非接触式物体检查的制作方法

专利名称：非接触式物体检查的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于非接触式物体检查的方法和设备，尤其涉及通过分析投映到物体表面上的图案来进行物体检查的方法和设备。
背景技术：
非接触式光学测量系统用于通过物体上的光学图案的相位分析来测量表面的表面状况是已知的。非接触式光学测量系统通常包括投影仪和照相机，该投影仪向物体上投映结构光图案，该照相机记录物体上的结构光图案，例如使物体上的结构光图案成像。物体引起图案的扭曲，并且与物体有关的表面状况(topographical)数据可以利用通过照相机成像的该扭曲进行计算。国际专利申请PCT/GB2008/002759(公开号为W02009/0M757)中描述了这种系统的具体示例。利用这种系统，可能难以确定所投映的图案的哪个部分落到物体的哪个部分上 (对于重复性图案的情况而言尤其是这样)，因此可能难以确定物体的绝对位置，即物体和照相机之间的距离。由于2 π模糊问题，该问题在结构光分析领域通常是已知的。克服这种问题的一种已知方式包括投映标记特征以便识别图案中的独特的点。该系统可以校准，使得可以根据该标记特征在照相机的传感器上的位置来确定标记特征落到物体上的点与照相机之间的距离。然后可将其用作基准点以便确定标记特征所落的面的其余部分的绝对尺寸。然而，在复杂物体的情况下，标记特征可能未落到感兴趣的面上并且/ 或者可能存在不同的未知相对高度的多个面。其它已知解决方案包括投映一系列不同图案，具有伪随机变动以便允许各种点的独特识别的图案，或者(如W02009/0M757中所描述的)使用摄影测量技术以便建立物体上的至少一个点的绝对位置。然而，视物体和/或观察点而定，可能不能识别用于摄影测量的合适点。例如，在延伸的光滑表面的情况下，可能不能从一个以上的视角中看到边界。

发明内容
本发明提供了一种用于检查物体的方法，取得光线图案投映到其上的物体的图像，从该图像确定描绘物体的表面状况的数据，其中使用物体的取自第二视角的第二图像解决任何2 π模糊，在物体上，所述光线图案在落到物体上时不同于第一图像的光学图案。根据本发明的第一方面，提供了一种通过分析投映到物体上的图案的相位来检查物体的一区域的表面状况的非接触式方法，包括i)取得物体的第一图像，该第一图像从第一视角获得，光线图案投映到物体上；ii)取得物体的第二图像，该第二图像从第二视角获得，光线图案投映到物体上，第二图像中的光线图案在落到物体上时不同于第一图像中的光线图案；以及iii)基于与在第一图像中成像时的光学图案的至少一个区域的相位有关的相位数据确定描绘物体的至少一个区域的表面状况的数据，其中，从物体的在第二图像中成像时的对应区域获得的相位数据用于解决从第一图像获得的表面状况数据或相位中的任何模糊。
相应地，本发明使得能通过分析物体的从不同视角获得的图像来获得物体表面状况数据，其中光学图案投映到图像中的物体上。使用从不同视角获得的第二图像解决整个区域的任何2 π模糊。如W02009/0M757中描述的，使用摄像测量方法来识别与区域相连的一个或多个离散特征点的绝对高度，然后将该绝对高度数据用在区域表面状况数据的生成中。相比之下，在本发明的方法中，在单个处理中生成针对整个区域的绝对表面状况(高度)数据，即， 不需要独立地识别和测量离散特征点。源自针对区域的第一图像的数据可以与源自针对至少一个区域的第二图像的数据相比较，以便识别相互关联(例如相互匹配)的区域数据，从而解决任何模糊。特别地， 该方法可以包括迭代比较源自第一和第二图像的数据、尤其是区域数据，以便通过推导解决任何模糊。相应地，可以通过迭代比较法推导正确的表面状况数据。所比较的数据可以直接或间接地与从图像获得的相位数据、尤其是如下面更详细地说明的解包裹相位数据相关联。可选的是，所比较的数据可以包括源自相位数据的表面状况数据相应地，该方法包括使用来自图像的数据的区域，例如相位数据的区域，以便解决任何2 π模糊。如可以理解的，数据区域区别于数据点。例如，任何这种区域都可以包括在图像传感器上基本以二维延伸的范围(area)。例如这可以包括至少一个高度和宽度的至少约10像素、优选至少一个高度和宽度的至少约100像素的一组彼此相邻的像素。这可以是图像的高度或宽度的至少1%。相应地，该2D范围可以是图像的总范围的至少0.01%。可选的是，该2D范围可以是图像的总范围的至少0. 1%、优选为至少1%。如可以理解的，该 2D范围可以远大于整个图像范围的1%、例如至少10%以及甚至是不大于整个图像范围的任何值。由于不同光学图案被投映，光学图案在落到物体上时就第一图像而言可以不同于第二图像。也就是说，第一和第二图像中投映到物体上的光学图案可以不同。相应地，光学图案的合适投影仪可以构造成使得通过该投影仪投映的光学图案可以改变。这不仅有助于第二图像中的光学图案在落到物体上时改变该光学图案，而且当从给定的视角获得多个图案时也是有帮助的，其中表面处的光学图案的相位在多个图像之间变化，如在下文详细说明的。例如，这种投影仪可以包括构造成从处理器装置投映图像输入的数字光线投影仪以及包括可移动的衍射光栅的投影仪。可选的是，光学图案在落到物体上时可以因为光学图案的投影仪的相对位置和方位中的至少一个以及针对第一和第二图像的物体不同而有区别。在这种情况下，所投映的光学图案对于第一和第二图像而言可以是相同的，但它们从不同的位置和/或方位投映。 (虽然，可以理解，投映到物体上的光学图案对于第一和第二图像而言可以是不同的，即使它们从不同的位置和/或方位投映)。投影仪的位置和/或方位以及针对第一和第二图案的物体的不同可以通过使用具有不同位置和/或方位的多个投影仪实现。在第一图像中成像的光学图案的投影仪和在第二图像中成像的光学图案的投影仪可以由包括至少一个投影仪的公共光学图案投影仪单元提供。该方法可以包括在第一和第二图像之间相对移动物体和光学图案投影仪单元。特别地，该方法可以包括相对于物体移动光学图案投影仪单元。第一和第二图像中的投影到物体上的光学图案可以通过同一投影仪投映。相应地，该光学图案投影仪单元可以包括单个投影仪。
