JP2016527475A - 測定対象物の少なくとも１つの仮想画像を生成する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、測定対象物の少なくとも１つの仮想画像（ｖＡ）を生成する方法及び装置であって、測定対象物の仮想位置及び／又は仮想方位を決定し、座標測定機の少なくとも１つの撮像装置の仮想位置及び／又は仮想方位を決定し、仮想画像（ｖＡ）を、測定対象物の幾何学的データ及び測定対象物の光学特性に基づいて生成し、仮想画像（ｖＡ）を、撮像装置の結像パラメータ（ｕＡＥ、ｖＡＥ）に基づいてさらに生成する方法及び装置に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、座標測定機による測定が意図される測定対象物の少なくとも１つの仮想画像を生成する方法及び装置に関する。

測定対象物、例えば測定対象の加工物を光学的に測定する座標測定機が知られている。この目的で、このような座標測定機は、測定対象物の画像を生成することを可能にする少なくとも１つの撮像装置を含み、例えば、その画像に基づいて幾何学的寸法が求められる。

したがって、特許文献１は、少なくとも１つの画像記録装置及び関連の画像処理装置を備えた光学精度測定機器を記載している。当該公報には、エッジ検出中の検出安定性を最大化し且つエッジ位置判定中の位置ずれを最小化するために、シミュレーションによる画像シーンの合成生成に関する画像情報を得ることができることが記載されている。これには、材料の反射特性及び透過特性、エッジ遷移のタイプ、及び照明条件に関する知識が必要であり得る。コンピュータシミュレーションの方法に関して画像情報をシミュレートすることが可能である。

特許文献２は、画素を用いたＣＴ検出器によるＣＴ再構成のための投影データを補正する方法を記載している。この場合、加工物をＣＴ測定によって測定することができる。当該文献の開示によれば、撮像のシミュレーションを用いて、好ましくはビーム弱化（beam weakening）、散乱、及び／又は検出器感度のシミュレーションによって、加工物データから、各方位（orientation：向き）位置に必要な所要ビームエネルギーを決定して、放射線画像が評価可能なコントラスト（evaluable contrast）を達成するようにすることが可能である。

特許文献３は、光学結像系の結像品質を求める方法を記載している。この場合、いわゆるツェルニケ係数を用いて結像品質を表す。

座標測定機による測定対象物の所望の測定のために、特にピーク測定のために、多少複雑な試験計画が概して立てられる。試験計画は、例えば、測定中に座標測定機の触覚センサ又は光学センサを測定対象物に対して移動させる経路に関する情報を含む。

一般に、このような試験計画を立てることができるのは、光学的測定の場合、座標測定機の撮像装置を同時に作動させた場合に限られるが、その理由は、試験計画の品質に関する判断を、生成された画像に基づいてしか行うことができないからである。

このような座標測定機を操作する訓練の際にも、撮像装置の作動が概して必要であるが、その理由は、所望の訓練効果が生成された画像に基づいてしか得られないからである。しかしながら、この場合の欠点は、これらの状況では、１人ずつしか座標測定機の使用の訓練を受けることができず、そうでなければ１つの座標測定機で２人以上を訓練する必要があることである。

独国実用新案第２０２ ２１ ４７６号明細書 独国特許第１０ ２０１０ ０００ ４７３号明細書 独国特許第１０３ ２７ ０１９号明細書

これは、座標測定機の撮像装置を作動させなくても撮像装置の画像に基づいたプロセスの実行を可能にし、プロセスの品質をできる限り損なわない方法及び装置を提供するという技術的課題をもたらす。

座標測定機の撮像装置によって生成された画像をできる限り現実的にシミュレートすることが、本発明の基本概念である。シミュレーション中、この場合の目的は、特に、撮像装置及びそれに割り当てられた光学素子の結像特性と、加工物の光学的特性と、照明条件とをできる限り現実的に考慮することである。

測定対象物の少なくとも１つの仮想画像を生成する方法が提案される。ここで、測定対象物は、座標測定機によって特に光学的に測定される測定対象物を示す。この場合の仮想画像は、座標測定機による測定が意図される測定対象物の、座標測定機の少なくとも１つの撮像装置によって生成された実像をシミュレートしたものである。

この過程で、測定対象物の仮想位置及び／又は仮想方位が決定される。仮想位置及び／又は方位は、ここでは仮想基準座標系において決定することができる。仮想位置及び／又は方位は、特に、実際の測定の場合の測定対象物の実際の位置及び／又は方位に応じて決定することができる。実際の位置／及び／又は方位は、この場合、実基準座標系で、例えば機械座標系で決定することができる。この場合、仮想位置及び／又は方位は、仮想基準座標系への実際の位置及び／又は方位の変換によって決定することができる。

座標測定機の少なくとも１つの撮像装置の仮想位置及び／又は仮想方位も決定される。これも、仮想基準座標系に関して形成することができる。撮像装置の仮想位置及び／又は方位は、特に、実際の測定の場合の撮像装置の実際の位置及び／又は方位に応じて決定することができる。

仮想基準座標系は、例えば、撮像装置に基づく固定座標系であり得る。

仮想画像は、測定対象物の幾何学的データに応じて、また測定対象物の光学特性に応じても生成される。この場合、仮想画像は、前述の仮想位置及び／又は方位に応じても決定される。

測定対象物の幾何学的データは、例えば、ＣＡＤデータ（コンピュータ支援設計データ）から決定することができる。例として、幾何学的データに応じて、測定対象物の表面の、又は表面の複数の領域の空間的構成、特に配置、トポグラフィ、及び／又はプロファイルを決定することが可能である。したがって、幾何学的データは、仮想基準座標系での測定対象物の記述及び表示を可能にし得る。

