用于对支架状物件进行光学检查和分析的设备和方法

用于对支架状物件进行光学检查和分析的设备和方法
【专利摘要】一种设备(100)，包括用于以可旋转的方式保持和定位至少一个支架状物件(400)的装置(200)以及用于对支架状物件(400)的至少内表面和外表面(I、O)进行照明的装置(30E、30B)，装置(30E、30B)至少包括用于同时对支架状物件(400)进行照明的宽场epi照明装置(30E)和扩散式背部照明装置(30B)。该照明装置还可以包括用于对支架状物件(400)的侧表面(S)进行检查的扩散式侧部照明装置(30S)。还设置有用于获取支架状物件(400)的图像的装置，该装置包括至少一个显微镜物镜透镜(610)和至少一个相机(620)。
【专利说明】
用于对支架状物件进行光学检查和分析的设备和方法
技术领域
[0001] 本公开涉及用于对支架状物件进行检查和分析的设备。更具体地，本公开涉及用 于对支架状物件的表面的至少一部分进行光学检查和分析以及用于至少确定该支架状物 件的关键尺寸、边缘圆度和表面缺陷的设备。本文还公开了用于对支架状物件进行光学检 查和分析的方法。
[0002] 本设备和方法均能够为操作者提供例如有利于对支架状物件进行表征的信息。本 设备和方法旨在辅助操作者根据需要来确定应该接受还是丢弃该支架状物件。
【背景技术】
[0003] 在许多应用中，通常需要检测和/或检查精密管部件的诸如内表面、外表面和/或 侧表面的壁以探测或识别其中的缺陷。在许多特定的应用中，应该以非接触的方式一一诸 如通过使用光学装置一一实施该检查。
[0004] 下文中将涉及的管部件一般为支架状物件。需要被检查的支架状物件的示例为诸 如支架的医疗器件。然而，本设备和方法还能够用于检测和/或检查用于不同的应用中的许 多其他管部件。
[0005] 支架为由金属的网状结构制成的较小的空心筒状体，该支架特别地设计用于例如 心血管疾病的治疗，以临时保持自然管道打开以允许进行手术或在体内插入自然通道或管 道，从而防止或阻止疾病诱发的流动缩窄。该支架的网状结构限定可沿径向扩展的支柱。该 支柱通过连接元件互相连接以使得在相邻的支柱之间形成侧部开口或间隙。该支柱和连接 元件由此形成管支架本体，该管支架本体具有内表面、侧表面以及待与组织接触的外表面。 支架可以根据其具体应用而被制造成具有各种尺寸。如以上所述，支架还可以涂覆有药物 以辅助疾病或病情的治疗。
[0006] 支架是关键的元件。支架被用在人体的诸如有血液流动的区域中。因此，支架的检 查具有高度的重要性。需要对支架的表面进行仔细的、精确的检查以识别例如小瑕疵的全 部缺陷，以使得当发现缺陷尺寸高于给定的阈值时丢弃该支架。该检查必须能够确保仅极 高质量的支架才能够被接受以用于人体中。如果有缺陷未被该检查检测到，则该支架的功 能可能发生故障从而可能导致人体中的严重并发症。此外，化学涂覆的支架通常要求其支 柱没有不可接受的缺陷，以使药物在其支柱上稳定且均匀地分布。
[0007] 对支架的检查通常为手动实施的过程。这种检查是由技术操作者利用常规的光学 放大工具辅助来进行。然而，这种检查涉及缓慢的、劳动密集的并且昂贵的用于支架的质量 控制的过程。此外，对于手动过程而言，该检查受制于由许多原因一一诸如疲劳一一导致的 人为失误。由于这些原因，手动检查在支架的制造过程中存在极大困难和非常高的成本问 题。
[0008] 替代性地，已经自动地实施了支架的检查。这通过检查系统进行实施，该检查系统 检验支架的潜在缺陷，将所发现的缺陷分类并且提示操作者正在检查的特定的支架是可接 受的或不合格的。
[0009]例如，文献US8311312公开了基于计算机的用于检查支架的方法。该方法包括:获 取支架的一部分的图像;通过对所获取的图像进行计算机分析而在该支架的所述部分中寻 找缺陷；检索来自先前检查的聚合物支架的可接受的缺陷的样本和不可接受的缺陷的样 本；以及将所发现的缺陷与所述可接受的缺陷和不可接受的缺陷进行比较并且确定是接受 该支架还是丢弃该支架或者手动检查该支架。
[0010]文献US8081307公开了一种用于检查支架的方法。该方法包括:建立支架的图像； 对通过遮盖该图像中的支架的支柱而获得的图像进行分析；以及识别与在将支架的支柱遮 盖之后的所述图像中保留的特征有关的缺陷。通过识别图像中的单独的支柱的宽度、高度、 长度等的测量值的偏差而确定缺陷。
[0011] 文献US8237789公开了一种用于对支架进行自动照明和检查的设备。该设备包括 用于保持支架的装置、电子相机、透镜、基于计算机的电子成像系统以及用于对支架的表面 进行照明的装置。支架照明装置包括用于建立暗场照明装置的环形灯以及用以将支架的图 像形成为明亮背景下的暗目标的透照装置。在该文献所公开的设备中，通过所述暗场照明 而从顶部对支架的表面进行照明，所述暗场照明基于引起来自表面缺陷的镜面反射的掠射 照明。
[0012] 上述设备具有的主要缺点在于其不会为操作者提供关于物件的表面上的缺陷的 全面的信息。这导致例如操作者可能因为检测到缺陷而将被检查的物件丢弃，但实际上该 缺陷在可接受的阈值以内。
[0013]已经发现，用以确保支架的最高质量的最可靠的系统是将光学系统与技术操作者 相结合，技术操作者基于检查系统提供的信息最终确定正在被检查的支架是被接受还是被 丢弃。
