(57)【要約】    【課題】  画像測定システムにおける画像測定のスループットを増す画像測定システムとそのプログラミング方法を提供する。    【解決手段】  画像測定システムにおいては、測定されるべきワークの性状を含むワーク測定画像の画像組に対する１組の目標位置および画像組のそれぞれの画像に対する１組のそれぞれの画像取得パラメータが決定され、画像取得ルーチンが決定される。画像取得ルーチンの機械制御命令は、求められた目標位置の組および求められたそれぞれの画像取得パラメータの組の少なくとも一部に基づいた動作制御命令および画像取得命令を備える。また、機械制御命令は、画像組の少なくとも複数の画像を取得して格納する機械制御命令を実行しながら、画像測定操作を実行することなく画像組の少なくとも複数の画像を取得して格納するように操作可能である。【選択図】      図４
2004333500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラ、少なくとも１つの光源、ワークステージ、少なくとも１つの位置センサ、前記ワークステージおよび前記カメラの相対移動を可能とする機構、これらを制御する制御システム部、とを備えたワークを測定するための画像測定システムをプログラミングするための方法であって、
測定されるべきワーク性状を含むワーク測定画像の画像組に対する１組の目標位置を決定する工程と、
前記画像組のそれぞれの画像に対する１組のそれぞれの画像取得パラメータを決定する工程と、
ワーク測定画像の画像組を取得して記憶手段に格納するため、前記決定された目標位置の組および前記決定されたそれぞれの画像取得パラメータの組の少なくとも一部に基づいた動作制御命令および画像取得命令を含む１組の機械制御命令を含む画像取得ルーチンを決定する工程とを含み、
前記画像取得ルーチンの機械制御命令は、前記画像組の少なくとも複数の画像を取得して格納する機械制御命令を実行しながら、画像測定操作を実行することなく前記画像組の少なくとも複数の画像を取得して格納する命令を実行することを特徴とする画像測定システムのプログラミング方法。
【請求項２】
前記画像組の少なくとも複数の画像は、前記画像組の全ての画像であることを特徴とする請求項１記載の画像測定システムのプログラミング方法。
【請求項３】
前記画像組に対する１組の目標位置を決定する工程は、
測定されるべきワーク性状を選択する工程と、
各ワーク性状に対するそれぞれの撮像倍率を決定する工程と、
同一の撮像倍率を有する少なくとも２つのワーク性状を少なくとも１つの目標位置で単一のワーク測定画像上で撮像することができるように、該少なくとも１つの目標位置を決定する工程と
を備えることを特徴とする請求項１記載の画像測定システムのプログラミング方法。
【請求項４】
各ワーク性状に対するそれぞれの撮像倍率を決定する工程は、測定されるべきワーク性状の少なくともいくつかに対して同じであるデフォルト倍率を使用する工程を備えることを特徴とする請求項３記載の画像測定システムのプログラミング方法。
【請求項５】
前記画像組の少なくとも複数の画像の各画像に対して、それぞれの画像取得パラメータの組は、前記画像組のそれぞれの画像に対する有効露光時間を決定するストロボ所要時間を備えることを特徴とする請求項１記載の画像測定システムのプログラミング方法。
【請求項６】
前記画像取得ルーチンの動作制御命令は、前記画像組の少なくとも複数の画像の１つに対応するストロボ所要時間のそれぞれの間に、少なくとも連続した動作を維持することを特徴とする請求項５記載の画像測定システムのプログラミング方法。
【請求項７】
ワークに対する画像取得ルーチンを実行する工程と、
ワークに対する画像組の格納された画像を呼び出す工程と、
前記呼び出された格納された画像に基づいて測定されるべきワーク性状に対する画像測定ルーチンを決定し、該画像測定ルーチンを格納する工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の画像測定システムのプログラミング方法。
【請求項８】
類似のワークに対する画像取得ルーチンを実行する工程と、
類似のワークに対する画像組の格納された画像を呼び出す工程と、
類似のワークに対する画像測定ルーチンを呼び出す工程と、
前記呼び出された画像取得ルーチンおよび前記呼び出された画像測定ルーチンを使用して類似のワークを測定する工程と
を備えることを特徴とする請求項７記載の画像測定システムのプログラミング方法。
【請求項９】
カメラ、少なくとも１つの光源、ワークステージ、少なくとも１つの位置センサ、前記ワークステージおよび前記カメラの相対移動を可能とする機構、これらを制御する制御システム部、とを備えたワークを測定するための画像測定システムにおいて、前記制御システム部に組み込まれたプログラムが、
測定されるべきワーク性状を含むワーク測定画像の画像組に対する１組の目標位置を決定する部分と、
前記画像組のそれぞれの画像に対する１組のそれぞれの画像取得パラメータを決定する部分と、
ワーク測定画像の画像組を取得して記憶手段に格納するため、前記決定された目標位置の組および前記決定されたそれぞれの画像取得パラメータの組の少なくとも一部に基づいた動作制御命令および画像取得命令を備える１組の機械制御命令を含む画像取得ルーチンを決定する部分とを含み、
前記画像取得ルーチンの機械制御命令は、前記画像組の少なくとも複数の画像を取得して格納する機械制御命令を実行しながら、画像測定操作を実行することなく前記画像組の少なくとも複数の画像を取得して格納するように操作可能であることを特徴とする画像測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ステージ上の被測定対象物の所望とする性状を測定するために、多方向に相対移動可能なカメラおよびステージを有する画像測定システムを制御するための方法に関し、特に、画像測定操作と関係なく、画像取得操作をプログラムして実行するためのシステムおよび方法に関し、更に画像測定システム全体としてのスループットを改良するために、連続して複数の画像取得操作を実行するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像測定システムは、被測定対象物（以下、ワークという。）の表面に形成された様々な性状、例えば、穴、突起、付着物などの形状を計測したり、その他の物理特性を測定するために、利用されている。そのようなシステムは、コンピュータと、カメラおよび光学系と、カメラが測定されるべきワークの特定領域を光学的に走査できるように、多方向に移動可動なステージを有する。商業的に利用可能な従来技術システムの一例としては、Mitutoyo America Corporation（ＭＡＣ）（Aurora，IL）から入手可能な画像光学機構のQUICK VISION（登録商標）シリーズ、およびQVPAK（登録商標）ソフトウェアがある。一般に、画像光学機構のQUICK VISION（登録商標）シリーズおよびQVPAK（登録商標）ソフトウェアの性状と操作は、例えば、QVPAK3D CNC Vision Measuring Machine Users Guide（2003年1月発行）、およびQVPAKの3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guide（1996年9月発行）に述べられている。この製品は、QV-302 Pro モデルに例示されるように、例えば、様々な倍率でワークの画像を提供し、単一のビデオ画像の範囲外にワークの表面を横切る必要があるときにステージを動かすために、顕微鏡タイプの光学系を使用することができる。単一のビデオ画像は、そのようなシステムの所望の倍率、測定解像度、および物理的なサイズ限界が与えられる場合、観測または測定されるべきワークの一部のみを含む。
【０００３】
一般に、QUICK VISION（登録商標）のような画像測定システムは、高精度な工業用測定が容易に行われるように設計されている。そのようなシステムは、高い頻度で、様々な倍率のレンズを搭載したターレット式のレンズ交換機構を有する。様々な倍率を使用して、ここでワークと呼ばれる単一の対象物の様々な面を測定することは共通である。さらに、工業測定環境において、非常に大きい測定対象物、または対象物の組は共通であり、そして、測定されるべき寸法は、しばしば、単一の視野を超えることになる。その結果、比較的大きい対象物の精密測定に関しては、対象物全体を測定するために、かなりの回数ステージを動かすことが必要である。
【０００４】
顕微鏡を利用する画像測定システムの他の例が、米国特許No.5,677,709に示される。米国特許No.’709のシステムは、顕微鏡の視野内にワークを３次元的に位置決めするのに使用されるマイクロマニピュレータを制御するジョイスティックを教示する。このシステムは、比較的小さい対象物を測定するために多方向にステージを動かすことを目的として、２つのジョイスティック制御モード、速度制御モード、および位置決め制御モードで操作することができる。
【０００５】