相应地，物体和获得第一图像的点处的光学图案的投影仪的相对位置和相对方位中的至少一个可以不同于物体和获得第二图像的点处的光学图案的投影仪的相对位置和相对方位。例如当第一和第二图像通过相同的成像器装置获得时就是这样，该成像器装置处于与光学图案投影仪的固定的空间关系(如下面将更详细地说明的)。可以优选用于本发明的投影仪具有单个固定的光学图案。这经常可以简化投影仪的设计，从而使之与有利于光学图案的变化的投影仪相比更便宜、更轻和/或更紧凑。例如，投影仪可以包括固定的衍射光栅，或者两个固定的相互干涉的光源，以使得通过投影仪投映的图案不能改变。在其中需要从给定视角-在该视角中表面处的光学图案的相位在多个(例如第一)图像之间变化-获得多个图像的实施例中，这则可以通过在多个(第一) 图像的每个之间相对位移物体和投影仪来实现。这种方法的更多细节在国际专利申请PCT/ GB2008/002759 (公开号为W02009/0M757)中进行了描述，该国际专利申请的内容结合在本说明书中以作为参考。所述至少第一和第二图像可以通过至少一个合适的成像器装置获得。合适的成像器装置可以包括至少一个图像传感器。例如，合适的成像器装置可以包括光学电磁辐射 (EMR)敏感探测器，例如电荷耦合装置(CCD)或互补金属氧化物半导体(CM0Q。合适的光学成像器装置可以在光学方面构造成在图像平面处聚集光线。可以理解，图像平面可以由图像传感器限定。例如，适当的成像器装置可以包括构造成在图像平面处聚集光学EMR的至少一个光学部件。可选的是，所述至少一个光学部件包括透镜。所述第一图像和所述至少第二图像可以通过包括至少一个光学传感器的公共光学成像器装置获得。该方法可以包括从第一视角向第二视角移动光学成像器装置。在这种情况下，第一和第二图像可以通过同一图像传感器获得。相应地，成像器装置可以包括单个图像传感器。光学图案投影仪单元和成像器装置可以彼此处于固定的空间关系。光学图案投影仪单元和成像器装置单元可以作为单个探针提供。已经发现，使得光学固定图案投影仪和成像器装置彼此处于固定的空间关系会导致同一平面的多个等效测量结果，这些测量结果可以一起进行平均计算以便提供对表面的更精确的表征。特别地，图像的高分辨率的相位基本相同。相应地，该方法可以进一步包括对从第一和至少第二图像获得的表面状况数据进行平均计算，以便提供经平均计算的表面状况数据组。相应地，在一个具体的实施方式中，该方法可以包括获取物体的第一图像的探针， 在物体上通过该探针投映光学图案。该方法然后可以包括移动探针，该探针随后获取物体的第二图像，在物体上通过该探针投映光学图案。与上述相符的是，探针可以包括至少一个图像传感器以及至少一个投影仪。优选地，探针可以包括单个图像传感器。优选地，探针可以包括单个投影仪。优选地，投影仪投映固定的图案，即，投影仪可以是固定图案投影仪。光学图案投影仪单元和成像器装置可以安装在坐标定位设备上，例如坐标测量机(CMM)。在其中探针设置为单个探针的实施方式中，优选该探针可以安装在坐标定位设备、例如CMM上。步骤iii)可以包括确定与物体的至少一个区域的不同可能的表面状况相关的多个不同数据组，然后根据从第二图像获得的数据选择哪个数据组最精确地表征物体的所述至少一个区域。可选的是，一旦已经识别数据组，就可以使用高度信息由所述第一和所述至少第二图像中的任意一个来产生表征物体的表面状况数据。可选的是，步骤iii)可以包括确定与物体的至少一个区域的不同可能的表面状况相关的多个不同数据组，然后根据从第二图像获得的数据选择要使用的数据组。本发明因此可以利用模糊来从图像之一确定与不同可能的表面状况相关的多个不同数据组，但是然后确定要选择哪个数据组例如根据其他图像确定是表征物体的至少一个区域的表面状况的数据组。例如，这可以通过与从第二图像数据获得的数据相比来核查数据组实现。因此可以在不需要一个(或多个)特定标记特征或使用摄影测量技术的情况下解决模糊。选择以后，就可以在各种随后的处理中使用该数据组。例如，数据组可以用于测量物体的所述至少一个区域，和/或用于核查物体的至少一个区域的尺寸、形式、位置、方位中的至少一个。可以理解，所确定的不同数据组的数量可以从(例如可以是其因数)成像装置的景深和视场以及投影仪的景深和视场和条纹的间距之间的重叠的体积推导出来。可以理解，本文中术语“第一图像”、“第二图像”等的使用用于区别从不同视角获得的不同图像，而不用于暗示可能已经获得的图像的顺序。相应地，根据特定实施方式，第一图像可以在第二图像之前、之后或者甚至同时获得。可以理解，第一和第二图像可以作为该方法的一部分获得，例如捕获。可选的是，所述图像可以在本发明的方法之前已经经由成像器装置、例如照相机获得。相应地，在这种情况下，该方法可以包括例如从储存器装置或其它源取回图像。此外，可以理解，并且如下面将详细说明的，取得第一图像可以包括从第一视角取得多个第一图像，与物体的至少一个区域的不同可能的表面状况有关的多个不同数据组可以基于成像在多个第一图像的至少一个中的光学图案确定。而且，取得第二图像可以包括从第二视角取得多个第二图像，并且可以基于多个第二图像的至少一个选择要使用的数据组。可以理解，该方法可以包括取得物体的从至少一个第三视角得到的至少一个第三图像。步骤iii)然后可以包括基于第二和第三图像的至少一个选择至少一个数据组。使用来自不同视角的三个或更多个图像提供了更大的冗余，并且可以使得能更精确地确定实际表面状况。所述至少第三图像可以包括光学图案投映在其上的物体的图像。优选地，光学图案在两个维度中延伸。优选光学图案是基本上具有周期性的光学图案。可以理解，周期性光学图案可以是经过确定的有限距离之后重复的图案。重复之间的最小距离可以是图案的周期。优选光学图案在至少一个维度中是周期性的。可选的是， 光学图案可以在至少两个维度中是周期性的。所述至少两个维度可以彼此垂直。优选在至少第一图像中成像时的光学图案投映在物体的一范围上。优选该图案在物体的一范围上延伸，以便有利于使用本发明的方法在该范围上对物体的多个点进行测量。适用于本发明的合适光学图案包括同心圆图案，具有变化的颜色、阴影和/或色调的线的图案。颜色、阴影和/或色调可以在两个或更多不同值之间交替。可选的是，颜色、 阴影和/或色调可以在多个离散值之间变化。优选地，颜色、阴影和/或色调横跨光学图案连续变化。优选地，周期性光学图案是条纹图案。例如，周期性光学图案是一组正弦曲线条纹。光学图案可以处于红外和紫外的范围内。优选地，光学图案是可视光学图案。可以理解，在例如本发明的方法等方法中使用的光学图案也统称为结构光图案。可以理解，物体的至少一个区域的表面状况(例如，表面状况数据)可以包括物体的一区域的形状和尺寸中的至少一个。可以理解，形状可以包括物体的至少一个区域的表面形状。优选地，表面状况至少包括物体的一区域的形状和尺寸。表面状况也可以包括与物体的区域有关的其他信息，例如位置、方位和质地(texture)中的至少一个。高度数据是表面状况数据的一个例子。也就是说，至少一个区域的表面状况可以包括描述其相对于一些已知基准的高度的数据，该已知基准例如为成像装置，尤其是成像装置的成像平面。步骤iii)可以包括确定所述多个不同数据组的哪一个最佳地对应于从第二图像获得的数据。步骤iii)可以包括确定所述多个不同数据组的哪一个最佳地对应于从第二图像获得的与物体的区域相关的数据。一个数据组可以直接描述物体的区域的表面状况。例如，它可以包括指征横跨物体的所述至少一个区域的物体表面相对于成像器装置的高度的数据。该数据组可以包括指征横跨物体的所述至少一个区域的物体表面的梯度的数据。可选的是，数据组可以包括由其确定表面状况的数据。例如，数据组可以包括与成像的光学图案相关的数据。