この場合の測定対象物の光学特性は、電磁放射線に、特に光に、特に可視波長領域の光にも影響を及ぼす測定対象物の特性を示す。例えば、限定ではないが、光学特性は、透明性、反射特性、散乱特性、回折特性、透過特性、屈折特性、偏光特性、テクスチャ、及び／又は測定対象物と光との相互作用に影響を及ぼすさらに他の特性を含む。そのため、光学特性は、画像の生成に用いることができる放射線を測定対象物がどのようにして発するかの記述を可能にする。換言すれば、それにより、測定対象物を放射計測ソースモデル（radiometric source model）の形態で記述することが可能である。ここで、ソースモデルは、例えば、以下でより詳細に説明する少なくとも１つの光源の位置及び／又は方位及び／又は発光パラメータに応じた、測定対象物の照明の記述も含み得る。この場合、ソースモデルは、測定対象物の光学特性と照明特性とを組み合わせたものである。それにより、照明モデルを用いて、特定の照明特性から生じる放出特性をシミュレートすることが可能である。

光学特性を測定対象物の材料特性に応じて決定することが可能である。この場合、材料特性として、例えば、この場合も限定ではないが、表面品質、粗さ、色、明度、密度、材料組成中の元素の割合及び／又は分布、光と相互作用する材料を表す構造特性及び／又はさらに他の材料特性、及びその構成が挙げられる。

光学特性を、前述の幾何学的特性に応じて決定することも可能である。例えば、光学特性を、測定対象物の表面のトポグラフィに応じて決定することができる。

前述の光学特性、材料特性、及び幾何学的特性は、特に、測定対象物のうち光学的測定中に光と相互作用する領域又は部分に関して、特に測定対象物の表面又は一部の表面に関して決定することができる。

当然ながら、仮想画像を測定環境の光学特性に応じて生成することも可能である。上記光学特性は、測定対象物のものとされていた光学特性に対応し、測定対象物の環境に関係する。それにより、例えば、測定環境中に靄があるか否かを考えることが可能である。

本発明によれば、仮想画像は、撮像装置の結像パラメータに応じてさらに生成される。結像パラメータは、撮像装置の捕捉範囲に配置された物体が、その空間的位置及び／又は方位に応じて例えばイメージセンサにどのように結像されるかを表すものである。より詳細に後述するように、これは、画像を表す電気信号の発生も含み得る。例として、限定ではないが、この場合、結像パラメータとして、開口、拡大又は縮小、アスペクト比、投影モード、開口角、撮像装置の光学特性、例えば回折特性、散乱特性、屈折特性、及び偏光特性等、焦点距離、反射防止コーティングの品質、歪み特性、イメージセンサの分解能、電気信号（センサパラメータ）への光の変換に関するイメージセンサの変換特性、及び電気信号及び撮像装置による画像を表す信号の発生を記述するさらに他の特性が挙げられる。結像パラメータに応じて、例えばレンズ反射、歪み、焦点深度、色収差、非球面レンズ屈折、及び結像中に生じるいわゆるボケ（bokeh）効果等の効果を記述することも可能である。

この場合の撮像装置という用語は、結像用の光学素子、例えばレンズ、対物レンズ、ミラー、及び撮像装置による画像の生成に関与するビーム誘導用のさらに他の光学素子も含み得る。したがって、結像パラメータは、光学素子の結像パラメータ、特に対物レンズの収差も含む。

結像パラメータは、例えば、いわゆるツェルニケ係数及び／又は点像分布関数によって記述することができる。この場合のツェルニケ係数は、例えば撮像装置の光軸であり得る測定軸に関して撮像装置における収差を表す冪級数関数の係数を示す。このようなツェルニケ係数は、画像品質を表す固有値として独国特許第１０３ ２７ ０１９号に記載されている。結像パラメータは、波長に依存し、波長に応じて決定され得る。

前述した撮像装置の測定対象物の位置及び／又は方位に応じて、撮像装置の捕捉範囲内の測定対象物の仮想位置及び／又は方位を決定することが可能である。したがって、測定対象物から撮像装置及び／又は撮像装置の光学素子までの作動距離を決定することも可能である。測定対象物に対する視野角及び光軸のプロファイルを決定することも可能である。

提案される方法は、実際に生成された画像にできる限り正確に対応する仮想画像の生成を可能にすることが有利である。仮想画像は、この場合、実画像（actual image）の生成で生じる電気信号からのずれができる限り小さい電気信号の形態で、例えばビットの形態で生成され得る。例えば、仮想画像は、仮想画像を表す電気信号の振幅及び／又は分布と対応する実画像を表す電気信号の振幅及び／又は分布との差が所定の測度よりも小さいように生成され得る。例として、前述の光学特性、材料特性、及び結像パラメータは、例えば基準像の１つ又は複数に関して前述の差が所定の測度よりも小さいように決定され得る。実際に生成された画像と同様に、電気信号は、この場合はグレースケール画像のグレー値又はカラー画像の色値を符号化又は表現することができる。

対応の実際に生成された画像にできる限り正確に対応する仮想画像の生成は、撮像装置の画像に応じて実行されるアプリケーションを、実際の生成を伴わずに、したがって撮像装置の実際の動作を伴わずに実行可能でもあるようにすることが有利である。例えば、撮像装置の実際の動作を伴わなくても、試験計画を立てて試験することができる。その結果、アプリケーション、例えば上述の試験計画を、動作前に、すなわちオフラインで試験及び最適化できるので、これは座標測定機の動作の改善を可能にする。例えば、測定対象物の幾何学的寸法の決定に用いられる画像処理法、例えばエッジ検出法も、仮想画像に応じて試験及び最適化することができる。続いて、こうして最適化された試験計画に従って、実際の測定を行うことができる。