[0014] 因此，仍需要如下的用于检查支架状物件的设备和方法:该设备和方法允许对待 使用的支架状物件的关键尺寸进行精确测量，并且能够为操作者提供用于确定被检查的支 架状物件是被接受还是被丢弃的有用信息。

【发明内容】

[0015] 本文公开了如权利要求1中限定的设备，该设备用于对支架状物件进行辅助的光 学检查和分析并且具体地用于对支架状物件的至少内表面和外表面以及甚至侧表面进行 辅助的光学检查和分析。本设备还适用于以高精确度和可靠性来确定支架状物件的关键尺 寸、边缘圆度和表面缺陷。
[0016] 本文还公开了一种如权利要求11中限定的用于对支架状物件进行光学检查和分 析的方法。本方法由能够通过上述设备实施的多个步骤组成。
[0017] 从属权利要求中公开了其他有利的实施方式。
[0018] 本文中所使用的支架状物件为诸如例如支架的管部件。本设备的一个特别的应用 为裸金属支架的检查，该裸金属支架为诸如由不锈钢或CoCr合金制成的支架、由形状记忆 材料--如镍钛诺--制成的支架、由生物可吸收的材料制成的支架以及药物洗脱支架 (DES)等。然而，不排除能够通过本设备进行检查的其他管部件。
[0019] 此外，本文中所使用的、支架状物件的关键尺寸涉及其横向尺寸。在支架的特别情 况中，支架的在本公开的意义范围内的关键尺寸涉及支架的一个支柱的横向尺寸。横向尺 寸可以对应于例如支柱的厚度。
[0020] 此外，同样在本公开的意义范围之内，支架状物件的外表面或外壁可以限定为支 架状物件的位于上水平平面中的表面，其中，当显微镜物镜的光轴与支架状物件的纵向轴 线相交时，该上水平平面与显微镜物镜的光轴大致垂直。
[0021] 在本公开的意义范围内，可以以相同的方式将支架状物件的内表面或内壁限定为 支架状物件的位于下水平平面中的表面，其中，当显微镜物镜的光轴与支架状物件的纵向 轴线相交时，该下水平平面与上述上水平平面大致平行并且与显微镜物镜的光轴大致垂 直。在该支架的特定情况中，该内表面为在使用时处于该支架的本体的内部的表面。
[0022] 该支架状物件的侧表面或侧壁为如下所述的表面：当显微镜物镜的光轴与支架状 物件的纵向轴线相交时，该表面与上述上水平平面和下水平平面大致垂直并且与显微镜物 镜的光轴大致平行。
[0023] 本设备在与被检查的支架状物件的表面没有任何机械接触的情况下进行操作。本 设备和方法均依赖于使用光学技术。
[0024] 本设备包括用于保持并安置至少一个支架状物件的装置。该保持和定位装置可以 优选地为旋转型，即该保持和定位装置适于以可旋转的方式保持并安置该支架状物件。也 就是说，该保持和定位装置适于保持至少一个支架状物件并将其定位成能够旋转、优选地 能够围绕该支架的纵向轴线旋转。
[0025] 在该保持和定位装置的一般实施方式中，该保持和定位装置可以包括例如第一可 旋转辊和第二可旋转辊。优选地，第一可旋转辊和第二可旋转辊均由具有高精度外表面涂 层的金属芯制成。该辊可以布置为至少大致地彼此平行并且以给定的间距彼此分开。该辊 适于沿各自的纵向轴线以彼此相同的方向旋转。可以设置合适的驱动装置以使辊旋转从而 使支架状物件旋转以用于检查。
[0026]在该设备的一些实施方式中，可以将支架状物件设置为直接坐置在上述第一辊和 第二辊的高精度表面上，以使得该辊的旋转导致该支架状物件的旋转。然而，在最优选的实 施方式中，除了所述第一可旋转辊和第二可旋转辊之外，该保持和定位装置还包括以可自 由旋转的方式被支承在所述第一辊和第二辊上的第三辊。该第三辊可以与第一辊和第二辊 类似地制造，即该第三辊由具有高精度外表面涂层的金属芯制成。然而，该第三辊的直径可 以不同于第一辊和第二辊的直径。在该保持和定位装置的此特定的实施方式中，还设置有 管构件，该管构件设置为附接至该第三辊、与该第三辊连接、配合至该第三辊或与该第三辊 成一体。此管构件被布置成以与该第三辊同心的方式从该第三辊向外突出。该管构件可以 为例如毛细管。通常，该管构件可以为由玻璃或比如允许光穿过的任何其他合适的材料制 成的薄壁管。这种管构件的外表面适用于一一即被定尺寸成一一接收将其围绕的支架状物 件。
[0027] 在保持和定位装置的此优选实施方式中，允许支架状物件的表面缺陷一一例如在 操作时导致的表面缺陷一一被简单且可靠地安置以进行检查，并且在该支架状物件围绕该 保持和定位装置的辊旋转时避免不期望的运动，如微跳。
[0028] 在任何情况下，保持和定位装置的第一辊和第二辊安装在可移位的台上。该可移 位的台布置成能够在水平平面上移动以对支架状物件进行合适的定位。
[0029]用于保持和安置支架状物件的装置形成高精度机电模块或滚动台，该机电模块或 滚动台用于在设备中对支架状物件进行装载和卸载以及用于以高的总体精度一一可以具 有1微米或更小的量级一一将支架状物件以给定的纵向、径向和成角度的定位进行布置。
[0030] 本设备还包括用于获取正在被检查的支架状物件的图像的装置。所述图像获取装 置包括至少一个显微镜物镜和至少一个相机。优选地，所述图像获取装置的相机为高分辨 率相机。这种高分辨率相机适于基于单行像素传感器进行操作，而不是基于像素矩阵传感 器进行操作，即该高分辨率相机适于操作成线扫描相机。
