具有球形校准对象的色度范围传感器系统和方法

技术领域

本公开总体上涉及精密测量仪器，并且更具体地涉及例如可与测量机一起使用以确定工件的测量值的色度范围传感器。

背景技术

在光学范围传感器(例如，包含高度、距离等传感器)中使用色度共聚焦技术是已知的。如以全文引用的方式在此并入本文中的第7,876,456号美国专利(′456专利)中所述，可使用具有轴向色差——也被称为轴向或纵向色散——的光学元件来聚焦宽带光源，使得到焦点的轴向距离随波长而变化。因此，仅一个波长将精确地聚焦在表面上，并且表面高度或相对于聚焦元件的距离决定了哪个波长是最佳聚焦的。在从表面反射后，光会重新聚焦到小的检测器孔口上，如针孔或光纤维的端部。在从表面反射并且向后穿过光学系统到达输入/输出光纤时，仅很好地聚焦在表面上的波长才能很好地聚焦在孔口上。所有其它波长都不良地聚焦在孔口上，并且因此不会将太多电力耦合到光纤中。因此，对于通过光纤返回的光，对应于到表面的表面高度(即，距离)的波长的信号电平将是最大的。光谱仪型检测器测量每个波长的信号电平，以便确定表面高度(例如，其中表面上聚焦良好的波长通常会形成整个检测器信号中的最高峰值)。

某些制造商将如上所述操作并且适合于在工业环境中使用的实用且紧凑的色度范围感测(CRS)系统称为色度点传感器(CPS)或色度线传感器等。与此类系统一起使用的紧凑型色散光学组件被称为“光学笔”或“笔”。光学笔通过光纤连接到色度范围传感器系统的电子件部分。电子件部分包含通过光纤传输光以从光学笔输出的光源，并且还提供检测并分析返回的光的光谱仪。返回的光形成由光谱仪的检测器阵列接收到的波长分散强度分布。分析与波长分散强度分布相对应的像素数据，以确定由强度分布的峰值或质心指示的“主波长位置坐标”(例如，与表面上聚焦良好的波长相对应)，并且峰值和/或质心的所得像素坐标与查找表一起用于确定到表面的距离。此像素坐标可用亚像素分辨率来确定，并且可称作“距离指示坐标”或“距离指示像素坐标”。

色度范围传感器的一个重要问题是其部件相对于其校准的稳定性。基于将已知测量距离与沿检测器阵列所得的主波长位置坐标相关的距离校准数据，色度范围传感器提供极高的分辨率和精度(例如亚微米分辨率和精度)。在色度范围传感器提供的分辨率和精度水平上，部件行为不可避免地会相对于工厂校准时提供的行为发生漂移，从而导致测量误差。已知的校准方法通常需要终端用户无法提供的设备和/或专业水平(例如，特别是当色度范围传感器附接到测量机等)。因此，如果测量精度降低，或如果用户希望更换色度范围传感器的特定部件(例如光学笔)，则整个装置可能需要送回工厂重新校准。另外，在一些实施方案中，可能希望能够在测量机上安装或维持色度范围传感器，而无需事先进行工厂校准(例如，为了更快交付，降低准备成本等)。关于此类问题，提供改进、简化和/或更可靠的色度范围传感器校准(例如，针对初始校准和/或重新校准等)(例如，当附接到测量机等)将合乎需要。

发明内容

提供本发明内容是为了以简化形式引入在下文的具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本发明内容并非旨在标识要求保护的主题的关键特征，也并非旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

提供一种用于确定具有耦合到测量机的色度范围传感器光学笔的色度范围传感器系统的距离校准数据的方法。所述色度范围传感器光学笔被配置成在接近待测量表面的不同距离处聚焦不同波长。所述色度范围传感器光学笔以相对于具有标称球形校准表面的球形校准对象的某一关系布置。控制所述测量机以实现所述色度范围传感器光学笔关于所述标称球形校准表面的相对移动。所述色度范围传感器光学笔的相对移动呈螺旋状，以便对标称球形校准表面的一部分执行螺旋扫描，其中距离指示数据被确定为对应于在执行螺旋扫描时所述色度范围传感器光学笔与标称球形校准表面上的表面点之间的距离。基于所述距离指示数据来确定所述色度范围传感器系统的距离校准数据。

在一些实施方案中，提供一种系统，所述系统包含测量机、色度范围传感器系统和球形校准对象。所述测量机包含运动控制器。所述系统被配置成利用所述运动控制器实现色度范围传感器光学笔关于标称球形校准表面的相对移动。执行对标称球形校准表面的螺旋扫描，以确定用于确定距离校准数据的距离指示数据。

在一些实施方案中，所述色度范围传感器系统包含色度范围传感器光学笔、照明源、波长检测器和处理部分。所述照明源被配置成生成多波长输入光，所述多波长输入光具有输入到所述色度范围传感器光学笔的输入光谱分布。所述波长检测器包含多个像素，所述多个像素具有沿所述波长检测器的波长测量轴分布的相应像素位置。所述色度范围传感器系统被配置成使得当所述色度范围传感器光学笔相对于表面以可操作方式定位以执行测量操作时，所述色度范围传感器光学笔输入所述输入光谱分布并将对应的辐射输出到所述表面，并且从所述表面接收反射的辐射并将反射的辐射输出到波长检测器。所述处理部分被配置成确定由所述色度范围传感器光学笔关于所述标称球形校准表面的相对移动而产生的距离指示数据。所述色度范围传感器光学笔的相对移动呈螺旋状，以便对标称球形校准表面的一部分执行螺旋扫描，从中将所述距离指示数据确定为对应于在执行螺旋扫描时所述色度范围传感器光学笔与标称球形校准表面上的表面点之间的距离。基于所述距离指示数据来确定所述距离校准数据。

附图说明

当结合附图参考以下详细描述时，本发明的前述方面和许多伴随的优点将变得更容易理解，同时变得更好理解，其中：

图1是包含光学笔的示例性色度范围传感器(CRS)系统的框图；

图2是来自CRS系统的系统噪声(偏置)分布的图，示出当不存在测量表面时检测器阵列中的像素的波长相关电压偏移信号电平；

图3是来自CRS系统的强度分布图，示出由表面反射的波长产生的有效波长峰值，其中峰值的像素位置对应于到所述表面的测量距离；

图4A是CRS距离校准数据的第一表示图，其将距离指示像素坐标与到测量的工件表面的已知测量距离相关；

图4B是CRS距离校准数据的第二表示图，包括示例CRS距离校准查找表，其将距离指示坐标(DIC)引用到CRS系统的对应测量距离；

图5是测量系统的第一示例性实施方案的框图，所述测量系统包含与CRS系统结合用于测量工件的测量机(例如，机器视觉检查系统)；

图6是测量系统的第二示例性实施方案的框图，所述测量系统包含结合CRS系统用于测量工件的测量机(例如，坐标测量机)；

图7示出球形校准对象形式的校准对象的实施例；

图8示出在球形校准对象的顶部表面上执行的螺旋扫描；

图9A示出到球形校准对象上的表面点的距离的示例测量，其中螺旋扫描的中心点与球形校准对象的顶部中心精确对准；

图9B示出到球形校准对象上的表面点的距离的示例测量，其中螺旋扫描的中心点相对于球形校准对象的顶部中心有偏移；

图10示出距离指示坐标与径向位置曲线，包含来自图9A和9B的值；

图11是由图8到10所示的过程确定的CRS距离校准数据的表示图；以及

图12是示出用于确定CRS系统的距离校准数据的例程的一个示例性实施例的流程图。

具体实施方式

图1是基于期望结合测量机使用的操作原理的第一类型的示例性色度范围传感器(CRS)系统100的框图。CRS系统100与在美国专利号7,876,456和7,990,522(分别称为′456和′522专利)中所描述的系统具有某些类似性，这些专利特此以全文引用的方式并入本文。如图1所示，CRS系统100包含光学笔120、电子件部分160和用户接口部分171。应了解，图1中所示的CRS系统100是色度点传感器(CPS)系统(即，其中光学笔120是色度点传感器)，所述系统在一些情况下可一次测量单个测量点。然而，在各种实施例中，可利用替代类型的色度范围传感器系统，例如色度线传感器。

光学笔120包含光纤连接器109、外壳131(例如，组装管)和光学器件部分150。光纤连接器109附接到外壳131的端部。在各种实施方案中，光纤连接器109可以相对于外壳131以一定角度取向。光纤连接器109通过包围它的光纤线缆112接收输入/输出光纤(未详细示出)。输入/输出光纤通过光纤孔195输出源光，并通过光纤孔195接收反射的测量信号光。

在操作中，从光纤端通过光纤孔195发射的宽带(例如，白色)源光由光学器件部分150聚焦，该光学器件部分包含提供轴向色散的一个或多个透镜，使得沿光学轴线OA的焦点位于取决于光的波长的不同距离处，如对于色度共焦传感器系统所已知的。源光形成测量光束196，其包含聚焦在相对于光学笔120处于位置Z处的表面190(例如，工件或校准对象的表面等)上的波长。在从表面190反射后，反射光被光学器件部分150重新聚焦到光纤孔195上。有效源光和反射光由限制光线LR1和LR2界定。归因于轴向色散，仅一个波长将具有与从光学笔120(例如，从相对于光学笔120固定的参考位置RP)到工件表面190上的位置的测量距离(例如，测量距离Z)匹配的前焦尺寸FF。光学笔被配置成使得在表面190处最佳聚焦的波长也将是在光纤孔195处最佳聚焦的反射光的波长。光纤孔195在空间上过滤反射光，使得主要是最佳聚焦波长通过光纤孔195并进入光纤线缆112的芯体。如下文和所并入的参考文献中更详细描述，光纤线缆112将反射的信号光引导到波长检测器162，所述波长检测器用于确定具有主要强度的波长，所述波长对应于到表面190的测量距离。

