測量連續(xù)移動樣品的樣品表面平整度的系統(tǒng)與方法

文檔序號：6110303閱讀：268來源：國知局

專利名稱：測量連續(xù)移動樣品的樣品表面平整度的系統(tǒng)與方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及測量對象的樣品表面平整度，更具體地，本發(fā)明涉及使用陰影波紋(shadow moire)圖像處理技術和相敏分析來量化連續(xù)移動樣品的表面平整度。
背景技術：
在眾多的制造業(yè)中，表面平整度為一種公共的測量規(guī)范。例如平整度很大程度地影響著電子產(chǎn)品的可靠性與組裝成品率、紙產(chǎn)品的外觀與操縱特性、以及加工金屬制品的機械配合與功能。由于部件的設計、材料和/或處理的不當，所以不平整或翹曲是制造過程中的常見問題.對于生產(chǎn)線而言，區(qū)分和去除那些其不平整度超過用戶標準的部件的能力是極其重要的，這是由于這一能力使制造商或用戶避免了隨后制造步驟中的問題、維持了產(chǎn)品質量、并且可及早地識別出加工問題，
先前，人們一直在使用陰影波紋測量技術測量印刷電路板和其它電子封裝部件中的表面平整度。陰影波紋是一種用于測量(半-)連續(xù)不透明表面的相對縱向位移的光方法。其為一種全場技術，即其跨越整個樣品同時采集光數(shù)據(jù)。陰影波紋基于投影在樣品表面的陰影光柵和平參照表面上的實際光柵的幾何干涉。例如，當通過光柵觀察印刷電路板，并且把光柵的陰影投射在印刷電路板的表面上時，陰影與光柵可以相互作用，從而創(chuàng)建了指示印刷電路板表面的翹曲度的陰影波紋條紋圖。

圖1說明了用于測量樣品105的表面平整度的示范性系統(tǒng)100, 其利用了傳統(tǒng)的陰影波紋測量技術。系統(tǒng)100包括光源110、懸在樣品105上的光柵120以及與計算機125相關聯(lián)的照相機115,例如，照相機115為電荷耦合器件(CCD )照相機。光柵120為Ronchi型光柵，包括基本上平坦的透明材料板，該透明材料板包括多條跨越所述板的表面延伸的、平行且均勻間隔的不透明的線。通常，光柵120 具有每英寸50 ~ 500條線的周期性。各條線之間的中心到中心的距離，即光柵的間距("P")為常數(shù)。光柵120通常平行于樣品105。光源 110為線光源型的連續(xù)或脈沖式白光源，其中，線平行于光柵120表面的各條線。
圖2說明了陰影波紋技術的示范性實例200。參照圖1和2，光源110沿入射斜角照射光柵120和樣品105。光111把光柵120的陰影215 (即光柵120的不透明的線的陰影，此處將其稱為"陰影光柵，，215 )投影在樣品105上。照相機115捕獲光柵120、樣品105以及陰影光柵215的一或多個圖像112。照相機通常按0。角度(法線) 觀察一或多個圖像112,在照相機115捕獲一或多個困像112的周期期間，固定的支撐結構(未顯示)支撐著樣品105。
在一或多個圖像112中的陰影光柵215和實際光柵120的重疊為它們之間距離的周期函數(shù)，當樣品105的表面彎曲或翹曲時，作為參照光柵120和陰影光柵215之間所創(chuàng)建的幾何干涉圖的結果，產(chǎn)生一系列暗與亮條紋(波紋條紋)。波紋條紋指示樣品105的翹曲度。換句話說，波紋條紋相應于樣品105的上表面的拓樸的輪廓線。與照相機115相關聯(lián)的計算機125包括可以根據(jù)陰影波紋條紋圖量化翹曲度的軟件。
圖3為在以上所描述的情況中照相機115 (圖1)可接收的示范性陰影波紋條紋圖300的示意圖。陰影波紋條紋圖300包括一系列暗與亮條紋305?？傮w上講，樣品105的翹曲度越大，條紋305的數(shù)目越大。每一個相繼的條紋代表了樣品表面的高度變化W，即每個條紋
的高度?？梢允褂孟铝蟹匠逃嬎鉝:『=^^~一，其中，P為光柵
tan〃 + tanZ)
的間距，a為入射角，以及b為觀察角。
圖4，包括圖4a和4b，說明了使用相位步進分析方法測量樣品 105的表面平整度的系統(tǒng)400。相位步進為一種分析方法，已將其用于提高陰影波紋技術的分辨率和跨越樣品105逐條紋地自動標識高度變化的方向，如果不采用相位步進或某一等效的技術，則對于例行自動分析而言，陰影波紋的效用受到限制。
在傳統(tǒng)的相位步進中，傳送裝置145傳送光柵120和照相機115 (圖1)之下的樣品105。一旦樣品105處于光柵120和照相機115 之下，傳送裝置145停止移動樣品105，而且，照相機115捕獲不移動的樣品105的3或3個以上的圖像112 (圖1)作為每一測量的一部分，在每一相繼的困像112之間，高精度縱向移動系統(tǒng)(未顯示) 平移樣品105，而且光柵120均勻地接近或遠離一固定距離，或相位階躍(phasest印)。所述移動系統(tǒng)通常是比較昂貴的，特別是在樣品和 /或光柵大或重時。所述移動系統(tǒng)可以物理地移動樣品105或光柵 120，典型的距離為大約0.0025英寸。此處，一般情況下，把樣品105 或光柵120的每一物理移動稱為"相位階躍"。圍4a說明了示范性系統(tǒng)400a，系統(tǒng)400a通過相對于樣品105縱向平移光柵120而產(chǎn)生相位階躍，圖4b說明了示范性系統(tǒng)400b，系統(tǒng)400b通過相對于光柵 120縱向平移樣品105而產(chǎn)生相位階躍。
在樣品105表面上的每一點處，其中把一個點定義為一個照相機像素所成像的面積，計算機125 (圖1)測量光強度的3或3個以上的值。計算機125可以根據(jù)強度值計算相位值，如Wang的序列號為 5，969，819的美國專利中所描述的，將該專利通過引用合并與此。根據(jù) 相位值，計算機125可以計算樣品105表面上的所有點的相對高度。所述計算假設相位階躍平移距離精確地為以上所定義的量W的一簡分數(shù)，例如，如果采集4個圖像，則相位階躍平移距離為W的四分之一，并且假設平移光柵120或樣品105的移動系統(tǒng)精確地再生所述階躍大小。如果不滿足這些條件，則會在分析中引入誤差。移動系統(tǒng)的這些精度要求通常使分析慢且昂貴。
許多制造業(yè)要求對連續(xù)移動樣品的表面平整度測量。例如，在連續(xù)地形成、編織、或者擠壓諸如紙等的材料的情況下，不能停止產(chǎn)品流來測量材料的樣品，并且不可以把瑕此引入材料。另外，由于諸如重量大的樣品特征，和/或生產(chǎn)線其余部分的要求，不易停下來，也不易啟動有些樣品。因為以上所描述的技術要求在數(shù)據(jù)采集和/或光柵/樣品平移期間將樣品固定的固定支撐結構，所以不易將它們用于
測量連續(xù)移動樣品的表面平整度。
鑒于以上的描述，在本技術領域中需要一種用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的系統(tǒng)與方法。另外，還需要高效且劃算的這種系統(tǒng) 與方法。
