CN102803893A - 视觉测量探针和操作方法 - Google Patents

Abstract

一种操作用于获得和供给待测量对象的图像的视觉测量探针的方法。所述视觉测量探针安装在坐标定位设备的连续铰接头上，所述连续铰接头具有具有至少一个旋转轴线。所述对象和所述视觉测量探针在测量操作过程中能够围绕所述至少一个轴线以至少一个线性自由度相对于彼此移动。该方法包括：处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以获得反馈数据；以及基于所述反馈数据控制所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系。

Description

视觉测量探针和操作方法

技术领域

本发明涉及一种获得待测量对象的图像的诸如视频或相机探针之类的视觉测量探针以及该视觉测量探针在测量设备中的使用方法。具体地说，本发明涉及分析由所述视觉测量探针获取的图像并且利用处理器来产生能够用于所述测量设备的实时控制的量的方法。

背景技术

当制造诸如那些用于汽车或航空工业的零件时，经常希望确定这些零件已经在期望的公差范围内制造。传统上，通过将零件安装在坐标测量机上并使安装在坐标测量机上的接触探针接触感兴趣的特征来确定零件的特征的尺寸。坐标从特征周围的不同点获取，由此能够确定特征的尺寸、形状和/或取向。

坐标定位机一般包括基座和框架，待检查的校准制件可以支撑在所述基座上，所述框架安装在基座上，用于保持主轴，该主轴又适合于保持例如用于检查校准制件的校准制件检查装置。基座、框架和/或主轴一般被构造成使得诸如测量探针之类的检查装置以及校准制件能够沿着至少一个轴相对于彼此运动，并且更典型地能够沿着三个相互正交的轴X、Y和Z相对于彼此运动。可以设置马达来沿着这些轴来驱动由主轴保持的检查装置。还公知的是设置铰接头，所述检测装置安装在该铰接头上。铰接头一般具有一个、两个或更多个旋转自由度，从而使得安装在探头上的检查装置能够围绕一个、两个或更多个旋转轴运动。例如在EP0690286和EP0402440中描述了那些铰接头。

EP0690286描述了一种分度探头，其中使用马达使检查装置在多个预定的或“分度”取向之间运动。一旦探头被设置在期望位置，则通过使机器的框架和/或主轴移动来利用所述检查装置进行零件的检查。

WO9007097描述了另一种类型的铰接探头，该铰接探头是连续铰接头。在这种类型的探头中，检查装置的取向可以被控制在连续位置范围中的任何位置处，即控制成与多个可分度的离散位置中的一个位置相对的位置处。结果，与分度头相比，可以对探头的取向进行非常精细的控制。通常，连续铰接头都是“主动”或“伺服”头，其中主动头的马达始终是伺服，以便控制检查装置的取向，例如，在进行测量的同时，例如保持检查装置的取向或改变检查装置的取向。然而，将理解到的是，取代始终伺服，使连续铰接头锁定在适当位置而无需始终伺服也是可能的。

使用接触探针具有多个缺点。例如，接触探针的访问会受到限制(例如到达非常小的孔内)。而且，如果零件具有精密表面涂层或精整，或零件是柔性的并且在接触探针的力的作用下发生相当大地运动，则有时期望避免与零件发生物理接触。

现有的非接触式成像测量探针可能受到例如精度差、视场有限、以及重量和/或大尺寸限制的困扰。

发明内容

本发明提供了一种改进的视觉测量探针***和改进的操作视觉测量***的方法。

本申请描述了一种使用视觉测量探针检查对象的方法，其中所述对象和所述视觉测量探针可相对于彼此运动。所述方法包括处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以获得反馈数据。所述方法还可以包括处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像，从而识别并获得关于所述对象的至少一个特征的度量数据。所述方法可以进一步包括基于所述反馈数据控制所述视觉测量探针的操作。

根据本发明的第一方面，提供了一种操作用于测量对象的视觉测量探针的方法，所述视觉测量探针安装在坐标定位设备上，其中所述对象和所述视觉测量探针在测量操作过程中能够以至少一个线性自由度和/或至少一个旋转自由度相对于彼此移动，所述方法包括：处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以获得反馈数据；以及基于所述反馈数据控制所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系。

本发明具体涉及视觉测量探针的类型，该类型的视觉测量探针获得待检查对象的图像，并且能够将图像供给第三方***，诸如图像处理器和/或终端用户，从而在图像处理过程中能够使用例如特征识别技术之类的图像处理技术，以便获得关于所述对象的度量数据。如将理解的是，通过视觉测量探针，关于所述对象的度量数据可以从所述视觉测量探针的至少一个图像(例如从视觉测量探针的仅一个图像)以及仅通过获知所述视觉测量探针的位置而获得。这种视觉测量探针通常称为视频测量探针或照相机测量探针，在本文中统一称为视觉测量探针。这与公知的非接触测量三角测量探针不同，所述三角测量探针将结构光束(诸如线)投射在对象上，通过获知投射器与照相机之间的位置和角度，分析由于所述对象引起的结构光的位置变形以借助于三角测量获得测量信息。具体地说，本发明使得用于非三角测量的非接触探针的反馈控制成为可能。

合适的视觉测量探针一般包括窗口和布置成检测进入所述窗口的光的检测器。优选的是，所述检测器是二维检测器，即其具有沿着两个维度延伸的像素，从而可以获得二维图像。视觉测量探针通常还包括用于在所述检测器上形成图像的透镜。这种视觉测量探针一般捕获待测量对象的图像，并将所述图像供给外部***，例如度量***，用于进行度量分析。视觉测量探针通常还包括用于照明待检查对象的至少一个光源。所述视觉测量探针可以包括用于在所述检测器的基本全部视场上提供照明的至少一个光源。可选的是，所述视觉测量探针可以包括用于仅照明所述检测器的视场的选定区域的至少一个光源。例如，所述至少一个光源可以被构造成提供光点照明。

所述方法可以包括处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像，从而识别并获得关于所述对象的至少一个特征的度量数据。如将理解的是，为了识别并获得度量数据而被处理的所述至少一个图像可以是与为了获得反馈数据而被处理的所述至少一个图像相同的图像或不同的图像。

可以设置度量***来处理至少一个图像以获得度量数据。所述度量***可以在物理上与所述探针分离，而且可以在物理上与用于控制所述坐标定位设备的操作的任何控制器分离。

度量数据可以包括关于所述对象在测量空间内例如在三维坐标空间内的至少一个点的位置的数据。例如，度量数据可以包括所述对象上的特征(诸如对象的边缘或对象中的孔)的尺寸和/或位置。度量数据还可以包括关于所述对象的表面加工(例如对象表面上的粗糙度或对象表面上是否存在缺陷)的数据。如将理解的是，所述度量数据可以通过组合从所述视觉测量探针的至少一个图像提取的数据和表示所述至少一个视觉测量探针的位置的数据来获得。如将理解的是，表示视觉测量探针的这些数据可以来自坐标定位机上的位置传感器。

控制所述物理关系可以包括移动所述对象和所述视觉测量探针中的至少一个。控制所述物理关系可以包括改变所述视觉测量探针和所述对象的相对位置和取向中的至少一个。

如将理解的是，所述视觉测量探针和所述对象可以保持相对彼此静止关系，并且所述方法可以用于改变所述静止关系。当所述视觉测量探针和所述对象移动至至少一个相对位置和取向，停止，然后获取能够用于测量所述对象的图像时可能会是这种情况。

