本發(fā)明涉及一種坐標測量機(cmm)，其包括光學探針，該光學探針具有用于聚焦的可調(diào)聚焦透鏡(液體透鏡)?？梢曰谠赾mm一側(cè)導出的預定表面信息來調(diào)節(jié)焦距。

背景技術(shù)：

1、坐標測量機(cmm)是構(gòu)造成測量工件的某些點(特別是整個表面形貌)的3d坐標的機器。在本發(fā)明的意義上，表面可以指工件的2d外部，但同樣可以指表面區(qū)域，即有限厚度的區(qū)域。出于簡潔和清晰的原因，從這里開始，表面用作2d表面，因此可以應用測量表面區(qū)域的特定特征。

2、cmm在各種工業(yè)中是重要的，例如在生產(chǎn)測量、質(zhì)量控制或逆向工程中。它們可以用于例如確定制成品的幾何形狀與設計模型的偏差，例如為了確定偏差是否在制造公差內(nèi)。這種測量通常基于計算機產(chǎn)生的或操作者選擇的測量路徑自動或半自動地進行，其中，這種測量路徑是相對于設計模型提供的。

3、越來越顯著的cmm的另一應用是物體的逆向工程。對于這樣的應用，不存在設計模型，但是操作者利用例如操縱盒/操縱桿通過手動操縱命令來命令探頭的3d移動。替代地，操作者可以直接操縱手持傳感器。

4、典型地，cmm具有主結(jié)構(gòu)、探測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

5、主結(jié)構(gòu)通常包括一組負責定位探測系統(tǒng)的致動器。cmm的一個廣泛的示例是3軸系統(tǒng)。例如，de4325347公開了這種cmm系統(tǒng)。這里，主結(jié)構(gòu)包括具有測量平臺的基座和可移動框架。工件可以定位或安裝在測量平臺上?？梢苿涌蚣馨惭b在基座上，使得它可以沿第一軸線移動，框架包括臂，該臂安裝成它可以沿垂直于第一軸線的第二軸線移動。探測系統(tǒng)包括探頭，該探頭安裝在臂上，使得該探頭可沿垂直于第一軸線和第二軸線的第三軸線移動。這種結(jié)構(gòu)使得探頭能夠在所有三維方向上操縱，從而能夠測量物體的相關(guān)3d坐標。當前的3軸系統(tǒng)通常還包括部件，例如堆疊的轉(zhuǎn)臺，以提供關(guān)于探頭和工件的相對姿態(tài)的5個自由度。

6、cmm的另一個典型實施例是所謂的關(guān)節(jié)臂式坐標測量機(aacmm)。aacmm包括待固定的基座和包括通過關(guān)節(jié)連接的多個臂段的臂。所述關(guān)節(jié)為臂的與基座相對的可移動端提供了移動性，并且其中，可以附接有探頭。探頭通常由操作者手動引導。由于其設計原理，這種系統(tǒng)不如上述的3軸或5軸系統(tǒng)精確，另一方面，它提供了更高的靈活性。例如，ep2916099b1公開了這種aacmm儀器。

7、cmm的探測系統(tǒng)可以基于接觸或非接觸技術(shù)。在第一種情況下，通常被實現(xiàn)為觸針的機械探針實現(xiàn)與工件的直接機械接觸，并且探針被引導通過給定的測量路徑，同時觸針的端點坐標從關(guān)于cmm的狀態(tài)的傳感器讀數(shù)(例如編碼器讀數(shù))導出。非接觸技術(shù)可以基于將主測量光束投射到工作物體上并記錄從物體表面區(qū)域發(fā)出的輔助光束。非接觸技術(shù)的一個優(yōu)點是由于缺乏機械接觸而不大可能損壞工作物體。此外，非接觸方法允許平行獲取擴展區(qū)域，這與基于觸針的方法不同，在基于觸針的方法中僅記錄單個點的坐標。