画像測定システムは、また、一般に、自動ビデオ測定を利用する。米国特許No.6,542,180が、ワークの性状の照明がワークの画像の複数の選択された領域に基づいて調整される操作を含む自動ビデオ測定を利用する視覚システムを教示する。米国特許No.’180に教示されているように、自動ビデオ測定機器は、一般に、各特定のワーク構成のために、自動測定イベントシーケンスがユーザによって定義されるのを許容するプログラミング能力を有する。これは、例えばテキストに基づいたプログラミングなどの慎重な方法で、または、ユーザによって実行された測定操作の手順に対応する機械制御命令の手順を格納することによって測定イベントシーケンスを累進的に「学習する」記録方式を通して、若しくは、両方の方法の組合せを通して、実行することができる。そのような記録方式は、しばしば「学習モード」または「トレーニングモード」と呼ばれる。従来、様々な画像測定システムにおいては、画像取得操作が、ごく最近取得された画像上で実行される画像解析操作および／または性状測定操作で点在する。一般に、いずれのモードにおいても、機械制御命令は、特定のワーク構成に対して特定のパートプログラムとして格納される。測定操作の所定の手順を実行する命令でパートプログラムを生成する能力は、複数の互換画像測定システム上でおよび／または複数回自動的に同じパートプログラムを実行する能力と同様に、高められた測定再現性を含むいくつかの利益を提供する。さらに、このプログラミング能力は、様々な測定操作の結果を格納する能力を提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記画像測定システムは、自動ビデオ測定などの利点を提供する一方、そのようなシステムのスループットを改良することが望ましい。
【０００７】
また、いわゆる、「オンライン（on-line）」または「インライン（in-line）」画像測定システムが知られている。そのようなシステムは、しばしば、高スループットのために明確に設計され、ストロボ照明などを含む。しかしながら、そのようなシステムは、通常、精密寸法測定などに向けられるフレキシブルな画像測定システム構成よりむしろ欠陥検出などに向けられる特定の画像測定システム構成からなる。したがって、そのような高速オンラインシステムは、精密ステージまたは精密運動制御システムなどを含まない。むしろ、そのようなシステムは、通常、ストリーミングまたは制御可能なコンベヤベルト、ストリーミングウェブなどで対象物を観測する。位置決めおよび寸法測定精度の比較的粗雑なレベルのみがそのようなオンラインシステムによって供給される。従って、精密運動制御との組合せで精密撮像を供給することに関連する特定のスループット問題は、そのようなオンラインシステムによって取り組まれておらず、そのようなシステムはこの点で不完全なものである。
【０００８】
個別にまたは組み合わせて、前述した問題および制限を克服することができる画像測定システムが望ましい。本発明は、画像測定システムのスループットを改良するために、関連画像測定操作と関係なく画像取得操作をプログラミングして実行し、そして、画像取得操作中に連続動作を使用するための画像測定システムおよび方法に向けられる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、画像測定操作の全体の画像測定システムスループットを増すことができる画像測定システムとそのプログラミング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、カメラ、少なくとも１つの光源、ワークステージ、少なくとも１つの位置センサ、前記ワークステージおよび前記カメラの相対移動を可能とする機構、これらを制御する制御システム部、とを備えたワークを測定するための画像測定システムをプログラミングするための方法であって、測定されるべきワーク性状を含むワーク測定画像の画像組に対する１組の目標位置を決定する工程と、前記画像組のそれぞれの画像に対する１組のそれぞれの画像取得パラメータを決定する工程と、ワーク測定画像の画像組を取得して記憶手段に格納するため、前記決定された目標位置の組および前記決定されたそれぞれの画像取得パラメータの組の少なくとも一部に基づいた動作制御命令および画像取得命令を含む１組の機械制御命令を含む画像取得ルーチンを決定する工程とを含み、前記画像取得ルーチンの機械制御命令は、前記画像組の少なくとも複数の画像を取得して格納する機械制御命令を実行しながら、画像測定操作を実行することなく前記画像組の少なくとも複数の画像を取得して格納する命令を実行することを特徴とする画像測定システムのプログラミング方法を提供する。
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、カメラ、少なくとも１つの光源、ワークステージ、少なくとも１つの位置センサ、前記ワークステージおよび前記カメラの相対移動を可能とする機構、これらを制御する制御システム部、とを備えたワークを測定するための画像測定システムにおいて、前記制御システム部に組み込まれたプログラムが、測定されるべきワーク性状を含むワーク測定画像の画像組に対する１組の目標位置を決定する部分と、前記画像組のそれぞれの画像に対する１組のそれぞれの画像取得パラメータを決定する部分と、ワーク測定画像の画像組を取得して記憶手段に格納するため、前記決定された目標位置の組および前記決定されたそれぞれの画像取得パラメータの組の少なくとも一部に基づいた動作制御命令および画像取得命令を備える１組の機械制御命令を含む画像取得ルーチンを決定する部分とを含み、前記画像取得ルーチンの機械制御命令は、前記画像組の少なくとも複数の画像を取得して格納する機械制御命令を実行しながら、画像測定操作を実行することなく前記画像組の少なくとも複数の画像を取得して格納するように操作可能であることを特徴とする画像測定システムを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、精密画像測定操作の全体の画像測定システムスループットを増すための画像測定システムおよび方法が提供される。特に、様々な実施の形態において、その方法は、ワークのための関連画像測定操作のタイミングと独立したタイミングで、ワークのための画像取得操作を実行することを含む。様々な実施の形態において、その方法は、さらに、画像取得操作中に連続運動を使用することを含む。
【００１３】
様々な実施の形態において、関連画像測定操作のタイミングと独立したタイミングを有する画像取得操作は、ワーク測定画像の実際の取得および格納と同様に、様々な運動および／または位置決め操作、レンズ構成操作、照明構成操作、および照明ストロボ操作などのような様々なワーク測定画像の適切な取得のための画像測定システムを構成する操作を含む。
【００１４】
様々な実施の形態において、様々なワーク測定画像の適切な取得のための画像測定システムを構成する操作は、少なくともいくつかの画像が画像取得の前またはその最中に画像測定システムの重要な相対運動速度を維持している間に取得されるように、十分急速に実行される。そのような実施の形態において、画像測定システムの１つ以上の光源が、ワーク測定画像のためのストロボ強度レベル、ストロボ露光開始時刻、およびストロボ露光所要時間の制御を含む光源ストロボ能力を含む。従って、ストロボ露光開始時間は、予期されたワーク性状位置に対する測定画像の正確な位置を効果的に制御することができる。ストロボ露光所要時間は、画像測定システムのカメラの固有の最小の露光時間よりかなり短くすることができる。よって、測定画像のためのストロボ強度レベルとストロボ所要時間は、ワーク画像の上で実行されるべき精度測定および測定操作を、画像取得の間の連続動作にも拘わらず、ワークの関連する測定性状許容範囲内に十分にある精度と再現性で実行することができるように、十分な照明を供給し、動作の不鮮明さ（モーションブラー）を減少させるように選択される。
【００１５】
そのシステムは、ワークの選択された性状を走査し、測定し、測定するための多方向へ移動可能な精密ステージを含む。１０μｍ、５μｍ、１μｍまたはそれ以下のオーダの精度で位置および測定値を求めることができる従来の精密画像測定システムにおいて、画像上に正確に見つけられそして／または測定される必要があるエッジおよび表面などの画像ボケを避けるために、測定画像が取り込まれる毎にステージとカメラの相対運動を停止させることは、慣用的である。
【００１６】
従来の画像測定システムに関して、本質的に順次操作記録システムである慣用的な「学習」または「トレーニング」モード方法を使用するそのようなシステムをプログラムすることは、慣用的である。そのようなシステムは、通常、従来の「学習」または「トレーニング」モード方法が各種測定操作をカスタマイズし、変更するために、頻繁にユーザ意思決定および／または介入を要求するから、各測定画像の取得前にカメラとステージすなわちワークの間の相対運動を停止させる。従って、従来の「学習」または「トレーニング」モード方法は、本質的に、運動を停止させ、測定画像を取得し、次に「停止」位置で取得された画像上の関連画像処理操作を実行する一連の操作に対応する画像取得運動経路と運動輪郭を記録する。
【００１７】
画像測定システムスループットに関して、ワークの画像取得操作に断続的な測定操作を点在させる多数の問題がある。精密画像取得操作に断続的な測定操作を点在させる１つの重大な問題は、ユーザに好まれる実用的で柔軟で経済的なＰＣベースの画像測定システムの多くに関して、高速に画像取得操作を実行し続けている間に、そのような断続的な測定操作を確実に実行することが難しいか、非実用的であるか、または不可能であるということである。これは、特に、そのような柔軟なシステムで可能である画像処理操作、測定操作、Ｉ／Ｏ（入出力）操作、および計算などの無数の可能な組合せの様々なタイミングを、制御しそして／または予測することが困難または不可能であることを考慮すれば、事実である。従って、画像取得操作に断続的な精密測定操作を点在させるとき、カメラとステージすなわちワークの間の相対運動の断続的な停止と開始がそのようなシステムに対して効果的に要求される。
【００１８】
