(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】2019522213
(43)【公表日】20190808
(54)【発明の名称】非接触式プローブおよび動作の方法
(51)【国際特許分類】
   G01B 11/25 20060101AFI20190712BHJP
【FI】
   !G01B11/25 H
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】32
(21)【出願番号】2019504757
(86)(22)【出願日】20170726
(85)【翻訳文提出日】20190306
(86)【国際出願番号】GB2017052182
(87)【国際公開番号】WO2018020244
(87)【国際公開日】20180201
(31)【優先権主張番号】16275107.7
(32)【優先日】20160728
(33)【優先権主張国】EP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】391002306
【氏名又は名称】レニショウ パブリック リミテッド カンパニー
【氏名又は名称原語表記】RENISHAW PUBLIC LIMITED COMPANY
【住所又は居所】イギリス ジーエル12 8ジェイアール グロスタシャー ワットン−アンダー−エッジ ニュー ミルズ(番地なし)
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ニコラス ジョン ウェストン
【住所又は居所】イギリス ジーエル12 8ジェイアール グロスターシャー ワットン−アンダー−エッジ ニュー ミルズ(番地なし)
(72)【発明者】
【氏名】イボンヌ ルース ハダート
【住所又は居所】イギリス ジーエル12 8ジェイアール グロスターシャー ワットン−アンダー−エッジ ニュー ミルズ(番地なし)
【テーマコード(参考)】
2F065
【Fターム(参考)】
2F065AA04
2F065AA53
2F065BB05
2F065FF09
2F065GG06
2F065GG07
2F065JJ03
2F065JJ26
2F065LL22
2F065MM06
2F065QQ31
2F065TT02
(57)【要約】
物体の上の関心のフィーチャー、および、位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブの光学検査システムを、所望の関係に置く方法である。方法は、a)非接触式プローブおよび物体を第1の相対的構成に配置することによって、検査されることとなる物体の上のターゲットの関心のポイントを識別するステップであって、第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、ターゲットの関心のポイントを識別しており、マーカーフィーチャーは、光学検査システムの光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿って非接触式プローブによって投射される、ステップと、b)その後に、非接触式プローブおよび/または物体を移動させ、それらを第2の相対的構成に置くようになっているステップであって、第2の相対的構成において、ターゲットの関心のポイントおよび光学検査システムは、所望の関係にあり、所望の関係においては、位置決め装置が、制御経路にしたがってそのような運動をガイドするように構成されている、ステップとを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体の上の関心のポイント、および、位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブの光学検査システムを、所望の関係に置く方法であって、前記方法は、
a)前記非接触式プローブおよび前記物体を第1の相対的構成に配置することによって、検査されることとなる前記物体の上の関心のポイントを識別するステップであって、前記第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、前記関心のポイントを識別しており、前記マーカーフィーチャーは、前記光学検査システムの光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿って前記非接触式プローブによって投射される、ステップと、
b)その後に、前記非接触式プローブおよび/または物体を移動させ、それらを第2の相対的構成に置くようになっているステップであって、前記第2の相対的構成において、前記関心のポイントおよび前記光学検査システムは、前記所望の関係にあり、前記所望の関係においては、前記位置決め装置が、そのような運動をガイドするように構成されている、ステップと
を含む、方法。
【請求項2】
前記位置決め装置は、ステップb)において、前記運動をガイドするように構成されており、前記第2の相対的構成において、前記プロジェクター軸線が、それが前記第1の相対的構成において前記物体の前記表面と交差したのと実質的に同じ位置において、前記物体の前記表面と交差するようになっている請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記第1の構成と前記第2の構成との間の前記運動の間に、前記プロジェクター軸線は、それがステップa)において前記物体の前記表面と交差したのと実質的に同じポイントにおいて、前記物体の前記表面と交差する請求項2に記載の方法。
【請求項4】
前記第1の構成と前記第2の構成との間の位置の変化は、前記第1の相対的構成における前記プロジェクターのプロジェクター軸線に対して平行な軸線に沿っている請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記非接触式プローブおよび物体は、前記第1の相対的構成における前記プロジェクターのプロジェクター軸線と平行な線に沿って、前記第1の構成と前記第2の構成との間で互いに対して移動する請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記ステップa)は、人が、随意的に、ジョイスティックを介して、前記物体および/または非接触式プローブの前記相対的構成を手動で操作することを含む請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記物体の上の前記マーカーフィーチャーは、人が見ることができる請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記ステップb)は、前記位置決め装置が前記非接触式プローブおよび/または物体を自動的に移動させ、前記光学検査システムおよび前記関心のポイントを前記第2の相対的構成に置くようになっていることを含む請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記光学検査システムおよび前記関心のポイントを前記第2の相対的構成に置くために必要とされる前記運動の程度を自動的に決定するステップを含む請求項1乃至8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記運動の程度を自動的に決定するステップは、前記マーカーフィーチャーが前記第1の相対的構成において前記非接触式プローブのセンサーに当たる場所を決定するステップを含む請求項9に記載の方法。
【請求項11】
前記所望の関係は、前記光学検査システムと前記関心のポイントとの間の事前定義された距離、および/または、前記光学検査システムのセンサーの上の前記関心のポイントの事前定義された場所を含む請求項1乃至10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記光学検査システムは、カメラを含む請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
非接触式プローブは、前記物体の上へ光学パターンを投射するように構成されており、前記光学パターンは、前記光学検査システムによって検出可能であり、随意的に、光学検査システムは、前記光学パターンおよび前記マーカーフィーチャーを検出するように構成されている請求項1乃至12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
前記光学パターンおよびマーカーフィーチャーは、互いから区別でき、それらが一緒にまたは個別に投射され得るようになっている請求項13に記載の方法。
【請求項15】
前記方法は、前記非接触式プローブおよび前記物体の相対的移動を前記ステップa)におけるそれらの相対的な位置から前記所望の関係に向けてガイドするための制御経路を決定するステップを含み、前記ステップb)において、前記位置決め装置は、前記制御経路にしたがって、そのような運動をガイドするように構成されている請求項1乃至14のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
前記物体についての表面位置測定情報を取得するステップを含む請求項1乃至15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項17】
物体の上の関心のポイント、および、位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブの光学検査システムを、所望の関係に置く方法であって、前記方法は、
ユーザーが前記非接触式プローブおよび物体を第1の相対的構成に手動で配置するステップであって、前記第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、関心のポイントを識別しており、前記マーカーフィーチャーは、前記光学検査システムの光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿って前記非接触式プローブによって投射される、ステップと、
その後に、前記位置決め装置が前記非接触式プローブおよび/または物体を自動的に移動させ、それらを第2の相対的構成に置くようになっているステップであって、前記第2の相対的構成において、前記関心のポイントおよび光学検査システムは、前記所望の関係にある、ステップと
を含む、方法。
【請求項18】
物体の上の関心のポイント、および、位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブの光学検査システムを、所望の関係に置く方法であって、前記方法は、
ユーザーが前記非接触式プローブおよび物体を第1の相対的構成に手動で配置するステップであって、前記第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、関心のポイントを識別しており、前記マーカーフィーチャーは、前記光学検査システムの光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿って前記非接触式プローブによって投射される、ステップと、
前記非接触式プローブおよび物体のその後の手動の相対的移動が制限されるように、前記位置決め装置を動作させ、前記非接触式プローブおよび前記物体の上の識別された前記関心のポイントを前記所望の関係に向けてガイドするようになっている、ステップと
を含む、方法。
【請求項19】
前記その後の手動の相対的移動は、前記プロジェクター軸線に沿った運動に制限されている請求項18に記載の方法。
【請求項20】
インストラクションを含むコンピュータープログラムコードであって、前記インストラクションは、プロセッサーデバイスによって実行されるときに、前記プロセッサーデバイスが請求項1乃至19のいずれか一項に記載の方法を実行することを引き起こす、コンピュータープログラムコード。
【請求項21】
請求項20に記載のコンピュータープログラムコードを保存するコンピューター可読媒体。
【請求項22】
物体を検査するための装置であって、前記装置は、
位置決め装置と、
前記位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブであって、前記非接触式プローブは、光軸を有する光学検査システム、および、前記光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿ってマーカーフィーチャーを投射するように構成されているプロジェクターを含む、非接触式プローブと