[0031] 设置有用于对支架状物件的内表面和外表面进行照明的装置。根据本设备的一个 重要特征，用于对支架状物件的内表面和外表面进行照明的装置包括至少两种类型的照 明：荧光(epi)照明装置和背部照明装置。更具体地，用于对支架状物件的内表面和外表面 进行照明的装置包括宽场epi照明装置和扩散式背部照明装置。
[0032] 宽场epi照明装置适于以使得光定向成大致垂直于支架状物件的内表面和外表面 (内壁和外壁)一一即大致竖向一一的方式对支架状物件进行照明。在本设备中，宽场epi照 明装置与上述显微镜物镜的光轴同轴。这意味着光通过显微镜物镜的光轴到达支架状物件 的内表面和外表面（内壁和外壁）。
[0033] 因此，在本设备中，借助于两种不同的照明装置(epi照明装置和背部照明装置）的 组合对支架状物件的表面进行照明。此双照明装置适于当设备在使用中时同时对支架状物 件进行照明。通过不同的照明装置同时对支架状物件的表面或壁进行照明是本设备的重要 特征。该特征包括当通过本设备对支架状物件进行检查时epi照明装置和背部照明装置同 时工作。
[0034]宽场epi同轴照明装置和扩散式背部照明装置中的至少一者包括至少一个发光二 极管(LED)。在一个非限制性示例中，扩散式背部照明装置可以为例如在前部具有扩散器的 IOcm长的绿色LED棒。该扩散器配置成引起发光面的每个点沿所有方向发光。通常，优选地， 该设备的背部照明装置包括高强度线性扩散LED照明器。
[0035] 上述照明装置适用于检查支架状物件中的支柱的内壁和外壁，从而允许对至少其 关键尺寸、边缘圆度和表面缺陷进行精确的分析。在支架的特定情况中，能够检查支柱的内 壁的边缘圆度和表面缺陷是非常有利的，因为这降低或消除了当具有表面缺陷的支架的表 面缺陷扩展并蔓延至该支架的支柱的内壁中时损坏该支架的扩张能力的风险。
[0036] 在本设备的一些实施方式中，用于对支架状物件进行照明的装置还可以包括扩散 式侧部照明装置。这种照明装置适于对支架状物件的侧表面或侧壁进行照明。
[0037] 因此，可以存在本设备的有利的实施方式，其中，用于对支架状物件的内表面和外 表面进行照明的装置包括三种类型的照明装置:epi照明装置、背部照明装置和侧部照明装 置。
[0038] 具体地，上述扩散式侧部照明装置适于检查支架状物件中的支柱的侧表面，即侧 壁，并且适于分析至少其关键尺寸、边缘圆度和表面缺陷。如以上所述，支架状物件的侧表 面或侧壁为如下所述的表面：当显微镜物镜的光轴与支架状物件的纵向轴线相交时，该表 面与显微镜物镜的光轴大致平行。再次，在支架的特定情况中，能够检查支柱的侧壁的边缘 圆度和表面缺陷是非常有利的，因为这降低或消除了当具有表面缺陷的支架的表面缺陷扩 展并蔓延至该支架的支柱的侧壁中时损坏该支架的扩张能力的风险。
[0039] 设置有包括上述epi照明装置的传感器头部。该传感器头部还包括透镜、准直仪、 放大光学器件和具有计量功能的元件。该传感器头部能够提供二维(2D)成像功能以获得正 在被检查的支架状物件的外表面、内表面和侧表面的高速聚焦的彩色图像。
[0040] 然而，该传感器头部还能够通过两个不同的实施方式提供三维(3D)成像功能。
[0041] 在第一个实施方式中，3D成像功能能够通过如下所述的传感器头部而获得:该传 感器头部设置有用于使该传感器头部竖向移动的竖向扫描台设备、标准的显微镜物镜和用 于将至少一个结构化的照明图案投射至支架状物件的表面上的装置。该结构化的照明图案 适于确定支架状物件的表面的轮廓和/或支架状物件的所述表面中的涂层的厚度。
[0042]在第二个实施方式中，3D成像功能能够通过设置有所述竖向扫描台设备和干涉显 微镜物镜的传感器头部而获得。该干涉透镜适于确定支架状物件的表面的轮廓和/或粗糙 度，和/或支架状物件的表面的涂层的厚度。
[0043]在一些实施方式中，还可以设置电子图像处理系统。所述电子图像处理系统能够 分析通过上述图像获取装置获取的图像。
[0044] 该检查过程受到合适的软件应用程序的控制，该软件应用程序能够根据在支架状 物件上实施的检查和分析而将数据分析显示给操作者。此软件应用程序通过合适的图形用 户界面进行操作，该图形用户界面允许操作者在已被检查的支架状物件上实施所需的测 量。这允许操作者对通过检查收集的数据进行后续的分析并且最终决定接受或者丢弃经检 查的支架状物件。关于软件应用程序，本设备设置手动操作模式和辅助操作模式。
[0045] 在为了支架状物件的检查而进行的产品研究和开发中使用手动操作模式。在此模 式下允许操作者进行照明和聚焦调节、实时图像观察、实时图像中的关键尺寸的测量、2D图 像获取及图像分析(如屏幕截图、扩展的焦距、视野或展开的部分）、3D图像获取及分析(轮 廓、粗糙度、涂层的厚度的测量）、获得记录文件、检查报告等。手动操作模式为操作者提供 专业化的度量以对如下所述的不同阶段中获得的结果进行分析:这些步骤包括支架状物件 的开发和制造(例如，检验初始物件的规格、激光切割、电解抛光、热处理、涂覆等）、生产设 备的微调和过程优化以及公差的设定和随后在对支架状物件进行检查的辅助模式中使用 的缺陷的识别。