また、カメラとステージすなわちワークの間の相対運動の断続的な停止および開始が精密画像測定システムには特に問題である。一例として、相対的なステージ動作を急速に減速および／または停止することは、必然的に、精密撮像および精密測定にとって重大な機械振動を引き起す。そのような機械振動は、実際には、典型的な画像測定システムのフレームをわずかに歪め、システムのステージと、ワークと、カメラと、位置エンコーダとの間の予想された寸法関係を変更するかもしれない。従って、重要な「振動整定時間」が、動作が「止められた」後と精密ワーク測定画像を取る前に、許容されなければならない。(また、ここでは、振動整定時間は、整定時間、機械的整定時間、または機械的待ち時間と呼ばれるかもしれない。) そのような整定時間は、様々な機械システムと様々な要求精度レベルに対して、１０ミリ秒、１００ミリ秒、またはそれ以上の以上のオーダにあるかもしれない。多くの場合、この整定時間をかなり減少するかまたは排除することは実用的ではない。さらに、すべての可能な操作条件に関して整定時間を正確に特徴付けることは実用的ではない。従って、最も信頼することができ正確な操作において、最悪の場合の整定時間は、いかなる精密画像取得の前にも、繰り返して想定され、考慮される必要がある。
【００１９】
そのような繰り返された最悪の場合の整定時間の考慮は、従来の画像測定システムにおいて、重要な全体の測定スループット遅延を招く。そのような最悪の場合の整定時間の考慮は、本発明の原理に従って、関連する画像測定操作のタイミングと独立したタイミングでワークに対する画像取得操作を実行することによって、実質的に、減少されるか排除される。ワークに対する画像取得操作が関連する画像測定操作のタイミングと独立したタイミングを有するとき、関連する画像測定操作の予測することができないタイミングと所要時間は、画像取得操作に影響せず、または画像取得操作中に考慮される必要はない。従って、様々な実施の形態において、ワーク測定画像取得操作は、達成可能な画像露光時間との組合せで運動制御系によって許容された最高実用速度で、相当する操作が従来の互いに依存しそして／または点在するタイミング構成および方法に従って安全にかつ確実に実行することができるよりかなり短い時間で、別々に、実行される。そして、関連画像測定操作は、最高の、それぞれの、実用的な速度で、別々に、実行される。少なくともこれらの理由で、ワークを測定するための総時間は、減少される。
【００２０】
従って、本発明の１つのアスペクトによれば、ワークに対する画像取得操作は、関連する画像測定操作のタイミングと所要時間が画像取得操作に影響を及ぼすことがない、すなわち画像取得操作中に考慮される必要がないように、関連する画像測定操作のタイミングと独立したタイミングを有する。
【００２１】
本発明の他のアスペクトによれば、画像取得操作は、最高の実用的な速度で、連続的に、割込みなしで実行される。
【００２２】
本発明の他のアスペクトによれば、整定時間遅延は、ワークの画像が取られる一方、ステージを動かし続ける間に、ワークに対する画像取得操作を実行することによって、避けられる。ストロボ照明システムは、ぶれなしで画像の取得を助成するのに利用される。換言すれば、高輝度、短い所要時間での突発的な照明を用いることによって、ワークは、効果的に、カメラに関して「止められた」状態になり、精密測定操作をサポートする画像が供給される。
【００２３】
本発明のさらに他のアスペクトによれば、ワークに対する画像取得操作は、ワークの画像が取られる一方、ステージを一定速度で動かし続ける間に、実行される。
【００２４】
本発明の別々のアスペクトによれば、既存の精密画像測定システムが、本発明の原理による使用可能なストロボ照明系を組み込んで改良され、続いて、本発明の原理による方法を用いて操作される。
【００２５】
本発明の他のアスペクトによれば、画像取得操作は、関連する画像測定操作のプログラミングと関係なく、プログラムされ、関連する画像測定操作は、排他的に、回復された画像を使用することによってプログラムされる。
【００２６】
本発明の他のアスペクトによれば、初期移動経路および画像取得ルーチンは、ワークの所望の画像を取得するためのシステムコントローラによって決定され、格納される。動作経路および画像取得ルーチンは、測定する所望数のワークの性状および性状に対する関連倍率の選択から開始される。そして、選択されたワーク性状の全てを累積的に含む１組の目標位置が、１組の画像に対して求められる。次に、１組の移動速度、擬似位置および照明ベクトルが、１組の画像に対して求められる。照明ベクトルは、選択された画像に対するストロボタイミングに関する光源選択および仕様を含む。１つの実施の形態において、これらの動きプランおよび画像取得操作は、最初に格納され、後に画像が取得されるべきときに呼び出される。画像を取得することに関して、様々な実施の形態において、画像取得パラメータは設定され、そして、機械は、それぞれの画像に対するそれぞれの目標位置に向けて移動し、それぞれの目標位置を経て移動し続け、そして、目標位置が横切るときにそれぞれの画像が取得される。
【００２７】
本発明の他のアスペクトによれば、システムコントローラは、また、測定画像呼び出しおよび解析ルーチンを学習し、格納する。画像呼び出しおよび解析ルーチンは、学習モードへ入ることから開始され、そして次に、ワーク測定画像の組のそれぞれの所望の測定画像が呼び出される。そして、測定操作シーケンスが、呼び出された画像のそれぞれにおける測定すべき各性状に対して決定される。画像解析および／または性状解析が、各注目領域に対して実行され、画像／性状解析操作は、学習され、実行されそして／または記録されるようにしてもよい。また、画像測定結果は、システムによって格納されそして／または出力されるようにしてもよい。これらのプロセスは、学習モードが終わり、記録画像呼び出し操作、および画像解析操作がワークに対する操作可能な画像呼び出しおよび解析ルーチンとして格納された後に、最後に呼び出されたイメージにおける最後の注目領域が選択され、解析されるまで繰り返される。
【００２８】
測定操作シーケンスは、測定画像呼び出しおよび解析ルーチンにおける一連の機械制御命令として記録される。測定操作シーケンスは、自動的、半自動的、または手動で決定される。様々な例示的な操作において、測定操作シーケンスは、グラフィカルユーザインタフェースの支援で決定されそして／またはプログラムされる。様々な他の実施の形態において、測定操作シーケンスは、テキストベースプログラミング方法、またはVisual Basic（登録商標）などの商業的に利用可能なプログラミングツールを用いて直接プログラムされてもよい。
【００２９】
本発明の他のアスペクトによれば、ワークが評価されるものであるとき、システムコントローラは、ワークに対する動作経路および画像取得ルーチンを呼び出し、また、ワークに対する画像呼び出しおよび画像取得ルーチンを呼び出し、そして独立してそれぞれのルーチンを実行する、すなわち、ある意味では、それぞれの操作のタイミングが独立するのを許容し、画像呼び出しおよび解析ルーチンの結果を格納しそして／または出力する。１つの実施の形態において、それぞれのルーチンは連続して実行される。
【００３０】
他の実施の形態において、画像呼び出しおよび解析ルーチンは、十分な数のワーク測定画像が取得されて格納されるように、画像呼び出しおよび解析ルーチンが関連画像を要求する前に動作経路および画像取得ルーチンの付加操作が完了することが確かであるように、動作経路および画像取得ルーチンの一部が実行されるまで遅延される。例えば、様々な実施の形態において、画像呼び出しおよび解析ルーチン遅延は、ルーチンの試行、および／またはシステムコントローラおよび／またはホストオペレーティングシステムの公知の特性、および／またはルーチンの実行中に動作経路および画像取得ルーチンから画像呼び出しおよび解析ルーチンへ送られた１つ以上のメッセージに基づいて求めまたは知ることができるルーチンの実行回数に基づいたものであってもよい。そのような実施の形態において、その結果、２つのルーチンが部分的に同時に実行され、そして、本発明の原理によれば、少なくとも動作経路および画像取得ルーチンは、まだ、ワークに対する関連画像測定操作のタイミングと独立したタイミングであるタイミングを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は、本発明の画像測定システム１０の一例を示すブロック図である。画像測定システム１０は、制御コンピュータシステム１４とデータおよび制御信号を交換するために、操作可能に接続される画像光学機構１２を含む。制御コンピュータシステム１４は、さらに、モニタ１６、プリンタ１８、ジョイスティック２２、キーボード２４、およびマウス２６と、データおよび制御信号を交換するために操作可能に接続される。画像光学機構１２は、測定すべき物品（一般的には様々な加工部であり、以下ワークという。）を載置する水平移動可能なステージ３２と、ズームレンズまたは交換レンズ群を含む光学撮像系３４とを含む。ズームレンズまたは交換レンズ群は、一般に、光学撮像系３４によって取得される画像の倍率を様々に変化させる。
【００３３】
ジョイスティック２２は、通常、一般に光学撮像系３４の焦点面に対して平行であるＸおよびＹ方向の両方向へのステージ３２の動作と、Ｚすなわち焦点面に垂直な光学系の光軸方向における光学撮像系３４の移動を制御するのに使用される。多くの場合、Ｚ軸を制御する操作は、ジョイスティック２２のハンドルまたはノブの回転操作によって行われる。ジョイスティック２２は、図示されている以外に、画像測定システム１０の「仮想運動制御装置」として機能することを目的とされ、マウス２６などのコンピュータ入力装置を介して制御可能であるモニタ１６上の可視化表現またはツールなどの形態で提供されてもよい。