例如，数据组可以包括描述成像的光学图案的数据。特别地，数据组可以包括描述成像的光学图案的变动或变形的数据。例如，数据组可以包括与成像的光学图案的相位有关的数据。步骤iii)可以包括针对不同数据组的至少一些确定第二图像的对应于已经针对其获得数据组的物体区域的部分。这可以提高该方法的效率，因为它只需要使用第二图像的选择部分。对第二图像的对应于已经针对其获得数据组的物体的该区域的部分的确定可以基于对第一和第二视角的了解确定。所述视角可以从报告获得数据的装置的位置和/或方位的测量设备获知。例如，在其中通过安装在坐标定位机上例如坐标测量机(CMM)上的成像器装置获得图像的实施方式中，所述视角可以从机器的测量传感器确定。可选的是，所述视角可以从基于摄影测量或其它图像的技术相对于彼此推导出。步骤iii)可以包括确定所述多个不同数据组的哪一个最佳地对应于从第二图像获得的数据的形式。相应地，被认为最佳地对应于从第二图像获得的数据的数据组可以是这样的数据组，即，该数据组具有与从第二图像获得的数据不同但以相同的方式变化的值。 也就是说，它们的绝对值可以彼此不同，其差值为某一基本恒定的量。该方法可以包括根据成像在第二图像中的光学图案确定与物体的至少一个区域的不同可能的表面状况有关的多个不同的数据组，然后将基于第二图像的不同可能的数据组与基于第一图像的那些数据组相比较以便识别匹配最紧密的那些数据组。可选的是，该方法包括，针对基于第一图像的与不同可能的表面状况相关的数据的至少一些，预测预期可能从第二图像获得的数据，然后将所预测的数据与从第二图像实际获得的数据相比较。可以选择从第一图像获得的、使得所预测的数据最紧密地匹配表征从第二图像获得的数据的数据组。这可以是与这样的表面状况相关的数据组的良好指征， 所述表面状况可能反应物体的区域的实际表面状况。该方法可以避免需要确定基于第二图像的与不同可能的表面状况相关的多个不同数据组。特别地，这可以意味着只需要从第二图像获得一个数据组。相应地，该方法可以包括，针对至少一些不同的数据组，从中推断与物体的该区域有关的数据，该数据本应该是从第二视角获得时的数据。所推导的数据然后可以和与从第二图像实际获得的物体的区域相关的数据相比较。该数据可以从对第一和第二视角的了解来推断。从第二图像获得的数据可以包括直接描述物体的表面状况的数据。例如，它可以包括指征横跨物体的至少一个区域的相对于成像器装置的物体表面的高度的数据。该数据可以包括指征横跨物体的至少一个区域的物体表面的梯度的数据。可选的是，该数据可以包括可以从其确定表面状况的数据。可选的是，从第二图像获得的数据可以涉及从第二视角成像的光学图案。例如，它可以涉及从第二视角成像的光学图案的扭曲。特别地，它可以涉及从第二视角成像的光学图案的相位。同样的，所推测的数据可以直接描述所预期的表面状况数据，或者可以从其确定表面状况的所预期数据，例如从第二图像获得的期望的光学图案(例如，它可以涉及光学图案的所期望的扭曲，或甚至相位)。在一种特别的实施例中，该方法可以包括比较从第一和第二图像的每一个获得的相位图信息。可以理解，相位图是这样的数据图，该数据图包含投影到物体表面上的图案的针对图像中的多像素的相位。相应地，该方法可以包括从第一图像获得多个不同可能的相位图(每个相位图给出不同可能的表面状况)，以及使用第二图像确定哪个相位图最精确。特别地，步骤iii)可以包括a)从第一图像计算至少一个相位图。这可以包括计算至少一个包裹相位图。该方法可以包括确定多个不同可能的解包裹相位图。这可以通过将至少一个包裹相位图进行解包裹来实现。该方法还可以包括b)从所述至少一个相位图计算针对物体的至少一个区域的与可能的表面状况相关的多个不同的数据组。步骤 i)可以包括取得基本从相同的第一视角获得的多个第一图像，其中表面处的光学图案的相位在多个图像之间改变。在这种情况下，所述至少一个相位图可以使用已知的相位阶跃测算法从多个图像计算。例如，所述至少一个相位图可以使用在P.Carre/qnstallation et utilization du comparateur upotoelectrique et interferential du Bureau Interantional des Poids et Mesures”，Metrologia 2，13-23 (1966)中描述的 Carr 算法计算。步骤iii)还可以包括从第二图像计算相位图。这可以包括解包裹相位图。该解包裹相位图可以从第二图像的包裹相位图生成。步骤iii)还可以包括针对在步骤b)中确定的多个不同数据组的至少一些，从中推断针对第二视角的对应相位图数据；识别所计算的相位图数据中哪个最紧密地对应于第二图像的相位图的对应区域的形式。从第二图像获得的相位图的绝对值可能因某些因素(如弧度)而不正确，但这不影响相位图的形式，因此仍然可以可靠地确定从第一图像获得的正确的相位图。步骤W可以包括取得基本从相同的第二视角获得的多个第二图像，其中表面处的光学图案的相位在多个图像之间改变。在这种情况下，相位图可以使用例如已知的相位阶跃测算法从多个第二图像计算。例如所述至少一个相位图可以使用Carr6算法计算。如所理解的，步骤i)，ii)和iii)可以在适当电路的控制下执行。适当电路可以包括处理器。适当处理器包括数字和/或模拟处理器。该处理器可以包括单个处理器单元或彼此配合的多个不同的处理器单元。它们可以基本上共同定位或者远离彼此的定位在不同物理壳体中。各个步骤可以在公共处理器单元或分离的处理器单元的控制下执行。特别地，步骤iii)可以通过与用于执行步骤i)和ii)的处理器单元分离的处理器单元执行。这种处理器单元可以仅专用于上述方法。例如，处理器单元可以包括场可编程门阵列(FPGA)。 可选的是，处理器单元包括多用途处理器。例如，任何或所有步骤i)至iii)可以在在至少一个通用处理器上运行的软件的控制下执行。例如，任何或所有步骤i)至iii)可以通过在通用个人计算机(PC)上运行的软件执行。相应地，如上所述，并且下面也将更详细的说明，提供了一种检查物体的方法，包括i)取得物体的从第一视角获得的第一图像，光学图案投映在物体上；ii)取得物体的从第二视角获得的第二图像以及iii)基于在第一图像中成像时的光学图案确定与物体的至少一个区域的不同可能的表面状况有关的多个不同数据组，然后基于从第二图像获得的数据选择要使用的数据组。根据本发明的第二方面，提供了一种用于物体的非接触式检查的设备，包括至少一个投影仪，用于在待检查的物体上投映光学图案至少一个成像器装置，用于从第一和至少第二视角获得物体的第一和至少第二图像，该光学图案投映在物体上；以及分析器，该分析器构造成基于在第一图像中成像时的光学图案确定物体的至少一个区域的表面状况，其中从物体的在第二图像中成像时的对应区域获得的相位数据用于解决从第一图像获得的相位或表面状况数据中的任何模糊，以及其中第二图像中的光学图案，当它落在物体上时， 不同于第一图像中的光学图案。相应地，如上所述，并且下面也将详细说明的，提供了一种用于物体的非接触式检查的设备，包括至少一个投影仪，用于在待检查的物体上投映光学图案；至少一个成像器装置，用于从第一和至少第二视角获得物体的第一和至少第二图像，光学图案至少在第一图像中投映在物体上；以及分析器，该分析器构造成基于在第一图像中成像时的光学图案确定与物体的至少一个区域的不同可能的表面状况有关的多个不同的数据组，以及基于第二图像选择一个数据组。


