專利名稱:軸錐計量系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及計量系統(tǒng)，尤其是涉及用于測量錐形軸的特性的計量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁盤驅(qū)動器用于以磁的方式存儲信息。在磁盤驅(qū)動器中，磁盤以高速旋轉(zhuǎn)且換能頭“掃過”盤的表面。此換能頭通過將磁場施加在盤上來將信息記錄在該盤表面上。通過檢測盤表面上的磁化，使用換能頭來讀回信息。該換能頭在盤的整個表面上徑向地移動，所以能讀回不同的數(shù)據(jù)磁道。
這些年以來，介質(zhì)的存儲密度趨向于增加，而存儲系統(tǒng)的大小趨向于減小。這一趨勢導致對更大精度的需求，進而導致磁存儲盤及其部件的制造和操作中更嚴格的公差要求。而實現(xiàn)部件的更嚴格的公差需要提高用于確定這些部件的特性和參數(shù)的計量系統(tǒng)的精度。

發(fā)明內(nèi)容根據(jù)一個方面，一種計量系統(tǒng)包括用于支承工件的夾具、以及為掃描包括該工件的諸部分的行而設(shè)置的傳感器。該傳感器可以相對于夾具放置，以提供工件相對于傳感器的相對平移。該系統(tǒng)還包括協(xié)調(diào)傳感器和夾具，以使在掃描操作期間以大致相等的間隔獲得行掃描的控制邏輯。例如，協(xié)調(diào)可以包括提供傳感器和夾具的相對平移的大致恒定的比。該系統(tǒng)還包括用于從每一掃描操作期間所生成的圖像數(shù)據(jù)組合出一個圖像的圖像邏輯。該系統(tǒng)還包括用于檢測每一個組合的圖像中的至少一個邊緣形狀的邊緣檢測邏輯，以及用于計算該至少一個檢測到的邊緣形狀中的每一個的斜率的斜率計算邏輯。
其它方面可包括一種包括取得工件的多個行掃描的計量方法?？梢栽诠ぜ钠揭破陂g以大致相等的間隔取得行掃描?？梢栽诖怪庇谛袙呙璧姆较蛏掀揭乒ぜＴ摲椒ò◤亩鄠€行掃描組合一個圖像并檢測該組合的圖像中的至少一個邊緣形狀。該方法包括計算該至少一個邊緣形狀的斜率；以及基于所計算的斜率獲取該工件的表面斜率。
這些方面可以通過一個計量系統(tǒng)來例示，該計量系統(tǒng)包括可以在一個維度中平移而在另兩個維度中保持基本恒定的載物臺、以及與該載物臺耦合的夾具。夾具用于支持并可控制地旋轉(zhuǎn)工件。該系統(tǒng)還包括被設(shè)置成通過遠心透鏡來捕捉工件的行掃描的傳感器、以及用于為傳感器呈現(xiàn)工件的輪廓的背光燈。該系統(tǒng)還包括用于維持該載物臺的縱向平移與行掃描捕捉的定時之間的大致恒定的比的邏輯，以及用于接收行掃描捕捉并從其中組合一個圖像的圖像組合器。該系統(tǒng)還包括用于檢測該組合的圖像中的一個或多個邊緣形狀的邏輯、以及用于從該一個或多個邊緣形狀確定工件的表面的角度的邏輯。
為了更全面地理解本文所公開的方面和例子，下面參照附圖進行描述。
圖1示出具有錐形軸元件的示例性盤驅(qū)動器的一部分的橫截面；圖2示出軸錐計量系統(tǒng)的示例性示意圖；圖3示出示例性軸錐計量系統(tǒng)的立體圖；圖4A-C示意地示出示例性載物臺系統(tǒng)和由其產(chǎn)生的不確定性來源；圖5A-B示出示例性夾具的端視圖和由其產(chǎn)生的不確定性；圖6示出示例性軸錐計量系統(tǒng)中所使用的邊緣檢測的諸方面；圖7A-C示出示例性圖像表征方面；以及圖8示出用于軸錐計量的方法的示例性步驟。
具體實施方式下列描述是為使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能制作和使用本發(fā)明的各個方面而提出的。對具體材料、技術(shù)和應(yīng)用的描述只作為例子提供。對本文中所描述的例子的各種修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，且本文中定義的一般原理可以應(yīng)用于其它例子和應(yīng)用而不背離本發(fā)明的精神和范圍。例如，可以將諸方面和例子用于確定各種對象中的任何一個的特性和參數(shù)。例如，軸錐質(zhì)量的諸方面也可以成為特征。在某些情況中，除錐形以外的形狀也可以成為特征。本文中提供的示例性系統(tǒng)構(gòu)造、部件、示例性公差、設(shè)計標準等是用于示出各個方面并且不旨在限定可這類計量系統(tǒng)中考慮的構(gòu)造、部件、公差和/或標準。
