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特許6618322計測システム用の３次元ワークスキャンパスをプログラミングする方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6618322
(24)【登録日】2019年11月22日
(45)【発行日】2019年12月11日
(54)【発明の名称】計測システム用の３次元ワークスキャンパスをプログラミングする方法
(51)【国際特許分類】
G05B 19/4093 20060101AFI20191202BHJP
G01B 11/02 20060101ALI20191202BHJP
【ＦＩ】
G05B19/4093 H
G01B11/02 H
G01B11/02 Z
【請求項の数】20
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2015-200532(P2015-200532)
(22)【出願日】2015年10月8日
(65)【公開番号】特開2016-81528(P2016-81528A)
(43)【公開日】2016年5月16日
【審査請求日】2018年9月7日
(31)【優先権主張番号】14/511,100
(32)【優先日】2014年10月9日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000137694
【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ
(74)【代理人】
【識別番号】100166545
【弁理士】
【氏名又は名称】折坂 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】ロバート カーミル ブリル
【審査官】
貞光 大樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１６−３１３６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２０１５８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第６１８１４２２（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０５Ｂ １９／１８ − １９／４１６
Ｇ０５Ｂ １９／４２ − １９／４６
Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０
Ｇ０１Ｃ ３／００ − ３／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
計測システムにおいて相対的に狭いＺ高さ測定範囲に亘って相対的に高精度の表面Ｚ高さ測定値を提供する第１のタイプのＺ高さ検知システムの３次元（３Ｄ）ワークスキャンパスをプログラミングする方法であって、前記計測システムは、３Ｄ運動制御システムと、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムと、前記計測システムにおいて相対的に広いＺ高さ測定範囲に亘って相対的に低精度の表面Ｚ高さ測定値を提供する第２のタイプのＺ高さ検知システムとを含み、前記方法は、
前記計測システムのステージ上に、前記相対的に狭いＺ高さ測定範囲を超える範囲に亘って表面Ｚ高さを含む代表ワークを置くステップと、
前記代表ワークに対し、開始ＸＹ座標において開始し、終了ＸＹ座標において終了する少なくとも第１のワークスキャンパスセグメントを定義するステップと、
前記第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応する暫定のＸＹ座標における暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために、前記３Ｄ運動制御システム及び前記第２のタイプのＺ高さ検知システムを動作させるステップと、
前記第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるための精密３Ｄスキャンパスを決定するステップであって、前記精密３Ｄスキャンパスは、前記対応する暫定のＸＹ座標において求められた前記暫定の表面Ｚ高さ実測値に基づいている、前記ステップと、
前記代表ワーク又は前記代表ワークと同様のワークに対して、前記第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、前記精密３Ｄスキャンパスを使用するステップＡ）、及び、前記代表ワークと同様のワークに対して、前記第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、前記精密３Ｄスキャンパスを使用する検査プログラムに、前記精密３Ｄスキャンパスを記憶するステップＢ）の少なくとも一方を行うステップと、
を含む、方法。
前記計測システムのステージ上に、前記相対的に狭いＺ高さ測定範囲を超える範囲に亘って表面Ｚ高さを含む代表ワークを置くステップと、
前記代表ワークに対し、開始ＸＹ座標において開始し、終了ＸＹ座標において終了する少なくとも第１のワークスキャンパスセグメントを定義するステップと、
前記第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応する暫定のＸＹ座標における暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために、前記３Ｄ運動制御システム及び前記第２のタイプのＺ高さ検知システムを動作させるステップと、
前記第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるための精密３Ｄスキャンパスを決定するステップであって、前記精密３Ｄスキャンパスは、前記対応する暫定のＸＹ座標において求められた前記暫定の表面Ｚ高さ実測値に基づいている、前記ステップと、
前記代表ワーク又は前記代表ワークと同様のワークに対して、前記第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、前記精密３Ｄスキャンパスを使用するステップＡ）、及び、前記代表ワークと同様のワークに対して、前記第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、前記精密３Ｄスキャンパスを使用する検査プログラムに、前記精密３Ｄスキャンパスを記憶するステップＢ）の少なくとも一方を行うステップと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記精密３Ｄスキャンパスは、前記対応する暫定のＸＹ座標において求められた前記暫定の表面Ｚ高さ実測値によって示された前記代表ワークの表面が前記第１のタイプのＺ高さ検知システムの前記相対的に狭いＺ高さ測定範囲の＋又は−２５％以内に位置するように、前記相対的に狭いＺ高さ測定範囲の中央を位置付ける３Ｄスキャンパス座標を含むように決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記精密３Ｄスキャンパスは、前記対応する暫定のＸＹ座標において求められた前記暫定の表面Ｚ高さ実測値によって示された前記代表ワークの表面が前記第１のタイプのＺ高さ検知システムの前記相対的に狭いＺ高さ測定範囲の＋又は−５％以内に位置するように、前記相対的に狭いＺ高さ測定範囲の中央を、公称上、位置付ける３Ｄスキャンパス座標を含むように決定される、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記第１のタイプのＺ高さ検知システムは、クロマティックレンジセンサを含み、前記相対的に狭いＺ高さ測定範囲は、前記クロマティックレンジセンサの規定された測定範囲である、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記相対的に狭いＺ高さ測定範囲は、最大で１．０ミリメートルである、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
前記相対的に狭いＺ高さ測定範囲は、最大で５００マイクロメートルである、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記計測システムは、カメラと対物レンズとを含む撮像システムを含み、前記第２のタイプのＺ高さ検知システムは、前記対物レンズを通過する光路を使用して表面Ｚ高さを検知するように構成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項8】
前記第２のタイプのＺ高さ検知システムは、前記撮像システムを、前記撮像システムの視野におけるワーク表面の焦点高さに合焦させるように動作可能であるオートフォーカスシステムを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記暫定の表面Ｚ高さ実測値は、焦点高さを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記オートフォーカスシステムは、波面曲率センサ、ナイフエッジセンサ、ピンホールセンサ、及び、前記カメラからの画像を評価する画像コントラスト評価部のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
対応する暫定ＸＹ座標における暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために、前記３Ｄ運動制御システム及び前記第２のタイプのＺ高さ検知システムを動作させるステップは、前記開始ＸＹ座標と前記終了ＸＹ座標との間で連続的な中断されないＸＹ運動を使用して、前記第１のワークスキャンパスセグメントに略沿ってスキャンするステップを含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
前記計測システムは、前記計測システムの学習モード動作中に、前記精密３Ｄスキャンパスを定義するために使用可能な高精度スキャンユーザインターフェースを含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項13】
