(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械視覚システムであって、
少なくとも2つのカメラ(103a〜103c)と
コントローラ(100)とを備え、前記コントローラは、
少なくとも1つのプロセッサ(101)と、
少なくとも1つのメモリ(102)と、
少なくとも1つのデータ通信接続(106)と
をさらに備え、前記コントローラ(100)が偏差行列を受け取るように構成され、前記偏差行列が、基準測定デバイスを使用した基準物体の測定に基づき計算され、前記偏差行列が、前記基準物体の測定された座標と決定された座標の間の偏差を表し、
前記プロセッサ(101)が、
機械視覚システムを使用して、前記基準物体および少なくとも1つの目標物体を測定し、
目標物体と前記基準物体の間の差異を表す差異行列を計算し、
前記偏差行列、前記差異行列、および前記決定された座標の和として、少なくとも1つの目標物体についての絶対値のスケール結果を計算する
ように構成される、機械視覚システム。
【請求項２】
前記コントローラ(100)が、決定された座標行列を受け取るようにさらに構成され、前記決定された座標行列が少なくとも1つの仮想点の座標を含む、請求項1に記載の機械視覚システム。
【請求項３】
前記コントローラ(100)が、決定された座標行列を受け取るようにさらに構成される、請求項1または2に記載の機械視覚システム。
【請求項４】
前記基準測定デバイスが座標測定機械(105)である、請求項1に記載の機械視覚システム。
【請求項５】
偏差行列を受け取るステップと、
機械視覚システムを使用して、基準物体および少なくとも1つの目標物体を測定するステップと(300, 301)、
目標物体と前記基準物体の間の差異を表す差異行列を計算するステップと(302)、
前記偏差行列、前記差異行列、および決定された座標の和として、少なくとも1つの目標物体についての絶対値のスケール結果を計算するステップと(303)
を含み、前記偏差行列が、基準測定デバイスを使用した基準物体の測定に基づき計算され、前記偏差行列が、前記基準物体の測定された座標と前記決定された座標の間の偏差を表す、物体を測定するための方法。
【請求項６】
決定された座標行列を受け取るステップをさらに含み、前記決定された座標行列が少なくとも1つの仮想点の座標を含む、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
決定された座標行列を受け取るステップをさらに含む、請求項5または6に記載の方法。
【請求項８】
コンピューティングデバイスによって実行されると、請求項5から7のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されるコンピュータプログラムコードを含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の開示は機械視覚システムに関する。詳細には、本出願は、品質管理または物体を測定する必要がある他の同様の作業で使用される測定機械視覚システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ制御される機械視覚システムは、様々な用途で使用される。1つの典型的な用途は、製造業において製造した物体の品質管理である。1つまたは複数のカメラを使用して製造した物体を撮像することによって、物体の様々な特性を測定することが可能である。測定は、物体全体、または物体のいくつかの選択した特徴を測定することを含むことができる。したがって、測定は、1次元、2次元、もしくは3次元であってよく、または選択した特徴に依存して、組み合わせた次元で実施することさえできる。サイズおよび形状に加えて、色、粗さ、または他のそのような特徴などの他の特色を測定することも可能である。機械視覚システムの測定は、典型的には、製造した物体をモデル物体と比較することによって行われる。達成した結果としては、典型的には、測定した物体と使用されるモデル物体の相対的な差が得られる。
【０００３】
3次元座標を測定するために、測定点が両方の画像の中に見えるという条件で、2つの2次元画像から3次元座標を計算できるため、単に2つのカメラが必要である。しかし、典型的には、カメラの数はより多い。これは、より多くのカメラによって、測定のカバレージと正確さが増すためである。カメラは、典型的には、測定される物体のすべての特徴または少なくともできるだけ多くの特徴を見ることができるように配置される。それに対応して、測定される特徴をカメラのすべては見ないことが通常である。カメラの数を増やすことに加えて、測定精度を改善するために、正確な校正および画像処理アルゴリズムなどの複数の他の概念が知られている。さらに、所望の特徴から取得される画像の品質を改善するために、特定の物体のためにカメラ配置を計画すること、またはより正確なカメラまたは特定の照明を使用することが可能である。
【０００４】