电子件部分160包含光纤耦合器161、波长检测器162、光源164、信号处理器166和存储器部分168。在各种实施例中，波长检测器162包含分光计或光谱仪装置，其中，色散光学器件部分(例如，光栅)通过光纤线缆112接收反射光，并将所得光谱强度轮廓传输到检测器阵列163。波长检测器162还可以包含相关信号处理(例如，在一些实施例中由信号处理器166提供)，该相关信号处理从轮廓数据中去除或补偿某些检测器相关误差分量。因此，在一些实施例中，波长检测器162和信号处理器166的某些方面可以合并和/或不可区分。在各种实施方案中，用于相关处理的信号处理器166和/或波长检测器162和/或其它信号处理器、计算系统等可称为CRS系统100的处理部分。

由信号处理器166控制的白光源164通过光学耦合器161(例如，2x1光学耦合器)联接到光纤线缆112。如上所述，光穿过光学笔120，从而产生纵向色差使得其焦距随光的波长而变化。通过光纤最高效地传输回来的光的波长是聚焦在表面190上的位置Z处的波长。反射波长相关的光强度然后再次通过光纤耦合器161，使得大约50％的光被引导到波长检测器162，所述波长检测器可接收沿着检测器阵列163的波长测量轴分布在像素阵列上的光谱强度分布，并且用于提供对应的分布数据，如在并入的参考文献中更详细描述。

简单来说，分布数据的亚像素分辨率距离指示坐标(DIC)(例如，参见图3)由信号处理器166计算，并且DIC(以亚像素为单位)经由距离校准查找表等指示到表面190(以微米为单位)上的位置的测量距离Z，所述距离校准查找表存储在存储器部分168的校准部分169中(例如，下文关于图4A、4B和11所描述)。根据先前已知的方法，DIC可通过各种技术(例如，根据包含在峰值区中的强度分布数据的质心等)来确定。在各种实施方案中，分布数据可用于确定具有亚像素分辨率的DIC，如将在下文更详细描述。

光学笔120通常具有由最小范围距离ZMIN和最大范围距离ZMAX界定的测量范围R。在已知光学笔的一些实例性情况中，测量范围R可以是距笔的端部的标称间隙或工作距离的大约10分之1(例如，在几十微米到几毫米的范围内)。应当理解，在一些实施方案中，电子件部分160可以远离光学笔120定位。例如，已知使用定制托架将与图1所示的光学笔120类似的光学笔安装在CMM上，并将与光纤线缆112类似的光纤沿CMM部件外部的临时路径引导到与电子件部分160类似的远程定位电子件。

在各种实施方案(例如将在下文关于图6更详细地描述)中，在一些实施例中，可在CRS光学探针组件内部包含光源和波长检测器部分160A中的一组部件(例如，包含波长检测器162和光源164)。如果需要，测量信号处理和控制电路160B中的一组部件(例如，包含信号处理器166和存储器部分168)可以位于CRS光学探针总成的远程外部(例如，以维持低的探针重量和紧凑的探针大小)。

如另外在图1中所示，用户接口部分171耦合到电子件部分160并提供用户接口，所述用户接口被配置成经由键盘、触摸传感器、鼠标等任何合适的构件接收用于操作CRS系统100的用户输入，例如选择各种操作参数的用户命令。在示例性实施例中，用户接口部分171可包含一个或多个操作模式选择元件(例如，用户可选按钮)，用户可操作所述操作模式选择元件来选择CRS系统100的多个操作模式中的一个操作模式(例如，测量模式、校准模式等)。用户接口部171还被配置成在屏幕上显示信息，例如由CRS系统100成功确定/测量的一个或多个距离。

图1包含作为参考系的正交XYZ坐标轴。Z方向被定义为平行于光学笔120的光轴(OA)，其为距离测量轴。如图1所示，在操作期间，(例如，待测量的工件或校准对象的)表面190沿着光轴OA定位/放置。

图2的以下描述概述了某些已知的背景信号处理和/或校准操作。图2是来自CRS系统的系统噪声(偏置)谱的图200，其展示了当CRS系统的标称总测量范围内不存在测量表面时检测器阵列163中的像素的电压偏移信号电平Voffset(p)。在此情况下，不存在有意反射的光，并且因此在所产生的强度谱中不存在显著或占主导地位的波长峰值。对于沿检测器阵列163的波长测量轴的1,024个像素中的每个像素，电压偏移信号Voffset(p)以归一化伏特为单位标绘。“归一化伏特”将1.0的值指派给检测器阵列163的饱和电压。电压偏移信号Voffset(p)包含跨检测器阵列相对一致的偏置信号电平Vbias以及跨检测器阵列显示为变化的背景信号分量Vback(p)。

可变背景信号Vback(p)表示例如来自色度点传感器中波长相关杂散反射等的背景光以及归因于各种像素p的暗电流等的信号。在各种实施例中，有利的是，存储信号分量Vback(p)(或显示相同变化的信号，例如电压偏移信号Voffset(p))以用于检测器阵列163的像素阵列的校准或补偿，并用于持续补偿来自每个像素p的所有后续分布数据信号(例如通过减法)。因此，应理解，在各种实施例中，假设背景信号分量Vback(p)以已知方式得以补偿，因而不必关于下文描述的各种强度分布或本发明信号处理操作等进一步明确考虑或描述。

以下对图3、4A和4B的描述概述了某些信号处理操作，所述信号处理操作基于CRS系统的波长分散强度分布中产生的有效波长峰值确定具有亚像素分辨率的距离指示坐标(DIC)并且基于确定的DIC来确定到表面的测量距离(例如，以微米为单位)。此处概述的某些先前已知操作在′456专利中有更详细的描述，而此处公开的某些替代操作在下文关于图5到12更详细地描述。本说明书的目的是提供适用于全面理解本文描述的某些CRS测量操作的信息。

图3是来自CRS系统的波长分散强度分布图300，示出测量分布信号MS(p)子集产生的有效波长峰值302，其指示聚焦于(例如，校准对象或工件等的)表面并由所述表面反射的波长。如前所述，作为CRS系统标准操作的部分，对于与表面高度或到表面的距离相对应的波长，信号电平将是最大的，其中在所述表面上聚焦良好的波长通常会形成整个检测器信号中的最高峰值。在图3的示例中，图300包含对应于测量的表面的波长峰值302。测量分布信号MS(p)中的每个测量分布信号具有与检测器阵列(例如，检测器阵列163)的每个像素p相关联的信号电平(以归一化伏特表示)。波长峰值302具有足够的高度(良好的信噪比)，相对对称，并且允许沿检测器阵列的波长测量轴对峰值位置进行良好估计或测量距离指示坐标(DIC)304。图3还示出了偏置信号电平MVbias(以归一化伏特为单位)、峰值像素坐标(ppc)和定义形成波长峰值302的测量分布信号MS(p)的距离指示子集的下限的数据阈值MVthreshold。所有值(例如，包含“MV”值)以归一化伏特为单位。

简而言之，在一个实施例中，用于确定距离指示坐标(DIC)(以像素为单位)并基于所确定DIC确定对应的测量距离(以微米为单位)的测量操作可以包含以下：

·沿光轴OA定位目标表面，并且捕捉图300中的所得波长分散强度分布。

·确定峰值像素坐标(ppc)，所述ppc为具有最高信号的像素。

·确定给定取样速率下的测量偏置信号电平MVbias。

·确定数据阈值MVthreshold(例如，作为峰值高度的百分比)。

·基于形成具有大于MVthreshold的值的波长峰值的测量分布信号MS(p)的距离指示子集，确定具有亚像素分辨率的距离指示坐标(DIC)。

·通过将DIC与所存储的距离校准数据(例如，图4A或图11中的距离校准曲线或图4B中的查找表等)中的对应距离相关来确定测量距离。

在前述操作中，DIC可以基于高于数据阈值MVthreshold的测量分布信号MS(p)的距离指示子集，利用亚像素分辨率确定。根据先前已知的方法，DIC可以被确定为信号MS(p)的距离指示子集的质心X

其中，

在一个具体示例中，等式1中n＝2。应当理解，等式2将质心计算中使用的信号MS(p)限制为距离指示子集。

图4A是CRS测量距离校准数据的第一表示410A的图400A，其将具有亚像素分辨率的距离指示坐标(DIC)与沿CRS系统的光轴(OA)以微米为单位的已知测量距离(ZOUT)(例如，存储在图1的校准部分169中)相关。应当理解，图4A的特定值仅旨在是说明性的，并且可能不对应于其它示例中指示的特定值(例如，关于图1到3描述的某些值和/或如将在下面更详细地描述的图4B的具体表值，但是应当理解，这些概念是类似的)。图4A中所示的示例针对具有约300微米的标称总测量范围MR的光学元件(例如，光学笔)，所述标称总测量范围对应于约150像素到490像素范围内的DIC。然而，必要时，可在检测器阵列163的更大像素范围和/或不同部分中对CRS系统进行校准。尽管距离校准数据410A看似形成平滑曲线，但应了解，在一些情况下，对于典型CRS系统，具体地说，对于经济的CRS系统，距离校准数据和/或输出频谱分布数据可呈现某些短程变化/不规则性(例如，部分地在′456专利中所描述)。