前記高精度スキャンユーザインターフェースは、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムが前記精密３Ｄスキャンパスに沿って移動された時に得られた暫定のＺ高さ測定結果を検証するための機能を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記高精度スキャンユーザインターフェースは、
前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを使用して、前記精密３ＤスキャンパスのＺ座標を向上させるために使用可能な機能と、
前記暫定のＺ高さ測定結果を得るために使用された前記精密３Ｄスキャンパスを編集又は承認するために使用可能な機能と、
を含む、請求項１２または１３に記載の方法。
前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを使用して、前記精密３ＤスキャンパスのＺ座標を向上させるために使用可能な機能と、
前記暫定のＺ高さ測定結果を得るために使用された前記精密３Ｄスキャンパスを編集又は承認するために使用可能な機能と、
を含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項15】
前記計測システムは、暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために前記３Ｄ運動制御システム及び前記第２のタイプのＺ高さ検知システムを動作させるステップと、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるための精密３Ｄスキャンパスを決定するステップとを自動的に行う学習モード動作を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記高精度スキャンユーザインターフェースは、暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために前記３Ｄ運動制御システム及び前記第２のタイプのＺ高さ検知システムを動作させるステップと、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるための精密３Ｄスキャンパスを決定するステップとを自動的に行うことを開始するように、ユーザによって操作可能な要素を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記計測システムは、暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために前記３Ｄ運動制御システム及び前記第２のタイプのＺ高さ検知システムを動作させるステップと、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるための精密３Ｄスキャンパスを決定するステップとを自動的に行うことを開始するように、ユーザによって操作可能な要素を含む、請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項18】
前記計測システムの学習モード動作中に、前記代表ワークの表面が、前記精密３Ｄスキャンパスに沿った前記第１のタイプのＺ高さ検知システムの範囲内であることを検証するステップを更に含む、請求項１から１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項19】
前記計測システムの学習モード動作中に、前記第１のタイプのＺ高さ検知システムを使用して前記精密３Ｄスキャンパスを向上させるステップを更に含む、請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項20】
前記ステップＡ）は、前記計測システムのランモード動作中にプログラム制御下で行われる、請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、マシンビジョン検査システムと補助精密表面センサとを含む計測システムに関し、より具体的には、当該システムを操作し、プログラミングする方法に関する。
【背景技術】
【0002】
精密マシンビジョン検査システム（又は略して「ビジョンシステム」）を使用して、検査対象物の精密寸法測定値を得たり、様々な他の対象物特性を検査したりすることができる。このようなシステムは、コンピュータ、カメラ及び光学システム、並びに、カメラが検査されるワークの形状構成をスキャンできるように複数の方向に移動可能な精密ステージを含んでよい。市販されている１つの例示的な先行技術システムは、イリノイ州オーロラにあるミツトヨ・アメリカ・コーポレーション（ＭＡＣ）から入手可能であるＰＣベースのビジョンシステムのＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズ及びＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェアである。ビジョンシステムのＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮシリーズ及びＱＶＰＡＫソフトウェアの機能及び操作は、例えば２００３年１月に出版されたQVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine User’s Guide及び１９９６年９月に出版されたQVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guideに大まかに説明されている。これらのガイドは、それぞれ、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。例えばこの製品のシリーズは、ワークの画像を、様々な倍率で提供するために顕微鏡型光学システムを使用し、任意の単一のビデオ画像の境界を超えてワーク表面を横断するためにステージを必要に応じて移動することができる。単一のビデオ画像は、通常、当該システムの所望の倍率、測定分解能及び物理的サイズ制限を考慮すると、観察又は検査されるワークの一部しか含まない。
【0003】
マシンビジョン検査システムは、通常、自動ビデオ検査を利用する。特許文献１は、このような自動ビデオ検査の様々な側面について教示し、また、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。当該特許文献１において教示されるように、自動ビデオ検査計測器具は、通常、ユーザが、特定のワーク構成毎に、自動検査イベントシーケンスを定義できるようにするプログラミング機能を有する。これは、例えばテキストベースのプログラミングによって、又は、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を用いてユーザによって行われる一連の検査操作に対応する一連のマシン制御命令を記憶することによって検査イベントシーケンスを徐々に「学習する」記録モードを介して、若しくは、これらの方法の組み合わせを介して実現される。このような記録モードは、しばしば、「学習モード」又は「トレーニングモード」と呼ばれる。「学習モード」において、検査イベントシーケンスが定義されると、当該シーケンスは、次に、「ランモード」中に、ワークの画像を自動的に取得する（また、追加的に解析又は検査する）ために使用される。
【0004】
特定の検査イベントシーケンスを含むマシン制御命令（即ち、各画像を取得する方法及び取得された各画像を解析／検査する方法）は、通常、特定のワーク構成に固有の「パートプログラム」又は「ワークプログラム」として記憶される。例えばパートプログラムは、カメラを、ワークに対して、どの照明レベルで、どの倍率レベル等で、どのように位置付けるかといった各画像の取得方法を定義する。更に、パートプログラムは、例えばエッジ／境界検出ビデオツールといった１つ以上のビデオツールを使用して、取得画像を解析／検査する方法を定義する。
【0005】
ビデオツール（又は略して「ツール」）及び他のＧＵＩ機能は、検査及び／又はマシン制御操作を実現するために、手動でセットアップされてもよい。ビデオツールセットアップパラメータ及び操作も、自動検査プログラム、即ち、「パートプログラム」を作成するために学習モード中に記録される。これらのプログラムは、様々なビデオツールによって行われた測定／解析操作を組み込むことになる。ビデオツールは、例えばエッジ／境界検出ツール、自動焦点ツール、形状又はパターンマッチングツール、寸法測定ツール等を含む。このようなツールは、上記されたビジョンシステムのＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮシリーズ及び関連したＱＶＰＡＫソフトウェアといった様々な市販のマシンビジョン検査システムにごく普通に使用されている。
【0006】
代表的なマシンビジョン検査システムは、表面高さ、即ち、光学システムの光軸方向において、高精度（例えばミクロン又はサブミクロン精度）の測定機能を提供しない。しかし、そのような高精度測定機能は、高精度距離検知計測に色収差技術が利用されるクロマティックレンジセンサ（ＣＲＳ）といった補助センサによって提供される。このようなセンサの動作原理は、例えばG. Molesini及びS. Quercioliによる「Pseudocolor Effects of Longitudinal Chromatic Aberration」（ジャーナル・オブ・オプティクス（パリ）、１９８６年、第１７巻、第６号、２７９〜２８２頁）に大まかに説明されている。
【0007】
一般的に言えば、このようなシステムでは、軸方向の色収差を有する光学要素を使用して、表面の軸方向距離、即ち、高さが、どの波長が当該表面において最も良好に合焦されるのかを決定するように、小さいアパーチャから出てくる広帯域光源を合焦させる。表面から反射すると、光は、ピンホール及び／又は光ファイバの端といった当該小さいアパーチャ上に再合焦され、表面上で良好に合焦された波長のみが、アパーチャ上に良好に合焦される。他の波長はうまく合焦されず、あまり多くのパワーをアパーチャ内へと結合させない。分光計が、アパーチャを通り戻った各波長の信号レベルを測定する。波長強度ピークは、実際上、表面の距離、即ち、高さを示す。このような補助ＣＲＳセンサは、マシンビジョン検査システムの主光路に沿って取り付けられるか、又は、主光路の幾つかのコンポーネントを共有するように部分的に一体化されてもよい。このような構成に適したＣＲＳシステムの例は、例えば特許文献２及び特許文献３に開示されている。これらの特許は、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】米国特許第６５４２１８０号明細書
