて前記ビジョンプローブの前記向きを調整することは、前記ビジョンプローブの前記光軸を前記ワークピース表面の少なくとも一部に対してほぼ直交するように設定することを含み、前記画像スタックの取得中、前記ビジョンプローブの前記向きは更に調整されず、ほぼ一定のままである、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記ワークピース表面は第１のワークピース表面であり、前記ビジョンプローブの前記向きは第１の向きであり、前記画像スタックは前記第１の向きの前記ビジョンプローブによって取得される第１の画像スタックであり、前記方法は更に、
    前記第１の向きとは異なる第２の向きの前記ビジョンプローブによって、前記ビジョンプローブの前記光軸を前記第１のワークピース表面とは異なる角度に配向された前記ワークピースの第２のワークピース表面に向けて、第２の画像スタックを取得すること、
    を含む、請求項１６に記載の方法。
  20. 少なくとも部分的に前記第２の画像スタックの解析に基づいて、前記ワークピースの前記第２のワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を示す第２の合焦曲線データを決定すること、
    を更に含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 少なくとも、前記第１の画像スタックの解析に基づくが前記第２の画像スタックの解析に基づかずに決定される前記合焦曲線データに基づいて、前記第１のワークピース表面の少なくとも一部の３次元表現を表示することと、
    少なくとも、前記第２の画像スタックの解析に基づくが前記第１の画像スタックの解析に基づかずに決定される前記第２の合焦曲線データに基づいて、前記第２のワークピース表面の少なくとも一部の３次元表現を表示することと、
    を更に含む、請求項２０に記載の方法。
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