视觉系统处理器确定工件的姿态，并且在CMM运动控制器坐标系内建立了工件的 坐标。装置组件170包括如图所示彼此相对定向的一对直角棱镜172和173,所述一对直 角棱镜172和173共同限定顶表面平面174,顶表面平面174使总体上大于探针轴线至摄 像机轴线间距/偏移量S的总宽度WP延伸。棱镜172和173各自包括相应且相反的斜壁 176和178,每个斜壁以相等且相反的45度角AP向内延伸。这些壁176、178各自经由棱镜 将光路0P转向约90度使得大体来说光路0P如图所示的那样在棱镜内行进穿过间距/偏 移量S。以这种方式，探针110的接触点164沿着摄像机122的光轴0A显现。
[0042] 由棱镜172、173限定的顶表面平面174在示例实施方式中包括靶标或基准点180。 基准点180位于所描绘的（例如，左侧）棱镜172的顶部上并且可以在本文中限定为"接触 观察表面"（TVS)。如图所示，光从基准点180沿着光路0P经由整个装置170传播至所描 绘的（例如，右侧）棱镜173透过可以限定为"观察窗口"(VP)的顶表面。基准点可以通过 使用各种技术如金属沉积、丝网印刷和/或蚀刻应用在棱镜172的顶部上。可以实施任何 可接受的基准图案/设计，比如所描绘的具有十字的同心圆。通常在探针放在基准点上并 且辅助定向所述结构时，基准点180通过棱镜组件172、173对棱镜是可见的。显然，棱镜组 件172、173还包括使图像光线188在两个透镜之间平行（准直）的一对中继透镜182。中 继光学/透镜组件182的功率和形状高度可变，并且中继光学装置/透镜组件182的设计 对光学领域的技术人员来说应是显而易见的。在实施方式中，中继光学装置布置为远心透 镜。还应指出的是在图1等的图示中，成像光线188描绘为实线，而照明光线189(下面所 述）描绘为虚线。
[0043] 装置组件170包括结合的照明组件190,照明组件190由照明源（例如，LED单元 192)和聚光透镜194组成。照明组件190以与光路0P同线的方式定位在通常为常规设计 的分束器196后面。分束器196允许照明光如图所示的那样直接穿过（穿过摄像机光轴 0A，并且与其垂直）棱镜173的斜壁178,同时使得成像光线在光轴0A上转向90度。照明 光线189从分束器196透过校正中继光学装置182并且在棱镜172的壁176处呈90度转 向。光接着投射出棱镜顶部，透过基准点180。在所描绘的图1的结构100中，摄像机经由 观察窗口观察照明接触点164和照明基准图案180。
[0044] 应指出的是为清楚起见，未示出装置组件170的附属框架。可以在整合式单元中 采用任何可接受的框架或壳体来刚性地固定棱镜172、173、中继光学装置182、照明组件 190以及其他元件（例如，下面描述的场透镜）。该装置和其相关的壳体或框架可以适于选 择性地放置在CMM的检测体积空间152中和从其中移除作为临时附接（可移除）校准器， 所述校准器通常仅在校准过程期间存在于检测体积空间中。替代性地，装置框架/壳体可 以永久地安装在可移除地定位工件的检查区域下方（例如）的位置处。在永久安装情况 中，装置框架/壳体可以构建成保持工件的平台或可以位于平台下方。在空间152中的装 置170的z轴高度可以是广泛变化，因为当探针移动约z轴距离以接触顶表面平面174时， 刚性附接的摄像机自动定位在距顶表面174已知焦距的位置处。也就是说，摄像机与探针 同步地上下移动。
[0045] 图2示出了具有如上文所述那样布置（参见图1)的校准固定装置270的替代实 施方式的结构200,校准固定装置270具有直角棱镜272、273、中继透镜282和TVS棱镜272 上的基准点280。照明组件290也如上文描述的那样（参见图1)相对于分束器296与VP 棱镜272同线地布置。显然，VP棱镜273的顶表面包括用于多个目的的场透镜250。场透 镜250在整个摄像机视野中产生更亮且改良的照明式样（以菲涅耳透镜的形式），并且更 普遍地使摄像机透镜124表现得类似于远心透镜。场透镜还减小了由探针的球面几何形状 引起的视差误差，其中，光的反射"反光"实际上在没有透镜250的情况下显现在TVS棱镜 272的顶表面上。相反地，场透镜250将反光移动至顶表面的平面（图1中的174)。一般 来说，场透镜250将图像的聚焦放置在摄像机122的入射光孔处。
[0046] 可以设想上述场透镜（250)可以配装至本文所示和所述的该装置实施方式中的 任一者。为了使总体描述清楚起见，从所描绘的实施方式中省去了场透镜。
[0047] 参照图3,结构300示出了如上文所述那样布置（参见图1)的校准固定装置370 的另一替代实施方式，校准固定装置370具有直角棱镜372、373、中继透镜382和TVS棱镜 327上的基准点380。在该实施方式中，照明组件390相对于与TVS棱镜372共线安装的分 束器396布置。照明光线直接向上投射，沿着探针110的纵向轴线穿过斜壁376。在该实施 方式和其他实施方式中，照明组件390的聚光透镜394以远心透镜的形式扩散光束以有效 覆盖基准点380。因此，该实施方式中的照明光线不沿着中继光学装置行进。