8、為了獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)，可以在穩(wěn)態(tài)測量條件下執(zhí)行cmm測量。對于接觸探針，這可以例如通過將觸針和工作物體之間的接觸和/或摩擦力保持在一定范圍內(nèi)來提供。與接觸探針相比，這種簡單的反饋方法不能用于自動引導非接觸探針。在手動測量未知工作物體的情況下，這個問題特別嚴重，因為在這種情況下，甚至不可能基于數(shù)字模型或先前的測量數(shù)據(jù)提供足夠好的近似路徑。

9、導出待測量工件的數(shù)字模型和相應測量路徑通常相當復雜且耗時。此外，為了根據(jù)測量路徑測量工件，需要檢測工件的取向并根據(jù)當前取向?qū)蕯?shù)字模型。這導致更復雜的測量過程。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠減少上述缺陷的坐標測量機。

2、本發(fā)明的另一個目的是提供一種坐標測量機，其提供更高效的測量工作流程，特別是通過利用預測量步驟。

3、本發(fā)明基于以下思想：為cmm的光學探頭提供傳感器和快速聚焦(例如液體)透鏡，以基于圖像的方式獲取表面信息。這種可變焦距透鏡提供了以非常高效的方式獲取表面信息，特別是在在表面上方移動探頭時(在運行中)。光學系統(tǒng)的焦距可以根據(jù)探頭和特定測量點或區(qū)域之間的距離來調(diào)節(jié)。當從一個測量點移動到下一個測量點時，可以相對快地提供焦距的這種調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，可以在探頭沿測量路徑移動期間以連續(xù)方式提供調(diào)節(jié)。

4、為了調(diào)節(jié)焦距，需要關(guān)于特定測量點的特定距離的高度信息。cmm構(gòu)造成提供測量點和/或待測表面的相應高度信息。cmm包括附加的光學概觀傳感器單元(除了光學探頭之外)以導出高度信息，特別是導出與表面相關(guān)的形貌數(shù)據(jù)。

5、這種光學概觀傳感器單元布置在機器結(jié)構(gòu)處，例如布置在cmm的框架或臂處，并構(gòu)造成獲取表面信息。光學概觀傳感器單元可以實現(xiàn)為相機、多個相機、三角測量傳感器、測距相機等。

6、可以通過捕獲與待測量的表面相關(guān)的至少一個圖像，優(yōu)選多個圖像，來導出表面信息，例如高度信息或高度圖。然后可以通過圖像處理導出表面信息。

7、例如，光學概觀傳感器單元包括一個相機，并且相機通過移動機器結(jié)構(gòu)而在表面上方移動?？梢酝ㄟ^利用cmm的傳感器或編碼器來確定關(guān)于相機相對于基座(特別是相對于表面)的位置的精確信息?？刂葡鄼C以獲取一組圖像，并且收集精確的位置信息并將其分配給所述一組圖像中的每個圖像?？梢酝ㄟ^應用攝影測量法并將圖像信息與指定的位置信息一起處理來導出表面信息。這種攝影測量法可以包括能夠從一組2d圖像重建3d幾何形狀的任何處理方法，例如還可以使用逆渲染方法和諸如神經(jīng)輻射場(nerf)的基于ai的重建。這樣，可以計算關(guān)于表面的形貌數(shù)據(jù)。

8、因此，本發(fā)明涉及一種用于測量物體的表面上的多個測量點的坐標測量機。該坐標測量機包括基座、具有光學探針的探頭以及具有用于將探頭連接到基座的結(jié)構(gòu)部件的機器結(jié)構(gòu)，該機器結(jié)構(gòu)特別是門型(橋型)或scara型機器結(jié)構(gòu)。cmm還可以實現(xiàn)為水平臂cmm或移動平臺橋型cmm(例如optiv和pmm-c，以及機架cmm)。scara型機器是一種工業(yè)機器人。首字母縮寫scara代表選擇性順應性裝配機器人臂或選擇性順應性關(guān)節(jié)型機器人臂。