以下，结合附图来详细说明本发明的实施方式，其中图1示出坐标测量机的示意性轴测视图，该机器上安装有用于通过本发明的非接触式方法测量物体的探针；图2是图1中所示探针的部件的示意图；图3是图2中所示探针的投影仪和成像器装置的位置关系的示意图；图4是图2中所示投影仪的示意图；以及图5示出展示图1中所示设备的高水平操作(high-level operation)的流程图；图6示出捕获视角图像组的方法；图7示出分析图像的方法；图8示出选择最精确的表面状况数据组的方法；图9示出通过探针从两个不同视角获得的图1所示物体的不同图像；图10示出一组条纹位移图像，在各个图像中条纹在物体上的位置是不同的；图11示出第一视角的多个包裹相位图；图12(a)示出针对第一视角的可能的解包裹相位图12(b)示出针对从第一视角获得的图像的特定区域的一组可能的解包裹相位图；图13示出不同的表面状况数据组，每个组都从图12(b)中所示多个可能的解包裹相位图中的一个获得；图14(a)_(e)将从图13所示不同的表面状况数据组计算的预测的解包裹的相数据的重叠示出在用于从第二视角获得的图像的解包裹相位图上；以及图15示出可能的解包裹相位图和投影仪/照相机设置之间的关系。
具体实施例方式参照图1，其中示出坐标测量机(CMM)2，其上安装根据本发明的测量探针4。CMM2包括基座10，该基座支撑一框架12，该框架则保持一纬管14。设有马达(未示出)以便沿着三个相互垂直的轴X，Y，ζ移动该纬管14。纬管14保持一铰接头16。该铰接头16具有附装在纬管14上的基部部分20，中间部分22和探针维持部分M。基部部分 20包括第一马达(未示出)，以用于使中间部分22围绕第一旋转轴线18旋转。中间部分 22包括第二马达(未示出)，以用于使探针维持部分M围绕基本垂直于第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转。尽管未示出，但也可以在铰接头16的可活动部件之间设置轴承。此外， 尽管未示出，但可以设置测量编码器，以用于测量基座10，框架12，纬管14和铰接头16的相对位置，以便能确定测量探针4相对于位于基座10上的工件的位置。探针4可拆装地安装(例如使用可调安装件)在探针维持部分M上。探针可以利用设置在探针4和探针维持部分M上或内的相应磁体(未示出)由探针维持部分M保持。头16允许探针4相对于纬管14以两个自由度移动。由头16提供的两个自由度和CMM2的三个线性轴(X，Y，Z)的平移的组合允许探针4以五个自由度移动。还设有控制器沈，它包括用于控制CMM2的运行的CMM控制器27，用于控制探针4 的运行的探针控制器29，以及用于分析从探针4获得的图像的图像分析器31。控制器沈可以是专用的电子控制系统和/或可以包括个人计算机。此外，CMM控制器27、探针控制器四和图像分析器31不必如图1所示的为同一物理单元的一部分，例如它们可以通过分离的物理装置提供。应当指出，图1仅提供了 CMM2的顶部水平说明。这种装置的更完整的说明可以从其它地方找到，例如，见EP0402440，它的整个内容结合在此以作参考。现在参照图2，探针4包括用于在处理单元42的控制下向物体28上投映条纹图案的投影仪40，以及用于在处理单元42的控制下获得其上投映有条纹图案的物体观的图像的成像器装置44。可以理解，成像器装置44包括用于捕获物体观的图像的合适光学器件和传感器。在所描述的实施方式中，成像器装置包括图像传感器，特别是限定图像平面的 CXD 62。成像器装置44还包括用于在图像平面62处聚集光线的透镜(未示出)。处理单元42连接到控制器单元沈中的探针控制器四和图像分析器31，以便该处理单元42能经由通信线路46与它们通信。可以理解，通信线路46可以是有线的或无线的通信线路。探针4还包括随机存取存储器(RAM)装置48，以用于暂时存储被处理单元42 使用的数据，例如图像数据。
可以理解，探针4无需包含处理单元42和/或RAM 48。例如，所有的处理和数据存储都可以由与探针4相连的装置实现，例如由控制器沈或连接在探针4和控制器沈之间的中间装置实现。如图3中所示，投影仪40的图像平面60和成像器装置44的图像平面62彼此成角度，从而投影仪40和成像器装置的光学轴线61、63在基准平面64处相交。在使用中，探针4定位成使得投映到物体表面上的条纹可以通过成像器装置44清楚地成像。参照图4，投影仪40包括用于产生光线的干涉源的激光二极管50，用于准直由激光二极管50发出的光线的准直器52，用于产生正弦曲线的条纹组的光栅54，以及用于在基准平面64处聚焦条纹的透镜组件56。可以理解，其它类型的投影仪也可以适用于本发明。 例如，投影仪可以包括光源和掩模，该掩模用以选择性地阻挡和传输由图案中的投影仪所发出的光线。在所描述的实施方式中，由投影仪40投映的周期性光学图案是一组正弦曲线的条纹。然而，可以理解，可以投映其它形式的结构光，像例如一组具有不同颜色或色调的平行的线(例如，交替的黑线和白线，或平行的红色、蓝色和绿色线)，一组同心圆，或甚至点、 正方形或其它规则或不规则形状的图案。此外，在所描述的实施方式中，投影仪40可以仅投映一个光学图案。也就是说，它可投映的光学图案是固定的。相应地，如下面将更详细说明的，光学图案当落到物体上时对于第一和第二图像是不同的，这仅是由于投影仪在正在获取的第一和第二图像之间的移动的缘故。参照图5-14，下面将说明探针4的操作。首先参照图5，操作在步骤100当操作员打开CMM2时开始。在步骤102，系统初始化。这包括在铰接头16上装载探针4，在基座10上安放待测量的物体28，向原位置或基准位置传送CMM的编码器以便获知铰接头16相对于CMM2的位置，并且校准CMM2和探针4以便获知探针4的基准点相对于CMM2的位置。初始化步骤102的至少部分可以在控制器沈的控制下执行。一旦初始化并且适当校准，控制进行到步骤104，在该步骤中，在控制器沈中的 CMM控制器27和探针控制器四的控制下通过探针4获得物体28的一组图像。该步骤执行多次，以便获得多个图像组，其中各个组对应于物体观的观察点或不同视角。在所描述的示例中，获得与两个不同视角相对应的两个图像组。下面参照图6更详细地说明一组图像的获得过程。如下面将更详细说明的，取决于获得包裹相位图所用的具体方法，针对每个视角获得的一组图像是不必须的。本发明有可能通过在每个视角仅获得一个图像来实施。