【特許文献2】米国特許第８５８７７８９号明細書
【特許文献3】米国特許第７４７７４０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
このような高精度ＣＲＳセンサを典型的なマシンビジョン検査システムと一体化することに伴う１つの課題は、比較的熟練していない（ＣＲＳセンサを理解していない）ユーザが、一体型システムにおいてマシンビジョンコンポーネント及びＣＲＳセンサの両方を使用して検査を行う信頼性の高いパートプログラムを容易に作成できるように、そのようなＣＲＳセンサの関連の操作及びプログラミングを単純化することと、それらをロバストにすることである。更なる課題は、比較的熟練していないユーザが、そのようなパートプログラムにおいて、高いスループットを達成できるようにすることである。このような課題に対する解決策が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題は、計測システムにおいて相対的に狭いＺ高さ測定範囲に亘って相対的に高精度の表面Ｚ高さ測定値を提供する第１のタイプのＺ高さ検知システムの３次元（３Ｄ）ワークスキャンパスをプログラミングする方法であって、計測システムは、３Ｄ運動制御システムと、第１のタイプのＺ高さ検知システムと、計測システムにおいて相対的に広いＺ高さ測定範囲に亘って相対的に低精度の表面Ｚ高さ測定値を提供する第２のタイプのＺ高さ検知システムとを含み、当該方法は、計測システムのステージ上に、相対的に狭いＺ高さ測定範囲を超える範囲に亘って表面Ｚ高さを含む代表ワークを置くステップと、代表ワークに対し、開始ＸＹ座標において開始し、終了ＸＹ座標において終了する少なくとも第１のワークスキャンパスセグメントを定義するステップと、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応する暫定のＸＹ座標における暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために、運動制御システム及び第２のタイプのＺ高さ検知システムを動作させるステップと、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるための精密３Ｄスキャンパスを決定するステップであって、精密３Ｄスキャンパスは、対応する暫定のＸＹ座標における決定された暫定の表面Ｚ高さ実測値に基づいている、ステップと、代表ワーク又は代表ワークと同様のワークについて、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、精密３Ｄスキャンパスを使用するステップＡ）、及び、代表ワークと同様のワークについて、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、精密３Ｄスキャンパスを使用する検査プログラムに、精密３Ｄスキャンパスを記憶するステップＢ）の少なくとも一方を行うステップとを含む方法によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図6A】図６Ａは、マシンビジョン検査システムの学習モード動作中に、高精度Ｚ高さ検知システム用のワークスキャンパスセグメントに沿った検査動作を定義するために使用可能なユーザインターフェースの一実施形態の図である。
【図6B】図６Ｂは、マシンビジョン検査システムの学習モード動作中に、高精度Ｚ高さ検知システム用のワークスキャンパスセグメントに沿った検査動作を定義するために使用可能なユーザインターフェースの一実施形態の図である。
【図6C】図６Ｃは、マシンビジョン検査システムの学習モード動作中に、高精度Ｚ高さ検知システム用のワークスキャンパスセグメントに沿った検査動作を定義するために使用可能なユーザインターフェースの一実施形態の図である。
【図6D】図６Ｄは、マシンビジョン検査システムの学習モード動作中に、高精度Ｚ高さ検知システム用のワークスキャンパスセグメントに沿った検査動作を定義するために使用可能なユーザインターフェースの一実施形態の図である。
【図7A】図７Ａは、図６Ａ乃至図６Ｄのスキャンパスセグメントに沿った精密３Ｄスキャンパスを決定するために、暫定の表面Ｚ高さ実測値を求め、当該精密３Ｄスキャンパスに沿って高精度Ｚ高さ検知システムを動作させた結果を検証するために使用可能なユーザインターフェースの一実施形態の図である。
【図7B】図７Ｂは、図６Ａ乃至図６Ｄのスキャンパスセグメントに沿った精密３Ｄスキャンパスを決定するために、暫定の表面Ｚ高さ実測値を求め、当該精密３Ｄスキャンパスに沿って高精度Ｚ高さ検知システムを動作させた結果を検証するために使用可能なユーザインターフェースの一実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図１は、本明細書に説明される方法に従って使用可能な１つの例示的なマシンビジョン検査システム（ＭＶＩＳ）１０のブロック図である。ＭＶＩＳ１０は、制御コンピュータシステム１４とデータ及び制御信号を交換するように動作可能に接続されるビジョン測定マシン１２を含む。制御コンピュータシステム１４は更に、モニタ又はディスプレイ１６、プリンタ１８、ジョイスティック２２、キーボード２４及びマウス２６とデータ及び制御信号を交換するように動作可能に接続される。モニタ又はディスプレイ１６は、本明細書に開示される様々な動作を含むＭＶＩＳ１０の動作を制御及び／又はプログラミングするのに適したユーザインターフェースを表示する。
【0013】
ビジョン測定マシン１２は、可動ワークステージ３２と光学撮像システム３４とを含む。ＭＶＩＳ１０は、概して、上記されたビジョンシステムのＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮシリーズ及びＱＶＰＡＫソフトウェア、及び、同様の市販されている最新式精密マシンビジョン検査システムに相当する。ＭＶＩＳ１０は更に、本願の譲受人に譲渡された米国特許第７，４５４，０５３号、第７，３２４，６８２号、第８，１１１，９０５号及び第８，１１１，９３８号にも説明されている。これらの特許は、それぞれ、参照することにより、本明細書に組み込まれる。
【0014】
図２は、図１のＭＶＩＳ１０と同様のＭＶＩＳ１００の制御システム部１２０及びビジョンコンポーネント部２００のブロック図である。制御システム部１２０は、ビジョンコンポーネント部２００を制御するために使用され、本発明による様々な実施形態において使用可能な機能を含む。ビジョンコンポーネント部２００は、光学アセンブリ部２０５と、光源２２０、２３０、２４０と、トラッキングオートフォーカス（ＴＡＦ）部１０００の一部又は全部（代わりに、制御システム部１２０内に部分的にあってもよい）と、中心に透明部２１２を有するワークステージ２１０とを含む。ビジョンコンポーネント部２００は更に、一実施形態では、精密Ｚ高さセンサ光学部３００Ａ（又は３００Ａ’）と精密Ｚ高さセンサ電子部３００Ｂとを含む精密Ｚ高さセンサ３００を含んでもよい。図示される実施形態では、精密Ｚ高さセンサ光学部３００Ａと対物レンズ２５０とは互いからオフセットされている。これは、本明細書に開示される発明を実施するための必須要件ではない。しかし、これは、精密Ｚ高さセンサが、マシンビジョン検査システムのオプショナルな又はアドオンのアクセサリである場合に典型的な例であり、本明細書に開示される発明及び教示内容は、そのような場合に特に有利である。ワークステージ２１０は、ワーク２０が置かれるステージの表面と略平行である平面内にあるＸ軸及びＹ軸に沿って制御可能に移動可能である。光学アセンブリ部２０５は、カメラシステム２６０と交換可能な対物レンズ２５０とを含み、また、レンズ２８６及び２８８を有するターレットレンズアセンブリ２８０を含んでもよい。ターレットレンズアセンブリに代えて、固定若しくは手動で交換可能な倍率変更レンズ又はズームレンズ構成等が含まれてもよい。光学アセンブリ部２０５は、制御可能なモータ２９４を使用することによって、Ｘ軸及びＹ軸に略直交するＺ軸に沿って制御可能に移動可能である。
【0015】
撮像されるべきワーク２０、又は、複数のワーク２０を保持するトレイ若しくは固定具は、ワークステージ２１０上に置かれる。ワークステージ２１０は、交換可能な対物レンズ２５０がワーク（又は複数のワーク）２０上の場所間で移動するように、光学アセンブリ部２０５に対して移動する。ステージ光源２２０、同軸光源２３０及び表面光源２４０のうちの１つ以上が、それぞれ、ワーク２０を照らすように、光源光２２２、２３２、２４２を放射しうる。光源２３０は、ミラー２９０を含む経路に沿って光２３２を放射しうる。光源光は、ワーク光２５５として反射又は透過され、当該ワーク光２５５は、カメラシステム２６０に向けて、交換可能な対物レンズ２５０及びターレットレンズアセンブリ２８０を通過する。カメラシステム２６０によって捕捉された画像は、制御システム部１２０への信号ライン２６２上に出力される。光源２２０、２３０、２４０は、それぞれ、信号ライン又はバス２２１、２３１、２４１を介して、制御システム部１２０に接続されうる。画像の倍率を変更するために、制御システム部１２０は、信号ライン又はバス２８１を介して、軸２８４に沿ってターレットレンズアセンブリ２８０を回転させてターレットレンズを選択する。
【0016】
ＴＡＦ部１０００は、ワーク２０を照らすために、ハーフミラーに向けて、また、対物レンズ２５０を介して合焦光２５１を放射しうる。合焦光は、反射して、対物レンズ２５０内を戻り、ＴＡＦ部１０００における焦点検出器に戻る。焦点検出器は、信号及び／若しくは制御ライン又はバス上に、制御システム部１２０への測定及び／又は焦点補正信号を出力する。様々な実施形態において、ＴＡＦ部１０００は、ナイフエッジ焦点技術、大きい測定範囲を提供するクロマティック共焦点技術、又は、シャック−ハルトマン（Shack-Hartmann）型波面検知技術等といった様々な既知の焦点センサ技術のうちの何れかに基づいていてよい。シャック−ハルトマン型波面検知技術は、「System and Method for Controlling a Tracking Autofocus (TAF) Sensor in a Machine Vision Inspection System」なる名称の同時係属米国特許出願第１４／０５２，５７９号に説明されている。この出願は、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。