測定機械視覚システムは、測定機械視覚システムが異なる条件下で測定した特徴を同様に認識するという点で特に良好である。したがって、物体が測定されるときに、条件が変わる場合でさえ、エッジおよび孔などの特徴を同様に検出することになる。このため、物体の位置または形状における小さい変化さえ正確に測定することが可能である。取得した画像から導かれる測定結果は正確であるが、それらを、座標測定機械などの他の測定ツールで測定された測定結果と比較することはできない。これは、従来の機械視覚システムおよび方法を使用して、たとえば、エッジの絶対位置を測定することが困難であるためである。測定される物体のサイズ、位置、または他の変化の相対的な変化を正確に測定することが可能であるが、相対的な差の代わりに絶対値のスケールで同じ変化を測定するのは、困難である。
【０００５】
従来の解決策では、これらの測定は、測定される物体の位置を正確に測定することによって、または測定された物体を測定治具に置くことによって時々補われ、その結果正確な位置がわかる。位置が正確にわかると、測定される物体の絶対値の測定値の少なくとも一部を測定することが可能である。1つの方法は、物体の定格寸法に一致するようにできるだけ正確に製造された基準物体(「ゴールデンオブジェクト」)を作ることである。
【０００６】
しかし、これらの手法は、異なるタイプの物体または多数の物体を測定する必要がある場合には、問題となる場合がある。測定を行うことができる前に測定される物体が正確に位置決めされる必要がある場合、測定は遅くなる。それに対応して、異なるタイプの物体を測定する必要がある場合、測定間で変える必要がある場合がある、異なるタイプの治具または他の位置決め手段が必要な場合もある。すべてのこれらの機械的な方法は、高価であり、損傷が生じやすい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
絶対値のスケールで差異を測定することが可能な機械視覚システムが開示される。機械視覚システムでは、座標測定機械などといった、基準測定装置を使用して、基準物体を正確に測定する。測定では、図面またはCADデータによって決定される点の組が測定される。基準測定は、決定された座標行列と、機械視覚測定から絶対値のスケール値を計算するために後で使用される基準測定結果との間の偏差行列を計算するために使用される。
【０００８】
一態様では、機械視覚システムのためのコントローラが開示される。コントローラは、少なくとも1つのプロセッサと、少なくとも1つのメモリと、少なくとも1つのデータ通信接続とを備える。コントローラは、偏差行列を受け取るように構成され、偏差行列は、基準測定デバイスを使用した基準物体の測定に基づく。プロセッサは、機械視覚システムを使用して、基準物体および少なくとも1つの目標物体を測定し、目標物体と基準物体の間の差異を表す差異行列を計算し、測定した目標物体、それぞれの差異行列、および偏差行列に基づいて、少なくとも1つの目標物体についての絶対値のスケール結果を計算するように構成される。
【０００９】
一実施形態では、コントローラは、決定された座標行列を受け取るようにさらに構成され、決定された座標行列が少なくとも1つの仮想点の座標を含む。さらなる実施形態では、コントローラは、決定された座標行列を受け取るようにさらに構成される。別の実施形態では、プロセッサは、偏差行列、差異行列、および決定された座標行列の和として、少なくとも1つの目標物体の絶対値のスケール結果を計算するように構成される。
【００１０】
別の態様では、機械視覚システムが開示される。機械視覚システムは、上で記載したようなコントローラ、およびコントローラに接続される少なくとも2つのカメラを備える。一実施形態では、機械視覚システムは、座標測定機械をさらに備える。
【００１１】
一態様では、物体を測定するための方法が開示される。物体を測定するための方法は、機械視覚システムを使用して、基準物体および少なくとも1つの目標物体を測定するステップと、目標物体と基準物体の間の差異を表す差異行列を計算するステップと、測定した目標物体、それぞれの差異行列、および偏差行列に基づいて少なくとも1つの目標物体についての絶対値のスケール結果を計算するステップとを含む。
【００１２】
一実施形態では、方法は、偏差行列を受け取るステップをさらに含み、偏差行列は、基準測定デバイスを使用した基準物体の測定に基づく。別の実施形態では、方法は、決定された座標行列を受け取るステップをさらに含み、決定された座標行列は、少なくとも1つの仮想点の座標を含む。さらなる実施形態では、方法は、決定された座標行列を受け取るステップをさらに含む。一実施形態では、方法は、偏差行列、差異行列、および決定された座標行列の和として、少なくとも1つの目標物体の絶対値のスケール結果を計算するステップをさらに含む。
【００１３】
一態様では、上で記載した方法は、コンピュータプログラムとして実装される。コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムコードを含み、コンピュータプログラムコードは、コンピューティングデバイスによって実行されると上に記載されたような方法を実施するように構成される。
【００１４】
記載される実施形態の利点としては、機械視覚システムを使用する絶対値測定を使用する可能性が挙げられる。絶対値測定が必要なとき、開示される装置および方法は、測定される物体のすべてが座標測定機械を使用して測定される必要があるとは限らないため、絶対値測定を実施する速くて費用効果的な方法を実現する。
【００１５】
機械視覚システムのさらなる理解を可能にするために含まれて本明細書の一部をなす添付図面は、実施形態を図示し、記載と一緒になって、機械視覚システムの原理を説明する助けとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】機械視覚システムの例の図である。