一旦已经获得所有图像，就通过控制器沈中的图像分析器31在步骤106处分析图像。图像分析器31从所述图像计算一组相对于CMM2的三维(3D)坐标，所述坐标描述了 3D测量空间中物体观的至少一部分的形状。下面将参照图7更详细地说明分析图像的方法。然后在步骤108处将3D坐标作为3D点云输出。可以理解，3D点云可以存储在存储装置中以便随后使用。3D点云数据可用于确定物体的形状和维度，并将它与预定阈值数据相比较以便评价物体观是否已经在预定误差内制得。可选的是，3D点云可以在图形使用者界面上显示，该图形使用者界面为使用者提供物体观的虚拟3D模型。该操作在步骤110处当系统关闭时结束。或者可以通过重复步骤104至108开始后续操作。例如，使用者可能希望针对同一物体观获得多组测量数据，或者针对不同物体获得测量数据。现在参照图6，下面将说明捕获针对视角的图像组的过程104。该过程在步骤200 处开始，在该步骤处，探针40移动到第一视角。在所描述的实施方式中，使用者可以在操纵杆(未示出)的控制下移动探针4，该操纵杆控制CMM2的马达以便移动纬管14。可以理解， 第一(以及随后的)视角可以预先确定并且装载到CMM控制器27中，以便在测量操作期间探针4自动移动到预定的视角。此外，在不同的定位设备上，使用者可以将探针4物理地拖曳到该视角，其中该定位设备通过例如安装在该设备的活动部件上的编码器监测探针4的位置。一旦将探针4定位在第一视角，就在步骤202获得初始化图像。这包括探针控制器 29向探针4的处理单元42发送信号以使它操作成像器装置44从而捕获物体观的图像。将初使化图像送回图像分析器31，并且在步骤204分析该图像的图像质量特征。 这可以包括例如确定图像的光线和对比度的平均强度以及将它们与预定的阈值水平相比较以便确定图像质量是否足以执行测试过程。例如，如果图像太暗，则可以改变成像器装置 44或投影仪40的特征以便增加所投映的条纹图案的亮度和/或调节成像器装置44的曝光时间或增益。在所描述的实施方式中，初始化图像将不在随后的用于获得关于物体观的测量数据的过程中被使用，因此图像的某些方面例如图像的分辨率不必像下面所述的用于测量图像的分辨率那么高。然而，可以理解，如果需要，可以在“图像分析”过程106期间使用初始化图像以便获得测量数据。此外，在替代性实施方式中，可以在探针中设置与成像器装置分离的光敏感元件例如光敏二极管，以便测量视角位置的光量，光敏二极管的输出用于设定投影仪40和/或成像器装置44。可以理解获得初使化图像的步骤202和设定探针参数的步骤204是可选的。例如， 探针4可以在操作之前设定，和/或探针4可以以其它方式设定。例如，使用者可以在操作之前或期间通过手动配置探针来设定该探针。一旦已经设定投影仪40和成像器装置44，就在步骤206获得第一测量图像。测量图像是指在下面将更加详细地说明的“分析图像”过程106中使用的图像。获得第一测量图像包括探针控制器四向探针4的处理单元42发送信号，以便处理单元42随后操作投影仪40从而向物体观上投映条纹图案以及用于使成像器装置44同时利用物体观上的条纹图案捕获物体的图像。将第一测量图像送回图像分析器31，并且在步骤208再次分析第一测量图像的图像质量特征。如果图像质量足以在下面说明的“分析图像”过程106中使用，则控制进行到步骤210，否则控制返回步骤204。可以理解，核查图像质量的步骤208是可选的-可以假设图像质量足以在“分析图像”过程106中使用。在步骤210，针对当前视角获得相位移图像。相位移图像是来自基本相同视角的多个图像，但各个图像中条纹的位置略微不同。存在许多获得相位移图像的已知方式。例如，美国专利6100984公开了一种投影仪，它使用计算机控制的液晶系统以便改变所获得的图片之间发出的条纹图案的间距和相位。W00151887也公开了一种结构光分析系统，该系统具有包括内部折射器的条纹投影仪， 该内部折射器可被操纵以便改变物体上所投映的条纹的位置并由此改变物体表面的条纹的相位，W00151887还公开了移动物体以便在物体上重新定位条纹。国际专利申请PCT/GB2008/002759(公开号为W02009/0M757)也公开了用于获得相位移图案的方法，该方法包括相对于物体移动投影仪以便将物体上所投映的条纹的位置改变一点条纹间距，同时仍基本维持物体的相同视角(perspective view)。这种方法特别适合用于现在说明的实施方式中的探针4，因为它不要求投影仪改变所投映的条纹。W02009/024757的整个内容结合在本说明书中以作为参考。如下面将更加详细地说明的，相位移图案用在相位图的生成中，该相位图针对给定视角的一个图案的至少一部分描绘所成像的条纹图案的相位。可以理解，不必获得一组相位移图案以便这样做。例如，相位图可以通过仅在条纹图案的一个图像上执行傅里叶变换(Fourier transform)获得。相应地，视所使用的方法而定，获得相位移图像的步骤210 是可选的。一旦已经获得相位移图像，就在步骤212将所有图像送回图像分析器31以进行分析。可以理解，将每个图像和与获得每个图像时探针4所在的位置和方位相关的数据一起提供给图像分析器31，以便可以获得物体观的相对于CMM2的3D坐标，如下面将更加详细说明的。该过程然后在步骤214结束。如上面说明的，针对多个不同的视角捕获视角图像组过程104重复多次。在该所述实施例中，捕获视角图像组过程针对第一和第二视角执行两次。如上所述的在使用者或控制器沈的控制下将探针4移动到每个视角。图9和图10示出在上述步骤中获得的图像的类型的示例。特别地，图9的箭头A 示出物体观的其上没有投映条纹的两个视角的视图。箭头B示出，针对第一和第二视角的每一个，在过程的步骤206处通过成像器装置44获得图像1000以用于捕获视角图像组 104。这些图像1000的每个后面示意性地示出条纹位移图像1002、1004和1006，这些条纹位移图像是在步骤300和302的执行期间针对第一和第二视角的每一个获得的。图10(a) 至10(d)示出针对第一视角获得的条纹位移图像1000至1006的示例。下面将参照图7说明用于分析图像的过程106。该过程在步骤400处开始，在该步骤处，针对第一视角计算至少一个包裹相位图。可以理解，包裹相位图是含有投映到物体表面上以用于在视角图像组中的测量图像之一中的多个像素的条纹的相位的图，其中相位角界定在360度(即弧度。可以理解，360度和2 π弧度是可互换的)的范围内。图 11(a)是针对第一视角所计算的包裹相位图的示意图。有许多计算包裹相位图的已知方法。这些方法包括仅在物体上的条纹的一个图像上执行傅里叶变换，或者使用已知的相位移算法来计算每个相素处的包裹相位。 适当的相位移算法例如 P. Carre, "Installation et utilization du comparateur photoelectrique et interferential du Bureau International des Poids et Mesures”，Metrologia 2，13-23 (1966)中所述的Carr6算法可以用于计算包裹相位，相位移和调制幅度。