さらに別の実施形態において、少なくとも1つの光源の仮想位置及び／又は仮想方位が決定され、仮想画像はさらに、光源の発光パラメータに応じて決定される。仮想画像は、少なくとも１つの光源の仮想位置及び／又は方位に応じても決定され得る。

結像は、実際の測定動作中になっている照明条件に応じても変わる。例えば前述の仮想基準座標系での仮想位置及び／又は方位の決定は、測定対象物及び撮像装置に対する照明源の仮想位置及び／又は方位の決定も可能にする。より詳細に後述するように、測定対象物に対する照明源の仮想位置及び／又は方位を最適化することも可能である。

特に実際の光源が撮像装置に対して固定配置される場合に、光源の仮想位置及び／又は方位が、撮像装置の仮想位置及び／又は方位に対応するか又はそに応じて決定され得ることが可能である。例えば、光源は、撮像装置に機械的に強固に接続され得るか、又は撮像装置と構造単位を形成し得る。

光源の発光パラメータは、光源による光の放出を記述するものである。発光パラメータとして、例えば限定はされないが、強度、放出光の波長又はスペクトル分布、放出光の空間分布、放出光の偏光及び（主）ビーム方向、及び／又はさらに他の発光パラメータが挙げられる。

実際に存在する光源の数は、座標測定機について既知である。同様に、例えば撮像装置に対する実際に存在する光源の位置及び／又は方位と、それらの発光パラメータとは、既知である。発光パラメータは、例えば、ユーザが半自動又は全自動で調整できるパラメータでもあり得る。結果として、仮想位置及び／又は方位並びに発光パラメータは、上記既知の情報から決定され得る。

例えば、このような光源は、複数のコンポーネント光源（component light sources）を有するいわゆるリングライトとして構成することができ、これは、撮像装置の少なくとも一部、例えば対物レンズを空間的に含む。個々のコンポーネント光源の分割又は区分は、このようなリングライトに関して既知であり得る。したがって、これは、リングライトの照射方向の決定も可能にする。

仮想画像の発生の品質は、発光パラメータに応じてさらに改善され得ることが有利である。特に、いわゆるレイトレーシング法を、位置及び／又は方位並びに発光パラメータに応じて適用することができる。上記レイトレーシング法を用いて、光ビームの空間プロファイル及び空間プロファイルに沿ったその特性の計算が求められ、光ビームは、測定対象物から又は光源から測定対象物を介して測定装置へ向けられる。これは、特に、測定対象物及び撮像装置の前述の空間的位置及び／又は方位に応じて、測定対象物の光学特性、材料特性、及び幾何学的特性に応じて、また撮像装置の結像特性に応じて行われ得る。それにより、測定対象物及び撮像装置が少なくとも１つの光源によって放出された光ビームに及ぼす相互作用の計算と、そこから得られる光ビームの特性の変化とを計算することが可能である。すなわち、画像生成のシミュレーションがそれによって改善される。

さらにまた、いわゆるレンダリング法を位置及び／又は方位並びに発光パラメータに応じて適用することができる。レンダリング法では、光ビームの空間プロファイル及び空間プロファイルに沿ったその特性が、計算によって決定され、光ビームは、撮像装置から測定対象物へ、又は測定対象物を介して光源へ向けられる。結果として、測定対象物は、規定の照明の場合の放射のようにシミュレートされる。例えば、レンダリング法において、種々の波長に関するいわゆる双方向反射関数及び発光関数（light emission function）を評価することが可能である。

したがって、光ビーム伝播が、レイトレーシング法及びレンダリング法の両方で、但し逆の伝播方向で計算される。ここで、レンダリング法は、概してより効率的であるが、その理由は、例えば測定視野の散乱効果及び過照明（overillumination）効果が部分的にすぎないか又は皆無であると考えられるからである。

少なくとも１つの光源の仮想位置及び／又は方位並びに発光パラメータに応じて、仮想直接光画像、透過光画像、仮想明画像（virtual bright image）、仮想暗画像、又は上記画像タイプの混合物のいずれか生成されるかを決定することも可能である。

さらに別の実施形態では、撮像装置の結像パラメータは、撮像装置の少なくとも１つの光学素子の結像パラメータを含む。前述のように、撮像装置は、ビーム誘導用の光学素子、例えばレンズ、対物レンズ、又はミラーを含み得る。これらは、測定対象物の画像を生成するための電気信号に変換される光ビームの特性にも影響を及ぼす。

結果として、仮想画像の品質は、光学素子の結像パラメータを考慮することによってさらに改善される。

さらに別の実施形態では、測定対象物及び／又は少なくとも１つの撮像装置の仮想位置及び／又は仮想方位は、座標測定機の少なくとも１つの可動部品の仮想運動パラメータに応じて、且つ／又は座標測定機の幾何学的データに応じて決定される。

それにより、実際の測定中の測定対象物と撮像装置との間の変化する相対位置及び／又は方位と、且つ／又は座標測定機の固定配置された部品とを考慮することが可能であることが有利である。

例えば、測定対象物の種々の領域を光学的に捕捉するために、撮像装置及び／又は測定対象物は、座標測定機の少なくとも１つの可動部品によって測定中に移動させることができる。しかしながら、この場合、測定対象物の画像を生成するために、相対位置及び／又は方位の、ひいては電気信号に変換される光ビームのプロファイル及び特性にも変化がある。相対位置及び／又は方位の変化は、座標測定機の仮想運動パラメータ、また適切な場合は仮想測定機の空間的構成に応じて決定され得る。

