圖像測量裝置的制作方法

專利名稱：圖像測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過對測量對象攝像來對該測量對象進行測量的圖像測量裝置。
背景技術：
具有自動調焦功能的圖像測量裝置通過使諸如照相機等的攝像裝置或其光學系統在光軸方向上移動來順次獲取測量對象的多個圖像，并將獲取到對比度最高的圖像的光軸方向位置定義為該測量對象的聚焦位置(日本特開2009-168607A)。具有對比度型自動調焦功能的這種圖像測量裝置的自動調焦的精度和速度或多或少受自動調焦操作期間的幀頻等影響。例如，由于因攝像裝置的幀頻和對攝像范圍進行照明的照明單元的發光頻率的組合而可能發生的閃爍，這種圖像測量裝置可能獲取到亮度不均勻的圖像。在這種情況下，由于亮度不足的圖像的像素之間的亮度差小，因此這種圖像的對比度變低而不管該圖像是否是在聚焦位置處獲取到；而亮度充足的圖像的對比度變高。因而，存在難以基于對比度來判斷聚焦位置的問題，這導致自動調焦的可靠性下降。為了克服該問題，圖像測量裝置通常具有如下的照明單元，其中，該照明單元不會因其與攝像裝置的組合而發生閃爍。然而，同樣在這種情況下，根據圖像測量裝置的結構， 可能存在難以消除外部漫射光(diffused light)的影響的多個情形。熒光燈管(以下稱為室內燈)是難以消除并且往往成為問題的外部漫射光的例子。室內燈在電源頻率為50Hz 的地區內以IOOHz重復閃爍以及在電源頻率為60Hz的地區內以120Hz重復閃爍，并對測量結果和自動調焦結果造成不利影響。還存在照明單元自身閃爍的情況。此外，盡管這種圖像測量裝置可以由照相機和軟件來容易地實現，但存在該裝置需要很長時間來進行自動調焦處理的問題。為了解決該問題，可想到使照相機和光學系統高速移動。然而，由于幀頻恒定，這使得自動調焦期間的圖像獲取間距粗略，并且使得難以獲得正確的聚焦位置。

發明內容
有鑒于此而作出本發明，并且本發明的目的在于提供一種能夠進行高精度和高速的自動調焦處理的圖像測量裝置。根據本發明的一個實施例的一種圖像測量裝置，包括攝像裝置，用于對工件攝像；照明裝置，用于利用光照射所述工件；位置控制系統，用于對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制，并將所述聚焦位置作為表示聚焦軸方向上的位置的信息而輸出；以及控制裝置， 用于在所述位置控制系統對所述聚焦位置進行控制時，對所述攝像裝置的幀頻進行控制， 并且還對所述攝像裝置和所述照明裝置至少之一進行控制，以使得所述攝像裝置所接收的光量基本上恒定。在根據本發明的另一實施例的圖像測量裝置中，所述控制裝置可以響應于來自所述攝像裝置的信號，對所述攝像裝置和所述照明裝置至少之一進行控制。
根據本發明的另一實施例的一種圖像測量裝置，包括攝像裝置，用于對工件攝像，并且所述攝像裝置的曝光時間可變；照明裝置，其被控制為以特定發光頻率發光并且利用照明光照射所述工件；位置控制系統，用于對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制，并將所述聚焦位置作為表示聚焦軸方向上的位置的信息而輸出；以及控制裝置，用于在所述位置控制系統對所述聚焦位置進行控制時，基于室內燈的照亮頻率是第一頻率和第二頻率中的哪一個來將所述攝像裝置的曝光時間設置為所述室內燈的照亮周期的整數倍，其中，將所述照明裝置的發光頻率設置為所述第一頻率和所述第二頻率的公倍數。這種結構使得能夠通過消除以特定周期重復閃爍的外部漫射光的影響并獲取亮度均勻的圖像來進行高精度的自動調焦處理。此外，這種結構可通用于電源頻率不同的地區。在根據本發明的另一實施例的圖像測量裝置中，當關閉所述照明裝置時，所述控制裝置可以檢測所述室內燈的照亮頻率。在根據本發明的另一實施例的圖像測量裝置中，所述控制裝置可以在將所述攝像裝置的曝光時間設置為與所述第一頻率相對應的照亮周期的整數倍、以及將所述攝像裝置的曝光時間設置為與所述第二頻率相對應的照亮周期的整數倍這兩種情況下，均對所述位置控制系統進行控制，以與這兩種情況相對應地使得所述攝像裝置在多個不同的聚焦位置處進行攝像；所述控制裝置可以計算所獲取到的圖像的平均亮度的波動率；并且所述控制裝置可以將所述攝像裝置的曝光時間設置為與所述第一頻率和所述第二頻率中對應于較低的平均亮度波動率的頻率相對應的照亮周期的整數倍。這種結構使得可以在無需進行復雜操作的情況下設置攝像裝置的幀頻和照明裝置的發光頻率，從而使得能夠在任意地區均容易地進行高精度的自動調焦處理。在根據本發明的另一實施例的圖像測量裝置中，所述第一頻率可以為100Hz，并且所述第二頻率可以為120Hz。在根據本發明的另一實施例的圖像測量裝置中，所述照明裝置的發光頻率可以為 600Hz的整數倍。