确定CRS测量距离校准数据410A和/或410B的一个示例性实验室校准方法(例如，可用于工厂校准等)采用沿光轴OA移动的镜子(例如，在一个示例实施方案中，其可以是图1的表面190)。镜子相对于光学笔沿光轴OA的位移可被(例如，由步进式电机等)控制，其以大致相等的步长(例如，0.1或0.2微米步长)步进校准测量距离。对于每个步骤，使用干涉仪等参考标准获取实际的镜子位置或位移。对于每个实际镜子位置，基于CRS检测器提供的对应强度分布数据确定CRS系统的校准距离指示坐标。然后记录校准距离指示坐标和对应的实际位置以提供距离校准数据410A和/或410B。虽然此类技术可用于提供准确的距离校准数据(例如，作为工厂校准过程的一部分)，但本文公开的某些替代技术(例如，将在下文中关于图7到12更详细地描述)还可以或可替代地在某些实施方案中使用，此类替代技术对于这些实施方案可具有某些优点。

在确定了距离校准数据之后，在随后的测量操作期间，为了确定到工件表面(例如图1的表面190)的测量距离，将工件表面沿着CRS光学笔的光轴OA定位。基于从CRS检测器提供的强度分布数据确定的测量DIC，确定CRS的测量距离指示坐标。然后，使用距离校准数据(例如，距离校准数据410A、410B或1110)来确定对应于该特定测量DIC的CRS测量距离Z。

图4B是包括CRS距离校准查找表的CRS距离校准数据的第二表示410B的图400B，所述CRS距离校准查找表用于将距离指示坐标引用到(例如，存储在图1的校准部分169中的)色度点传感器的测量距离。如上所述，应当理解，图4B的表值旨在仅是说明性的，并且可能不对应于其它示例中指示的特定值，如图4A中的那些，但是对于其它示例应当理解，概念是类似的。通常，应了解，同一组距离校准数据可表示为曲线(例如，图4A和11所示)或表格(例如，图4B所示)，并且用于形成一个此类表示的距离校准数据可类似地用于形成另一类的表示和/或其它表示。

在图4B中，在左列中，校准DIC条目涵盖1到1,024的像素坐标，增量为0.1个像素步长，并且在右列中，输入对应的测量距离(以微米为单位)(ZOUT)。在操作中，由CRS系统计算的测量DIC参考所存储的校准查找表来确定对应的测量距离(以微米为单位)。如果测量DIC落入相邻的校准DIC值之间，则可例如通过内插法确定测量距离。在图4B的示例中，针对接近像素位置为大约104、604和990的DIC的一些小范围示出了一些具体的示例值，其中对应的测量距离在接近37微米、381微米和486微米的范围内。

在操作中(例如，对于如图1所示的到表面190的测量距离)，光学笔120连接到CRS电子件部分160并且相对于表面190以可操作方式定位以执行测量操作。测量操作包含：光学笔120输入来自照明源164的输入光谱分布并将对应的辐射输出到表面190，以及从表面190接收反射的辐射并输出反射的辐射以向CRS波长检测器162提供输出光谱分布，所述CRS波长检测器接着提供输出光谱分布数据。输出光谱分布包含距离相关的分布分量和与距离无关的分布分量。距离相关的分布分量具有波长峰值(例如，图3中的峰值302)，所述波长峰值指示从光学笔120到表面190的测量距离(例如，测量距离Z)。如上文所描述，将由CRS系统根据质心计算确定的测量DIC引用到存储的距离校准数据(例如，图4A、4B或11)以便确定对应于测量DIC的测量距离(例如，测量距离Z，其为值ZOUT)。如果测量DIC落入在相邻的校准DIC值之间，则可以通过(例如，在对应于相邻的校准DIC值的测量距离之间)内插来确定对应于测量DIC的测量距离。

图5是测量系统500的第一示例性实施方案的框图，所述测量系统包含与CRS系统100′结合用于测量工件的测量机501(例如，机器视觉检查系统)。在本文的各个附图中，除非说明书或上下文另有指示，否则具有类似后缀的附图标记(例如，具有后缀XX的附图标记1XX和1XX′或5XX)通常可指代大体上类似的元件，使得本领域普通技术人员通常可在描述有限的情况下基于类似于对类似元件1XX的先前描述等理解元件1XX′或5XX的操作。然而，应当理解，尽管存在这种类比，但是各种元件可以在不同的实施例中具有不同的实施方案，这对于本领域普通技术人员是显而易见的，并且不限于是相同的。

如本领域已知的，机器视觉检查系统(“视觉系统”)可以用于获得被检查物体的精确尺寸测量并检查各种其它物体特征。此类系统可包含计算机和用户接口506、相机(未示出)、光学成像系统534和可移动的精密台572，使得相机能够扫描正在被检查的工件的特征。在第7,454,053号和第8,085,295号美国专利中描述了具有如光学成像系统534的光学系统的机器视觉检查系统，所述美国专利在此以全文引用的方式并入本文。机器视觉检查系统和控制系统的各个方面也更详细地描述于美国专利第7,324,682号(′682专利)和美国专利公开第20050031191号(′191公开)，其在此也以全文引用的方式并入本文。如′682专利和′191公开中所描述，机器视觉检查系统(MVIS)501可包含视觉系统控制器502，所述视觉系统控制器能用于调用所捕捉和存储的工件检查图像，检查并分析此类工件检查图像中的工件特征，以及存储和/或输出检查结果。图5包含作为参考系用于MVIS 501的机器坐标系(MCS)的正交XYZ坐标轴。在图5的配置中，MCS的Z轴平行于光学笔120′的Z方向，所述Z方向被定义为平行于光学笔120′的光轴，所述光轴是光学笔120′的距离测量轴。

如图5所示，包含物镜570的光学成像系统534具有光轴OA2，并且可用于放大并成像台572上的工件的表面。光学成像系统534可通过沿Z轴导向轴承534a移动来获得图像焦点，并且在各种实施方案中可通过运动机构534b(例如，驱动致动器以使光学成像系统534沿Z轴移动的可控制电机)来移动。在各种实施方案中，运动机构534b可由视觉系统控制器502中的运动控制器505控制。在各种实施方案中，工件可位于工件台572上的光学成像系统534的视场(FOV)中，该工件台能沿X轴和Y轴在导向轴承572a上移动。工件台572可由运动机构572b(例如，驱动致动器以使工件台572沿X轴和/或Y轴移动的可控制电机)移动。在各种实施方案中，运动机构572b可由运动控制器505控制。

机器视觉检查系统(MVIS)501可包含探针系统536，所述探针系统可经由合适的托架构件(未示)安装到或以其它方式耦合到MVIS 501的转台(形成光学成像系统534)。探针系统536可适于保持CRS系统100′的光学笔120′以结合本文所描述的那些功能等各种测量和校准功能使用。在各种实施方案中，光学笔120′将理解为包含与图1的光学笔120类似或相同的部件。光学笔120′可以机械方式耦合到探针头组件539，并且光纤112′将光学笔120′连接到CRS系统100′的光学笔电子件部分160′。在所示实施例中，光学笔电子件部分160′是视觉系统控制器502的一部分。MVIS 501可包含相关联的控制软件，所述控制软件与那些通过可从位于伊利诺伊州奥罗拉(Aurora，IL)的日本三丰美国公司(Mitutoyo AmericaCorporation，MAC)获得的QUICK

在此配置中，可结合标准机器视觉技术利用标准坐标测量机技术来利用运动控制器505控制探针系统536和/或工件台572的移动，以使具有测量光束196′的光学笔120′关于待测量表面自动定位。另外或替代地，可利用运动控制器505来移动工件台572和/或光学成像系统534，使得可执行测量和校准功能(例如，如本文中和所并入的参考文献等描述的那些功能)。如下文将更详细地描述，可作为用于获得包含光学笔120′的CRS系统100′的距离校准数据的校准方法的部分来执行某些操作，包含测量球形校准对象700(例如，参见图7)。

如图5中所示，探针系统536能沿Z轴导向轴承536a移动，并且可由运动机构536b(例如，驱动致动器以使探针系统536沿Z轴移动的可控制电机)移动。在各种实施方案中，运动机构536b可由运动控制器505控制。在各种实施方案中，探针系统536可耦合到光学成像系统534(例如，经由合适的托架构件耦合到含有光学成像系统534的转台)，使得Z轴导向轴承534a和/或536a中的一者或两者可被包含和/或以其它方式用于使得光学成像系统534和探针系统536的Z轴运动能够由运动机构534b或536b中的一者或两者控制。在一些实施方案中，MVIS 501的转台和CRS系统100′的光学笔120′沿Z轴方向一前一后移动。在各种实施方案中，光学成像系统534和光学笔120′的Z测量范围可彼此以及与MVIS 501的Z轴控制器坐标校准或参考。光学笔电子件部分160′和视觉系统控制器502可被配置成根据已知方法交换数据和控制信号，以支持光学笔120′和光学成像系统534的协同调整(例如，机械移动)。

图5绘示了表示示例性控制电路和/或例程的框。各框包含计算机和用户接口506、视觉系统控制器502，所述视觉系统控制器可充当用于与光学笔电子件部分160′通信的主机系统并且包含探针头控制器503、位置锁存器504和运动控制器505。所有的框彼此互连并通过电力和控制总线510与机器视觉和检查系统501的各个部件互连，在图5的实施例中，所述电力和控制总线通过连接592连接到探针系统536。光学笔电子件部分160′可使用光学笔120′执行测量，并且与计算机和用户接口506和/或视觉系统控制器502交换控制和数据信号。