【図２】機械視覚システムの方法の例の図である。
【図３】機械視覚システムの方法の例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここでは、実施形態への詳細な参照が行われ、実施形態の例は、添付図面に図示される。
【００１８】
図1には、機械視覚システムのためのコントローラ100の例を図示するブロック図が示される。コントローラ100は、少なくとも1つのプロセッサ101と、少なくとも1つのメモリ102とを備える。少なくとも1つのプロセッサ101は、コンピュータプログラムを実行するように構成され、少なくとも1つのメモリは、コンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムおよびコンピュータプログラムが必要なデータを記憶するように構成される。典型的には、コントローラは、汎用コンピュータであるが、特別に製造されたコントローラであってもよい。コントローラ100は、いくつかのコネクタを備え、そのため、コントローラ100は、データ通信接続106を使用して、外部デバイスおよびデータ通信ネットワークに接続することができる。さらに、コントローラ100は、ディスプレイ、キーボード、および他の一般的に知られているデバイスなどの、典型的なコンピューティングデバイスを含むことが可能である。
【００１９】
コントローラ100は、機械視覚システムを制御するように構成される。機械視覚システムは、複数のカメラ103a〜103cを備える。コントローラのプロセッサは、カメラ103a〜103cを使用して測定される物体104の画像を取得するように構成される。図では3つのカメラの使用を図示するが、カメラの数は、3つに限定されず、典型的には、より多くの数のカメラが使用されることになる。
【００２０】
図の機械視覚システムを制御するコントローラ100は、座標測定機械105などの外部測定デバイスから測定結果を受け取るようにさらに構成される。座標測定機械105は、物体104を測定するのに使用されるプローブ106を備える。以下の記載では、座標測定機械の使用がより詳細に説明されることになる。しかし、図1の物体104は、同一のものであると理解するべきである。したがって、物体104は、最初に機械視覚装置を使用し、次いで、座標測定機械を使用して測定される、またはその逆となる。言い換えると、物体が同時に2つの測定を受けるとは仮定されないが、2つの測定の結果が、コントローラ100のメモリ102に記憶される。
【００２１】
物体104は、特別に製造したモデル物体である必要はない。物体104は、通常の製品または試作品製造した物体であってよい。したがって、本装置の利点は、特別でより正確に製造したモデル物体の必要がないことである。
【００２２】
図1の例では、座標測定機械105は、コントローラ100と結合される。しかし、これは必要ない。座標測定機械は、同じ構内に配置する必要がなく、コントローラ100と直接接続する必要がない。しかし、座標測定機械105で得られた測定結果を、コントローラ100に届けることができることが必要である。直接接続がない場合、測定結果は、メモリスティック、メモリカード、光ディスク、伝統的な磁気ディスケットなどのメディアキャリアを使用して届けることができる。それに対応して、コントローラ100は、ローカルエリアネットワーク接続を使用してさらなるコンピュータに接続される。ローカルエリアネットワーク接続は、コントローラ100を制御して構成するため、および通常のデータ交換のために使用することができる。たとえば、ローカルエリアネットワーク接続は、測定される物体に関係するデータを受け取るために使用することができる。
【００２３】
図2には、最初の測定を実施するための例示的な方法が示される。本方法では、3次元仮想点が使用される。上で説明したように、異なるカメラが、異なる位置で測定される物体を見る。したがって、カメラシステムによって測定される点は、測定される点の実際の正確な位置ではないが、少なくとも2つのカメラを備えるカメラシステムによって見られる点を表す。このいわゆる仮想点は、測定される物体の実際の座標からずれる。しかし、測定される物体が移動する場合、3次元仮想点およびずれは、それに応じて移動する。測定される物体が移動せず、物体の異なる部分が測定される場合、仮想点の移動は、測定される物体の変化に対応することになる。これらは、たとえば、熱膨張によって引き起こされる場合がある。測定される物体が同様の物体に変えられた場合、3次元仮想点の変化は、測定される物体間の変化に対応することになる。
【００２４】
仮想点は自由に選ぶことができるが、座標値は、典型的には、測定される特徴に対応するように選ばれる。仮想3次元点(X, Y, Z)は、カメラを使用して見ることができる仮想2次元(x0, y0, x1, y1, ... xn, yn)座標対に対応し、ここで、nはカメラの数である。仮想点の位置を決定するため、測定される点を探して検出するために従来の方法を使用することができる。
【００２５】