[0046] 辅助操作模式主要用于生产控制，但也用于过程控制和优化。在此模式中，该设备 自动地实施测量、对结果进行分析、登记文件、产生检查结果报告以及在所述数据变得可用 时立即通知操作者。在此模式中，可以通过将支柱划分为若干区段来进行对支架状物件的 相关方面的在线测量。向操作者提供这种测量的结果以及基于缺陷的信息等。操作者随后 能够决定该支架状物件被接受还是被丢弃。操作者还能够跳过该测量。在任何情况中，该设 备不做出决定。
[0047]通过上述设备，提供了用于对支架状物件进行检查的优化的方案。已显示出，此方 案在研究和开发以及产品开发阶段或者在中间检查或最终检查以及支架状物件的质量控 制过程方面均非常高效。
[0048]本设备提供关于支架状物件的表面的缺陷的详细信息，具体地，提供关于支柱的 内表面和外表面一一即内壁和外壁一一中的缺陷的信息、关于支柱的侧表面或侧壁中的缺 陷的信息以及关于支柱的边缘的质量的信息(支柱圆度）。本设备还能够提供关于支柱圆度 的详细信息，这是本设备相对于现有技术方案的一个重要优势，其中，实施仅在支柱的最外 部部分中的特定区域内进行的部分检查。
[0049] 在每个支架的检查过程的最后，本设备能够产生关于所实施的完整序列的操作的 数据、测量的结果以及由操作者根据该设备提供的结果做出接受或者丢弃该支架的决定。 如果操作者认为有必要，可以检索支架的任何位置处的实时图像并要求该设备进行额外的 测量和分析。在任何情况中，决定接受还是丢弃支架状物件是操作者的唯一职责。
[0050] 还提供了用于对支架状物件进行光学检查和分析的方法。此方法可以通过上述设 备来实施。
[0051] 根据所述方法，可由操作者将至少一个支架状物件装载在如以上所述的一个检查 设备中的可旋转的保持和定位装置上。然后，操作者输入检查数据，如批次ID、支架状物件 ID、操作、支架状物件型号和分析设定(关键尺寸、边缘、缺陷）。
[0052]随后，支架状物件相对于设备的照明装置移动或定位。因此，支架状物件定位成使 得该支架状物件的表面或壁一一例如内表面或外表面一一中的至少一部分能够被所述照 明装置合适地照明并被图像获取装置聚焦。
[0053]在此特定位置下，支架状物件同时被宽场epi同轴照明装置和扩散式背部照明装 置照明。支架状物件的至少一部分被图像获取装置聚焦。
[0054] 支架状物件通过所述保持和定位装置而围绕该支架状物件的纵向轴线旋转，同时 通过高分辨率线扫描相机一行一行地获取该支架状物件的表面的图像。这使得支架状物件 的内部的和外部的聚焦的展开的部分图像被获得并被显示给操作者。
[0055] 在设置有扩散式侧部照明装置的设备的上述实施方式中，本方法可以包括使支架 状物件相对于照明装置定位成使得宽场epi同轴照明装置的光轴和图像获取装置的光轴 (二者为同一光轴)相对于支架状物件的纵向轴线横向移动一段距离或横向位移Ay。
[0056] 支架状物件还相对于图像获取装置定位成使得该支架状物件的侧表面竖向移位 一段距离或竖向位移Λζ直至到达聚焦位置。在支架状物件的此特定位置，支架状物件的侧 表面的中心点被聚焦并且同时被扩散式侧部照明装置和扩散式背部照明装置照明。然后， 支架状物件通过保持和定位装置而围绕该支架状物件的纵向轴线旋转，因而该支架状物件 的侧表面或侧壁的图像以一行一行的方式被获取。因此获得支架状物件的展开的侧表面图 像。
[0057]光轴相对于正在被检查的支架状物件的纵向轴线的上述横向位移Ay可以通过公 式[Δ y = A · Sina]来确定，并且该竖向聚焦位置的竖向位移Δ ζ可以通过公式[Δ ζ = Α(1_ cosa)]来确定。在两个公式中，a为光轴与穿过支架状物件的纵向轴线和中心点的线之间的 夹角，并且A为从支架状物件的纵向轴线到中心点的距离。换句话说，所述距离A还可以通过 从支架状物件的外径减去所述支架状物件的侧表面的关键尺寸的一半而确定。优选地，所 述夹角a在约30°至约50°的范围内，其中40°为最优选的，是对于展开的侧表面图像上的较 浅的区域深度和较大的侧壁尺寸而言的最优值。
[0058]通过本方法为操作者提供关于来自所获取的支架状物件的图像的支架状物件的 表面的关键尺寸和/或支架状物件的表面的边缘圆度和/或支架状物件的表面的表面缺陷 的信息。支架状物件的关键尺寸的示例可以是其厚度、支架状物件的支柱的尺寸并且一般 为支架状物件的支柱的几何尺寸。
[0059]因此，本设备和方法提供用于进行尺寸控制的功能，即用以精确地测量支架状物 件的几何结构，用以检测缺陷，如支架状物件的内表面、外表面和侧表面或侧壁中的裂纹、 刮痕、侵蚀、污染、缺少涂层的区域等。本设备和方法还提供用于测量缺陷的3D轮廓、支架状 物件的内表面、外表面和侧表面或侧壁的涂层的粗糙度和厚度的功能。
[0060] 除前述内容之外，已显示出，本设备和本方法比现有技术中可获得的目前的设备 和方法显著地快很多。例如，已显示出，对于标准的冠状动脉支架，本设备和本方法比已知 的现有技术的设备和方法快5分钟。此外，由于本设备的简单的构造，显示出本设备为简单 且性价比高的方案。
[0061] 基于对所描述的内容的考察或通过对所描述的内容的实践可以理解的，本领域普 通技术人员将清楚用于对支架状物件进行光学检查和分析的本设备和方法的实施方式的 其他目标、优势和特征。