MVIS 501的运动控制器505可用于控制运动机构(例如，运动机构536b)以用于调整光学笔120′与(例如，工件或校准对象等的)待测量表面之间的距离以对应于其中待测量表面处于光学笔120′的测量范围R内的距离。如上文所指出，在各种实施方案中，待测量表面还可相对于光学笔120′定位在X轴和Y轴方向上(例如，通过探针系统536和/或工件台572的移动，所述探针系统和/或工件台通过可由运动控制器505控制的运动机构572b移动而可沿X轴和/或Y轴在导向轴承572a上移动)。具体地说，如下文将更详细地描述，在各种实施方案中，可获得距离校准数据(例如，在执行球形校准对象700的上表面的螺旋扫描时)，对此可在X轴和Y轴方向上进行相对移动(例如，利用运动机构572b等)。在一些实施方案中，作为此类过程的部分，光学笔120′的Z位置(例如，在机器坐标系中)可保持恒定(例如，其中还可表示为Z运动机构的运动机构536b可在执行螺旋扫描以获得距离校准数据时不用于移动光学笔120′)。

在各种实施方案中，测量机(例如，MVIS)可包含用于实现沿着X轴和/或Y轴方向的相对移动的替代配置。例如，并非台572在X轴和Y轴方向都可移动，而是台572仅可在一个方向移动(例如，X轴方向，由运动机构572b移动)，而探针系统536可在另一方向上移动(例如，Y轴方向，由对应的运动机构移动)。在其它实施方案中，台572可固定，其中探针系统536可在X轴和Y轴这两个方向上移动(例如，由对应的运动机构移动)。在各种实施方案中，包含图5的测量机(MVIS)501的测量系统500可包含高精度运动机构，使得光学笔120′相对于球形校准对象700的相对X轴和Y轴移动可具有优于1微米的精度，使得指示从螺旋扫描获得的距离指示数据中每个测量的表面点的位置的X和Y坐标将具有高度的精度。

在各种实施方案中，位置锁存器504提供锁存信号。在一个实施例中，视觉系统控制器502的位置锁存器504有助于确保具有光学笔120′(例如，由运动控制器505控制)的探针系统536的XYZ坐标(例如，MCS坐标)与来自光学笔120′的测量值恰当地同步。例如，可由位置锁存器504生成对应于进行CRS测量时的时间点的锁存信号，对于所述时间点，锁存信号还使得从同一时间点确定/记录/锁存探针系统536在机器坐标系中的XYZ坐标。因此，光学笔120′的CRS测量值(例如，指示Z距离)可与探针系统536的XYZ坐标(即，指示当进行测量时探针系统536和光学笔120′的XYZ位置)组合，以便确定机器坐标系内的总位置数据/测量值。如将下文更详细地描述，作为某些校准操作的部分，探针系统536的Z位置可保持恒定，其中位置锁存器可主要关于探针系统536和相应地光学笔120′的XY坐标，所述XY坐标与光学笔120′到球形校准对象700上的对应表面点(即，在对应XY坐标处)的CRS测量值(例如，指示Z距离)组合。

大体上，可使用与用于某些先前已知系统中的类似操作的部件和操作类似或相同的部件和操作来配置以上概述的各个框。应当理解，在各种实施例中，上文所概述的框的操作可以使用通用处理器等来执行，并且在各种实施例中，与各个框相关联的电路和/或例程可以被合并或不能区分。将在下文更详细地描述利用光学笔120′扫描球形校准对象700以获得CRS系统100′的距离校准数据(例如，距离校准数据400A、400B或1100)的操作。

图6是测量系统600的第二示例性实施方案的框图，所述测量系统包含结合CRS系统100″用于测量工件的测量机601(例如，坐标测量机(CMM))。在图6的示例中，CRS系统100″的某些部分被包含为可互换CRS光学探针系统615的部分。也就是说，CRS光学探针系统615可与其它类型的CMM探针自动互换。CRS光学探针系统在本文中也可以简称为CRS光学探针。图6包含作为参考系用于CMM 601的机器坐标系(MCS)的正交XYZ坐标轴。在图6所示的配置中，MCS的Z轴平行于光学笔120″的Z方向，所述Z方向被定义为平行于光学笔120″的光轴，所述光轴是光学笔120″的距离测量轴。

测量系统600包含坐标测量机控制器602、计算机和用户接口606、探针信号处理和控制电路607和坐标测量机601。控制器602包含探针头控制器603、位置锁存器604和运动控制器605。CRS光学探针615包含自动交换接头元件636，并且通过探针自动接头连接件630(也被称为自动交换接头连接件)中的配合接头元件连接到坐标测量机601。

在各种实施方案中，坐标测量机601可通过数据传送线610(例如，总线)与所有其它部件通信，所述数据传送线通过连接器608(例如，“微型D”型连接器)连接到探针头线缆611，所述探针头线缆将信号提供到CRS光探针615以及从所述CRS光探针提供信号。坐标测量机601由坐标测量机控制器602控制，而CRS光学探针615与探针信号处理和控制电路607(例如，在一个实施方案中，包含测量信号处理和控制元件160B″，如上文参考图1中的元件160B所概述)交换数据并由所述探针信号处理和控制电路控制。在各种实施方案中，用户可通过计算机和用户接口606控制一些或所有部件。

CRS光学探针615包含：探针电子件675，其包含光源和波长检测器部分160A″(例如，在一个实施例中，包含光源和波长检测器，如上文参考图1中的元件160A所概述)；以及光学笔120″，其朝向测量表面引导测量光束196″。在各种实施方案中，与光学笔120″相关的数据(例如，标识数据、距离校准数据、补偿数据等)可存储在CRS光学探针615外部(例如，在探针信号处理和控制电路607中)。在替代实施方案中，此类数据的部分可存储或以其它方式编码在CRS光学探针615的部分内。

CRS光学探针615包含CRS系统100″的光学笔120″以与各种测量功能结合使用。在此配置中，标准坐标测量机技术可与运动控制器605结合使用，以使带有具有测量光束196″的光学笔120″的CRS光学探针615关于工件自动定位，使得可执行测量功能(例如，在并入的参考文献中描述的那些测量功能等)。如将在下文更详细地描述，某些类似的操作可作为用于针对包含光学笔120″的CRS系统100″获得距离校准数据的校准方法的一部分来执行，包含测量球形校准对象700(例如，参见图7)。

在各种实施方案中，位置锁存器604提供锁存信号。在一个实施例中，坐标测量机控制器602的位置锁存器604有助于确保坐标测量机601(例如，由运动控制器605控制)的XYZ坐标与来自光学笔120″的测量值恰当地同步。例如，可由位置锁存器604生成对应于进行CRS测量时的时间点的锁存信号，对于所述时间点，锁存信号还使得从同一时间点确定/记录/锁存CMM 601(例如，在机器坐标系中)的坐标。因此，CRS光学探针测量值(例如，指示Z距离)可与CMM的XYZ坐标(即，指示当进行测量时CRS光学探针615和光学笔120″在MCS中的位置)组合，以便确定MCS内的总位置数据/测量值。

大体上，可使用与用于某些先前已知系统中的类似操作的部件和操作类似或相同的部件和操作来配置以上概述的各个框。应当理解，在各种实施例中，上文所概述的框的操作可以使用通用处理器等来执行，并且在各种实施例中，与各个框相关联的电路和/或例程可以被合并或不能区分。将在下文更详细地描述利用光学笔120″扫描球形校准对象700以获得CRS系统100″的距离校准数据(例如，距离校准数据400A、400B或1100)的操作。

图7示出用于获得具有光学笔120的CRS系统100(例如，附接到例如图5和6所示的测量机)的距离校准数据的球形校准对象700的实施例。球形校准对象700包括具有顶点TP(例如，沿Z轴的最高点)的标称球形校准表面704，并且通常可由表面板708上的支撑结构706(例如，其可以是表面板708的一部分或定位在表面板上)支撑。球形校准对象700具有标称半径Rs和参考中心Cs。如将在下文更详细地描述，对球形校准对象700进行的测量可用于确定CRS系统100的距离校准数据。

图8示出对球形校准对象700的标称球形校准表面704的顶部执行的螺旋扫描800。图8的图示是示出在球形校准对象700的顶部上方以三个维度执行的螺旋扫描的二维表示的俯视图。X轴和Y轴位置与用于移动光学笔120的测量机(例如，图5的机器视觉检查系统501，或图6的坐标测量机601等)的机器坐标系一致。图8的螺旋扫描图案示出光学笔120和测量光束196在球形校准对象700的顶部表面上的运动(例如，在X轴和Y轴方向上)(例如，当光学笔120维持在沿Z轴的恒定Z高度时)。

在各种实施方案中，作为螺旋扫描的部分，可测量数个表面点以确定对应于色度范围传感器光学笔120与球形校准对象700的标称球形校准表面上的每个相应表面点之间的距离的距离指示数据。在图8的示例中，示出数个示例表面点(例如，表面点P0、PE1到PE8、PS1到PS9、PW1到PW9、PN1到PN8)但应了解，在各种实施方案中，可沿着螺旋扫描图案获取额外表面点(例如，除了和/或替代图8中所示的示例表面点)。例如，在一些实施方案中，测量的表面点的数目可为数百或数千。作为一个示例，如果需要约10微米的平均Z轴方向步长，并且如果光学笔120的测量范围R约为100微米，则这可对应于在100微米范围中测量约10个表面点(即，等于100/10)以确定所要的距离校准数据。作为另一示例，如果需要约1.0微米的平均Z轴方向步长，并且如果光学笔120的测量范围R约为100微米，则这可对应于在100微米范围中测量约100个表面点(即，等于100/1)以确定所要的距离校准数据(例如，这可对应于比10微米步长示例更高的精度)。作为另一示例，如果需要约0.3微米的平均Z轴方向步长，其中光学笔120的测量范围R约为300微米，则这可对应于在300微米范围中测量约1,000个表面点(即，等于300/0.3)以确定所要的距离校准数据。