發(fā)明概述
本發(fā)明通過提供用于高效且劃算地測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的系統(tǒng)與方法，滿足了以上所描述的需求以及其它方面的需求。具體地講，本發(fā)明能夠使用陰影波紋圖像處理技術和相敏分析，量化連續(xù)移動樣品的表面平整度。
在本發(fā)明的一個方面中，傳送裝置可以沿傳送平面?zhèn)魉蜆悠?。?品可以為希望對其進行表面平整度測量的任何對象、任何離散的對
象、或者對象的任何部分或任何區(qū)域。例如，樣品可以包括一巻材料或者諸如盤式紙巻的巻筒紙(web)的區(qū)域.傳送裝置可以傳送在相對傳送平面以非0角度放置的光柵之下的樣品?？梢詾檫B續(xù)或脈沖光源的光源可以照射光柵和樣品。光、光柵以及樣品的相互作用，可以創(chuàng)建指示樣品的表面平整度的陰影波故條紋圖。放置在光柵之上的照相機，可以按固定的間隔捕獲一序列圖像，其中，每一個圖像都包括陰影波紋條紋圖。照相機可以包括能夠捕獲具有提高了尖銳度的圖像的電子快門。由于光柵的傾斜放置，樣品和光柵之間的相對距離隨樣品的水平平移而改變。相對距離的連續(xù)變化可以在每一相繼的圖像的陰影波紋條紋圖之間引入已知或未知的相位階躍。與照相機相關聯(lián)的計算機可以對圖像進行處理，以確定樣品所選擇像素位置處的像素的相位值和
樣品表面的相對高度。計算機可以例如使用Car"算法，計算相位值。計算機可以例如基于第一次圖像采集期間樣品的已知位置，選擇像素位置，可替換地，計算機也可以通過創(chuàng)建包含樣品的亮度圖像，并且把部分位置算法應用于該亮度圖像來標識相應于樣品的像素，來選擇像素位置。根據(jù)每一像素位置處的相對高度，計算機可以計算翹曲度估量(wrapage gauge)。
在本發(fā)明的另一個方面中，計算機可以確定開始捕獲圖像序列的時間。例如，計算機可以確定將樣品置于預先確定的成像位置的時間。為了確定所述時間，例如，計算機可以例如使用一個或多個傳感器，確定樣品和成像位置之間的距離以及樣品的速度。
當考慮以下示范性地描述了目前被視為實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式的所示實施例的詳細描述時，本領域技術人員將會明顯意識到本發(fā)明的其它方面、特點以及優(yōu)點。
附圖簡述
圖1說明了利用傳統(tǒng)的陰影波紋測量技術來測量樣品的表面平整度的示范性系統(tǒng)。
困2說明了陰影波故技術的示范性實例. 圖3為示范性陰影波紋條紋圖的示意圖。
圖4a說明了通過相對于樣品縱向平移光柵來產(chǎn)生相位階躍的示范性系統(tǒng)。
圖4b說明了通過相對于光柵縱向平移樣品來產(chǎn)生相位階躍的示范性系統(tǒng)。
圖5說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的系統(tǒng)的側視圖。圖6說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的系統(tǒng)的頂視圖。
圖7說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于通過水平地傳送在相對于傳送平面以非0角度放置的光柵之下的樣品來產(chǎn)生相位階躍的系統(tǒng)。
圖8為說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的方法中的步驟的流程圖。
圖9為說明了才艮據(jù)本發(fā)明的可替換示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的方法中的步驟的流程圖。
圖10為說明了根據(jù)本發(fā)明的可替換示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的方法中的步驟的流程圖。
圖11說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的示范性系統(tǒng)中所捕獲的一序列圖像。
圖12說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例所生成的亮度圖像。
圖13說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例所生成的光部分位置算法結果。
圖14為說明了根據(jù)本發(fā)明的可替換示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的方法中的步驟的流程圖。
示范性實施例的詳細描述
本發(fā)明著重于用于測量連續(xù)移動樣品的樣品表面平整度的系統(tǒng) 與方法.生產(chǎn)線上的樣品表面平整度的高效與劃算的測量有助于各行業(yè)制造商最大化產(chǎn)品質量以及降低成本，其還有助于制造商容易地識別工藝缺陷。例如，制造商可以為電子、金屬加工、造紙、紡織、和 /或高分子膜行業(yè)中的制造商。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例，傳送裝置連續(xù)地傳送在相對于傳送平面以非0角度放置的光柵之下的樣品.如此處所使用的，術語"樣品"指的是希望對其進行表面平整度測量的對象或對象的一部分。例如，所述樣品可以包括諸如印刷電路板的機械部件、諸如紙的薄板材料、或者它們的一部分。由于光柵的傾斜放置，樣品和光柵之間的相對距離隨樣品的水平平移連續(xù)地變化。放置在樣品和光柵之上的照相機按固定時間間隔捕獲一序列圖像。每一個圖像包括指示樣品的表面平整度的陰影波紋條紋圖。樣品和光柵之間的相對距離的連續(xù)變化，引入了每一相繼圖像的陰影波紋條紋圖之間的相位階躍。相位階躍可以為已知的或未知的。
與照相機相關聯(lián)的計算機對圖像進行處理，以確定樣品中所選擇像素位置處的像素的相位值和樣品表面的相對高度。計算機可以例如基于第一次圖像采集期間樣品的已知位置選擇像素位置?？商鎿Q地，計算機也可以通過創(chuàng)建包含樣品的亮度圖像并把部分位置算法應用于亮度圖像以標識相應于樣品的像素，來選擇像素位置。
現(xiàn)在轉向附圖，詳細描述本發(fā)明的示范性實施例，在這些附圖中，始終用相同的數(shù)字表示相同的元件。
圖5說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品105的表面平整度的系統(tǒng)500的側視圖。系統(tǒng)500包括光源110、安置在連續(xù)移動的傳送裝置145上的樣品105、懸在樣品105和傳送裝置145上的光柵120、以及諸如電荷耦合器件(CCD)的、與計算機125相關聯(lián)的照相機115。由于光柵120傾斜放置，樣品105和光柵120之間的相對距離隨樣品105的水平平移連續(xù)地變化.