圖1示出盤驅(qū)動器電動機部分的橫截面。該部分包括支承盤12的軸轂10。在操作中，軸轂10繞固定軸14旋轉(zhuǎn)。固定軸14包括上軸承錐體16和下軸承錐體18。上軸承錐體16的外表面34形成具有相對的上錐形軸承套管28的上流體動力軸承區(qū)20。下軸承錐體18的外表面34形成具有相對的下錐形軸承套管30的下流體動力軸承區(qū)24。為了適當?shù)牟僮?，軸承錐體16和18的每一個與各自的相對錐形軸承套管28和30中應(yīng)配合。此配合的一方面是軸承錐體16和18逐漸變細的角度。為了繼續(xù)盤驅(qū)動器性能的快速而連貫的提高，應(yīng)對下軸承錐體18和上軸承錐體16的錐角進行控制。例如，一些可能的設(shè)計可能要求公差在工程設(shè)計規(guī)范的至少約0.01度以內(nèi)。而確定軸承錐體16和18是否在規(guī)范的0.01度以內(nèi)要求精確的計量設(shè)備和方法。
圖2示出用于確定錐軸部分的諸方面的特性(諸如確定圓錐角)的示例性計量系統(tǒng)200的示意圖。計量系統(tǒng)200包括基座202，它可以由花崗巖或適用于提供支承并用于幫助將計量系統(tǒng)200的其余部分與振動和其它不符合要求的環(huán)境影響隔離開來的另一材料形成。載物臺204放置在基座202上。載物臺204可以在由箭頭203所指示的縱向維度上移動。載物臺可以被設(shè)計和固定或耦合至基座202，使得在縱向移動期間載物臺204基本上在其它空間維度中維持靜止。夾具206與載物臺204耦合。夾具206在軸207上支承工件210以圍繞工件210的對稱軸旋轉(zhuǎn)(示例性工件210是錐形的，因此具有與圖2中的版面平行的對稱軸)。在示例性計量系統(tǒng)200中，夾具206支持工件210以將對稱軸維持在與載物臺204移動的縱向維度(箭頭203)基本平行的位置中。
照相機212被安裝成使在縱向方向上移動的載物臺204將工件210在照相機212的整個視野中移動。照相機212可以是用于在每次操作照相機時獲取單行像素的圖像的行掃描照相機。可以從多個行掃描中組合一個圖像。出于各種原因，行掃描照相機比一次獲取整個圖像的照相機更優(yōu)越。這些原因可以包括更低的每像素價格、改善的像素傳感器動態(tài)范圍、更高的像素占空因數(shù)、以及幀重疊的消除。行掃描照相機還可以允許獲得總圖像的更高分辨率。
照相機212可以是模擬的或數(shù)字的，但數(shù)字照相機通過將更接近圖像數(shù)據(jù)的感測源的圖像數(shù)據(jù)數(shù)字化可以提供更低噪聲的圖像。照相機212可以是彩色的(即，對一個范圍的光波長敏感并捕捉該光波長范圍)，或者照相機212可以是單色的。單色照相機對示例性計量系統(tǒng)200較佳，因為彩色照相機可能受到在圖像的諸部分之間具有強烈對比的圖像中的色彩混疊的影響。在數(shù)字照相機的本上下文中，照相機212一般可以被視作可被控制以按命令從源捕捉圖像數(shù)據(jù)的傳感器。這樣，照相機212還可以與光學系統(tǒng)一起操作。
在示例性計量系統(tǒng)200中，遠心光學系統(tǒng)213被設(shè)置成使照相機212通過遠心光學系統(tǒng)213捕捉圖像數(shù)據(jù)。遠心光學系統(tǒng)減少了由其反射的光被感測到的對象(即，拍攝的對象)和傳感器之間的距離的變化而引起的透視誤差(視差)。在本情況中，透視誤差可以由例如在工件210的旋轉(zhuǎn)期間正在靠近或遠離照相機212的工件210引起，如將在下面進一步描述的。透視誤差會使計量系統(tǒng)200較不精確，因為在從在不同的旋轉(zhuǎn)點處所趨的掃描組合的圖像中，工件210將呈現(xiàn)不同的大小。
虛平面240示出其中在本例中照相機212捕捉行掃描的大致垂直的橫截面(垂直于工件210的旋轉(zhuǎn)軸)(參照圖7A進一步示出)。行掃描捕捉大致垂直的橫截面是方便的。然而，只要對其它算法和計量200的部件進行合適的校正，也可以捕捉具有非垂直橫截面的行掃描。
示例性計量系統(tǒng)200還可以包括發(fā)射出用于為照相機212呈現(xiàn)工件210的輪廓的光的背光燈208。背光燈208可以由發(fā)光二極管組成。向工件210打背光可以通過幫助提高工件210邊緣與背光的對比度來提供工件210邊緣的更清晰定義?？梢曰谡障鄼C212的靈敏度譜來選擇背光燈208的色彩(波長)。較低的波長可能對減少由工件210引起的衍射較佳。控制系統(tǒng)250還可以與背光控制器222接口。背光燈208還可以在背光控制器222的控制下與照相機212進行的行掃描合拍地選通。