【００３４】
図２は本発明に係る画像測定システム１００の制御システム部１２０および画像取得部２００のブロック図である。以下により詳述するように、制御システム部１２０は、画像取得部２００を制御するのに利用される。画像取得部２００は、光学機構部２０５、光源２２０，２３０，２４０、および、中央透明部分２１２を有するワークステージ２１０を含む。ワークステージ２１０は、一般に、ワーク２０が置かれるステージの表面と平行な面にあるＸおよびＹ軸に沿って制御可能に移動可能である。光学機構部２０５は、カメラシステム２６０、交換可能な対物レンズ２５０、レンズ交換タレット２８０、および同軸光源２３０を含む。光学機構部２０５は、以下にさらに述べるように、制御可能なモータ２９４を用いて、一般にＸおよびＹ軸と直交するＺ軸に沿って制御可能に移動可能である。
【００３５】
画像測定システム１００を用いて撮像すべきワーク２０が、ワークステージ２１０上に置かれる。光源２２０，２３０，２４０の１つ以上が、それぞれ、ワーク２０を照明するのに利用可能な光源光２２２，２３２または２４２を放射する。光源２２０，２３０，および／または２４０によって放射された光は、ワーク２０を照明し、ワーク光２５５として反射されまたは伝送され、ワーク光２５５は、交換可能な対物レンズ２５０とレンズ交換タレット２８０を通過して、カメラシステム２６０によって集められる。カメラシステム２６０によって取得したワーク２０の画像信号は、信号線２６２上に制御システム部１２０へ出力される。
【００３６】
ワーク２０を照明するのに使用される光源２２０，２３０および２４０は、リング光またはプログラマブルリング光などのステージ光源２２０、同軸光源２３０および表面光源２４０を含むことができ、それぞれは、信号線すなわちバス２２１，２３１，２４１を介して、制御システム部１２０に接続される。画像測定システム１００の第１の光学機構部としての光学機構部２０５は、同軸照明または他の所望の条件を備えた画像測定システムを提供するために必要とされるように、前述された部品に加えて他のレンズと、絞り、ビームスプリッタなどの他の光学要素を含む。画像測定システム１００の第２の光学機構部としてのレンズ交換タレット２８０は、少なくとも、第１のタレット位置におけるレンズ２８６と、第２のタレット位置におけるレンズ２８８を含む。制御システム部１２０は、信号線すなわちバス２８１を介して、少なくとも第１のおよび第２のタレット位置の間で、軸２８４に沿ってレンズ交換タレット２８０を回転させる。
【００３７】
ワークステージ２１０と光学機構部２０５の間の距離は、カメラシステム２６０によって取得されるワーク２０の画像の焦点を変えるように調整することができる。特に、画像測定システム１００の様々な実施の形態において、光学機構部２０５は、アクチュエータ、接続ケーブルなどを駆動し、Ｚ軸に沿って光学機構部２０５を動かす制御可能なモータ２９４を用いて、ワークステージ２１０に対して垂直なＺ軸方向へ移動可能である。ここで使用されるＺ軸という語句は、光学機構部２０５によって得られる画像を合焦させるのに使用する移動軸の意味と同一である。制御可能なモータ２９４は、使用時、信号線２９６を経て、入出力インタフェース１３０に接続される。
【００３８】
図２に示すように、様々な実施の形態において、制御システム部１２０は、コントローラ１２５、入出力インタフェース１３０、メモリ１４０、部品加工プログラムジェネレータ／エグゼキュータ１７０、ＣＡＤファイル性状抽出器１８０、および電源供給部１９０を含む。それぞれの部品および以下に述べる付加部品は、１つ以上のデータ／制御バスおよび／またはアプリケーションプログラミングインタフェースによって、または様々な要素間の直接接続によって、相互接続される。
【００３９】
入出力インタフェース１３０は、画像制御インタフェース１３１、運動制御インタフェース１３２、照明制御インタフェース１３３、およびレンズ制御インタフェース１３４を含む。運動制御インタフェース１３２は、位置制御要素１３２ａおよびスピード／加速制御要素１３２ｂを含む。しかしながら、様々な実施の形態において、そのような要素は、合併され、そして／または区別されないものでもよい。照明制御インタフェース１３３は、例えば、適切であるならば、光源２２０，２３０，および２４０などのように画像測定システム１００の様々な対応する光源に対する、選択、電力、オン／オフスイッチ、およびストロボパルスタイミングを制御する照明制御要素１３３ａ〜１３３ｎを含む。
【００４０】
メモリ１４０は、画像ファイルメモリ部１４１、部品加工プログラムメモリ部１４２、およびビデオツール部１４３を含む。ビデオツール部１４３は、ツール部１４３ａ〜１４３ｍを含み、それらはそれぞれ対応するツールに対するＧＵＩ、画像処理操作などを決定する。また、ビデオツール部１４３は、ビデオツール部１４３に含まれる様々なビデオツールで操作可能な注目する様々な領域を定義する自動、半自動および／または手動操作をサポートする注目領域ジェネレータ１４３ｘを含む。一般に、メモリ１４０は、ワーク２０の取得画像が所望の画像特性を有するように、画像取得部２００を操作し、ワーク２０の画像を捕らえるすなわち取得するのに使用可能なデータを格納する。メモリ１４０は、さらに、手動でまたは自動のいずれかで、画像測定システム１００を操作し、取得された画像上での様々な測定および測定操作を実行し、そして入出力インタフェース１３０を介して結果を出力するのに使用可能なデータを格納する。また、メモリ１４０は、入出力インタフェース１３０を介して操作可能なグラフィカルユーザインタフェースを規定するデータを含む。
【００４１】
ステージ光源２２０、同軸光源２３０および表面光源２４０の信号線すなわちバス２２１，２３１，２４１は、それぞれ、入出力インタフェース１３０にすべて接続される。カメラシステム２６０からの信号線２６２および制御可能なモータ２９４からの信号線２９６は、入出力インタフェース１３０に接続される。画像データを搬送することに加えて、信号線２６２は、画像取得を開始するコントローラ１２５からの信号を搬送するようにしてもよい。
【００４２】
また、１つ以上の表示装置１３６および１つ以上の入力装置１３８は、入出力インタフェース１３０に接続することができる。表示装置１３６および入力装置１３８は、パートプログラムを見て、作成し、そして／または修正するのに、カメラシステム２６０によって取得した画像を見てそして／または画像取得部２００を直接制御するのに使用することができる。予め定義された部品加工プログラムを有する完全に自動化されたシステムにおいて、表示装置１３６および／または入力装置１３８は、省略してもよい。
【００４３】
ＣＡＤファイル性状抽出器１８０に関して、ワークを表すＣＡＤファイルなどの情報、または実質的に同じワークの先の画像が画像測定システムの工業用アプリケーションにおいて頻繁に利用可能である。ＣＡＤファイル表示の場合において、ＣＡＤファイル表示におけるエッジと境界の位置が、ＣＡＤファイル性状抽出の様々な周知の方法によって、ＣＡＤ表示から手動で、半自動状態で、または完全に自動的に求められる。そして、そのような場合において、対応するワークの測定画像の現在の組における対応するエッジと境界の空間位置は、空間的合同および／または性状合同画像処理の周知の手動、半自動または自動の方法の種類によって求められてもよい。これらの方法は、例えば、座標マッチング、パターンマッチング、テンプレート照合などを含む。例えば、そのような方法は、上述した視覚測定システムのQUICK VISION（登録商標）のシリーズおよびQVPAK（登録商標）ソフトウェアなどのように様々な商業的に入手可能な画像測定システムにおいて、ワーク上のエッジと境界の位置の測定に通常使用される。製作されたプリント回路基板における測定すべき様々なホールの位置を求めるために商業的に入手可能である一例のＣＡＤファイル性状抽出器としては、Mitutoyo America Corporation（ＭＡＣ）（Aurora，IL）から入手可能なPAGPAK（登録商標）オフライン部分プログラミングソフトウェアがある。
【００４４】
制御システム部１２０は、ワーク２０の入力画像が、測定すべきワーク性状を含む注目領域に所望の画像特性を有するように、画像取得設定を決定しそして／またはワーク２０の画像を取得するのに使用可能である。様々な実施の形態において、ユーザが本発明に従って、画像測定システム１００を使用し、ワーク２０に対するワーク画像取得プログラムを生成するとき、ユーザは、ワークプログラミング言語を用いて、自動的に、半自動的にまたは手動で、命令を明示的にコーディングするか、または、ワークプログラム命令が画像取得トレーニングシーケンスを捕らえるように画像取得トレーニングシーケンスを介して画像測定システム１００を動かすことによって命令を生成するかのいずれかによって、ワークプログラム命令を生成する。特に、これらの命令は、ワーク２０の特定の部分がカメラシステム２６０の視野内に所望の焦点状態であるように、画像測定システムにワークステージ２１０および／またはカメラシステム２６０を操作させることになる。このプロセスは、取得すべき１組の画像における多数の画像のために繰り返される。また、それぞれの画像を捕らえる前に、ユーザは、所望の倍率を有するレンズを選択し、そして、画像取得中に所望の照明を供給するように１つ以上の光源２２０〜２４０を駆動するワークプログラム命令を生成する。
【００４５】
１組の画像の各画像に対して、１つの実施の形態において、制御システム部１２０は、カメラシステム２６０に対して、ワーク２０の各画像を捕らえ、取得した画像を制御システム部１２０に出力するように命令する。制御システム部１２０は、コントローラ１２５の制御下で、入出力インタフェース１３０を介して取得した画像を入力し、取得した画像をメモリ１４０に格納する。また、コントローラ１２５は、表示装置１３６に取得した画像を表示する。