在步骤402，识别待分析的图像的区域。视物体和所期望的结果而定，该区域可以包括整个图像。这可以为例如当图像仅为基本平坦的或者形状平滑变动的物体的一部分时。可选的是，可能希望仅分析图像的一部分。这可以是例如当仅对物体的特定区域感兴趣时。这也可以为例如当物体包括多个面并且按单个对它们分析时。下面说明的实施方式涉及后面的状况，尤其涉及识别和确定与物体观的中间顶表面37相对应的区域37的表面状况数据。在其中不同的面被单个地分析的情况下，这可以包括识别这些面在图像中的位置。实现这的一种方式可以包括在成像的条纹图案中寻找不连续(discontinuity)。这是因为尖锐的特征部将引起条纹图案中的阶跃变化。这从而导致解包裹相位图中的不连续。 这在图11(a)中示出，其中可以看到沿着物体的边缘存在阶跃变化(例如见点34处的边缘上的相位的阶跃变化)。然而，不连续也因为相位图的包裹特性而存在。例如，相邻相素可以具有例如分别接近0度和360度的相位值。如果是这样，其将呈现为似乎在这些相素之间已经具有大的相位跳变，并且这将被识别为不连续。然而相跳变仅仅是由围绕相位包裹引起的，而不是由于所测量物体的表面的不连续。其一个示例可以参照图11(a)中的点36处，在该处，相位值从360度跳变到0度(分别通过深色相素和浅色相素示出)。相邻相素的相位值将由于相位图被包裹而在点36处显著跳变。相应地，可以有利地确定哪些不连续是被物体的特征部引起的以及哪些不连续是被相位图的包裹特性引起的。一种实现方式可以是使用图像处理技术，例如像 J. R. Parker,"Algorithms for image processing and computer vision”，Wiley Computer Publishing(1997)中所述的Carmy边缘检测来识别物体边缘处于图像中的哪个位置和/或识别哪些不连续是由物体引起的不连续。相应地，在这种情况下，仅需要一个包裹相位图。 另一方法，如W02009/0M757中所述，包括以不同的顺序针对该视角使用每个相位移图像获得多个包裹相位图。然后可以比较所述包裹相位图以便识别公共不连续，由此指示出物体的边缘。图ll(b)-(d)示出使用与用于生成图11(a)中包裹相位图相同的4个图像但以不同的顺序生成的包裹相位图。可以看出，图11(a)中点36处的不连续位置不存在于其它包裹相位图中，因此可以有把握地作为“假的”不连续放弃。相应的一旦已经识别所有真的不连续，就有可能将包裹相位图划分成数个区域。下一阶段包括解包裹所识别的区域中的包裹相位图以便形成针对该区域的解包裹相位图。这包括根据需要增加或减少选定单个相素的包裹相位的360度的整数倍，以便去除由于相位计算算法而发现的不连续。然而，可以理解，获得正确的解包裹相位图包括获知至少一个点处的解包裹相位图的正确值，或者获知针对至少一个点的照相机和物体之间的绝对距离(以便能计算针对至少一个点的正确相位)。这是需要知道的，以便确定应当从哪里开始进行360度的增加或减少。如果这是未知的，那么解包裹相位图可能存在任意倍数的2 π弧度(即360度)的错误。在所述过程的该阶段，正确的绝对相位和绝对距离都是未知的。相应地，该示例方法包括计算所有可能的解包裹相位图-所述解包裹相位图中的一个将是正确的，而其它将存在2 π的某些倍数的错误。参照图12(a)，其中示出针对在第一视角获得的图像的一个可能的解包裹相位图。 图12(a)中的解包裹相位图是针对每个感兴趣的区域通过如下方法进行计算的，即，依次对于每个区域，通过将该区域中表征包裹相位图上的具体给定相位值的起点(例如，相位从360度到0度变化处的线表征0度相位，例如图11 (a)中的朝向区域37的左手侧的整个第一条白线)，然后在适当的点处向每个相素处的相位值增加360度的某些倍，以便避免每次相位包裹时相位围绕0度包裹。在图12(a)中示出的解包裹相位图中，针对物体观的中间顶表面37、物体观的顶部表面39以及物体观所在的表面计算解包裹相位。图12(b)中
16的数据组i)示出针对图12(a)中所示的中间顶表面区域37计算的解包裹相位图。该方法还包括针对感兴趣的特定区域计算所有其它可能的解包裹相位图。这些简单地通过向第一解包裹相位图中的数据增加(或减少)360度的倍数生成。相应地，图12(b) 中示出的数据组ii)至iv)示出用这种方式生成的针对区域37的其它可能的解包裹相位图。尽管在所述过程的该阶段是未知的，但为了解释本发明的方法，解包裹相位图ii)是正确的解包裹相位图。可以理解，可能的解包裹相位图的数量由条纹投映探针的测量体积的维度和所投映的条纹的间距限制。可以认为，光学系统可在其上操作的体积由光学系统的视场投映通过该光学系统的景深界定。探针结合两个光学系统以便产生测量结果。测量体积的维度因此可以从照相机的视场和景深以及投影仪的视场和景深之间的重叠的体积推导出。便如在图15中，总相位范围是-1440度至1080度，因此对于任何包裹相位值存在至多8(= (1080-1440)/360+1)个可能的解包裹相位值。该范围之外的任何解包裹相位对应于照相机和投影仪的测量体积以外的3D点。相应地，可能的解包裹相位图的数量由条纹投映探针的测量体积和所投映的条纹的间距限制。步骤404包括针对在步骤402生成的每个解包裹相位图创建表面状况数据组。在所述方法中，这包括将解包裹相位图转换成针对所识别区域的高度图。针对相素的相位取决于到物体的表面的距离。因此有可能通过使用预定的绘图表和方法直接将每个相素的相位值绘制成高度值来从该相位图创建针对该区域的高度图。相应地，创建的表面状况数据取决于解包裹相位图。不仅所计算的3D空间中的表面状况数据的位置取决于解包裹相位图，而且通过表面状况数据描述的物体的形式(例如形状)也将取决于解包裹相位图。相应地，在步骤404之后，将有一定数量的不同可能的表面状况数据组已经针对特定区域进行了计算。图13中的数据组i)至iv)分别表示针对物体的中间顶表面区域 37针对图13(b)中所示的每个不同解包裹相位图获得的表面状况数据组。相应地，数据组 ii)可能是物体的中间顶表面区域37的实际表面状况的最精确的表征，因此被选定用于随后的使用。下面的说明解释了如何使用本发明的方法建立该图。步骤406包括通过使用从第二视角获得的图像确定这些不同可能的表面状况数据组中的哪个应当被选择。下面将结合图8更详细地描述这么做所涉及的步骤。该方法在步骤500处开始，在该点从第二图像获得解包裹相位图。可以理解，这将涉及使用任何上述方法生成包裹相位图，然后通过根据需要向单个相素的包裹相位增加 (或减少)360度(即弧度)的整数倍以便去除由于相位计算算法而发现的不连续来解包裹该包裹相位图。图14(a)是针对第二视角的解包裹相位图的示例。