光源110照射光柵120和樣品105，從而把光柵120的陰影("陰影光柵")投影在樣品105上。照相機115捕獲光柵120、樣品105以及陰影光柵的一序列閨像，每一個圖像中陰影光柵和實際光柵120的重疊為它們之間距離的周期函數(shù)。當樣品105的表面彎曲或翹曲時，由于參照光柵120和陰影光柵之間所產(chǎn)生的幾何干涉圖，每一圖像包括一系列暗與亮條紋(波紋條紋)。波紋條紋指示樣品105的翹曲度。換句話說，波紋條紋相應于樣品105上表面的表面狀況的輪廓線。每一個相繼的波紋條紋代表了樣品表面的高度變化W，即每條紋的高
度?？梢允褂孟铝蟹匠逃嬎?lt;formula>formula see original document page 14</formula>，其中，P為光柵的間
tan a + tan 6
距，a為入射角，以及b為觀察角。類似于以上結合圖4a和4b所描述的傳統(tǒng)的相位階躍(其中，通過縱向平移光柵120或樣品105，來創(chuàng)建相位階躍)，樣品105和光柵120之間的相對距離的連續(xù)變化在每一相繼圖像的陰影波紋條紋圖之間引入了相位階躍。與照相機115相關聯(lián)的計算機125包括可用于根據(jù)陰影波紋條紋圖來量化樣品105的翹曲度的軟件。
傳送裝置145可以為任何可用于把樣品105從一個地方傳送于另一個地方的裝置。例如，傳送裝置145可以為傳統(tǒng)的傳動帶傳送裝置或盤式連續(xù)傳送系統(tǒng)。僅作為圖示，傳送裝置145可以為具有低側壁或者無側壁的傳動帶傳送裝置，例如Dorner2200系列傳送裝置，并且可以包括具有與樣品105形成對照的暗顏色的傳動帶。
光柵120為Ronchi型，包括透明材料的基本上平坦的板，該板包括多條跨越該板的表面延伸的平行且均勻間隔的不透明線。通常，光柵120具有每英寸50 ~ 500條線的周期。各條線之間中心到中心的距離，即光柵的間距("P")為常數(shù)。相對傳送裝置145的移動平面以非0角度放置光柵120,通常，所述角度在0~4度之間。例如，所述角度可以為0.43度。本領域技術人員將會意識到，也可以依據(jù)光柵大小、傳送裝置速度以及數(shù)據(jù)采集速率，以典型的0~4度范圍之外的適當角度放置光柵.光柵平面和傳送裝置145底座的平面中的移動軸的軸法線之間的角度不是重要特征，但假設其很小，
光源IIO為線源型的連續(xù)或脈沖白光源100。僅作為圖示，光源 110可為例如150瓦特的穩(wěn)定石英卣素光源，其被聚焦于光纖光電傳感頭，該光纖光電傳感頭通過把該束光纖配置成一維陣列，來沿直線發(fā)射光。例如，可以把光源IOO配置為在每一圖像捕獲期間發(fā)射至少一個光脈沖。把光源110放置在傳送裝置145底座平面旁邊和之上，其中線光源的軸平行于光柵120平面中的線的軸。在該位置中，當樣品105沿移動軸平移時，照射角不會明顯改變。照射角的變化將會導致W，即圖像中每一陰影波紋條紋的高度，隨位置改變，并且可能會使表面平整度測量變得非常復雜。把光源110定位在可替換的位置，例如，相對于樣品105移動在光柵120的前或后方，可能會在分析中引入較大的誤差。然而，在其中對光系統(tǒng)配置加以限制的某些應用中，該誤差可能是可以接受的。
照相機115可以為任何可用于捕獲光柵120和樣品105的圖像的設備。例如，照相機115可以為單色CCD攝像機。僅作為圖示，照相機115可以為具有1380x1030分辨率和數(shù)字輸出的JAI Progressive Scan照相機。照相機115可能包括電子快門。電子快門可以控制照相機115積累來自光柵120和樣品105的光的時間?？梢栽O置每幀時間，
例如設置為大約42毫秒，或者設置為如41微秒那么低的大約！毫
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秒的其它增量。可以使用的最大快門周期為照相機115的分辨率、傳送裝置145的速度以及照相機115的視野的函數(shù)。例如，如果沿移動方向照相機115的分辨率為1000個像素，以及視野為125mm，則光系統(tǒng)分辨率為每毫米8個像素。如果傳送裝置145的速度為每秒250 毫米，則樣品105在1毫秒內移動0.25111111或2個像素寬度。為了捕獲具有可接受清晰度的圖像，在打開電子快門，即在該例子中打開0.5 毫秒時，樣品105應該移動不到1個像素寬度。
計算機125可以為任何可用于處理照相機115所捕獲的圖像的設備。例如，計算機125可以為傳統(tǒng)的個人計算機。計算機125可以包括輸入和輸出("I/O")設備，其含有諸如Matrox Meteor Digital 系統(tǒng)的數(shù)字幀g器。計算機125還可以包括可用于接收傳感器信號
的數(shù)字i/o板。
系統(tǒng)500還可以包括一或多個放置在樣品105和傳送裝置145 之上的傳感器155、傳感器1 155A以及傳感器2 155B，而且可用于檢測樣品105和/或確定樣品105的移動速率(速度).每一個傳感器 155可為任何類型的漫射光電傳感器，例如包括Ban T18SP6DQ?？?以把每一個傳感器155與計算機125相關聯(lián)，計算機125還可用于處理從每一傳感器155接收的信號。
可以使系統(tǒng)500的元件的大小、速度、光柵120間距以及其它定量參數(shù)相關。本領域技術人員將會意識到這些參數(shù)的關系，從而能夠依據(jù)應用，在很大的范圍內改變這些參數(shù)中的任何參數(shù)。作為如何確定這些參數(shù)的例子，考慮按每秒10英寸在傳送裝置145上移動的4 英寸寬和4英寸長的樣品105。照相機115具有每秒24幀的幀率，因此其能夠按42毫秒的間隔捕獲圖像。在一序列4個圖像期間，樣品 105移動了 1.25英寸的距離。光柵120必須大于樣品105的長度加所移動的距離，即為5.25英寸，并且寬于樣品105的寬度，即4英寸。如果光柵120每英寸包括100線，而且光源110按25度的角度照射樣品105，則全條紋周期為0.021英寸。為了實現(xiàn)每圖像之間1/4相位周期的相位階躍，樣品至光柵的距離應該改變大約1/4條紋周期。因此，為了實現(xiàn)每圖像之間1/4相位周期的相位階躍，樣品至光柵距離在相繼的圖像之間0.42英寸的水平距離上應該改變大約0.0054 英寸，或者光柵120在8英寸的長度上增加了 O.IO英寸。
圖6說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品105的表面平整度的示范性系統(tǒng)600的頂視圖。傳送裝置145連續(xù)、水平地傳送在傳感器155、光柵120以及光源110之下的樣品105, 光源110通過光柵120照射樣品105。把放置在光柵120和樣品105 之上的照相機115配置為能夠捕獲光柵120、樣品105、以及投影在樣品105上的陰影光柵的圖像。每一個所捕獲的圖像包括指示樣品105 的表面平整度的陰影波紋條紋圖。
圖7說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于通過水平傳送在相對于傳送平面以非0角度放置的光柵120之下的樣品105來產(chǎn)生相位階躍的系統(tǒng)700。傳送裝置145連續(xù)、水平地平移光柵120之下的樣品105。由于光柵120的傾斜放置，樣品105和光柵120之間的相對距離隨樣品105的水平平移連續(xù)地變化。樣品105和光柵120之間的相對距離的連續(xù)變化引入了每一相繼捕獲的圖像的陰影波故條故圖之間的相位階躍。
與以上結合圖4a和4b所描述的用于產(chǎn)生相位階躍的傳統(tǒng)系統(tǒng)不同，圖7的系統(tǒng)700在不停止樣品105的移動，或者縱向平移樣品105 或光柵120的情況下引入了相位階躍。因此，系統(tǒng)700不需要可用于縱向平移樣品105或光柵120的昂貴的高精度縱向移動系統(tǒng)。另外，由于不必停止樣品105的移動，所以照相機可以更容易地采集樣品105 的圖像，而且計算機也可以更容易地處理樣品105的圖像。
圖8是說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動的樣品105的表面平整度的方法800中的步驟的流程圖。該示范性方法800僅為說明性的，并且在本發(fā)明的可替換實施例中，可以按不同的次序、互相并行地執(zhí)行某些步驟，可以完全省略某些步驟，和/或可以執(zhí)行某些附加的步驟。
在步驟801中，計算機125確定傳感器1 155A和第一成像位置之間的距離，其中把第一成像位置放置在光柵120之下并在照相機115 的視野中。第一成像位置為照相機115在其處可以捕獲包括指示樣品 105的表面平整度的陰影波紋條紋圖的一序列圖像中的第一個圖像的位置。在步驟803中，計算機125確定樣品105的速度。例如，計算機125可以通過與與傳送裝置145相關聯(lián)的外部傳感器155的交互，確定樣品105的速度。在步猓805中，在第一時間，傳感器1 155A 記錄樣品105的前緣，并且向計算機125傳輸信號。
在步驟810中，計算機125計算等于樣品105按其預先確定的速度，從傳感器l 155A移動至第一成像位置所需時間的延遲時間。為了計算延遲時間，例如，計算機125可以把傳感器1和笫一成像位置之間的距離除以樣品105的速度，在步驟815中，計算機125指示照相機115在延遲時間之后捕獲樣品105的一序列圖像。換句話說，計算機125指示照相機115在等于第一時間加延遲時間的時間開始捕獲樣品105的一序列困像。因此，當樣品105到達笫一成像位置時，照相機115將開始捕獲圖像序列。
在步驟820中，照相機115按固定的時間間隔捕獲圖像序列。根據(jù)照相機115的電子快門，例如固定的時間間隔可以為42毫秒。在圖像序列捕獲期間，傳送裝置145連續(xù)、水平地平移光柵120之下的樣品105。由于光柵120的傾斜放置，樣品105和光柵120之間的相對距離隨樣品105的水平平移連續(xù)地變化。樣品105和光柵120之間的相對距離的連續(xù)變化，在每一相繼捕獲的圖像的陰影波紋條紋圖之間引入了相位階躍。對于計算機125而言，該相位階躍既可以為已知的，也可以為未知的。
在步驟825中，計算機125在每一相繼圖像采集之間以像素為單位計算樣品105的橫向位移。例如，計算機125可以使用下列方程計算橫向位移LO = INT ( F*7;*i )，其中，LO為橫向位移，F(xiàn)為樣品105的速度，rx為每一圖像之間的固定的時間間隔，及為照相機115 的橫向分辨率，而且INT把K、 ^、以及及的乘積四舍五入為最接近的整數(shù)值。僅作為示例，如果F為200mm/秒，7^為0.042秒、以及 R為每毫米0.95個像素，則LO將等于8個像素。在步驟830中，計算機125選擇樣品105中的像素位置(x，y).例如，可以根據(jù)笫一圖像捕獲期間樣品105的已知的位置一第一成像位置，選擇像素位置。例如，計算機125可以選擇第一個捕獲圖像的樣品105中的一組像素位置，然后使用橫向位移，確定每一隨后捕獲的圖像中樣品105 中的相應的一組像素位置。
在步驟833中，計算機125在每一所捕獲的圖像中確定每一所選擇像素位置處的每一像素的強度值。在本發(fā)明的可替換實施例中，計算機125可以在圖像捕獲時或者在另一個適當?shù)臅r間，確定每一個所捕獲圖像中每一像素的強度值。在步驟835中，計算機125通過把所
確定的強度值和橫向位移代入一或多個相位計算算法，計算在每一所選擇像素位置處的每一像素的相位值。所述一或多個相位計算算法的
形式可能隨計算機125是否知道相位階躍而有所不同。
例如，如果照相機115捕獲了具有已知的卯。相位階躍的一序列 4個圖像，則計算機125可以把強度值和橫向位移代入下列"標準相位計算算法"
0"力-tan-'((/2(jc + ZA力-A(x + 3"0,力)/((/,(x，力—/3(x + 2*￡O，>0))，其中， -",力為像素位置(x，y)處的像素的相位值，L (x，y)為第一圖像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值，12 (x，y)為第二圖像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值，l3(x，y)為第三圖像中的像素位置(x，y) 處的像素的強度值，14 (x，y)為第四圖像中的像素位置(x,y)處的像素的強度值，以及LO為橫向位移。
可替換地，如果照相機115捕獲了具有未知相位階躍的一序列4 個圖像，則計算機125可以把強度值和橫向位移代入下列算法，此處將其稱為"Carr6算法，，
<formula>formula see original document page 20</formula> 其中，-(;c,力為像素位置(x，y)處的像素的相位值，L (x,y)為第一圖像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值，12 (x，y)為第二圖像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值，13 (x，y)為第三圖像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值，14 (x,y)為第四圖像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值，以及LO為橫向位移，以及
<formula>formula see original document page 20</formula>
Carr6算法假設相位階躍0為未知的，但是為常數(shù)。于是，可以把描述4個相位階躍的圖像的像素強度值的方程寫為
/產(chǎn)J。^4c仍G+^ J ,其中，/< 為每一像素的亮度值，A為每一強度方程中的干擾項的幅度.對于每一像素位置，/。和A為不同的常數(shù)。除其它因素外，/。和A還依賴于照射強度、漫反射系數(shù)以及條紋對比度。
求解e:
<formula>formula see original document page 20</formula>
為了確定相位，
<formula>formula see original document page 20</formula>
可以按類似的方式計算每一像素的亮度值I。。
用于計算移動樣品的相位的Car"算法的優(yōu)點在于它放松了樣品105的縱向相位階躍和水平移動之間的關系。這使得系統(tǒng)的構造與維護變得簡單得多。如果相位階躍必須嚴格為90度，如標準的相位階躍算法中所講授的，則要求樣品105的速度、光柵120的角度、以及圖像采集之間的間隔之間的精確的關系，例如，如果傳送裝置145 的速度改變，則很難創(chuàng)建和維護這一關系。使用Carr6算法，可以正確地計算相位，甚至是在樣品105的速度或光柵120角度在寬范圍內變化的情況下。
在步驟840中，計算機125根據(jù)相位值，計算每一所選擇像素位置處的樣品表面的相對高度。例如，計算機125可以把每一相位值代入下列算法
<formula>formula see original document page 21</formula>，其中，Z(x，y)為像素位置(x，y)處的樣品表面的相對高度，『為條紋值，N為條紋次序，以及-(x，y)為位置(x，y)處的像素的相位，條紋次序是賦予特定條紋以指示其在圖像中的條紋系列中的次序的任意整數(shù)。例如，可以向一系列4個條紋賦予0、 1、 2以及3的條紋次序?？商鎿Q地，也可以向該條紋系列賦予 2、 3、 4以及5的條紋次序。本領域技術人員將會明顯意識到根據(jù) 相位值確定像素位置處的樣品表面的相對高度的其它適當?shù)乃惴?。?定像素的相對高度值表示相對于樣品表面上的所有其它點處的高度，該像素處的樣品表面的高度。
在步猓845中，計算機125根據(jù)在步驟840中所獲得的Z(x，y) 值集合，計算一或多種翹曲度估量。例如，翹曲度估量可以為通過下列公式所計算的共平面(COP)估量COP - MAX(Z(x，y)) - MIN(Z (x,y))，其中，MAX (Z (x，y))確定了 Z (x，y)值的最大值，而MIN (Z (x，y)) 確定了 Z(x,y)值的最小值。其它適當?shù)穆N曲度估量，例如"彎曲"估量 (通過把沿樣品105的邊緣的位移的大小除以邊緣的長度所計算的) 以及"扭曲"估量(通過將樣品105的1個角(將其它3個角保持在同一平面中)的位移的大小除以樣品105的對角線的長度所計算的)，在本領域是公知的。
圖9是說明了根據(jù)本發(fā)明的可替換示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品105的表面平整度的方法900中的步驟的流程圖。該示范性方法900僅為說明性的，在本發(fā)明的可替換實施例中，可以按不同的次序、互相并行地執(zhí)行某些步驟，可以完全省略某些步驟，和/或可以執(zhí)行某些附加的步驟。
在步驟901中，計算機125確定傳感器1 155A和第一成像位置之間的距離，其中第一成像位置被放置在光柵120之下和在照相機115 的視野中。第一成像位置是照相機115可以在其處捕獲包括指示樣品 105的表面平整度的陰影波紋條紋圖的一序列圖像中的笫一個圖像的位置。在步驟903中，計算機125確定傳感器1 155A和傳感器2 155B 之間的距離。在步驟905中，傳感器1 155A在時間Tl記錄樣品105 的前緣，并且向計算機125傳輸信號。在步驟910中，傳感器2 155B 在時間T2記錄樣品105的前緣，并且向計算機125傳輸信號。
在步驟915中，計算機125根據(jù)Tl和T2之間的差以及傳感器1 155A和傳感器2 155B之間的距離，計算樣品105的速度。例如，為了計算樣品105的速度，計算機125可以把傳感器1 155A和傳感器2 155B之間的距離除以Tl和T2之間的差。在步驟920中，計算機125 計算等于樣品105按其預先確定的速度從傳感器1 155A移動至笫一成像位置所需時間的延遲時間。為了計算延遲時間，例如，計算機125 把傳感器1和笫一成像位置之間的距離除以樣品105的速度。
在步驟925中，計算機125指示照相機115在延遲時間之后捕獲樣品105的一序列圖像，換句話說，計算機125指示照相機115在等于時間Tl加延遲時間的時間開始捕獲樣品105的一序列閨像，輯此，當樣品105到達第一成像位置時，照相機115將開始捕獲該圖像序列。
在步驟930中，照相機115按固定的時間間隔捕獲該圖像序列，根據(jù)照相機115的電子快門，例如固定的時間間隔可以為42毫秒。在圖像序列捕獲期間，傳送裝置145連續(xù)、水平地平移光柵120之下的樣品105。由于光柵120的傾斜放置，樣品105和光柵120之間的相對距離隨樣品105的水平平移連續(xù)地變化。樣品105和光柵120之間的相對距離的連續(xù)變化在每一相繼捕獲的圖像的陰影波紋條紋圖之間引入了相位階躍。對于計算機125而言，該相位階躍既可以為已知的，也可以為未知的。
在步驟935中，計算機125在每一相繼圖像采集之間以像素為單位計算樣品105的橫向位移。例如，計算機125可以使用下列方程計算橫向位移LO = INT ( r*7;*i )，其中，LO為橫向位移，F(xiàn)為樣品105的速度，為每一圖像之間的固定的時間間隔，及為照相機115 的橫向分辨率，而且INT把r、 rx、以及i 的乘積四舍五入為最接近的整數(shù)值。在步驟940中，計算機125選擇樣品105中的像素位置 (x，y)。例如，可以根據(jù)第一圖像捕獲期間樣品105的已知的位置一第一成像位置，選擇像素位置。例如，計算機125可以選擇第一所捕獲圖像的樣品105中的一組像素位置，然后使用橫向位移，確定每一隨后捕獲的圖像中樣品105中的相應的一組像素位置，
在步驟943中，計算機125在每一所捕獲的圖像中確定每一所選擇像素位置處的每一像素的強度值。在本發(fā)明的可替換實施例中，計算機125可以確定在圖像捕獲時或者在另一個適當?shù)臅r間，每一所捕獲的圖像中的每一像素的強度值。在步驟945中，計算機125通過把所確定的強度值和橫向位移代入一或多個相位計算算法，計算在每一所選擇像素位置處的每一像素的相位值。所述一或多個相位計算算法的形式可能隨計算機125是否知道相位階躍而有所不同，
例如，如果照相機115捕獲了具有已知的90。相位階躍的一序列 4個圖像，則計算機125可以把強度值和橫向位移代入標準相位計算算法.可替換地，如果照相機11S捕獲了具有未知相位階躍的一序列 4個圖像，則計算機125可以把強度值和橫向位移代入Car"算法。
在步驟950中，計算機125根據(jù)相位值，計算每一所選擇像素位置處的樣品表面的相對高度。例如，計算機125可以把每一相位值代入下列算法Z(x，y)-H^(N+(Kx，y)/27T)，其中，Z(x，y)為像素位置
(x，y)處的樣品表面的相對高度，W為條紋值，N為條紋次序，以及-(x，y) 為位置(x，y)處的像素的相位。條故次序是賦予特定條紋以指示其在圖像中的條紋系列中的次序的任意整數(shù)。例如，可以向一系列4個條紋賦予條紋次序0、 1、 2以及3?？商鎿Q地，也可以向該條紋系列賦予條紋次序2、 3、 4以及5。本領域技術人員將會明顯意識到根據(jù)相位值確定像素位置處的樣品表面的相對高度的其它適當?shù)乃惴āＬ囟?像素的相對高度值表示相對于樣品表面上的所有其它點處的高度，該像素處的樣品表面的高度。
在步驟955中，計算機125根據(jù)在步驟950中所獲得的Z(x，y) 值集合，計算一或多種翹曲度估量。例如，翹曲度估量可以為通過下列公式所計算的共面(COP)估量COP MAX (Z(x，y)) - MIN (Z (x，y)),其中，MAX (Z (x，y))確定了 Z (x,y)值的最大值，而MIN (Z (x，y)) 確定了 Z(x，y)值的最小值。其它適當?shù)穆N曲度估量，例如"彎曲"估量以及"扭曲，，估量，在本領域中是公知的。
圖IO是說明了根據(jù)本發(fā)明的可替換示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品105的表面平整度的方法1000中的步驟的流程圖.該示范性方法1000僅為說明性的，在本發(fā)明的可替換實施例中，可以按不同的次序、互相并行地執(zhí)行某些步驟，可以完全省略某些步猓，和/或可以執(zhí)行某些附加的步驟。
在步驟1001中，計算機125確定傳感器1 155A和第一成像位置之間的距離，其中笫一成像位置被放置在光柵120之下和在照相機115 的視野中。第一成像位置是照相機115可以在其處捕獲包括指示樣品 105的表面平整度的陰影波故條紋圖的一序列圖像中的第一個圖像的位置，在步驟1003中，計算機125確定傳感器1 155A和傳感器2 155B 之間的距離.在步驟1005中，傳感器1 155A在時間Tl記錄樣品105 的前緣，并且向計算機125傳輸信號，在步猓1010中，傳感器2 155B 在時間T2記錄樣品105的前緣，并且向計算機125傳輸信號。
在步驟1015中，計算機125根據(jù)T1和T2之間的差以及傳感器 1 155A和傳感器2 155B之間的距離，計算樣品105的速度，例如，為了計算樣品105的速度，計算機125可以把傳感器1 155A和傳感器2 155B之間的距離除以T1和T2之間的差。在步驟1020中，計算機125計算等于樣品105按其預先確定的速度從傳感器1 155A移動至第一成像位置所需時間的延遲時間。為了計算延遲時間，例如，計
算機125把傳感器1和第一成像位置之間的距離除以樣品105的速度。在步驟1025中，計算機125指示照相機115在延遲時間之后捕獲樣品105的一序列圖像。換句話說，計算機125指示照相機115在等于時間Tl加延遲時間的時間開始捕獲樣品105的一序列圖像。因此，當樣品105到達第一成像位置時，照相機115將開始捕獲該圖像序列。
在步驟1030中，照相機115按固定的時間間隔捕獲該圖像序列。根據(jù)照相機115的電子快門，例如固定的時間間隔可以為42毫秒。在該圖像序列捕獲期間，傳送裝置145連續(xù)、水平地平移光柵120之下的樣品105。由于光柵120的傾斜放置，樣品105和光柵120之間的相對距離隨樣品105的水平平移連續(xù)地變化。樣品105和光柵120 之間的相對距離的連續(xù)變化在每一相繼捕獲的圖像的陰影波紋條紋圖之間引入了相位階躍。對于計算機125而言，該相位階躍既可以為已知的，也可以為未知的。
在步驟1035中，計算機125在每一相繼圖像采集之間以像素為單位計算樣品105的橫向位移。例如，計算機125可以使用下列方程計算橫向位移LO = INT ( K*J;*J )，其中，LO為橫向位移，K為樣品105的速度，i;為每一圖像之間的固定的時間間隔，及為照相機 115的橫向分辨率，而且INT把K、 7;、以及及的乘積四舍五入為最接近的整數(shù)值。
在步驟1040中，計算機125確定每一所捕獲的困像中每一像素的強度值。在步驟1037中，計算機125使用強度值計算包括每一像素的亮度值的亮度圖像。該亮度圖像等效于包括由光源IIO加以照射而無任何波紋條紋的樣品105的圖像。例如，可以把亮度圖像用于確定每一圖像中樣品105的準確位置。這樣的確定允許計算機125更精確地確定在其處估計樣品105的表面平整度的像素位置。當應用于包含波紋條紋的圖像時，用于定位圖像中的已知對象，例如樣品105，的傳統(tǒng)的圖像處理算法不能很好地執(zhí)行。一般情況下，此處把這樣的算法稱為"光部分位置算法"，這些算法是本領域>^知的。商業(yè)可得的
部分位置算法的例子是Matrox ActiveMIL PartFinder控制。通過創(chuàng) 建無波紋條紋的亮度圖像，光部分位置算法可以更精確地確定每一圖像中樣品105的準確位置。
為了創(chuàng)建亮度圖像，計算機125確定每一像素位置處的亮度值 B(x,y)。例如，如果在步驟1030中照相機115捕獲了一序列4個圖像，則計算機可以通過把每一像素位置處的每一像素的強度值代入下列
方程中，計算每一像素位置處的亮度值
B ( x，y) = (IKx，y)+l2(x+LO，y)十I3 (x+2*LO,y)+ I4 (x+3*LO，y))/4, 其中，L (x，y)為笫一圖像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值， 12 ( x，y )為第二圖像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值，13 ( x,y) 為第三圖像中的像素位置(X，y)處的像素的強度值，14 (x，y)為第四圖像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值，以及LO為橫向位移。通常，可以在不管相位階躍的情況下應用該亮度值方程。
在步驟1039中，計算機125應用光部分位置算法來定位亮度圖像中的樣品105。在步驟1040中，計算機125選擇樣品105中的像素位置(x，y)?？梢愿鶕?jù)光部分位置算法在步驟1039中所確定的樣品 105的位置，選擇像素位置。計算機125標識所捕獲的圖像中的第一圖像中的像素位置，以及在步驟1045中，計算機125通過把每一像素位置處每一像素的所確定強度值和橫向位移代入一或多個相位計算算法，計算每一所選擇像素位置處的每一像素的相位值。所述一或多個相位計算算法的形式可能隨計算機125是否知道相位階躍而有所不同。
例如，如果照相機115捕獲了具有已知的90。相位階躍的一序列 4個圖像，則計算機125可以把強度值和橫向位移代入標準相位計算算法?？商鎿Q地，如果照相機115捕獲了具有未知相位階躍的一序列 4個圖像，則計算機125可以把強度值和橫向位移代入Car"算法。
在步驟1050中，計算機125根據(jù)相位值，計算每一所選擇像素位置處的樣品表面的相對高度。例如，計算機125可以把每一相位值代入下列算法Z (x，y) = W*(N+"x，y)/2;r),其中，Z(x，y)為像素位置(x，y)處的樣品表面的相對高度，W為條紋值，N為條紋次序，以及 -(x，y)為位置(x，y)處的像素的相位。條紋次序是賦予特定條紋以指示其在圖像中的條紋系列中的次序的任意整數(shù)。例如，可以向一系列4 個條紋賦予O、 1、 2以及3的條紋次序?？商鎿Q地，也可以向該條紋系列賦予2、 3、 4以及5的條紋次序。本領域技術人員將會明顯意識到根據(jù)相位值確定像素位置處的樣品表面的相對高度的其它適當?shù)?算法.特定像素的相對高度值表示相對于樣品表面上的所有其它點處的高度，該像素處的樣品表面的高度。
在步驟1055中，計算機125根據(jù)在步稞950中所獲得的Z(x，y) 值集合，計算一或多種翹曲度估量。例如，翹曲度估量可以為通過下列>^式所計算的共面(COP)估量COP-MAX (Z(x,y))-MIN (Z (x，y))，其中，MAX (Z (x，y))確定了 Z (x，y)值的最大值，而MIN (Z (x，y)) 確定了 Z(x，y)值的最小值。其它適當?shù)穆N曲度估量，例如"彎曲"估量以及"扭曲"估量，在本領域是公知的。
圖ll說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于測量連續(xù)移動樣品105的表面平整度的示范性系統(tǒng)中所捕獲的序列1100圖像 1105 ~ 1108,傳送裝置145連續(xù)、水平地平移樣品105。由于光柵 120的傾斜放置，樣品105和光柵120之間的相對距離隨樣品105的水平平移連續(xù)變化.照相機按固定的時間間隔，捕獲連續(xù)移動的樣品 105的一序列圖像1105 ~ 1108。每一個圖像包括指示指本105的表面平整度的陰影波故條故困.樣品105和光柵120之間的相對距離的連續(xù)變化引入了每一相繼捕獲的圖像的陰影波紋條故圖之間的相位階躍。
如圖11中所示的，在每一相繼的圖像1105~ 1108中，相對前一圖像橫向位移樣品105。例如，相對于第一圖像1105中的樣品105的位置，橫向位移第二圖像1106中的樣品105的位置。計算機可以根據(jù)樣品105的速度、每一圖像之間的固定的時間間隔、以及照相機115 的橫向分辨率，可以以像素為單位計算橫向位移。圖12說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例所生成的亮度圖像 1200。該亮度圖像等效于包括由光源110加以照射而無任何波紋條紋的樣品105 (安置在傳送裝置145上)的圖像。例如，可以把亮度圖像用于確定每一圖像中的樣品105的準確位置。這種確定允許計算機 125更精確地確定在其處估價樣品105的表面平整度的像素位置。
例如，計算機125可以通過確定所捕獲圖像的每一像素位置處的亮度值B(x，y)，創(chuàng)建亮度圖像1200。例如，如圖11中所示的，照相機115捕獲一系列4個困像，計算機125可以通過把每一像素位置處的每一像素的強度值代入下列方程，計算每一像素位置處的亮度值
B ( x，y) = (1^^)+12(計1^0^)+ I3 (x+2*LO，y)+ I4 (x+3*LO，y))/4，其中，L (x，y)為第一困像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值， 12 ( x，y)為第二圖像中的像素位置(x，y )處的像素的強度值，13 ( x，y) 為第三圖像中的像素位置(x，y)處的像素的強度值，14 (x，y)為第四圖像中的像素位置(x,y)處的像素的強度值，以及LO為橫向位移。通常，可以在不管相位階躍的情況下施用該亮度值方程。
圖13說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例所生成的光部分位置算法結果1300。當生成亮度圖像1200時，計算機125應用光部分位置算法來定位亮度圖像1200中的樣品105,
' 圖14為說明了根據(jù)本發(fā)明的可替換示范性實施例的用于測量連續(xù)移動樣品105的表面平整度的方法1400中的步驟的流程圖。該示范性方法1400僅為說明性的，在本發(fā)明的可選實施例中，可以按不同的次序、互相并行地執(zhí)行某些步驟，可以完全省略某些步驟，和/ 或可以執(zhí)行某些附加的步驟。
在步驟1401中，計算機125確定樣品105的速度。例如，計算機125可以通過與與傳送裝置145相關聯(lián)的外部傳感器155交互，確定樣品105的速度。在步驟1405中，計算機125指示照相機115捕獲樣品105的一序列圖像，例如，計算機125指示照相機115在接收來自外部信號的信號時，或者在另一指定的事件發(fā)生時，捕獲該圖像序列。在本發(fā)明的一個實施例中，照相機115可以自動指示照相機115在預先確定的時間，或者按預先確定的間隔捕獲該圖 <象序列。
在步驟1410中，照相機115按固定的時間間隔捕獲該圖像序列。根據(jù)照相機115的電子快門，例如固定的時間間隔可以為42毫秒。在圖像序列捕獲期間，傳送裝置145連續(xù)、水平地平移光柵120之下的樣品105。由于光柵120的傾斜放置，樣品105和光柵120之間的相對距離隨樣品105的水平平移連續(xù)地變化。樣品105和光柵120之間的相對距離的連續(xù)變化，在每一相繼捕獲的圖像的陰影波紋條紋圖之間引入了相位階躍。對于計算機125而言，該相位階躍既可以為已知的，也可以為未知的。
在步驟1415中，計算機125在每一相繼圖像采集之間以像素為單位計算樣品105的橫向位移。例如，計算機125可以使用下列方程計算橫向位移LO b INT ( ),其中，LO為橫向位移，F(xiàn)為
樣品105的速度，7;為每一圖像之間的固定的時間間隔，及為照相機 115的橫向分辨率，而且INT把K、 j;、以及及的乘積四舍五入為最接近的整數(shù)值。
在步驟1420中，計算機125選擇樣品105中的像素位置(x，y ). 例如，可以根據(jù)第一圖像捕獲期間樣品105的已知的位置一第一成像位置，選擇像素位置。例如，計算機125可以選擇第一所捕獲圖像的樣品105中的一組像素位置，然后使用橫向位移，確定每一隨后捕獲的圖像中樣品105中的相應的一組像素位置。
在步驟1423中，計算機125確定在每一所捕獲的困像中每一所選擇像素位置處的每一像素的強度值。在本發(fā)明的可替換實施例中，計算機125可以確定在圖像捕獲時或者在另一適當?shù)臅r間，每一個所捕獲的圖像中的每一像素的強度值。在步驟1425中，計算機125通過把所確定的強度值和橫向位移代入一或多個相位計算算法，計算在每一所選擇像素位置處的每一像素的相位值。所迷一或多個相位計算算法的形式可能隨計算機125是否知道相位階躍而有所不同.
例如，如果照相機115捕獲了具有已知的90。相位階躍的一序列 4個圖像，則計算機125可以把強度值和橫向位移代入標準相位計算算法。可替換地，如果照相機115捕獲了具有未知相位階躍的一序列 4個圖像，則計算機125可以把強度值和橫向位移代入Car"算法。
在步驟1430中，計算機125根據(jù)相位值，計算每一所選擇^^素位置處的樣品表面的相對高度。例如，計算機125可以把每一相位值代入下列算法
Z (x，y)=『(N + "x，y)/2;r)，其中，Z(x，y)為像素位置(x，y) 處的樣品表面的相對高度，『為條紋值，N為條紋次序，以及^(x，y) 為位置(x,y)處的像素的相位。條紋次序是賦予特定條紋以指示其在圖像中的條紋系列中的次序的任意整數(shù)。例如，可以向一系列4個條紋的賦予0、 1、 2以及3的條紋次序?？商鎿Q地，也可以向該條紋系列賦予2、 3、 4以及5的條紋次序。本領域技術人員將會明顯意識到根據(jù)相位值確定像素位置處的樣品表面的相對高度的其它適當?shù)乃?法。特定像素的相對高度值表示相對于樣品表面上的所有其它點處的高度，該像素處的樣品表面的高度。
在步躁1435中，計算機125根據(jù)在步驟950中所獲得的Z(x，y) 值集合，計算一或多種翹曲度估量。例如，翹曲度估量可以為通過下列7^式所計算的共面(COP)估量COP = MAX (Z(x，y))-MIN (Z (x，y))，其中，MAX (Z (x，y))確定了 Z (x，y)值的最大值，而MIN (Z (x，y)) 確定了 Z(x，y)值的最小值。其它適當?shù)穆N曲度估量，例如"彎曲"估量以及"扭曲，，估量，在本領域是公知的。
總而言之，上述示范性實施例實現(xiàn)了一種測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的高效且劃算的方法，應該意識到，本發(fā)明的示范性實施例克服了現(xiàn)有技術的限制.根據(jù)示范性實施例的描述，這一技術領域中的實踐者將會明顯意識到其中所描述的元件的等效元件和構造本發(fā) 明的其它實施例的方式。本領域技術人員將會明顯意識到本發(fā)明的許多其它的修改、特征以及實施例。因此應該認識到，以上僅以舉例的方式描述了本發(fā)明的多個方面，并且本發(fā)明的多個方面并不意指本發(fā) 明所需的或必要的元件，除非特別加以陳述。所以，應該認為上述內容僅涉及本發(fā)明的某些實施例，并且在不背離以下權利要求所定義的本發(fā)明的構思與范圍的情況下，可以在其中進行諸多的改變。還應該認識到，本發(fā)明并不局限于所說明的實施例，而且可以在以下權利要求的范圍內對本發(fā)明進行多方面的修改。
權利要求
1.一種用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的方法，包括步驟在傳送裝置表面上傳送所述樣品，所述傳送裝置表面在相對于傳送平面以非0角度放置的光柵之下延伸；使用照相機捕獲在所述光柵之下不同位置處的所述樣品的圖像的時間序列，每一圖像包括指示所述樣品的表面平整度的陰影波紋條紋圖；在每一圖像采集之間，以像素為單位計算所述樣品的橫向位移；在所述圖像的第一圖像中，選擇所述樣品中的一組像素位置，并且確定在每一所述像素位置處的強度值；在其他圖像的每一圖像中，基于所述橫向位移選擇該組像素位置，并確定在每一所述像素位置處的強度值；根據(jù)所述強度值，為每一所選擇的像素位置計算相位值；以及根據(jù)所述相位值，計算每一像素位置處所述樣品表面的相對高度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，按固定的時間間隔捕獲所述圖像。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所迷橫向位移等于INT (K*rx*i )，其中，F(xiàn)為所述樣品的速度，z;為每一圖像之間的所述固定的時間間隔，及為所述照相機的橫向分辨率，并且INT把K、 rx、以及及的乘積四舍五入為最接近的整數(shù)值。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在所述圖像的時間序列中的每一相繼圖像的所述陰影波紋條紋圖之間引入相位階躍。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，所述相位階躍是已知的。
6. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，所述相位階躍是未知的。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述為每一所選擇的像素位置計算相位值的步驟包括基于所述強度值應用Car"算法。
8. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述捕獲圖像的時間序列的步驟包括捕獲4個圖像的時間序列。
9. 根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括步驟根據(jù)每一像素位置處所述樣品的相對高度，計算翹曲度估量。
10. 根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括步驟通過從與所述傳送裝置表面相關聯(lián)的傳感器的信號中讀取所述樣品的速度，確定所述樣品的速度。
11. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述樣品包含離散的對象。
12. 根據(jù)權利要求11所述的方法，還包括步驟通過下列動作確定所述樣品的速度在第一時間，在第一傳感器處記錄所述樣品的前緣；在第二時間，在第二傳感器處記錄所述樣品的前緣；確定所述第一時間和所述第二時間之間的時間差；確定所述第一傳感器和所述第二傳感器之間的距離；以及使所述距離除以所述時間差。
13. 根據(jù)權利要求ll所述的方法，還包括步驟確定第一傳感器和成像位置之間的距離，所述成像位置被放置在所述光柵之下且在照相機的視野之中；在第一時間，在所述第一傳感器處記錄所述樣品的前緣；確定所述樣品的速度；通過使所述第一傳感器和所述成像位置之間的距離除以所述樣品的速度，計算延遲時間，所迷延遲時間基本上等于所迷樣品從所述第一傳感器移動至所述成像位置所需的時間；以及在第二時間之后，向所述照相機發(fā)信號以捕獲所述圖像的時間序列，所述第二時間等于所述第一時間加所述延遲時間。
14. 根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，所述確定所述樣品的速度的步驟包括步驟在第三時間，在第二傳感器處記錄所述樣品的前緣；確定所述第一時間和所述第三時間之間的時間差；確定所述第一傳感器和所述第二傳感器之間的距離；以及使所述第一傳感器和所述第二傳感器之間的距離除以所述第一時間和所述第三時間之間的時間差。
15. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其中，所述樣品包括一巻材料的區(qū)域和一巻巻筒紙的區(qū)域之一。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，還包括在預先確定的時間，向所述照相機發(fā)信號以捕獲所述圖像的時間序列的所述第一圖像。
17. —種用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的方法，包括步驟在傳送裝置表面上傳送所述樣品，所述傳送裝置表面在相對于傳送平面以非0角度放置的光柵之下延伸，所述樣品包括離散的對象；使用照相機捕獲在所述光柵之下不同位置處的所述樣品的圖像的時間序列，每一圖像包括指示所述樣品的表面平整度的陰影波紋條紋圖；在每一所述圖像中，確定每一像素的強度值；在每一圖像采集之間以像素為單位計算所述樣品的橫向位移；對于每一像素，基于每一圖像中所述像素的強度值和所述橫向位移計算亮度值；根據(jù)所述亮度值組成亮度圖像；應用光部分位置算法以定位所迷亮度圖像中的所述樣品；響應于所述光部分位置算法的結果，在所述圖像序列的第一圖像中，選擇所述樣品中的一組像素位置；基于所述橫向位移，在所迷困像序列的每一其它圖像中，選擇該組像素位置；基于所述強度值，為每一所選擇的像素位置計算相位值；以及基于所述相位值，計算每一像素位置處的所述樣品表面的相對高度。
18. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，按固定的時間間隔捕獲所述圖像。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中，所述橫向位移等于INT(f*7v^)，其中，K為所述樣品的速度，r,為每一圖像之間的所述固定的時間間隔，及為所述照相機的橫向分辨率，并且int把f、 l、以及及的乘積四舍五入為最接近的整數(shù)值。
20. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，在所述圖像的時間序列中的每一相繼圖像的陰影波紋條紋圖之間引入相位階躍。
21. 根據(jù)權利要求20所述的方法，其中，所述相位階躍是已知的。
22. 根據(jù)權利要求20所述的方法，其中，所述相位階躍是未知的。
23. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，所述為每一所選擇的像素位置計算相位值的步驟包括基于所述強度值，應用Carr6算法。
24. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，所述捕獲圖像的時間序列的步驟包括捕獲4個圖像的時間序列。
25. 根據(jù)權利要求17所述的方法，還包括步驟基于每一像素位置處的所述樣品的相對高度，計算翹曲度估量。
26. 根據(jù)權利要求17所述的方法，還包括步驟通過從與所述傳送裝置表面相關聯(lián)的傳感器的信號中讀取所述樣品的速度，確定所述樣品的速度，
27. 根據(jù)權利要求17所述的方法，還包括步驟通過下列動作確定所述樣品的速度在第一時間，在第一傳感器處記錄所述樣品的前緣；在笫二時間，在第二傳感器處記錄所迷樣品的前緣；確定所述第一時間和所述第二時間之間的時間差；確定所述第一傳感器和所述第二傳感器之間的距離；以及使所述距離除以所述時間差。
28. 根據(jù)權利要求17所述的方法，還包括步驟確定第一傳感器和成像位置之間的距離，所述成像位置被放置在所述光柵之下且在照相機的視野之中；在第一時間，在所述第一傳感器處記錄所述樣品的前緣；確定所述樣品的速度；通過使所述第一傳感器和所述成像位置之間的距離除以所述樣品的速度，計算延遲對間，所述延遲時間等于所述樣品從所述第一傳感器移動至所述成像位置所需的時間；以及在第二時間之后，向所述照相機發(fā)信號以捕獲所述圖像序列，所述第二時間等于所述第一時間加所述延遲時間。
29. 根據(jù)權利要求28所述的方法，其中所述確定所述樣品的速度的步驟包括步驟在第三時間，在第二傳感器處記錄所述樣品的前緣；確定所述第一時間和所述第三時間之間的時間差；確定所述第一傳感器和所述笫二傳感器之間的距離；以及使所述第一傳感器和所述第二傳感器之間的距離除以所述第一時間和所述第三時間之間的時間差。
30. —種用于測量連續(xù)移動樣品的表面平整度的系統(tǒng)，包括傳送裝置，沿傳送平面連續(xù)傳送樣品；光柵，相對于所述傳送平面以非0角度被放置在所述樣品之上；光源，被配置成照射所述光柵和所述樣品；照相機，被放置在所述光柵和所述樣品之上，并被配置成捕獲至少一個圖像，所述至少一個圖像包括指示所述樣品的表面平整度的陰影波紋條紋圖；計算機，與所述照相機相關聯(lián)，并被配置成處理所述圖像，以測量所述樣品的表面平整度，
31. 根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所述光源為線源型的脈沖光源，并被配置成在每一圖像捕獲期間，發(fā)射至少一個光脈沖。
32. 根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所述光源為線源型的連續(xù)光源，所述光源的線被設置成平行于所述光柵的線。
33. 根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所述照相機包含電子快門。
34. 根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，還包括傳感器，該傳感器可用于檢測所述樣品，以及當檢測到所述樣品時，把至少一個信號傳輸到所述計算機，其中所述計算機還被配置成處理所述信號。
35.根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，還包括傳感器，該傳感器可用于確定所述樣品的傳送速度，以及把包括所述速度的至少一個信號傳輸?shù)剿鲇嬎銠C，其中所述計算機還被配置成處理所述信號。
全文摘要
連續(xù)移動樣品的樣品表面平整度的測量。傳送裝置連續(xù)地傳送在相對于傳送平面以非0角度放置的光柵之下的樣品。樣品和傾斜光柵之間的相對距離隨樣品的水平平移變化。放置在樣品和光柵之上的照相機以固定的時間間隔捕獲圖像序列，每一圖像包括指示樣品的表面平整度的陰影波紋條紋圖。樣品和光柵之間的相對距離的連續(xù)變化在每一相繼圖像的陰影波紋條紋圖之間引入已知或未知的相位階躍。與照相機相關聯(lián)的計算機處理圖像以確定樣品的所選擇像素位置處的像素的相位值和樣品表面的相對高度。
文檔編號G01B11/24GK101287960SQ200580042705
公開日2008年10月15日申請日期2005年9月30日優(yōu)先權日2004年10月13日
發(fā)明者德克·A·茲維摩爾, 格雷戈里·J.·佩特里科尼, 潘家輝, 肖恩·P.·麥克羅恩申請人:阿克羅米特里克斯有限責任公司

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