【００４６】
様々な公知の画像処理または画像品質決定ビデオツールが、前述した操作を実行する際の支援に用いることができる。そのようなツールのいくつかの例が米国特許出願No.09/736,187および09/921,886、および米国特許No.6,542,180に様々に開示されている。
【００４７】
制御システム部１２０は、さらに、そのようなワーク測定画像におけるワーク性状を測定し、測定結果を格納しそして／または出力するのに使用可能である。様々な実施の形態において、ユーザが本発明に従って画像測定システム１００を使用し、ワーク２０に対するワーク画像測定プログラムを生成するとき、ユーザは、ワークプログラミング言語を用いて、自動的に、半自動的にまたは手動で、命令を明示的にコーディングするか、または、ワークプログラム命令が画像呼び出しおよび測定トレーニングシーケンスを捕らえるように画像呼び出しおよび測定トレーニングシーケンスを介して画像測定システム１００を動かすことによって命令を生成するかのいずれかによって、ワークプログラム命令を生成する。特に、これらの命令は、画像測定システムに、メモリ１４０の画像ファイルメモリ部に格納されている取得したワーク測定画像を呼び出し、メモリ１４０のビデオツール部１４３に含まれる様々なビデオツールによって供給される能力を用いて、画像上の様々な測定操作を実行させることになる。このプロセスは、取得した１組の画像における多数の画像のために繰り返される。
【００４８】
１組の画像における各画像に関して、１つの実施の形態において、制御システム部１２０は、ビデオ表示、プリンタなどを含む様々な表示装置１３６へ出力するための入出力インタフェースへそれぞれの測定操作の結果を出力する。また、制御システム部１２０は、メモリ１４０に各測定操作の結果を格納する。
【００４９】
様々な公知の画像処理および／または性状解析すなわち測定ツールは、前述した操作を実行する際の支援に使用されてもよい。そのようなツールは、例えば、形状またはパターンマッチングツール、エッジおよび／または境界検出ツール、範囲および寸法測定ツールなどを含む。本発明による精密画像測定システムにおけるそのようなビデオツールの使用の一例は、図３を参照し、米国特許出願No.09/987,986に開示されている１例の境界検出ツールを参照して、述べる。
【００５０】
図３は、ワーク測定画像におけるエッジまたは境界の場所すなわち位置を求める性状解析／測定ツールを示す図である。境界ツール４００は、見つけるべきエッジまたは境界を選択するのに使用される。特に、境界ツール４００は、非常に粗い領域間の境界を見つけるために適した複合した一連の画像処理および性状解析操作を実行する。図３に示すように、６４０×４８０画素のワーク測定画像４５０が、異なる特質（図示せず）を含む２つの領域４０６，４０７間の画像を水平に渡る境界４０５の拡大された画像を含む。実際には、ユーザは、境界４０５に関して図３に示すように、検出すべき特定のエッジまたはエッジの一部の上に境界ツール４００を位置決めするためのグラフィカルユーザインタフェースを使用することによって、境界４０５上の注目領域を定義することができる。この場合、注目領域は、ワーク測定画像における測定すべき特徴を具体化する。
【００５１】
注目領域は、位置決めされた境界ツール４００に対応するデータに基づいて注目領域ジェネレータ１４３ｘによって定義される。境界ツール４００は、さらに注目領域を生成し、規定するためのユーザによって構成化可能なボックス４０５を含む。例えば、ボックスはアークまたは円の形状、または図３に示されるような長方形の形状で構成されてもよい。境界ツール４００は、ワーク測定画像４５０上に追加ツール要素を描いてもよい。例えば、注目点Ｐ0、および図３に重ね合わせた同じ長方形４１２として示されている注目領域指標４１２は、自動的に生成され、描かれてもよい。境界ツール４００が自動的にワーク測定画像４５０上に描かれた後、様々な実施の形態において、ユーザは、注目点Ｐ0などの描かれた要素を生成しまたは調整することができる。一般に、注目点Ｐ0は、境界、またはエッジ上の点を示すのみでよい。さらに、ユーザは、注目領域の境界に渡る様々な「走査」線４０９間の間隔を定義することができ、または、間隔は、自動的に求めることができる。従って、境界ツール４００に関連する操作は、ユーザ入力または境界ツール４００に対する予め決められているデフォルトの特性を使用して自動的処理によって、手動で、定義することができる。ユーザが予め決められている特性を有する境界ツール４００を選択することを許容することによって、境界検出操作を、基本的な数学または画像処理操作を理解しない操作者によって導き出すことができる。
【００５２】
次に、境界ツール４００は、対向する１対の注目領域４１２の様々な組における様々な画像特性を補正する、複合した一連の画像解析および／または画像処理操作を実行し、ワーク測定画像における境界４０５の位置を最も効果的に示す１組の画像フィルタリング特性および１対の対向する対の注目領域４１２を求める。これらの操作は、前述した米国特許出願’986に詳細に述べられている。
【００５３】
画像取得設定を決定し、そして画像測定操作を実行するための本発明による様々な実施の形態において使用可能なさらなる例示的なツールおよび方法は、上述した画像光学機構のQUICK VISION（登録商標）シリーズおよび関連QVPAK（登録商標）ソフトウェアなどの商業画像測定システムにおいて明らかである。しかしながら、そのようなツールは、現在利用可能なものであろうと後で開発されるものであろうと、本発明による様々な実施の形態において、画像取得設定を決定し、後に画像測定操作を実行するのに同様に使用可能である。
【００５４】
先に概説したように、非常に複雑な境界ツール４００のような様々なビデオツールの測定操作が、例えば、上述した方法に従って求められたワーク画像取得プログラムなどのようなワーク画像取得プログラムの操作に点在すると、画像取得プログラムは、測定操作を取得されたワーク画像上で実行することができるように、遅らせられそして／または割り込まれる必要がある。これは、前述したように、そのような柔軟なシステムで可能である画像処理操作、測定操作、Ｉ／O操作、および計算などの無数の可能な組合せを、制御しそして／または予測することが難しくまたは不可能であることを考慮すれば、特に事実である。従って、カメラとステージまたはワークとの間の相対運動の断続的な停止および開始は、精密画像取得操作に断続的な精密測定操作を点在させ、前述した関連問題の全てを引き起こすとき、そのようなシステムに対して事実上必要である。よって、そのような測定操作は、本発明による様々な実施の形態において、画像取得操作に点在しない。ワーク測定画像取得操作は、本発明の原理に従う関連するワーク画像測定操作と独立したタイミングで実行される。
【００５５】
図４は、本発明の原理に従うワークを測定するのに使用可能である動作経路および画像取得ルーチン５００を求める方法の一例を示すフローチャートである。ブロック５１０では、測定のための（Ｎi）ワーク特徴の１組が、特徴のための関連する倍率（Ｍi）とともに選択される。一例として、ワークが回路基板からなり、その特徴は、回路基板の選択されたホール、または点検すべきいかなる他の部品とすることができる。従って、特徴は、対応する測定画像における対応する注目領域を決定する。倍率は、変化しないデフォルト倍率、またはそれぞれの特徴のサイズまたは他の要素に基づいたものであってもよい。特徴と関連倍率の選択は、自動的に、半自動的にまたは手動で決定されてもよい。１つの実施の形態において、ワーク特徴の選択は、上述したPAGPAK（登録商標）ソフトウェアなどのＣＡＤプリプロセッサ（例えば、ＰＣＢ（プリント回路基板）自動測定装置）によって行われてもよい。他の実施の形態において、それは、図形またはテキストに基づいたＣＡＤファイル解析（例えば端末で）などによって行われてもよい。
【００５６】
ブロック５２０で、１組の目標位置（Ｘj，Ｙj，Ｚj）が、１組のワーク測定画像（Ｉj）について画像測定システムに対して決定される。ＸおよびＹ座標は、一般に、前述したＸおよびＹ軸の方向に沿ったワーク上の位置に対応する座標を指定し、一方、Ｚ座標は、一般に、前述したＺ軸に対応するワーク上の高さを指定する。１つの実施の形態において、ＸおよびＹ目標座標は、ステージ位置の制御を支配し、そして、Ｚ目標座標は、光学機構部品とカメラの高さの制御を支配する。ワークのいくつかの特徴を単一の画像で測定することができれば、それらを単一のフィールド内に見つけ、同じ倍率を用いて撮像することができれば、一般に、それは望ましい。従って、様々な実施の形態において、ブロック５２０は、画像の最小限または略最小数でＮiワーク特徴の組を捕らえるワーク測定画像（Ｉj）の組に対する１組の目標位置（Ｘj，Ｙj，Ｚj）を決定するための操作を含む。そのような操作は、様々な実施の形態において、自動的に、半自動的にまたは手動で実行されてもよい。
【００５７】
様々な実施の形態において、本発明による画像測定システムの運動制御系が、目標位置（Ｘj，Ｙj，Ｚj）がいつ達したかを求め、そして、関連するトリガ信号を制御系に伝える能力を含む。一般に、そのような運動制御系は、商業的に入手可能で、当該技術分野における通常の知識を有する者に通常知られている。従って、そのようなトリガ信号は、本発明の原理に従った所望の目標位置でワーク測定画像を取得するために、ストロボ光源および／または画像取得カメラの１つまたは両方を制御するのに使用することができる。