【0017】
様々な例示的な実施形態において、光学アセンブリ部２０５は、制御可能なモータ２９４を使用して垂直Ｚ軸方向に移動可能であり、制御可能なモータ２９４は、カメラシステム２６０によって捕捉される画像の焦点を変更するために、Ｚ軸に沿って光学アセンブリ部２０５を移動させるようにアクチュエータを駆動する。「Ｚ軸」との用語は、本明細書において使用されるように、光学アセンブリ部２０５によって取得される画像を合焦させるために使用される軸を指す。制御可能なモータ２９４は、使用される場合には、信号ライン２９６を介して、入力／出力インターフェース１３０に接続される。
【0018】
一実施形態において、ＴＡＦ部１０００がアクティブである場合は、制御システム部１２０は、その測定及び／又は焦点補正信号に反応して、ＴＡＦ部１０００が最良焦点位置に対応する測定及び／又は焦点補正信号を出力するまで、ＴＡＦ信号に基づいてＺ軸を移動させる又はサーボ制御する。幾つかの実施形態では、マシンビジョン検査システム１００は、この最良焦点位置が、カメラシステム２６０の最良焦点位置に一致するように調節及び／又は較正される。更に、このような位置及び／又は測定情報は、以下により詳細に説明される原理にしたがって、精密Ｚ高さセンサ３００の測定範囲内（例えば測定範囲の略中央）にワーク２０の表面を位置付けるように使用されてもよい。
【0019】
図２に示されるように、様々な実施形態において、制御システム部１２０は、コントローラ１２５と、電源部１２８と、入力／出力インターフェース１３０と、メモリ１４０と、ワークプログラム（パートプログラム）ジェネレータ及びエクスキュータ１７０と、レコーダ／トランスレータ１５５と、学習モードエクスキュータ１５６と、ランモードエクスキュータ１５７と、編集部１６０と、ノードマネジャ１９０と、ＴＡＦ部１０００’と、スキャン部１８０とを含み、スキャン部１８０は、３Ｄスキャンパス部１８５を含む精密３Ｄスキャン部１８２を含んでもよい。これらのコンポーネントのそれぞれだけでなく、以下に説明される追加のコンポーネントは、１つ以上のデータ／制御バス及び／若しくはアプリケーションプログラミングインターフェースによって、又は、様々な要素間の直接的な接続によって、相互に接続されうる。
【0020】
当業者には明らかであるように、ＴＡＦ部１０００（及び／又は１０００’）及び／又は精密Ｚ高さセンサ３００に関する様々な動作は、ハードウェア構成、ソフトウェア構成、又は、ハードウェア及びソフトウェア構成の組み合わせによって実施されうるので、ＴＡＦ部１０００及び／又は精密Ｚ高さセンサ３００の様々なハードウェア及び／又はソフトウェアコンポーネント並びに機能は、各実施態様に応じて、ＭＶＩＳ１００のビジョンコンポーネント部２００と制御システム部１２０との間で適切に配置される。
【0021】
ワークプログラム（パートプログラム）ジェネレータ及びエクスキュータ１７０と、レコーダトランスレータ１５５と、学習モードエクスキュータ１５６と、ランモードエクスキュータ１５７と、編集部１６０と、ノードマネジャ１９０と、ＴＡＦ部１０００’と、スキャン部１８０とは、コントローラ１２５に関連付けられているマシン全体コントローラブロックＭＣの一部とみなされてもよい。ワークプログラムジェネレータ及びエクスキュータ１７０は、パートプログラム（又は「ワークプログラム」）の作成及び実行を担う。ワークプログラムジェネレータ及びエクスキュータ１７０の動作に基づいて、ユーザは、ワークプログラミング言語を使用して命令をコード化するか、及び／又は、所望の画像取得トレーニングシーケンスを提供するようにＭＶＩＳ１００を（例えば学習モードエクスキュータ１５６によって制御される）学習モードで動作させることによって命令を生成することによって、ワーク２０用のパートプログラムを作成するようにＭＶＩＳ１００を使用する。例えばトレーニングシーケンスは、ワークの形状構成を視野（ＦＯＶ）内に置くこと、光レベルを設定すること、フォーカシング又はオートフォーカシング、画像を取得すること、及び、（例えばビデオツールを使用して）画像に適用される検査トレーニングシーケンスを提供することを含む。学習モードは、「学習済み」動作シーケンスが記録され、対応するパートプログラムステップ（即ち、命令）に変換されるように動作する。これらのパートプログラムステップは、当該パートプログラムが（例えばランモードエクスキュータ１５７によって制御される）ランモードで実行されると、ＭＶＩＳ１００に、当該パートプログラムを作成する際に使用されたワークに一致する１つ以上のワークを自動的に検査するように、トレーニングされた画像取得及び検査動作を再現させる。
【0022】
レコーダトランスレータ１５５は、マシン動作をパートプログラムコードに変換するために使用される。つまり、ユーザが（例えば現在の表面高さに対応するＺ高さを手動で変更するといった）ある行為を行うと、基本命令が生成され、この基本命令は、パートプログラムを形成するようにマシン可読言語に変換され、更に、逆変換が行われてもよい。レコーダトランスレータ１５５は更に、ＧＵＩにおける編集可能な命令表現と、それらの対応するコード命令との間で変換を行ってもよい。編集部１６０は、パートプログラムの編集に関連する様々な動作及びユーザインターフェース機能を提供し、アクティブにする。この様々な動作及びユーザインターフェース機能には、編集機能のための動作を制御することと、編集機能のためのユーザインターフェース機能を提供することとが含まれうる。一実施形態では、ノードマネジャ１９０は、パートプログラムにおけるノード及びＧＵＩにおけるそれらの対応する命令表現に割り当てられたノード番号の管理を担う。ノードマネジャ１９０によって管理されるノード番号は、例えばＴＡＦ部動作及びスキャン部動作を含むパートプログラム命令表現を、例えば以下に説明される様々な実施形態に従って、所定の順番に配列させるために使用される。
【0023】
ＴＡＦ部１０００’は、ＴＡＦ ＧＵＩ要素１３５において捕捉される動作及びユーザインターフェース機能といった、ＭＶＩＳ１００のＴＡＦ機能に関連する様々な動作及びユーザインターフェース機能を提供し、アクティブにする。スキャン部１８０は、スキャンＧＵＩ要素１３７において捕捉される動作及びユーザインターフェース機能といった、スキャン機能に関連する様々な動作及びユーザインターフェース機能を提供し、アクティブにする。この様々な動作及びユーザインターフェース機能には、本明細書において開示されるように、精密Ｚ高さスキャン機能及び精密３Ｄスキャンパス機能が含まれうる。
【0024】
入力／出力インターフェース１３０は、撮像制御インターフェース１３１と、運動制御インターフェース／システム１３２と、照明制御インターフェース１３３と、レンズ制御インターフェース１３４と、ＴＡＦ ＧＵＩ要素１３５と、スキャンＧＵＩ要素１３７とを含む。ＴＡＦ ＧＵＩ要素１３５は、ＴＡＦ動作を制御及びプログラミングするためのＧＵＩの提供を担う。スキャンＧＵＩ要素１３７は、以下により詳細に説明されるように、（例えば精密３Ｄスキャン部１８２及び３Ｄパス部１８５を含むスキャン部１８０を使用して実施されうる）スキャン動作を制御及びプログラミングするためのＧＵＩの提供を担う。運動制御インターフェース／システム１３２は、位置制御要素１３２ａと、速度／加速度制御要素１３２ｂとを含んでもよいが、これらの要素は統合され及び／又は区別されなくてもよい。
【0025】
メモリ１４０は、画像ファイルメモリ部１４１と、１つ以上のパートプログラム等を含みうるワークプログラムメモリ部１４２と、ビデオツール部１４３とを含む。ビデオツール部１４３は、ビデオツール部１４３ａと、対応するビデオツールのそれぞれに対し、ＧＵＩ、画像処理動作等を決定する他のビデオツール部（図示せず）とを含む。多くの既知のビデオツールが、上記された市販のマシンビジョン検査システムに含まれている。ビデオツール部１４３は更に、様々なビデオツールにおいて使用可能な様々な関心領域（ＲＯＩ）を定義する動作をサポートする関心領域（ＲＯＩ）ジェネレータ１４３ｘも含む。
【0026】
通常、メモリ部１４０は、取得された画像が所望の特性を有するようにワーク２０の画像を取得するようにビジョンシステムコンポーネント部２００を動作させるのに使用可能なデータを記憶する。メモリ部１４０は更に、検査結果データと、取得された画像に手動又は自動的に（例えばビデオツールによって部分的に実施される）様々な検査及び測定動作を行い、入力／出力インターフェース１３０を介して結果を出力するために使用可能なデータとを記憶してもよい。メモリ部１４０は更に、入力／出力インターフェース１３０を介して操作可能なユーザインターフェースを定義するデータを含んでもよい。
【0027】
図２に概略的に示されるように、ＴＡＦ部１０００及び精密Ｚ高さセンサ３００からの信号ラインを含む様々な信号ライン又はバスが、入力／出力インターフェース１３０に接続されうる。１つ以上のディスプレイデバイス１３６（例えば図１のディスプレイ１６）及び１つ以上の入力デバイス１３８（例えば図１のジョイスティック２２、キーボード２４及びマウス２６）も、入力／出力インターフェース１３０に接続される。ディスプレイデバイス１３６及び入力デバイス１３８を使用してユーザインターフェースが表示される。当該ユーザインターフェースは、検査動作を行う、並びに／又は、パートプログラムを作成及び／若しくは変更する、カメラシステム２６０によって捕捉された画像を見る、及び／若しくは、ビジョンシステムコンポーネント部２００を直接的に制御するために使用可能な様々なユーザインターフェース機能を含んでよい。
【0028】