を含み、
前記マーカーフィーチャーによって識別される前記物体の前記表面の上に示された関心のポイントに基づいて、前記装置は、前記位置決め装置を制御するように構成されており、前記非接触式プローブおよび/または物体の相対運動を相対的構成へガイドするようになっており、前記相対的構成において、示された前記関心のポイントおよび光学検査システムは、所望の関係にある、装置。
【請求項23】
前記装置は、前記位置決め装置を制御するように構成されており、前記非接触式プローブおよび/または物体の相対運動を第1の相対的構成から第2の相対的構成へ経路に沿ってガイドするようになっており、前記第1の相対的構成において、前記マーカーフィーチャーは、識別された前記関心のポイントを識別し、前記第2の相対的構成において、識別された前記関心のポイントおよび光学検査システムは、前記所望の関係にある請求項22に記載の装置。
【請求項24】
位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブを含む検査装置であって、前記非接触式プローブは、光軸を有する光学検査システムと、前記光軸とは異なるプロジェクター軸線に沿ってマーカーフィーチャーを投射するように構成されているプロジェクターとを含み、前記装置は、前記マーカーフィーチャーによって識別される前記物体の前記表面の上に示された関心のポイントに基づいて、どのように前記非接触式プローブおよび物体を相対的構成へガイドするかということを決定するように構成されており、前記相対的構成において、前記光学検査システムおよび示された前記関心のポイントは、所望の関係にあり、また、前記相対的構成において、前記プロジェクター軸線は、前記マーカーフィーチャーが示された前記関心のポイントを識別したときに、それが前記物体の前記表面と交差したのと同じ位置において、前記物体の前記表面と交差する、検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非接触式プローブおよび物体を互いに対して配置するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
非接触式プローブは、物体を検査するために、たとえば、物体の表面を検査/測定するために知られている。効果的な検査のために、非接触式プローブおよび物体を特定の関係で配置させることが必要である可能性がある。たとえば、非接触式プローブは、光学検査システム、たとえば、カメラなどを含むことが可能であり、光学検査システムに対して、所与の高さに、または、所与の高さ範囲の中に(たとえば、光学検査システムの所与の被写界深度(焦点範囲または有効焦点範囲とも呼ばれる)の中に)位置付けされるように、検査されることとなる物体の一部を配置させることが望ましい可能性がある。
【0003】
非接触式プローブをセットアップするときに、非接触式プローブおよび検査されることとなる物体の一部が所望の関係になっているということを確保することは、ユーザーにとって困難である可能性がある。たとえば、ユーザーが、光学検査システムによってキャプチャーされるイメージを示すディスプレイを提示される場合にも、いつ物体が光学検査システムの被写界深度(たとえば、キャリブレートされた被写界深度)の中にあるかということを知るということは、ユーザーにとって困難である可能性がある。
【0004】
物体の上へ光学的なマーカーを投射するということが知られており、また、ユーザーが、物体の上へ投射されたラインストライプなどのような別の光学的なフィーチャーに対して、マーカーを特定の場所に置くときに、ユーザーは、プローブが適正に配置されているということを知る。しかし、特に、非接触式プローブが位置決め装置の上に装着されているときに(たとえば、ハンドヘルド式であるときとは対照的に)、ユーザーがレンジファインダーを使用し、非接触式プローブおよび物体を所望の関係に置くことは、厄介であり時間がかかる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】欧州特許第0402440号明細書
【特許文献2】国際公開第2009/024757号パンフレット
【特許文献3】国際公開第2011/030090号パンフレット
【特許文献4】米国特許第8601701号明細書
【特許文献5】米国特許第8792707号明細書
【特許文献6】国際公開第2009/024783号パンフレット
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、非接触式プローブおよび物体を互いに対して配置するための改善された方法および装置を提供する。本発明によれば、(たとえば、投射されたマーカーフィーチャー(marker feature)を関心のポイントの上に位置付けすることによって)ユーザーが物体の表面の上の関心のポイントを識別すると、非接触式プローブおよび物体のその後の相対運動が、位置決め装置によってガイドされ、関心のポイントおよび非接触式プローブを所望の関係に置くことを支援するようになっている。
【0007】
したがって、物体の上の関心のフィーチャー/ポイント、および、位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブの光学検査システムを、(事前定義された)所望の関係に置く方法が提供される。方法は、非接触式プローブおよび物体を第1の相対的構成に配置することによって、検査されることとなる物体の上のターゲットの関心のポイントを識別するステップであって、第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、ターゲットの関心のポイントを識別しており、マーカーフィーチャーは、(たとえば、光学検査システムの光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿って)非接触式プローブによって投射される、ステップを含むことが可能である。方法は、その後に、非接触式プローブおよび/または物体を移動させ、それらを第2の相対的構成に置くようになっているステップであって、第2の相対的構成において、ターゲットの関心のポイントおよび光学検査システムは、(事前定義された)所望の関係にある、ステップを含むことが可能である。位置決め装置は、たとえば、所定/制御経路にしたがって、そのような運動をガイドするように構成され得る。したがって、そのような運動は、非接触式プローブがその上に装着されている位置決め装置の1つまたは複数の相対的に可動のパーツを移動させることによって実現され得る。
【0008】
本発明の第1の態様によれば、物体の上の関心のフィーチャー/ポイント、および、位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブの光学検査システムを、(たとえば、事前定義された)所望の関係に置く方法であって、方法は、a)非接触式プローブおよび物体を第1の相対的構成に配置することによって、検査されることとなる物体の上の(ターゲットの)関心のポイントを識別する(たとえば、特定する、登録する、または選択する)ステップであって、第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、(ターゲットの)関心のポイントを識別しており、マーカーフィーチャーは、光学検査システムの光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿って非接触式プローブによって投射される、ステップと、b)その後に、非接触式プローブおよび/または物体を移動させ、それらを第2の相対的構成に置くようになっているステップであって、第2の相対的構成において、ターゲットの関心のポイントおよび光学検査システムは、(事前定義された)所望の関係にあり、(事前定義された)所望の関係においては、位置決め装置が、(たとえば、制御経路にしたがって)そのような運動をガイドするように構成されている、ステップとを含む、方法が提供される。
【0009】
本発明の方法を使用して、ユーザーは、非接触式プローブおよび物体が(事前定義された)所望の関係にあるかどうかということを心配する必要なしに、投射されたマーカーフィーチャーを、それが物体の上の(ターゲットの)関心のポイントに当たるように配置することによって、(ターゲットの)関心のポイントを簡単に登録する/識別する/特定する/選択することが可能である。したがって、(ターゲットの)関心のポイントは、物体の上の任意のポイントであることが可能である(たとえば、それは、ユーザーが検査すること/測定することに関心のある表面の上に存在している)。随意的に、方法は、マーカーフィーチャーが関心のポイントを識別するインディケーション(たとえば、ユーザーからの入力)を受け取ることを含む。したがって、方法は、物体および非接触式プローブの現在の/第1の相対的構成において、プロジェクターマーカーフィーチャーが関心のポイントを識別しているということを示す信号を(たとえば、ユーザーから)受け取ることを含むことが可能である。したがって、方法は、物体および非接触式プローブの現在の/第1の相対的構成において、プロジェクター軸線は、検査されることとなる物体の表面の上の関心のポイントと交差するということを示す信号を(たとえば、ユーザーから)受け取ることを含むことが可能である。ユーザーによって光学検査システムに対して(事前定義された)所望の関係に登録された状態に関心のポイントを置くためのその後の運動は、(たとえば、制御経路にしたがって)位置決め装置によってガイドされ、それによって、このプロセスを支援する。換言すれば、座標位置決め装置は、非接触式プローブおよび/または物体を第2の相対的構成に向けてガイドするように構成され得る。そのようなガイドは、非接触式プローブおよび物体の相対運動を制限/限定することによって起こることが可能である。たとえば、その後の相対運動は、非接触式プローブおよび/または物体を第2の相対的構成/所望の関係に向けて前進させる方向および/または配向に制限され得る。随意的に、非接触式プローブおよび/または物体を第1の相対的構成に向けて戻るように反転させることを含む相対運動が許容され得る。
【0010】
方法は、非接触式プローブおよび関心の物体/ポイントの(たとえば、ステップa)におけるそれらの相対的な位置から所望の関係に向けての)(その後の)相対的移動をガイドするための制御経路を決定することを含むことが可能である。したがって、ステップb)では、位置決め装置は、制御経路にしたがってそのような運動をガイドするように構成され得る。理解されるように、非接触式プローブおよび関心の物体/ポイントの(その後の)相対的移動をガイドするための制御経路を決定することは、a)とb)との間の方法のステップの少なくとも一部を形成することが可能である。したがって、ステップb)は、ステップc)になる可能性があり、ステップb)は、非接触式プローブおよび関心の物体/ポイントの(その後の)相対的移動をガイドするための制御経路を決定することを含むことが可能である。
【0011】
制御経路は、その後の運動の方向を決定する/特定することが可能である。検査されることとなる物体の上のターゲットの関心のポイントが識別されると、方法は、(たとえば、ステップb)において)その後の運動の方向を制御するために、どのように位置決め装置を制御するかということを決定することを含むことが可能である。したがって、制御経路を決定することは、(たとえば、ステップb)において)その後の運動の方向を制御するために、どのように位置決め装置を制御するかということを決定することを含むことが可能である。これは、(たとえば、ステップb)において)その後の運動の方向を制御するために、どのように位置決め装置の可動軸線を制御するかということを決定することを含むことが可能である。位置決め装置は、制御経路を決定することが可能であり、または、どのように位置決め装置(たとえば、位置決め装置の可動軸線)を制御するかということを決定することが可能である。たとえば、位置決め装置は、コントローラーデバイスを含むことが可能であり、コントローラーデバイスは、たとえば、制御経路を決定するように構成されており、または、どのように位置決め装置(たとえば、位置決め装置の可動軸線)を制御するかということを決定するように構成されている。プロセッサーデバイスは、制御経路を決定することが可能であり、または、どのように位置決め装置(たとえば、位置決め装置の可動軸線)を制御するかということを決定することが可能である。位置決め装置は、プロセッサーデバイスを含むことが可能である。プロセッサーデバイスは、一般的なものであるかまたは注文品であることが可能である。換言すれば、方法の少なくとも一部、たとえば、少なくとも、制御経路を決定することおよび/またはステップb)は、コンピューター実装される。理解されるように、コントローラー/プロセッサーデバイスは、運動をガイド/制限することが可能である。