【附图说明】
[0062] 以下将借助于非限制性示例对用于对支架状物件进行光学检查和分析的本设备 和方法的具体示例进行描述。该描述通过参照附图而给出。
[0063] 在所述附图中：
[0064] 图1为用于对支架状物件进行光学检查和分析的本设备的一个实施方式的图解性 一般视图；
[0065] 图2为用于对支架状物件进行光学检查和分析的本设备的一个实施方式的图解性 视图，其中示出如何在epi照明装置和背部照明装置同时工作时实施本方法；
[0066] 图3为用于对支架状物件进行光学检查和分析的本设备的一个实施方式的图解性 视图，其中示出如何在使用epi照明装置、背部照明装置和侧部照明装置时实施本方法；
[0067] 图4为支架的保持和定位装置的一个优选实施方式的图解性俯视图；以及
[0068] 图5为图4中示出的支架的保持和定位装置的优选实施方式的图解性立面图。
【具体实施方式】
[0069] 根据附图的图1-5中示出的非限制性示例，下文将描述用于对支架状物件进行光 学检查和分析的设备。根据所示出的具体示例而描述的设备和方法用于对支架400进行检 查和分析。因此，此处使用支架400作为支架状物件的非限制性示例。
[0070] 图1示出设备100的图解性一般示例。在此示例中，本设备100包括传感器头部110， 传感器头部110能够提供二维(2D)成像功能和三维(3D)成像功能。
[0071] 传感器头部110包括将在下文详细描述的照明装置。传感器头部110中的照明装置 适于将光投射至支架400的外表面0的部分和内表面I的部分中。
[0072] 传感器头部110还包括用于获取支架400的表面0、1的部分的图像的装置。在所示 出的【具体实施方式】中，该图像获取装置包括显微镜物镜610。
[0073]传感器头部110能够通过两个不同的实施方式提供3D成像功能。
[0074]在第一个实施方式中，传感器头部110设置有竖向扫描台设备23+5,竖向扫描台设 备235用于使传感器头部110竖向移动以获得支架400的在不同平面中的图像。因此，传感器 头部110能够获得支架400的外表面0、内表面I和侧表面S的高速聚焦的彩色图像。在此实施 方式中，传感器头部110还设置有标准的显微镜物镜610和用于将结构化的照明图案660投 射至支架400的表面I、0上的装置30E'。这种结构化的照明图案660适用于确定支架400的外 表面0、内表面I和侧表面的轮廓和/或支架400的所述表面I、0、S中的涂层的厚度。该结构化 的照明装置30E '包括:光源，该光源在所示出的示例中包括LED 630 第一透镜，该第一透 镜在所示出的示例中为准直仪640 '以用于将来自LED630 '的光汇聚;第二透镜650结构化 的照明图案660;以及光束分离立方体702。
[0075] 在第二实施方式中，能够通过设置有用于使传感器头部110竖向移动的竖向扫描 台设备235的传感器头部110来获得3D成像功能。与先前的实施方式相比，此时的传感器头 部110应用干涉显微镜物镜。该干涉显微镜物镜适用于确定支架400的表面I、0、S的轮廓和/ 或粗糙度，和/或支架400的表面I、0、S的涂层的厚度。在此特定的实施方式中不需要结构化 的照明图案投射装置30E'。
[0076] 在所有情况中，传感器头部110中设置有高分辨率线扫描相机620。与线扫描相机 620相邻地设置有用于改变图像的尺寸的场透镜625。
[0077] 照明装置包括宽场epi照明装置30E。宽场epi照明装置30E适于使光从设备100的 顶部大致竖向地并与显微镜物镜610的光轴L同轴地定向。
[0078] 为了达到此目的，宽场epi照明装置30E包括:光源，该光源在所示出的具体示例中 包括LED 630;第一透镜，该第一透镜在所示出的示例中为准直仪640以用于将来自LED 630 的光汇聚;第二透镜650;以及光束分离立方体701。
[0079]光束分离立方体701、702适于将照明装置3(^、3(^'与图像获取装置联接。
[0080]结构化的照明装置30E'使得支架400的内表面I和外表面0的轮廓和/或支架400的 所述内表面I和外表面〇中的涂层的厚度能够被确定。应当注意的是，宽场ep i照明装置30E 和结构化的照明装置30E'交替地进行操作，即，在使用时，当宽场epi照明装置30E被启动 时，用于投射结构化的照明图案660的装置30E '则不被启动，反之亦然。
[0081] 根据以上所述，在传感器头部110中限定了两个照明分支L1、L2以及成像分支L3。
[0082] 设备100的照明装置还包括如附图的图1、2、3和5中所示的扩散式背部照明装置 30B。所述背部照明装置30B适于使光从设备100的底部大致竖向地定向。本实施方式中的扩 散式背部照明装置30B包括具有IOcm长的绿色LED棒30BL的高强度线性扩散LED照明器以及 布置在前部部分上的扩散器。该扩散器适于使得LED 30BL中的发光面的每个点沿所有的方 向向支架400发光。
[0083] 设备100还包括高精度机电模块或滚动台。该高精度机电模块或滚动台包括用于 以可旋转的方式保持和安置待检查的支架400的装置200。