様々な例示的な実施形態において、ユーザが、ワーク２０用のパートプログラムを作成する場合、ユーザは、ワークプログラミング言語を使用するコーディングによって、及び／又は、所望の画像取得トレーニングシーケンスを提供するようにＭＶＩＳ１００を学習モードで動作させることによって命令を生成することによって、パートプログラム命令を生成する。例えばトレーニングシーケンスは、ワークの形状構成を視野（ＦＯＶ）内に置くこと、光レベルを設定すること、フォーカシング又はオートフォーカシング、画像を取得すること、及び、（例えばビデオツールを使用して）画像に適用される解析トレーニングシーケンスを提供することを含む。学習モードは、シーケンスが、捕捉又は記録され、対応するパートプログラムステップ（即ち、命令）に変換されるように動作する。これらのパートプログラムステップは、当該パートプログラムが実行されると、マシンビジョン検査システムに、当該パートプログラムを作成する際に使用されたワークに一致する１つ以上のワークを自動的に検査するために、トレーニングされた画像取得及び解析動作を再現させる。関連の編集機構及び機能は更に、「Machine Vision System Program Editing Environment Including Real Time Context Generation Features」なる名称の米国特許出願公開第２０１３／０１２３９４５号、「Machine Vision System Program Editing Environment Including Synchronized User Interface Features」なる名称の米国特許出願公開第２０１３／０１２５０４４号、及び、「System and Method Utilizing an Editing Initialization Block in a Part Program Editing Environment in a Machine Vision System」なる名称の米国特許出願公開第２０１３／０１２０５６７号に説明されている。これらの特許出願公開はそれぞれ、参照することにより、本明細書に組み込まれる。
【0029】
図３は、時にクロマティックレンジセンサ（ＣＲＳ）とも呼ばれ、本明細書に開示される原理に従って使用可能である精密Ｚ高さセンサの一実施形態である例示的なクロマティック共焦点センサ３００のブロック図である。ＣＲＳ３００は、本願の譲受人に譲渡された米国特許第７，９９０，５５２号、第７，８７６，４５６号及び第８，１９４，２５１号に説明されているセンサと幾つかの類似点を有する。これらの特許のそれぞれは、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。市販されているクロマティックレンジセンサを、図２に概略的に示したようなマシンビジョンシステムと併せて使用することは、知られており、ここでは、ＣＲＳは、マシンビジョンシステムにおいて精密Ｚ高さセンサの使用をプログラミングすることに伴い生じる問題を理解するための有用な背景情報を提供するために、概略のみを説明する。図３に示されるように、クロマティック共焦点センサ３００は、光学ペン３２０と、入力／出力光ファイバを含む光ファイバケーブル３１２によって接続される電子部３６０とを含む。光学ペン３２０は、図２に示される光学部３００Ａの一実施形態を提供し、電子部３６０は、図２に示される電子部３００Ｂの一実施形態を提供してよい。
【0030】
簡潔に述べるに、電子部３６０は、ファイバカプラ３６１と、波長検出器３６２と、光源３６４と、信号プロセッサ３６６と、メモリ部３６８とを含む。様々な実施形態において、波長検出器３６２は、分散素子（例えばグレーティング）が光ファイバケーブル３１２を通る反射光を受け取り、結果として得られるスペクトル強度プロファイルを、検知及び解析のために検出器アレイ３６３に送信する分光計又はスペクトルグラフ装置を含む。光学ペン３２０は、光ファイバコネクタ３０７と、ハウジング３３０と、軸方向に分散させる光学要素３５０とを含む。軸方向に分散させる光学要素３５０は、ＣＲＳシステムについて知られているように、光学ペン３２０の光軸ＯＡに沿って配置され、ファイバアパーチャ３９５からの広帯域のソース光を受け取り、それを、ワーク表面３９０に向けて、軸方向の波長分散を有する合焦測定ビームＭＢとして出力し、ワーク表面３９０から反射された光を受け取り、軸方向の波長分散を有する当該反射された光を、ファイバアパーチャ３９５に近接して合焦させる。軸方向の波長分散によって、１つの波長のみが、光学ペン３２０からワーク表面３９０までの測定距離に一致する前側合焦距離ＦＦを有する。光学ペン３２０は、ワーク表面３９０において最も良好に合焦される波長が、ファイバアパーチャ３９５においても最も良好に合焦される反射光の波長であるように構成される。最も良好に合焦された波長が、主としてファイバアパーチャ３９５を通過し、光ファイバケーブル３１２のコア内へと入る。組み込まれた参考文献においてより詳細に説明されているように、光ファイバケーブル３１２は、反射信号光を波長検出器３６２に送る。波長検出器３６２は、ワーク表面３９０への測定距離に一致する、最大強度を有する波長を決定するために使用される。光学ペン３２０は、システムにおいて検知される最小波長と最大波長とに関連付けられる最小範囲距離Ｒ１ＭＩＮと最大範囲距離Ｒ１ＭＡＸとによって境界付けられる測定範囲Ｒ１を有する。一般的に言えば、多くのこのようなＣＲＳシステムでは、分解能及び／又は精度は、測定範囲とほぼ固定の比率となる。一般的に言えば、より良い分解能及び／又は精度を達成するためには、システムの開口数が増加されるが、これは、測定範囲Ｒ１を減少させる。ミクロン又はサブミクロンレベルの分解能又は精度を提供する高精度ＣＲＳシステムでは、測定範囲Ｒ１は、大抵の場合、１ｍｍ若しくは５００μｍと小さく、又は、更に小さくてもよい。一部の半導体ＩＣ等は、このようなＣＲＳシステムを使用して好都合に検査される。というのは、それらの表面は、略平らであり、この測定範囲内に完全に入るからである。しかし、特別なＩＣ検査機器とは対照的に、多くの汎用精密マシンビジョン検査システムは、はるかに大きい範囲（例えば数十又は数百ミリメートル）に亘って変化する表面を有する他のタイプのワークの測定するようにデザインされている。先行技術の「複合」システムは、（例えば表面仕上げ測定等のために）高精度ＣＲＳシステムを使用してこのような変化する表面を迅速にスキャンできるパートプログラムを作成する使い勝手が良い又は実用的な手段とはなっていない。したがって、ＣＲＳシステムと同様の精密Ｚ高さ検知システムは、マシンビジョン検査システムとの組み合わせにおいて、広く使用されてはいない。以下に開示される原理及び機能は、この欠陥を解決するために、使用されうる。
【0031】
図４は、計測システムのステージ上の代表ワーク４１５の一部を含む計測システムの視野ウィンドウ４０２を含む例示的なユーザインターフェース、即ち、ＧＵＩ４００の図を示す。ユーザインターフェース４００は更に、選択バー４２０、４４０といった様々な測定及び／又は操作選択バーと、リアルタイムＸ−Ｙ−Ｚ（位置）座標ウィンドウ４３０と、照明制御ウィンドウ４５０と、スキャンツールウィンドウ４６０とを含む。代表ワーク４１５は、図５Ａ乃至図５Ｃにより詳細に示されるように、クロマティック共焦点センサ３００といった高精度Ｚ高さセンサのＺ高さ測定範囲を超える範囲に亘る表面Ｚ高さを含む。ユーザによって、ラインツールセレクタ４６１がスキャンツールウィンドウ４６０から選択されて、ワークスキャンパスセグメント４１０に沿ったＺ高さ測定のセットを決定するラインスキャン動作を定義するための動作が開始されてよい。ワークスキャンパスセグメント４１０は、ラインツールセレクタ４６１の選択に反応して、ディスプレイに現れる。視野ウィンドウ４０２に示されるように、ＸＹ座標（ＸＢ，ＹＢ）で開始し、ＸＹ座標（ＸＥ，ＹＥ）において終了するワークスキャンパスセグメント４１０が、代表ワークについて定義される。開始及び終了座標は、ワークスキャンパスセグメント４１０（又はその個々の端点）をディスプレイ上でドラッグアンドドロップすることによって図で定義されても、及び／又は、以下に更に説明されるように、ユーザインターフェース機能に数値を入力することによって定義されてもよい。図４に示される例では、ラインツールのスキャン方向は、スキャン方向矢印４１０’によって示されるように、ワークスキャンパスセグメント４１０に沿った＋Ｘ方向に定義される。
【0032】
図５Ａ乃至図５Ｃは、ワークスキャン動作中の２つのタイプのＺ高さ検知システムの測定範囲に関連する寸法関係を含む、図４に示される代表ワーク４１５の表面形状断面４１１の概略図である。断面４１１は、ワークスキャンパスセグメント４１０に沿ったものである。
【0033】
図５Ａは、精度が劣るタイプのＺ高さ検知システム（例えば図２を参照して上で説明されたＴＡＦシステム）の測定範囲Ｒ２を示す。測定範囲Ｒ２は、Ｚ値Ｒ２ＭＩＮ及びＲ２ＭＡＸによって、Ｚ方向において境界付けられている。例示的な実施形態では、精度が劣るタイプのＺ高さ検知システムは、ＭＶＩＳ１００といったマシンビジョン検査システムに組み込まれたトラッキングオートフォーカスシステム又はポインツフロムフォーカス（points from focus）システムであってよい。幾つかの実施形態では、マシンビジョン検査システムの運動制御システムが、精度が劣るタイプのＺ高さ検知システムからの誤差信号又は測定値に反応して、Ｚ軸をサーボ制御するようにデザインされている場合、測定範囲Ｒ２は、マシンビジョン検査システムのＺ範囲全体を含むとよい。いずれにせよ、図示される例では、代表ワーク４１５の表面は、ワークスキャンセグメント４１０に沿って、完全に範囲Ｒ２内である。これは、マシンビジョン検査システムにある様々なタイプの「精度が劣る」Ｚ高さ検知システムについて典型的及び／又は望ましい。ある場合では、このような「精度が劣る」システムは、数ミクロン、又は、数十ミクロンのオーダーの精度を提供しうる。
【0034】
更に、参照のために、図５Ａは更に、代表ワーク４１５の部分に対応し、Ｚ高さ測定を行うには問題がありうる問題領域ＰＡ１〜ＰＡ５も示す。このような問題領域は、表面の形状構成の端部、又は、はんだボール等において生じ得る。問題領域ＰＡ１〜ＰＡ５は、Ｚ高さにおける急勾配の推移部を含み、これは、誤差の可能性の高い測定又はＺ高さ測定の失敗を引き起こしうる。例えば使用されるＺ高さ検知システムのタイプに応じて、このような誤差のある測定及び／又は測定の失敗は、不十分な反射信号光、不十分な横方向分解能若しくは選択性、及び／又は、問題領域を横切るスキャン速度に比べて不十分なＺ軸検知応答時間等を起因とする。様々な応用において、相対的に高精度なタイプのＺ高さ検知システムを使用して、ワークスキャンセグメント４１０に沿ってＺ高さを測定することがより有利な場合がある。これは、より良好な測定精度を提供し、更に、上記された問題領域における問題の一部を軽減又は排除することができる。しかし、これも、以下に説明されるように、追加の問題をもたらすことがある。
【0035】