改变所述物理关系可能出于度量原因而进行，即为了提高由所述视觉测量探针供给的图像的适用性，以便从所述图像获得测量信息。例如，为了提高由所述视觉测量探针获得的图像的质量，可以改变所述物理关系。例如，可以改变所述视觉测量探针的相对位置和/或取向以减小阴影范围，或以增加所述对象的至少一部分在所述视觉测量探针的视场中的聚焦程度。

所述视觉测量探针可以安装在具有至少一个旋转轴线的铰接头上。在这种情况下，所述方法可以包括基于所述反馈数据围绕所述至少一个旋转轴线将所述视觉测量探针重新取向。优选的是，所述铰接头是连续铰接头。因而优选的是，所述铰接头是非分度铰接头。

所述对象和所述视觉测量探针可以被构造成在测量操作过程中以预定方式相对于彼此移动。因而，控制所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系可以包括基于所述反馈数据改变所述视觉测量探针和所述对象之间的预定相对运动。换言之，控制所述物理关系可以包括基于所述反馈数据调节所述预定相对运动。改变所述预定相对运动可以包括基于所述反馈数据调节所述视觉测量探针和所述对象之间的相对运动的预定轨迹。可选的是，所述改变可以包括调节所述视觉测量探针和所述对象之间的预定相对运动速度。

如将理解的是，反馈数据可以是表示所述视觉测量探针的状态的数据。所述视觉测量探针的状态可以包括所述视觉测量探针的状态，诸如其相对于正被测量的对象的位置和/或取向(甚或所述对象的具体特征)。具体地说，所述测量探针的状态可以包括所述视觉测量探针正在获得的图像中的至少一个图像的质量。

优选的是，所述反馈数据是定量的。具体地说，所述反馈数据优选具有量或值，该量或值能够用于确定如何控制所述对象和所述视觉测量探针之间的物理关系。与简单的两个状态(例如“好”或“不好”)不同，这例如可以是可能用于继续或暂停所述坐标定位设备的操作的反馈信号。

所述反馈数据可以包括和/或涉及图像的至少一部分的至少一个特性。所述特性可以涉及所述图像的至少一部分的对比度、亮度或焦点中的至少一个。因而，所述反馈数据可以包括和/或涉及与图像的至少一部分的至少特性有关的至少一个量或值。

更具体地说，所述反馈数据可以包括和/或基于所述图像的特性的至少一个参数描述。因而，所述反馈数据优选不基于所述对象的尺寸信息的确定，并且不需要计算所述对象和探针的相对几何关系。因此，优选的是，本发明使得用于非接触探针的反馈控制成为可能，并且不必确定所述对象的尺寸特性或例如所述视觉测量探针和所述待测量对象之间的几何关系，例如不必确定它们实际的相对于位置和取向。

参数描述可以涉及图像的至少一部分的至少一个特性。所述特性可以涉及所述图像的至少一部分的对比度、亮度或焦点中的至少一个。所述图像的具体特性的参数描述可以包括描述例如所述图像中的高亮度、高聚焦或高对比度中的至少一个的区域的形式的至少一个参数。所述图像的参数描述可以基于原始图像数据计算。例如，所述图像可以利用滤波器进行预处理。所述图像可以利用图像处理滤波器进行预处理。所述图像可以进行预处理以给出所述图像的具体特性图。例如，所述图像可以进行预处理以给出所述图像的多个部分的，可选为基本全部的焦点、亮度或对比度(即所述图像的至少一部分的焦点、亮度或对比度图)中的至少一个的测量。描述高聚焦、亮度或对比度的参数可以根据这种预处理的图像进行计算。所述特性图可以具有比所述图像的精度低的精度。例如，可以对一组图像像素进行处理以提供一个特性值。也可以使用过滤器来对所述图像进行预处理以测量图像的每个部分内存在的对比度或亮度或其他可能感兴趣的特性的水平。

所述反馈数据可以包括和/或基于描述如下至少一个的至少一个参数：i)具有具体特性的任何感兴趣区域的主轴；ii)所述感兴趣区域的第一图像矩，所述第一图像矩给出所述图像相对于具体特性的重心；iii)围绕所述主轴计算的相对于具体特性的其他图像矩。例如，所述反馈数据可以包括所述感兴趣区域的第二图像矩(即所述特性的方差)和/或第三图像矩(即所述特性分布的偏差)。如将理解的是，所述主轴(另统称为主分量向量，或主轴和短轴)是与所述感兴趣区域的最长轴和最短轴对应的最佳匹配正交向量。如上所述，所述具体特性可以包括所述图像的高亮度、对比度、焦点或其他特性中的至少一个。图像的一部分是否具有高亮度、对比度、焦点或其他特性可以使用标准图像处理技术确立，并且可以包括确定特定像素或像素处的感兴趣特性是否满足预定阈值。

所述反馈数据可以包括所述光学测量装置和所述对象之间的期望运动向量。

所述视觉测量探针可以包括所述至少一个处理器，并且可以被构造成处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以获得所述反馈数据。这可能是有利的，因为其能够避免通过通信链路将图像传送至处理器以便生成所述反馈数据的需要。反馈数据一般不如图像数据那么庞大，因此传输需要的时间较少并且消耗的带宽较小。因而，当在对象检查设备探针的实时控制中使用反馈数据时，可以有利地利用探针中的处理器获得反馈数据。

所述方法可以包括控制所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系，以便改变由所述视觉测量探针检测到的光量。例如，这可以用来增加或减少由所述视觉测量探针检测到的光量。可选的是，这可以用于避免传感器充满过多的光，否则可能会导致能够由所述视觉测量探针捕获的细节水平下降。

所述视觉测量探针可以是固定聚焦***。具体地说，所述视觉测量探针可以具有相对于所述视觉测量探针的图像传感器的固定焦平面。可选的是，所述视觉测量探针可以具有固定景深。这与能够调节焦平面和视觉测量探针之间的距离及其景深中的至少一个的视觉测量探针不同。优选的是，所述焦平面和所述视觉测量探针的图像传感器之间的距离不大于350mm，更优选地不大于250mm，特别优选地不大于100mm。优选的是，所述焦平面和所述视觉测量探针之间的距离不小于10mm，优选不小于50mm。优选的是，所述视觉测量探针的景深不小于5μm。如下面详细说明的那样，在一些实施方式中可以优选的是所述景深非常浅。这可能会使得能够获得关于所述视觉测量探针和表面对象之间的距离的精确信息(通常称为“高度”或“偏移”位置信息)。在这种情况下，可能优选的是，所述视觉测量探针的景深不大于1mm，优选不大于500μm，更优选不大于100μm，特别优选不大于50μm，例如不大于10μm。

所述方法可以包括控制所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系，以便改变所述对象的状态焦点，例如所述对象在所述视觉测量探针的图像平面上的焦点的状态。具体地说，这在将所述对象的特定部分保持在焦点上和/或将焦点上区域(in-focus region)保持在由所述视觉测量探针获得的图像的特定区域内可能是有用的。