【0012】
随意的に、その後の運動は、たとえば、物体に対する、並進運動、たとえば、非接触式プローブおよび物体の水平方向のおよび/または垂直方向の相対運動を含む。換言すれば、その後の運動は、物体に対する非接触式プローブの水平方向の位置および/または高さを調節することを含むことが可能である。
【0013】
位置決め装置は、少なくとも1つの線形の自由度で、随意的に、少なくとも2つの線形の自由度で、たとえば、少なくとも3つの線形の/並進の自由度で、非接触式プローブおよび物体の相対的移動を促進させるように構成され得る。線形の/並進の自由度は、互いに対して垂直であることが可能である。
【0014】
位置決め装置は、少なくとも1つの回転自由度で、随意的に、少なくとも2つの回転自由度で、たとえば、少なくとも3つの回転自由度で、非接触式プローブおよび物体の相対的移動を促進させるように構成され得る。たとえば、非接触式プローブは、関節式のヘッドの上に装着され得、それは、少なくとも1つの軸線の周りの、たとえば、少なくとも2つの(随意的に、直交する)軸線の周りの、相対的な再配向を促進させる。関節式のヘッドは、移動構造体の上に装着され得る。移動構造体は、1つまたは複数のリニアガイドウェイとともに構成され得、それは、たとえば、少なくとも1つの線形の次元で、随意的に、少なくとも2つの直交する線形の次元で、たとえば、少なくとも3つの直交する線形の次元で(たとえば、X、Y、Z)、関節式のヘッドの線形の並進(ひいては、関節式のヘッドの上に装着されている非接触式プローブの線形の並進)を可能にする/促進させる。
【0015】
3つの線形の自由度および2つの回転自由度での移動を促進させる位置決め装置は、一般に、計測学的な産業において、「5軸」測定デバイスと称される。そのような「5軸」システムは、ロボットアームなどのような、他のタイプの位置決め装置とは異なっている。しかし、理解されるように、本発明は、そのような5軸システムに限定されず、また、より少ないかまたはより多い自由度を通した移動、たとえば、3つの、4つの、またはそれ以上の回転自由度を通した移動を促進させるシステムとともに使用され得る。
【0016】
制御経路を決定することは、物体および/または非接触式プローブがそれに沿って移動させられることとなる並進経路を決定することを含むことが可能である。したがって、所定/制御経路は、物体および/または非接触式プローブがそれに沿って並進させられることとなる並進経路を含むことが可能である。
【0017】
随意的に、位置決め装置は、所定の相対的な配向情報にしたがって、(たとえば、ステップbにおける)そのようなその後の運動をガイドするように構成されている。したがって、随意的に、方法は、非接触式プローブおよび/または物体を移動させ、それらを第2の相対的構成に置くようになっているステップを含み、第2の相対的構成において、ターゲットの関心のポイントおよび光学検査システムは、(事前定義された)所望の関係にあり、所望の関係においては、位置決め装置は、非接触式プローブおよび物体の相対的な並進経路、ならびに、並進経路に沿った相対的な配向を含む/説明する、運動の所定/制御コースにしたがって、(たとえば、ステップbにおける)そのような運動をガイドするように構成されている。したがって、制御経路を決定することは、どのように物体および/または非接触式プローブの相対的な配向を並進経路に沿って制御するかということを決定することを含むことが可能である。
【0018】
位置決め装置は、座標位置決め装置を含むことが可能である。位置決め装置は、コンピューター制御される位置決め装置、たとえば、コンピューター数値制御(CNC)位置決め装置を含むことが可能である。適切な位置決め装置は、座標測定機(CMM)および工作機械を含む。位置決め装置は、デカルトまたは非デカルト位置決め装置を含むことが可能である。理解されるように、位置決め装置は、非接触式プローブおよび/または物体がその上に装着されている(たとえば、移動)構造体以外のデバイス/パーツを含むことが可能である。たとえば、位置決め装置は、1つまたは複数のプロセッサーデバイス、たとえば、コントローラーおよび/またはコンピューターを含むことが可能であり、それらは、非接触式プローブおよび/または物体がその上に装着されている構造体と通信している。そのようなデバイスは、非接触式プローブおよび/または物体がその上に装着されている構造体とは物理的に別々になっていることが可能である。そのようなデバイスは、1つまたは複数の入力および/または出力デバイス、たとえば、ヒューマンコンピューターインターフェースを含むことが可能である。
【0019】
随意的に、非接触式プローブは、(たとえば、ステップb)における)その後の運動の間に移動させられる。随意的に、物体は、(たとえば、ステップb)における)その後の運動の間に静止状態に維持されている。したがって、(たとえば、ステップb)における)その後の運動は、非接触式プローブの水平方向のおよび/または垂直方向の運動、ならびに、随意的に、非接触式プローブの回転運動を含むことが可能である。したがって、非接触式プローブは、位置決め装置の可動パーツの上に装着され得る。計測学の分野において、とりわけ、CMMの分野において、これは、位置決め装置のヘッドまたはクイルと呼ばれることが多い。
【0020】
随意的に、第2の相対的構成において、プロジェクター軸線が、それが第1の相対的構成において物体の表面と交差したのと同じ位置において、物体の表面と交差するように、制御経路は構成されている。随意的に、位置決め装置は、(たとえば、ステップb)における)その後の運動をガイドするように構成されており、第2の相対的構成において、プロジェクター軸線が、それが第1の相対的構成において物体の表面と交差したのと同じ位置において、物体の表面と交差するようになっている。
【0021】
随意的に、第1の構成と第2の構成との間の運動の間に、プロジェクター軸線は、それがステップa)において物体の表面と交差したのと同じポイントにおいて、物体の表面と交差するように、制御経路は構成されている。随意的に、第1の構成と第2の構成との間のその後の運動の間に、プロジェクター軸線は、それがステップa)において物体の表面と交差したのと同じポイントにおいて、物体の表面と交差するように、位置決め装置は構成されている。随意的に、第1の構成と第2の構成との間の運動の間に、プロジェクター軸線は、それがステップa)において物体の表面と交差したのと同じポイントにおいて常に交差するように、制御経路は構成されている。随意的に、第1の構成と第2の構成との間の運動の間に、プロジェクター軸線は、それがステップa)において物体の表面と交差したのと同じポイントにおいて常に交差するように、位置決め装置は、運動をガイドするように構成されている。
【0022】
随意的に、第1の構成と第2の構成との間の位置の変化は、第1の相対的構成におけるプロジェクターのプロジェクター軸線に対して平行な軸線に沿っている(たとえば、そのように制御経路が構成されている)。随意的に、第1の構成と第2の構成との間の運動は、第1の相対的構成におけるプロジェクターのプロジェクター軸線に対して平行な軸線に沿っている(たとえば、そのように制御経路が構成されている)。随意的に、非接触式プローブおよび物体は、第1の相対的構成におけるプロジェクターのプロジェクター軸線と平行な線に沿って、第1の構成と第2の構成との間で互いに対して移動する(たとえば、そのように制御経路が構成されている)。
【0023】
したがって、所定/制御経路は、第1の相対的構成におけるプロジェクターのプロジェクター軸線に対して平行である(たとえば、それと一致している)ことが可能である。随意的に、非接触式プローブおよび物体は、それ(プロジェクター軸線)が第1の相対的構成にあったときのプロジェクター軸線に沿って、第1の構成と第2の構成との間で互いに対して移動することが可能である(たとえば、そのように制御経路が構成されている)。随意的に、非接触式プローブおよび物体の相対的な配向は、第1および第2の相対的構成において同じである(たとえば、そのように制御経路が構成されている)。したがって、このケースでは、プロジェクター軸線の場所/配向は、第1の相対的構成と第2の相対的構成との間で変化しないままであり、随意的に、第1の相対的構成と第2の相対的構成との間の運動の間に移動しない。
【0024】
非接触式プローブおよび物体の相対的構成は、非接触式プローブおよび物体の相対的な位置(換言すれば、非接触式プローブおよび物体の相対的な並進位置)を含むことが可能である。随意的に、非接触式プローブおよび物体の相対的構成は、非接触式プローブおよび物体の相対的な配向を含むことが可能である。たとえば、非接触式プローブおよび物体の相対的構成は、少なくとも1つの回転軸線の周りで、たとえば、少なくとも2つの回転軸線の周りで、非接触式プローブおよび/または物体の回転配向を含むことが可能である。
【0025】
ステップa)は、人(たとえば、ユーザー/オペレーター)が物体および/または非接触式プローブの相対的構成を手動で操作することを含むことが可能である。人は、ジョイスティックなどのような入力デバイスを介して、それを行うことが可能である。他の適切な入力デバイスは、マウス、トラックボール、またはキーボードを含む。ステップa)は、非接触式プローブおよび物体の相対的な位置および/または相対的な配向を(手動で)操作し、それらを第1の相対的構成に配置させるようになっていることを含むことが可能である。
【0026】
随意的に、物体の上のマーカーフィーチャーは、人(たとえば、オペレーター/ユーザー)が見ることができる。すなわち、随意的に、マーカーフィーチャーは、可視スペクトルの光を含む。これは、たとえば、検出器およびディスプレイデバイスを介してのみ見ることができるマーカーフィーチャーとは対照的である。
【0027】
随意的に、プロジェクター軸線と物体との交差は、確実に識別され、たとえば、確実に視覚的に識別される。したがって、マーカーフィーチャーは、プロジェクター軸線の上に位置付けされ得る。随意的に、マーカーフィーチャーは、プロジェクター軸線の上にあるスポット(たとえば、スポット、たとえば、プロジェクター軸線に中心を合わせられている中実のスポットなど)を含む。これは、たとえば、プロジェクター軸線の周りを回るリング(したがって、それは、ターゲットの関心のポイントを識別するが、実際には、プロジェクター軸線の上にはない)とは対照的であることが可能である。
【0028】
随意的に、非接触式プローブは、少なくとも1つのマーカーフィーチャープロジェクターを含む。マーカーフィーチャープロジェクターは、たとえば、発光ダイオード(LED)またはレーザーダイオードなどのような、光源を含むことが可能である。マーカーフィーチャープロジェクターは、1つまたは複数の光学エレメント、たとえば、レンズ、フレネルゾーンプレート、ビームスプリッター、ビームスティアラー、またはミラーなどを含むことが可能である。
【0029】
その後の移動(たとえば、ステップb))は、位置決め装置が非接触式プローブおよび/または物体の運動を自動的に制御し、光学検査システムおよびターゲットの関心のポイントを第2の相対的構成に置くようになっていることを含むことが可能である。換言すれば、位置決め装置は、所定/制御経路に沿って運動を自動的に制御することが可能である。したがって、(たとえば、所定の経路に対する非接触式プローブおよび物体の並進的な相対的な位置決めを制限/制約することによって)所定/制御経路にしたがって相対運動をガイドするだけでなく、位置決め装置は、また、所定/制御経路に沿って非接触式プローブおよび/または物体を自動的に移動させることが可能である。そのような実施形態は、図3に関連して、より詳細に下記に説明されている。これは、たとえば、(たとえば、図8に関連して下記に説明されているように)人が非接触式プローブおよび/または物体を経路に沿って手動で移動させることとは対照的であるが、一方、座標位置決め装置は、(たとえば、所定/制御経路にしたがって)非接触式プローブおよび物体の上の関心のポイントを所望の関係に向けてガイドするために、運動を制約/制限する。
【0030】