圖像采集邏輯220與照相機212接口以接收行掃描輸出。圖像采集邏輯220與控制系統(tǒng)250接口。圖像采集邏輯220可以從由照相機212輸出的行掃描組合一個圖像。然后，圖像采集邏輯220可以向控制系統(tǒng)250提供組合的圖像以供進一步的圖像處理等。圖像采集邏輯220還可以向控制系統(tǒng)250提供圖像的各部分，或小到單個行掃描。然而，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員之一會理解的，控制系統(tǒng)250如要接收行掃描圖像數(shù)據(jù)，則必須能足夠快速地響應(yīng)和/或具有足夠的緩沖空間以存儲行掃描圖像數(shù)據(jù)直至能處理該數(shù)據(jù)。
在計量系統(tǒng)200的這些例子中，對照相機212捕捉行掃描時的定時進行控制。圖像采集邏輯220可以獨立地、在控制系統(tǒng)250的指示下、或通過某些其它合適的控制手段來控制這一定時。照相機212捕捉行掃描的定時還可以稱為快門控制，且可以參照快門速度來描述行掃描捕捉的完整周期。而行掃描捕捉的頻率可以從捕捉的定時中導出，且可能受到照相機212的傳感器能多快地捕捉到生成一個圖像所需的足夠光的影響。
控制系統(tǒng)250還與載物臺和夾具控制器224接口。載物臺和夾具控制器224控制載物臺204的縱向移動和夾具206的旋轉(zhuǎn)。載物臺204的縱向移動應(yīng)當與行掃描捕捉相協(xié)調(diào)，以用縱向移動的大致相等的間隔，并用被選擇為在圖像重建期間實現(xiàn)所期望的保真度的頻率來捕捉行掃描。這樣，控制系統(tǒng)250應(yīng)當包含將載物臺和夾具控制器224與圖像采集邏輯220相協(xié)調(diào)的邏輯。因此，計量系統(tǒng)200可以在圖像采集邏輯與載物臺和夾具控制器224之間提供通信，用于幫助此協(xié)調(diào)/同步。在其它例子中，控制系統(tǒng)250可以與圖像采集邏輯220以及載物臺和夾具控制器邏輯224中的一個通信，之后可以完成同步而不涉及控制系統(tǒng)250。
在示例性計量系統(tǒng)200中，載物臺和夾具控制器224使載物臺204在縱向上移過約8mm。在該縱向移動期間，圖像采集邏輯能夠捕捉大約8000行的圖像數(shù)據(jù)。因此，在這種示例性計量系統(tǒng)200中，可以對大約每1μm的縱向移動捕捉一行圖像數(shù)據(jù)。下面參照圖4-8，提供一個更具體的例子。
圖3示出圖2的示例性計量系統(tǒng)200的部件的示例性排列的立體圖。如以上所討論的，基座202為下述計量系統(tǒng)200的諸部分提供穩(wěn)定的支承結(jié)構(gòu)。在本例中，照相機支架310在兩個位置處固定于基座202并可基本上形成U形，而其上耦合了照相機212和相關(guān)聯(lián)的遠心透鏡213。圖3中的實現(xiàn)的一個便利的方面在于可以在將照相機支架310固定于基座202的兩個位置之間將載物臺204安裝在基座202上。在這一方面，載物臺204可以垂直于U的平面移動，這允許工件210易于在遠心透鏡213下平移以供照相機212捕捉行掃描。如圖所示，夾具206被安裝到載物臺204上并提供旋轉(zhuǎn)工件210以在各種不同的旋轉(zhuǎn)位置處獲取行掃描的能力。旋轉(zhuǎn)工件210可以幫助減少由諸如表面瑕疵、偏心率和圓度誤差等工件中的缺陷引起的誤差。旋轉(zhuǎn)工件210還可以幫助減少諸如夾具206的脫開等來自計量系統(tǒng)210的其它部件的誤差。
載物臺204可以通過載物臺導軌325耦合至基座202。載物臺導軌325可以幫助引導載物臺204的欄桿部分。載物臺204可以是如下詳述的空氣軸承載物臺。
在其它示例性計量系統(tǒng)中，除了工件210的旋轉(zhuǎn)之外，或作為工件210的旋轉(zhuǎn)的替代，照相機212可以被旋轉(zhuǎn)或移動以從相對于工件210的不同點獲取行掃描。示例性方面和例子不應(yīng)被理解成隱含地或明確地限于只旋轉(zhuǎn)工件210來獲取工件210的錐形表面的不同部分的圖像。
在其它例子中，全幀成像傳感器可以按行掃描模式操作，或者成像傳感器可以被安裝在可移動支架上用于提供行掃描功能。