所述方法可以包括基于所述对象的焦点的状态控制所述视觉测量探针和所述对象之间的运动速度。具体地说，所述视觉测量探针和所述对象之间的相对速度可以依赖于锐度(聚焦程度)变化率。具体地说，所述方法可以包括：在所成像的对象的至少一部分的锐度变化率高(例如超过阈值)时以至少给定速度使所述视觉测量探针和所述对象相对于彼此移动，当所述锐度变化率低(例如没有达到阈值)以小于所述给定速度的速度使所述视觉测量探针和所述对象相对于彼此移动。换言之，所述方法可以包括：当所成像的对象的至少一部分的锐度变化率高时使所述视觉测量探针和所述对象相对于彼此以高速移动，而当所述锐度变化率低时使所述视觉测量探针和所述对象相对于彼此以低速移动。在一个具体实施方式中，所述相对速度可以与速度变化率成比例。该方法可以包括控制相对运动以便不超过给定速度，直到首次超过锐度阈值变化率。可选的是，所述视觉测量探针和所述对象的相对速度可以依赖于锐度的变化率的变化率(即聚焦程度的二阶导数)。具体地说，所述方法可以包括：当所成像的对象的至少一部分的锐度变化率高(例如超过阈值)时，使所述视觉测量探针和所述对象以至少给定速度相对于彼此移动，当所述锐度变化率低(例如没有到达阈值)时，使所述视觉测量探针和所述对象以小于所述给定速度的速度相对于彼此移动。具体地说，当所成像的对象的至少一部分的锐度变化率高(例如超过阈值)时，可以将绝对相对速度控制成与锐度变化率成比例。另外，最佳焦点位置可以通过确定锐度变化率的变化率(即锐度的二阶导数)何时为高(例如具有一个值，可选的是，大于阈值，例如当其基本处于最大值时)和锐度变化率(锐度的一阶导数)何时为低(例如基本为零)来发现。

所述反馈数据优选以比所述度量数据更高的优先级获得。因而，不仅能够从由所述视觉测量探针获得的图像获得关于所述对象的度量数据，而且还能够以更高优先级获得反馈数据。具有这种反馈数据可能是有用的，因为这可以在所述视觉测量探针的自动控制和/或监测中使用。

所述反馈数据可以在基本实时的基础上获得。所述反馈数据可以在实时基础上获得，并且所述改变可以在实时基础上执行。即，所述反馈数据可以以规则时间约束方式获得。因而，所述至少一个传感器可以用于处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像，以获得实时反馈数据。这可能是有利的，因为如果期望的话，可以在对象检查设备的实时控制中使用所述数据，例如在所述视觉测量探针的实时控制中使用这些数据，如以下更详细地描述的那样。具体地说，被捕获的图像与基于从该图像获得的反馈数据控制的物理关系之间的延迟理想地不大于200ms，优选不大于100ms，更优选地不大于50ms，特别优选不大于33ms，例如不大于25ms。

可选的是，所述反馈数据可以供控制器(下面更详细地描述)使用，以自动地确定如何控制所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系。因而，所述方法可以包括控制器，所述控制器基于所述反馈数据控制所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系。所述反馈数据可以仅仅包括供所述控制器执行的控制指令。例如，所述反馈数据可以包括用于控制器的运动向量指令。例如，所述运动向量指令可以告知控制器如何控制所述对象检查设备从而改变所述对象和所述视觉测量探针的相对位置、取向和/或速度。

所述视觉测量探针可以包括被构造成处理至少一个图像从而获得度量数据的处理器。可选的是，所述对象检查设备进一步包括被构造成从所述视觉测量探针接收至少一个图像的度量***。所述度量***优选包括所述至少一个处理器中的至少一个。可选的是，所述度量***被构造成(例如利用归一化灰度相关)来执行特征识别以鉴别所测量的对象的至少一个特征，并且其中获得关于所述至少一个受鉴别的特征的度量数据。

在所述视觉测量探针包括处理器的实施方式中，所述处理器可以用于将图像处理工作量在所述光学检测设备的多个处理器之间划分。

所述反馈数据可以以比所述度量数据高的优先级获得。

优选的是，所述反馈数据以比图像供给度量***以分析所述图像来获得度量数据的优先级高的优先级产生(并可选地供给控制器)。因而，在所述视觉测量探针包括至少一个用于生成所述反馈数据的处理器的实施方式中，优选的是所述视觉测量探针被构造成以比图像供给高的优先级生成和供给所述反馈数据。具体地说，优选的是，所述视觉测量探针被构造成在将所述图像供给度量***之前开始生成所述反馈数据。例如，所述视觉测量探针可以被构造成在将所述图像传送至所述度量***之前生成所述反馈数据并所述反馈数据传送至所述控制器。所述光学测量设备可以被构造成在图像被供给所述度量***之前压缩所述图像。在这种情况下，所述视觉测量探针可以被构造成在压缩所述图像之前生成所述反馈数据。

如将理解的是，坐标定位设备可以包括例如非笛卡尔测量设备(如并联运动***)、笛卡尔测量***(如坐标测量机(CMM))或其他坐标位置设备(如其上可以安装视觉测量探针的机械臂)。

本发明还提供了一种对象检查设备，该对象检查设备包括：用于获得待检查对象的图像的视觉测量探针；至少一个处理器，所述至少一个处理器用于处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以获得反馈数据。

例如，本申请描述了一种对象检查设备，该对象检查设备包括：用于获得待检查对象的图像的视觉测量探针；以及至少一个处理器，该至少一个处理器用于i)处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以获得反馈数据；和ii)处理所述对象的由所述视觉测量探针获得的至少一个图像从而鉴别并获得关于所述对象的至少一个特征的度量数据。可选的是，所述反馈数据可以供控制器(下面更详细地描述)使用以自动地确定如何在检查操作过程中控制所述对象检查设备的操作。

根据本发明的第二方面，提供了一种对象检查设备，所述对象检查设备包括：坐标测量机；视觉测量探针，所述视觉测量探针用于获得待检查对象的图像，并用于安装在所述坐标定位设备上，使得所述对象和所述视觉测量探针能够在测量操作过程中以至少一个线性自由度和/或至少一个旋转自由度相对于彼此运动；以及至少一个处理器，所述至少一个处理器用于处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以获得表示所述视觉测量探针的状态的反馈数据；以及至少一个控制器，所述至少一个控制器用于基于所述反馈数据改变所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系。

所述对象检查设备可以包括用于在对象检查过程中控制所述对象检查设备探针的操作的控制器。优选的是，所述控制器接收所述反馈数据并利用该反馈数据控制所述对象检查设备的操作。

优选的是，所述控制器是用于自动地控制所述视觉测量探针和被检查对象之间的相对运动的装置。优选的是，所述控制器在所述视觉测量探针和所述对象的相对运动的控制中使用所述反馈数据。优选的是，所述控制器被构造成基于所述反馈数据调节所述视觉测量探针和所述对象之间的相对运动的预定轨迹。这在检查具有基本已知尺寸的对象时例如在比较一对象与标称对象时可能是有用的。

所述视觉测量探针可以包括被构造成处理至少一个图像从而获得所述度量数据的处理器。可选的是，所述对象检查设备进一步包括被构造成从所述视觉测量探针接收至少一个图像的度量***。所述度量***优选包括所述至少一个处理器中的至少一个。可选的是，所述度量***被构造成(例如利用归一化灰度相关)执行特征识别以鉴别所测量的对象的至少一个特征，并且其中获得关于至少一个受鉴别的特征的度量数据。