方法は(たとえば、制御経路を決定することは)、光学検査システムおよびターゲットの関心のポイントを(たとえば、第1の相対的構成から)第2の相対的構成に置くために必要とされる(たとえば、所定/制御経路に沿った)運動の程度を決定することを含むことが可能である。理解されるように、これは、たとえば、位置決め装置によって、たとえば、コントローラー/プロセッサーデバイスによって、自動的に決定され得る。理解されるように、運動の程度を決定することは、第2の相対的構成を決定することを含むことが可能である。
【0031】
マーカーフィーチャーを検出するように構成されている少なくとも1つのセンサーが設けられ得る。センサーは、少なくとも1つの位置敏感型検出器を含むことが可能である。センサーは、個々のセンシングエレメントの2次元のアレイを含むことが可能であり、センサーの上のマーカーフィーチャーの位置がそれから決定され得る。適切なセンサーは、電荷結合素子(「CCD」)および相補型金属酸化膜半導体(「CMOS」)センサーを含む。1つまたは複数の光学エレメント、たとえば、少なくとも1つのレンズ、フレネルゾーンプレート、ビームスティアラー、またはミラーなどは、センサーによるマーカーフィーチャーの検出を促進させるために設けられ得る。随意的に、物体の表面のイメージが、少なくとも1つのセンサーの上に提供される。随意的に、センサーは、イメージをキャプチャーする。運動の程度および/または第2の相対的構成を決定することは、第1の相対的構成においてマーカーフィーチャーがセンサーの上のどこにあるかということを決定することを含むことが可能である。随意的に、非接触式プローブは、少なくとも1つのセンサー、および、随意的に、1つまたは複数の光学エレメントを含む。
【0032】
したがって、非接触式プローブは、物体の表面の上のマーカーフィーチャーのイメージをセンサーの上に形成する(および、随意的に、キャプチャーする)ように構成され得る。運動の程度および/または第2の相対的構成を決定することは、第2の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、(たとえば、センサーの上の所定の領域またはポイントの中の)非接触式プローブのセンサーの上の所定の場所にあるように、必要とされる運動の程度を決定することを含むことが可能である。運動の程度および/または第2の相対的構成を決定することは、第1の相対的構成においてマーカーフィーチャーによって識別された物体の上のターゲットの関心のポイントが、第2の相対的構成において、(たとえば、センサーの上の所定の領域またはポイントの中の)非接触式プローブのセンサーの上の所定の場所にあるように、必要とされる運動の程度を決定することを含むことが可能である。
【0033】
運動の程度を決定すること、ならびに、決定された運動の程度だけ所定/制御経路に沿って非接触式プローブおよび/または物体を移動させることは、たとえば、サーボプロセスなどを介して(たとえば、それが非接触式プローブのセンサーに当たるときのマーカーフィーチャーの位置などのような、1つまたは複数の条件を連続的にモニタリングし、前提条件が満たされるまで非接触式プローブおよび/または物体の相対的構成を調節するプロセスを介して)、非接触式プローブおよび/または物体を第2の相対的構成に相対的に移動させることとは対照的であることが可能である。そのようなサーボプロセスは、手動でまたは自動的に実施され得る。
【0034】
光学検査システムは、光学検査システムの少なくとも1つのセンサーの上の物体の表面のイメージを形成するように、および、随意的にキャプチャーするように構成され得る。したがって、光学検査システムは、カメラを含むことが可能である。光学検査システムは、1つまたは複数のセンサーを含むことが可能である。上記のように、適切なセンサーは、CCDまたはCMOSセンサーを含む。随意的に、光学検査システムは、少なくとも1つのセンサーの上にイメージを形成するために、1つまたは複数の光学エレメント、たとえば、1つまたは複数のレンズ、フレネルゾーンプレート、ミラー、またはビームスティアラーなどを含む。光学検査システムは、被写界深度(「焦点範囲」または「有効焦点範囲」とも呼ばれる)を有することが可能である。被写界深度は、所与の/事前定義されたまたはキャリブレートされた被写界深度であることが可能である。
【0035】
光学パターンは、物体の表面の上に投射され得、たとえば、少なくともターゲットの関心のポイントの上に、および、好ましくは、周囲のエリアの上に投射され得る。そのような光学パターンは、物体の表面の(たとえば、その後の)検査(たとえば、測定)の間に使用され得る。したがって、光学検査システムは、物体の表面の上へ投射される光学パターンを検出するように構成され得る。
【0036】
光学パターンは、物体のエリアにわたって投射され得る。パターンは、物体のエリアにわたって延在することが可能であり、光学検査システムによってイメージ化されているエリアにわたって、物体の複数のポイントの測定を促進させるようになっている。随意的に、パターンは、実質的に繰り返しのパターンである。光学パターンは、実質的に周期的な光学パターンを含むことが可能である。随意的に、光学パターンは、少なくとも1つの次元において周期的である。随意的に、光学パターンは、少なくとも2つの垂直な次元において周期的である。
【0037】
本発明とともに使用するための適切な光学パターンは、同心円状の円形のパターン、さまざまなカラー、シェード、および/またはトーンのラインのパターンを含む。随意的に、光学パターンは、フリンジパターンである。たとえば、光学パターンは、正弦のフリンジのセットであることが可能である。理解されるように、本発明のものなどのような方法において使用するための光学パターンは、また、一般に、構造化された光パターンと称される。
【0038】
光学パターンは、赤外線から紫外線の範囲にあることが可能である。随意的に、光学パターンは、可視の光学パターンである。随意的に、光学パターンおよびマーカーフィーチャーの両方が、光学検査システムによって検出可能である。随意的に、光学パターンおよびマーカーフィーチャーは、実質的に同じ波長を含む光を含む。たとえば、随意的に、光学パターンおよびマーカーフィーチャーは、両方とも、100nm(ナノメートル)以下の、および、たとえば、20nm以上の、たとえば、少なくとも40nmかつ60nm以下の、たとえば、おおよそ50nmのバンド幅/範囲を有する波長のバンドの中に入る。したがって、随意的に、光学検査システムは、マーカーフィーチャーおよび光学パターンを検出するように構成されている。随意的に、光学検査システムは、(たとえば、フィルターを介して)所与の波長バンドの中の光を検出するように構成され得る。随意的に、光学パターンおよびマーカーフィーチャーは、両方とも、その波長バンドの中に入る。繰り返しになるが、そのような波長バンドは、100nm(ナノメートル)以下であることが可能であり、たとえば、20nm以上、たとえば、少なくとも40nmかつ60nm以下、たとえば、おおよそ50nmであることが可能である。
【0039】
光学パターンは、少なくとも1つの光学パターンプロジェクターを介して物体の上に投射され得る。光学パターンにとって適切なプロジェクターは、プロセッサーデバイスから入力されるイメージを投射するように構成されているデジタル光プロジェクターを含む。光学パターンは、少なくとも1つの光源、たとえば、LEDまたはレーザーダイオードなどを含むことが可能である。光学パターンプロジェクターは、光学パターンを作り出すために配置されている少なくとも1つの光源および1つまたは複数の回折格子を含むことが可能である。随意的に、光学パターンプロジェクターは、少なくとも1つの光源および少なくとも1つのホログラムを含むことが可能である。さらに、光学パターンプロジェクターは、少なくとも1つの光源および少なくとも1つのパターン化されたスライドを含むことが可能である。随意的に、プロジェクターは、レンズ、ミラー、またはビームスティアラーなどのような、他の光学エレメントを含むことが可能である。
【0040】
少なくとも1つの光学パターンプロジェクターは、非接触式プローブに別々に設けられ得る。随意的に、非接触式プローブは、少なくとも1つの光学パターンプロジェクターを含む。したがって、光学検査システムおよび光学パターンプロジェクターは、互いに対して固定され得る。随意的に、投射されたパターンおよびプロジェクター軸線は、少なくとも(事前定義された)所望の関係で重複している。
【0041】
光学検査システムおよびマーカーフィーチャープロジェクターは、互いに対して固定され得る。したがって、非接触式プローブの移動は、光学検査システムおよびマーカーフィーチャープロジェクターが互いとともに移動することを引き起こすことが可能である。随意的に、ハウジングが、光学検査システムおよび/またはマーカーフィーチャープロジェクターを含む。別のプロジェクター、たとえば、光学パターンプロジェクターが設けられている実施形態では、随意的に、ハウジングが、この他のプロジェクターも含む。ハウジングは、ハウジングを位置決め装置に装着するための1つまたは複数の装着フィーチャーを含むことが可能である。したがって、光学検査システムおよびマーカーフィーチャープロジェクター(および、随意的に、前記他のプロジェクター、たとえば、光学パターンプロジェクター)が、共通のマウントを介して位置決め装置に装着され得る。そのような装着フィーチャーは、位置決め装置の上への非接触式プローブの自動的なローディング/アンローディングを促進させることが可能である。したがって、方法は、たとえば、プローブストレージラックから、位置決め装置の上へ非接触式プローブを自動的にロードすることを含むことが可能である。
【0042】
随意的に、光学パターンおよびマーカーフィーチャーは、互いから区別でき、それらが一緒に(たとえば、同時に)または個別に(たとえば、異なる時間に)投射され得るようになっている。たとえば、光学パターンおよびマーカーフィーチャーが両方とも非接触式プローブによって投射される実施形態では、非接触式プローブは、光学パターンおよびマーカーフィーチャーが独立して互いに分離して投射可能であるように構成されている。これは、たとえば、マーカーフィーチャーが光学パターンと一体になっている(たとえば、クロスヘアなどのような不連続が、光学パターンの中に提供されている)実施形態とは対照的である。随意的に、光学パターンプロジェクターおよびマーカーフィーチャープロジェクターは、別々になっている(すなわち、同じではない)。
【0043】
随意的に、光学検査システムによって、たとえば、光学検査システムの少なくとも1つのセンサーによって、マーカーフィーチャーが検出されるように、非接触式プローブは構成されている。したがって、随意的に、上記に説明されているようにマーカーフィーチャーを検出するように構成されている少なくとも1つのセンサーは、光学検査システムのセンサーであることが可能である。したがって、投射された光学パターンが検査のために使用されるそれらの実施形態では、同じ少なくとも1つのセンサーが、光学パターンおよびマーカーフィーチャーの両方を検出するために使用され得る。
【0044】
(事前定義された)所望の関係は、光学検査システムとターゲットの関心のポイントとの間の(たとえば、事前定義された)距離範囲を含むことが可能である。換言すれば、(事前定義された)所望の関係は、光学検査システムとターゲットの関心のポイントとの間の(たとえば事前定義された)スタンドオフ距離範囲を含むことが可能である。そのようなスタンドオフ距離範囲は、ターゲットの関心のポイントに対する光学検査システムの「高さ」範囲と称され得る。その範囲は、単一の所与の距離または高さを効果的に定義するためにかなり小さくなっていることが可能である。光学検査システムが光学測定システムである実施形態では(より詳細に下記に説明されているように)、次いで、(事前定義された)所望の関係は、光学測定システムの(たとえば、事前定義された)好適な/最適な測定範囲であることが可能である。これは、たとえば、光学測定システムのキャリブレートされた測定範囲であることが可能である。
【0045】
光学検査システムが所与の/(事前定義された)被写界深度を含む実施形態では、所望の関係は、ターゲットの関心のポイントが被写界深度の中にあるものを含むことが可能である。したがって、第2の相対的構成は、ターゲットの関心のポイントが光学検査システムの被写界深度(たとえば、キャリブレートされた被写界深度)の中にあるものであることが可能である。
【0046】