前述の加工物の幾何学的データ、加工物の光学特性、及び撮像装置の結像特性に加えて、仮想画像は、座標測定機の幾何学的データに応じても生成され得る。座標測定機の幾何学的データを考慮に入れることで、測定対象物の結像、例えば陰影又はオクルージョンに対する座標測定機の可動及び／又は固定配置部品の影響も考慮に入れることができることが有利である。

幾何学的データは、例えば、座標測定機のＣＡＤデータに応じて決定され得る。幾何学的データは、特に、可動軸、回転及び／又はスイベル継手の位置、及び／又は座標測定機のターンテーブルの位置に応じても決定され得る。座標測定機の測定体積の大きさ、位置及び／又は方位を決定することも可能である。これは、仮想画像の生成中にしか実際に関連しない領域の制限を可能にすることが有利である。したがって、例えば、測定対象物のうち測定体積に配置され、したがって本当に結像可能でしかない部分及び／又は特徴を決定することが可能である。また、画像の生成を妨げる又は干渉する干渉輪郭、例えば座標測定機の輪郭を決定することができる。

仮想座標系における測定対象物に対する撮像装置の相対空間位置及び／又は方位は、可動部品の運動パラメータに応じて、例えば座標測定機のアクチュエータの所望の信号に応じて決定され得る。この目的で、いわゆる順計算を可能にする座標測定機の運動学的記述が必要であり得る。運動学的記述は、この場合は座標測定機の実際の幾何学的構成又は幾何学的データに応じて、例えば関数の形態又は変換マトリックスの形態で行われ得る。

これは、測定中に撮像装置の経路に沿ったさまざまな位置で生成される実画像に対応する複数の仮想画像の生成を可能にすることが有利であり、その経路を可動部品の運動パラメータに応じて記述することが可能である。したがって、前述したように、例えば、適切な運動パラメータを計画経路に応じて決定し、続いてこの経路に沿ったさまざまな相対位置及び／又は方位に関する運動パラメータに応じて仮想画像を決定することが考えられる。所望の経路の品質は、続いて、生成された仮想画像に応じてさらに検査することができる。したがって、これにより、座標測定機を作動させる必要なく試験計画の定性的検査（qualitative checking）が可能となる。検査は、所望の信号に応じて実行することができ、その結果として、座標測定機の可動部品の理想的な誤りのない移動がシミュレートされる。代替的に、移動中に、座標測定機の可動部品の誤りのない移動、例えば回転、傾斜、転がり、又は横方向移動からの既知のずれを記述した既知の補正データを考慮に入れることも可能である。

さらに別の実施形態において、仮想画像は、撮像装置のイメージセンサのセンサパラメータに応じてさらに決定される。

ここで、イメージセンサは、電磁放射線、特に光を電気信号に変換する手段を示す。当該手段はさらに、ビット又はビットシーケンスに変換することができ、当該ビット及びビットシーケンスは、画像の情報を符号化するものである。例えば、イメージセンサは、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサであり得る。当然ながら、他のタイプのイメージセンサも考えられる。

上記変換は、ここではセンサパラメータに応じて変わる。センサパラメータは、例えば、光の強度と例えば電気信号の振幅との間の関係を記述する。さらにまた、センサパラメータは、イメージセンサの雑音特性を例えば信号対雑音比の形態で記述することができる。さらに、上記センサパラメータは、分解能を例えば画素サイズ、チップサイズ、制御特性、及び動的特性の形態で記述することができる。動的特性は、例えば、イメージセンサの露光時に所定の強度で発生又は放出される光電流の特性、最小又は最小露光時間及び／又は特性、例えば非線形性、電子及び続いてビットへの光の信号変換を含み得る。

センサパラメータがイメージセンサの反射率を記述することも可能である。反射率は、例えば、照射方向に応じて変わり得る。結果として、例えば実際の結像の場合にいわゆる偽光を発生させ得るイメージセンサの反射率も、仮想画像の生成において直接的又は間接的に考慮され得る。

結果として、実画像の生成に影響するイメージセンサの実際の特性も、仮想画像の生成において考慮され得ることが有利である。これはさらに、仮想画像が対応の実画像からできる限りずれないように、生成される仮想画像の品質の改善を可能にすることが有利である。

さらに別の実施形態において、仮想画像の生成後、撮像装置の少なくとも１つの収差をシミュレートする少なくとも１つの画像処理法が仮想画像に適用される。画像処理法は、ここでは少なくとも１つの画素又は所定の画素領域に適用され得る。したがって、ここでは、収差のシミュレーションは、結像パラメータによる記述に応じてではなく、画像処理法の適用によって行われる。したがって、仮想画像のモデルベース生成ではなく、仮想画像の事象ベース生成が行われる。

この場合の画像処理法は、例えば、仮想画像の値ベース表現に適用される算術演算を示す。例として、値ベースは、この場合、算術演算が画素の強度値、例えばグレースケール値を考慮及び／又は変更することを意味する。

このような画像処理法として、例えば、平滑化演算、フィルタ演算、及び画素の強度値を変更するさらに他の演算が挙げられる。さらにまた、このような画像処理法を用いて、イメージセンサのあるセンサ素子に隣接するセンサ素子からそのセンサ素子へ伝わるいわゆるクロストークとも称され得る効果をシミュレートすることができ、このクロストークは、露光の場合に生じて、センサ素子が発生させた信号を改ざんし得る。

結果として、モデルベースで、特に数学的に記述することが辛うじてできるにすぎない結像特性を十分な精度でシミュレートすることが可能であることが有利である。

さらに別の実施形態において、仮想画像の生成後に、少なくとも１つの平滑化フィルタ演算が仮想画像に適用される。平滑化フィルタ演算の強度は、撮像装置の焦点面からの、測定対象物上の１つ又は複数の画素に結像した点の距離に応じて選択される。ここで、平滑化フィルタ演算の強度は、焦点面からの結像点の距離の増加に伴って増加する。上記距離は、例えば、撮像装置の結像特性に応じて記述され得る。レイトレーシング法では、上記距離は、光路の計算中に決定されて記憶されることもできる。平滑化フィルタ演算は、この場合、対応する点が結像した１つ又は複数の画素に適用され得る。