図５Ｂは、相対的に高精度なタイプのＺ高さ検知システム（例えば図２を参照して上で説明された精密Ｚ高さセンサ３００）の範囲Ｒ１を示す。範囲Ｒ１は、Ｚ値Ｒ１ＭＩＮ及びＲ１ＭＡＸによって、Ｚ方向において境界付けられている。幾つかの実施形態では、相対的に高精度なタイプのＺ高さ検知システムは、図３を参照して説明されたクロマティック共焦点センサ３００といったクロマティックレンジセンサであってもよい。図５Ｂに示されるように、範囲Ｒ１は、スキャン中に、相対的に高精度なタイプのＺ高さ検知システムのＺ高さ位置を、何回か調節することなく、ワークスキャンセグメント４１０に沿ってすべてのＺ高さ測定を含めるには、小さ過ぎる。Ｚ高さ位置を調節できなければ、測定が失敗するか及び／又は衝突がもたらされうる。したがって、スキャンを行うためには、Ｚ高さ位置調節が必要である。しかし、比較的熟練していないユーザが、様々な部分に対するこのような全センサ高さ調節を、マシンビジョン検査システムにおいて、信頼度が高く、迅速にかつ正確にプログラムすることは可能とはなっていない。様々な部品（例えばボールグリッドアレイ、回路基板、ギア等）について、Ｚ高さ位置調節を実現する信頼できるスループットの高いプログラムを作成するためのプログラミング及びデバッギングは、適切な特殊技能を持つプログラマであっても、幾つかの理由から、ひどく時間がかかる。例えばボールグリッドアレイ又は回路基板をスキャンするために何回も高さ調節が必要となることに加えて、精密タイプのＺ高さセンサは、通常、マシンビジョン検査システムの補助装置であり、その運動／サーボシステムと一体にされていない。したがって、精密Ｚ高さセンサからの信号に基づいて全体調節をプログラミングすることは、行うことが困難であるか、及び／又は、スループットを制限してしまう。更に、ユーザは、問題領域ＰＡ１〜ＰＡ５の付近では、精密Ｚ高さセンサに起こりうる誤差のタイプを理解できない場合があり、これにより、予想外のプログラム及び／又は測定失敗がもたらされる。或いは、精度が劣るＺ高さセンサシステムに基づいて全体のＺ高さをサーボ制御することも、上記されたような問題を示すことがあり、また更には、特に問題領域ＰＡ１〜ＰＡ５の付近における相対的に低精度のＺ高さセンサシステムと相対的に高精度なＺ高さセンサシステムとの間の予期せぬ相互作用（例えば測定サンプル時のＺ方向の動き等）によって予想外の誤差がもたらされる。比較的熟練していないユーザがこれらの問題を解決し、精密タイプのＺ高さセンサを使用してＺ高さスキャンを迅速にプログラムできるようにする様々な自動動作及び／又は関連のユーザインターフェース機能が以下に開示される。
【0036】
図５Ｂと同様に、図５Ｃは、相対的に高精度なタイプのＺ高さ検知システム（例えば図２を参照して上で説明された精密Ｚ高さセンサ３００）の範囲Ｒ１を示す。範囲Ｒ１は、Ｚ値Ｒ１ＭＩＮ及びＲ１ＭＡＸによって、Ｚ方向において境界付けられている。図５Ｃは更に、スキャンセグメント４１０に沿ったＺ高さ位置調節ゾーンＯＨＺ１〜ＯＨＺ１１（総称的にＯＨＺｉ）も示し、各ゾーンＯＨＺｉにおいて、（断面４１１によって示される）公称表面形状を測定範囲Ｒ１内に留めるように、精密Ｚ高さセンサのＺ高さ位置が調節される。公称表面形状は、精度が劣るＺ高さセンサを使用して決定され、各ゾーンＯＨＺｉのＺ高さ位置設定が、以下に説明されるように、それに応じて決定される。この特定の実施形態では、スキャン方向における各ゾーンの始まりにおいて、Ｚ高さ位置は、ワーク表面が、公称上、範囲Ｒ１の中央にあるように設定される。当該Ｚ高さ位置は、スキャン方向において、当該ゾーン内で、ワーク表面が測定範囲の調節限界のうちの１つ、即ち、ＡＤＪＭＩＮ又はＡＤＪＭＡＸに到達するまで、保持される。スキャン方向におけるその点において、Ｚ高さ位置は、スキャン方向における「新しい」次のゾーンの始まりに対して調節される。スキャン方向において精密Ｚ高さセンサの全体の公称Ｚ高さ設定を確立するこの手順は、測定範囲限界Ｒ１ＭＩＮ及びＲ１ＭＡＸのそれぞれに対する測定範囲「安全バッファ」（例えば図示される例では、範囲Ｒ１の約２５％）を確立する。更に、スキャンセグメントに沿ってこのようなＺ高さ位置パスを使用する場合、各ゾーンにおいて、スキャンは、精密Ｚ高さセンサのサンプルレートが可能な速さである限り安全に、迅速にかつ信頼度が高く（また、潜在的な精密Ｚ高さ測定誤差に関係なく）、スキャン方向において進むことができる。測定は、ゾーン間のＺ高さ位置調節の間にしか（必要に応じて）中断されない。更に、幾つかの実施形態では、スキャンセグメントに沿ってＺ高さ位置パスが確立されると、スキャンの運動制御は、「開ループ」形式で（例えばサーボ制御及び関連付けられる予期せぬ変動及び誤差なく）行われ、これにより、プログラム実行中に、予測可能な高スループットスキャン速度とロバスト性とが提供される。当然ながら、スキャンパスセグメント４１０の先に確立されたＸＹ座標と（例えば上記されたように）スキャン方向における様々な場所において使用される全体の公称Ｚ高さ設定とを組み合わせることによって、スキャンパスセグメント上で精密表面Ｚ高さ測定を行うために、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させる精密３次元（３Ｄ）スキャンパスが提供される。精密３Ｄスキャンパスは、対応するＸＹ座標における暫定の表面Ｚ高さ実測値に基づいている。
【0037】
当然ながら、上記された手順の詳細は、例示に過ぎず、限定ではない。例えば調節限界を広げると、スキャンラインに沿ったＺ高さ位置調節（又はゾーン）の数は少なくなり、スループットが良くなるが、測定範囲Ｒ１を不注意に超えるリスクが増加する。反対に、調節限界を狭めると、スキャンラインに沿ったＺ高さ位置調節の数は多くなり、測定範囲Ｒ１を不注意に超えるリスクは減少する。可能な限り調整限界を互いに近づけていくと、精密３Ｄスキャンパスは、理想的には、スキャンセグメントに沿う表面形状を再現する輪郭に近づき、Ｚオフセットが、公称上、表面形状を、範囲ＲＩの所望の部分（例えば範囲Ｒ１の中央）に位置付ける。精密Ｚ高さセンサが、サンプル時のＺ方向の動きが結果としてもたらされる測定値に大きくは影響を及ぼさないような十分なサンプルレートを有し、運動制御Ｚ高さ位置が、対応する精密Ｚ高さセンサ測定値と適切に同期され組み合わされるのであれば、このような実施態様は、スループット又は精度を大幅に減少させる必要はなく、幾つかの応用では、むしろ好ましい場合がある。
【0038】
より一般的には、本明細書に開示される原理に従って構成される様々な実施形態では、計測システムは、３Ｄ運動制御システム（例えば運動制御インターフェース／システム１３２）と、第１のタイプのＺ高さ検知システム（例えばクロマティック共焦点センサ３００）と、広いＺ高さ測定範囲に亘って精度が劣る表面Ｚ高さ測定値を提供する第２のタイプのＺ高さ検知システム（例えばトラッキングオートフォーカス（ＴＡＦ）又はポインツフロムフォーカス（ＰＦＦ）システム）とを含む。運動制御システムと第２のタイプのＺ高さ検知システムとは、（例えば図７Ａにおいて以下に示されるように）第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応する暫定のＸＹ座標における暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるように操作される。（例えば図５Ｃ及び／又は図７Ａに示されるように）精密３Ｄスキャンパスが、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において精密表面Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために決定され、当該精密３Ｄスキャンパスは、対応する暫定のＸＹ座標において決定された暫定の表面Ｚ高さ実測値に基づいている。次に、動作Ａ）又はＢ）のうちの少なくとも一方が行われる。Ａ）代表ワーク又は代表ワークと同様のワークについて、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、精密３Ｄスキャンパスを使用する、及び、
Ｂ）代表ワークと同様のワークについて、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、精密３Ｄスキャンパスを使用する検査プログラムに、当該精密３Ｄスキャンパスを記憶する。
【0039】
上記動作Ａ）は、第１のタイプのＺ高さ検知システムが、ワークの一部を横切って第２のタイプに「すぐに」追随する動作を含んでよく、精密３Ｄスキャンパスは、リアルタイムで決定され、第１のタイプのＺ高さ検知システムがワークの当該一部を横断する際に、当該第１のタイプのＺ高さ検知システムのために使用されてよい。幾つかの実施形態では、精密３Ｄスキャンパスは、対応する暫定のＸＹ座標において決定された暫定の表面Ｚ高さ実測値によって示された代表ワーク表面が第１のタイプのＺ高さ検知システムの相対的に狭いＺ高さ測定範囲の＋又は−２５％以内に位置するように、相対的に狭いＺ高さ測定範囲の中央を位置付ける３Ｄスキャンパス座標を含むように決定されてもよい。幾つかの実施形態では、精密３Ｄスキャンパスは、対応する暫定のＸＹ座標において決定された暫定の表面Ｚ高さ実測値によって示された代表ワーク表面が、第１のタイプのＺ高さ検知システムの相対的に狭いＺ高さ測定範囲の＋又は−５％以内に位置するように、相対的に狭いＺ高さ測定範囲の中央を、公称上、位置付ける３Ｄスキャンパス座標を含むように決定されてもよい。幾つかの実施形態では、相対的に狭いＺ高さ測定範囲は、最大で１．０ミリメートルである。幾つかの実施形態では、相対的に狭いＺ高さ測定範囲は、最大で５００マイクロメートルである。
【0040】
幾つかの実施形態では、計測システムは、カメラ（例えばカメラシステム２６０）と、対物レンズ（例えば交換可能な対物レンズ２５０）とを含む撮像システムを含み、第２のタイプのＺ高さ検知システムは、例えば本願の譲受人に譲渡された米国特許第８，５８７，７７２号に開示されるように、対物レンズを通過する光路を使用して表面Ｚ高さを検知するように構成される。当該特許は、参照することにより、本明細書に組み込まれる。幾つかの実施形態では、第２のタイプのＺ高さ検知システムは、撮像システムを、その視野におけるワーク表面の焦点高さに合焦させるように動作可能であるオートフォーカスシステムを含む。幾つかの実施形態では、暫定の表面Ｚ高さ実測値は、焦点高さを含む。幾つかの実施形態では、オートフォーカスシステムは、波面曲率センサ、ナイフエッジセンサ、ピンホールセンサ、及び、カメラからの画像を評価する画像コントラスト評価部のうちの少なくとも１つを含む。例示的なセンサは、米国特許第４，３３６，９９７号、第４，９５０，８７８号、第６，１８４，９７４号、第７，３０１，１３３号、第７，７２３，６５７号及び第７，７２８，９６１号に説明されている。これらの特許は、参照することにより、本明細書に組み込まれる。幾つかの実施形態では、対応する暫定のＸＹ座標において暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために、運動制御システム及び第２のタイプのＺ高さ検知システムを動作させることは、開始ＸＹ座標と終了ＸＹ座標との間で連続的な中断されないＸＹ運動を使用して、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿ってスキャンすることを含む。連続的で中断されないＸＹ運動を使用するスキャンを含む動作は、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２０１３／０１２０５５３Ａ１号を参照して理解されうる。当該特許出願は、参照することにより、本明細書に組み込まれる。