理解されるように、事前定義された所望の関係は、ターゲットの関心のポイントが光学検査システムの視野の中に位置付けされているというものであることが可能である。したがって、第2の相対的構成は、ターゲットの関心のポイントが光学検査システムの視野の中にあるというものであることが可能である。
【0047】
所望の関係は、光学検査システムのセンサーの上の(ターゲットの)関心のポイントの事前定義された場所を含むことが可能である(たとえば、関心のポイントがセンサーの上の事前定義された領域の中に位置付け/位置決めされるようになっている)。換言すれば、所望の関係は、光学検査システムの視野の中のターゲットの関心のポイントの事前定義された場所を含むことが可能である。
【0048】
方法は、物体の表面についての1つまたは複数の測定値を取得することを含むことが可能である。測定値は、表面位置および/または寸法測定情報を含むことが可能である。したがって、光学検査システムは、光学測定システムと称され得る。随意的に、方法は、物体の表面についての1つまたは複数の測定値を取得するために、光学的な検査/測定システムによって検出されるような光学パターンを解析することを含むことが可能である。
【0049】
方法は、たとえば、ターゲットの関心のポイントおよび光学検査システムが所望の関係にあるときに、物体の表面の1つまたは複数のイメージを取得することを含むことが可能である。これは、非接触式プローブおよび/または物体が、第2の相対的構成にあるか、または、別の相対的構成、たとえば、第3の相対的構成(下記に説明されている)にある状態のときであり、第3の相対的構成において、ターゲットの関心のポイントおよび光学検査システムは所望の関係にある。そのようなイメージは、物体の表面についての測定情報を決定するために処理され得る。
【0050】
方法は、その後に、非接触式プローブおよび/または物体を第3の相対的構成へ移動させることを含むことが可能である。第3の相対的構成は、ターゲットの関心のポイントおよび光学測定システムが依然として所望の関係にある(たとえば、依然として光学検査システムの測定範囲/被写界深度の中にある)相対的構成であることが可能である。そのような移動は、自動的に実施され得る。たとえば、位置決め装置は、より最適な相対的構成を探すように構成され得る。随意的に、そのような運動は、手動で実施され得る。たとえば、人は、入力デバイスを使用し、そのような移動を制御することが可能である。随意的に、位置決め装置は、そのような手動の運動を制限するように構成され得、それが非接触式プローブおよび物体の相対的構成を制約するようになっており、それらが所望の関係にあるままであるようになっている。方法は、たとえば、第3の相対的構成へ、関心のポイントの周りの軌道を回ることを含むことが可能である。
【0051】
随意的に、マーカーフィーチャーは、プロジェクター軸線を確実に/明示的に識別する。たとえば、随意的に、マーカーフィーチャーは、プロジェクター軸線の上に存在している。これは、たとえば、プロジェクター軸線を取り囲むマーカーフィーチャー、たとえば、プロジェクター軸線に中心を合わせられたリングであるマーカーフィーチャーなどとは対照的である。
【0052】
随意的に、プロジェクター軸線は、光学検査システムの光軸と同軸ではない。換言すれば、プロジェクター軸線は、光学検査システムの光軸とは異なっている。そのような配置は、非接触式プローブの光学的な配置を簡単化することを助けることが可能であり、それによって、コストおよび/または重量を低減させる(それは、非接触式プローブが位置決め装置、たとえば、CMMの上に装着されることとなるときに、重要である可能性がある)。随意的に、プロジェクター軸線は、光学検査システムの光軸に対して平行ではない。随意的に、プロジェクター軸線の少なくとも一部は、光学検査システムの視野の中に入る。換言すれば、随意的に、プロジェクター軸線は、光学検査システムの視野の中に少なくとも部分的に含有されている。随意的に、プロジェクター軸線は、光学検査システムの測定範囲および/または被写界深度を通過している。理解されるように、プロジェクター軸線は、マーカーフィーチャーが、非接触式プローブから(たとえば、非接触式プローブのハウジングから)、たとえば、検査されることとなる物体に向けて、それに沿って投射される軸線であることが可能である。
【0053】
随意的に、方法は、たとえば、光軸に対してプロジェクター軸線を決定するために、非接触式プローブをキャリブレートすることを含む。これは、たとえば、複数の異なる既知の距離のそれぞれにおいて、(たとえば、既知の)アーチファクトの上の投射されたマーカーフィーチャーの1つまたは複数のイメージを撮ることを含むことが可能である。
【0054】
関心のポイントは、物体の非平面的なおよび/または非連続的な面の上にあることが可能である。関心のポイントは、未知の表面(たとえば、未知の形状/形態の表面)の上にあることが可能である。
【0055】
上記によれば、位置決め装置は、第1のモードおよび第2のモードで動作することが可能であり、第1のモードでは、非接触式プローブおよび物体の相対運動は、(たとえば、ステップa)の間に)(相対的に)ガイドされない/制限されておらず、第2のモードでは、非接触式プローブおよび物体の相対運動は、(たとえば、ステップb)の間に)たとえば、所定/制御経路にしたがって、(相対的に)ガイドされる/制限されており、たとえば、それらを所望の関係に向けて前進させるようになっている。随意的に、手動の入力デバイス(たとえば、ジョイスティック)は、第1のモードおよび第2のモードで動作させられ得、第1のモードでは、物体および非接触式プローブの相対的な位置の手動制御が(相対的に)制限されておらず、ユーザーが、物体および非接触式プローブの任意の相対的な位置を自由に選択することができ、物体の上の関心のポイントを識別するようになっており、第2のモードでは、物体および非接触式プローブの相対的な位置の手動制御が(相対的に)制限されており(すなわち、第1のモードと比較して)、たとえば、位置決め装置が非接触式プローブおよび物体の上の識別された関心のポイントを所望の関係に向けてガイドするようになっている。これは、光学検査システムの光軸が物体の表面と交差するポイントが維持される(たとえば、その位置において、それは、マーカーフィーチャーが関心のポイントを識別したということをユーザーが示したときである)ことを確保するように、運動を制限することを含むことが可能である。これは、プロジェクター軸線に沿った運動に相対運動を制限することを含むことが可能である。理解されるように、本発明の第1の態様の上記に説明されている特徴は、下記に説明されている本発明の他の態様にも適用可能であり得、また、その逆も同様である。
【0056】
本発明の第2の態様によれば、物体の上の関心のフィーチャー、および、位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブの光学検査システムを、所望の関係に置く方法であって、方法は、非接触式プローブおよび物体を第1の相対的構成に配置することによって、検査されることとなる物体の上のターゲットの関心のポイントを識別するステップであって、第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、ターゲットの関心のポイントを識別しており、マーカーフィーチャーは、光学検査システムの光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿って非接触式プローブによって投射される、ステップと、その後に、位置決め装置が非接触式プローブおよび/または物体を自動的に移動させ、それらを第2の相対的構成に置くようになっているステップであって、第2の相対的構成において、ターゲットの関心のポイントおよび光学検査システムは、所望の関係にある、ステップとを含む、方法が提供される。
【0057】
本発明の別の態様によれば、物体の上の関心のフィーチャー、および、位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブの光学検査システムを、(たとえば、事前定義された)所望の関係に置く方法であって、方法は、非接触式プローブおよび物体を第1の相対的構成に配置することによって、検査されることとなる物体の上の関心のポイントをユーザーによって手動で識別するステップであって、第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、関心のポイントを識別しており、マーカーフィーチャーは、光学検査システムの光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿って非接触式プローブによって投射される、ステップと、位置決め装置が、非接触式プローブおよび物体のその後の手動の相対的移動を制限し、非接触式プローブおよび物体を所望の関係に向けてガイドするようになっているステップとを含む、方法が提供される。
【0058】
本発明のさらなる態様によれば、物体を検査するための装置であって、装置は、位置決め装置と、位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブであって、非接触式プローブは、光軸を有する光学検査システム、および、光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿ってマーカーフィーチャーを投射するように構成されているプロジェクターを含む、非接触式プローブとを含み、装置は、位置決め装置を制御するように構成されており、非接触式プローブおよび/または検査されることとなる物体の相対運動を第1の相対的構成から第2の相対的構成へ経路に沿ってガイドするようになっており、第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーは、ターゲットの関心のポイントを識別し、第2の相対的構成において、ターゲットの関心のポイントおよび光学検査システムは、(たとえば、事前定義された)所望の関係にある装置が提供される。
【0059】
本発明の別の態様によれば、位置決め装置の上に装着されている非接触式プローブを含む検査装置であって、非接触式プローブは、光軸を有する光学検査システムと、マーカーフィーチャーを投射するように構成されているプロジェクターとを含み、装置は、どのように非接触式プローブおよび物体の相対的な位置決めを第1の相対的構成から第2の相対的構成へガイドするかということを決定するように構成されており、第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーは、物体の上の関心のポイントを示しており、マーカーフィーチャーは、光軸とは異なるプロジェクター軸線に沿って投射されており、第2の相対的構成において、光学検査システムおよび関心のポイントは、互いに対して(たとえば事前定義された)所望の関係にあり、所望の関係においては、プロジェクター軸線は、それが第1の相対的構成において物体の表面と交差したのと同じ位置において、物体の表面と交差している、検査装置が提供される。
【0060】
本発明の別の態様によれば、インストラクションを含むコンピュータープログラムコードであって、インストラクションは、プロセッサーデバイスによって実行されるときに、プロセッサーデバイスが上記に説明されている方法を実行することを引き起こす、コンピュータープログラムコードが提供される。たとえば、コンピュータープログラムコードは、プロセッサーデバイスがどのように非接触式プローブおよび物体を第1の相対的構成から第2の相対的構成へ相対的に移動させるかということを決定することを引き起こすことが可能であり、第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、ターゲットの関心のポイントを識別しており、マーカーフィーチャーは、光学検査システムの光軸と同軸ではないプロジェクター軸線に沿って非接触式プローブによって投射されており、第2の相対的構成において、ターゲットの関心のポイントおよび光学検査システムは、(たとえば、事前定義された)所望の関係にある。コンピュータープログラムコードは、位置決め装置をその後に制御するように構成され得、非接触式プローブおよび物体を第1の相対的構成から第2の相対的構成へ相対的に移動させるようになっている。
【0061】
さらなる態様によれば、上記に説明されているようなコンピュータープログラムコードを保存するコンピューター可読媒体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0062】