以上示出和描述的示例性系統(tǒng)相對于工件210在例如由方向箭頭203指示的“縱向”上掃描(圖2)。構(gòu)想了工件和圖像傳感器的相對平移的其它示例。例如，相對平移可以是使與工件210的旋轉(zhuǎn)方向平行(與圖2和3中的垂直形成對比)地取得行掃描。且如果通過除用行掃描傳感器進行掃描以外的某一其它機制來獲取行掃描，例如通過為具有多行的傳感器定序，則可以相應(yīng)地適用本文的平移例子。因此，不應(yīng)認為示例性行掃描功能和裝置是掃描行以包括計量對象的橫截面的唯一方式。
以上包括的例子參考例如控制系統(tǒng)250、載物臺和夾具控制器224、圖像采集邏輯220、以及其它邏輯和控制功能。這些示例邏輯功能和控制特征可以用各種方式中的任何一種來實現(xiàn)，包括通過專用于每一功能的硬件，例如通過專用集成電路或可編程自定義硬件(例如，F(xiàn)PGA)，通過將各種功能集成到專用硬件中，通過提供在一個或多個通用微處理器中實現(xiàn)一個或多個所述功能的程序代碼，通過將這些功能的某些部分劃分成機械控制而將其它部分劃分成電和/或軟件控制。還可以實現(xiàn)上述變化的任何組合。
以下參照圖4A-C討論計量系統(tǒng)200的更多示例性方面。這些方面有助于理解如何根據(jù)提出的諸方面設(shè)計一個計量系統(tǒng)或如何通過提供關(guān)于來自計量系統(tǒng)的不同部分的預(yù)期誤差量的計算的例子來修改這些方面。這些方面還可用于在計量時期之前和/或期間校準根據(jù)本文提出的例子和方面設(shè)計和構(gòu)造的計量系統(tǒng)。在這些示例性方面中，計量系統(tǒng)200被主要設(shè)計成檢查具有約8.94mm的錐緣長度的凸錐體工件。為了示例起見，這些示例性計量系統(tǒng)200應(yīng)能在具有99％的可靠度的0.01度以內(nèi)，以不大于20％的所期望的量規(guī)可重復性來確定凸錐體的錐角。基于這些標準和假設(shè)，角度標準偏差(1個σ測量)為約0.00078度或更小。而錐體長度的線性標準偏差應(yīng)為約0.12μm或更小。
進而，能基于該線性標準偏差和照相機系統(tǒng)在像素或其小部分中的測量分辨率能力來計算圖像的所需空間分辨率(Rs)(映射到物鏡上的像素中心之間的間距)。為了本例，假定的的像素分辨率(Mp)能力為，得到Rs＝Rs＝σm-linear/Mp＝1.2μm/像素。
基于這一空間分辨率Rs，和所需的最大定向視場(LOV)，可以計算圖像的所需分辨率(一側(cè)的像素數(shù)目)。在本例中，將凸錐體工件210與載物臺204的縱向移動近似垂直地成像(例如，行240)。為了本例，將此垂直維度中的最大錐體寬度(Dp)給定為8mm。假定最大部件變化和定位誤差(Lb)為1mm且照相機頂點誤差(Pa)為10％，則最大LOV＝(Dp+Lγ)(1+Pa)＝9.9mm。如果在本例中一個像素代表1.2μm，則在一個圖像中最少需要約8250個像素以為示例性計量系統(tǒng)200提供所期望的分辨率。
如果在本例中一個像素代表1.2μm，并且假定照相機具有1/10的像素分辨率，則照相機測量分辨率和一個σ的可重復性值為0.12μm。此值能在不旋轉(zhuǎn)工件210的情況下通過將從兩次或多次經(jīng)過(行掃描)中檢測到的行平均來進一步改善。按照中心極限定理，預(yù)期這種平均會將測量結(jié)果的標準偏差減少至0.085μm。
參照圖4A-C討論計量系統(tǒng)200的其它示例性方面。圖4A-C中的每幅圖示出由載物臺204引起的誤差的不同方面。圖4A示出偏轉(zhuǎn)和線性誤差的諸方面。理想的載物臺204在一個方向(維度)中線性地平移，而不會翹起、擺動、傾斜、轉(zhuǎn)動或在任何其它方向(維度)中移動。然而，載物臺204在實際使用中可能顯示出各種誤差。一個誤差是由雙向箭頭415表示的線性定點誤差。如上所述，載物臺204在照相機下方平移工件210。在許多方面中，這種平移應(yīng)被控制且可重復。然而，在載物臺位置中存在某一線性誤差，因為載物臺可以稍稍超過或不到在給定時間應(yīng)處的位置。
載物臺204中的其它誤差可包括移動誤差的筆直度和平直度(δstraightness)，它們中的每一個都是在除移動方向以外的方向上的非旋轉(zhuǎn)移動。筆直度誤差指與預(yù)期的移動方向非精確地平行的移動。