就像针对第一视角的相位图的解包裹一样，正确的的绝对相位是未知的。相应地，同样存在可被生成的多个可能的相位图，其中仅一个是正确的。无论如何，只需要针对第二视角创建一个解包裹的相位图，如果它存在弧度(即360度)的某些倍数的错误，则与在此说明的实施方式的目的没有关系。这是因为，如下所述，正确的表面状况数据通过将所预测的解包裹相位形式与针对第二视角的解包裹相位图的形式相比较而进行选择。解包裹相位图的形式不受2π误差的影响-仅绝对值是这样。下一步骤502包括取得在步骤404期间获得的表面状况数据组中的一个，假设选定的表面状况数据组是从正确的解包裹相位图生成的，针对该表面状况数据组预测其对应的在第二视角的解包裹相位图中的解包裹相位和解包裹相位的位置。这可以基于对照相机在每个视角的位置和方位的了解来进行。在步骤506，预测的解包裹相位图的形式然后与预定位置处的实际解包裹相位图的形式相比较，以便确定它们的形式匹配的紧密程度。这针对每个不同的所计算的表面状况数据组重复进行。不仅从不正确的表面状况数据(这继而又基于不正确的解包裹相位图)生成的预测的解包裹的相位图的形式不匹配于从第二图像获得的实际解包裹相位图的与中间顶表面37相对应的部分，而且不匹配于从第二图像实际获得的解包裹相位图的部分相对应的预测位置，与它们所进行的比较将也是错误的。相应地，仅从最精确的表面状况数据获得的(即从第一图像的正确的解包裹相位图获得的)预测的解包裹相位图与实际对应于中间顶表面区域37的从第二图像获得的解包裹相位图的部分相比较。该过程在图14(b)至(e)中示意性地示出，在所述图中，针对给定表面状况数据组的预测的解包裹数据(以黑色示出)在其预定部位覆盖到产生自从第二视角获得的图像的实际解包裹相位图上。图14(b)至(e)中示出的预测的解包裹相位图i)至iv)分别对应于图13中示出的表面状况数据组i)至iv)。如可以看出的，预测的解包裹相位图ii)的预测位置实际上与第二图像的表征中间顶表面37的部分一致。然而，其它预测的相位图i)、 iii)和iv)的预测位置对应于不完全与中间顶表面对应的从第二图像获得的解包裹相位图中的点。此外，预测的解包裹相位图ii)将是唯一一个具有与第二图像的在第二图像的该部分处的解包裹相位紧密匹配的形式。相应地，图14(b)中的数据组ii)将从所有预测的数据组i)至iv)中提供最密切的匹配。在步骤508，然后将具有与第二图像的解包裹相位图匹配最紧密的形式的“预测的”解包裹相位图相关联的表面状况数据组选定为最精确表征物体的该区域的实际表面状况的表面状况数据。在所述示例中，这将是图13的数据组ii)。如上所述，该表面状况数据作为3D点云输出。可以理解，可以基于已通过该过程衍生出的绝对高度信息生成新的数据组，而不是仅选择已经生成的数据组。该新的数据组可以从第一图像、第二图像、或实际上在该过程中使用的物体的任何其它图像生成。此外，该方法在步骤508处可以可选地还包括针对该区域从第二图像(和/或该过程中使用的任何其它图像)计算表面状况数据，然后对从全部两个图像获得的表面状况数据进行平均计算以便获得平均表面状况数据组，该平均表面状况数据组可以比仅从一个图像获得的数据更精确地表征该区域的实际表面状况。上述实施方式使用光学条纹图案。然而，这实际上不是必需的。例如，光学图案可以包括一组线或点。在这些情况下，不是创建从其获得表面状况数据的相位图，而是可以校准该系统以便其上投映特定线(或点)的物体上的点的3D位置可以从图像中的线(或点) 的探测位置计算。然而，特别是对于相同的线(或点)的重复图案，给定位置处哪个线(或点)成像可能不是已知的。然而由于仅投映有限数量的线(或点)，因此每个所考虑的点仅存在有限数量的可能的3D位置。然后有可能从在图像之一中成像的光学图案计算一定数量的不同可能的表面状况。该方法然后可以包括针对这些表面状况的每一个推测第二图像的图案的位置和形式，将它们与成像在第二图像中的光学图案相比较，以及选择从中推断出给出最佳匹配的光学图案的表面状况形式。
在上述方法中，获得并使用仅来自两个视角的图像。然而，有可能获得模糊的结果，例如当所考虑的范围很小时或者当该范围包含在相位解包裹之前未通过边缘检测处理检测到的阶跃时。如果该范围很小，则预测的相位图的形式可能比第二图像的解包裹相位图中的一个预测的范围匹配得更紧密。如果该范围含有未检测到的阶跃，则预测的解包裹相位图的形式将不紧密地匹配第二解包裹相位图中的任何预测的范围的形式。在任何情况下，模糊都可以通过以相似的方式分析来自一个或更多个附加视角的图像解决。相应地，有可能执行三次或更多次图5的步骤104以便获得物体的图像，从至少三个视角向物体上投映光学图案，步骤406包括利用所获得的其它图像的每一个重复图8的方法，以便确定选择哪个数据组。使用所有可能退化的数据组的计算结果的上述方法无需是用于计算最佳描绘物体表面的表面状况数据的唯一方式。作为计算所有退化数据组的替代方案，可以使用已知的优化技术从多个视角计算表面状况数据，从针对每个视角的2 π倍的任意选择值开始。 用于最小化的函数可以是从不同视角生成的表面状况数据中的差异的量度。该函数可以例如为源自不同视角之间的最接近点之间的RMS距离，或者它可以为拟合到来自不同视角的点的表面之间的距离和角度的量度，或者与来自多个视角的针对所考虑的区域的形状或绝对相位中的距离相关的任何其它合适函数。这种函数可以是整体上非线性的和离散的，具有多个最小值。可能的优化技术包括整数编程技术例如分枝定界法或割平面法，非线性优化算法，例如梯度下降法，其具有多个不同的起点并与分枝定界法的组合以考虑解空间的离散特性，和元启发式算法和随机技术例如模拟或量子退火。有可能的是，这些优化技术将仅优先用于核查如上详细说明的所有可能的不同2π调节值，如果存在大量可能的解-也就是说，如果探针的测量体积大，条纹间距小，和/或使用大量视角从而导致大量可能的 2 π调节值的组合。
19
权利要求
1.一种通过分析投映在物体上的图案的相位检查物体的一范围的表面状况的非接触式方法，包括i)取得物体的第一图像，该第一图像从第一视角获得，光学图案投映在物体上； )取得物体的第二图像，该第二图像从第二视角获得，光学图案投映在物体上，但其中所述第二图像中的光学图案当落到物体上时不同于所述第一图像中的光学图案；以及iii)基于相位数据确定描绘物体的至少一个区域的表面状况的数据，所述相位数据与在所述第一图像中成像时的光学图案的至少一个区域的相位相关，其中使用从在所述第二图像中成像时物体的对应区域获得的相位数据来解决从所述第一图像中获得的相位或表面状况数据中的任何模糊。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤i)中的物体和光学图案的投影仪的相对位置和相对方位中的至少一个不同于步骤ii)中的物体和光学图案的投影仪的相对位置和相对方位。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过公共光学图案投影仪单元提供在步骤 i)中成像的光学图案的投影仪和在步骤ii)中成像的光学图案的投影仪，该公共光学图案投影仪单元包括至少一个投影仪，以及该方法还包括在步骤i)和ii)之间相对地移动物体和所述光学图案投影仪单元。