ここで、本発明の実施形態が、以下の図面を参照して、単なる例として説明される。
【図1】非接触式プローブがその上に装着されている座標測定機の概略等角図である。
【図2】非接触式プローブを概略的に図示する図である。
【図3】本発明の第1の実施形態による例示的なプロセスを図示する図である。
【図4】図2の非接触式プローブのカメラおよび光ビームプロジェクターを概略的に図示する図である。
【図5】第1の位置(第1の位置では、光ビームが関心のポイントに当たるように、ユーザーが非接触式プローブを設置している)と第2の位置(第2の位置では、関心のポイントおよびカメラが、互いに対して事前定義された相対的な位置にある)との間の、非接触式プローブの運動の異なるタイプを概略的に図示する図である。
【図6】第1の位置(第1の位置では、光ビームが関心のポイントに当たるように、ユーザーが非接触式プローブを設置している)と第2の位置(第2の位置では、関心のポイントおよびカメラが、互いに対して事前定義された相対的な位置にある)との間の、非接触式プローブの運動の異なるタイプを概略的に図示する図である。
【図7】第1の位置(第1の位置では、光ビームが関心のポイントに当たるように、ユーザーが非接触式プローブを設置している)と第2の位置(第2の位置では、関心のポイントおよびカメラが、互いに対して事前定義された相対的な位置にある)との間の、非接触式プローブの運動の異なるタイプを概略的に図示する図である。
【図8】本発明の第2の実施形態による例示的なプロセスを図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0063】
図1を参照すると、座標測定機(「CMM」)2の形態の移動構造体を含む位置決め装置1が示されている。CMM2は、ベース10を含み、ベース10は、フレーム12を支持しており、そして、フレーム12は、クイル14を保持している。モーター(図示せず)が、3つの相互に直交する軸線X、Y、およびZに沿ってクイル14を移動させるために提供されている。クイル14は、関節式のヘッド16を保持している。関節式のヘッド16は、クイル14に取り付けられているベース部分20と、中間部分22と、プローブリテイニング部分24とを有している。ベース部分20は、第1の回転軸線Aの周りに中間部分22を回転させるための第1のモーター(図示せず)を含む。中間部分22は、第2の回転軸線Bの周りにプローブリテイニング部分24を回転させるための第2のモーター(図示せず)を含み、第2の回転軸線Bは、第1の回転軸線に対して実質的に垂直になっている。また、示されてはいないが、軸受が、関節式のヘッド16の可動パーツ同士の間に設けられ得る。さらに、示されてはいないが、測定エンコーダーが、ベース10、フレーム12、クイル14、および関節式のヘッド16の相対的な位置を測定するために設けられ得、ベース10の上に位置付けされているワークピースに対する測定プローブ4の位置が決定され得るようになっている。
【0064】
非接触式プローブ4は、(この実施形態では、関節式のヘッド16を介して)クイル14の上に装着されている。説明されている実施形態では、非接触式プローブ4は、(たとえば、キネマティックマウントを使用して)プローブリテイニング部分24の上に除去可能に装着されている。説明されている実施形態では、非接触式プローブ4は、非接触式プローブ4およびプローブリテイニング部分24の上または中に設けられている対応する磁石(図示せず)の使用によって、プローブリテイニング部分24によって保持され得る。非接触式プローブは、たとえば、CMMの移動ボリュームの中に位置付けされているプローブストレージラック(図示せず)から自動的に除去可能であり、また、プローブストレージラックへ自動的に装着可能であり得る。
【0065】
関節式のヘッド16は、非接触式プローブ4がクイル14に対して回転させられることを可能にする。とりわけ、説明されている実施形態では、それは、非接触式プローブ4が2つの回転自由度によってクイル14に対して移動させられることを可能にする。関節式のヘッド16によって提供される2つの回転自由度と、CMM2の並進の3つの線形の(X、Y、Z)軸線との組み合わせは、非接触式プローブ4が5自由度で移動させられることを可能にする。
【0066】
また、位置決め装置1は、コントローラー26を含む。コントローラー26は、(手動で、たとえば、ジョイスティック6などのような入力デバイスを介して、または、自動的に、たとえば、検査プログラムの制御の下で、のいずれかによって)CMM2の動作を制御するためのCMMコントローラー27と、(手動で、たとえば、ジョイスティック6などのような入力デバイスを介して、または、自動的に、たとえば、検査プログラムの制御の下で、のいずれかによって)非接触式プローブ4の動作を制御するためのプローブコントローラー29と、非接触式プローブ4から取得されるイメージを解析するためのイメージアナライザー31とを含む。ディスプレイデバイス18は、コントローラー26とのユーザー相互作用を支援するために設けられ得る。また、随意的に、ディスプレイデバイス18は、非接触式プローブ4によって取得される、ライブのおよび/または以前に獲得された情報を示すことが可能である。たとえば、非接触式プローブ4がカメラ(それは、より詳細に下記に説明されているように、説明されている実施形態において該当する)を含むときに、ディスプレイデバイス18は、ライブのおよび/または以前に獲得されたイメージを示すことが可能である。
【0067】
コントローラー26は、専用の電子制御システムであることが可能であり、および/または、パーソナルコンピューターを含むことが可能である。また、CMMコントローラー27、プローブコントローラー29、およびイメージアナライザー31は、図1に示されているものと同じ物理的なユニットの一部である必要はない。たとえば、それらは、別々の物理的なデバイスによって提供され得る。また、追加的なおよび/または代替的なモジュールが設けられ得る。
【0068】
図1は、単に、CMM2の上から見た説明図を提供しているということが留意されるべきである。そのような装置のより完全な説明は、その他の場所でも見出すことが可能である。たとえば、特許文献1を参照。その全体の内容が、参照により本明細書に組み込まれている。
【0069】
説明されている実施形態では、非接触式プローブ4は、フリンジ投射プローブを含む。とりわけ、説明されている実施形態では、非接触式プローブ4は、光学パターンの形態の構造化された光パターンを投射するように構成されており、その強度は、1次元において正弦曲線的に変化している(「フリンジパターン」)。非接触式プローブ4は、物体8の上のフリンジパターンの1つまたは複数のイメージをキャプチャーし、それらは、(たとえば、非接触式プローブ4によって、または、非接触式プローブ4の外部にあるデバイス、たとえば、イメージアナライザー31などによって)その後に解析され、物体8のトポグラフィーを決定する。そのようなプロセスは、周知であり、たとえば、特許文献2および特許文献3に説明されている。しかし、理解されるように、本発明は、他のタイプの非接触式プローブにも適用可能である。たとえば、非接触式プローブは、構造化された光の他の形態、たとえば、単一のラインのストライプ、異なるカラーまたはトーンを有する平行ラインのセット(たとえば、交互になっている黒および白のライン、または、平行になった赤、青、および緑のライン)、同心円状の円形のセット、または、ドット、正方形、または、他の規則的なもしくは不規則な形状のパターンなどさえも投射するように構成され得る。また、理解されるように、非接触式プローブは、物体8の測定のために、構造化された光を全く投射する必要がない。たとえば、それは、物体8のイメージを解析することが可能であり、物体8は、たとえば外部/周囲光源から均一なライティングによって照明されている。そのうえ、構造化された光が必要とされる場合には、それは、非接触式プローブ4とは別々のプロジェクターによって提供され得る。
【0070】
ここで図2を参照すると、非接触式プローブ4は、物体8の上にフリンジパターン(正弦波41によって、図2に概略的に図示されている)を投射するためのフリンジプロジェクター40と、フリンジパターンがその上に投射されている物体8のイメージを取得するための光学検査システム(それは、この実施形態では、光学測定システム42である)と、光ビームプロジェクター44とを含む。説明されている実施形態では、光学測定システム42は、イメージセンサー、たとえば、2次元の電荷結合素子(「CCD」)を含む。また、非接触式プローブ(たとえば、光学測定システム42)は、1つまたは複数の光学エレメント(図示せず)、たとえば、光の焦点を合わせる(たとえば、イメージセンサーの上にイメージを形成する)ためのレンズ、ミラー、および/または、ビームスティアラーなどを含むことが可能である。また、光学測定システム42は、カメラとも称され得、以降では、検査カメラ42と称される。検査カメラ42は、視野(その境界線は、線50によって概略的に図示されている)、光軸(破線43によって概略的に図示されている)、所与の被写界深度(エリア47によって概略的に図示されており、エリア47は、点線によって境界を定められている)を有しており、その所与の被写界深度の中に、焦点面55が位置付けされている。効果的な検査のために、物体8および非接触式プローブ4の関心のフィーチャー/表面が、(たとえば、事前定義された)所望の関係で配置されているべきであり、それは、本実施形態では、物体8の関心のフィーチャー/表面が、検査カメラの視野50および被写界深度47によって画定されるボリューム51の中に位置付けされている(たとえば、それは、カメラの焦点面55にある)ときである。
【0071】
本実施形態では、光ビームプロジェクター44は、発光ダイオード(「LED」)を含み、光ビーム45を放出するように構成されており、光ビーム45は、プロジェクター軸線46に沿って円形断面を有している。説明されている実施形態では、光ビーム45は、可視スペクトルの光を含み、ユーザーが支援なしに物体8の上の光ビームのフットプリントを見ることができるようになっている。理解されるように、これは、必ずしも、該当する必要があるわけではなく、たとえば、光ビーム45は、可視スペクトルの外側の光、たとえば、赤外線範囲または紫外線範囲にある光を含むことが可能である。このケースでは、ユーザーは、支援を介して、たとえば、光ビームの波長に敏感なカメラシステムなどを介して、物体の上の光ビームのフットプリントを見ることが可能である。同様に、フリンジパターン41は、可視スペクトルまたは非可視スペクトルの光、たとえば、赤外線スペクトルから紫外線スペクトルのどこかにある光を含むことが可能である。
【0072】
検査カメラ42は、フィルター(図示せず)を含むことが可能であり、特定の波長バンド(この実施形態では、おおよそ50nmのバンド、たとえば、425nmから475nmのバンド)の光だけが検査カメラのセンサーに当たることを可能にする。これは、たとえば、周囲照明をフィルタリングして除くようになっていることが可能である。そのような場合では、随意的に、フリンジパターン41および光ビーム45の両方は、フィルターの波長バンドの中に入る光を含み、物体8によって反射されるフリンジパターンおよび光ビーム45が、検査カメラ42のセンサーによって見られ得るようになっている。
【0073】
図2に示されているように、検査カメラの光軸43およびプロジェクター軸線46は、異なっている。それらは、一致しておらず、また、このケースでは、平行になっていない。また、プロジェクター軸線46は、検査カメラの視野50を通って横切っている。
【0074】
図3を参照して、物体8および非接触式プローブ4を所望の関係へと配置するための例示的なプロセス100が説明される。随意的に、方法は、CMM2の上へ非接触式プローブ4をロードすることなどのような、準備ステップ102から始まる。また、非接触式プローブ4は、それが以前にキャリブレートされていない場合には、この段階においてキャリブレートされ得る。例示的なキャリブレーションは、2つのアーチファクト、たとえば、キャリブレーションスポットおよび平面を使用することを含むことが可能である。両方とも、以前にキャリブレートされた(接触式)プローブを使用して、CMMのボリュームの中に位置付けされ得る。以下の例示的なキャリブレーションステップが使用され得る。カメラは、プローブを並進させる(たとえば、ヘッド角度に対する変化は必要ない)ことにより、複数の異なる位置からキャリブレーションスポットのイメージを撮ることによって、キャリブレートされ得る。それらのイメージから、カメラパラメーター(主点、主点距離、レンズ歪み)、および、CMMの上へのカメラの装着(何らかの既知の軸線システムおよびCMMの原点に対する投射中心の位置および光軸の配向)を調整する。プロジェクター軸線は、平面からの複数の異なる距離から、平面の上のプロジェクタースポットのイメージを撮ることによって、キャリブレートされ得る。高さキャリブレーションに対するフェーズは、複数の異なる距離から平面の上へ投射されたフリンジのイメージを撮ること、および、それぞれのピクセルが、そのピクセルによって記録されるフェーズをカメラから平面への距離に関係させるための関数を適合させることを含むことが可能である。