在圖4A中由彎曲的箭頭420所示的偏轉(zhuǎn)誤差(εyaw)是繞垂直于行進方向的軸的旋轉(zhuǎn)誤差，且不在載物臺204的水平面中。圖4B示出行進箭頭203的方向和表示節(jié)距誤差(εptich)的彎曲的箭頭425。節(jié)距誤差是繞載物臺204的水平面中的一個軸、但垂直于行進箭頭203的方向的旋轉(zhuǎn)移動。圖4C示出載物臺204的端視圖(即，載物臺204移向/移離觀看者)，和表示轉(zhuǎn)動誤差(εroll)的彎曲的箭頭403。轉(zhuǎn)動誤差是繞與由行進箭頭203的方向指示的行進方向平行的軸的旋轉(zhuǎn)誤差。
其它誤差源可包括由載物臺204的控制和運動分量中的不精確引起的刻度誤差(δscale)。在諸示例性方面中，所有這些誤差都可以是最小化的對象?？諝廨S承載物臺可以用于幫助這種最小化，一個示例性空氣軸承平臺是來自Aerotech的FiberGlide 1000。
在設(shè)計計量系統(tǒng)200時，可以計算和包含上述誤差對計量系統(tǒng)200的精確度和可重復性的影響。與載物臺204的水平面中的運動方向垂直的運動方向上(如圖2和3B中的203所示)的誤差可以分別如在下列等式1和2中所演示地計算等式1Δy≡(δscale+εpitch×z+εyaw×x)等式2Δx≡(δstraightness+εroll×z)用計量系統(tǒng)200所取得的測量結(jié)果對上述某些誤差源具有不同的靈敏度。例如，Δy直接受到與載物臺運動垂直的視場的長度(x)的影響，因為此長度增大了εyaw的影響。類似地，Δy和Δx都直接對載物臺204與被掃描或成像的工件210之間的距離敏感，因為此距離增大了εptich和εroll的影響。
圖5A-B示出夾具206的軸207的旋轉(zhuǎn)能導致計量系統(tǒng)200中的不精確。圖5A示出軸207在設(shè)置于軸207和外套管510之間的軸承系統(tǒng)515上旋轉(zhuǎn)。因為大致圓形的軸承系統(tǒng)常常不是嚴格意義上的圓形，因此軸承系統(tǒng)常常在外套管510和軸207之間具有由雙向箭頭520所示的偏心率。此誤差效應(yīng)稱為徑向振擺。示例性方面使用遠心光學系統(tǒng)213來減少由此誤差效應(yīng)引起的誤差。
圖5B示出另一不精確性來源可以是角度振擺530(搖擺)。角度振擺530使工件210顯得更短，所以錐角更大。因此，在設(shè)計示例性計量系統(tǒng)200時應(yīng)考慮到角度振擺530。
圖6示意地示出在設(shè)計示例性計量系統(tǒng)200時能如何考慮角度振擺530的影響。實線錐體形狀602示出在軸207的給定旋轉(zhuǎn)角度捕捉到的工件210的輪廓。虛線錐體形狀604示出工件210在軸207的不同旋轉(zhuǎn)角度處的輪廓。如圖所示，由于角度振擺530，對于形狀602的工件210的長度610顯得比對于形狀604的工件的長度605長。這些長度進而影響各自的表現(xiàn)出的錐角625和620。因此，可以如下所示地計算由角度振擺530引起的誤差，其中最大振擺由N定義，且L是工件210的標稱長度。
errorfixture＝β-α＝tan-1(D/2L)-tan-1(D/2M)；M＝Lcosθ；θ＝sin-1(N/L)這一結(jié)果可以通過假定正常分布且95％的置信度以及覆蓋因子2(這將提供等于計算的誤差的一半的夾具的標準誤差)來可能性地解釋。
如參照圖4A-C、5A-B和6所描述的，可以考慮用于構(gòu)成示例性計量系統(tǒng)200的部件中的各種誤差和不準確性，以使系統(tǒng)按所期望地在公差以內(nèi)執(zhí)行。這些部件以及與其相關(guān)的計算和誤差是示例性的，且如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，可以通過替換不同的部件，包括具有其它準確性的設(shè)計系統(tǒng)來適用。當部件公差改善時，預(yù)期其它部件的公差可以放松，且系統(tǒng)的整體精確度可以改善。
現(xiàn)在參見圖7A-C，對關(guān)于從捕捉的圖像中提取(檢測)工件210的邊緣的方面進行討論。如本文中使用的，提取可以包括生成描述這些邊緣的位置和方向方面的數(shù)據(jù)的任何操作。在圖7A-C中，捕捉的圖像706示出工件對比背景707的圖像705。在一個例子中，圖形識別邏輯可以用于識別捕捉的圖像706中所顯示的工件圖像705的特征(表示工件210的特征)。例如，圖形識別邏輯可以識別工件210的角區(qū)域708。這種圖形識別邏輯可以在控制系統(tǒng)250中實現(xiàn)。在識別工件210的特征后，可以參考該特征將坐標系統(tǒng)疊加在工件圖像705上；為了便于圖示，此坐標系統(tǒng)由圖7A中的位點標記710示出。