在根據本發明的另一實施例的圖像測量裝置中，在獲取到所述工件的三個以上的圖像之后，所述控制裝置可以改變所述攝像裝置的聚焦位置。在根據本發明的另一實施例的圖像測量裝置中，所述照明裝置可以接收來自所述攝像裝置的垂直同步信號，并在所述攝像裝置的曝光時間內輸出特定數量的脈沖。在根據本發明的另一實施例的圖像測量裝置中，當所述工件被除所述室內燈以外的外部漫射光所照射時，所述控制裝置可以設置長曝光時間。根據本發明的又一實施例的一種圖像測量裝置，包括攝像裝置，用于對工件攝像，并且所述攝像裝置的幀頻可變；照明裝置，用于利用光照射所述工件；位置控制系統， 用于對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制，并將所述聚焦位置作為表示聚焦軸方向上的位置的信息而輸出；以及控制裝置，用于在所述位置控制系統對所述聚焦位置進行控制時，對所述攝像裝置的幀頻進行控制并且根據所述攝像裝置的幀頻對所述照明裝置的光量進行調整。在根據本發明的又一實施例的圖像測量裝置中，當對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制時，所述控制裝置可以接收所述攝像裝置的攝像范圍的圖像中的一部分，增大所述攝像裝置的幀頻，并且增加所述照明裝置的光量。在根據本發明的又一實施例的圖像測量裝置中，所述控制裝置可以響應于所述攝像裝置所輸出的垂直同步信號來對所述照明裝置的光量進行調整。在根據本發明的又一實施例的圖像測量裝置中，當對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制時，所述控制裝置可以根據第一幀頻和第二幀頻來對所述照明裝置的光量進行調整，其中，所述第一幀頻是基于所述攝像裝置所輸出的垂直同步信號的間隔所計算出的，所述第二幀頻是通常測量時所使用的。在根據本發明的又一實施例的圖像測量裝置中，所述控制裝置可以根據所述攝像裝置的幀頻來對所述攝像裝置的增益進行調整。在根據本發明的又一實施例的圖像測量裝置中，所述控制裝置可以響應于所述垂直同步信號來獲得所述聚焦位置。在根據本發明的又一實施例的圖像測量裝置中，所述控制裝置可以通過使用根據所述工件的表面的顏色、反射率等所定義的照明度(illuminance)來調整所述照明裝置的光量。根據本發明的又一實施例的圖像測量裝置還可以包括幀頻檢測裝置，用于檢測所述攝像裝置的幀頻；以及標準幀頻保持單元，用于保持圖像測量期間所述攝像裝置的幀頻。在根據本發明的又一實施例的圖像測量裝置中，所述幀頻檢測裝置和所述標準幀頻保持單元可以由程序來實現。在根據本發明的又一實施例的圖像測量裝置中，當所述照明裝置的輸出超過特定值時，所述控制裝置可以對所述攝像裝置的增益進行調整。


圖9是示出與根據本發明實施例的圖像測量裝置有關的、室內燈的照亮頻率和曝光時間之間的關系的不例的時序圖。圖10是示出根據本發明第一實施例的圖像測量裝置的幀頻確定方法的流程圖。圖11是示出與圖像測量裝置有關的、發光頻率和曝光時間之間的關系的時序圖。圖12是示出與根據本發明第一實施例的圖像測量裝置有關的、發光頻率和曝光
圖I是根據本發明第一實施例的圖像測量裝置的整體外觀的圖。
圖2是示出同一圖像測量裝置的結構的框圖。
圖3是示出同一圖像測量裝置的一部分組件的框圖。
圖4是示出同一圖像測量裝置的自動調焦方法的圖。
圖5是示出與圖像測量裝置有關的、對比度和照相機的z坐標之間的關系的圖。
圖6是示出與圖像測量裝置有關的、室內燈的照亮頻率和曝光時間之間的關系的
圖7是示出與圖像測量裝置有關的、室內燈的照亮頻率和曝光時間之間的關系的
圖8是示出與圖像測量裝置有關的、室內燈的照亮頻率和曝光時間之間的關系的時間之間的關系的時序圖。
是示出根據本發明第二實施例的圖像測量裝置的結構的框圖。
是示出同一圖像測量裝置的自動調焦方法的時序圖。
是用于說明同一圖像測量裝置的照明控制方法的框圖。
是用于說明根據本發明第三實施例的圖像測量裝置的照明控制方法的框
是示出同一圖像測量裝置的自動調焦方法的時序圖。
是示出根據本發明第四實施例的圖像測量裝置的自動調焦方法的時序圖。圖13
圖14
圖15
圖16圖。
圖17
圖18