図2の方法は、ステップ200で、3次元仮想点を決定することにより開始される。決定は、基準物体を使用することによって行われる。仮想点は、基準部分の測定される特徴に結びつけられる3D点である。仮想3D点は、確実ではないが、通常は、孔の中心点のような点に近い。基準物体は、特定のモデル物体であってよく、または単に何らかの製造した物体であってよい。決定した3次元仮想点は、決定した座標行列Nを形成し、行列のサイズはmx3であり、ここでmは3次元仮想点の数である。いくつかの基準部分を使用して式(1)で行列Eを計算することも可能であり、その結果、行列Eが平均値を含む。
【００２６】
ステップ201で、3次元仮想点を決定した後に、座標測定機械または他の基準測定デバイスを使用して、基準物体から対応する点が測定される。測定から、結果の行列M0が形成される。最後に、ステップ202で、偏差行列Eが決定される。偏差行列は、式(1)にしたがって決定される。
E=M0-N 式(1)
【００２７】
図2の方法は、機械視覚システムの校正プロセスの一部と考えることができるが、図3に関して下に記載される測定方法にとって、最初の測定と解釈することもできる。孔の中心点が物理的な物体ではないため、基準測定システムでさえ、孔の中心点のようなある種の特徴を直接測定できないことに留意されたい。孔の中心点の位置は、孔のエッジを測定すること、およびたとえば、孔が正確な円形を有すると仮定することによって、間接的に決定されなければならない。
【００２８】
図3では、物体を測定するための例示的な方法が示される。測定手順は、決定された3次元仮想点を使用する。方法は、ステップ300で、基準測定デバイスを使用して測定された基準物体を、カメラシステムを使用して測定することによって開始される。測定は、結果の行列V0をもたらす。このステップは、図2に関して上で議論した方法に実装することも可能である。この方法は、図2の方法の残りに依存しないため、任意の段階で実行することができる。
【００２９】
ステップ301で、基準物体が測定された後に、他の物体を測定することができる。各物体について、結果の行列Vnが得られる。結果の行列Vnは、機械視覚測定における共通の結果である。ステップ302で、得られた結果の行列と基準物体の結果の行列は、たとえば、最小2乗法を使用することによって、互いに適合され、その結果、測定される物体と基準物体の間の差異行列Dnが、式2にしたがって計算することができる。
Dn=Vn-V0 式(2)
【００３０】
ステップ303で、差異行列Dnを計算した後に、式3を使用することによって、測定される物体nの絶対値のスケール尺度を表す行列Mnを計算することが可能である。
Mn=Dn+E+N 式(3)
【００３１】
得られた結果の行列Mnは、座標測定機械などの基準測定デバイスによって得られる絶対値のスケール結果と比較可能である。上の記載において、測定される物体は目標物体と呼ばれる場合があり、基準は、目標物体のうちの1つであってよいが、特定の基準物体であってもよい。状況に応じて、より直接に以下を計算することもできる。
Dn=Vn-N 式(4)
したがって
Mn=Vn+E 式(5)
【００３２】
上述の方法は、外部デバイスと通信することが可能なコンピューティングデバイスで実行されるコンピュータプログラムコードを含むコンピュータソフトウェアとして実装することができる。ソフトウェアがコンピューティングデバイスで実行されるとき、上で記載した本発明の方法を実施するように構成される。ソフトウェアは、コンピュータ可読媒体上で具体化され、その結果、ソフトウェアを、図1のコントローラ100などのコンピューティングデバイスに提供することができる。
【００３３】
上述のように、例示的な実施形態の構成要素は、本発明の教示にしたがってプログラムされる命令を保持するため、およびデータ構造、表、レコード、および/または本明細書に記載された他のデータを保持するため、コンピュータ可読媒体またはメモリを含むことができる。コンピュータ可読媒体としては、プロセッサに実行するための命令を提供することに関与する任意の好適な媒体が挙げられる。コンピュータ可読媒体の普通の形態としては、たとえば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の好適な磁気媒体、CD-ROM、CD±R、CD±RW、DVD、DVD-RAM、DVD±RW、DVD±R、HD DVD、HD DVD-R、HD DVD-RW、HD DVD-RAM、Blu-ray（登録商標） Disc、任意の他の好適な光媒体、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任意の他の好適なメモリチップまたはカートリッジ、搬送波またはコンピュータが読み出すことができる任意の他の好適な媒体が挙げられる。
【００３４】
技術の進歩にともない、機械視覚システムの基本的アイデアを様々な方法で実装できることは、当業者には明らかである。機械視覚システムおよびその実施形態は、したがって、上で記載した例に限定されず、その代わり、請求項の範囲内で変えることができる。
【符号の説明】
【００３５】
100  コントローラ
101  プロセッサ
102  メモリ
103a  カメラ
103b  カメラ
103c  カメラ
104  物体
105  座標測定機械
106  データ通信接続、プローブ
【図１】
0006789411.tif 000002
【図２】
0006789411.tif 000003
【図３】
0006789411.tif 000004