如将理解的是，该说明书描述了一种光学检查设备，该光学检查设备包括：具有窗口的壳体；光源；被布置成用于检测进入所述窗口的光的检测器；从所述检测器接收输入的处理器。

优选的是，所述处理器被布置成提供实时反馈；该反馈可以基于所述处理器从所述检测器上的图像提取的参数描述。所述图像中的感兴趣的特性可以是图像的对比度水平、聚焦程度、亮度或其他一些属性。图像的具体特性的参数描述可以包括描述图像中的例如高亮度、高聚焦或高对比度的区域的形式的参数。图像的高亮度水平的参数描述可以根据原始图像数据进行计算。所述图像可以利用特定滤波器进行预处理以给出所述图像的每个部分的焦点的测量，并且可以基于该预处理的图像计算描述高聚焦区域的参数。类似的滤波器可以设计成处理所述图像以在所述图像的每个部分内存在的对比度水平或可能感兴趣的其他特性。

所述处理器可以输出与所述检测器上的图像的位置和/或其他参数描述有关的反馈和来自所述检测器的未处理数据。

可以用于描述所述图像的参数可能包括：高亮度、对比度、聚焦或其他特性的任何区域的主轴；高亮度、对比度、聚焦或其他特性的区域的第一矩，所述第一矩给出所述图像相对于所述具体特性的重心；围绕所述主轴计算的所述图像相对于具体特性的其他矩。

所述处理器可以将描述所述检测器上的图像的具体特性的形式的参数以及与所述表面有关的度量数据反馈给所述控制器。

本说明书还描述了利用光学探针测量表面的方法，该方法包括：沿着轨迹相对于所述表面移动所述光学探针；确定所述检测器上的图像的一个特性或多个特性(如亮度、对比度或聚焦)；调节所述光学探针的轨迹以将所述图像的特征保持在限定范围内。

所述图像的特性的特征可以包括高亮度区域在所述图像内的位置，并且所述限定范围可以包括位于所述检测器上的区域。所述图像的特性的位置可以包括高聚焦区域的位置。所述图像的特性的位置可以包括高对比度区域。

附图说明

现在将参照附图仅仅以实施例的方式描述本发明的优选实施方式，其中：

图1示出了具有铰接探头和安装在该铰接探头上的视频探针的坐标测量机；

图2示出了图1中所示的视频探头的光学装置；

图3示出了图2的视频探针的端面，显示了LED环；

图4示出了沿着轨迹相对于波状表面运动的视频探针；

图5A示出了视频探针的在检测器上的图像，显示了高聚焦区域；

图5B示出了当减少基准距(stand-off)时与图5A对应的图像；

图5C示出了当减少基准距并且零件的平面倾斜并围绕探针的光轴旋转时与图5A对应的图像；

图6示出了视频探针的在检测器上的图像，显示了高对比区域；

图7是喷嘴引导叶片模冷却孔(nozzle guide vane film cooling hole)的剖视图；

图7A示出了当探针位于图7的位置A时为了给出聚焦水平的测量而被过滤的TTLI区域的图像；

图7B是显示了聚焦水平相对于沿着用于图7A的图像的轴的距离的曲线图；

图7C示出了当探针位于图7的位置B时为了给出聚焦水平的测量而被过滤的TTLI区域的图像；

图7D是显示了聚焦水平相对于用于图7C的图像的轴的距离的曲线图；

图8是高水平***流程图；

图9是示出了根据本发明的一个具体实施方式的视觉测量探针的操作过程的流程图；以及

图10(a)、(b)和(c)示出了对象的表面的针对一系列视觉测量探针偏移距离的标称锐度(即聚焦程度)和该标称锐度的一阶导数和二阶导数。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的对象检查设备，该对象检查设备包括坐标测量机(CMM)10、视觉测量探针20、控制器22和主计算机23。CMM 10包括：工作台12，零件16可以安装在该工作台12上；主轴14，该主轴14可以在X、Y和Z轴上相对于工作台12运动。铰接探头18安装在主轴14上，并且提供围绕至少两个轴A1、A2的旋转。视觉测量探针20安装在铰接探头18上并且被构造成用于获得位于工作台12上的零件16的图像。视觉测量探针20因而可以通过CMM 10在X、Y和Z轴运动并且能够通过铰接探头18围绕A1和A2轴旋转。可以通过CMM或铰接探头提供额外运动，例如，铰接探头可以提供围绕视频探针A3的纵向轴线的旋转。

视频探针相对于零件16的期望运动轨迹/路线由主计算机23计算并馈送至控制器22。马达(未显示)设置在CMM 10和铰接探头18中以在控制器22的控制下将视觉测量探针20驱动到期望的位置/取向，控制器22向CMM 10和铰接探头18发送驱动信号。CMM和铰接探头的位置由传感器(未显示)确定，并且该位置被反馈至控制器22。

图2中更详细地显示了视觉测量探针20的构造。

图2是显示视觉测量探针的内部布局的简化图。例如发光二极管(“LED”)之类的光源24产生光束并将光束投向透镜25并投射到偏振滤光器21上，设置偏振滤光器21是为了利用光源产生偏振光束。该光源然后通过穿过光圈27而减小直径并到达偏振光束分光器26。该光束分光器将光束反射向透镜28，透镜28将光聚焦在焦平面31。现在已经发散的光继续到达成像***30的焦平面。从表面散射回来的光穿过透镜28和光束分光器26，并且聚焦在检测器32上。检测器32是二维像素化检测器，例如电荷耦合器件(“CCD”)。如将理解的是，还可以使用CCD之外的检测器，例如互补金属氧化物半导体(“CMOS”)阵列。

有利的是，使用偏振光源，从而来自该光源的光被偏振光束分光器26选择性地反射向表面30。穿过所述光束分光器射向透镜28的光中仅有很少的一部分被面34向回反射向检测器32-大部分该寄生反射(spuriousreflection)都被向回射向光源。类似地，仅有很少一部分光穿过而到达面35，从而也不会从该面发生反射。因此，减小或去除了照相机上的可由面34或35处的反射产生的任何亮点。该装置的优点还在于，仅仅被所述表面散射并因而被该表面随机偏振化的照明才返回至照相机。例如使用非立方光束分光器将反射从所述检测器引导开的另选构造也是可行的，并且在本发明的范围和精神内。

该布局称为“通过透镜照明”(TTLI)。TTLI***中的光圈是指成像***的视场比由TTLI照明的面积大得多。这具有的优点在于，可以将光向下导向窄的孔，而不会照射到形成有该孔的零件的表面。如果光落到形成有该孔的表面上，则光将被孔的侧壁更加有效得多地反射，并且该反射光会淹没被感兴趣的特征(即来自孔的侧壁的特征)所反射的光。在相机探针具有浅景深并且零件的形成有孔的表面位于该景深之外的情况下尤其如此。每个像素在X和Y上的相对于基准点(诸如检测器中心)的位置从校准中获知，因而可以确定所检测到的图像相对于基准点位置的位置。在PCT申请No.PCT/GB2009/001260中更详细地描述了各种另选TTLI探针实施方案的更多细节。通过参考方式将该申请中公开的主题内容结合在本申请的说明书中。