【0075】
ステップ104において、ユーザーは、物体に対して、非接触式プローブ4を第1の構成に手動で移動させ、第1の構成において、非接触式プローブ4によって投射された光ビーム45は、物体8の上の関心のポイントに当たる。これは、ユーザーがジョイスティック6を使用してCMM2および関節式のヘッド16を制御することによって行われ得る。この実施形態では、この段階において、ユーザーは、制限されていない様式で、すべての自由度で(このケースでは、すべての3つの線形の自由度および2つの回転自由度で)、非接触式プローブを自由に移動させることができる。
【0076】
代替的な実施形態では、他の入力メカニズムが使用され、物体8の上の関心のポイントに当たるように、非接触式プローブ4によって投射される光ビーム45を配置させることが可能であり、それは、たとえば、非接触式プローブ4を適切な位置へ手動でドラッグすることを含む。
【0077】
理解されるように、ステップ104は、手動で実施される必要はない。たとえば、自動的なプロセスが使用され得る。たとえば、コントローラー26は、CMM2、関節式のヘッド16、および非接触式プローブ4を制御するように構成され得、(たとえば、イメージ処理およびフィードバックを介して、および/または、物体8のコンピューター支援設計(「CAD」)モデルからの情報を使用して)関心の所定のフィーチャーを探すようになっている。
【0078】
光ビーム45が関心のフィーチャーに当たるということにユーザーが満足するとき、ユーザーは、適切な入力デバイスを介して適当な信号を装置に提供することによって、たとえば、ジョイスティック6の上のボタンを押すことによって、関心のポイントを登録する。次いで、プロセスは、ステップ106へ移動し、ステップ106において、非接触式プローブおよび物体を第2の相対的構成(第2の相対的構成において、カメラ42および関心のポイントは、互いに対して事前定義された関係になっている)に置くために必要とされる運動が、たとえば、コントローラー26によって計算される。どのようにこれが行われるかということが、図4を参照して説明され、図4は、非接触式プローブ4のカメラ42および光ビームプロジェクター44を概略的に図示している。図4では、カメラのセンサー49が、概略的に図示されている。また、この例では、カメラ42は、ピンホールカメラとしてモデル化されている。異なるカメラモデル(たとえば、テレセントリックまたはフィッシュアイ)が使用され得、同様な分析が、移動するための正しい距離を見つけるために行われることになる。ピンホールカメラモデルに関して、物体からのすべての光線が、真っ直ぐなラインでピンホールを通過し、強度を記録するセンサー49と交差するということが想定される。
【0079】
図4は、光ビームプロジェクター44のプロジェクター軸線46を示しており、プロジェクター軸線46に沿って、光ビーム45が投射されており、図4は、プロジェクター軸線46がカメラ42から未知の距離において物体8’と交差しているということを示している。光ビーム45は、物体8’の表面の上に、ユーザーのための視覚的なマーカーフィーチャー(このケースでは、スポット)を形成する。ベクトル「v」は、スポットの投射の単位ベクトル方向である(換言すれば、これは、図2に示されているプロジェクター軸線46である)。このベクトル「v」に沿って移動するために必要とされる距離は、図4において「X」と示されており、それは、この実施形態では、計算されるべき量である。
【0080】
カメラ42のピンホール位置53、カメラ42の光軸43、カメラ主点距離「f」(センサー49とピンホール位置53との間の距離)、およびプロジェクター軸線46は、すべて、キャリブレーション手順および/またはCMM2スケール情報から既知であるということが想定される。
【0081】
光ビーム45および物体8’の交差のポイント(換言すれば、スポット)は、センサー49の上のポイントpにおいてイメージ化されている。
【0082】
ポイントp0は、物体8’が焦点面55にある(すなわち、図4に示されているカメラのピンホールから距離「s」にある)とした場合に、スポットがイメージ化されることとなる位置を示している。これは、センサー9の上の事前定義されたポイントである。
【0083】
距離「d」は、記録されるスポット位置と理想的なイメージ化されたスポット位置との間の、イメージ平面における(すなわち、センサー49における)距離を示している。
d=p−p0 (1)
【0084】
ダイアグラムの中に示されているような距離「D」は、相似三角形から計算され得る。距離「f」は、カメラ42の主点距離であり、それは、たとえば、レンズの公称焦点距離から、または、以前に実施されたキャリブレーション手順のいずれかから、既知であり得る。したがって、距離Dは、以下の通りに決定され得る。
D=s*d/f (2)
【0085】
ベクトル「u」は、物体8’の上のスポットとそれをイメージ化するセンサー49の中のピクセルとの間の、光線のベクトル方向を表している。このベクトルは、カメラ42のスポットおよびピンホールポイント53のイメージ座標から計算され得る。角度Aは、「u」と光軸43に対する法線との間の角度であり、「u」と光軸43とのドット積を使用して計算される。
【0086】
角度「B」は、プロジェクター軸線46(また、「v」)と、物体8’の上のスポットとセンサー49との間の光線の方向「u」との間の角度である。「B」は、「u」と「v」とのドット積から計算され得る。
【0087】
「D」、「A」、および「B」は、すべて既知であるので、「X」は、正弦法則から計算され得る。
X=sin(A)/sin(B)*D (3)
【0088】
上記に説明されている実施形態は、カメラの焦点面55を関心のポイントの上に置くために適切な距離「X」を決定する。しかし、理解されるように、本発明は、他の方式でも実装され得る。たとえば、方法は、第2の相対的な位置を決定することを含むことが可能であり、第2の相対的な位置は、カメラの視野50および所与の被写界深度47によって画定されるボリューム51の中のどこかに、関心のポイントを置く。
【0089】
ステップ108において、非接触式プローブ4は、位置決め装置1の制御の下で(たとえば、コントローラー26がCMM2の可動軸線の運動を命令および制御することによって)、プロジェクター軸線46に沿って距離Xだけ自動的に移動させられ、非接触式プローブ4のカメラ42を、物体8’の上の関心のポイントから所望のスタンドオフ距離に置くようになっており、カメラの視野50および被写界深度47によって画定されるボリューム51の中に、関心のポイントがあるということを確保するようになっている。そのような運動が完了するとき、非接触式プローブ4の位置は、手動でまたは自動的のいずれかによって、微調整され得る(たとえば、非接触式プローブ4および物体8を第3の相対的構成に置くようになっている)。たとえば、関節式のヘッドの軸線A、Bの周りでの非接触式プローブ4の回転位置が変化させられ得る。たとえば、これは、センサー49によって取得されるイメージを改善するために行われる可能性がある。そのような運動は、所望の所定の関係を維持するために制約され得、たとえば、関心のポイントの上に焦点面55を維持するようになっている(または、より大まかには、カメラの視野50および被写界深度47によって画定されるボリューム51の中に関心のポイントを維持するようになっている)。たとえば、非接触式プローブ4の位置をそのように微調整することは、「軌道モード」で起こるように構成され得、「軌道モード」では、非接触式プローブ4の運動が制限されており、カメラ42が関心のポイントの周りに枢動するようになっている。そのような動作のモードは、たとえば、特許文献4に説明されている。
【0090】
ステップ112において、次いで、物体8’の1つまたは複数のイメージが獲得される。本実施形態では、これは、フリンジプロジェクター40が物体8の上へフリンジパターン41を投射することと、カメラ42がフリンジパターン41が当たる物体8の表面の1つまたは複数のイメージを取得することとを必要とする。次いで、そのようなイメージは、物体8の表面についての情報を決定するために(たとえば、測定情報を取得するために)処理され得る。随意的に、特許文献5において説明されているプロセスが、物体を検査するために、および、物体8’の表面についての測定情報を取得するために使用される。このプロセスは、複数のフリンジシフトされたイメージを取得することを必要とする。そのようなイメージは、特許文献5に記載されているプロセスを使用して取得され得るか、または、他の手段を介して(たとえば、プロジェクターがフリンジパターンの中のシフトを引き起こし、それによって、フリンジシフトを実現するために非接触式プローブを移動させる必要性を打ち消すことを介して)取得され得る。理解されるように、フリンジパターン41は、ステップ112まで投射される必要がない。しかし、それがより早いステップの間に投射されることも可能である。
【0091】
上記に説明されている実施形態では、非接触式プローブ4が、プロジェクター軸線46に沿って距離「X」だけ直接的に移動させられ、カメラ42を第1の位置(第1の位置において、ユーザーは関心のポイントを登録した)から第2の位置へ移動させており、第2の位置において、非接触式プローブ4のカメラ42は、物体の上の関心のポイントから所望のスタンドオフ距離にある。そのような運動は、図5によって概略的に図示されており、図5では、非接触式プローブ4が、プロジェクター軸線46に対して平行の方向に(矢印Aによって図示されている)、第1の位置から第2の位置へ移動させられる。見ることができるように、これは、第1および第2の位置における同じポイント(すなわち、関心のポイント80)において、プロジェクター軸線46が物体8”と交差することを結果として生じさせ、第2の位置において、関心のポイントは、カメラの視野50および被写界深度47によって画定されるボリューム51の中にある(そして、とりわけ、カメラの焦点面55にある)。
【0092】
理解されるように、非接触式プローブ4は、必ずしも、プロジェクター軸線46に沿って第2の位置へ直接的に移動させられることを必要とするわけではない。たとえば、それは、任意の経路に沿って移動させられ、第2の位置に到着することが可能である。たとえば、図6は、同じ第1および第2の位置を図示しているが、プロジェクター軸線46に対して平行に移動させられているというよりもむしろ、非接触式プローブ4が、プロジェクター軸線46に対して非平行の運動を必要とする位置を介して、間接的に第2の位置へ移動させられているということを図示している。
【0093】
そのうえ、説明されている実施形態では、第2の位置は、プロジェクター軸線45に沿ったポイントにある。換言すれば、第2の位置において、プロジェクター軸線45は、第1の位置におけるプロジェクター軸線に対して平行になっている。しかし理解されるように、これは、必ずしも該当する必要があるわけではない。むしろ、重要なことは、第2の位置において、プロジェクター軸線45が、第1の位置においてユーザーによって識別された関心のポイントと交差するということである。したがって、ステップ106において計算される運動は、どのようにCMM2の線形の軸線、および、関節式のヘッド16の回転軸線を移動させ、第2の位置に到着し、これを実現するようになっているかということを決定することを含むことが可能である。たとえば、図7は、第1の位置が図5および図6のものと同じである状況を概略的に図示しているが、その状況では、非接触式プローブ4が第2の位置において異なる配向を有しているが、プロジェクター軸線45は依然として同じポイント80において物体8”と交差している。
【0094】