4.根据权利要求3所述的方法，包括相对于物体移动所述光学图案投影仪单元。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在步骤ii)成像的所述光学图案的所述投影仪是在步骤i)成像的所述光学图案的所述投影仪。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，步骤i)和步骤ii)中投映到物体上的所述光学图案是相同的。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，第一图像和至少第二图像通过公共成像器装置获得，该公共成像器装置包括至少一个图像传感器，并且该方法包括从第一视角向第二视角移动所述成像器装置。
8.根据权利要求3或7所述的方法，其中，所述光学图案投影仪单元和成像器装置相对于彼此处于固定的空间关系。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，光学图案投影仪单元和成像器装置安装在坐标定位设备上。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，光学图案投影仪单元和成像器装置单元作为单个探针提供。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，包括将来自针对所述区域的所述第一图像的数据与源自针对至少一个区域的所述第二图像的数据相比较，以便识别相关区域数据，从而解决相位或表面状况数据中的任何模糊。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，该方法包括迭代比较源自所述第一图像和所述第二图像的数据，以便通过推导解决相位或表面状况数据中的任何模糊。
13.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，步骤iii)包括确定与物体的至少一个区域的不同可能的表面状况相关的多个不同数据组。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，步骤iii)包括基于从所述第二图像获得的数据识别哪个数据组最精确地表征物体，以便解决相位或表面状况数据中的任何模糊。
15.根据权利要求13或14所述的方法，包括基于从所述第二图像获得的数据选择要使用的数据组。
16.根据权利要求13-15之一所述的方法，其中，步骤iii)包括确定所述多个不同数据组中的哪个数据组与从所述第二图像获得的数据最为吻合。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，步骤iii)包括确定所述多个不同数据组中的哪个数据组与从所述第二图像获得的与物体的所述区域相关的数据最为吻合。
18.根据权利要求13-17之一所述的方法，其中，步骤iii)包括基于对所述第一视角和所述第二视角的了解，针对至少一些所述不同的数据组确定所述第二图像的、与物体的已经获得所述数据组所针对的区域相对应的部分。
19.根据权利要求13-17之一所述的方法，其中，步骤iii)包括确定所述多个不同数据组中的哪个数据组与从所述第二图像获得的数据的形式最为吻合。
20.根据权利要求13-19之一所述的方法，包括针对不同数据组中的至少一些数据组，从中推断与物体的所述区域相关的数据，所述与物体的所述区域相关的数据本应该是从所述第二视角获得时的数据；以及将所推断的数据与从所述第二图像实际获得的与物体的所述区域相关的数据相比较。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所推导的数据就如同从所述第二图像获得的数据那样与所期望的光学图案相关。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中，所推导的数据和实际的数据与光学图案的扭曲相关。
23.根据权利要求20或21所述的方法，其中，所推导的数据和实际的数据与光学图案的相位相关。
24.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，步骤iii)包括a)从第一图像计算至少一个相位图；以及b)从所述至少一个相位图计算多个不同的数据组，所述多个不同的数据组与针对物体的所述至少一个区域的可能的表面状况相关。
25.根据权利要求M所述的方法，其中，步骤i)包括取得基本从相同的第一视角获得的多个第一图像，以及步骤a)包括从多个图像计算所述至少一个相位图。
26.根据权利要求M或25所述的方法，其中，步骤iii)还包括x)从第二图像计算相位图；y)针对在步骤b)确定的多个不同数据组中的至少一些数据组，从中推断针对第二视角的对应相位图数据；以及ζ)识别所计算的相位图数据中的哪个相位图数据与第二图像的相位图的对应区域的形式最为吻合。
27.根据权利要求沈所述的方法，其中，步骤ii)包括取得基本从相同的第二视角获得的多个第二图像，以及步骤χ)包括从所述多个图像计算所述至少一个相位图。
28.一种用于物体的非接触式检查的设备，包括至少一个投影仪，用于向待检查的物体上投映光学图案；至少一个成像器装置，用于从第一视角和至少第二视角获得物体的第一图像和至少第二图像，光学图案投映在物体上；以及分析器，构造成基于在第一图像中成像时的光学图案确定物体的至少一个区域的表面状况，其中从在第二图像中成像时的物体的对应区域获得的相位数据用于解决从第一图像中获得的相位或表面状况数据的任何模糊，其中第二图像中的光学图案当落在物体上时不同于第一国像中的光学图案。
全文摘要
本发明一种通过分析投映在物体上的图案的相位来检查物体的一范围的表面状况的非接触式方法。该方法包括取得物体的从第一视角获得的第一图像，光学图案投映在物体上；以及取得物体的从第二视角获得的第二图像，光学图案投映在物体上，但第二图像中的光学图案当落到物体上时不同于第一图像中的光学图案。该方法还包括基于与在第一图像中成像时的光学图案的至少一个区域的相位相关的相位数据确定描述物体的至少一个区域的表面状况的数据。使用在第二图像中成像时的物体的对应区域获得的相位数据解决从第一图像获得的相位或表面状况数据中的任何模糊。
文档编号G01B11/00GK102483319SQ201080040329
公开日2012年5月30日 申请日期2010年9月6日 优先权日2009年9月11日
发明者伊冯娜·鲁思·赫德阿特, 尼古拉斯·约翰·韦斯顿 申请人:瑞尼斯豪公司