[0084] 附图的图4和5中示出了保持和定位装置200的一个优选实施方式，该保持和定位 装置200包括第一辊210和第二辊220。第一辊210和第二辊220为由具有高精度外表面涂层 的金属芯制成的柱状体。
[0085] 辊210、220安装在水平支承台230上。水平支承台230能够在水平平面上移动。辊 210、220以使得其各自的纵向轴线211、221被布置成彼此大致平行的方式安装在支承台230 上。辊210、220以适于在其之间接纳待检查的支架400并使支架400自由地坐置在辊210、220 的高精度表面上的距离彼此分开地进行布置。辊210、220安装在支承台230上使得辊210、 220能够通过合适的驱动装置一一未示出一一围绕各自的纵向轴线211、221沿彼此相同的 方向旋转。辊210、220通过所述驱动装置围绕各自的纵向轴线211、221旋转以使得支架400 围绕支架400的纵向轴线E旋转。
[0086]图4和图5示出保持和定位装置200的一个优选实施方式。在此实施方式中，保持和 定位装置200除了包括上述辊210、220之外还包括第三辊300。保持和定位装置200的第三辊 300被支承在第一辊210和第二辊220上使得第三辊300能够自由旋转。第三辊300能够通过 第一辊210和第二辊220而围绕第三辊300的纵向轴线301旋转。
[0087]管构件500设置成从第三辊300同心地向外突出。该管构件500为薄壁玻璃毛细管 500,该薄壁玻璃毛细管500合适地设计成比如允许光穿过。为达到此目的，在此情况下，管 构件500由透明材料制成。毛细管构件500被合适地定尺寸成用于接纳支架400使得支架400 能够围绕管构件500嵌套并包围管构件500的外表面。
[0088]由于第一辊210和第二辊220通过驱动装置进行旋转，从而引起布置在第一辊210 和第二辊220上的第三辊300旋转。因此，还引起管构件500与支架400-起旋转。这允许进行 支架400的精确的旋转而无需考虑正在被检查的支架400的支柱上的任何缺陷。
[0089]保持和定位装置200的以上实施方式允许由操作者将支架400容易地装载和卸载 以及以极高的总体精度一一可以具有1微米或者甚至更小的量级一一将支架400沿合适的 给定的纵向、径向和成角度的方向进行布置。
[0090] 最后，在设备100的本实施方式中，照明装置还包括侧部照明装置30S。这种侧部照 明装置30S适于将光导向至支架400的侧表面或侧壁S的至少一部分。
[0091] 如以上所限定的，侧表面或侧壁S为支架400的如下所述的表面：当宽场epi同轴照 明装置30E以及图像获取装置的光轴L与支架400的纵向轴线E相交时，该表面与所述光轴L 大致平行。
[0092] 至于支架400的外表面0和内表面I，侧部照明装置30S允许检查支架400的侧表面S 的至少一部分，并允许分析支柱的关键尺寸CD。此外，还提供关于支架400的侧表面S的这些 部分中的边缘圆度和表面缺陷的信息。
[0093]至少宽场epi同轴照明装置30E与扩散式背部照明装置30B彼此组合成在使用时被 同时启动以用于对支架400的外表面0和内表面I的部分进行照明。对支架的支柱的表面或 壁1、〇进行的双组合同时照明允许精确地获得所述检查信息。
[0094]在所示出的具体示例中，设置有电子图像处理系统。该电子图像处理系统能够对 通过图像获取装置获取的图像进行分析。操作者能够在正在被检查的支架400上实施测量， 因而能够实施对所收集的数据的后续分析以做出接受或者丢弃经检查的支架400的最后决 定。
[0095]由设备100实施的检查过程受到软件应用程序的控制。此软件应用程序通过相应 的图形用户界面向操作者提供数据分析。
[0096]为了使用上述设备100通过本方法对支架400进行检查和分析，操作者将支架400 装载在设备100的保持和定位装置200上。当使用保持和定位装置200的优选实施方式时，通 过小心地将支架400装配成围绕第三辊300的管构件500并将第三辊300布置在第一辊210和 第二辊220上来实施支架400的装载。支架400通过水平支承台230、竖向扫描台设备235以及 辊210、220、300而被合适地布置，以使得支架400的内表面I或外表面0的一部分被宽场epi 照明装置30E和扩散式背部照明装置30B照明，并且使得支架400的内表面I或外表面0的所 述部分被图像获取装置合适地聚焦。如图2中图解地示出。
[0097] 一旦支架400相对于照明装置30E、30B和图像获取装置被合适地布置，则支架400 被宽场epi同轴照明装置30E和扩散式背部照明装置30B同时照明并被图像获取装置聚焦。 然后，驱动装置使辊210、220旋转因此使具有管构件500的第三辊300旋转，因而使得围绕管 构件500装配的支架400也围绕支架400的纵向轴线E旋转。如图4和图5中所示，支架400的纵 向轴线E与第三辊300的纵向轴线301重合。当支架400围绕其纵向轴线E旋转时，支架400的 内表面I和外表面O的图像被高分辨率线扫描相机620-行一行地获取。因此，支架400的内 部的和外部的聚焦的展开的部分图像被获得，并且能够通过显示器展示给操作者。