在識別特征并設(shè)立坐標系統(tǒng)后，圖7B和7C示出分別為工件圖像705的左和右邊緣的提供搜索區(qū)715和720。搜索區(qū)715、720可以參考坐標系統(tǒng)來定位。通過參考坐標系統(tǒng)來定位搜索區(qū)715、720，搜索區(qū)與工件的所識別的特征一起移動。例如，在產(chǎn)品計量的情況下，工件能被裝載到計量裝置200上，以使所有工件在掃描操作中均不在同一物理位置中。這種情況會使各種工件圖像705(不同工件的圖像或同一工件旋轉(zhuǎn)地變化的圖像)出現(xiàn)在捕捉的圖像706的不同位置中。因為搜索區(qū)715、720參考識別的特征而移動，因此搜索區(qū)仍在工件圖像705的相關(guān)區(qū)域中(即，仍在要識別的邊緣上)。通過補償上述示例性情況和計量系統(tǒng)200的使用期間的其它變化源，可以提高這一方面的可重復性。
圖8示出示例性計量方法的步驟。在802中，工件(例如圖2的工件210)例如通過放置于或固定于軸207上而被裝載到夾具206上。在804中，載物臺移動如由控制系統(tǒng)250所控制地由載物臺控制器224啟動。在806中，照相機212以基于所期望的分辨率(例如通過以上示例性計量系統(tǒng)200的示例性計算達到的分辨率)所確定的間隔捕捉諸行。806可以被視為用于確定是否已完成給定圖像掃描(例如完成以諸如形成捕捉的圖像706)的判定塊808的迭代過程。在實踐中，可以使用多種不同的方法和裝置來確定是否已捕捉到用于組合圖像的所有行，例如，定時器、計數(shù)器、圖像特征檢測算法、用于檢測載物臺204的位置，感測已將多少存儲器用于緩存圖像數(shù)據(jù)的傳感器等。
在確定已捕捉到用于組合一個圖像的所有數(shù)據(jù)之后，在810中組合該圖像并在812中加以增強。圖像增強可以允許在以后的步驟中更好地提取行。圖像增強可以包括對比度修改、擴大、腐蝕和圖像處理領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它圖像增強。在圖像增強之后，可以在814中從圖像中提取邊緣(例如，圖7A-C的工件圖像706的邊緣)?？梢栽?16中計算提取的邊緣的斜率。在一個例子中，從圖像中提取的邊緣被表示為可以按陣列或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲的一系列坐標點(例如一系列像素數(shù)據(jù))。曲線擬合算法(例如，最小均方算法)可以用于使一條線與一系列坐標點的線擬合。在擬合后，該曲線可以由表示曲線所擬合的邊緣的斜率的等式來表示。此斜率表示工件210的錐角。用于確定所提取的邊緣的斜率的其它方法可包括基于采樣的像素數(shù)據(jù)計算行程的上升，以及本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其它方法。
在計算所提取的邊緣的斜率之后，在818中對已否應(yīng)捕捉更多圖像以能提取更多邊緣及其從中獲斜率進行確定。通過將一定數(shù)目的邊緣斜率平均，可以獲得更佳的準確度，因為被測的工件可以展示出引起與計量裝置引起的不準確性無法容易地分開的測量不準確性的局部反常和缺陷。此確定818能包括將所計算的邊緣斜率的數(shù)目與邊緣斜率的預(yù)定數(shù)目相比較，或?qū)D像的數(shù)目與圖像的預(yù)定數(shù)目相比較，因為通過分析，常常能基于預(yù)計的工件均勻性來確定需要多少不同的掃描來獲得所需的測量準確度。其它確定可以包括在從不同圖像提取的邊緣的斜率之間比較所獲得的結(jié)果以檢測在斜率之間是否存在變化，或所有斜率是否均在可接受的公差以內(nèi)。