【００５８】
ブロック５３０で、１組の動作速度（Ｓ）、擬似位置（Ｘd，Ｙd，Ｚd）、および照明ベクトル（ＬＶj）は、ワーク点検イメージ（Ｉj）の組を取得するために求めることができる。１組の動作速度（Ｓ）、および目標位置および擬似位置の近傍の関連した加速および減速は、様々な実施の形態において、デフォルト値によって設定することができ、または、画像上で実行されるべき測定操作に要求される精度および分解能によって、または他の関連要素によって求めることができる。１つの実施の形態において、動作速度および擬似位置は、工作機械、座標測定器などに対して公知の商業的に利用可能なものとして知られている数値制御経路計画技術を利用することによって求められてもよい。代わりに、そのような操作は、知られている目標位置と機械運動制御制限に基づいて手動で行われてもよい。例えば、比較的一定の動作速度が全体の画像取得シーケンスを通して使用されるならば、目標位置間の擬似位置は、知られている加速、減速および／または画像測定システムの運動制御系の制限を追跡する曲線、および／または運動制御系に対して想定された関連したデフォルト値を考慮して求めてもよい。
【００５９】
測定画像の取得の特定の期間中に操作可能な動作速度は、画像の有効露光時間との組合せにおいて、例えばストロボ期間によって求められたように、対応する測定画像における動作の不鮮明さの量を求める。従って、一般に、動作速度は、対応する有効露光時間と組み合わせて選択される。照明ベクトル（ＬＶj）は、光源が使用されている様々な実施の形態において、ストロボタイミングが何であるかなどを求める。上述したように、１つの実施の形態において、ストロボ照明は、高輝度で、カメラに関してワークを有効に「止まらせる」照明の短い所要時間のバーストからなる。様々な精密測定の実施の形態において、ワーク動作の所望の最大量は、０．２５μｍのオーダである。例えば、１６．６６マイロク秒の露光は、１５ｍｍ／秒の動作速度で利用される。
【００６０】
様々な実施の形態において、光強度レベルは、対応する測定画像における所望の測定特徴に最も近い領域の画素に対するカメラの応答範囲の約７０〜８０％に対応するレベルで有利に設定される。しかしながら、この範囲は、例示的なものであり、限定されるものではない。一般に、レベルは、画像上で実行されるべき画像測定操作を最もよく高めるレベルに設定される。様々な実施の形態において、ＬＥＤ光源がその最大の許容可能な電力レベルで駆動される、これは、一般に、連続動作の間に取られる最も明確な可能測定画像を順番に生じる、所望の画像強度レベルに対応する最短の許容可能なストロボ「露光時間」で結果として生じるためのである。様々な実施の形態において、ストロボに使用される光源は、Lumileds Lighting (California, San Jose) から入手可能なLuxeon（登録商標）製品ラインにおけるＬＥＤの１つなどのような、高輝度ＬＥＤを含む。１つの実施の形態において、ストロボに使用される光源は、約４７０ｎｍの波長の青色ＬＥＤを含んでもよい。しかしながら、カメラの感度範囲内の波長が、様々な実施の形態において、使用することができる。例えば、前述した光源２２０〜２４０のいずれもが、そのようなＬＥＤを使用して実施されてもよい。
【００６１】
照明ベクトルＬＶjに関して、本発明による１つの実施の形態において、特定用途が、スルーホールのエッジ（以下、それらの下すなわちワークステージに向かう方向へ追加ワーク素材がない「ホール」および／または「外側」と単に呼ぶ）のみである。そのような場合において、光源がホールの後ろに置かれるとき、例えばステージ光源２２０が使用されるとき、測定されるべき特徴に対する関連した画像のコントラストは、測定されるべきワーク性状の非照明近接表面と対比して、主としてホールをまたは外側のエッジに沿って通過する光によって主に求められ、そして、ワークの近接表面の通常未知のまたは可変反射率は、本質的にもはやそのような測定画像への関与がない。従って、そのようなホールまたは外側エッジの後の与えられたステージ照明レベルに関して、結果として生じる画像に受光される光の強度は、画像測定システムの既知の特性に基づいて比較的よく知られる。よって、そのような場合における照明ベクトルのすべては、同じ適切なデフォルト値に設定されてもよい。様々な実施の形態において、そのような場合に関してステージ光レベルは、画像測定システムのカメラの応答範囲の約７０〜８０％に対応するレベルに有利に設定されてもよい。
【００６２】
そのような場合、ワークに対する１組の測定ルーチンは、本発明の原理に従って、完全に自動的に求め、ワークのＣＡＤ表示に完全に基づくことができる。そのようなアプリケーションの実施の形態の１つにおいて、ワークはプリント回路基板であり、そして測定されるべきプリント回路基板ホールは、自動的に特定される。
【００６３】
しかしながら、より一般には、測定されるワーク性状の反射率は、照明ベクトルがブロック５３０で個別に求められる必要があるために、光源とストロボ時間に関して、照明ベクトルに影響を及ぼす。そして、例えば、照明ベクトルは、代表するワークおよび／またはワーク特性に対する許容可能なワーク測定画像を結果として生じる初期の実験的な試行および／または解析によって確立されてもよい。
【００６４】
ブロック５４０で、全体動作プランおよび画像取得操作ルーチンは、ワークに対する操作可能な測定画像取得ルーチンの一部として決定され、格納される。すなわち、ブロック５１０〜５３０で求められたパラメータのすべての相互関係および手順、操作、事象およびトリガは、例えば、一般に上述したように、対応するワークに対するワーク測定画像の所望の組を取得するための画像測定システムによって使用可能な機械制御命令の操作可能な１つの組として決定され、格納される。
【００６５】
ブロック５５０では、ルーチンが、動作プランおよび画像取得操作に対する操作可能なルーチンを呼び出す。いくつかの実施の形態において、ブロック５４０でのルーチンの格納およびブロック５５０でのルーチンの呼び出しは、排除されるか、合併されるかまたは区別がつかないかもしれない。換言すれば、一旦ルーチンがブロック５４０で決定されると、ルーチンの開始は、それがブロック５４０で格納され、ブロック５５０で呼び出されるよりもむしろ、単に実行されてもよい。
【００６６】
ブロック５６０では、ルーチンが、最初の画像取得パラメータ、すなわち、倍率、照明ベクトルなどを設定し、最初の画像に対する目標位置へまたは目標位置を経て移動する。ブロック５７０では、ルーチンが、対応する目標位置で最初の画像を取得し、それを格納する。判断ブロック５８０では、ルーチンが、最後の画像が取得されたか（すなわち、画像Ｉjのすべてが取得されたか）を判断する。最後の画像がまだ取得されていなければ、ルーチンは、ブロック５６０に戻り、ルーチンが次の画像取得パラメータを設定し、次の画像に対する目標位置へまたは目標位置を経て移動する。判断ブロック５８０で、最後の画像が取得されたならば、ルーチンは終了する。
【００６７】
図５は、ワークに対する測定画像組を呼び出し、測定するためのルーチン６００を示すフローチャートである。様々な実施の形態において、測定画像組は、前述したように、ルーチン５００によってほぼ取得され、格納される。ブロック６０５では、学習モードが開始される。ブロック６１０では、ワークに対する最初／次の格納された画像が呼び出される。ブロック６１５では、格納された画像呼び出し操作が学習され／記録される。
【００６８】
ブロック６２０では、現在の画像における測定すべき（Ｎi）ワーク特徴の組の最初／次の１つに対応する、注目の最初／次のエリアまたは性状が見つけられ、所望の画像および／または性状処理および解析がその位置で実行される。一例として、場所は、ホールを含む画像の一部に対応してもよいし、そして、ホールの直径は、適切なビデオツールを用いて求めてもよい。さらなる例として、場所は、図３を参照して述べたように、求められるべき場所または位置を有する境界を含む画像一部に対応してもよい。ワーク測定画像における位置で実行されるべき特定の操作に拘わらず、ブロック６２５では、関連する画像解析操作は、学習／記録される。そして、ブロック６３０では、ブロック６２０において解析そして／または測定された位置での性状（１つ以上）に対応する画像解析結果が格納そして／または出力される。
【００６９】
判断ブロック６３５では、現在の呼び出された画像における注目の最後の領域または性状が選択されて解析されたかが判断される。注目の最後の領域または性状がまだ解析されていなければ、ルーチンはブロック６２０に戻り、ここで、注目の次の領域または性状が選択される。注目の最後の領域または性状が解析されていれば、ルーチンは判断ブロック６４０へ続く。
【００７０】
判断ブロック６４０では、最後の呼び出されたワーク測定画像が選択されて解析されたかが判断される。最後の呼び出されたワーク測定画像がまだ解析されていなければ、ルーチンはブロック６１０に戻り、ここで、ワークに対する次の格納されたワーク測定画像が呼び出される。最後の呼び出されたワーク測定画像が解析されていれば、ルーチンはブロック６４５へ続く。ブロック６４５では、学習モードが終了される。ブロック６５０では、記録画像呼び出し操作および画像解析操作のすべてが対応するワークを測定するための操作可能なルーチンとして格納される。
【００７１】
ルーチン５００および６００は、本質的に、高速でワークを自動的に測定することを可能にするために必要であるトレーニングモードを備える。本質的に、ルーチン５００を生成または「トレーニング」することは、測定すべき必要なワーク機能のすべてを含む測定ワークの画像を取るための学習と、対応するワークにけるその後の使用のためのそのルーチンの格納とを伴う。次に、そのルーチンは、対応するワークの測定画像の初期のまたは、「トレーニング」の組を取得するために実行される。