【0041】
幾つかの実施形態では、計測システムは、（例えば図６Ａ乃至図６Ｄに関連して以下に説明されるように）暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために運動制御システム及び第２のタイプのＺ高さ検知システムを動作させるステップと、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるための精密３Ｄスキャンパスを決定するステップとを自動的に行うことを開始するように、ユーザによって操作可能な要素を含む。
【0042】
幾つかの実施形態では、計測システムは、当該計測システムの学習モード動作中に、ワークの表面が、精密３Ｄスキャンパスに沿った第１のタイプのＺ高さ検知システムの範囲内であることを検証するように構成される。
【0043】
幾つかの実施形態では、計測システムは、（例えば図７Ｂに関連して説明されるように）当該計測システムの学習モード動作中に、第１のタイプのＺ高さ検知システムを使用して精密３Ｄスキャンパスを向上させるように構成される。
【0044】
図６Ａ乃至図６Ｄは、計測システムの学習モード動作中に、精密３Ｄスキャンパスを定義するために使用可能な高精度スキャンユーザインターフェース機能を含むラインツールダイアログボックス６００の様々なタブ及び機能を示す図である。一実施形態では、以下に説明されるユーザインターフェース機能と同様のユーザインターフェース機能が、ラインツールセレクタ４６１の選択に反応して、図４に示されるユーザインターフェース４００上に表示される。
【0045】
図６Ａは、「トラッキングオートフォーカス（ＴＡＦ）」セレクタ６２０Ａと「ポインツフロムフォーカス（ＰＦＦ）」セレクタ６２０Ｂとを含む「標準」、即ち、精度が劣るＺ高さセンサセレクタと、「ＣＲＳ」セレクタ６２０Ｃを含む「高精度」センサセレクタとを含む「センサ」タブ６１０を示す。様々なセレクタは、ＭＶＩＳ内にある特定のセンサに応じて自動的に表示される。選択されたセンサ（例えばＣＲＳ）が、ラインツールのスキャン動作を行うために使用される。「センサ」タブ６１０は、（例えばマシン座標系と選択されたセンサの場所との間の）「オフセット」座標６２１、センサの「サンプルレート」６２２及びセンサの「Ｚ範囲」６２３を含むパラメータ入力又は定義機能を含む。「測定誤差の取扱い」セレクタ６２４は、どのように個々の測定失敗（例えば無効又は測定不可能な測定点）が取り扱われるべきか、即ち、読んで字の通りの「欠落点は無視」モード６２４Ａ、「失敗フラグ」モード６２４Ｂ又は「停止」モード６２４Ｃをユーザが定義できるようにするラジオボタンを含む。
【0046】
図６Ｂは、ワークスキャンパスセグメントが開始し終了する場所のＸ、Ｙ及び（任意選択的に）Ｚ座標を定義するための「スキャン開始セグメント」入力部６３０Ａと「スキャン終了セグメント」入力部６３０Ｂとを含む「ロケーション」タブ６３０を示す。パスセグメント終了座標は、Ｘ、Ｙ及びＺ表示ボックスにおいて明白に定義されても、ΔＸ、ΔＹ及びΔＺ表示ボックスにおいて開始座標に対して定義されてもよい。任意の又はすべての表示された値は、最初は、図４に示されるスキャンセグメント４１０のインジケータのユーザによるセットアップに基づいて、当該セットアップ中に使用されたＺ高さも含めて、自動的に入力されてもよい。ユーザがある値を編集すると、関連付けられる値が自動的に調節されてもよい。更に、各Ｚ座標表示は、各自の「現在の設定を使用」セレクタ６３１Ａ又は６３１Ｂを含み、これらは、それぞれ、（例えばスキャンセグメント４１０の開始又は終了時における集束状態に基づいて）ユーザによって制御されるＭＶＩＳの現在のＺ座標に基づいてＺ座標を設定するように使用されてもよい。これらの値は、以下に説明されるように、暫定の表面高さ実測データを決定するために、測定表面を、最初に、（例えば図５Ａに示されるような）相対的に低精度のＺ高さ検知システムの測定範囲内に設定するために使用されてもよい。
【0047】
図６Ｃは、利用可能なセンサに対応するインジケータ６４１Ａ、６４１Ｂ及び６４１Ｃを含む「スキャンパラメータ」タブ６４０を示す。「センサ」タブ６１０において選択されたセンサに対応する「高精度」インジケータ６４１Ｃが示される。その関連の動作パラメータ定義要素が自動的に表示されている。例えば「スキャンにおける最小測定点」入力部６４２は、ユーザが、スキャンセグメントに沿った測定点の所望最小数を定義できるようにする。「スキャンにおける最大間隔」入力部６４３は、ユーザが、スキャンセグメントに沿った点間の所望の最大間隔を定義できるようにする。「公称スキャン速度」入力部６４４は、ユーザが、スキャンセグメントに沿った運動に使用される公称スキャン速度（例えばｍｍ／ｓの単位）を定義できるようにする。これらの入力部は、最初は、デフォルト値が入力されても、先に定義された又は編集されたパラメータに依存する値が入力されてもよい。当然ながら、ユーザは、これらの値を編集してよい。
【0048】
様々な実施形態において任意選択的である「Ｚトラッキングを使用」セレクタ６４５は、センサによるスキャン中の「自動」適応型Ｚ高さ位置調節をユーザがトグル（ＯＮ／ＯＦＦ選択）することができるようにするものであり、この「自動」適応型Ｚ高さ位置調節では、センサによるＺ高さ測定値をモニタリングして、例えば、直近に測定された表面Ｚ高さをセンサ測定範囲の中央に常に位置付けるように、運動制御システムを用いてＺ高さ位置を調節することによって、リアルタイムでセンサのＺ高さ位置を調節する。幾つかの実施形態では、これは、本明細書に開示される原理に従って決定される所定の精密３Ｄスキャンパスの代わりに又は当該所定の精密３Ｄスキャンパスと組み合わせて使用される。ユーザは、（例えば図７Ａ及び図７Ｂに示されるように）関連のユーザインターフェース機能をアクティブにし、所定の精密３Ｄスキャンパスを作成するために、「所定の３Ｄ公称パスを使用」セレクタ６４６を選択し、本明細書に開示されている原理に従って関連のパートプログラム命令を記録してよい。「固定」モードセレクタ６４６Ａは、学習モード中に決定された精密３Ｄスキャンパスを、ランモード中に当該精密３Ｄスキャンパスをその形状を調節することなく使用するように、パートプログラムに記録させる。対照的に、「ランタイム時にパスを更新」モードセレクタ６４６Ｂが選択されると、ランモード中に実際のワークに基づいて、精密３ＤスキャンパスのＺ座標を決定するために、本明細書に説明され、請求項に記載される特定の動作を自動的に繰り返すプログラム命令が生成される。つまり、ランモードプログラム実行中に、運動制御システムと「精度が劣る」タイプのＺ高さ検知システムが、ワークスキャンパスセグメントに沿って位置付けられる対応する暫定のＸＹ座標における暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるように操作され、精密３Ｄスキャンパスは、これらのランタイムの暫定の表面Ｚ高さ実測値に基づいて再決定又は編集される。この手順は、予測不可能な形状構成、固定物（fixturing）及び／又はサグを有するワークに好ましく、また、多くの応用において、Ｚトラッキングを使用するよりもスループットが高くなることがある。
【0049】
図６Ｄは、ラインツール６１０Ａの「フィルタ／データ」タブ６５０を示す。「フィルタ／データ」タブ６５０は、「タイプ」セレクタ６５１と「データ処理」セレクタ６５２とを含む。「タイプ」セレクタ６５１は、ユーザが、例えば測定平均化、低域通過フィルタ又は高域通過フィルタ等である任意選択的なデータフィルタを選択できるようにする。「データ処理」セレクタ６５２は、ユーザが、必要に応じて、様々な測定データ後処理又は解析機能（例えば表面内挿又は曲線適合等）を選択できるようにする。
【0050】
図７Ａ及び図７Ｂは、図６Ａ乃至図６Ｄのスキャンパスセグメントに沿った精密３Ｄスキャンパスを決定し、当該精密３Ｄスキャンパスに沿って高精度Ｚ高さ検知システムを動作させた結果を検証するために、学習モード中に使用可能である高精度スキャンユーザインターフェース機能を含む３Ｄパス学習及びテストダイアログボックス７００のタブ及び機能を示す図である。幾つかの実施形態では、ダイアログボックス７００は、ユーザが、図６Ｃに示される「所定の３Ｄ公称パスを使用」セレクタ６４６を選択すると、出現するように構成される。
【0051】