可以将透镜28选择成给予视频探针浅景深，例如±20μm。如果在焦点上检测到表面，则获知其距离检测器的距离位于与该景深对应的范围内。

在壳体内还设置有处理器36。该处理器从所述检测器接收数据，并向控制器22和计算机23提供输出38。

如将理解的是，根据本发明的视觉测量探针20不需要包括TTLI装置。实际上，所述视觉测量探针也不需必然地包括光源。例如，对象可以利用环境光进行照明。然而，将理解的是，所述视觉测量探针也可以以环形照明模式操作。在该模式中，所述表面被LED环照明。图3是这种视觉测量探针的平面图，其中可以看到视觉测量探针的壳体的前表面40包括位于窗口42周围的由LED 44构成的环。

如所述的那样，视觉测量探针20通过铰接探头18和上面安装有其的CMM 10的运动来相对于该工件的表面运动。视觉测量探针20的位置优选被控制成保持所述表面位于焦点上(这对于浅景深来说尤其重要)，并且/或者将光点保持在该表面的正确部分上(例如对象的边缘上)。

对于未知部分或从其标称尺寸偏离的已知部分，期望的是具有来自视觉测量探针的反馈，以使得能够实时地调节视觉测量探针的位置和取向。

现在将结合附图4至9来描述用于生成数据反馈的过程。首先参照图8，示出了本发明的一个示例实施方案的高水平***流程图100。总体操作过程包括在步骤102，PC 23将描述视觉测量探针20的期望运动路线的数据供给控制器22。运动路线数据可以包括轨迹数据和速度数据。运动路线数据可以例如通过待检查对象的三维计算机模型的分析而自动地产生，或者例如通过操作者输入指令序列而手动地产生。

在步骤104，控制器22控制CMM 10的操作(包括铰接头18的操作)，以根据运动路线数据相对于待测量对象16驱动视觉测量探针20。同时，控制器22将接收所述控制器使用的反馈数据(如以下将详细说明的那样)，以实时调节其对视觉测量探针20和对象16之间的相对运动的控制(如下面将更详细地描述的那样)。而且，视觉测量探针20在测量过程中获得图像并将这些图像供给控制器22。如将理解的是，视觉测量探针20可以被构造成将待发送至控制器22的图像缓存在视觉测量探针中的存储器中，然后在测量操作之后将这些图像供给控制器22。

在步骤106，控制器22将从视觉测量探针20接收的图像供给PC 23，该PC 23对这些图像进行分析以获得度量数据。如将理解的是，由PC 23进行的分析可以根据终端用户的需求而广泛地改变。一个具体实施例可以涉及对这些图像进行预处理以将感兴趣的区域中的亮度和对比度归一化。于是，所述分析可能涉及将所述图像与已知一个图案或多个图案进行二维关联，之后存储和/或报告关联数据，所述关联数据可以包括配合质量的测量以及位置、尺寸和相对于关联图案的标称值的离差。

如将理解的是，本发明的许多各种其他实施方案也是可能的。例如，视觉测量探针20可以在将这些图像传送至控制器22之前存储所有图像，直到测量操作结束。而且，视觉测量探针20可以是具有与PC 23的直接连接，并且将这些图像直接供给PC 23。在其他实施方案中，PC 23和控制器22可以是一个装置。

图4示出了相对于连续变化表面46以倾斜角定位的示例性视觉测量探针20。如上所述，该视觉测量探针具有浅景深。在表面46切割视频探针的焦平面48的情况下，图像将显得尖锐。图5示出了在检测器上的对应图像。

图5示意性地示出了包括二维像素52的阵列的检测器50。被检查的对象的图像被捕获在整个检测器上，但是因为对象表面只有一部分位于焦平面上(如图4所示)，因此仅图像的局部位于焦点上。突出显示区域56对应于基本位于焦点上的该部分图像(即焦点值满足或超过预定焦点值阈值)。该图像可以由处理器36分析以确定焦点上区域在图像平面中位于何处(即检测器的X、Y坐标)。

如图5A所示，检测器50分成多个区段54。每个区段中例如有400(20×20)个像素。分析每个区段中的像素来计算单个值，以便量化该区段内存在的具体特性(例如焦点)的水平。每个区段中的例如焦点的水平因而被赋予数字值，具有最高频率含量的区段具有最高数字值。这种分析可以包括观察图像中的像素之间的值的变化。这可以例如通过利用使用高通滤波器来进行。另外，可以通过使区段内的像素值通过低通滤波器(例如，矩形波滤波器(boxcarfilter)、汉明滤波器或高斯曲线)来使用权重因数。一旦对所有像素区段54都使用了权重因数，则获得图像的焦点图，不过以比原始图像低的精度获得。如将理解的是，检测器不需要分成多个区段，并且可以对每个像素进行分析以获得每个像素的焦点值。因而可以从焦点图中(例如在检测器的X、Y坐标中)的数字值的扩展来确定焦点的重心。

在该实施方式中，可以使用重心沿着Y坐标的位置来确定视觉测量探针和表面之间的基准距。在视觉测量探针相对于所述表面倾斜地定位的情况下，如图4所示，随着基准距的减小，重心将沿着Y轴上升，而随着基准距的增加，重心将沿着Y轴下降。

图5B显示了图5A的检测器，其中基准距已经减小。高聚焦区域的重心已经沿着Y向上移动。

如图像处理领域中的技术人员将理解的是，在图像的各种特性的分布的分析中，图像矩的计算可能是有用的。例如，它们能够提供关于像素在整个图像上的亮度、对比度或焦点的分布的信息。

如所公知的那样，图像的第一矩对应于感兴趣的特性的重心(例如，焦点分布的重心)，图像的第二矩对应于感兴趣的特性的变化(例如，焦点分布的扩展)，并且图像的第三矩涉及分布的偏度(例如如何在整个图像上对称地扩展焦点变化)。

第一、第二和第三图像矩涉及沿着图像的一个轴的上述特性，因而对于二维图像，一般针对两个正交轴中的每个轴计算图像矩。而且，一般针对图像中的感兴趣的具体特性的主轴(通常还称为长轴和短轴或主分量)计算图像矩。如将理解的是，主轴通常是对应于感兴趣区域的最长轴和最短轴的最佳匹配正交向量。例如，参见图5A和图5B，所感兴趣的是焦点，并且图像已经被滤波以提供如上所述的焦点图。该焦点图示出了存在一区域，其中图像基本位于焦点56上，并且该焦点上区域(即感兴趣的区域)的主轴90基本沿着图像的X轴和Y轴延伸。然而在图5C中，所述表面相对于视觉测量探针20处于这样的姿态，使得所述焦点上区域倾斜地横跨所述检测器延伸。因而，在这种情况下，图5C中的焦点上区域56的主轴不与图像检测器的X轴和Y轴平行，而是相对于X轴和Y轴如箭头90所示那样倾斜地延伸。沿着主轴计算第二和第三图像矩提供了比沿着X轴和Y轴计算更相关和有用的信息，这是因为所得到的结果是它们最不相互关联的，换言之，是最独立的。因此，对这些值中的一个值的强度采取的任何动作对所感兴趣的值都将具有最大效果，而对其他值具有最小效果。

如将理解的是，可以以如下方式计算图像矩：

$M_{\mathrm{ij}}=\underset{x}{\mathrm{\Σ}}\underset{y}{\mathrm{\Σ}}{x}^i{y}^j(x,y)$

其中i和j分别是x轴和y轴上的矩阶数，M是代表原始矩的标量，I(x，y)表示所感兴趣的特性在(x，y)位置的大小。该特性可以代表强度、对比度或聚焦度或其他图像信息。x、y坐标可以与图像传感器相关、与长轴和短轴相关；或与其他任意正交轴相关。因而，如将理解的：