それにもかかわらず、上記に説明されているにようにプロジェクター軸線45に沿って移動することが、望ましい可能性がある。その理由は、必要とされる運動を計算することがより容易である可能性があり、関心のポイントが曖昧にされることを結果として生じさせる可能性が少なくなる可能性があり、また、たとえば、衝突の視点からリスクが低くなる可能性があるからである。また、ユーザーは、ユーザーによって望ましいと考えられた非接触式プローブ4の配向(それは、軸線A、Bの周りのプローブの回転位置である)を選んだ可能性が高く、プロジェクター軸線46に沿ってそのように移動させることは、そのような配向が維持されることを確保することが可能である。
【0095】
理解されるように、光ビーム45は、ステップ106からステップ112の間に投射される必要はない。随意的に、光ビーム45は投射される。これは、非接触式プローブ4が依然として所望の関心のポイントをターゲットにしているという自信をユーザーに与えることが可能である。
【0096】
物体8のイメージが取得されると、プロセスは終了することが可能であるか、または、より多くの関心のポイントが検査されるべきである場合には、プロセスは、ステップ104へループして戻され得る。
【0097】
上記に説明されている実施形態では、位置決め装置1は、前もって第2の位置を決定し、次いで、それにしたがって非接触式プローブ4を移動させる。代替的な実施形態では、位置決め装置は、カメラ42および関心のポイントが所望の関係になるまで(たとえば、関心のポイントが、カメラの視野50および被写界深度47によって画定されるボリューム51の中に入るまで)、非接触式プローブ4および物体8の相対的な位置をサーボ制御するように構成され得る。たとえば、これは、カメラのセンサーによって検出されるような物体の上の光ビームのフットプリントが、カメラのセンサーの上の所定の位置になるまで、位置決め装置1がプロジェクター軸線46に沿って非接触式プローブ4を移動させるように構成されていることによって、実現され得る。
【0098】
図8は、本発明の代替的な実施形態を図示しており、図8では、第1の位置と第2の位置との間の運動が、完全に自動的に制御されるというよりもむしろ、ジョイスティック6を介してユーザーによって手動で制御される。このケースでは、プロセス200は、(図3のプロセス100と同様の方式で)ステップ202において、CMM2の上へ非接触式プローブ4をロードすること、および、非接触式プローブ4のキャリブレーションなどのような、随意的な準備ステップによって始まる。また、図3のプロセス100と同様に、ステップ204において、ユーザーは、非接触式プローブ4を手動で移動させ、非接触式プローブ4によって投射される光ビーム45を、物体8の上の関心のポイントに当たるように配置させるようになっている。これは、ユーザーがジョイスティック6を使用してCMM2および関節式のヘッド16を制御することによって行われ得る。この実施形態では、この段階において、ユーザーは、すべての自由度で(このケースでは、すべての3つの線形の自由度および2つの回転自由度で)、非接触式プローブを自由に移動させることができる。
【0099】
光ビーム45が関心のフィーチャーに当たるということにユーザーが満足するとき、次いで、ユーザーは、たとえば、ジョイスティック6の上のボタンを押すことによって、関心のポイントを登録する。この実施形態では、関心のポイントのそのような登録は、非接触式プローブ4のその後の運動が、プロジェクター軸線46に沿った運動に制限されることを引き起こす。したがって、ステップ206において、ユーザーは、非接触式プローブ4および物体8の関心のポイントが所望の関係になるまで、ジョイスティック6を使用し、光ビーム45の軸線に沿って非接触式プローブ4の運動を制御することが可能である。説明されている実施形態では、これは、カメラの視野50および被写界深度47によって画定されるボリューム51の中に、物体8の関心のポイントが含有されているときである。説明されている実施形態では、これは、カメラ42によってイメージ化されるような光ビーム45がカメラの視野の中の特定の場所に(たとえば、カメラの視野の真ん中に)位置決めされることを要求することによって、実現され得る。たとえば、これは、カメラ42によってイメージ化されるような光ビームのフットプリントがカメラのセンサーの上の事前定義された位置に位置決めされることを要求することによって、実現され得る。ユーザーは、カメラ42によって取得される(たとえば、ディスプレイ18の上の)イメージを見ることによって、これが該当するときを知ることが可能であり、また、カメラ42によって取得されるイメージの上の事前定義された位置に(たとえば、イメージの真ん中に)光ビームのフットプリントがあるということをユーザーが見ることができるときに、運動を停止させる。随意的に、(たとえば、コントローラー26の上の)プロセスは、カメラによって取得されるイメージを解析することが可能であり、光ビームのフットプリントがイメージの中の事前定義された位置にあるときに、信号を提供し、および/または、運動を停止させる。非接触式プローブ4の運動が制限されており、それが光ビーム45の軸線に沿ってのみ移動することができるようになっているので、物体8の表面の上の光ビーム45の位置は、同じ位置に留まることになる。
【0100】
運動のそのような制限は、非接触式プローブ4を正しい高さに置く際に、カメラ42が関心のポイントをターゲットにしていないということを心配する必要なしに、ユーザーを助けることが可能である。理解されるように、非接触式プローブが光ビーム45の軸線に沿って移動させられないとしたとすれば、たとえば、カメラ42の光軸43に沿って移動させられたとすれば、物体8に当たる光ビーム45の位置は変化することになる。そのうえ、物体の表面の形状は未知であるので(実際に、これは、それが検査されている理由である)、物体8に当たる光ビーム45の位置は、予想外に変化することになる。したがって、物体8の上の所望の関心のポイントの上へ光ビーム45(それは、検査されることとなるものを識別するためのマーカーである)を戻すために、他の次元での非接触式プローブのその後のチェックおよび再位置決めが実施されない場合には、物体8の表面の上の間違ったポイントが、カメラの視野50および被写界深度47によって画定されるボリューム51の中に位置付けされることになる。
【0101】
ステップ208および210は、図3のプロセス100のステップ110および112に対応している。
【0102】
上記に説明されている実施形態のすべては、ユーザーが、非接触式プローブ4および物体8を第1の相対的構成に配置することによって、検査されることとなるターゲットのポイントを初期に識別するステップであって、第1の相対的構成において、マーカーフィーチャーが、ターゲットの関心のポイントを識別しており、マーカーフィーチャーは、光学検査システムの光軸43と同軸ではないプロジェクター軸線46に沿って非接触式プローブ4によって投射される、ステップと、次いで、その後に、非接触式プローブ4および/または物体8を移動させ、それらを第2の相対的構成に置くようになっているステップであって、第2の相対的構成において、ターゲットの関心のポイントおよび光学検査システムは、所望の関係にあり、所望の関係においては、位置決め装置が、所定の経路にしたがってそのような運動をガイドするように構成されている、ステップとを含む。図5の実施形態では、所定の経路は、それが非接触式プローブ4および物体8の第1の相対的構成にあるときのプロジェクター軸線46となるように本質的に設定される。図6および図7の実施形態では、所定の経路は、それが非接触式プローブ4および物体8の第1の相対的構成にあるときのプロジェクター軸線ではない。むしろ、所定の経路は、別の方式で決定される。たとえば、非接触式プローブが設置されるべき第2の位置を決定することによって、次いで、非接触式プローブ4が移動する適当な道筋を決定することによって、所定の経路が決定され得る。これは、関節式のプローブヘッドの回転軸線A、Bの周りの非接触式プローブ4の配向がどのように制御されるべきであるかということを決定することを含むことが可能である。図5および図6の実施形態では、非接触式プローブ4の配向は、変化せずに維持されているが、一方、図7では、非接触式プローブ4の配向が変更されている。経路を決定するそのようなプロセスは、特許文献6に説明されているものなどのような、衝突のない経路を決定することを含むことが可能である。
【0103】
上記に説明されている実施形態では、カメラ42は、物体8の上の光ビーム45を検出するために使用され、どのように非接触式プローブ4を移動させるかということ決定するようになっており、また、その後の検査の間に、投射されたフリンジパターン41を検出するために使用される。しかし、理解されるように、これは、必ずしも、該当する必要があるわけではない。たとえば、非接触式プローブ4は、別々のカメラ(図示せず)を含むことが可能であり、このカメラは、物体8の上の光ビーム45を検出するように構成されており、それから、検査カメラ42の視野50および被写界深度47によって画定されるボリューム51の中に、物体8の関心のフィーチャー/表面を配置させるために、どのように非接触式プローブ4を移動させるかということの決定が行われる。
【0104】
上記に説明されている実施形態では、方法は、1つだけの関心のポイントに関して説明されている。しかし、理解されるように、複数の関心のポイントは、本発明の方法を使用して検査され得る。これは、1度に1つのポイントで行われ得、それによって、ユーザーは、非接触式プローブを移動させ、光ビーム45を使用して、1つの関心のポイントを登録し、次いで、位置決め装置は、非接触式プローブ4の運動を(たとえば、自動的に)ガイドし、関心のポイントに対して正しいオフセット/高さに非接触式プローブ4を置くようになっており、そのポイントにおいて、表面が検査され(たとえば、表面のイメージが撮られ)、その後に、ユーザーは、非接触式プローブ4を異なる位置へ移動させ、異なる関心のポイントを登録するようになっており、そのプロセスを再び繰り返す。随意的に、「登録フェーズ」が起こることが可能であり、それによって、ユーザーは、非接触式プローブ4が関心のポイントのいずれかに関して所定の所望の関係へ移動させられる前に、物体の表面の上の複数の異なる関心のポイントを登録する。これは、(たとえば、手動で)非接触式プローブ4を複数の異なる位置へ移動させることを必要とする可能性があり、光ビーム45を位置決めするようになっており、それがそれぞれの関心のポイントに当たるようになっており、次いで、(たとえば、光ビーム45が関心のポイントに当たっているということを位置決めシステムに示すために、ユーザーがボタンを押すことによって)関心のポイントのそれぞれを登録する。登録フェーズが完了したとき、次いで、方法は、「測定フェーズ」へ進行することが可能であり、「測定フェーズ」では、非接触式プローブが自動的に移動させられ、そして、登録フェーズにおいて識別された関心のポイントのうちのいくつかまたはすべてに対して所定の所望の関係で(たとえば、所定のオフセットで)非接触式プローブを位置決めするようになっており、次いで、非接触式プローブ4が所定の所望の関係にあるときに、表面が検査される(たとえば、1つまたは複数のイメージが撮られる)。そのようなプロセスは、図4の中のステップ104において、たとえば、破線の矢印によって示されているように、ループを含むことによって実装され得る。
【0105】
理解されるように、この文献の中での光および光源への言及は、電磁スペクトルの赤外線から紫外線の範囲のどこかの光、および、光を放出するように構成されている光源を意味することが意図されている。
【0106】
説明されている実施形態では、座標位置決めマシンは、シリアルCMMである(すなわち、シリアルCMMでは、3つの線形の自由度が、3つの独立した直交する運動の軸線によって提供され、直列に配置されており、このケースでは、追加的な2つの回転自由度を伴い、それによって、マシンをいわゆる5軸マシンにしている)。しかし、理解されるように、本発明は、また、他のタイプの測定マシン、たとえば、異なるタイプの位置決めマシン、たとえば、パラレルCMM、または(ロボット)測定アームなどとともに使用され得る。また、本発明は、専用の測定マシン以外のマシンとともに使用され得、たとえば、それは、工作機械などのような位置決めマシンとともに使用され得る。そのうえ、理解されるように、本発明は、また、デカルトおよび非デカルト位置決めマシン、たとえば、極座標および球面座標の位置決めマシンなどとともに使用するのに適切である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】