[发明专利]多个取向的成像传感器的对准系统

说明书

用于坐标测量机器的成像传感器的对准系统包括与测量机器的工作台相关联的参考表面，但是代替将参考表面成像为位置标记，参考表面与成像传感器一起被结合到组合成像系统中以用于对与成像传感器相关联的特征进行成像。成像的特征可以是成像传感器的内部的部分（例如内部孔径）或者与成像传感器具有固定关系的外部特征（例如镜头罩）。

技术领域

本发明涉及坐标测量机器，并且尤其涉及使用多个传感器收集来自测试对象的测量数据的此类机器，所述多个传感器包括通过对测试对象进行成像来收集数据的传感器。

背景技术

具有用于测量测试对象的多个传感器的坐标测量机器通常参考在公共坐标系或参考系内由不同传感器收集的数据以便收集关于测试对象的相关数据。这样，确定了传感器的相对位置和取向。在成像传感器的情况下，确定关于放大率，焦平面，坐标位置，相机像素的旋转取向以及相应传感器的光轴的信息。

一种方法是使用各种传感器从多个取向收集参考制品（artifact）（例如参考球）的测量结果，同时监视传感器沿着或围绕机器的坐标测量轴的相对运动。例如，参考球的中心可以被定义为坐标参考系内的中心或其他给定位置。当每个不同的测量传感器收集到足够的信息以确定参考球的中心时，从每个传感器测得的中心位置可以彼此等同。

成像传感器通常通过识别从制品收集的图像内的图像对比度边界来测量测试对象和其他制品的特征。不同类型的照明会产生不同类型的图像对比度。例如，可以通过照亮球体而与较暗的背景形成对比，或者通过照亮背景而与球体的较暗视图形成对比，来在收集的图像内检测参考球的赤道。可以通过背光或通过有利于从背景反射光以球体为代价来照亮背景。例如，同轴照明器可以通过回射来自参考球体下面或后面的表面的光来产生图像对比度。倾斜照明往往会通过在边缘上投射阴影或允许离轴光线从正好打算被检测到的赤道上方或下方的表面进入成像系统而产生不太准确的结果。

由于制品边界的检测对所使用的照明类型敏感，因此成像传感器的不同位置和取向可能难以相互校准，这给所需的校准增加了一些不确定性。

发明内容

代替对参考球进行成像以确定其边界，可以根据本文公开的某些实施例来布置反射参考球或其他凸反射表面形状，以操作为成像传感器的组件，从而成像传感器收集作为成像传感器本身一部分的特征或与成像传感器具有其他经定义的关系的特征的图像（例如，表现出与成像传感器的刚体运动）。凸反射参考表面允许对其视线内的特征成像，所述特征可以包括围绕成像传感器光轴的特征。例如，通过成像传感器的成像光学器件传送的照明可以照亮成像光学器件中的内部特征（例如孔径光阑），并且内部特征的图像可以被参考表面反射以在成像传感器的像平面上产生内部特征的图像。可替代地，传送到成像传感器的成像光学器件外部的照明可以照亮成像传感器的外部特征（例如镜头罩（lenshood）），并且外部特征的图像可以被参考表面反射以在成像传感器像平面上产生外部特征的图像。

设想了一种用于坐标测量机器的对准系统，其中将凸反射参考表面（例如球形反射器）安装在测试对象安装台（例如工作台）上，并将一个或多个传感器（包括成像传感器）安装在能够相对运动的传感器台（例如关节臂）上。可以移动测试对象和传感器台之一或两者，以实现测试对象和传感器之间所需的平移和旋转运动的范围，以从各种测试对象获取所需的测量数据。

为了在坐标测量机器的参考系内对准并以其他方式校准成像传感器，选择与成像传感器具有预定关系的成像传感器的特征作为基准标记。优选地，该特征以同心的方式围绕成像传感器的光轴，并且可以位于成像传感器的成像光学器件的内部或外部。诸如球形反射器之类的凸反射参考表面被安装在测试对象安装台上。出于两个原因，凸反射参考表面优选地具有面向成像传感器的凸形。首先，基准标记的图像可以由成像传感器在成像传感器与凸反射参考表面之间的相对位置的较宽范围内捕获，并且凸反射参考表面可以有助于测量光功率，其可以被用来更改成像传感器的有效焦距。当这样布置以通过凸反射参考表面收集图像时，基准标记而不是凸反射参考表面位于由成像传感器和凸反射参考表面限定的组合光学器件的物平面处。