应注意的是，通过围绕图像传感器或其他固定的任意轴获取高达第二阶的矩可以估计图像中感兴趣的特性的分布的的主轴(即长轴和短轴)。换言之，感兴趣的特性的分布的协方差矩阵的特征向量是主轴。该协方差矩阵可以以如下方式构建：

${{\mathrm{\μ}}^{\′}}_{20}=\frac{M_{20}}{M_{00}}-{\left[\frac{M_{10}}{M_{00}}\right]}^2$

${{\mathrm{\μ}}^{\′}}_{02}-\frac{M_{02}}{M_{00}}-{\left[\frac{M_{01}}{M_{00}}\right]}^2$

${{\mathrm{\μ}}^{\′}}_{11}=\frac{M_{11}}{M_{00}}-\frac{M_{10}\·M_{01}}{{M_{00}}^2}$

$\mathrm{Cov}\left[I(x,y)\right]=\left[\begin{array}{cc}{{\mathrm{\μ}}^{\′}}_{20}& {{\mathrm{\μ}}^{\′}}_{11}\\ {{\mathrm{\μ}}^{\′}}_{11}& {{\mathrm{\μ}}^{\′}}_{02}\end{array}\right]$

该矩阵的特征向量可以以一般方式获得。

一旦主轴向量已知，则可以沿着这些向量围绕重心计算后续矩。这可以通过旋转图像以使Y与例如短轴一致并且使X例如与长轴一致来实现。这使得矩不与平移和旋转一起发生变化，这在一些情形中是期望属性。

图5C示出了图5A的检测器，其中减小了基准距，并且零件的平面倾斜并且围绕视觉测量探针的光轴旋转。在这种情况下，焦点上的线的重心已经横跨过检测器移动。

重心在检测器上的实际位置或重心相对于重心在检测器上的一些期望位置的实际位置可以作为反馈数据反馈给控制器。控制器可以利用该信息将指令信号调节到CMM 10和/或铰接探头18以使视觉测量探针的基准距返回至重心在检测器上的期望位置。因而，在许多情形下，反馈数据可以简单地包括感兴趣的区域的重心的位置或重心相对于一些期望位置的位置。

在某些情况下，聚焦线可能变得非常长，并且会难以确定该聚焦线的重心。这可以通过如上所述检查第二矩沿着长轴的大小来检测到。在第二矩较大的情况下，即如果沿着长轴存在大方差，则有可能的是所计算的重心将随着图像中的噪声而发生相当大的变化。因此，期望的是减小沿着该轴的校正量(采用该校正量是为了使重心回到传感器上的目标位置)以减小图像噪声对用于追踪所述表面的伺服指令的影响。现在将参照图9描述计算反馈数据的示例方法。计算反馈数据的过程200在步骤202以利用视觉测量探针获得图像开始。

视觉测量探针20的处理器36然后在步骤204通过执行分析或滤波(如上所述)生成特性图(在该示例中为焦点图)以确立每个图像区段的具体特性(例如焦点)的水平。在步骤206，将检测器的重心作为零位置(或其他任何固定点，例如坐标系/参考系中的选定的固定点，可以根据该坐标系/参考系计算图像矩值)使用，并且通过处理器36计算焦点上区域围绕图像传感器的X轴和Y轴(或其他任何固定轴***)的分布的总和、重心、方差和相关性(即M₀₀、M₁₀、M₀₁、M₂₀、M₀₂和M₁₁)。

在步骤208，处理器36根据协方差矩阵(详见上述内容)建立图像的焦点上区域的主轴(长轴和短轴)90。在步骤210，处理器36使用检测器的中心(或其他任何固定点)作为零位置以计算焦点上区域围绕(即关于)主轴的第一矩(即重心)。而且，在步骤210，处理器36使用重心作为零位置以计算焦点上区域围绕主轴的第二矩(即方差)(另选地，这可以以检测器的中心作为其轴系从之前计算的M₀₀、M₁₀、M₀₁、M₂₀和M₀₂₁数据导出)。

然后在步骤212计算反馈数据并将反馈数据供给控制器22。在所描述的实施方式中，该反馈数据基于具有较小第二矩的主轴方向，因此表示焦点上区域的较狭窄方面。控制器22然后在所选主轴的方向上利用该反馈数据补偿CMM 10或尤其是在具体探头18的轴上利用，以便使第一矩最小。在该具体实施方式中，描述主轴的至少一个向量可以作为单位向量汇报，在这种情况下将供给用于至少一个运动轴的大小标量值。

最后，在步骤214，由视觉测量探针获得的图像被供给控制器22。如将理解的是，并不必将视觉测量探针获得的所有图像都供给控制器。而且供给控制器的任何图像或所有图像都不必与用于获得反馈数据的图像相同。

因而，反馈数据可以包括允许计算向量的位置或相对于一些期望位置的位置，所述向量描述了所需的调节以使聚焦线上的重心在探针的物平面上朝向重心在检测上的期望位置。如将理解的是，所述反馈数据可以是该向量本身。图5B示出了与这种调节向量对应的向量58。该向量可以转换成CMM坐标系以提供X、Y、Z调节和/或转换成探头的坐标系以提供角度调节。

使用上述方案的一个方案，能够对视觉测量探针的基准距进行调节以补偿工件表面的变化梯度，从而自动地说明表面相对于检测器的角。

因而，鉴于上述内容，将理解的是，根据具体情况，可以用作控制环路或其他需要快速响应的程序的反馈数据包括和/或基于如下至少之一：

感兴趣的参数的分布的总和(即M₀₀)；

围绕图像的重心或其他固定轴***(即，使得其不是平移不变的)获取的在X和Y上的第一矩(即，M₁₀、M₀₁)，该第一矩表示感兴趣的参数的分布相对于所述轴的重心；

在X、Y和XY上的第二矩(即，M₂₀、M₀₂、M₁₁)，该第二矩表示感兴趣的参数的分布相对于所选轴的方差和相关性；

协方差矩阵或从该协方差矩阵获得特征向量(或其他类似导出的信息)，该协方差矩阵或特征向量表示感兴趣的参数的分布的主轴(即长轴和短轴)；以及

沿着主轴(即长轴和短轴)并以所述重心为中心的第三矩(M₃₀、M₀₃)，该第三矩给出了感兴趣参数的分布中的偏差程度的量度。

对于标称尺寸误差达到大于照相机景深的程度的零件的表面检查，或当利用照相机建立零件的位置和取向时，移动视觉测量探针以便快速地聚焦图像可能是重要的。目前典型的方法是以固定速度朝向指定端点移动，从而尽可能快速地获取图像。绘制相对于零件的距离的锐度(焦点)而获得钟形曲线，其中最佳焦点位于钟形曲线的顶部，焦点之外是该峰部的两侧，在曲线的尾部，此时由于缺少焦点而在任何图像中细节都完全丢失。对于有限速率(在该速率，图像可能被过高地收集)，运动速度导致钟形曲线的采样过少，结果导致在利用浅景深照相机的情况下，峰部位置估计不精确，并且因此导致次优化焦点。为了克服该问题，可以使用双行程方案。高速移动建立近似焦点位置，并且在受限范围上以较低速度进行第二行程可以改善图像聚焦的精度。