[0098]为了检查支架400的侧表面S或侧壁的至少一部分，由操作者如以上所述地将支架 400装载在保持和定位装置200上，使得支架400定位成使得宽场epi同轴照明装置30E和图 像获取装置的光轴L以预定的横向距离或位移Ay进行偏移。所述横向位移Ay由如图3中所 示的光轴L至支架400的纵向轴线E的水平距离限定。Ay可以通过公式Ay = A · Sina被确 定。实施支架400的相对竖向位移Λζ直至到达聚焦位置。所述竖向位移Λζ由如图3中所示 的支架400的侧表面S的一个位置所行经的竖向距离限定。Λζ可以通过公式Az=A(l- C〇S a)被确定。
[0099]在两种情况下，a为光轴L与穿过支架400的纵向轴线E和支架400的侧表面S的中心 点M的线之间的夹角。在一个优选实施方式中，夹角a在约30°至约50°的范围内，并且最优选 地，夹角a为约40°。如附图的图3所示，A为从支架400的纵向轴线E至支架400的侧表面S的中 心点M的距离。显然，距离A可以通过支架400的外径R或者通过支架400的内径Ri被限定。在 第一种情况中，距离A能够通过以下公式被确定：
[0100]
[0101] 而在第二种情况中，距离A能够通过以下公式被确定：
[0102]
[0103]其中，CD为支架400的侧表面或侧壁S的关键尺寸，并且在本示例中对应于支架400 的横向尺寸，即支架400的厚度，并且如以上所述，Ri为支架400的内径。
[0104]然后，支架400的侧表面S的中心点M被图像获取装置聚焦。支架400的侧表面S被扩 散式侧部照明装置30S和扩散式背部照明装置30B同时照明。然后，驱动装置使辊210、220、 300旋转，因而围绕管构件500装配的支架400围绕支架400的纵向轴线E旋转。当支架400旋 转时，其侧表面S的图像被高分辨率线扫描相机620-行一行地获取。这使得支架400的侧部 展开的部分图像被获得并且能够通过显示器展示给操作者。
[0105] 通过所获取的支架400的图像，向操作者提供--例如显示--关于支架400的内 表面I、外表面0和侧表面S的关键尺寸CD、支架400的支柱的边缘圆度、支架400的表面I、0、S 中的表面缺陷等的信息。最终，操作者能够通过所述信息来决定接受或者拒绝支架400。
[0106] 尽管在此公开了本设备和方法的仅若干具体示例，本领域普通技术人员将理解的 是，可以做出其他替代性示例和/或应用以及显而易见的修改和等同物。本公开涵盖在此描 述的具体示例的所有可能的组合。
[0107] 本公开的范围不受到【具体实施方式】的限制，而应当仅由随附权利要求的一般性诠 释来确定。
[0108] 权利要求中的被置于括号内的涉及附图的附图标记仅用于提高权利要求的可理 解性的目的。因此，这种附图标记不应被理解为限制权利要求的范围。
【主权项】
1. 一种用于对支架状物件(400)的至少内表面（I)和外表面(0)的至少一部分进行光学 检查和分析并且确定至少所述内表面(I)和所述外表面(0)的关键尺寸(CD)、边缘圆度和表 面缺陷的设备（100)，所述设备（100)包括用于保持和安置至少一个支架状物件(400)的装 置(200)以及用于对所述支架状物件(400)的至少所述内表面（I)和所述外表面(0)进行照 明的装置(30E、30B)，其中，所述设备（100)还包括用于获取所述支架状物件(400)的图像的 装置，所述图像获取装置包括至少一个显微镜物镜(610)和至少一个相机(620)，并且其中， 用于对所述支架状物件(400)进行照明的所述装置(30E、30B)至少包括扩散式背部照明装 置(30B)以及与所述显微镜物镜(610)的光轴(L)同轴的宽场荧光照明装置(30E)，由此，所 述宽场荧光同轴照明装置(30E)和所述扩散式背部照明装置(30B)适于同时对所述支架状 物件(400)进行照明。2. 根据权利要求1所述的设备（100)，其中，用于对所述支架状物件(400)进行照明的所 述装置还包括扩散式侧部照明装置(30S)，所述扩散式侧部照明装置(30S)适于检查所述支 架状物件(400)的侧表面(S)和分析至少所述侧表面(S)的关键尺寸(CD)、边缘圆度和表面 缺陷。3. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备（100)，其中，所述设备（100)还包括能够 对由所述图像获取装置获取的图像进行分析的电子图像处理系统。4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的设备（100)，其中，所述设备（100)还包括用于 将至少一个结构化的照明图案投射至所述支架状物件(400)的表面(I、0、S)上的装置，以适 于确定所述表面(I、〇、S)的轮廓和所述表面(I、0、S)中的涂层厚度中的至少一者。5. 根据权利要求1至3中的任一项所述的设备（100)，其中，所述显微镜物镜(610)为干 涉透镜，所述干涉透镜适于确定所述支架状物件(400)的所述表面（I、0、S)的轮廓、所述支 架状物件(400)的所述表面(I、0、S)的粗糙度以及所述支架状物件(400)的所述表面(1、0、 S)的涂层厚度中的至少一者。