在各种实施方案中，随着螺旋扫描进一步进行远离中心，可能需要增加作为螺旋扫描的一部分测量的表面点的频率。具体地说，应注意，螺旋扫描离中心越远，表面点之间的Z距离的变化可能发生得越快(即，由于距顶点TP越远，球形校准对象700的斜率越会增加)。相应地，如果期望在随后测量的表面点之间具有大致相等的Z高度步长，则螺旋扫描进行得离中心点P0越远则越是可能需要相应地沿螺旋扫描更频繁地测量表面点(例如，按测量的表面点之间的间隔，这会使每个表面点之间的Z高度步长大致相等)。

在图8的示例中，每个示例表面点具有对应的X和Y轴坐标。在螺旋扫描图案的中心处是坐标为X0、Y0的中心点P0。向右延伸的是示例表面点PW1到PW9，其中表面点PW1处于坐标XW1、Y0，表面点PW2处于坐标XW2、Y0等。向左延伸的是表面点PE1到PE8，其中表面点PE1处于坐标XE1、Y0，表面点PE2处于坐标XE2、Y0等。向下延伸的是表面点PS1到PS9，其中表面点PS1处于坐标X0、YS1，表面点PS2处于坐标X0、YS2等。向上延伸是表面点PN1到PN8，其中表面点PN1处于坐标X0、YN1，表面点PN2处于坐标X0、YN2等。对于图8中所示的特定示例表面点集合，为了简化图示，将示例表面点PW1到PW9和PE1到PE8标注为具有相同的Y轴坐标Y0(例如，其中延伸穿过二维表示中的示例表面点的线平行于X轴)。将表面点PN1到PN8和PS1到PS9标注为具有相同X轴坐标X0(例如，其中延伸穿过二维表示中的示例表面点的线平行于Y轴)。应了解，在三维表示和/或不同的侧视图中(例如，如图9A和9B中所示)，穿过示例表面点的线可以是弯曲的(例如，根据球形校准对象700的顶部的形状)。

应了解，对于图8的特定示例表面点，随着螺旋扫描围绕螺旋图案行进，示例表面点出现在不同的角度定向处(例如，对于图8中的示例表面点，具有大约90度的间隔)。例如，从表面点PE1开始，沿着螺旋图案每次相应旋转约90度，是表面点PS1，接着是表面点PW1、表面点PN1、表面点PE2、表面点PS2等。应了解，根据螺旋图案的几何特性，沿螺旋图案的每个相应表面点的X、Y坐标可在距中心点P0的X、Y坐标的相应更远径向距离处。例如，PW1的径向距离(例如，对应于XW1-X0)可大于PS1的径向距离(例如，对应于Y0-YS1)，PS1的径向距离可大于PE1的径向距离(例如，对应于X0-XE1)。应了解，径向距离的此类计算通常可根据相应点的相应坐标之间的距离的绝对值。如下文将更详细地描述，在例如其中顶点TP处于与中心点P0′相同的位置的图9A的示例中，从表面点到顶点TP的径向距离与到中心点P0′的径向距离相同。相比之下，在例如图9B的示例中，当中心点P0″与顶点TP不在同一位置时，到顶点TP的径向距离将不同于到中心点P0″的径向距离。

关于图8的示例，可注意到，螺旋扫描的外部部分包含部分螺旋扫描部分，例如包含表面点PS9和PW9的部分。应了解，此类部分螺旋扫描部分可能是由于球形校准对象的顶点TP没有与螺旋扫描的中心点P0完全对准而产生。更具体地，图8中的扫描表面点对应于光学笔120的测量范围R内的点。因此，当螺旋扫描的外部部分到达球形校准对象上在光学笔120的范围R之外的点时，没有表面点被示为在螺旋扫描中被测量(即，由于此类表面点超出范围R)。因此，包含点PS9和PW9的螺旋扫描的不连续部分可指示球形校准对象的顶点TP可处于与螺旋扫描的中心点P0不同的位置(例如，大约位于表面点PW1与PS1之间，或以其它方式偏离中心点P0，例如在示出的示例中的西南方向)。

如将在下文更详细地描述，在例如图9A的示例中，作为每个表面点的螺旋扫描测量值的部分，每个更远的径向距离可大体上对应于沿着Z轴离光学笔120更远的测量距离。如上所指出，尽管为图示的简单起见仅在图8中示出相对较少的表面点，但在各种实施方案中，可测量较大数目的表面点(例如，数百或数千个表面点)作为螺旋扫描的部分以用于确定距离校准数据。如将在下文更详细地描述，图9A示出其中螺旋扫描的中心点P0′处于与球形校准对象700的顶点TP相同的位置的示例，而图9B示出其中螺旋扫描的中心点P0″偏离球形校准对象700的顶点TP的示例。

图9A是示出作为球形校准对象700的标称球形校准表面704的顶部的螺旋扫描(例如，图8的螺旋扫描)的部分测量的某些示例表面点P0′到PW9′的横截面侧视图。在图9A的示例中，为简单起见仅示出表面点P0′到PW9′，但应了解，可类似地在此类示例的左侧示出额外表面点(例如，表面点PE1′到PE8′)。在图9A中，光学笔120被示为在螺旋扫描过程期间维持在机器坐标系中的恒定Z位置/高度，其中所述恒定Z位置/高度可表示为Z高度ZCAL。光学笔120与相应表面点P0′到PW9′之间的距离Z0′到ZW9′中的每一者相应地示为处于表面点P0′到PW9′与校准Z高度ZCAL之间。如上文所描述，当测量每个相应表面点(即，其中测量光学笔120与相应表面点之间的距离)时，光学笔120具有指向每个相应表面点处的测量光束196。

如图9A中所示，光学笔的测量范围R涵盖最小测量距离ZMIN到最大测量距离ZMAX。为了开始螺旋扫描，将光学笔120相对于球形校准对象700布置，使得最小测量距离ZMIN靠近/接近标称球形校准表面704的顶点TP。在各种实施方案中，最小测量距离ZMIN可略微高于或低于顶点TP。在一个实施方案中，最小测量距离ZMIN可刚好高于顶点TP，以帮助确保所要表面点，例如用于确定所要距离校准数据的表面点P0′到PW9′，将全部在光学笔120的测量范围R内。在另一实施方案中，最小测量距离ZMIN可刚好低于顶点TP，以帮助确保光学笔120的整个测量范围R对应于球形校准对象700的标称球形校准表面704上的表面点。在此类实施方案中，顶点TP可能不在光学笔120的测量范围R内(例如，刚好高于测量范围R)，但其中仍可确定或以其它方式指示顶点TP的位置(例如，基于来自螺旋扫描的距离指示数据和标称球形校准表面704的已知特性)，如下文将更详细地描述。

图9A的特定示例适用于描述当螺旋扫描的中心点P0′完全对应于球形校准对象700的顶点TP时可发生的某些关系。应了解，虽然顶点TP的大概/粗略位置可能是已知的(例如，可实现此类定位)，但在一些情况下，顶点TP的精确位置可能通常是未知的(例如，就确切X、Y坐标来说)，对此，可通过其它过程(例如，基于来自螺旋扫描的距离指示数据)确定此类精确位置，如下文将相对于图9B的示例更详细地描述。

根据例如图8的螺旋扫描的一般特性，螺旋图案中的每个相应点将分别离中心点P0′更远。对应地，在图9A的示例中，由于中心点P0′对应于顶点TP(即，具有与顶点TP相同的X、Y坐标)，因此沿着螺旋扫描的相应表面点中的每一者在X、Y坐标中将具有距顶点的X、Y坐标更远的径向距离。对应地，根据标称球形校准表面704的几何性质，后续距离ZW1′到ZW9′中的每一者将大于先前对应的Z距离。因此，对应于后续测量点P0′到PW9′的测量值的对应波长峰值302(例如，参见图3)中的每一者将在波长测量轴(例如，图3中所示)上向右移位，其中每个峰值的对应距离指示坐标将具有较高值。

在图10的曲线1010′中示出此类关系，其中将每个点P0′到PW9′示为具有对应的距离指示坐标，所述距离指示坐标增大并且对应于增大的径向位置(即，其中根据标称球形校准表面704的几何形状，增大的径向位置对应于增大的Z距离)。在图10中，曲线1010′包含图9A的表面点P0′到PW9′的数据，而曲线1010″包含图9B的表面点P0″到PW9″的数据，如下文将更详细地描述。在图10的示例中，曲线1010″重叠在曲线1010′上，其中这两个曲线极为类似或相同。在图10的曲线1010′中，径向位置指示相应表面点的X、Y坐标距顶点TP的X、Y坐标的距离。因此，应了解，在各种实施方案中，顶点TP的X、Y位置(例如，已确定或以其它方式已知)与每个表面点的径向位置相关(例如，并且可用于确定所述径向位置)。如将关于图9B更详细描述，在中心点P0″与顶点TP有偏移的示例中，可利用拟合过程和/或其它计算来确定和/或适当地拟合表面点的测量值到曲线1010″，例如图10的曲线。