改进方法使用反馈数据根据聚焦程度在感兴趣区域内多快地改变来控制运动速度，并允许以单次移动和最小过调量移动到焦点内。图10(a)示出了对于相对平坦的表面来说相对于视觉测量探针和对象表面之间的偏移距离的标称锐度(即聚焦程度)的曲线图。如图所示，该曲线图基本呈钟形曲线的形式。在一个简化的实施方式中，当在钟形曲线的尾部之间操作时，当锐度变化率高时可以使用高运动速度，当锐度变化率减小时减小速度。这例如可以通过分析焦点反馈信号的一阶导数并且寻找过零点(即锐度变化率为零的点)而确定最佳焦点来实现。因而，如将理解的是，当接近过零点时，可以减小视觉测量探针的速度。如果超过过零点，则视觉测量探针可以倒退以向回追踪至最佳焦点的位置。

如将理解的是，如果最佳焦点的标称位置未知，则可能有一些模糊，因为如图10(b)所示，锐度变化率在表面完全位于焦点之外(即位于钟形曲线的两侧)时为零。一种改进方法通过考虑锐度变化率的变化率(如图10(c)中所示的二阶导数)以及锐度变化率(图10(a)中所示的一阶导数)而能够使标称焦点位置带有有效的无限公差。在最佳焦点(钟形曲线的峰部)处，一阶导数将较低，但是二阶导数的绝对值将较高，而在可采用该简化技术的范围之外(在钟形曲线的尾部)，二阶导数的绝对值和一阶导数都将较低。因此，当二阶导数的绝对值和一阶导数都较低时使用快速运动，当二者都增加时使用较慢运动，并且当二阶导数的绝对值较高时速度与一阶导数成比例。通常来说，钟形尾部可能对噪声敏感，因此需要适当的滤波和阈值选择。

无论所实施的是最简单的方法还是较复杂的技术，如果最佳焦点过调，则聚焦程度的变化率变成负数，这在逻辑上导致速度逆转，从而使图像朝向最佳焦点返回。该操作模式使用反馈数据控制速度而不是轨迹，并且控制指令基于聚焦程度数据系列而不是根据从单个图像获取的反馈数据。这可以通过由视觉测量探针报告给控制器的简单焦点测量参数来实现，控制器本身监测焦点变化率以便控制速度。另选的是，聚焦程度变化率可以在探针中计算并作为反馈参数返回，控制器可以按照该反馈参数行动以控制速度，或者探针可以计算出期望的速度并将该期望的速度作为反馈参数返回。无论采用哪种手段，都不必将测量所依据的图像发送回控制器，这意味着需要更少数据容量，并且可以更快速地获得焦点测量所依据的图像。这意味着焦点密度越大，对于给定运动速度可以聚集更多的数据点，因此可以实现更高速度或可以实现更高聚焦准确度，而不管对于从探针恢复图像可用的数据带宽如何。

上述技术涉及其中使用图像焦点获得反馈数据的实施方式。如下所述，如参照图2所述那样，以其“通过透镜照明”模式使用视觉测量探针时，可以使用类似技术。在这种情况下，将光点投射到工件表面上，并且对光点的图像进行分析以提供反馈。

图6示出了光点60的图像从表面反射的检测器。当视频探针处于通过透镜照明模式中时，分析图像的对比度而不是分析焦点水平。

当零件位于该光点的聚焦范围附近时，检测器通常具有位于焦点上的光点的零件的明亮图像。光点的明亮部分(该部分是图像被照明且位于焦点上的唯一部分)与黑暗背景之间的对比度可以用于确定焦点上的光点的图像在检测器上的位置。因而使用亮度而不是计算图像的焦点，其中像素的亮度值以与之前描述的焦点值相同的方式进行处理。

当使用之前描述的TTLI方案时，TTLI光束呈锥形(图2中的29)。因而，光点的直径将随着视觉测量探针和被照明的零件之间的距离变化。因而到所述表面的距离可以通过使用公知的图像处理技术确定光点的尺寸来获得。例如，可以利用全部规则点或选择规则点来进行阈值和最佳匹配分析以发现光点位置。

为了使从TTLI光点图像收集的信息最佳，可以组合光点形状和光点尺寸数据。光点形状信息对于浅景深成像***更加详尽，光点尺寸对于深景深成像***更加详尽，因此根据透镜***可以在组合所述数据时采用一些权重。

与之前的实施方式一样，从光点图像计算出的参数可以用于将反馈提供给控制器以调节视频探针的基准距和角度。还与之前的实施方式一样，这种参数可以从检测器上的光点的滤波图像计算出。在前述实施方式中，图像被滤波以提供焦点图。在该实施方式中也使用类似技术以例如提供对比度图或亮度图。

如下所述，可以使用利用光强度水平或聚焦水平的图像矩的技术来确定图像区域是否通过与连续表面相交的图像平面形成或该图像区域是否与轮廓相交。图7示出了喷嘴引导叶片(“NGV”)膜冷却孔70及其计量部72的检查。有利的是，在检查时能够自动地将探针定位在将该特征的轮廓放置在焦点上的位置。在位置A，(使用上述技术)滤波以给出聚焦水平测量(即聚焦图)的TTLI区域的图像示意性地在图7A中示出。该焦点上曲线76在两侧由聚焦水平光滑地减少的区域78限定。在图7B中示出了沿着轴80的聚焦水平的横截面。注意到，该曲线图相对于峰值近似对称。坐标测量机然后沿着NGV冷却孔74的轴线的大致方向向下移动，利用之前描述的技术将焦点上的线保持在TTLI光点的中心内。当发生该运动时，沿着主轴计算每个图像(该图像已经被滤波以给出聚焦水平的测量)的第三矩，该第三矩是聚焦轮廓的不对称性或偏差的测量。在图7C中示出了TTLI在位置B的图像，该图像是已经被滤波以给出聚焦程度的测量之后的图像。当到达该点时，轮廓位于焦点上。沿着轴84的聚焦水平的横截面在图7D中示出。可以看出，该曲线图此时相对于峰部更不对称。在该点处，在重心处的聚焦水平和偏差最大。一旦定位，轮廓或其他类似特征可以通过使用下面描述的技术跟随。

注意，也可以仅使用图像强度而不是聚焦水平作为评估偏差等的量来执行类似分析。在这种情况下，强度光滑地变化，但是变化的负号取决于被评估的特征和多少光被散射回探针。在表面具有高散射特性的情况下，图7A中所示的图像将从中灰(中间强度)逐渐地改变至亮灰(高强度)并逐渐地变回中灰，而图7C中所示的图像将从中灰逐渐变到亮灰然后突然变到黑色。在表面具有低散射特性的情况下，图7A中所示的图像将从中灰逐渐变化到暗灰(低强度)，并逐渐变回中灰，图7C中所示的图像将从中灰逐渐变化到暗灰然后突然变到黑色。这些过渡可以通过检查变化率或强度梯度并与用于绝对强度的阈值结合来鉴别，所述阈值标示所述表面是否在特定区域内(是否在焦点上或焦点外)检测到，所述阈值基于已知特征将多少光散射回探针来选择。

还注意，当计算区域被聚焦的程度的测量时，采用简单的低通滤波器来建立聚焦水平能够使图7D中所示的偏差到达平均数。在执行这种类型的分析的情况下，有利的是使用更复杂的滤波器来建立“焦点的测量”，这种滤波器防止突然过渡，例如小波分析。