平滑化演算は、例えば、平均化、特に重み付き平均化さえも含むことができ、強度値の平均値が所定の画素領域で計算される。所定の領域は、この場合、対応の点した１つ又は複数の画素を含み得る。この場合、所定の領域の大きさは、強度に応じて選択され得る。特に、この領域は、強度の増加に伴って大きくなり得る。

したがって、例えば、焦点面からの点を結像する画素の強度値を変えることはできない。焦点面から遠くに移動した点を結像する画素は、隣接画素で強くぼけ得る。

これにより、実画像の画素の生成時に前述の効果をもたらす焦点深度効果の単純なシミュレーションが可能となることが有利である。しかしながら、これは、モデルベースで行われるのではなく、提案された平滑化フィルタ演算で、焦点深度効果に合う結果を生成する。これが特に有利なのは、前述のレイトレーシング法又はレンダリング法を用いる場合であるが、その理由は、上記方法が鮮明な仮想画像を生成するからである。

しかしながら、撮像装置の開口数は、焦点深度効果に決定的な影響を及ぼすので、前述のように、上記効果は、代替的に、仮想画像の決定のための開口数を考慮することによって仮想画像の生成時にシミュレートすることができる。

さらに別の実施形態では、撮像装置の（仮想）焦点面が決定され、仮想画像は、仮想測定対象物のうち（仮想）焦点面に配置された部分に対応する。これは、仮想画像の生成時に、（仮想）焦点面から又は当該（仮想）焦点面の周りの所定の領域からの情報を専ら考慮することを意味する。結果として、仮想測定対象物のうち（仮想）焦点面に又は焦点面の周りの所定の大きさの領域に配置された部分又は領域に関してのみ、これらが仮想像面にどのように結像されるか、又はこれらの部分又は領域を結像するビームが電気信号にどのように変換されるかが決定される。

特に、レイトレーシング法又はレンダリング法は、仮想測定対象物のうち（仮想）焦点面に又は当該焦点面の周りの所定の領域に配置された部分又は領域に関してのみ実行され得る。例えば、前述の部分又は領域の選択は、レイトレーシング法中に特定の深さ領域の選択を可能にするいわゆるクリッピング関数によって行われ得る。

仮想画像の生成によって考慮する必要がある情報が少ないので、仮想画像の生成を、これにより有利に単純化、特に加速することができる。

さらに別の実施形態では、少なくとも１つの光源の少なくとも１つの調整可能パラメータが、仮想画像を生成するための対応のパラメータに応じて調整される。仮想画像の生成が、例えば少なくとも１つの光源の特定の発光パラメータに応じて実行される場合、例えば、対応の発光パラメータに従って実際の光源の可変パラメータを調整することが可能である。例えば、実際の光源の強度を、仮想画像の生成に用いられる光源の強度に従って調整することができる。代替的又は累積的に、前述の発光パラメータの他のものを実際の光源の場合に適宜調整することも可能である。

代替的又は累積的に、座標測定機の少なくとも１つの調整可能パラメータが、仮想画像の生成時に考慮されたパラメータに従って調整され得る。これは特に、前述の運動パラメータに当てはまる。

代替的又は累積的に、撮像装置の少なくとも１つの調整可能パラメータが、仮想画像の生成時に考慮されたパラメータに従って調整され得る。このようなパラメータは、例えば焦点距離であり得る。

代替的又は累積的に、光センサの少なくとも１つの調整可能パラメータが、仮想画像の生成時に考慮されたパラメータに従って調整され得る。このようなパラメータは、例えば感度であり得る。

したがって、これにより、シミュレーションに用いるパラメータを実際のパラメータの調整に、ひいては実際の光学的測定の制御に採用することが可能となることが有利である。この採用は、この場合は自動的に行われ得るか、又は例えば適切なユーザ入力によって開始され得る。この目的で、適切なデータが、少なくとも１つの仮想画像を生成する装置から座標測定機の１つ又は複数の適切な制御装置へ伝送され得る。

提案される方法は、座標測定機の撮像装置による画像の記録の現実的なシミュレーションを可能にすることが有利である。画像の記録中、ユーザ又は自動調整用のアルゴリズムが、画像部分、適当な倍率、適当な作動距離、及びさらに他の調整可能パラメータを、例えば加工物の実際の光学的測定のためにこのようにして生成された仮想画像に応じて評価することができる。シミュレーションに用いられるパラメータを続いて用いて、座標測定機を制御することができる。

さらにまた、特徴の検出及び決定の方法と、焦点測定の方法とを、生成された仮想画像に応じて試験することができる。したがって、例として、実際の測定前に、すなわちオフラインで、測定対象物の所望の測定を可能にする試験計画を準備することが可能である。

さらに、提案される方法を用いて、実際に生成された画像を評価する方法、例えば測定対象物の画像ベース測定の方法を試験することもできる。例えば、特徴検出、エッジ検出、及びエッジ測定の方法、特に同じく画像処理法を、仮想画像に応じて実行することができる。

ユーザは、種々のパラメータを用いて、例えば種々の照明強度、種々の運動パラメータ、種々の仮想位置及び／又は方位等を用いて、仮想画像を生成することもでき、実際に用いた測定に最適なパラメータを決定するために、生成された仮想画像を用いることができる。これは、測定タスク毎に、すなわち測定対象物毎に、又は測定対象物上の測定対象の１つ、複数、又は全部の特徴又は（部分的）構造について、個別に行うことができる。