6. 根据权利要求4或5所述的设备（100)，其中，所述设备（100)还包括用于获得所述支 架状物件(400)的在不同平面中的一系列图像的竖向扫描设备。7. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备（100)，其中，用于保持和安置所述支架状 物件(400)的所述装置(200)适于以可旋转的方式保持和安置所述支架状物件(400)。8. 根据权利要求7所述的设备（100)，其中，用于保持和安置所述支架状物件(400)的所 述装置(200)包括第一辊(210 )、第二辊(220 )、第三辊(300)以及管构件(500 )，所述第一辊 (210)和所述第二辊(220)布置成彼此至少大致平行并且适于沿彼此相同的方向旋转，所述 第三辊(300)坐置在所述第一辊(210)和所述第二辊(220)上并且能够随所述第一辊(210) 和所述第二辊(220) -起旋转，所述管构件（500)从所述第三辊(300)同心地向外突出并适 于接纳围绕所述管构件(500)的支架状物件(400)，并且所述管构件(500)制造成允许光穿 过。9. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备（100)，其中，所述宽场荧光同轴照明装置 (30E)和所述扩散式背部照明装置(30B)中的至少一者包括至少一个发光二极管(30BL)。10. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备（100)，其中，所述图像获取装置的所述 至少一个相机适于操作成线扫描相机。11. 一种用于对支架状物件（400)进行光学检查和分析的方法，所述方法包括下述步 骤： -将所述支架状物件（400)相对于照明装置（30E、30B)定位成使得所述支架状物件 (400)的表面（1、0)的至少一部分能够被所述照明装置(30E、30B)照明并且能够被图像获取 装置聚焦； 其中，所述方法还包括下述步骤： -由扩散式背部照明装置(30B)以及与所述图像获取装置的光轴(L)同轴的宽场荧光照 明装置(30E)同时对所述支架状物件(400)进行照明； -由所述图像获取装置对所述支架状物件(400)的至少一部分进行聚焦； 在使所述支架状物件(400)绕所述支架状物件(400)的纵向轴线(E)旋转的同时一行一 行地获取所述支架状物件(400)的表面（1、0)的图像，从而获得所述支架状物件(400)的聚 焦的展开的部分图像。12. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括如下步骤： -将所述支架状物件(400)相对于所述照明装置(30E、30B)和所述图像获取装置定位成 使得所述宽场荧光同轴照明装置(30E)和所述图像获取装置的所述光轴(L)相对于所述支 架状物件(400)的纵向轴线(E)横向偏移一段距离(Ay)，并且使得所述支架状物件(400)的 侧表面(S)竖向偏移一段距离(Λζ); -对所述支架状物件(400)的所述侧表面(S)的中心点(Μ)进行聚焦； -由扩散式侧部照明装置(30S)和所述扩散式背部照明装置(30Β)同时对所述支架状物 件(400)的所述侧表面(S)进行照明；以及 -使所述支架状物件(400)绕所述支架状物件(400)的纵向轴线(Ε)旋转以一行一行地 获取所述支架状物件(400)的所述侧表面(S)的图像，从而获得所述支架状物件(400)的展 开的侧表面图像。13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述光轴(L)至所述支架状物件(400)的所述纵 向轴线(Ε)的位移(Ay)对应于在所述光轴(L)与穿过所述支架状物件(400)的所述纵向轴 线(E)和所述中心点(M)的线之间的夹角(α)的正弦值乘以从所述支架状物件(400)的所述 纵向轴线(Ε)至所述中心点(Μ)的距离(Α)的值，并且其中，竖向聚焦位置的位移（Λζ)对应 于1减去所述夹角(α)的余弦值的差值乘以所述距离(Α)的值。14. 根据权利要求13所述的方法，其中，在所述光轴(L)与穿过所述支架状物件(400)的 所述纵向轴线(Ε)和所述中心点(Μ)的线之间的所述夹角(α)在约30°至约50°的范围内。15. 根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括从所获取的所 述支架状物件(400)的图像获得关于所述支架状物件(400)的所述表面(I、0、S)的关键尺寸 (CD)、所述支架状物件(400)的所述表面(I、0、S)的边缘圆度以及所述支架状物件(400)的 所述表面(I、〇、S)的表面缺陷中的至少一者的信息。
【文档编号】G01N21/952GK105849535SQ201380081839
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2013年12月27日
【发明人】费兰·拉瓜尔塔贝尔特兰, 卡洛斯·贝穆德斯波拉斯, 勒格·阿蒂加斯普尔萨尔斯, 克里斯蒂娜·卡德瓦尔阿蒂格斯
【申请人】森索法尔医疗公司