在應(yīng)提取更多圖像的情況中，可以通過將軸207旋轉(zhuǎn)通過某個弧度來旋轉(zhuǎn)工件。如上所述，除了旋轉(zhuǎn)工件210之外或作為旋轉(zhuǎn)工件210的替代，可以旋轉(zhuǎn)照相機212。然后，該方法返回到804以再次開始載物臺移動。如果不需要更多圖像/邊緣斜率，則在822中，對所計算的這些斜率求平均或用其它方式組合，并在824中輸出平均斜率。在826中將該輸出的斜率與規(guī)范比較，且如果該斜率在規(guī)范以內(nèi)，則在828中該工件被分配用于盤驅(qū)動器電動機或某種其它合適的機構(gòu)中。而如果該工件不在規(guī)范以內(nèi)，則丟棄該工件并通過返回至802來裝載另一工件，或使該工件經(jīng)受另一個計量運作。
如上所述的這些方面只是示例性的，且能按特定應(yīng)用所要求地修改、擴展和/或編輯。例如，多個圖像可以在從圖像提取邊緣并計算斜率之前被捕捉。斜率可以被平均或以任何數(shù)量的方式進行組合。在某些方面，提取的邊緣本身可以被平均(例如，通過對像素或坐標水平數(shù)據(jù)求平均)并從邊緣的平均值中提取斜率。在其它例子中，可以創(chuàng)建各種邊緣平均值，對每一創(chuàng)建的邊緣平均值提取一個斜率，并從這些邊緣平均值中提取多個斜率。
本說明書是示例性的，且對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯而易見的是可以進行許多修改和變形。例如，本文描述的各種示例性方法和系統(tǒng)可以單獨使用或與各種其它計量系統(tǒng)和其它用于確定工件在給定規(guī)范下的適用性的系統(tǒng)組合使用。另外，已討論了特定的例子以及這些例子如何被認為是解決了相關(guān)領(lǐng)域的某些缺點。然而，這些討論不旨在將各種例子限于實際處理或解決這些缺點的方法和/或系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種計量系統(tǒng)，包括支承工件的夾具；能用于獲取包括所述工件的各部分的行掃描的傳感器；用于協(xié)調(diào)所述傳感器和所述夾具以使在掃描操作期間以大致相等的間隔獲取行掃描的控制邏輯；用于從在每一掃描操作期間所生成的圖像數(shù)據(jù)組合出一個圖像的圖像邏輯；用于檢測每一個所述組合的圖像中的至少一個邊緣形狀的邊緣檢測邏輯；用于計算至少一個所述檢測到的邊緣形狀中的每一個的斜率的斜率計算邏輯。
2.如權(quán)利要求
1所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，所述夾具支承所述工件以相對于所述傳感器相對平移。
3.如權(quán)利要求
1所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，所述夾具支承所述工件以相對于所述傳感器的固定位置平移。
4.如權(quán)利要求
1所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，所述夾具和所述傳感器被相關(guān)地放置以能夠捕捉所述工件的旋轉(zhuǎn)地變化的視圖。
5.如權(quán)利要求
4所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，所述夾具可旋轉(zhuǎn)地支承所述工件。
6.如權(quán)利要求
1所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，所述控制邏輯還能夠在每一掃描操作完成后和每一后續(xù)的掃描操作開始之前旋轉(zhuǎn)所述工件，從而產(chǎn)生至少兩個檢測的邊緣形狀。
7.如權(quán)利要求
6所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，所述工件是凸錐體部分，且所述斜率計算邏輯能夠?qū)λ鲋辽賰蓚€檢測的邊緣形狀中的每一個的計算的斜率求平均。
8.如權(quán)利要求
1所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括可用于通過遠心透鏡來捕捉行掃描的行掃描照相機部分。
9.如權(quán)利要求
1所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于呈現(xiàn)所述工件的輪廓的背光燈源。
10.如權(quán)利要求
9所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，所述背光燈的顏色與所述傳感器的色彩靈敏度譜相匹配。
11.如權(quán)利要求