さらにまた、前述の評価法の結果を仮想画像に応じて最適化することが可能である。ここで、仮想画像の生成に用いられると共に実際の測定に適した調整可能パラメータに対応するパラメータを、結果が最適化されるように変更することができる。最適な結果を得ることができるのは、例えば、結果、例えば幾何学的寸法、実際の結果を、例えば実際の寸法を評価する方法のずれが最小である場合である。例えば、光源のこのように調整可能な発光パラメータと、座標測定機の調整可能な運動パラメータと、撮像装置の調整可能な結像特性と、測定対象物及び／又は少なくとも１つの光源及び／又は少なくとも１つの撮像装置の相対位置及び／又は方位とを、相互に対して決定することにより、できる限り正確な測定対象物の光学的測定を可能にすることができる。

例として、このように最適であるパラメータの決定は、反復によって、又はパラメータ最適化法によってここでは行うことができ、仮想画像が最適パラメータの決定に用いられる。例えば、実際に生成された画像を用いる最適パラメータを決定する既知の方法を用いて、適切な最適パラメータを仮想画像に応じて決定することができる。

当然ながら、最適パラメータの、特に最適発光パラメータの決定は、手動で、半自動で、又は全自動で実行され得る。

シーケンスの一部を繰り返すことも可能である。例えば、少なくとも１つの光源の最適な調整可能パラメータ、例えば強度のみ、又は撮像装置の最適な調整可能パラメータ、例えば焦点のみを決定することが可能である。

さらにまた、測定すべき所望の測定対象物のＣＡＤデータを読み込むことができ、したがって、提案された仮想画像の生成を所望の測定対象物毎に実行することができる。結果として、例えば、光学的測定のための所定の座標測定機の動作モードの適切なデモンストレーションを、顧客に対して直接行うことができ、所定の座標測定機の光源の結像特性、及び適切な場合は発光特性が既知である。

本方法は、複数の座標測定機、例えば同じ又は同様の測定対象物を測定するシリーズの複数の座標測定機の最適な調整可能の決定も可能にすることが有利である。この目的で、正規化された調整可能パラメータを有する仮想画像を生成することができる。特に、正規化された調整可能パラメータは、前述のように測定結果が最適化されるよう決定され得る。

続いて、最適化によって決定された正規化パラメータに応じて、複数の座標測定機のそれぞれについて、実際の測定に関して調整された対応のパラメータを決定することが可能である。この場合、正規化パラメータと実際に調整されたパラメータとの間の関係は、座標測定機毎に既知であり得る。上記関係は、例えば、同じ測定結果が得られるように、座標測定機毎に実際に調整すべきパラメータを、例えば較正法で決定することによって、決定することができる。上記パラメータセットは、続いて、正規化パラメータに対する測定装置に固有の参照パラメータセットを形成する。例えば、正規化パラメータは、参照パラメータセットに対して特定することができる。

例として、各座標測定機の光源毎又は複数の光源からなる群毎の調整可能パラメータを、基準強度が生成されるよう決定することができ、その場合、照明された基準対象物が、撮像装置のイメージセンサの所定の照明、例えば９５％を発生させる。例えば、基準対象物は、例えば５０％の所定の反射率を有する白色の拡散反射物体、特にセラミックディスクであり得る。上記パラメータは、各座標測定機の参照パラメータを形成する。

仮想画像を、続いて上記強度及び／又は上記基準強度の所定のパーセンテージに応じて決定することができる。例として、基準強度の一部にしかならない強度が最適強度として決定された場合、対応する割合のみを発生させるように座標測定機に関して対応するパラメータを決定することが可能である。特に、前述の最適化を実行することも可能であり、基準強度の割合は変更される。

基準強度の割合に応じての仮想画像の決定は、レイトレーシング法又はレンダリング法によってビーム伝播を改めて計算することを必ずしも必要としないことが有利であるが、その理由は、基準強度に応じて決定された仮想画像の強度が所定の割合に従ってしかスケーリングされ得ないからである。上記近似は、さらに他の発光パラメータ、例えばビーム角、スペクトル、平均波長、及び偏光の、強度に対する依存が小さいほど尚よい。

これにより、１回のシミュレーション又はシミュレーションシナリオのみと、それに対応する複数の同様の座標測定機への伝送とによる、最適な試験計画のための調整可能パラメータの決定が可能となることが有利である。

また、上述の方法の１つを実行するコードが記憶されたコンピュータプログラム製品も記載される。特に、本コンピュータプログラム製品は、自動化システムで実行される場合に上述の方法の１つを実行するソフトウェア手段を有するコンピュータプログラムを含み得る。

さらに別の実施形態では、座標測定機の測定精度、特に座標測定機によって実行される測定対象物の光学的測定の精度が、仮想画像に応じて決定される。例えば、測定対象物の既知の幾何学的データに応じて決定され得る測定対象物の少なくとも１つの幾何学的特性が、仮想画像に応じて画像ベースで決定された対応の幾何学的特性と比較され得る。比較は、例えば、幾何学的特性と画像ベースで決定された幾何学的特性との間の差を形成することによって行うことができる。測定精度は、続いて比較又は差に応じて決定され得る。

幾何学的特性として、この場合、測定対象物の（部分）構造の構造サイズ、例として限定はされないが、測定対象物の（部分）構造の幅、長さ、深さ、直径、面積、場所又は位置、方位が挙げられ得る。（部分）構造は、例えば、ライン、エッジ、開口であり得る。

これにより、試験計画で達成される測定精度をその試験計画の実際の実行前に評価することが可能となることが有利である。

したがって、さらにまた、１つ又は複数の特に調整可能なパラメータの変化の測定精度に対する影響を決定することが可能である。これは、パラメータ依存感度とも称することができる。