9、基座可以設置為測量平臺，例如由花崗巖制成，或者設置為物理參考點，例如cmm的底座或設置位置。

10、探頭可以設置為用于承載測量探針的元件，該測量探針例如為觸覺或光學探針，或工具。探頭還可以被實施為提供測量探針圍繞一個或兩個軸線的旋轉(zhuǎn)。在cmm被構(gòu)建為門型(3軸)cmm的情況下，探頭優(yōu)選地被安裝到z-推桿，該z-推桿提供探頭在z方向上的移動性。

11、光學探針可以優(yōu)選地布置在探頭處，以便利用光學探針提供對以下的測量：到物體或結(jié)構(gòu)的距離(1d數(shù)據(jù))、物體或結(jié)構(gòu)的橫向尺寸(2d數(shù)據(jù))或同時二者(3d數(shù)據(jù))。由此，光學探針可以相對于基座移動。光學探針可以實現(xiàn)為相機、三角測量傳感器單元、共焦測量單元、白光測量單元或能夠采集例如特定測量點的1d、2d或3d數(shù)據(jù)的任何其他傳感器單元。

12、光學探針可以包括相機，該相機包括具有可調(diào)透鏡元件的遠心透鏡、具有控制電子器件的圖像傳感器和用于物體的照明。照明可以是外部環(huán)形光或通過分束器耦合到遠心透鏡中的同軸頂部光。典型地，光學探針具有幾微米的橫向物體分辨率，而為了比較，光學概觀傳感器的分辨率可以小100倍。

13、如上所述，機器結(jié)構(gòu)可包括能相對于彼此移動以提供將探頭定位在cmm的測量空間內(nèi)的特定元件。相對移動性應當理解為相對線性或相對旋轉(zhuǎn)運動，但是不應當限于cmm的特定設計，而應當覆蓋現(xiàn)有技術(shù)中已知的cmm和機器人。

14、坐標測量機還包括至少一個驅(qū)動機構(gòu)，該至少一個驅(qū)動機構(gòu)用于提供機器結(jié)構(gòu)和探頭相對于基座的移動性。驅(qū)動機構(gòu)可以設置為馬達、步進馬達、致動器等。特別地，坐標測量機可以包括至少三個驅(qū)動裝置，所述至少三個驅(qū)動裝置布置成使得探頭可以在三個方向上移動，例如在x軸、y軸和z軸的方向上移動。

15、坐標測量機還包括至少一個編碼單元，該至少一個編碼單元構(gòu)造成提供關(guān)于機器結(jié)構(gòu)和/或探頭相對于基座的位置的位置數(shù)據(jù)。特別地，坐標測量機包括一組編碼器，其提供機器部件在特定坐標軸上的相對位置。所述至少一個編碼單元可以由線性編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器或能夠測量兩點之間的距離的傳感器單元提供。

16、坐標測量機包括光學概觀傳感器單元，該光學概觀傳感器單元布置在機器結(jié)構(gòu)處并且構(gòu)造成獲取表面信息，特別是以圖像數(shù)據(jù)的形式。光學概觀傳感器單元提供顯著大于光學探針的視場的視場。

17、此外，提供至少用于控制驅(qū)動機構(gòu)的控制和處理單元。

18、光學探針包括：光學檢測單元，特別是傳感器；可變焦距透鏡，該可變焦距透鏡能夠修改其焦距；以及致動單元，該致動單元構(gòu)造和相對于可變焦距透鏡布置成使得致動單元根據(jù)控制信號提供焦距的設定和改變。

19、致動單元應理解為提供焦距的設定的元件。術(shù)語“致動單元”不限于機械單元，而是還可以涵蓋基于電子器件的解決方案。此外，致動單元不必設置為單獨的元件，而是可以集成到可變焦距透鏡中。例如，電潤濕液體透鏡、液晶空間光調(diào)制器或mems鏡陣列均可包括特定類型的致動單元。