具體實施例方式第一實施例接著，將參考附圖來詳細說明根據本發明第一實施例的圖像測量裝置的結構。圖I是根據本實施例的圖像測量裝置的整體外觀的圖。該圖像測量裝置包括圖像測量儀1，其安裝有作為用于對工件3攝像的攝像裝置的照相機141 ;以及計算機(以下稱為“PC”)2，其電連接至圖像測量儀I。圖像測量儀I被配置成如下。即，在試樣移動單元11上放置試樣臺12，以使得試樣臺12的上表面作為基面呈水平面。在豎立于試樣移動單元11的兩個側端的臂支撐件13a 和13b的上端支撐有X軸引導件13c。由試樣移動單元11在Y軸方向上驅動試樣臺12。在 X軸引導件13c上支撐攝像單元14，以使得可以在X軸方向上驅動攝像單元14。在攝像單元14的下端安裝照相機141。盡管本實施例采用對配置在試樣臺12上的工件3攝像的方式，但勿庸置疑，可以采用任何其它方式，并且例如可以采用從橫方向對放置在地板上的工件攝像的方式。照相機141可以是諸如CCD、CMOS等的各種類型的照相機。圖2是根據本實施例的圖像測量裝置的框圖。在本實施例中，該圖像測量裝置包括用作例如圖像測量儀I內部的控制裝置的控制器15，并且控制器15包括位置控制系統 151和照明控制裝置152。攝像單元14包括利用光來照射工件3的照明裝置142。在本實施例中，照明裝置142是PWM(脈沖寬度調制)控制的LED。PC 2經由位置控制系統151來控制照相機141的聚焦位置。PC 2將指定幀頻的信號發送至照相機141，并將針對照明裝置142的PWM頻率指示發送至照明控制裝置152。照相機141以指定幀頻對利用來自照明裝置142的照明光和室內光所照射的工件3攝像，并將圖像信息發送至PC 2。此時，將照相機141的位置信息從位置控制系統151發送至PC 2。在本實施例中，PWM控制的LED照明器用作照明裝置142，但勿庸置疑，可以使用各種類型的照明器。接著，將說明根據本實施例的圖像測量裝置的攝像單元14的結構。圖3是示出根據本實施例的圖像測量裝置的一部分的結構的框圖。在本實施例中，攝像單元14包括照相機141 ;線性編碼器143，用于檢測和輸出照相機141的Z坐標；照相機驅動機構144，用于在Z軸方向上驅動照相機141 ;以及Z軸馬達145，用于驅動照相機驅動機構144。Z軸馬達145由位置控制系統151經由設置在圖像測量儀I中的電源單元16所控制。對線性編碼器143進行安裝，以使得其標尺或檢測頭與照相機141連動地在Z軸方向上移動。位置控制系統151包括鎖存計數器和Z值鎖存緩沖器，響應于觸發信號從線性編碼器143獲取照相機141的Z坐標信息，并將所獲取信息保持在Z值鎖存緩沖器中。照相機141分別經由USB接口連接至PC 2以及經由專用DIO (數字輸入/輸出)連接至位置控制系統151。位置控制系統151向電源單元16輸出Z軸驅動指示。電源單元16向Z軸馬達145 供給驅動電力，并且Z軸馬達145利用照相機驅動機構144驅動照相機141。照相機141以任意幀頻進行攝像，并將圖像信息經由USB接口發送至PC 2。此時，照相機141可以將垂直同步信號作為觸發信號輸出至位置控制系統151。在這種情況下，位置控制系統151接收該垂直同步信號，并且響應于此，從線性編碼器143獲取照相機141的Z坐標。將所獲取到的Z坐標保持在Z值鎖存緩沖器中，并且更新鎖存計數器。響應于讀出指示將所保持的 Z值發送至PC 2。在本實施例中，在Z軸方向上驅動照相機141，但還可以通過對設置在照相機141中的諸如鏡頭等的光學系統進行調整來得到相同的操作。在本實施例中，USB接口用作數字串行通信部件，但勿庸置疑，還可以使用諸如Gig-E、FireWire等的任何其它部件。接著，將說明根據本實施例的圖像測量裝置的自動調焦方法。圖4是用于說明根據本實施例的圖像測量裝置的自動調焦方法的圖，其中橫軸表示照相機141的Z坐標且縱軸表示對比度。在根據本實施例的圖像測量裝置進行自動調焦期間，在多個Z坐標處進行攝像， 根據在各個坐標位置處獲取到的圖像計算對比度，并將獲取到具有所計算出的多個對比度中的最高值的圖像的Z坐標判斷為聚焦位置。在圖4的例子中，在7個Z坐標(Zl Z7) 處進行攝像，并且計算各個Z坐標處的對比度(Pl P7)。在圖4的例子中，由于Z坐標Z4 處的對比度P4最高，因此將Z坐標TA判斷為聚焦位置，并且將照相機141的Z坐標設置為 Z坐標Z4。接著，將說明傳統的對比度型自動調焦的問題。如上所述，關于這種圖像測量裝置，存在工件3不僅被來自照明裝置142的光所照射、還被外部漫射光所照射的情況。在多數情況下，這種圖像測量裝置在室內使用，并且外部漫射光是來自室內燈的光。室內燈以恒定周期重復閃爍，并且根據閃爍周期和照相機141的幀頻之間的關系而在要獲取的圖像中可能產生閃爍。將參考圖5 8來說明該閃爍的問題。通常，非逆變器型的熒光燈管(以下為室內燈)的照亮頻率依賴于電源頻率，并且在電源頻率為50Hz的地區內該照亮頻率為IOOHz 以及在電源頻率為60Hz的地區內該照亮頻率為120Hz。圖6示出當以幀頻60fps進行攝像時、室內燈的照亮頻率和照相機141的幀頻之間的關系。上部表示電源頻率為60Hz的情況，并且下部表示電源頻率為50Hz的情況。如圖6的上部所示，照相機141在自其開始曝光起的1/60秒(約16. 7毫秒)期間接收光，并在光接收結束時將圖像傳送至PC2。照相機141在其完成至PC 2的圖像傳送時再次開始曝光，隨后重復相同的操作。在圖6中，對圖像傳送時間設置相對長的時間。這里，示出將幀周期(=幀頻的倒數)設置為與曝光時間大致相等的例子，并且強調示出由于幀頻和照亮頻率之間的誤差而引起這兩者的相位之間逐漸偏移。如上所述，當電源頻率為60Hz時，室內燈的照亮頻率為120Hz。因此，當將曝光時間設置為1/60 = 16. 7ms時，照相機141從光接收開始直到其結束為止所接收的光量與室內燈的兩個周期相對應。因而，即使室內燈的照亮周期與幀周期不一致，照相機141所拍攝的圖像也都具有相同的亮度。與此相比較，當電源頻率為50Hz時，即當室內燈的照亮頻率為IOOHz時，室內燈以 10毫秒的周期重復閃爍。因此，如圖6的下部所示，照相機141的曝光時間不是室內燈的照亮周期的整數倍。因而，照相機141所接收的光量根據攝像次數而不同，并且在所獲取到的圖像中產生閃爍。如上所述，對比度型自動調焦根據照相機141所獲取到的圖像來計算對比度。因而，當在照相機141所獲取到的圖像中產生閃爍時，難以正確地計算對比度。圖5是將在沒有發生閃爍的情況下理論上要獲得的對比度與具有由于閃爍所引起的誤差的對比度進行比較的圖，其中，縱軸表示對比度并且橫軸表示照相機的Z坐標。由虛線所示出的曲線表示理論上要獲得的對比度，并且由實線所示出的曲線表示具有誤差的對比度。如圖5所示，由于在所獲取到的圖像中產生閃爍，因而對比度峰值移動至與理論上位置不同的位置。結果，對比度P3'高于對比度P4'，并且代替理論上作為聚焦位置的坐標Z4,將坐標Z3判斷為聚焦位置。圖7示出與圖6基本相同的圖。然而，不同之處在于在圖7中將幀頻設置為 50fps，而在圖6中將幀頻設置為60fps。在這種情況下，與圖6的情況相反，當室內燈的照亮頻率為IOOHz時，在照相機141所獲取到的圖像中沒有發生閃爍，而當室內燈的照亮頻率為120Hz時，發生閃爍。圖8也示出與圖6和圖7基本相同的圖，但在圖8中，將照相機的幀頻設置為 20fps。在這種情況下，在室內燈的照亮頻率為IOOHz以及該照亮頻率為120Hz的這兩種情況下，曝光時間50ms是室內燈的照亮周期的整數倍。因此，不會發生閃爍。然而，如果以該幀頻進行攝像，則攝像速度大幅下降并且自動調焦需要大量時間。為了解決該問題，本發明采用根據室內燈的照亮頻率來調整照相機141的曝光時間。該調整方法如圖9所示。圖9與圖6基本相同，但不同之處在于當電源頻率為60Hz 時將照相機的曝光時間設置為1/60秒，而當電源頻率為50Hz時將照相機的曝光時間設置為1/50秒。通過根據電源頻率靈活調整曝光時間，可以獲取不具有由于外部漫射光所引起的閃爍的圖像。注意，盡管在圖9中照相機的曝光時間為與室內燈的照亮頻率相對應的一個周期時間的兩倍長，但不必為兩倍長，而僅需要為整數倍。實際上，可想到通過設置短曝光時間、即設置高幀頻來實現高自動調焦速度。具體地，可想到當電源頻率為60Hz時將照相機的曝光時間設置為1/120秒，并且當電源頻率為50Hz時將照相機的曝光時間設置為 1/100秒。當工件3被除室內燈以外的外部漫射光所照射時，可想到設置長曝光時間、即設置低幀頻，由此抑制噪聲并提高自動調焦操作的可靠性。在本實施例中，照相機141的曝光時間僅需設置為室內燈的照亮周期的整數倍，而與幀頻無關。這樣所設置的曝光時間確保了即使幀周期內的曝光開始時刻改變、在曝光期間也總是接收到恒定光量，因而防止了閃爍。接著，將說明通過使用軟件來自動檢測室內燈的照亮頻率的方法。圖10示出用于檢測室內燈的照亮周期的處理的流程。圖10是利用軟件所執行的如下的幀頻調整方法的流程圖，其中，該幀頻調整方法用于如上所述在電源頻率為60Hz時將照相機的幀頻設置為120fps，并且在電源頻率為50Hz時將照相機的幀頻設置為lOOfps。 當幀頻調整開始時，首先，PC 2關閉照明裝置142以查看外部漫射光的影響(SI)。接著，將照相機141的幀頻設置為IOOfps (S2)。然后，照相機141進行攝像以獲取工件3的圖像，并且計算平均亮度的波動率(S3)。在該步驟S3中，優選獲取工件3的三個以上的圖像。接著，將照相機141的幀頻改變為120fps(S4)。獲取工件3的圖像并且計算平均亮度的波動率(S5)。最后，將使照相機141的幀頻設置為IOOfps時的平均亮度的波動率與使照相機 141的幀頻設置為120fps時的平均亮度的波動率進行比較，并且將照相機141的幀頻設置為與平均亮度的波動率中的較低波動率相對應的幀頻(S6)。可以先將照相機141的幀頻設置為60fps然后再改變為50fps。在步驟S6中，當所比較的兩個平均亮度的波動率都等于或高于特定閾值時，可以將幀頻設置為60fps。當所計算出的兩個平均亮度的波動率都低時，可以手動設置幀頻。如上所述的這種方法可以在圖像測量裝置或專用軟件啟動時執行。接著，將說明根據本實施例的圖像測量裝置的照明裝置142的操作。在本實施例中，PWM控制的LED用作照明裝置142，并且將PWM頻率設置為作為120和100的最小公倍數的600Hz的整數倍。以下將說明其原因。圖11是示出當將PWM頻率設置為480Hz時、照明裝置142的發光時間和照相機 141的曝光時間之間的關系的時序圖。上部示出照相機141的幀頻為60fps的情況，并且下部示出照相機141的幀頻為50fps的情況。當如圖11的上部所示、PWM頻率為480Hz并且照相機141的幀頻為60fps時，該 PWM頻率為該幀頻的8倍大。因而，照相機141從照明裝置142接收與8個脈沖相對應的光量，并且所獲取到的圖像全部具有相同的光量。與此相比較，當如圖11的下部所示、照相機141的幀頻為50fps時，照明裝置142的該PWM頻率為照相機141的該幀頻的9. 6倍大。 因而，照明裝置142的PWM頻率不是幀頻的整數倍。結果，如圖6的下部的例子那樣，在照相機141的幀頻和照明裝置142的照射周期之間發生誤差，因而在所獲取到的圖像之間產生閃爍。在這種情況下，如參考圖5和圖6所述的那樣，在所獲取到的對比度和理論上要獲取到的對比度之間產生誤差，并且自動調焦精度受損。與此相比較，根據本實施例的圖像測量裝置將照明裝置142的發光頻率設置為 600Hz的倍數。圖12示出在將照明裝置142的發光頻率設置為600Hz的倍數時的狀態。圖 12與圖11基本相同，但不同之處在于將照明裝置142的發光頻率設置為600Hz。如從圖12 的上部可以看出，當照相機141的幀頻為60fps時，在照相機141的一次曝光時間內工件3 被照明裝置142所照射的光量是與照明裝置142的10個脈沖相對應的量。當照相機141 的幀頻為50fps時，所接收到的光量與照明裝置142的12個脈沖相對應。因而，在將照相機141的幀頻設置為50fps以及將該幀頻設置為60fps的這兩種情況下，要接收的光量均總是恒定。利用這種結構，即使當照相機141的幀頻改變時也可以獲取無閃爍的適當圖像。 當利用切換型電源電路來打開照明時，原理上由于該切換而發生波紋(ripple)。照明也由于這些波紋而閃爍，并且在輸入圖像中可能產生閃爍。然而，該問題可以利用本實施例的結構來克服。在本實施例中，由于照相機的幀頻是從IOOfps和120fps中選擇的，因此將照明裝置142的發光頻率設置為600Hz。然而，發光頻率僅需選擇為多個幀頻的公倍數即可。例如，當從50fps和60fps中選擇照相機的幀頻時，可以將發光頻率設置為作為這兩個幀頻的最小公倍數的300Hz。當將照相機141的幀頻設置為除50fps和60fps以外的任何其它值時，可以自動將照明裝置142的發光頻率調整為照相機141的幀頻的整數倍。此外，還可以使照明裝置142接收來自照相機141的垂直同步信號并且在曝光時間內僅發出包括固定數量的脈沖的光。此外，例如，當利用切換型電源電路來控制微小的電流或電壓時，存在如下的方法，其中，該方法可以通過對切換進行間隔剔除來改善效率、或者使得看起來在控制與利用切換控制元件的實際能力可以控制的電流或電壓相比更加微小的電流或電壓。此外，在這種情況下，將間隔剔除周期設置為恒定以及將間隔剔除頻率設置為幀頻的公倍數，這使得可以確保輸入圖像中沒有產生閃爍。第二實施例接著，將參考附圖來詳細說明根據本發明第二實施例的圖像測量裝置的結構。除了以下要點以外，根據本發明第二實施例的圖像測量裝置與第一實施例的相同。如圖13所示，在本實施例中，從PC 2發送至照明控制裝置152的不是PWM頻率指示而是亮度指示。此外，在本實施例中，照明裝置142可以是PWM控制的LED或者任何其它照明器。根據本實施例的圖像測量裝置所采用的對比度型自動調焦可以通過增加圖像輸出位置來找出正確的聚焦位置。然而，如果圖像輸出位置增加，則從照相機141發送至PC 2 的數據量增加。在本實施例中，由于照相機141和PC 2經由USB接口相連接，因此圖像數據傳送速度局限于約400Mbps，這導致自動調焦所需的時間增加。因而，根據本實施例的圖像測量裝置通過在自動調焦期間僅發送從攝像范圍的圖像切出的部分圖像來縮減從照相機141要發送至PC 2的數據量，由此使幀頻提高。將參考圖14來說明該自動調焦處理。圖14是示出在根據本實施例的圖像測量裝置的自動調焦期間、在照相機141和PC 2之間交換的信號的時序圖。上部示出從PC 2要發送至照相機141的信號中的一部分，并且下部示出從照相機141要發送至PC 2的信號。在自動調焦開始之前的實時顯示狀態下，例如，如圖14的左下部所示，從照相機 141向PC 2發送表示整體攝像范圍的圖像數據。當在時刻SI時從PC 2向照相機141發送表示應當停止圖像輸出的指示時，照相機141停止圖像輸出，并且從照相機141向位置控制系統151發送表示應當復位鎖存計數器的指示。當鎖存計數器已復位時，將照相機141驅動至自動調焦開始位置。在時刻S2時，從PC 2向照相機141發送指定圖像輸出范圍的指示。這樣，例如， 如圖14的中下部的圖所示，限制了從照相機141要發送至PC 2的圖像的范圍。此時，還可以同時發出表示應當輸出垂直同步信號的指示。然后，在時刻S3時，從PC 2向照相機141 發送表示應當開始圖像輸出的指示，因而從照相機141向PC 2輸出圖像數據和時間戳。當在時刻S2時已發出了表示應當輸出垂直同步信號的指示時，從照相機141向位置控制系統 151發送垂直同步信號，因而將照相機141在其獲取到圖像時的Z坐標和時間戳保持在位置控制系統151中。當不使用垂直同步信號時，可以使用其它的方式來使照相機141和位置控制系統151同步，諸如，根據照相機141的幀頻來計算照相機141的攝像時刻并且獲得照相機141在所計算出的時刻時的Z坐標等。在自動調焦結束的時刻S4時，從PC 2向照相機141發送表示應當停止圖像輸出的指示。然后，在時刻S5時，發送表示應當解除自動調焦期間對照相機141的設置(圖像輸出范圍的指定以及垂直同步信號的輸出)的信號。從PC 2向位置控制系統151發送Z移動停止指示、鎖存停止指示和鎖存數讀出指示。位置控制系統151使照相機141停止移動， 使鎖存計數器和Z值鎖存緩沖器的操作停止，并將鎖存數發送至PC 2。然后，從PC 2向位置控制系統151輸出鎖存數據讀出指示，并將Z值鎖存緩沖器內的數據(Z坐標和時間戳) 從位置控制系統151發送至PC 2。PC2基于圖像數據的時間戳來將這些圖像數據與Z坐標相關聯，并且找出根據圖像數據所計算出的對比度和Z值之間的關系。之后，將獲取到具有最高對比度的圖像的Z值判斷為聚焦位置，PC 2使照相機141移動，以使得照相機141的Z 坐標變為所計算出的聚焦位置。最后，當在時刻S6時輸出表示應當恢復通過實時顯示進行圖像輸出的指示時，自動調焦操作完成，并且恢復傳送表示整體攝像范圍的通常圖像數據。此時，如圖14的右下部所示，從照相機141要發送至PC 2的圖像的大小與自動調焦開始之前的圖像大小相同。根據該方法，縮減從照相機141要發送至PC 2的圖像的大小，并且照相機141的幀頻可以顯著增大，而與USB接口的傳輸速率無關。然而，該方法必須縮短每幀的曝光時間，這導致所獲取到的圖像的光量減少。因而，對比度和自動調焦精度變低。為了解決該問題，本實施例在自動調焦期間增加照明裝置142的光量。將參考圖 15來說明該照明控制。圖15是用于說明根據本實施例的圖像測量裝置的照明控制方法的框圖。照明控制裝置152和照相機141均連接至PC 2，并且照明裝置142連接至照明控制裝置152。當自動調焦開始時，在與上述相同的圖14的時刻SI時輸出表示應當停止圖像輸出的指示，并且在時刻S3時輸出應當開始圖像輸出的指示。在本實施例中，在從時刻SI 到時刻S3的時段內、即在自停止從照相機141至PC2的圖像輸出的時刻起直到以指定幀頻恢復圖像輸出的時刻為止的時段內，從PC 2向照明控制裝置152發送亮度指示。通過根據照相機141的幀頻的增大來增加照明裝置142的光量，可以補償由于曝光時間的減少所引起的光量的減少，并且防止對比度下降。因而，可以在維持對比度的準確度的情況下大幅增加每單位時間所獲取的圖像信息的幀數，從而使得能夠進行高精度和高速的自動調焦。可以通過借用現有的PC和圖像測量儀，僅利用軟件來容易且價廉地實現這種結構。還可以使PC 2計算所獲取到的圖像的亮度、對比度等的平均值并基于這些值來控制照明控制裝置152。第三實施例接著，將說明根據本發明第三實施例的圖像測量裝置。除了以下要點以外，根據本實施例的圖像測量裝置與根據第二實施例的圖像測量裝置相同。根據本實施例的圖像測量裝置基于從照相機141輸出的垂直同步信號來控制照明裝置142的光量。圖16是用于說明根據本實施例的圖像測量裝置的照明控制方法的框圖。根據本實施例的圖像測量裝置與根據第二實施例的圖像測量裝置基本相同。然而，根據本實施例的圖像測量裝置的不同之處在于控制器15還包括幀頻檢測裝置153和標準幀頻保持單元 154，這兩者均連接至照相機141和照明控制裝置152。在本實施例中，從照相機141向幀頻檢測裝置153輸出垂直同步信號。幀頻檢測裝置153根據該垂直同步信號計算照相機141 的幀頻并將所計算出的幀頻輸出至照明控制裝置152。將所計算出的幀頻和標準幀頻保持單元154所輸出的標準幀頻之間的差輸入至照明控制裝置152。此時，可以將根據由PC 2所輸出的工件的表面的顏色、反射率等所定義的照明度(illuminance)輸入至照明控制裝置152作為標準值，并且可以基于幀頻進一步對該照明度進行調整。圖17是示出根據本實施例的圖像測量裝置中的照明裝置142的光量、照相機141 的增益以及照相機141所輸出的信號的時序圖。在該圖中，上部示出照明裝置142的光量， 中部示出照相機141的增益，并且下部示出照相機141所輸出的信號。在通常測量時，照明裝置142的光量是恒定值。然而，當在時刻Sll時自動調焦開始，照明控制裝置152響應于照相機141所輸出的垂直同步信號來增加照明裝置142的光量。當在時刻S12時自動調焦完成，照明控制裝置152響應于照相機141停止輸出垂直同步信號使照明裝置142的光量恢復為通常測量時的光量。在本實施例中，盡管僅在自動調焦期間照相機141輸出垂直同步信號，但可以不斷地輸出該垂直同步信號。在第一實施例中，照相機141的幀頻和照明裝置142的光量由PC 2分開控制。因此，存在如下的風險PC 2的計算處理的任何延遲等均可能導致在向照相機141給出指示的時刻以及向照明裝置142給出指示的時刻之間發生滯后。因此，存在如下的可能性在切換通常測量和自動調焦時，可能發生諸如顯示在PC 2上的圖像的瞬時變黑或相反瞬時過亮等的測量操作所不期望的現象。然而，在本實施例中，利用垂直同步信號使照相機141的幀頻和照明裝置142的光量直接同步。因此，即使在切換通常測量和自動調焦時也總是可以以適當光量進行攝像，并且可以防止諸如PC 2的畫面上的亮度的波動等的任何故障。市場上已存在具有垂直同步信號輸出功能的多種照相機，并且此外，可以容易地制造幀頻檢測裝置153和標準幀頻保持單元154。此外，當使用安裝有微計算機等的現有的控制器15時，可以利用諸如固件等的程序來實現這些附加電路。因而，可以非常價廉地實現如上所述的這種結構。第四實施例接著，將說明根據本發明第四實施例的圖像測量裝置。根據本實施例的圖像測量裝置與根據第三實施例的圖像測量裝置大致相同，但不同之處在于在后面所述的特定條件下對照相機141的增益進行調整。圖18是示出根據本實施例的圖像測量裝置的自動調焦期間的照明裝置142的光量、照相機141的增益和照相機141所輸出的信號的時序圖。圖18與圖17基本相同,但不同之處在于在自動調焦期間，照明裝置142的光量增加至最大輸出并且照相機141的增益增大。根據本實施例的圖像測量裝置在自動調焦期間增加照明裝置142的光量。然而， 在這種情況下，存在可能獲取到比照明裝置142的最大輸出高的光量的可能性。本實施例通過增大照相機141的增益來補償照明裝置142的光量的任何不足。即使在照明裝置142 的光量不足時，這種結構也可以實現可操作性優良的高精度和高速的自動調焦。相關申請的交叉引用本申請基于和要求2011年I月20日提交的日本專利申請2011-9513和2011年I 月27日提交的日本專利申請2011-14899的優先權，在此通過引用包含這兩個申請的全部內容。
權利要求
1.一種圖像測量裝置，包括攝像裝置，用于對工件攝像；照明裝置，用于利用光照射所述工件；位置控制系統，用于對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制，并將所述聚焦位置作為表示聚焦軸方向上的位置的信息而輸出；以及控制裝置，用于在所述位置控制系統對所述聚焦位置進行控制時，對所述攝像裝置的幀頻進行控制，并且還對所述攝像裝置和所述照明裝置至少之一進行控制，以使得所述攝像裝置所接收的光量基本恒定。
2.根據權利要求I所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述控制裝置響應于來自所述攝像裝置的信號，對所述攝像裝置和所述照明裝置至少之一進行控制。
3.一種圖像測量裝置，包括攝像裝置，用于對工件攝像，并且所述攝像裝置的曝光時間可變；照明裝置，其被控制為以特定的發光頻率發光，并且利用照明光照射所述工件；位置控制系統，用于對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制，并將所述聚焦位置作為表示聚焦軸方向上的位置的信息而輸出；以及控制裝置，用于在所述位置控制系統對所述聚焦位置進行控制時，基于室內燈的照亮頻率是第一頻率和第二頻率中的哪一個，將所述攝像裝置的曝光時間設置為所述室內燈的照亮周期的整數倍，其中，所述照明裝置的發光頻率被設置為所述第一頻率和所述第二頻率的公倍數。
4.根據權利要求3所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述控制裝置在所述照明裝置關閉時檢測所述室內燈的照亮頻率。
5.根據權利要求4所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述控制裝置在所述攝像裝置的曝光時間被設置為與所述第一頻率相對應的照亮周期的整數倍、以及所述攝像裝置的曝光時間被設置為與所述第二頻率相對應的照亮周期的整數倍這兩種情況下對所述位置控制系統進行控制，以與這兩種情況相對應地使得所述攝像裝置在多個不同的聚焦位置處進行攝像，所述控制裝置計算所獲取到的圖像的平均亮度的波動率，以及所述控制裝置將所述攝像裝置的曝光時間設置為與所述第一頻率和所述第二頻率中對應于較低的平均亮度波動率的頻率相對應的照亮周期的整數倍。
6.根據權利要求5所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述第一頻率為100Hz，并且所述第二頻率為120Hz。
7.根據權利要求6所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述照明裝置的發光頻率為600Hz的整數倍。
8.根據權利要求3所述的圖像測量裝置，其特征在于，在獲取到所述工件的三個以上的圖像之后，所述控制裝置改變所述攝像裝置的聚焦位置。
9.根據權利要求3所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述照明裝置接收來自所述攝像裝置的垂直同步信號，并在所述攝像裝置的曝光時間內輸出特定數量的脈沖。
10.根據權利要求3所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述控制裝置在所述工件被除所述室內燈以外的外部漫射光所照射時將曝光時間設置得長。
11.一種圖像測量裝置，包括攝像裝置，用于對工件攝像，并且所述攝像裝置的幀頻可變；照明裝置，用于利用光照射所述工件；位置控制系統，用于對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制，并將所述聚焦位置作為表示聚焦軸方向上的位置的信息而輸出；以及控制裝置，用于在所述位置控制系統對所述聚焦位置進行控制時，對所述攝像裝置的幀頻進行控制，并且根據所述攝像裝置的幀頻對所述照明裝置的光量進行調整。
12.根據權利要求11所述的圖像測量裝置，其特征在于，當對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制時，所述控制裝置接收所述攝像裝置的攝像范圍的圖像中的一部分，增大所述攝像裝置的幀頻，并且增加所述照明裝置的光量。
13.根據權利要求11所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述控制裝置響應于所述攝像裝置所輸出的垂直同步信號來對所述照明裝置的光量進行調整。
14.根據權利要求13所述的圖像測量裝置，其特征在于，當對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制時，所述控制裝置根據第一幀頻和第二幀頻來對所述照明裝置的光量進行調整，其中，所述第一幀頻是基于所述攝像裝置所輸出的垂直同步信號的間隔計算出的，所述第二幀頻是通常測量時所使用的。
15.根據權利要求11所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述控制裝置根據所述攝像裝置的幀頻來對所述攝像裝置的增益進行調整。
16.根據權利要求13所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述控制裝置響應于所述垂直同步信號來獲得所述聚焦位置。
17.根據權利要求11所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述控制裝置通過使用根據所述工件的表面的顏色和/或反射率所定義的照明度來調整所述照明裝置的光量。
18.根據權利要求11所述的圖像測量裝置，其特征在于，還包括幀頻檢測裝置，用于檢測所述攝像裝置的幀頻；以及標準幀頻保持單元，用于保持圖像測量期間所述攝像裝置的幀頻。
19.根據權利要求18所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述幀頻檢測裝置和所述標準幀頻保持單元由諸如固件的程序來實現。
20.根據權利要求15所述的圖像測量裝置，其特征在于，所述控制裝置在所述照明裝置的輸出超過特定值時對所述攝像裝置的增益進行調整。
全文摘要
一種圖像測量裝置，包括攝像裝置，用于對工件攝像；照明裝置，用于利用光照射所述工件；位置控制系統，用于對所述攝像裝置的聚焦位置進行控制，并將所述聚焦位置作為表示聚焦軸方向上的位置的信息而輸出；以及控制裝置，用于在所述位置控制系統對所述聚焦位置進行控制時，對所述攝像裝置的幀頻進行控制，并且還對所述攝像裝置和所述照明裝置至少之一進行控制，以使得所述攝像裝置所接收的光量基本恒定。
文檔編號G03B15/05GK102607638SQ201210020710
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月20日 優先權日2011年1月20日
發明者吉田博行, 白井直樹 申請人:株式會社三豐