さらに別の実施形態では、測定対象物の画像ベース測定のための種々の方法の測定精度が、仮想画像に応じて比較される。

前述の測定対象物の仮想画像又は実画像からの幾何学的特性の画像ベース決定は、画像処理法によって少なくとも部分的に行われる。例として、ここでは、構造検出の方法、例えばエッジ又はラインの検出方法を適用することが可能である。さらにまた、画像改善の方法、例えば雑音低減のためのフィルタ法を適用することが可能である。画素位置及び種々の画素間の距離を決定する方法を適用することも可能である。適切な変換係数又は適切な変換規則が既知である場合、画像ベースで決定されたそれらの特性、すなわち例えば位置、距離、方位を、対応する実際の特性に変換することが可能である。

幾何学的特性の画像ベース決定の目的で代替的又は累積的に実行できる複数の画像処理法がある場合、第１画像処理法又は種々の画像処理法の第１シーケンスに応じて決定された幾何学的特性を、さらに別の画像処理法又は種々の画像処理法のさらに別のシーケンスに応じて決定された幾何学的特性と比較することが可能である。これが可能な理由は、同じ仮想画像が、比較される画像処理法及び／又は画像処理法シーケンスのための生画像として用いられるからである。

さらにまた、前述のように、種々の画像処理法で決定された幾何学的特性を、測定対象物の既知の幾何学的データに応じて決定され得る対応の幾何学的特性と比較することができる。

結果として、特に調整可能な同じパラメータセットで種々の画像処理法又はシーケンスを比較することが可能であることが有利である。したがって、特に、そのパラメータセットに関して最高の測定精度を有する画像処理法又はシーケンスを選択することが可能である。

さらにまた、それにより、種々の画像処理法又は画像処理法シーケンスの測定精度に対する、座標測定機及び／又は光源及び／又は撮像装置の１つ又は複数の特に調整可能なパラメータの変更の影響を決定することが可能である。結果として、パラメータの変更時に、種々の画像処理用又は種々の画像処理法シーケンス間で切り替えを行うことが例えば可能である。特に、現在のパラメータセットに対して画像処理法又は画像処理法シーケンスをそれぞれ選択するように、種々の画像処理法又は種々の画像処理法シーケンス間で切り替えることが可能であり、その測定精度は、現在のパラメータセットに関して最高である。このように選択された方法又はシーケンスを、続いて対応する実際の測定動作で適用することもできる。

測定対象物の少なくとも１つの仮想画像を生成する装置も提案され、この装置は、少なくとも１つの制御・評価装置を含み、制御・評価装置を用いて、測定対象物の仮想位置及び／又は仮想方位、及び／又は座標測定機の少なくとも１つの撮像装置の仮想位置及び／又は仮想方位を決定することが可能であり、測定対象物の幾何学的データ及び測定対象物の光学特性に応じて、仮想画像を生成することが可能である。

本発明によれば、仮想画像は、撮像装置の結像パラメータに応じてさらに生成することができる。制御・評価装置は、この目的で適宜構成され得る。

提案される座標測定機は、上述の方法の１つの実行を可能にすることが有利である。

ここで、評価・制御装置は、信号伝達又はデータ処理によって座標測定機のさらに他の制御装置に結合することができる。この場合、仮想画像の生成に用いられる制御・評価装置のパラメータが、さらに他の制御装置に伝送され、これらのさらに他の制御装置は、伝送されたパラメータに応じて、座標測定機及び／又は少なくとも１つの光源及び／又は撮像装置の対応する調整可能パラメータを調整する。この目的で、仮想画像の生成に用いられるパラメータは、例えば既知の変換規則によって適宜変換される。

本発明による方法の概略フローチャートである。

例示的な実施形態を用いて、本発明をより詳細に説明する。

第１ステップＳ１において、測定対象物のＣＡＤデータＣＡＤ＿Ｍを入力する。測定対象物の材料特性ＭＥ＿Ｍも入力する。これらは、測定対象物の表面の特性、例えば表面品質及び光沢度も含む。特に測定対象物の種々の部分領域に関する測定対象物の光学特性を、材料特性ＭＥ＿ＭとＣＡＤデータＣＡＤ＿Ｍから決定された幾何学的特性とに応じて決定することができる。例として、種々の材料及び種々の化合物の光学特性を、この目的で記憶装置に記憶させることができる。光学特性として、例えば、測定対象物の反射、特化、回折、及び散乱の特性が挙げられる。

第２ステップＳ２において、座標測定機の撮像装置、例えばカメラの結像パラメータｕＡＥ、ｖＡＥを入力する。これらは、不変結像パラメータｕＡＥ及び可変結像パラメータｖＡＥを含む。この場合の結像パラメータｕＡＥ、ｖＡＥは、撮像装置のイメージセンサのセンサパラメータも含む。この場合の可変結像パラメータｖＡＥとして、例えば、焦点距離、測定対象物からの作動距離、開口数、及びテレセントリック特性が挙げられる。

第３ステップＳ３において、座標測定機の全部の光源の発光パラメータｕＥＰ、ｖＥＰを入力する。これらはさらに、不変発光パラメータｕＥＰ及び可変発光パラメータｖＥＰを含む。この場合の可変発光パラメータｖＥＰとして、例えば、生成された光の強度、波長、オン時間、及びスイッチオン時刻（turn-on time）が挙げられる。

第４ステップＳ４において、座標測定機のＣＡＤデータＣＡＤ＿ｋ及び材料特性ＭＥ＿ｋを入力する。座標測定機の運動パラメータＢＰも入力する。この場合の運動パラメータＢＰは、座標測定機の駆動装置、特に直線及び／又は回転駆動装置の所望の位置、例えば座標測定機の可動軸及び継手の運動パラメータＢＰ、及び実際の測定のために測定対象物を配置するターンテーブルの運動パラメータＢＰを含む。