20、控制和處理單元包括測量功能，該測量功能構(gòu)造成導出輔助距離信息并且構(gòu)造成導出測量點的有效表面信息。輔助距離信息是通過以下方式導出的：控制光學概觀傳感器單元以便獲取與多個測量點中的至少一個測量點相關(guān)的表面信息；并且基于表面信息確定與所述至少一個測量點相關(guān)的輔助距離信息。表面信息可以包括圖像數(shù)據(jù)或距離數(shù)據(jù)，例如提供多個表面點的距離信息的點云。

21、基于輔助距離信息導出控制信號。

22、有效表面信息是通過以下方式導出的：通過將控制信號施加到致動單元并因此提供與距離相關(guān)的焦距來提供光學探針的經(jīng)調(diào)節(jié)的測量狀態(tài)。至少一個測量點的有效表面信息是借助于處于經(jīng)調(diào)節(jié)的測量狀態(tài)的光學探針來確定的。

23、特別地，有效表面信息可以被提供為表面的圖像或一組圖像。這種測量物體的方法通常用于所謂的視覺機器?？梢杂霉鈱W探針掃描物體，并且可以獲取一系列圖像以表示物體的表面。

24、特別地，有效表面信息可以提供距離信息。

25、光學探針可以是具有小視場的2d相機。這種(顯微)相機可以具有非常小的景深，并且可以利用可調(diào)透鏡來使待測量的表面保持焦距對準。

26、相反，光學概觀傳感器單元可以具有大視場和大景深。

27、特別地，測量功能可以構(gòu)造成使得輔助表面信息借助于光學概觀傳感器來提供，其中，輔助表面信息可以優(yōu)選地包括與表面相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)。特別地，有效表面信息提供比輔助表面信息大得多的精確度。

28、換言之，輔助距離信息可以借助于布置在機器結(jié)構(gòu)處的光學概觀傳感器單元來獲取，以提供(粗糙的)表面數(shù)據(jù)，以便允許根據(jù)表面數(shù)據(jù)來控制可變焦距透鏡的焦距。因此，可以利用光學探針通過其焦距的相應調(diào)節(jié)(特別是基于主要可用的輔助距離數(shù)據(jù))來導出精確的表面數(shù)據(jù)。

29、因此，本發(fā)明可以提供：借助于輔助距離信息的精度來達到光學探針的焦深，從而例如可以利用探針來獲取物體的清晰2d圖像。這對于“視覺機器”或類似應用是有利的，例如檢測鉆孔直徑或部件尺寸。這也涉及在平面(金屬板、電路板等)上測量2d物體。

30、在一個實施例中，測量功能可以構(gòu)造成使得導出輔助距離信息包括：控制光學概觀傳感器單元以便獲取與多個測量點中的第二測量點相關(guān)的第二表面信息?？梢曰谒龅诙砻嫘畔⒋_定與第二測量點相關(guān)的第二輔助距離信息。

31、在一個實施例中，測量功能可以構(gòu)造成使得導出有效表面信息包括：基于第二輔助距離信息導出第二控制信號；通過將第二控制信號施加到致動單元并因此提供與距離相關(guān)的焦距來提供光學探針的第二經(jīng)調(diào)節(jié)的測量狀態(tài)；并且借助于處于第二經(jīng)調(diào)節(jié)的測量狀態(tài)的光學探針來確定第二測量點的第二有效表面信息。

32、根據(jù)一個實施例，測量功能可以構(gòu)造成在導出有效表面信息之前實施或執(zhí)行輔助距離信息的導出。

33、在一個實施例中，測量功能可以構(gòu)造成：借助于驅(qū)動機構(gòu)將光學概觀傳感器單元設置在相對于基座的第一位置處；并且基于在第一位置處獲取的表面信息導出輔助距離信息。

34、根據(jù)一個實施例，測量功能可以構(gòu)造成：借助于驅(qū)動機構(gòu)將光學概觀傳感器單元連續(xù)地設置在相對于基座的至少第一位置和第二位置處；通過以下方式導出輔助距離信息：至少在第一位置和第二位置處獲取與所述多個測量點中的所述至少一個測量點相關(guān)的表面信息；并且基于至少在第一位置和第二位置處獲取的表面信息確定與所述至少一個測量點相關(guān)的輔助距離信息。

35、換言之，輔助距離信息可以通過不同的方法但使用相同的捕獲設備(光學概觀傳感器單元)來導出。輔助距離信息可以通過捕獲表面的一個圖像來確定，特別是通過利用光圖案的投影并且捕獲被照射表面的圖像來確定。由此，輔助距離信息可以被導出為基于三角測量的距離數(shù)據(jù)。光圖案可以是單激光線、多激光線、隨機點、激光斑紋圖案、隨機圖案或條紋投影(順序的多個圖案)。替代地或附加地，輔助距離信息可以通過從不同姿勢捕獲多個圖像并使用攝影測量法處理圖像來確定。由此，可以導出表示所捕獲表面的形貌的點云。此外，可以提供飛行時間(tof)相機或lidar掃描儀作為光學概觀傳感器單元。

36、在一個實施例中，測量功能可以構(gòu)造成借助于編碼單元導出關(guān)于光學概觀傳感器單元相對于基座的至少第一位置和第二位置的位置數(shù)據(jù)。可以將相應位置數(shù)據(jù)分派給光學傳感器的至少第一位置和第二位置的相應表面信息，并且可以通過處理位置數(shù)據(jù)和表面信息來確定輔助距離信息。

37、換言之，測量功能可以被實施為利用cmm的編碼器輸出，以便在獲取表面信息時確定光學概觀傳感器單元的相應位置(和姿態(tài))。這使得能夠通過使用光學概觀傳感器單元的在不同位置處的單個相機和精確的cmm位置數(shù)據(jù)來提供高度精確的攝影測量圖像處理。例如，可以基于cmm位置數(shù)據(jù)導出用于攝影測量圖像處理的立體基礎。

38、特別地，光學概觀傳感器單元可以包括至少一個相機，特別是兩個相機，并且通過攝影測量處理將輔助距離信息提供為高度圖。

39、在一個實施例中，基座可以包括具有已知位置的一組參考點，特別地，所述參考點是由測量平臺(基座)的螺紋(例如螺紋插入件或螺紋孔)或通過螺絲孔提供的。

40、參考點中的至少一個參考點可以被所獲取的表面信息覆蓋，并且處理所述至少一個參考點的位置以用于確定輔助距離信息。替代地或另外地，可以處理所述至少一個參考點的位置以用于校準光學概觀傳感器單元。

41、由于捕獲的圖像可以借助于所覆蓋的參考點相對于cmm的坐標系被參考，這提供了表面的穩(wěn)定和精確的測量。

42、特別地，可以通過處理所述至少一個參考點的位置來校準或更新光學概觀傳感器單元的外部參數(shù)。外部參數(shù)描述光學概觀傳感器單元(相機)的外部取向，即光學傳感器單元在cmm的坐標系中的位置和取向。

43、在一個實施例中，參考點中的至少一個參考點可以被所獲取的表面信息覆蓋，并且可以處理所述至少一個參考點的位置以用于校準光學概觀傳感器單元和/或更新光學概觀傳感器單元的校準。特別地，利用每次測量，例如利用輔助距離信息的每次導出，來處理所述至少一個參考點的位置。由此，由于溫度變化或由于其他外部影響引起的漂移可以被補償，特別是連續(xù)地補償。

44、所述一組參考點中的至少一個參考點或多個參考點在基座(測量平臺)上的位置可以預先知道并在數(shù)據(jù)庫中提供。替代地或附加地，可以通過坐標測量機，例如通過使用觸覺探針來導出(測量)位置。

45、在一個實施例中，控制和處理單元可以包括輔助測量功能，該輔助測量功能構(gòu)造成通過以下方式提供輔助距離信息：在表面上方移動光學概觀傳感器單元；在通過移動光學概觀傳感器單元而提供的多個位置處獲取與表面相關(guān)的表面信息；并且基于表面信息確定與表面相關(guān)的輔助距離信息，其中，輔助距離信息包括所述多個測量點中的每一個的特定距離信息。

46、特別地，輔助測量功能可以是測量功能的子功能，并且是由測量功能實施的。

47、光學概觀傳感器單元的移動可以通過連續(xù)地移動光學概觀傳感器單元來實現(xiàn)，并且獲取表面信息可以分別通過在移動光學概觀傳感器單元期間在特定位置或以限定的間隔捕獲圖像來提供?？梢酝ㄟ^cmm傳感器(例如編碼器)來確定捕獲圖像所在的位置。

48、在一個實施例中，控制和處理單元可以包括構(gòu)造成提供有效表面信息的有效測量功能。有效表面信息可以通過根據(jù)測量路徑在表面上方移動光學探針來提供，其中，光學探針連續(xù)地接近第一測量點和第二測量點。

49、接收或?qū)С雠c第一測量點相關(guān)的第一控制信號和與第二測量點相關(guān)的第二控制信號。

50、在接近第一測量點的過程中，通過將第一控制信號施加到致動單元來提供光學探針的第一經(jīng)調(diào)節(jié)的測量狀態(tài)，并且借助于處于第一經(jīng)調(diào)節(jié)的測量狀態(tài)的光學探針來確定第一測量點的有效表面信息。

51、在接近第二測量點的過程中，通過將第二控制信號施加到致動單元來提供光學探針的第二經(jīng)調(diào)節(jié)的測量狀態(tài)，并且借助于處于第二經(jīng)調(diào)節(jié)的測量狀態(tài)的光學探針來確定第二測量點的有效表面信息。

52、第一控制信號和/或第二控制信號可以從數(shù)據(jù)庫中接收，或者可以在執(zhí)行有效測量功能之前(例如通過執(zhí)行輔助測量功能)基于借助于光學概觀傳感器單元的測量來導出。

53、通過上述方法，對于每個測量點，可以提供控制信號，當希望通過光學探針測量相應的測量點時，該控制信號允許調(diào)節(jié)液體透鏡的焦距。由此，可以為每個特定的測量距離(測量點)提供所需的測量參數(shù)。測量距離尤其可以理解為待測量的工件的表面(測量點)與光學探針之間的距離。

54、由于可以為每個測量點提供合適的測量參數(shù)(在z方向上的限定測量范圍內(nèi))，因此可以避免例如為了提供合適的距離來測量測量點而需要光學探針在z方向上的附加移動。這導致更高的測量速度。

55、根據(jù)實施例，有效測量功能可以構(gòu)造成根據(jù)測量路徑在表面上方連續(xù)地移動光學探針，并且在移動光學探針的過程中，特別是在移動光學探針期間，提供第一控制信號和/或第二控制信號的施加以及第一測量點和/或第二測量點的有效表面信息的確定。因此，可以執(zhí)行運行中的測量，這導致更快的測量和更少的測量時間。

56、本發(fā)明不限于獲得特定類型的表面信息。評估可以由物理上與cmm分離的計算單元，特別是遠程計算單元來執(zhí)行。在本發(fā)明的意義上，這樣的計算單元包含控制器。

57、在一個實施例中，為了獲取有效表面數(shù)據(jù)，可以控制具有可變焦距(例如通過可調(diào)透鏡)的光學探針來獲取物體的2d圖像?？刂瓶勺兘咕?，使得物體的表面與焦點對準。相機捕獲圖像，該圖像提供關(guān)于物體的特征的準確2d信息。

58、利用光學概觀傳感器單元獲取的物體的高度數(shù)據(jù)(例如3d坐標)可能具有有限的精度。然而，只要物體的高度信息的不確定性低于光學探針的焦深，則用光學探針拍攝的圖像是清晰的。