1所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，在每一所述組合的圖像中檢測至少兩個邊緣形狀，并對所述至少兩個邊緣形狀的所計算的斜率求平均。
12.如權(quán)利要求
1所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，所述邊緣檢測邏輯對在所述組合的圖像中檢測到的至少一個邊緣形狀中的每一個設(shè)有每一組合的圖像的已識別的子區(qū)域，每一已識別的子區(qū)域與一坐標系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，所述坐標系統(tǒng)與在所述組合的圖像中檢測到的所述工件的成像特征相關(guān)聯(lián)。
13.如權(quán)利要求
1所述的計量系統(tǒng)，其特征在于，所述夾具包括用于縱向平移的空氣軸承載物臺部分。
14.一種計量方法，包括取得工件的多個行掃描；從所述多個行掃描中組合一個圖像；檢測所述組合的圖像中的至少一個邊緣形狀；計算所述至少一個邊緣形狀的斜率；以及基于所述至少一個邊緣形狀的所計算的斜率獲取所述工件的表面斜率。
15.如權(quán)利要求
14所述的計量方法，其特征在于，還包括相對于取得所述多個行掃描的傳感器平移所述工件，所述平移提供所述多個行掃描中的每一個之間的大致相等的間隔。
16.如權(quán)利要求
15所述的計量方法，其特征在于，還包括反復地旋轉(zhuǎn)所述工件通過整個回轉(zhuǎn)的諸部分，且在每一旋轉(zhuǎn)后，重復所述平移，取得多個行掃描，組合一個圖像，檢測至少一個邊緣形狀并計算斜率的步驟；以及通過對所計算的斜率求平均來獲取所述工件的表面斜率。
17.如權(quán)利要求
14所述的計量方法，其特征在于，還包括選擇一個其中要檢測所述至少一個邊緣形狀的搜索區(qū)，所述搜索區(qū)與一坐標系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，所述坐標系統(tǒng)被映射至在所述組合的圖像中識別的成像特征。
18.如權(quán)利要求
14所述的計量方法，其特征在于，還包括用背光燈來為所述傳感器呈現(xiàn)所述工件的輪廓。
19.如權(quán)利要求
14所述的計量方法，其特征在于，還包括旋轉(zhuǎn)所述工件通過整個回轉(zhuǎn)的一部分。
20.如權(quán)利要求
14所述的計量方法，其特征在于，還包括確定所述表面斜率是否在規(guī)范以內(nèi)，并且如果在規(guī)范以內(nèi)，則分配所述工件以組裝成盤驅(qū)動器電動機。
21.一種計量系統(tǒng)，包括可以在一個維度中平移而在另兩個維度中保持基本恒定的載物臺；與所述載物臺耦合的夾具，所述夾具用于支持工件并提供工件的可控制旋轉(zhuǎn)；被設(shè)置成通過遠心透鏡來捕捉所述工件的行掃描的傳感器；用于為所述傳感器呈現(xiàn)所述工件的輪廓的背光燈；用于維持所述載物臺的縱向平移和行掃描捕捉的定時之間的大致恒定的比的邏輯；用于接收行掃描捕捉并從其中組合一個圖像的圖像組合器；用于檢測所述組合的圖像中的一個或多個邊緣形狀的邏輯；以及用于從所述一個或多個邊緣形狀確定所述工件的表面的角度的邏輯。
專利摘要
本發(fā)明各方面包括用于確定諸如錐角等錐形軸部分的特性的計量方法和系統(tǒng)。在一個例子中，一種計量系統(tǒng)包括用于支承工件的夾具。該夾具提供縱向維度中的平移，以及繞對稱軸的旋轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)可包括被安裝以掃描包括工件的諸部分的行的傳感器，以及用于協(xié)調(diào)該工件的平移以提供縱向平移與在掃描操作期間掃描的行的大致恒定的比。該系統(tǒng)可包括用于從在每一掃描操作期間生成的圖像數(shù)據(jù)組合一個圖像的圖像邏輯；用于檢測每一個組合的圖像中的至少一個邊緣形狀的邊緣檢測邏輯；以及用于計算至少一個檢測到的邊緣形狀中的每一個的斜率的斜率計算邏輯。
文檔編號G01B11/26GK1991298SQ200610173250
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月21日
發(fā)明者A·V·梅索爾, S·G·岡薩雷斯 申請人:希捷科技有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan