常小至1mm，或者500 μ m，甚或更小。利用這種CRS系統(tǒng) 可以方便地檢驗?zāi)承┌雽?dǎo)體1C等，因為其表面接近平坦，并且完全落入該測量范圍內(nèi)。然 而，與專用1C檢驗設(shè)備對比，許多通用精密機器視覺檢驗系統(tǒng)設(shè)計為測量具有在非常大范 圍（例如，幾十毫米或者幾百毫米）變化的表面的其他類型的工件?，F(xiàn)有技術(shù)"組合"系統(tǒng) 沒有提供方便或?qū)嵱玫膭?chuàng)建能夠利用高精度CRS系統(tǒng)迅速掃描這樣變化的表面的零件程 序的手段（例如，出于表面光潔度測量等目的）。因此，CRS系統(tǒng)和類似的精密Z高度感測 系統(tǒng)尚未廣泛與機器視覺檢驗系統(tǒng)組合使用?？梢岳孟旅婀_的原理和特征克服這些缺 陷。
[0035] 圖4示出在計量系統(tǒng)的臺架上包含代表性工件415的一部分的計量系統(tǒng)的包含視 場窗口 402的示例性用戶界面或者GUI 400的圖。用戶界面400還包含諸如選擇條420和 440的各種測量和/或者操作選擇條、實時X-Y-Z (位置）坐標窗口 430、光控制窗口 450、 以及掃描工具窗口 460。代表性工件415包含跨超過諸如彩色共焦點傳感器300的高精密 Z高度傳感器的Z高度測量范圍的范圍中的表面Z高度，如將在圖5A-C中將進一步詳細地 示出。用戶可以從掃描工具窗口 460中選擇線工具選擇器461，以開始定義線掃描操作的操 作，該線掃描操作沿著工件掃描路徑段410確定一組Z高度測量，響應(yīng)于對選擇線工具選擇 器461該工件掃描路徑段410可以出現(xiàn)在顯示器中。如視場窗口 402所示，對代表性工件定 義在開始XY坐標（XB，YB)開始而在結(jié)束XY坐標（XE，YE)結(jié)束的工件掃描路徑段410。通 過在顯示器上拖放工件掃描路徑段410 (或者其各端點），并且/或者通過在用戶界面特征 中錄入數(shù)值，可以在圖形地定義開始坐標和結(jié)束坐標，如下面進一步概述。在圖4所示的例 子中，沿著沿工件掃描路徑段410的+X方向定義線工具的掃描方向，如掃描方向箭頭410' 所指。
[0036] 圖5A-C是圖4所示代表性工件415的表面輪廓截面411的示意圖，包括在工件掃 描操作期間與兩種類型的Z高度感測系統(tǒng)的測量范圍的尺寸關(guān)系。截面411沿著工件掃描 段 410。
[0037] 圖5A示出由Z值R2MIN和R2MAX在Z方向上限制的較低精密型Z高度感測系統(tǒng) (例如，前面參考圖2描述的TAF系統(tǒng)）的測量范圍R2。在示例性實施例中，較低精密型Z 高度感測系統(tǒng)可以是跟蹤自聚焦系統(tǒng)或者是如并入在諸如MVIS 100的機器視覺檢驗系統(tǒng) 中的從聚焦測點（points fromfocus)系統(tǒng)。在某些實施例中，如果機器視覺檢驗系統(tǒng)的運 動控制系統(tǒng)設(shè)計為響應(yīng)來自較低精密型Z高度感測系統(tǒng)的誤差信號或者測量伺服控制軸， 則測量范圍R2可以包括機器視覺檢驗系統(tǒng)的整個Z軸范圍。無論如何，在所示的例子中， 代表性工件415的表面完全在沿著工件掃描段410的范圍R2中。這對在機器視覺檢驗系 統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的各種類型的"較低精密"Z高度感測系統(tǒng)是典型的和/或者希望的。在某些情況 下，這種"較低精密"系統(tǒng)可以提供微米或者幾十微米數(shù)量級的精度。
[0038] 此外，為了參考，圖5A還示出對應(yīng)于代表性工件415的截面的問題區(qū)PA1-5,這對 于執(zhí)行Z高度測量可能存在問題。這種問題區(qū)可能發(fā)生在表面特征或者焊錫球等的邊緣 等。問題區(qū)PA1-5可以包括Z高度中的陡峭過渡，該陡峭過渡可能導(dǎo)致嚴重錯誤或者失敗 的Z高度測量值。例如，根據(jù)使用的該類型的Z高度感測系統(tǒng)，這種錯誤或者失敗的測量可 能是因為不充足的反射信號光、和/或不充足的橫向分辨率或者選擇性、和/或與跨越問題 區(qū)的掃描速度相比不充足的Z軸感測響應(yīng)時間等等。在各種應(yīng)用中，利用更精密型Z高度 感測系統(tǒng)沿著工件掃描段410測量Z過渡更有優(yōu)勢。這樣可以提供更好的測量精度并且還 可以降低或者消除上面闡述的問題區(qū)內(nèi)的某些問題。然而，這也可能產(chǎn)生引入其他問題，如 下所述。
[0039] 圖5B示出由Z值R1MIN和R1MAX在Z方向上限制的較精密型Z高度感測系統(tǒng)（例 如，前面參考圖2描述的精密Z高度傳感器300)的測量范圍R1。在某些實施例中，較精密 型Z高度感測系統(tǒng)可以是諸如參考圖3描述的彩色共焦點傳感器300的彩色范圍傳感器。 如圖5B所示，在掃描期間在不多次調(diào)節(jié)較精密型Z高度感測系統(tǒng)的總高度的情況下，范圍 R1太小以至于不包括沿著工件掃描段410的所有Z高度測量。無法調(diào)節(jié)總高度的失敗將導(dǎo) 致測量失敗并且/或者矛盾。因此，總高度調(diào)節(jié)是進行掃描必需的。然而，對于較不熟練的 用戶在機器視覺檢驗系統(tǒng)中可靠、迅速并且精確對多種零件編程這樣的總傳感器高度的調(diào) 節(jié)進行還不可能。對于多種零件（例如，球柵陣列、電路板、齒輪等），因為許多原因，即使對 于適當熟練的程序員，創(chuàng)建實現(xiàn)總高度調(diào)節(jié)的可靠的高吞吐量程序的編程和調(diào)試時間是禁 止的。例如，除了掃描球柵陣列或者電路板可能要求的大量高度調(diào)節(jié)，精密型Z高度傳感器 通常輔助機器視覺檢驗系統(tǒng)，而非與其運動/伺服系統(tǒng)集成。因此，根據(jù)來自精密Z高度傳 感器的信號對整體調(diào)節(jié)進行編程可能難以執(zhí)行并且/或者限制吞吐量。此外，用戶可能不 理解在問題區(qū)PA1-PA5附近對于精密Z高度傳感器可能發(fā)生的錯誤的類型，導(dǎo)致不希望的 程序和/或者測量失敗。可替代地，基于較低精密Z高度傳感器系統(tǒng)伺服總Z高度也可能 出現(xiàn)如上所述的問題，并且特別是在問題區(qū)PA1-PA5附近，還可能因為較低精密的與較精 密的Z高度傳感器系統(tǒng)之間的未預(yù)料到的相互作用（例如，測量值抽樣時采樣期間的Z運 動等）導(dǎo)致不期望的錯誤。下面公開了使得較不熟練的用戶克服這些問題并且利用精密型 Z高度傳感器對Z高度掃描迅速編程的各種自動操作和/或者有關(guān)用戶界面特征。
[0040] 與圖5B相同，圖5C示出由Z值R1MIN和R1MAX在Z方向上限制的較精密型Z高 度感測系統(tǒng)（例如，前面參考圖2描述的精密Z高度傳感器300)的范圍R1。圖5C還示出 沿著掃描段410的總高度調(diào)節(jié)區(qū)域0HZ1-OHZ11 (統(tǒng)稱為OHZi)，其中在每個區(qū)域OHZi中， 調(diào)節(jié)精密Z高度傳感器的總Z高度，以在測量范圍R1內(nèi)保持標稱表面輪廓（截面411指出 的）。利用較低精密Z高度傳感器可以確定標稱表面輪廓，并且因此確定每個區(qū)域OHZi的 總高度設(shè)定，如下所述。在該特定實施例中，在沿著掃描方向的每個區(qū)域的開始處，都設(shè)定 總高度，使得工件表面標稱地處于范圍R1的中部。直到工件表面到達測量范圍中的調(diào)節(jié)極 限ADJMIN或者ADJMAX中的一個，該總高度保持在沿著掃描方向的區(qū)域內(nèi)。在沿著掃描方向 的點處，對沿著掃描方向的"新"后續(xù)區(qū)域的開始調(diào)節(jié)總高度。用于沿著掃描方向?qū)躗 高度傳感器建立總標稱Z高度設(shè)定的過程分別相對于測量范圍極限R1MIN和R1MAX建立測 量范圍"安全緩沖區(qū)"（例如，在所示的例子中接近范圍R1的25%的）。此外，當沿著掃描 段使用這種總Z高度路徑時，在每個區(qū)域內(nèi)可以以精密Z高度傳感器抽樣率允許的一樣快， 沿著掃描方向安全、迅速并且可靠地進行掃描（并且不考慮潛在的精密Z高度測量錯誤）。 僅在區(qū)域之間的總Z高度調(diào)節(jié)期間，可能需要中斷測量（如果需要）。此外，在某些實施例 中，在沿著掃描段建立總Z高度路徑時，對掃描的運動控制能夠以"開環(huán)"方式（例如，在沒 有伺服控制和相關(guān)聯(lián)的不可預(yù)測的變化和誤差的情況下）操作，從而提供可預(yù)測的高吞吐 量掃描速度，并且在程序執(zhí)行期間的魯棒。將明白，將前面建立的掃描路徑段410的XY坐 標與在沿著掃描方向的各種位置使用的總標稱Z高度設(shè)定（例如，如上所述）組合提供用 于使第一類型Z高度感測系統(tǒng)移動從而在掃描路徑段上進行精密表面Z高度測量的精密三 維（3D)掃描路徑，其中精密3D掃描路徑基于在相應(yīng)XY坐標的初步實際表面Z高度測量。
[0041] 將明白，所闡述的過程的細節(jié)僅是示例性的而非限制性的。例如，加寬調(diào)節(jié)極限可 以造成沿著掃描線的較少的總Z高度調(diào)節(jié)（或者區(qū)域），這樣可以產(chǎn)生更好的吞吐量，但是 增加了超過測量范圍R1的不利風險。相反，縮窄調(diào)節(jié)極限造成沿著掃描線的更多總Z高度 調(diào)節(jié)，并且降低了超過測量范圍R1的不利風險。在該極限中，由于調(diào)節(jié)極限互相接近，所以 精密3D掃描路徑理想地接近沿著掃描段復(fù)制表面輪廓的外形，具有在范圍R1的希望部分 (例如，在范圍R1的中部）標稱放置表面輪廓的Z偏差。假定精密Z高度傳感器具有在采 樣期間的Z運動不顯著影響結(jié)果的測量的足夠的采樣率，并且假定運動控制Z高度位置可 以與相應(yīng)精密Z高度傳感器測量正確同步并且組合，則這種實現(xiàn)不顯著降低吞吐量或者精 度，并且在某些應(yīng)用中可以是優(yōu)選的。
[0042] 更一般地，在根據(jù)在此公開的原理的各種實施例中，計量系統(tǒng)包括：3D運動控制 系統(tǒng)（例如，運動控制接口 /系統(tǒng)132)、第一類型Z高度感測系統(tǒng)（例如，彩色共焦點傳感 器）、以及在較寬Z高度測量范圍提供較低精密表面Z高度測量的第二類型Z高度感測系 統(tǒng)（例如，跟蹤自動聚焦（TAF)或者聚焦測點（points from focus) (PFF)系統(tǒng)）。運動控 制系統(tǒng)和第二類型Z高度感測系統(tǒng)可以被操作以確定在位于近似沿著第一工件掃描路徑 段的相應(yīng)初步XY坐標處的初步實際表面Z高度測量（例如，如下面的圖7A所示）?？梢源_ 定用于移動第一類型Z高度感測系統(tǒng)的精密3D掃描路徑（例如，如圖5C和/或者圖7A所 示），以在位于近似沿著第一工件掃描路徑段的相應(yīng)XY坐標處進行精密表面Z高度測量，其 中精密3D掃描路徑基于在相應(yīng)初步XY坐標處的初步實際表面Z高度值。然后，可以執(zhí)行 操作A)或者B)中的至少一個：
[0043] A)對于代表性工件或者與代表性工件類似的工件，利用用于移動第一類型Z高度 感測系統(tǒng)的精密3D掃描路徑來在位于近似沿著第一工件掃描路徑段的相應(yīng)XY坐標處進行 精密表面Z高度測量，或者
[0044] B)對于與代表性工件類似的工件，將精密3D掃描路徑存儲在檢驗程序，該檢驗程 序利用用于移動第一類型Z高度感測系統(tǒng)精密3D掃描路徑，以在位于近似沿著第一工件掃 描路徑段的相應(yīng)XY坐標處進行精密表面Z高度測量。
[0045] 上述操作A)可以包含這樣的操作：其中第一類型Z高度感測系統(tǒng)"立即"跟隨跨 越工件的部分的第二類型，并且在其跨越工件的該部分時，實時確定精密3D掃描路徑，且 將該精密3D掃描路徑用于第一類型Z高度感測系統(tǒng)。在某些實施例中，精密3D掃描路徑可 以確定為包括3D掃描路徑坐標，3D掃描路徑坐標如在相應(yīng)初步XY坐標處的確定的初步實 際表面Z高度測量指示的，使第一類型Z高度感測系統(tǒng)的較窄Z高度測量范圍的中部位于 相對于代表性工件表面的較窄Z高度測量范圍的正或者負25%內(nèi)。在某些實施例中，精密 3D掃描路徑可以確定為包括3D掃描路徑坐標，3D掃描路徑坐標如在相應(yīng)初步XY坐標處的 確定的初步實際表面Z高度測量指示的，使第一類型Z高度感測系統(tǒng)的較窄Z高度測量范 圍的中部標稱地位于相對于代表性工件表面的較窄Z高度測量范圍的正或者負5%內(nèi)。在 某些實施例中，較窄Z高度測量范圍至多可以是1. 0毫米。在某些實施例中，較窄Z高度測 量范圍至多可以是500微米。
[0046] 在某些實施例中，計量系統(tǒng)可以包含成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包含攝像機（例如，攝 像機系統(tǒng)260)和物鏡（例如，可更換物鏡250)，并且第二類型Z高度感測系統(tǒng)可以配置為 利用穿過物鏡的光路感測表面Z高度，例如，如在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利號