第５ステップＳ５において、仮想基準座標系で、仮想測定対象物の相対位置及び／又は方位を撮像装置に関して決定し、光源の相対位置及び／又は方位を仮想測定対象物に関して決定する。この目的で、仮想基準座標系における測定対象物、撮像装置、及び光源の仮想位置及び／又は方位を決定することが可能である。

撮像装置及び測定対象物の仮想位置及び／又は方位のこの決定は、例えば、座標測定機の運動パラメータＢＰ及び座標測定機のＣＡＤデータに応じて行うことができる。

第６ステップＳ６において、以前に入力した特性を計算的に考慮するレイトレーシング法又はレンダリング法が、仮想像面におけるビーム強度の分布を決定する。ビーム強度の所与の分布に関して光センサが発生した電気信号が、続いてセンサパラメータに応じて決定され得る。仮想画像ｖＡの画素の、特にビットの形態の強度変数を、適切な場合はさらなる信号変換を考慮することによって次に決定することができる。

第７ステップＳ７において、平滑化フィルタ演算を仮想画像ｖＡの画素に適用し、平滑化フィルタ演算の強度を、撮像装置の焦点面からの上記画素に結像された点の距離に応じて選択する。

第８ステップＳ８において、画像評価のための、例えば光学的に結像された測定対象物の画像ベース測定のための既知の方法を、続いて仮想画像ｖＡに適用することで、仮想画像ｖＡが生成された測定対象物の幾何学的寸法を決定するようにする。

上記寸法は、第９ステップＳ９において、測定対象物のＣＡＤデータＣＡＤ＿Ｍに応じて決定された寸法と比較することができる。続いて、第１０ステップＳ１０において、可変結像特性ｖＡＥ及び発光パラメータｖＥＰ並びに座標測定機の運動パラメータＢＰを変更し、本方法を第２ステップＳ２から再開して実行することが可能である。例として、変更は、第９ステップＳ９において決定された寸法の差が最小であるか又は所定の測度未満であるように、またはそうなるまで、行われ得る。

Claims (12)

1. 測定対象物の少なくとも１つの仮想画像（ｖＡ）を生成する方法であって、前記測定対象物の仮想位置及び／又は仮想方位を決定し、座標測定機の少なくとも１つの撮像装置の仮想位置及び／又は仮想方位を決定し、且つ前記仮想画像（ｖＡ）を、前記測定対象物の幾何学的データ及び前記測定対象物の光学特性に応じて生成する方法において、前記仮想画像（ｖＡ）を、前記撮像装置の結像パラメータ（ｕＡＥ、ｖＡＥ）に応じてさらに生成することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、少なくとも１つの光源の仮想位置及び／又は仮想方位を決定し、前記仮想画像（ｖＡ）を、前記光源の発光パラメータ（ｕＥＰ、ｖＥＰ）に応じてさらに決定することを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記撮像装置の前記結像パラメータ（ｕＡＥ、ｖＡＥ）は、前記撮像装置の少なくとも１つの光学素子の結像パラメータを含むことを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、前記測定対象物及び／又は前記少なくとも１つの撮像装置の前記仮想位置及び／又は仮想方位を、前記座標測定機の少なくとも１つの可動部品の仮想運動パラメータ（ＢＰ）及び／又は前記座標測定機の幾何学的データに応じて決定することを特徴とする方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、前記仮想画像（ｖＡ）を、前記撮像装置のイメージセンサのセンサパラメータに応じてさらに決定することを特徴とする方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、前記仮想画像（ｖＡ）の生成後に、少なくとも１つの画像処理法を前記仮想画像（ｖＡ）に適用し、前記画像処理法は、前記撮像装置の少なくとも１つの収差をシミュレートすることを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法において、前記仮想画像（ｖＡ）の生成後に、少なくとも１つの平滑化フィルタ演算を前記仮想画像（ｖＡ）に適用し、前記平滑化フィルタ演算の強度を、前記撮像装置の焦点面からの、前記測定対象物上の１つ又は複数の画素に結像した点の距離に応じて選択することを特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法において、前記撮像装置の焦点面を決定し、前記仮想画像（ｖＡ）は、仮想測定対象物のうち前記焦点面に又は該焦点面の周りの所定の領域に配置された部分に対応することを特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法において、前記少なくとも１つの光源及び／又は前記座標測定機及び／又は前記撮像装置の少なくとも１つの調整可能パラメータ（ｖＡＥ、ｖＥＰ、ｖＢＰ）を、前記仮想画像（ｖＡ）の生成に用いた対応のパラメータに応じて調整することを特徴とする方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法において、前記座標測定機の測定精度を、前記仮想画像（ｖＡ）に応じて決定することを特徴とする方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法において、測定対象物の画像ベース測定の種々の方法の測定精度を、前記仮想画像（ｖＡ）に応じて比較することを特徴とする方法。
12. 測定対象物の少なくとも１つの仮想画像（ｖＡ）を生成する装置であって、少なくとも１つの制御・評価装置を含み、該制御・評価装置を用いて、前記測定対象物の仮想位置及び／又は仮想方位、及び／又は座標測定機の少なくとも１つの撮像装置の仮想位置及び／又は仮想方位を決定することが可能であり、前記測定対象物の幾何学的データ及び前記測定対象物の光学特性に応じて、前記仮想画像（ｖＡ）を生成することが可能である装置において、前記仮想画像（ｖＡ）を、前記撮像装置の結像の結像パラメータ（ｕＡＥ、ｖＡＥ）に応じてさらに生成することができることを特徴とする装置。

Images