59、然而，由于用于視覺機器的典型使用的透鏡系統(tǒng)(這里具有可變焦距透鏡)被實施為遠心透鏡系統(tǒng)，所以不能從清晰的2d圖像中導出物體的準確3d數(shù)據(jù)。在不同橫向位置拍攝的圖像具有相同的視角，與光學概觀傳感器(內(nèi)心透鏡)類似的3d重建是不可能的。替代地，在將內(nèi)心透鏡用于光學探針的情況下，由于光學標度隨距離的較大變化，橫向物體尺寸的較低精度的風險高得多。

60、在一個實施例中，為了利用具有遠心透鏡系統(tǒng)的光學探針導出距離信息，可以應用焦距的(例如周期性的)變化?？梢酝ㄟ^分別改變控制信號來提供變化。焦點變化優(yōu)選地被控制為周期性的(擺動)。

61、例如，焦點變化可以是正弦或鋸齒函數(shù)形式的可調(diào)透鏡的周期性變化，也可以是非周期性但定義明確的函數(shù)。

62、除了焦距的受控變化之外，光學探針的橫向移動(通過cmm移動)和圖像采集可以以若干連續(xù)圖像的視場(fov)重疊的方式來控制。焦點變化和重疊圖像的組合導致這樣的事實，即可以在具有不同焦點設定的多次采集中對待測表面的特征進行成像。

63、基于上述，可以選擇最清晰的圖像用于進一步的圖像處理和2d特征坐標的確定。

64、此外，圖像的清晰度可以作為z距離的函數(shù)來確定，例如通過對比度評估。這允許以更高的精度計算特征在z方向(1d坐標)上的距離。可以通過內(nèi)插來計算z距離。

65、特別地，焦點偏移可以選擇為大于對比度范圍的深度。由此，可以確定對比度最大值。為了計算對比度最大值，每個物點或特征需要最少三個圖像。

66、因此，在一個實施例中，光學探針可以包括遠心透鏡系統(tǒng)，并且控制和處理單元可以包括距離測量功能，該距離測量功能構(gòu)造成導出多個測量點中的至少一個測量點的距離數(shù)據(jù)。通過以下方式來導出距離數(shù)據(jù)：根據(jù)輔助距離信息在表面上方移動光學探針；通過提供控制信號作為修改的控制函數(shù)在光學探針移動期間改變焦距；并且在光學探針移動期間捕獲一組至少三個圖像作為有效表面信息，其中，改變焦距和捕獲圖像相互適應，使得每個圖像覆蓋所述多個測量點中的所述至少一個測量點，并且每個圖像為所述多個測量點中的所述至少一個測量點提供不同的聚焦級別。

67、通過使用對比度標準的圖像處理從所述一組至少三個圖像中確定距離圖像，并且基于為了捕獲距離圖像所施加的焦距，特別是通過內(nèi)插為了捕獲所述一組至少三個圖像的焦距來導出距離。

68、根據(jù)如何利用光學探針獲得距離信息的替代實施例，光學探針的光軸可以相對于待測量的表面傾斜，即光軸不垂直于表面，特別是不根據(jù)表面法線定向。特別地，光學探針是傾斜的。

69、可以以這樣的方式選擇傾斜，即，當在具有不同聚焦/散焦的多個連續(xù)采集中相對于表面移動光學探針時，可以成像物體處的特征。可以選擇特定特征的最清晰的圖像用于進一步的圖像處理和2d特征坐標的確定。清晰度可以被確定為z距離的函數(shù)，其允許計算(例如通過內(nèi)插)特征在z方向(1d坐標)上的精確距離。

70、這里，可調(diào)透鏡的焦距也可以是擺動的，或者可以允許可調(diào)透鏡的焦距遵循假定的表面形貌。這種假定的形貌可以通過利用光學概觀傳感器單元進行測量而被確定為輔助表面數(shù)據(jù)(輔助距離信息)。優(yōu)選地，傾斜被選擇為使得焦點相對于視場上的表面的高度差對于顯著的對比度變化是足夠的。

71、因此，在一個實施例中，有效測量功能可以構(gòu)造成提供光學探針的光軸相對于與第一測量點相關(guān)的法線和相對于與第二測量點相關(guān)的法線的傾斜?？梢酝ㄟ^機器結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)提供傾斜。特別地，光學探針的取向被控制為相對于表面法線傾斜。