关于图9A和10的示例，应了解，关于图8中沿螺旋扫描的示例点，相应的额外点将落在图10中示出的点之间。更具体地，沿着曲线1010′，在表面点P0′与PW1′之间将分别为表面点PE1′和PS1′。类似地，表面点PW1′与PW2′之间将分别为表面点PN1′、PE2′和PS2′，诸如此类，其中所有后续表面点将继续沿着图10中所示的曲线1010′排序。如上文所指出，在各种实施方案中，除了或替代图8中所示的几个示例表面点，可测量许多其它表面点。在这点上，在中心点P0′与顶点TP之间存在完美对准的图9A的示例中，沿着螺旋扫描测量的每个后续表面点将沿着图10的曲线1010′定位得更远，对应于相对于顶点TP更远的径向位置以及随后更高/更大距离指示坐标。同样，此类性质是校准对象700的标称球形校准表面704的几何性质的结果，其中沿着螺旋扫描更远并且因此离顶点TP更远的每个后续表面点将具有离光学笔120更大的对应Z距离，所述光学笔在螺旋扫描期间维持在恒定Z高度ZCAL。

如图9A所示，每个测量的表面点关于顶点TP的径向位置可用来确定每个测量的表面点的确切Z高度/位置(即，基于标称球形校准表面704的已知曲线/几何性质)。如将在下文更详细地描述，对于图9B的螺旋扫描，尚不知晓测量的表面点的径向位置(即，相对于顶点TP)，因为顶点TP的确切位置是未知的(即，并未恰好与图9B中的螺旋扫描的中心点P0″一致)。然而，由于螺旋扫描(例如，其中每个测量的表面点的X、Y位置是已知的)和标称球形校准表面704的已知性质/特性，在螺旋扫描期间获取的距离指示数据(例如，包含每个测量的表面点的已知X、Y位置和从每个表面点的测量确定的对应距离指示坐标)，可用于确定/推断顶点TP的X、Y位置和/或每个测量的表面点(例如，相对于顶点TP)的对应径向位置。

在一个实施方案中，可通过执行包含最小化XY方向上的曲线(即，距离指示数据的曲线)的拟合误差的过程(例如，包含通过尝试顶点TP的不同位置执行迭代直到拟合误差最小化)来确定顶点TP的X、Y位置和/或每个测量的表面点的对应径向位置。在其它实施方案中，可替代地或另外利用各种其它类型的计算来确定顶点TP的X、Y位置和/或每个测量的表面点的对应径向位置。作为关于此类计算和/或曲线拟合技术的一些特定简化示例值，应注意，关于图9B，表面点P0″和PW1″的测量值会产生相同的距离指示坐标。在此类情况下，可推断出，顶点TP与表面点P0″和PW1″等距(即，基于标称球形校准表面704的已知性质/特性)。此外，如果顶点TP的X、Y坐标位于表面点P0″和PW1″的X、Y坐标之间的线上，则到另一表面点(例如，表面点PW2″)的径向位置/距离应与某些值对应/一致(即，如果顶点TP处于表面点P0″与PW1″之间的假设位置，则测量的表面点PW2″的距离指示坐标应对应于与到顶点TP的径向距离一致的Z高度/位置)。

相比之下，如果顶点TP不在表面点P0″与PW1″之间的线上，但仍与这两个表面点等距，则可确定顶点TP的不同位置(例如，利用各自与表面点P0″和PW1″等距的不同实验位置处的迭代)来确定与针对其它表面点(例如，表面点PW2″等)确定的距离指示坐标一致的顶点TP的位置。虽然提供与图9B相关的此类示例值是为了简化说明，但应了解，给定螺旋扫描的已知性质/特性和标称球形校准表面704，其它已知类型的类似计算和/或曲线拟合(例如，最小化曲线的拟合误差)技术可用于基于在螺旋扫描期间获取的距离指示数据确定顶点TP的位置和/或测量的表面点的径向位置。

在图9B的示例中，如上所指出，螺旋扫描的中心点P0″偏离球形校准对象700的标称球形校准表面704的顶点TP，并且其中示出螺旋扫描的表面点P0″到PW9″。除了此差异之外，图9B的某些特性将理解为类似于图9A的特性，并且其中示出图9A的表面点P0′到PW9′以在图9B的图中进行比较。在图9B的示例中，如上所指出，表面点P0″和PW1″与顶点TP大致等距，并且其中在此示例中，顶点TP可被视为正好位于表面点P0″与PW1″之间(例如，与所述表面点等距)。在这点上，应了解，Z距离Z0″和ZW1″大致相等(即，由于点P0″和PW1″在顶点TP的相对侧的相等距离处)。因此，在图10的曲线1010″中，点P0″和PW1″被指示为当由光学笔120测量时对应于相同的距离指示坐标，并且对应地各自相对于顶点TP的X、Y坐标都处于相同的径向位置/距离处(即，在机器坐标系的X、Y坐标中)。

关于图9B的示例，应了解，根据曲线拟合或例如上述那些技术的其它技术，沿着例如图10的曲线的曲线1010″测量的表面点的正确标绘可能需要正确拟合此类曲线(例如，需要正确地确定每个表面点的径向位置/距离)。例如，另外关于上文提到的示例，如果尝试将点P0″标绘在与点P0′相同的位置处(即，根据点P0″处于顶点TP的位置处的不正确假设)并且将表面点PW1″标绘在与表面点PW1′相同的位置处，则将产生不正确的曲线(即，具有相对于期望值的误差)(例如，可能基于未拟合/不与标称球形校准表面704的已知性质一致而观察到/确定)。具体地说，将点P0″和PW1″标绘在沿曲线的不同位置处将不符合其中不同距离指示坐标应对应于不同径向位置的已知性质(例如，其中关于此类已知性质的差异可被视为应作为曲线拟合过程的一部分而最小化的误差等)。更具体地说，对表面点P0″和PW1″的测量会产生相同的距离指示坐标(即，由于相等距离Z0″和ZW1″)，所述距离指示坐标应对应于每个表面点P0″和PW1″相对于顶点TP的相同径向位置。通过执行正确地确定每个表面点P0″到PW9″相对于顶点TP的径向位置(例如，以便对应于已知性质等)的过程，可得到正确拟合的曲线(即，其中拟合误差被最小化)，如图10的示例曲线1010″所示。

在某些实施方案中，此类曲线拟合或类似计算和/或技术可有效地对应于执行迭代，其中在不同位置尝试顶点TP的X、Y坐标，并且其中确定/标绘表面点的不同对应径向位置/距离。此类迭代可继续，直到所得曲线和/或对应的径向位置/距离拟合期望值/具有曲线的最小拟合误差(例如，还有效地确定了顶点TP的X、Y坐标)。通过正确地确定每个表面点P0″到PW9″相对于顶点TP的径向位置，也可正确地确定对应于每个表面点P0″到PW9″的距离校准数据。应注意，标绘的曲线1010″基本上与标绘的曲线1010′相同，因此，示出图9B的螺旋扫描——即使中心点P0″相对于顶点TP偏移——也会产生准确的距离校准数据(例如，对应于曲线1010′或1010″到图11的曲线1110的转换，如下文将更详细地描述)。

图11是将距离指示坐标与到表面的测量距离相关的呈类似于图4A的距离校准数据曲线形式的CRS距离校准数据1110的表示图1100。图10的曲线1010′或1010″到图11的曲线1110的转换需要将图10的径向位置转换到图11的Z位置/距离。在各种实施方案中，可根据已知几何特性/原理进行此类转换，其中沿着标称球形校准表面704距顶点TP的给定径向距离将产生每个表面点的已知对应Z位置/距离(例如，根据已知几何和三角关系和特性等)。

应注意，图11传达了与图4A的校准曲线410A类似的信息，并且可类似于如上文所描述的图4A而利用。在各种实施方案中，当根据本文公开的原理确定例如由图11示出的距离校准数据等距离校准数据时，可出于各种目的利用此类确定的距离校准数据。例如，对于先前没有确定距离校准数据的光学笔，或其中要替换现有距离校准数据的光学笔，图11所示的距离校准数据可存储在电子件部分160的存储器部分168的校准部分169中。替代地，在例如图11的距离校准数据等距离校准数据用以对光学笔的存储的距离校准数据执行准确性检查的实施方案中，可在图11的距离校准数据与先前存储的距离校准数据之间进行比较，以确定是否存在显著差异。在各种实施方案中，如果发现显著差异，则可向用户提供指示所存储的距离校准数据可具有不准确性的警示，对此可能需要进一步的动作(例如，进一步测试/验证和/或将光学笔120发回工厂或其它机构以待执行完整工厂校准等)。

关于球形校准对象700的一般性质，预期所述球形校准对象具有高精度标称球形校准表面704。应注意，球形校准对象700可具有标称球形校准表面704，但可以不是完整的球体(例如，可以是半球或球体更少的一部分，其提供可根据本文公开的原理来使用的标称球形校准表面704，例如图9A和9B中所示)。由于球形校准对象700的表面704的高精度性质，起于顶点TP的每个增大的径向距离将对应于光学笔120与球形校准对象上的对应表面点之间的更长距离Z。在这点上，顶点TP的确切位置的确定使得从螺旋扫描获得的距离指示数据能够准确地与正确的Z距离/位置相关联，如图11中所示。