【００７２】
本質的に、ルーチン６００を生成または「トレーニング」することは、測定画像の初期の組を呼び出すことを伴う。そのとき、呼び出された画像の初期の組は、必要な場所のすべてにおいてワーク測定画像の組を測定する１組の画像測定操作を最初に学習または「トレーニング」するために使用される。そして、その画像測定ルーチンは、対応するワークに対する測定画像の他の様々な組におけるその後の使用のために格納される。図６を参照して以下により詳細に述べるように、いったんトレーニングモードが完了すると、多重付加対応ワークの測定が実行されるようにしてもよい。
【００７３】
図６は、対応する物理的なワークを測定する手段として、ワークの画像を取得し、測定するためのルーチン７００を示すフローチャートである。ブロック７１０では、ワークに対する動作経路および画像取得ルーチンが呼び出される（ルーチン５００の間に格納されたものとして）。ブロック７２０では、ワークに対する画像呼び出しおよび解析ルーチンが呼び出される（ルーチン６００の間に格納されたものとして)。ブロック７３０では、ワークに対する操作可能な動作経路および画像取得ルーチンが実行される。ブロック７４０では、ワークに対する操作可能な画像呼び出しおよび画像／性状解析ルーチンが実行される。ブロック７５０では、その結果が格納そして／または出力される。ワークの画像を取得し、測定するためのルーチン７００の様々な他の実施の形態において、ブロック７１０および７３０は、ブロック７１０および７４０の実行前に連続して結合そして／または実行されてもよく、ブロック７１０および７４０は、また、連続して結合そして／または実行されてもよい。他の様々な実施の形態において、それぞれのルーチン５００および６００は、ルーチン７００において連続して実行されるサブルーチンとして実行される。他の様々な実施の形態において、それぞれのルーチン５００および６００は、単一のルーチン７００に連続して結合される。
【００７４】
様々な他の実施の形態において、ルーチン７００は、画像呼び出しおよび解析ルーチン６００に対する限界遅延を含む。前述したように、画像呼び出しおよび解析ルーチン６００のそのような実施の形態の実行は、十分な数のワーク測定画像が取得されて格納されるように、そして画像呼び出しおよび解析ルーチン６００が関連した画像を要求する前に動作経路および画像取得ルーチン５００が完了するように、動作経路および画像取得ルーチン５００の十分な部分が実行されるまで、ルーチン７００において遅延される。前述したように、ルーチン７００における画像呼び出しおよび解析ルーチン６００の限界遅延は、ルーチン５００、６００および／または７００の試行、またはルーチン７００を実行する画像測定システムのシステムコントローラおよび／またはホストオペレーティングシステムの周知の特性に基づいて、求めまたは知ることができる。よって、ルーチン７００のそのような実施の形態において、２つのルーチン５００および６００は、部分的に同時に実行されてもよく、そして、少なくとも動作経路および画像取得ルーチンは、まだ、本発明の原理に従って、ワークに対する関連画像測定操作のタイミングと独立するタイミングを有するであろう。
【００７５】
ストロボ照明能力を使用する本発明に従った様々な他の実施の形態において、ワーク測定画像に対応するカメラとステージすなわちワークの間の相対位置が、要求精度に対して知られている必要がある。一般に、これは、前述したＸ、ＹおよびＺ軸に沿って制御システム部１２０の運動制御インタフェース１３２に持ち込まれた位置の値が対応する画像の露光の公称時間でラッチされ、その画像に関連して格納される必要がある。従って、連続動作がワーク画像取得中に使用されるとき、ストロボ照明を引き起こし、ストロボ照明所要時間と関連する特定の時間で対応する位置の値をラッチすることの両方は有利であり、システム構成が画像目標点に対応する瞬間にすべてが開始される。画像目標点については、図４を参照して詳細に説明されている。高速撮像、撮像運動対象物、同期問題などに関連する代表的な画像取得部品に関する様々な考慮は、“High Speed, Real-Time Machine Vision”（Perry C. West, Automated Vision Systems Inc., www.autovis.com, 2001, CyberOptics-Imagination, www imagination.com）に詳細に述べられている。
【００７６】
１つの実施の形態において、運動制御インタフェース１３２は、Galil Motion Control, Inc. (Rocklin, CA)から商業的に入手可能であるGalil運動制御カード#DMC 1730、または本発明の目的のために同様で十分な機能を有する運動カードを含み、画像制御インタフェース１３１は、Matrox Corona System Ltd. (Quebec, Canada)から商業的に入手可能なMatrox Corona II フレームグラバ、または本発明の目的のために同様で十分な機能を有するフレームグラバカードを含み、カメラシステム２６０は、JAI(Copenhagen, Denmark)から商業的に入手可能であるプログレッシブスキャンＣＣＤカメラ JAI CV M40、または本発明の目的のために同様で十分な機能を有するＣＣＤカメラを含む。そのような部品は、様々なストロボ光制御と組み合わせて使用可能である。１例のストロボ光制御構成８００が、図７を参照して述べられる。
【００７７】
図７は、本発明による様々な実施の形態において使用可能なストロボ光制御構成８００一例を示すブロック図である。ストロボ光制御構成８００に対応する回路は、以下の説明によれば、一般に知られている慣用的な回路素子と慣用的な回路設計技術を使用して実施されてもよい。１つの実施の形態において、ストロボ光制御構成８００の部品は、５ＭＨｚの高速でＬＥＤまたはダイオードレーザなどの光源に対する電流源を操作することができる高速、フィードバック制御電流ドライバを供給するように選択される。様々な実施の形態において、部品は、約１マイクロ秒以下である誘発された位相遅れを供給するように選択される。すなわち、ストロボパルスは、入力制御信号EXP2のリーディングエッジを受けた後の１マイクロ秒以内に起こされる。様々な実施の形態において、ストロボモードストロボ所要時間の５００nsecの短いものと４０msecの長いものに対する約１．５Ａの高い値のピーク電流を供給するように選択される。
【００７８】
図７に示されるように、ストロボ光制御構成８００は、高輝度照明を供給することができる光源８８０を含む。様々な実施の形態において、光源８８０は、前述したように、ＬＥＤを含む。光源８８０は、例えば、図２を参照して述べた光源２２０〜２４０のいずれにも使用可能である。電流（ピーク２Ａ）の約１．５Ａを供給することができる高速応答型中電力トランジスタ８７５は、以下に述べるように提供される制御信号ＡＡに従って光源８８０を駆動するように接続される。光源８８０は、光源８８０の出力電力に対応するフィードバック制御信号８８３を供給するための手段を含む。様々な実施の形態において、フィードバック制御信号８８３は、光源８８０からの光の一部を備えるようにしてもよい。フィードバック制御信号８８３は、フィードバック制御信号ＢＢを供給するための様々な実施の形態においてフィードバック制御信号８８３を感知しそして／または増幅またはスケーリングするバッファ回路部８８５に供給される。
【００７９】
ストロボ光制御構成８００は、２つの別々のモードで操作される。ストロボモードにおいて、制御信号EXP 2は、高速JFET入力バッファ８０５に入力される。制御信号EXP 2は、以下の第４項と第５項で説明されるように、フレームグラバから来る。ＣＭＯＳマルチプレクサ８１２は、信号線８１３を経た制御システム部１２０からの適切なストロボモード許可信号によって制御され、制御信号EXP 2を高速JFET差動アンプ８１５に発送する。また、JFET差動アンプ８１５は、バッファ回路部８８５からフィードバック制御信号ＢＢを受ける。差分信号が、JFET差動アンプ８１５によって、光源８８０を駆動する中電力トランジスタ８７５に入力される制御信号ＡＡを供給するための様々な実施の形態において、差分信号を増幅またはスケーリングする高速JFETアンプ８２５へ出力される。
【００８０】
ストロボモードにおいて、制御信号EXP 2は、高速JFET入力バッファ８０５に入力される。制御信号EXP 2は、以下の第５項で説明されるように、フレームグラバから来る。ＣＭＯＳマルチプレクサ８１２は、信号線８１３を経た制御システム部１２０からの適切なストロボモード許可信号によって制御され、制御信号EXP 2を高速JFET差動アンプ８１５に発送する。また、JFET差動アンプ８１５は、バッファ回路部８８５からフィードバック制御信号ＢＢを受ける。差分信号が、JFET差動アンプ８１５によって、光源８８０を駆動する中電力トランジスタ８７５に入力される制御信号ＡＡを供給するための様々な実施の形態において、差分信号を増幅またはスケーリングする高速JFETアンプ８２５へ出力される。
【００８１】
