[发明专利]具有透明工件表面模式的计量系统

说明书

一种设有透明工件表面模式的计量系统，对于该计量系统，该系统被配置为在沿着Z高度方向靠近工件的多个位置上改变聚焦位置。获取图像堆栈，其中图像堆栈的每个图像包括透明或半透明的第一表面(例如工件的上表面)以及通过第一表面至少部分可观察的至少第二表面。基于图像堆栈确定多个聚焦曲线(例如，其中利用图案投影来提高对比度)，对于该多个聚焦曲线，可以确定每个聚焦曲线中分别对应于第一表面、第二表面等的第一局部聚焦峰、第二局部聚焦峰等。显示包括所选择表面的图像，并且对于该图像，可以测量所选择/所显示的表面的特征。

技术领域

本公开涉及精密计量，更具体地，涉及利用点形态聚焦(points from focus)和类似操作来检查和测量工件表面的计量系统。

背景技术

诸如机器视觉检查系统(或简称“视觉系统”)的精密计量系统可用于物体的精确测量和检查其他物体特性。这种系统可以包括计算机、照相机、光学系统和移动以允许工件行进的载物台。一个典型的系统，其特征为通用“离线(off-line)”精密视觉系统，是可从位于伊利诺斯州奥若拉的三丰美国公司(Mitutoyo America Corporation，MAC)获得的QUICK系列的基于PC的视觉系统以及软件。QUICK系列的视觉系统以及软件的特征和操作在例如2003年1月出版的《QVPAK 3D CNC视觉测量机用户指南》中进行了一般性描述，该指南通过整体引用并入本文。这种类型的系统使用显微镜类型的光学系统并移动载物台以便以各种放大率提供小型或大型工件的检查图像。

这种机器视觉检查系统通常可编程为提供自动化检查。包括特定检查事件序列(即顺序的图像采集设定(例如，位置、光照、放大率等)和如何分析/检查每个图像(例如，使用一个或多个视频工具))的机器控制指令被存储为特定于具体工件配置的“部件程序”或“工件程序”。

视频工具(或简称“工具”)和其他图形用户界面(GUI)功能允许“非专家”操作员进行操作和编程。这些工具可以在“手动模式”下手动使用，和/或它们的参数和操作也可以在学习模式期间记录，以便创建部件程序。视频工具可以包括例如边缘/边界检测工具、自动聚焦工具、形状或图案匹配工具、尺寸测量工具等。美国专利第6,542,180号和第7,627,162号教导了包括使用视频工具进行检查编程的视觉系统，它们中的每一个通过整体引用并入本文。

一种已知类型的视频工具是“多点工具”或“多点自动聚焦工具”视频工具。这种工具(和/或利用类似技术的各种其他过程)可以提供诸如通过自动聚焦方法确定的、从工具的感兴趣区域内的定义的X-Y坐标处多个子区域的“最佳聚焦”位置导出的Z高度测量值或坐标(沿着照相机系统的光轴和聚焦轴)。一组这样的X、Y、Z坐标可以被称为点云数据，或简称点云。通常，根据现有技术的自动聚焦方法和/或工具，照相机沿着Z轴(聚焦轴)移动通过一系列位置，并在每个位置处捕获图像(称为图像堆栈)。对于每个捕获的图像，基于该图像并且与该图像被捕获时照相机沿着Z轴的对应位置相关地计算每个子区域(即具有给定的X和Y坐标)的聚焦度量。这产生每个XY子区域的聚焦曲线数据，其可以简单地称为“聚焦曲线”或“自动聚焦曲线”。可以通过将曲线拟合到聚焦曲线数据并估计所拟合曲线的峰来找到聚焦曲线的峰，聚焦曲线的峰对应于沿Z轴的最佳聚焦位置。

利用根据这些技术获取的数据，可以显示工件的各种类型的图像。例如，可以利用如上所述的点云数据来显示工件的三维(3D)图像。作为另一示例，对于一些应用，其可能希望显示具有扩展景深(extended depth of field，EDOF)的图像，扩展景深大于光学成像系统在单个聚焦位置提供的景深。一种用于构建EDOF图像的方法包括类似于上述一些技术的技术，包括收集由聚焦在聚焦范围内的不同距离处的多个全等或对准的图像组成的图像堆栈。合成图像被构建，其中视场的每个部分从显示具有最佳聚焦(即根据聚焦曲线的峰来确定)的那个部分的特定图像中提取。

对于某些类型的工件表面(例如，透明表面等)，这种用于成像和测量表面的技术典型地面临各种挑战。希望有一种能够适应各种类型的工件表面的成像和测量的改进系统。

发明内容