作为相对于图9B的快速示例，如图10中所示，如果点P0″和PW1″改为分别标绘在点P0′和PW1′的径向位置处(例如，归因于图9B中的顶点TP位于表面点P0″处的不准确假设)，则点P0″和PW1″的所指示径向位置将不准确，为此，所述径向位置用于对应于图11的关于校准数据的图中的Z位置/距离。相反，关于图9B的示例，通过正确地确定顶点TP的位置如图10中所示(根据从螺旋扫描获得的距离指示数据的曲线与预期曲线特性的正确拟合(例如，最小化曲线在XY方向上的拟合误差)而确定)，表面点P0″和PW1″可正确地关联到相同的径向位置，其中图11的对应距离指示坐标可正确地与正确的Z位置/距离相关联(例如，根据图10的径向位置确定)。如前所述，给定球形校准对象700的高精度表面704，根据三角原理，每个径向位置对应于确切的Z位置/距离，因为每个测量的表面点被确定为处于距顶点TP某一相应距离处。

图12是示出例程1200的一个示例性实施例的流程图，所述例程用于通过测量球形校准对象的表面点来确定色度范围传感器系统的距离校准数据。例程1200可例如由本文描述的色度范围传感器系统的一个或多个实施例采用。为方便起见，参考图8到11描述例程1200。所述色度范围传感器系统具有耦合到具有机器坐标系的测量机的色度范围传感器光学笔120。色度范围传感器光学笔120被配置成沿接近待测量工件表面的距离测量轴在不同距离处聚焦不同波长。

例程1200开始于1202，其中色度范围传感器光学笔120以相对于具有标称球形校准表面704的球形校准对象700的某一关系布置。例如，色度范围传感器光学笔120可定位成使得CRS最小测量距离ZMIN接近球形校准对象700的标称球形校准表面704的顶点TP。例程1200从1202前进到1204。

在1204，例程1200控制测量机以实现色度范围传感器光学笔120关于标称球形校准表面704的相对移动以获得距离指示数据。在一些实施例中，当获得距离指示数据时，可在标称球形校准表面704上方的机器坐标系中维持色度范围传感器光学笔120的恒定Z高度(例如，保持相同的Z坐标)。

与用于获得距离指示数据的其它可能的扫描模式相比，例如上文参考图8到9B描述的螺旋扫描可具有优点。特别是关于球形校准对象的利用，可能希望在球形校准对象的顶点TP处或附近开始扫描(例如，其中在中心位置P0开始的螺旋扫描特别适合于在顶点TP处或附近开始)，以帮助确保螺旋扫描将覆盖光学笔的范围R的有效部分，例如图9A和9B中所示。更具体地，在光学笔120尚未校准并且还没有距离指示校准数据的示例中，可能不确定最小距离ZMIN和最大距离ZMAX将相对于光学笔120位于何处。例如，如果扫描模式在远离球形校准对象一侧的位置开始，则这可能对应于超出距离ZMAX、在光学笔的有效范围R之外的距离，其中无法在扫描的初始部分获得有效的测量点。相反，通过在中心位置P0位于或接近球形校准对象的顶点TP处的情况下执行螺旋扫描，可增加螺旋扫描将覆盖光学笔120的至少大部分有效测量范围R以测量球形校准对象上的表面点的概率。

因此，色度范围传感器光学笔120的相对移动可以是在X-Y平面(例如，在校准Z高度ZCAL处位于或平行于X-Y平面的X-Y平面)中参考的螺旋图案，以便执行标称球形校准表面704的顶部的螺旋扫描，其中距离指示数据被确定为对应于在执行螺旋扫描时色度范围传感器光学笔120与标称球形校准表面704上的表面点之间的距离。距离指示数据可如上文关于图8到9B所描述的那样获得，其将Z距离指示为对应于峰值位置。如上文所论述，针对其确定距离指示数据的表面点的数目可以是数百或数千，并且可包括例如至少100个表面点。例程1200从1204前进到1206。

在1206，例程1200基于获得的距离指示数据确定用于色度范围传感器系统的距离校准数据。作为此类过程的一部分，可确定每个表面点关于标称球形校准表面的顶点的相对位置。

在一些实施例中，可评估在螺旋扫描期间采集的距离指示数据，以确定标称球形校准表面704的顶点的位置和每个表面点的相对位置。例如，可采用最小化XY方向上的(例如，来自螺旋扫描的距离指示数据的)曲线的拟合误差来确定顶点，如上文关于图9B和10更详细地描述。例如，可执行拟合例程，从而最小化曲线在XY方向上的拟合误差，其可在确定球形校准对象700的顶点位置时例如基于当从螺旋扫描获得的距离指示数据最好地拟合预期曲线时(例如，特别是如上文关于图10所描述)而收敛。如上所指出，可通过迭代来执行此类拟合例程，其中相对于从螺旋扫描获得的距离指示数据尝试不同的假设顶点位置，直到获得最佳拟合曲线。应了解，也可以或替代地采用其它技术来进行此类确定。例如，在一些实施方案中，可执行某些计算以更快地确定顶点位置(例如，基于以下原理的计算：如果两个表面点，例如P0″和PW1″，对应于图9B的示例中的相同距离指示坐标，则这可指示两个表面点位于距顶点TP相等的径向位置，为此可利用三角原理或其它分析来确定顶点TP的位置)。

在一些实施例中，可使用标称球形校准表面704的顶点TP的已知或存储的位置来替代或补充标称球形校准表面704的顶点的确定位置。例如，球形校准对象700可固定在测量机的台上，其中球形校准对象的顶点TP可具有先前已知的XY位置，无需评估来自螺旋扫描的数据。在各种实施方案中，图7的球形校准对象700可由用户放置(例如，在测量机的阶段台上)以用于根据本文公开的原理而利用(例如，用于执行螺旋扫描以确定距离校准数据)。

在各种实施方案中，标称球形校准表面上的表面点各自处于距球形校准对象的共同内部中心点的相同标称半径处。标称球形校准表面的顶点可处于共同中心点正上方，并且对应地可在机器坐标系中具有与共同中心点相同的X轴和Y轴坐标。标称半径和顶点在共同中心点上的已知或确定的位置可用于确定距离校准数据。每个表面点关于顶点的相对位置对应于每个表面点的径向位置，其中根据标称球形校准表面的已知几何性质，每个径向位置对应于顶点与表面点在机器坐标系中的Z轴坐标之间的已知差异。此已知信息可与获得的距离指示数据一起使用以生成/确定距离校准数据。

例如，在各种实施方案中，Z轴坐标之间的已知差异对应于从光学笔到表面点的测量距离的至少一部分。对于每个表面点，距离指示数据包括距离指示坐标，针对表面点基于沿波长检测器162的检测器阵列163的波长测量轴从表面点的测量产生的波长峰值来确定所述距离指示坐标。距离校准数据的确定可包含将每个表面点的距离指示坐标与对应于从光学笔到表面点的测量距离的距离相关。距离校准数据可呈校准曲线的形式，例如图11中所示的曲线。

用于通过测量球形校准对象的表面点来确定色度范围传感器系统的距离校准数据的例程的实施例可执行图12中未示的额外动作，可执行比图12所示更少的动作，可组合或分开图12中所示的动作，以及可按各种次序执行动作。

例如，例程1200可包含存储或上传距离校准数据的动作。例如，距离校准数据可上传到如图1所示的CRS系统的电子件部分160的校准部分169。存储或上传的距离校准数据可在表面点的后续测量期间使用。可基于沿检测器阵列的波长测量轴从表面点的测量产生的波长峰值来确定表面点的距离指示坐标，其中存储的距离校准数据用于基于与通过存储的距离校准数据确定的距离指示坐标相关的测量距离来确定(例如，从光学笔到测量的表面点的)测量距离。

在一些实施例中，除了距离指示数据之外，还可使用强度峰值数据。对于光学笔的工作范围内的每个测量距离(例如，关于图3到4B所描述)，作为其正常操作的一部分，光学笔120实际上可能接收到不同的总光量。更具体地，参考图3，波长峰值302的顶部归因于针对在此距离处测量的表面点接收到的光量而显示为处于电平0.93。相比之下，随着光学笔靠近或远离表面移动以及波长峰值302沿图3中所示的波长测量轴向左或向右移动，不同峰值的信号电平(照明量)可能更高或更低，这取决于实际接收到的光量，其中差异是光学笔120和光源等的正常操作的一部分(例如，对此，光源可具有针对沿此范围内的不同光颜色/光波长等提供的不同量的功率)。此类信号电平差异可能影响用于确定距离指示坐标的质心计算等，为此可能需要补偿此类差异。在一些实施方案中，可能希望具有距离校准数据的两个校准数据曲线，例如图4A，以用于指示距离指示坐标与Z高度测量值，以及用于指示每个测量距离处产生多少照明度(例如，图3中的信号电平)的第二曲线。

例如，在执行扫描(例如，螺旋扫描)之前或之后，在各种实施方案中，光学笔120的相对位置可相对于球形校准对象700向上和/或向下(例如，沿着Z轴方向)移动，使得仅改变从光学笔120到球形校准对象700的距离Z。例如，参考图9A和9B，可在扫掠期间生成的Z距离和强度峰值数据的范围中执行扫掠(例如，其中测量光束196指向位置P0)。可基于强度峰值数据确定强度与峰值像素曲线。更具体地，参考图3，当光学笔120移动到距球形校准对象700的不同距离时，对于每个距离Z，峰值像素坐标(PPC)将位于波长测量轴上的不同位置，并且其中针对每个峰值像素坐标位置记录强度(信号电平)。此类强度峰值数据可用于强度归一化(例如，如图3所示，其中将信号电平指示为以归一化伏特为单位)。