当测量特征(例如孔的轮廓或边缘)时，图像(如果正在使用聚焦程度或其他特性来使特征区别化则是经滤波的图像)中的边缘或轮廓的形式可以通过多项式或函数描述来描述以便容易处理。该函数可以向前投射以估计边缘将在何处沿着所提出的CMM和探头轨迹。这可以与反馈相结合，以靶定光点必须移动到何处，以沿着与特征相同的方向移动激光点，以便保持边缘或轮廓位于视场内。所使用的多项式或函数描述参数可以构成反馈数据。

如图2所示，视频探针设置有处理器36。在没有处理器的情况下，视频探针可以将原始图像数据或压缩图像数据从处理器输出，该原始图像数据或压缩图像数据由控制器分析。对于这种布置有很多缺点，首先，探针***对控制器做了多少工作没有控制，因此对其工作速度也没有控制。因而控制器不能保证分析来自检测器的数据并实时地将反馈提供给CMM和铰接探头。其次，以实时方式发送图像数据即使在被压缩的情况下也需要实施起来昂贵且复杂的高带宽通信链路。第三，必须发送的数据量越大，由于例如电气噪声或计时问题而在数据内发生误差的几率就越大，因此需要误差检测和校正功能。

为了克服这一点，视频探针中的处理器36可以分析检测器数据以实时提供控制反馈。这具有的进一步优点在于，图像不必需要从探针发送至控制器，从而没有由于压缩引起的图像数据发生潜在劣化，为了使图像适合于可用带宽，这种压缩可能需要的。

所述处理器还可以执行数据的度量分析并且将度量数据与控制反馈一起输出。另选的是，度量分析(其对时间要求不严格)可以在控制器或主PC 23中执行，在这种情况下，原始检测器数据与控制反馈(其对时间要求严格)一起输出。这具有的优点是，处理器36需要的处理功率较少，控制反馈工作和度量分析在探针、控制器和主PC之间被划分为处理功率、通信带宽、分析命令的等待时间和时间严格性。

上述方案参考了使用对可见光敏感的视觉测量探针。如将理解的是，所述视觉测量探针可以对其他波长处的其他辐射形式敏感，例如从近紫外线区到远红外区的任何波长处的辐射敏感。

Claims (31)

1.一种操作用于获得和供给待测量对象的图像的视觉测量探针的方法，所述视觉测量探针安装在坐标定位设备的连续铰接头上，所述连续铰接头具有至少一个旋转轴线，并且其中所述对象和所述视觉测量探针在测量操作过程中能够围绕所述至少一个旋转轴线并以至少一个线性自由度相对于彼此移动，所述方法包括：

处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以获得反馈数据；以及

基于所述反馈数据控制所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像，从而鉴别并获得关于所述对象的至少一个特征的度量数据。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中控制物理关系包括改变所述视觉测量探针和所述对象的相对位置和取向中的至少一个。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中控制物理关系包括基于所述反馈数据围绕所述至少一个轴线对所述视觉测量探针进行重新取向。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述对象和所述视觉测量探针被构造成在测量操作过程中以预定方式相对于彼此移动，并且其中控制物理关系包括基于所述反馈数据调节预定相对运动。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述改变预定相对运动包括基于所述反馈数据调节所述视觉测量探针和所述对象之间的相对运动的预定轨迹。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述改变预定相对运动包括改变所述视觉测量探针和所述对象之间的相对预定运动速度。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述反馈数据基于所述图像的特性的至少一个参数描述。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述特性涉及所述图像的至少一部分的对比度、亮度或焦点中的至少一个。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述至少一个参数描述涉及感兴趣的特定区域的重心。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中所述至少一个参数描述包括涉及感兴趣的特定区域的主轴的至少一个参数。

12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述反馈数据包括所述光学测量装置和所述对象之间的期望运动向量。

13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述视觉测量探针包括所述至少一个处理器，并且被构造成处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以获得所述反馈数据。

14.根据任一前述权利要求所述的方法，该方法包括控制所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系以改变由所述视觉测量探针检测到的光量。

15.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述视觉测量探针是固定聚焦***。

16.根据任一前述权利要求所述的方法，该方法包括控制所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系以改变所述对象在所述视觉测量探针的图像平面上的状态焦点。

17.根据权利要求2所述的方法，其中所述反馈数据以高于所述度量数据的优先级获得。

18.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在实时基础上获得所述反馈数据，并执行所述改变。

19.一种对象检查设备，所述对象检查设备包括：

坐标测量机，所述坐标测量机包括具有至少一个旋转轴线的连续铰接头；

视觉测量探针，所述视觉测量探针用于获得并供给待检查对象的图像，并用于安装在所述连续铰接头上，使得所述对象和所述视觉测量探针能够在测量操作过程中围绕所述至少一个旋转轴线并以至少一个线性自由度相对于彼此移动；和

至少一个处理器，所述至少一个处理器用于处理由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以获得表示所述视觉测量探针的状态的反馈数据；和

至少一个控制器，所述至少一个控制器用于基于所述反馈数据改变所述视觉测量探针和所述对象之间的物理关系。

20.根据权利要求19所述的对象检查设备，所述对象检查设备还包括至少一个处理器，所述至少一个处理器用于处理所述对象的由所述视觉测量探针获得的至少一个图像以鉴别并获得关于所述对象的至少一个特征的度量数据。

21.根据权利要求19或20所述的对象检查设备，其中所述视觉测量探针包括用于获得所述反馈数据的所述至少一个处理器。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的对象检查设备，其中所述控制器被构造成改变所述视觉测量探针和所述对象的相对位置和取向中的至少一个。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的对象检查设备，其中所述控制器被构造成在测量操作过程中以预定方式控制所述视觉测量探针和所述对象之间的相对运动，并且其中改变包括基于所述反馈数据改变预定的相对运动。

24.根据权利要求23所述的对象检查设备，其中所述控制器被构造成基于所述反馈数据调节所述视觉测量探针和所述对象之间的相对运动的预定轨迹。

25.根据权利要求23或24所述的对象检查设备，其中所述控制器被构造成改变所述视觉测量探针和所述对象之间的预定相对运动速度。

26.根据权利要求20所述的对象检查设备，所述对象检查设备还包括度量***，该度量***被构造成从所述视觉测量探针接收至少一个图像，并且该对象检查设备还包括所述至少一个处理器，该至少一个处理器被构造成处理至少一个图像以获得所述度量数据。

27.根据权利要求26所述的对象检查设备，其中所述反馈数据以比将所述至少一个图像供给所述度量***的优先级更高的优先级产生。

28.根据权利要求19至27中任一项所述的对象检查设备，其中所述反馈数据包括基于所述图像的至少一个具体特性的至少一个参数描述。

29.根据权利要求28所述的对象检查设备，其中所述特性涉及所述图像的至少一部分的对比度、亮度或焦点中的至少一个。

30.根据权利要求28或29所述的对象检查设备，其中所述至少一个参数描述包括至少一个参数，该至少一个参数涉及具有满足预定标准的特性的图像的感兴趣区域的形式。

31.一种视觉测量探针，所述视觉测量探针用于安装在坐标定位设备的铰接头上，用于将待测量对象的图像捕获并供给外部度量***，所述视觉测量探针被构造成还从至少一个捕获到的图像产生和供给反馈数据。

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