[0048] 图4示出了具有如上文所述那样布置（参见图1)的校准固定装置470的又一替 代实施方式的结构400,校准固定装置470具有直角棱镜472、473、中继透镜482和TVS棱 镜472上的基准点480。照明组件490布置有聚光透镜494,聚光透镜494具有垂直于倾斜 TVS棱镜壁476的轴线IA。由此，轴线IA限定成延伸穿过照明源492并且反向穿过棱镜 472的直角拐角498。因此，照明光线直接传播至棱镜472而不存在分束器，并且如图所示 的那样定向成在棱镜内经历全内反射（TIR)。显然，当探针接触点164的稍端接触棱镜472 的顶表面时，照明结构形成限定为倏逝波耦合受抑TIR的效果。该接触导致相对棱镜473 中的观察窗口（VP)处的高反差的反光或闪亮。在所获图像中的这样的高反差点通过消除 会使探针位置不精确的潜在背景噪音有利地促进了校准过程。
[0049] 现在参照图5,图5描述了使用根据本文描述的实施方式中的任一者的校准固定 装置的一般校准过程500。在步骤510中，使探针平移（在x-y平面中）和伸出（沿着z 轴）以在基准点的中心处接触TVS表面。作为探针与基准点对准过程的一部分，摄像机通 过校准固定装置中的VP进行观察以观看探针的在焦点中的底视图。接着，在步骤520中， 摄像机向CMM运动控制器提供反馈以将探针导引成与基准点对准。
[0050] 在步骤530中，当基准点与TVS上的基准十字叉丝的中心对准时，CMM运动控制器 记录当前平台/机器人位置。这被定义为数据值"探针对准的位置"。可选地，摄像机/视 觉系统可以记录对准点处的像素坐标。
[0051 ] 接着，在步骤540中，摄像机通过CMM运动控制器平移以使摄像机在TVS上方。摄 像机现在直接观察基准十字叉丝并且（在步骤550中）向运动控制器提供反馈以将记录在 前述步骤530中的摄像机像素坐标导引成与基准点对准。CMM运动控制器接着以定义为对 准的摄像机的位置的数据值记录当前平台/机器人位置。应指出的是图像中的任何期望参 照点（例如，图像中点）可以对准至TVS基准点的中点。摄像机坐标系中的该参照点则变 为原始参照点，发现的工件上的特性的运行期间相对于原始参照点的位移稍后报告。
[0052] 在步骤560中，过程500接着计算摄像机与探针之间的固定偏移量（间距），因为 偏移量=摄像机对准的位置-探针对准的位置。该计算完成了校准过程500。校准期间估 算的固定偏移量存储在处理器130中，并且随后可以通过运行期间对准应用使用，在对准 应用中，摄像机导引探针接触其位置由摄像机显示的部件的表面上的特定位置。
[0053] 现在参照图6至图9,描绘了根据替代实施方式的结构600,结构600具有校准固 定装置（虚线框610)和相关联的CMM接触探针组件620。在该结构600中，采用一对视觉 系统摄像机630和640来实现一个或更多个接触探针的校准，所述一个或更多个接触探针 以限定间距刚性地附接于CMM臂组件（下面描述的）上。装置610省略了相对于TVS和实 现该结构的相关联的光学器件的分开的VP。通过特别参照图6,结构600包括结构和功能 上与上面描述的分束器（参照图1至图4)类似的分束器650。分束器基于镜面652如图所 示的那样使光学装置/摄像机轴0A1以直角转向。这允许第一摄像机（也称为探针定位摄 像机）如图所述的相对于探针/CMM的z轴呈直角那样安装在TVS下方。分束器650允许 照明光源（例如，如上所述的LED组件或其他源）660沿着光轴0A2经过基准点670 (定位 在TVS平面上）传播至第二摄像机（也被称为基准定位摄像机）640。常规设计和功能的聚 光透镜662可以定位在照明源660前方以散布和/或校正光使得光以远心透镜结构的形式 更均匀地覆盖基准点。第二摄像机640以与上述单个摄像机（参照图1至图4)类似的方 式安装。第二摄像机640的光轴0A2如图所示的那样竖向/沿着z轴对准。装置610可以 包括沿着光路（例如，在分束器650与基准点670之间）布置的场透镜680,并且起与上面 参照图1至图4描述的装置类似的作用。透镜670特别对从接触探针组件620的球684的 角度观察可见的"反光"（突然反射）的任何z轴偏移进行了补偿。
[0054] 参照图7,示出了 CMM710和接触探针组件720以及两个摄像机校准固定装置结构 610的整个结构700。示出了 CMM710的相对运动坐标系150 (x，y，z和R)并且相对运动坐 标系150与上文描述的类似。（可选的）多个探针结构在该示例中包括三个单独的接触 探针组件，每个接触探针组件具有位于共同平面（虚线724)中的接触探针球（或其他稍 端）722。探针相对于X和y的具体取向像探针的总数量（从1至N) -样是高度可变的。 探针如图所示的那样均相对于彼此刚性地附接在移动CMM臂730上。类似地，第二基准定 位摄像机640刚性地附接在臂730上。因此，探针和摄像机相对于彼此呈固定取向并且全 局校准将参照相对于CMM运动坐标系的每个探针和摄像机轴线OA2。这通过使用可以永久 地或临时地安装在CMM710内的装置610完成。每个摄像机630、640将图像数据740传输 至处理器750。类似于上面的处理器130,处理器可以作为独立计算装置（例如，PC、笔记本 电脑、平板电脑、智能手机、服务器或目的为建立加工的电路。替代性地，处理（例如，图像 处理）中的一些或全部处理可以在一个或两个摄像机的壳体内执行。例如，所谓的"智能" 摄像机如来自Cognex Corporation(康耐视公司）的ln-Sight￥_系列可以在摄像机组件的壳 体内执行图像处理和视觉系统任务，然后将处理过的图像数据输送至远程装置。如上所述， 处理器组件750包括一个或更多个视觉处理器752以及相关联的校准处理器754。处理器 组件750如上所述的那样与CMM控制处理器/处理756结合或通信。CMM臂位置数据760 和臂控制数据7