替代地，在一些实施方案中，可在收集距离指示数据的过程期间收集或粗略估计强度峰值数据。例如，来自螺旋扫描的数据可用于确定强度归一化曲线的近似值。更具体地，类似于上文所描述的光学笔保持在相同的XY位置并沿Z方向上下移动以获得不同强度归一化校准数据点的过程，在螺旋扫描期间确定的峰值的高度将通常各自对应于光学笔120与球形校准对象700上的相应表面点之间的不同距离Z，其中每个Z高度的强度(信号电平)和对应的峰值像素坐标可被记录为强度归一化曲线的一部分。

在采集到此类强度峰值数据之后(例如，在螺旋扫描过程之前、之后或期间)，可在确定距离指示坐标之前将强度校准应用于从螺旋扫描采集的峰值。在某些实施方案中，可能不收集强度归一化校准曲线。应注意，强度归一化曲线的收集和其用于归一化测量分布信号中的强度(信号电平)值的应用在某些实施方案中可能会使距离校准数据和/或后续对应测量值更准确。

在各种实施方案中，可周期性地执行所公开的校准过程(例如，用于确定CRS系统新的或更新的校准数据，或用于验证存储在CRS系统中的当前校准数据的准确性等)。在各种实施方案中，从校准过程确定的校准数据可存储在CRS系统100的校准部分169中(例如，作为新校准数据，和/或代替现有校准数据)。如果确定所确定的校准数据与现有校准数据之间的差异，则可向用户提供警示/建议等(例如，指示当前存储的校准数据可能存在问题，对此可利用新校准数据，或CRS系统100可返回到工厂或其它机构以进行工厂校准，或可执行其它校正过程等)。

如上文所描述，提供一种方法以用于向具有耦合到测量机的色度范围传感器光学笔的色度范围传感器系统提供距离校准数据。所述色度范围传感器光学笔被配置成在接近待测量表面的不同距离处聚焦不同波长。所述色度范围传感器光学笔以相对于具有标称球形校准表面的球形校准对象的某一关系布置。控制所述测量机以实现所述色度范围传感器光学笔关于所述标称球形校准表面的相对移动。所述色度范围传感器光学笔的相对移动呈螺旋状，以便对标称球形校准表面的一部分执行螺旋扫描，其中距离指示数据被确定为对应于在执行螺旋扫描时所述色度范围传感器光学笔与标称球形校准表面上的表面点之间的距离。基于所述距离指示数据来确定所述色度范围传感器系统的距离校准数据。

在一些实施方案中，距离校准数据的确定包含确定每个表面点关于标称球形校准表面的顶点的相对位置。距离校准数据的确定可包含利用在螺旋扫描期间采集的距离指示数据来确定标称球形校准表面的顶点的位置和每个表面点的相对位置。在一些实施方案中，标称球形校准表面上的表面点各自在距球形校准对象的共同内部中心点相同的标称半径处，并且其中标称球形校准表面的顶点在共同中心点正上方并且对应地在测量机的机器坐标系中具有与共同中心点相同的X轴和Y轴坐标(例如，如关于图7、9A和9B的示例等所示和描述)。

在一些实施方案中，每个表面点关于顶点的相对位置对应于每个表面点的径向位置。根据标称球形校准表面的已知几何性质，每个径向位置可对应于在测量机的机器坐标系中顶点和表面点的Z轴坐标之间的已知差异。

在一些实施方案中，Z轴坐标之间的已知差异对应于从色度范围传感器光学笔到表面点的测量距离的至少一部分。对于每个表面点，距离指示数据包含针对所述表面点而基于沿波长测量轴从表面点的测量产生的波长峰值确定的距离指示坐标。距离校准数据的确定包含将每个表面点的距离指示坐标与从色度范围传感器光学笔到表面点的测量距离相关。

在一些实施方案中，存储距离校准数据。作为表面点的后续测量的一部分，针对所述表面点而基于沿波长测量轴从表面点的测量产生的波长峰值来确定距离指示坐标。存储的距离校准数据用于基于与通过存储的距离校准数据确定的距离指示坐标相关的测量距离来确定从色度范围传感器光学笔到测量的表面点的测量距离。

在一些实施方案中，波长测量轴是色度范围传感器系统的波长检测器的检测器阵列的轴。

在一些实施方案中，色度范围传感器光学笔具有在最小测量距离与最大测量距离之间延伸的测量范围。将色度范围传感器光学笔以相对于球形校准对象的关系布置包含定位色度范围传感器光学笔以使得最小测量距离接近球形校准对象的标称球形校准表面的顶点。

在一些实施方案中，为了执行螺旋扫描，确定其距离指示数据的表面点包含至少100个表面点。在一些实施方案中，在执行螺旋扫描期间控制测量机以实现色度范围传感器光学笔关于标称球形校准表面的相对移动，同时维持色度范围传感器光学笔在测量机的机器坐标系中的恒定Z高度。

在一些实施方案中，所述方法包含将强度峰值数据确定为对应于针对所述色度范围传感器光学笔与所述标称球形校准表面之间的不同距离而由所述色度范围传感器光学笔接收的光的量。基于强度峰值数据确定强度校准数据，其中可至少部分地基于强度校准数据确定距离指示数据。

在一些实施方案中，确定强度峰值数据包含实现所述色度范围传感器光学笔的相对移动以用于在距标称球形校准表面的Z轴距离的范围中执行扫掠，同时在测量机的机器坐标系中维持X轴和Y轴坐标不变，且在扫掠期间捕捉强度峰值数据。确定所述强度校准数据包含基于捕捉的强度峰值数据生成强度归一化校准曲线。

在一些实施方案中，确定强度峰值数据包含在螺旋扫描期间捕捉强度峰值数据。确定强度校准数据包含基于捕捉的强度峰值数据生成强度归一化校准曲线。

在一些实施方案中，提供一种系统，所述系统包含测量机、色度范围传感器系统和球形校准对象。所述测量机包含运动控制器。所述系统被配置成利用所述运动控制器实现色度范围传感器光学笔关于标称球形校准表面的相对移动。执行对标称球形校准表面的螺旋扫描，以确定用于确定距离校准数据的距离指示数据。

在一些实施方案中，距离校准数据的确定包含确定每个表面点相对于标称球形校准表面的顶点的位置的径向位置，其中每个径向位置对应于在根据标称球形校准表面的几何性质进行测量时对应表面点与色度范围传感器光学笔之间的距离。每个距离与作为确定距离校准数据的一部分而针对相应表面点确定的距离指示坐标相关联。

在一些实施方案中，所述系统还被配置成存储距离校准数据，并且随后执行测量过程以确定测量距离，所述测量距离对应于色度范围传感器光学笔与表面上的表面点之间的距离。测量过程包含基于沿波长测量轴从表面点的测量产生的波长峰值来确定表面点的距离指示坐标。存储的距离校准数据用于将距离指示坐标与对应的测量距离相关。

在一些实施方案中，对应于色度范围传感器光学笔与每个表面点之间的距离的距离指示数据包括距离指示坐标，针对每个表面点而基于沿波长测量轴从表面点的测量产生的波长峰值来确定所述距离指示坐标。

在一些实施方案中，所述色度范围传感器系统包含色度范围传感器光学笔、照明源、波长检测器和处理部分。所述照明源被配置成生成多波长输入光，所述多波长输入光具有输入到所述色度范围传感器光学笔的输入光谱分布。所述波长检测器包含多个像素，所述多个像素具有沿所述波长检测器的波长测量轴分布的相应像素位置。所述色度范围传感器系统被配置成使得当所述色度范围传感器光学笔相对于表面以可操作方式定位以执行测量操作时，所述色度范围传感器光学笔输入所述输入光谱分布并将对应的辐射输出到所述表面，并且从所述表面接收反射的辐射并将反射的辐射输出到波长检测器。所述处理部分被配置成确定由所述色度范围传感器光学笔关于所述标称球形校准表面的相对移动而产生的距离指示数据。所述色度范围传感器光学笔的相对移动呈螺旋状，以便对标称球形校准表面的一部分执行螺旋扫描，从中将所述距离指示数据确定为对应于在执行螺旋扫描时所述色度范围传感器光学笔与标称球形校准表面上的表面点之间的距离。基于所述距离指示数据来确定所述距离校准数据。

在一些实施方案中，所述距离校准数据将距离指示坐标与测量距离相关。在一些实施方案中，距离校准数据的确定包含至少部分地基于从螺旋扫描获得的距离指示数据来确定标称球形校准表面的顶点的位置。

在一些实施方案中，距离校准数据包含沿着波长检测器的波长测量轴的距离指示坐标，所述距离指示坐标与沿着Z轴到测量的表面的Z轴测量距离相关，其中所述Z轴对应于色度范围传感器光学笔的光轴。

在一些实施方案中，存储距离校准数据。存储的距离校准数据随后用于基于针对表面点而基于沿波长测量轴从表面点的测量产生的波长峰值确定的距离指示坐标来确定从色度范围传感器光学笔到表面点之间的测量距离。

尽管已经图示和描述了本公开的优选实施方案，但是基于本公开，所示和所描述的特征布置和操作序列的许多变化对于本领域技术人员来说将显而易见。可以使用各种替代形式来实现本文公开的原理。另外，可以组合上述各个实施方案以提供进一步的实施方案。本说明书中提及的所有美国专利特此以引用方式全部并入本文。如果需要采用各种专利和申请的概念以提供另外的实施方案，则可以修改实施方案的各方面。

可以根据上述详细描述对实施凡是进行这些和其它改变。通常，在下面的权利要求中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求中公开的特定实施方案，而应当被解释为包含所有可能的实施方案以及此类权利要求被授权的等同物的全部范围。