72、可以捕獲至少一個傾斜圖像作為每個測量點的有效表面信息。由此，表面的共同特征可以被每個傾斜圖像覆蓋，其中，每個傾斜圖像為共同特征提供不同清晰度(由于傾斜引起的不同散焦)。

73、可以基于傾斜圖像確定共同特征的最佳清晰度值?？梢曰跒榱瞬东@傾斜圖像所施加的控制信號和基于最佳清晰度值導出距離信息。

74、本發(fā)明還涉及一種用于坐標測量機的控制器。坐標測量機包括：基座，該基座包括具有已知位置的一組參考點，特別是由測量平臺的螺紋提供的參考點；具有光學探針的探頭；以及具有用于將探頭連接到基座的結(jié)構(gòu)部件的機器結(jié)構(gòu)，該機器結(jié)構(gòu)特別是門型或scara型機器結(jié)構(gòu)。

75、坐標測量機進一步包括：至少一個驅(qū)動機構(gòu)，該至少一個驅(qū)動機構(gòu)用于提供機器結(jié)構(gòu)和探頭相對于基座的移動性；至少一個編碼單元，該至少一個編碼單元構(gòu)造成提供關(guān)于機器結(jié)構(gòu)和/或探頭相對于基座的位置的位置數(shù)據(jù)；以及光學概觀傳感器單元，該光學概觀傳感器單元布置在機器結(jié)構(gòu)處并且構(gòu)造成獲取表面信息，光學總覽傳感器單元提供顯著大于光學探針的視場的視場。

76、控制器至少構(gòu)造成控制驅(qū)動機構(gòu)。

77、控制器進一步構(gòu)造成捕獲至少一個參考圖像，該參考圖像覆蓋參考點中的至少一個參考點和設置在基座上的校準目標的至少一部分。通過處理所述至少一個參考圖像來計算光學概觀傳感器單元相對于校準目標的外部參數(shù)?；谒鲋辽僖粋€參考圖像導出所述參考點中的所述至少一個參考點的傳感器圖像位置，所述傳感器圖像位置被提供為在光學概觀傳感器單元的相機坐標系中的坐標。

78、接收或?qū)С鏊鰠⒖键c中的所述至少一個參考點的參考位置，該參考位置被提供為坐標測量機的cmm坐標系中的坐標。通過處理傳感器位置和參考位置來參考相機坐標系和cmm坐標系。

79、本發(fā)明還涉及一種用于校準上述坐標測量機的光學概觀傳感器單元的方法。該方法包括：提供校準目標；借助于光學概觀傳感器單元從不同姿態(tài)拍攝校準目標的一組圖像；并且通過處理所述一組圖像來導出光學概觀傳感器單元的外部參數(shù)。

80、此外，在坐標測量機的基座上提供所述校準目標，其中，基座被提供為具有一組參考點的測量平臺，所述參考點具有已知位置，特別地，所述參考點是由測量平臺的螺紋提供的，并且捕獲覆蓋校準目標的至少一部分和參考點中的至少一個參考點的至少一個參考圖像。

81、通過處理所述至少一個參考圖像來計算所述光學概觀傳感器單元相對于所述校準目標的外部參數(shù)，并且基于所述至少一個參考圖像來導出所述至少一個參考點的傳感器圖像位置，所述傳感器位置被提供為在所述光學概觀傳感器單元的相機坐標系中的坐標。

82、接收或?qū)С鏊鰠⒖键c中的所述至少一個參考點的參考位置(例如通過提前測量)，該參考位置被提供為在坐標測量機的cmm坐標系中的坐標，并且通過處理傳感器圖像位置和參考位置來參考相機坐標系和cmm坐標系。

83、本發(fā)明還涉及一種計算機程序產(chǎn)品，當由計算單元和/或控制器執(zhí)行時，該計算機程序產(chǎn)品使得自動執(zhí)行和控制上述步驟。