図７Ａは、パスＺ高さ表現ウィンドウ７１０Ａと、「実行」セレクタ７２０Ａと、「測定範囲安全バッファ」定義要素７３０Ａと、「パス平滑化」セレクタ７４０Ａと、「欠落点を内挿」セレクタ７４５Ａと、点変更ウィンドウ７５０Ａとを含む「３Ｄパス学習」タブ７００Ａを示す。ユーザが、「実行」セレクタ７２０Ａを選択すると、計測システムは、上記されたようにおおよそ定義された高精度スキャンパラメータに基づいて、スキャンセグメントに沿った公称３Ｄスキャンパスを自動的に決定する。一般的に言えば、計測システムは、ワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応する暫定のＸＹ座標における暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために、運動制御システムと相対的に低精度のタイプのＺ高さ検知システムとを動作させるステップを自動的に行ってよい。精密３Ｄスキャンパスが、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において精密表面Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために決定されうる。当該精密３Ｄスキャンパスは、対応する暫定のＸＹ座標において決定された暫定の表面Ｚ高さ実測値に基づいている。決定された精密３Ｄスキャンパスの形状は、好適には、ライン（又は「センサ範囲の表示」モードセレクタ７１２Ａが選択される場合は、図５Ｃを参照して上で説明されたものと同様に、破線で示される関連付けられるセンサ範囲限界）を含む例えば適切な３Ｄスキャンパス表現７６０Ａとして表現されて、パスＺ高さ表現ウィンドウ７１０Ａに表示される。図７Ａに示される実施形態では、実際の測定値も、対応する推定表面（例えば暫定の実測値と合うように実線として）と共に、パスＺ高さ表現ウィンドウ７１０Ａにおいて、対応する決定された精密３Ｄスキャンパスの上に重ねられて（例えば点線で）表示されてもよい。このような表示は、ユーザが、現在の測定値セットに基づくことに伴う潜在的な望ましさ及び／又はリスク、並びに、結果として得られる精密３Ｄスキャンパスを評価するのに役立つ。表現ウィンドウ７１０Ａは、欠けている領域や、問題のあるデータを示しうる。例えば欠落点インジケータ７６１は、図５Ａ乃至図５Ｃに示される問題領域ＰＡ１に対応する領域において、有効な測定が行われなかったことを示す。ユーザは、暫定の実測データは、信頼度が低い又は不十分であると判断し、当該データを補間するのに十分な知識を有すると感じる場合、「編集」セレクタ７１３Ａを選択しうる。これに反応して、点変更ウィンドウ７５０Ａが出現しうる。ユーザは、「点を追加」セレクタ７５１をクリックして、表現ウィンドウ７１０Ａ内に「測定」点を追加するように位置付けられかつクリックされうるカーソルを生成する。「点を選択」セレクタ７５２は、クリックされると、表現ウィンドウ７１０Ａ内の測定点を選択するように位置付けられ、操作されうるカーソルを生成する。次に、「選択された点を外す」セレクタ７５３がクリックされて、現在選択されている点が外される。図５Ｃにおける要素ＡＤＪＭＩＮ及びＡＤＪＭＡＸを参照して説明されたように、「安全バッファ」を増加したり減少したりすることは、スキャンセグメントに沿った精密Ｚ高さセンサのＺ高さ位置調節の数を多くしたり少なくしたりし、及び／又は、結果として表面に細かく又は粗く追随することになる。公称３Ｄスキャンパスに雑音が多く見える場合には、当該公称３Ｄスキャンパスを滑らかとするために、「パス平滑化」セレクタ７４０Ａ及び／又は「欠落点を内挿」セレクタ７４５Ａが選択されうる。決定された精密３Ｄスキャンパスは、ユーザによる評価のために、上記の編集行為のいずれかに反応して、リアルタイムで、自動的に再決定され、表示されてもよい。必要に応じて、ＧＵＩに、「取消」ボタンが追加されていてもよい。ユーザが、ユーザインターフェースにおいて反映されているように表示された精密３Ｄスキャンパスに満足すると、精密３Ｄスキャンパスを、学習モード中に使用された代表ワークと同様のワークについて、ワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、精密タイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、当該精密３Ｄスキャンパスを使用する検査プログラム内に記憶するために、「現在のパスを承認」セレクタ７１１Ａを選択してよい。ユーザは更に、以下に説明されるように、代表学習モードワークについて、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、当該精密３Ｄスキャンパスを使用することによって、学習モード中の現在の又は承認された精密３Ｄスキャンパスをテスト及び／又は変更してもよい。
【0052】
図７Ｂは、表面測定表示ウィンドウ７１０Ｂと、「決定」セレクタ７２０Ｂと、「異常値を除去」セレクタ７２５Ｂと、「表面点平滑化」セレクタ７３５Ｂと、「欠落点を内挿」セレクタ７４５Ｂとを含む「３Ｄパステスト」タブ７００Ｂを示す。表面表現ウィンドウ７１０Ｂは、「現在のパス及び処理を承認」セレクタ７１１Ｂと、「精密スキャンデータを使用してパスを向上」セレクタ７１３Ｂとを含む。
【0053】
ユーザが、「実行」セレクタ７２０Ｂを選択すると、計測システムは、「相対的に高精度な」タイプのＺ高さセンサ（例えばクロマティックレンジセンサ３００）を現在の公称３Ｄスキャンパスに沿って自動的に移動させ、（例えば上記された）定義されたスキャンパラメータを使用して、スキャンセグメントに沿って定義された速度において測定する。表面形状の暫定の測定結果７６０Ｂは、表面測定表示ウィンドウ７１０Ｂ内に表示されることが好適である。実際の測定値は、必要に応じて、表面の公称ＣＡＤ形状及び／又は公差制限上に重ねられて表示されうる。この表示は、ユーザが、現在の精密３Ｄスキャンパスに基づくことに伴う潜在的な望ましさ及び／又はリスクを評価するのに役立つ。ユーザは、表面測定データが、（例えば図７Ａを参照して説明されたように）精度が劣るタイプのセンサを使用して得られたものに比べて、向上されている又はより完全であることを観察しうる。その場合、ユーザは、「精密スキャンデータを使用してパスを向上」セレクタ７１３Ｂを選択することによって、実際の「精密タイプ」のセンサデータに基づいて精密３Ｄスキャンパスを再決定又は「向上」させることを選択してもよい。これは、上で説明したものと同様の自動化された精密３Ｄスキャンパス決定／再決定を開始するが、ただし、当該決定／再決定は、検証テスト中に得られた「精密タイプ」のセンサデータからの測定データに基づいている。このために、ユーザは、必要に応じて、「異常値を除去」セレクタ７２５Ｂ、及び／又は、（例えば移動平均又は曲線適合アルゴリズムを実施するために）「表面点平滑化」セレクタ７４０Ａ、及び／又は、「欠落点を内挿」セレクタ７４５Ｂ等を使用して、雑音の多いデータを程よく向上させる。結果として得られる処理された測定点及び決定された精密３Ｄスキャンパスは、ユーザによる評価のために、上記の行為のいずれかに反応して、リアルタイムで、（例えばそれぞれウィンドウ７１０Ｂ及び７１０Ａにおいて）自動的に再決定され、表示されてもよい。ユーザが、結果に満足すると、精密３Ｄスキャンパスを、検査プログラム内に記憶する（又は先に承認されたパスを上書きする）ために、「現在のパスを承認」セレクタ７１１Ａ、又は、「現在のパス及び処理を承認」セレクタ７１１Ｂを選択してよい。当然ながら、ユーザは、「実行」セレクタ７２０Ｂを使用して暫定の測定結果７６０Ｂを再検証しても、及び／又は、必要に応じて、上記された操作の何れかを繰り返してもよい。
【0055】
ステップ８１０において、３Ｄ運動制御システムと、第１のタイプのＺ高さ検知システムと、第２のタイプのＺ高さ検知システムとを含み、第１のタイプのＺ高さ検知システムは、第２のタイプのＺ高さ検知システムにおけるよりも相対的に狭いＺ高さ測定範囲に亘って相対的に高精度な表面Ｚ高さ測定値を提供する計測システムが提供される。
【0056】
ステップ８２０において、代表ワークが、計測システムのステージ上に置かれる。代表ワークは、相対的に狭いＺ高さ測定範囲を超える範囲に亘って表面Ｚ高さを含む。
【0057】
ステップ８３０において、開始ＸＹ座標において開始し、終了ＸＹ座標において終了する少なくとも第１のワークスキャンパスセグメントが、代表ワークについて定義される。
【0058】
ステップ８４０において、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応する暫定のＸＹ座標において暫定の表面Ｚ高さ実測値を求めるために、運動制御システム及び第２のタイプのＺ高さ検知システムを動作させる。処理は、ステップＡに続く。
【0059】
図８Ｂに示されるように、処理は、ステップＡからステップ８５０へと続けられる。ステップ８５０において、第１のワークスキャンパスに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるための精密３Ｄスキャンパスが決定される。精密３Ｄスキャンパスは、対応する暫定のＸＹ座標において決定された暫定の表面Ｚ高さ実測値に基づいている。ステップ８６０において、動作Ａ）又は動作Ｂ）の少なくとも一方が行われる。Ａ）代表ワーク又は代表ワークと同様のワークについて、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、精密３Ｄスキャンパスを使用する、及び、
Ｂ）代表ワークと同様のワークについて、第１のワークスキャンパスセグメントに略沿って位置付けられる対応するＸＹ座標において、精密表面Ｚ高さ測定を行うように、第１のタイプのＺ高さ検知システムを移動させるために、精密３Ｄスキャンパスを使用する検査プログラム内に精密３Ｄスキャンパスを記憶する。
【0060】
上記された様々な実施形態は、更なる実施形態を提供するために、部分的に又は全体的に組み合わされてもよい。本明細書において言及された米国特許及び米国特許出願はすべて、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。実施形態の態様は、更に別の実施形態を提供するために、様々な特許及び出願の概念を使用するために、必要に応じて変更されてもよい。
【0061】
これらの及び他の変更は、上記の詳細な説明を鑑みて、実施形態になされてもよい。一般に、以下の請求項において、使用される用語は、請求項を、本明細書及び請求項に開示される特定の実施形態に限定すると解釈されるべきではなく、むしろ、請求項が権利を有する等価物の全範囲に亘るあらゆる可能な実施形態を含むと解釈されるべきである。
【0062】
上記された様々な実施形態は、更なる実施形態を提供するために、組み合わされてもよい。本明細書において言及された及び／又は出願データシートに列挙された米国特許、米国特許出願公報、米国特許出願、外国特許、外国特許出願及び非特許出版物はすべて、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。実施形態の態様は、更に別の実施形態を提供するために、様々な特許、出願及び出版物の概念を使用するために、必要に応じて変更されてもよい。
【0063】
これらの及び他の変更は、上記の詳細な説明を鑑みて、実施形態になされてもよい。一般に、以下の請求項において、使用される用語は、請求項を、本明細書及び請求項に開示される特定の実施形態に限定すると解釈されるべきではなく、むしろ、請求項が権利を有する等価物の全範囲に亘るあらゆる可能な実施形態を含むと解釈されるべきである。したがって、請求項は、本開示によって限定されるものではない。