[发明专利]光学度量中的测量对象的边缘确定的方法和设备

说明书

本发明涉及一种光学度量中的测量对象的边缘确定的方法，包括以下步骤：在反射光照明下采集测量对象的第一图像数据；在透射光照明下采集测量对象的第二图像数据；以及基于使用第一图像数据和第二图像数据两者的评估确定测量对象的边缘的位置。

技术领域

本发明涉及一种光学度量中的测量对象的边缘确定的方法。本发明还涉及用于执行根据本发明的方法的光学坐标测量机和计算机存储介质。

背景技术

坐标测量机，比如从DE 102012 103 554 A1已知的，用于检查工件，例如作为质量保证的一部分，或用于完全确定工件的几何结构，作为已知的反向工程”的一部分。此外，可构想多样的其他应用可能。

在坐标测量机中，不同类型的传感器可以用来采集待测量工件。例如，以触觉方式测量的传感器就此而言是已知的，如申请人以名称“VAST XT”或“VAST XXT”所销售的。在此，用触针扫描待测量工件的表面，测量空间中的所述触针的坐标在所有时间是已知的。这样的触针也可以沿着工件的表面移动，使得可以在这样的测量过程期间，作为已知的“扫描方法”的一部分，在设定的或已知的时间间隔采集大量测量点。

此外已知的是，使用便于工件的坐标的无接触采集的光学传感器。本发明涉及这样的坐标测量机，其包括光学传感器，并且涉及光学测量的相关方法。光学传感器的一个示例是申请人以商品名称“ViScan”所销售的光学传感器。此类型的光学传感器可以用于各种类型的测量设置或坐标测量机中。这样的坐标测量机的示例为产品“O-SELECT”和“O-INSPECT”，其由申请人所销售。

对于精确测量，在光学坐标测量机中必须提供待测量工件的对应照明。除已知的透射光照明(其中光源相对于光学传感器位于工件后面)之外，可以替代地使用已知的反射光照明，以便在工件或测量对象的面向光学传感器的顶侧上对其进行照明。精确适配于测量对象的照明是很重要的，尤其因为可能由此改善测量对象的光学检测中所需的明暗对比度。具体地，在测量对象的所述光学测量期间，测量对象成像到光学传感器上，即，产生测量对象到传感器平面上的2D投影。

在透射光照明期间，未被测量对象所覆盖的区域在光学传感器上显得明亮。反之，被测量对象所覆盖的区域在光学传感器上显得黑暗。

在反射光照明期间，尤其在亮场反射光照明期间，测量对象将入射其上的光进行反射的区域表现为明亮区域，并且不反射任何光的区域表现为黑暗区域。

为了能够采集测量对象的空间坐标(2D或3D坐标)，首先必须确定测量对象的边缘或者边缘的位置。由光学传感器采集的图像数据优选地为一个或多个灰度图像。因为物理原因，为度量目的而待评估的测量对象的边缘不在光学传感器上成像为明亮与黑暗之间的二元跳跃，而是成像为明亮与黑暗之间的灰度轮廓。此轮廓的宽度受各种因素影响，比如测量对象在焦平面中的取向或测量镜头的质量/NA。

当前的度量挑战是从由光学传感器采集的图像数据确定测量对象的一个或多个边缘的实际位置。更具体地，挑战是适当地解读由图像数据中的测量对象的边缘产生的灰度轮廓，或者应用准则，在所述准则下，从灰度轮廓确定的边缘取向对应于测量对象处的物理边缘。完全自动化或部分自动化地，典型地选择基于软件的评估方法来解读图像数据和确定边缘。已知的边缘检测算法为例如Canny算法和拉普拉斯滤波(Laplacian filter)。其他已知的边缘算子为Sobel算子、Scharr算子、Prewitt算子以及Roberts算子。

然而，已经发现，上述类型的图像评估和边缘检测可能导致系统误差。直到现在，此类型的系统误差通常具有较低相关性。然而，由于较新的测量方法和提高的测量精度要求，此类型的测量偏差逐渐提高重要性。然而直到现在，尚未找到避免此类型的系统测量误差的适当且成本有效的方式。

在此背景下，本发明的目标是提供一种用于在光学度量中的测量对象的边缘确定的方法和设备，其克服上述缺点。目标尤其是在图像数据的光学度量评估期间尽可能最小化边缘解读中产生的系统测量误差。