連続照明モードにおいては、制御信号DAC INが入力バッファ８１０に入力される。制御信号DAC INは、制御システム部１２０の照明制御インタフェース１３３から来る。ＣＭＯＳマルチプレクサ８１２は、信号線８１３を経た制御システム部１２０からの適切な連続照明モード許可信号によって制御され、制御信号DAC INを差動アンプ８２０に発送する。また、差動アンプ８２０は、バッファ回路部８８５からフィードバック制御信号ＢＢを受ける。差分信号が、差動アンプ８２０によって、連続照明モードで光源８８０を駆動する中電力トランジスタ８７５に入力される制御信号ＡＡを供給するための様々な実施の形態において、差分信号を増幅またはスケーリングするアンプ８３０へ出力される。連続照明モードにおいて、制御信号ＡＡは、中電力トランジスタ８７５および光源８８０に対して長い稼動寿命を提供するレベルでそれらにおける電流を制御する最大レベル以下で制御される。
【００８２】
そのような２つの別々の操作モードを有することによって、ストロボ光制御構成８００は、制御信号DAC INなどの信号によって通常制御される比較的連続した照明を使用する従来のシステムおよび方法と同様に、本発明によるシステムおよび方法の両方を使用して精密画像測定システムを操作することが望まれるときに、改良用途および他の用途に対して理想的である。
【００８３】
ストロボ照明を引き起こし、ストロボ照明所要時間と関連する特定の時間で対応する位置の値をラッチし、システム構成が画像目標点に対応する瞬間にすべてが開始されるために、これらのシステム要素は、ストロボモードが操作されるときに、操作可能に相互接続され、以下のように操作される。
【００８４】
１．ルーチン５００で求められた、目標点の組からの目標点位置（Ｘj，Ｙj，Ｚj）が、例えば、運動制御カードと制御システム部１２０の固有の機能を使用して、同時に高周波で、運動制御カードに接続された全位置エンコーダの位置を得ることによって求められた実際のステージの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と比較される。目標と実際の位置がある許容範囲内で合致するとき、運動制御カードは、運動制御カードの固有の機能を使用することによって、ハードワイヤードトリガ信号出力を発行する。
【００８５】
２．この出力トリガ信号は、直接システムフレームグラバに接続され、フレームグラバは、ストロボ照明モードが操作中であるとき、制御システム部１２０によって可能にされる外部トリガモードで操作される。
【００８６】
３．フレームグラバは、カメラシステムの非同期なリセットを開始する最初の信号を発行する。これは、それらのシステム要素の固有の機能によればすべて、カメラ上に画像統合シーケンスを開始する。
【００８７】
４．フレームグラバにプログラムされた簡潔な所定の固定された遅延、例えばカメラ積分時間、ステージの速度などの画像取得部品の様々な周知の特性に基づいて確立された遅延、および様々な固有の回路遅延の後に、フレームグラバは、所定の露光時間に対応する所定の所要時間を有する第２の制御信号（EXP 2）を出力する。所定の所要時間は、フレームグラバの固有の機能と制御システム部１２０を使用してフレームグラバにプログラムされる。所定の所要時間を有する第２の制御信号（EXP 2）は、所定の所要時間に対応する照明パルスを起こすために、ストロボ光制御構成８００を実施する回路に入力される。１つの実施の形態において、第２の制御信号（EXP 2）は、ストロボ光制御構成８００における電力レベルと所要時間の両方を制御する。様々な他の実施の形態において、第２の制御信号（EXP 2）は、単にストロボ光制御構成８００における所要時間を制御してもよく、一方、光源８８０は、固定またはデフォルト電力レベルに従って駆動される。一般に、ストロボ光強度レベルとパルス幅は、前述したように、画像特性に影響を及ぼす所定の相対運動速度と他の様々な要素との組合せで決定される。
【００８８】
５．また、照明コントローラへのフレームグラバ出力の第２の制御信号（EXP 2）は、運動制御カードの高速位置捕捉ラッチ入力に直接接続され、高速位置捕捉ラッチ入力は、第２の制御信号（EXP 2）の立ち上がりエッジまたは開始によって引き起こされる。応答において、運動制御カードは、現在（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の位置の値が、後の検索と解析のために、制御システム部１２０によって対応するワーク測定画像と関連して取得されて格納されるように、現在（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の位置の値をラッチする。
【００８９】
６．非同期なリセット信号が配信された後に、フレームグラバは、画像データすなわちワーク測定画像が、後の検索と解析のために、制御システム部１２０によって、対応する（Ｘ，Ｙ，Ｚ）位置の値と関連して取得されて格納されるように、カメラ出力から結果の画像データを捕らえる。有効な画像露光時間は、当然、カメラ上の統合シーケンスの間の所定の時間でストロボパルスの所要時間によって制御される。
【００９０】
７．制御システム部１２０は、その後の解析のための対応する（Ｘ，Ｙ，Ｚ）位置と関連して対応する画像を格納する。
【００９１】
上述した方法によって取得されたワーク測定画像は、従来の精密画像測定システムに用いられる部品および方法で可能なものよりも、画像取得（一連の画像）のはるかに短い露光時間でかつはるかに高い速度で供給することができる。また、幅のあるワーク性状または一連の隣接するワーク性状が、本発明の原理による連続運動を用いて、高倍率で撮像されて測定されるものであるそうときに、非常に拡大された視野は、非常に高速に横切り通過される非常に小さい視野である。従って、上述した方法によって提供される短い露光時間、および高い画像取得速度は、増加するスループットで非常に拡大された精密ワーク測定画像を取得することに対して特に重要である。
【００９２】
前述した同期操作が様々な例示的なシステム部品の固有の性状を使用するけれども、他の様々な実施の形態において、同様の同期性状および／または信号は、公知のデジタルタイミング回路技術によって実施される別々のタイミング回路によって供給されてもよい。そのような回路は、様々な実施の形態において、制御システム部１２０の一部として含まれてもよい。
【００９３】
ある既存の画像測定システムは、そのような既存機械に対して最小または改良でない変更で、本発明によるシステムおよび方法の様々な実施の形態を使用することができ、そして、そのような機械のスループットは、本発明の原理に従って、まだ増すかもしれない。様々な実施の形態において、本発明の原理に従った画像測定ソフトウェア方法および／または変更の付加のみが、改良変更に含まれる。特に、この手法は、短いシャッタまたは露光時間を提供するカメラを含むそして／または既にストロボ照明能力を含むシステムに対して実施可能である。様々な他の実施の形態において、本発明の原理に従った既に欠いたストロボ照明能力を提供することに関連した照明システム変更のみが、改良変更に含まれる。
【００９４】
また、特に、ここで述べるように、測定されるべきワーク性状が、下に追加ワーク素材がないスルーホールのエッジおよび／または「外側」エッジのみである用途の場合、そのようなワークを測定するための完全なルーチン（またはルーチンの組）は、本発明の原理に従って、完全に自動的に、ワークのＣＡＤ表示に完全に基づいて決定される。そのような用途の１つにおいて、ワークはプリント回路基板であり、測定されるべきプリント回路基板ホールは、例えば上述したPAGPAK（登録商標）オフライン部分プログラミングソフトウェアを使用して自動的に特定され、そして、要求された測定画像の組を取得するための様々な機械パラメータが、上述した様々な特定の例示的なパラメータに従って決定されてもよい。周知の商業的に利用可能なビデオツールは、測定操作のために選択され、そして、対応する操作可能なツールパラメータは、測定操作を実施する画像測定システムに対する一般的なまたは特定の経験および知識に基づいて決定されてもよい。
【００９５】
以上、本発明の好ましい実施の形態が説明されたが、本発明の精神および範囲を逸脱しない限り、本発明の原理に従って様々な変更を行うことができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の画像測定システム１０の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る画像測定システム１００の制御システム部１２０および画像取得部２００のブロック図である。
【図３】ワーク測定画像におけるエッジまたは境界の場所すなわち位置を求める性状解析／測定ツールを示す図である。
【図４】本発明の原理に従うワークを測定するのに使用可能である動作経路および画像取得ルーチン５００を求める方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】ワークに対する測定画像組を呼び出し、測定するためのルーチン６００を示すフローチャートである。
【図６】対応する物理的なワークを測定する手段として、ワークの画像を取得し、測定するためのルーチン７００を示すフローチャートである。
【図７】本発明による様々な実施の形態において使用可能なストロボ光制御構成８００一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０，１００  画像測定システム
２０  ワーク
１２０  制御システム部
１２５  コントローラ
１４０  メモリ
２００  画像取得部
２０５  光学機構部
２１０  製品ステージ
２２０，２３０，２４０  光源
２６０  カメラシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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