(57)【要約】【課題】様々な典型的な実施形態で、検査対象物のストロボ照明のシステムおよび方法を提供する。【解決手段】このシステムは、照明光源、画像取込み装置、および制御システムを含むことができる。照明光源は、検査対象物に対する過渡的なフラッシュとして可視光、紫外光、または近赤外光を放出することができる。この過渡的なフラッシュは、ランプトリガーに対応して発生する。照明光源は、フラッシュ継続期間中に、開始閾値からピークに上昇し、その後、停止閾値まで低下する照度で光を放出することができる。画像取込み装置は、露光トリガーから開始する露光継続期間中に検査対象物に関連する光をキャプチャすることができる。制御システムは、フラッシュ継続期間中に露光継続期間が終わり、フラッシュの残りの部分が画像露光に影響しないように、照明光源および画像取込み装置を制御してランプトリガーを同期化させることができる。【選択図】図３
2007040993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マシンビジョンシステムで複数の光チャンネルによって提供される画像露光ストロボ照明を制御する照明制御システムであって、
カメラと、
前記カメラによる撮像に使用可能な放射光を放出するストロボ照明光源と、
前記放出される放射光を受け取るように配置された複数の制御可能な光チャンネル開口部を備える制御可能な空間光変調器と、
前記空間光変調器を制御する制御システム部と、
前記各光チャンネル開口部に対応するように設けられ、かつ前記各光チャンネル開口部から伝送される放射光を受け取るように配置された複数の光ケーブルと、
を備え、
前記空間光変調器が制御されて、前記放出される放射光が前記各光チャンネル開口部のいずれを通じて、対応する前記光ケーブルに伝送されるかを決定する
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の照明制御システムにおいて、
少なくとも１つの構造化光チャンネルを備え、
前記空間光変調器を制御し、
前記放出される放射光を受け取りかつ対応する構造化光という形態に変換して、前記放射光を、前記各構造化光チャンネルに伝送するように配置された構造化光パターンを提供する
ことを特徴とする照明制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の照明制御システムにおいて、
前記空間光変調器は、対応する前記各光ケーブルに前記放射光を伝送する前に、前記各光チャンネル開口部によって提供される各減衰量を決めるようにさらに制御され、
それによって前記画像露光ストロボ照明がさらに制御される
ことを特徴とする照明制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の照明制御システムにおいて、
前記各減衰量が、前記各光チャンネル開口部の少なくとも１つのグレーレベル制御と、前記各光チャンネル開口部のサイズ制御とによって決められる
ことを特徴とする照明制御システム。
【請求項５】
請求項３に記載の照明制御システムにおいて、
前記制御システム部が、
前記カメラの画像蓄積期間と、前記ストロボ照明光源によって放出される前記放射光のパルスプロファイルのタイミングとの間の少なくとも１つの時差相関をさらに制御し、
前記画像露光ストロボ照明をさらに制御する
ことを特徴とする照明制御システム。
【請求項６】
請求項５に記載の照明制御システムにおいて、
前記画像蓄積期間が、前記ストロボ照明光源によって放出される前記放射光の前記パルスプロファイル中に、前記時差相関によって終了し、
前記パルスプロファイルの残存部分が画像露光に影響しない
ことを特徴とする照明制御システム。
【請求項７】
請求項３に記載の照明制御システムにおいて、
前記制御システム部が、前記ストロボ照明光源の動作電圧をさらに制御し、
前記画像露光ストロボ照明をさらに制御する
ことを特徴とする照明制御システム。
【請求項８】
請求項１に記載の照明制御システムにおいて、
前記空間光変調器がＬＣＤピクセルアレイを備える
ことを特徴とする照明制御システム。
【請求項９】
請求項１に記載の照明制御システムにおいて、
前記ストロボ照明光源がキセノンフラッシュランプを備える
ことを特徴とする照明制御システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の照明制御システムにおいて、
前記各光チャンネル開口部の少なくとも一部が対応する前記各光ケーブルと所望の程度まで整列するように、前記各光チャンネル開口部の少なくとも一部の位置がソフトウェアパラメータを用いて調整される
ことを特徴とする照明制御システム。
【請求項１１】
マシンビジョンシステムで複数の光チャンネルによって提供される画像露光ストロボ照明を制御する照明制御方法であって、
前記マシンビジョンシステムが、前記各光チャンネルに対応する複数の光ケーブルを備え、
前記各光ケーブルが、複数の制御可能な光チャンネル開口部から伝送される放射光を受け取るように配置されるとともに、
前記マシンビジョンシステムのカメラによる撮像に使用可能な放射光をストロボ照明光源から放出するステップと、
前記マシンビジョンシステムの制御システム部を動作させ、前記放射光を受け取るように配置された前記各光チャンネル開口部を備える空間光変調器を制御するステップと
を有し、
前記空間光変調器を制御する前記ステップには、前記放射光が前記各光チャンネル開口部のいずれを通じて、対応する前記光ケーブルに伝送されるかを決定することが含まれる
ことを特徴とする照明制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の照明制御方法において、
前記マシンビジョンシステムが少なくとも１つの構造化光チャンネルを備えるとともに、
前記マシンビジョンシステムの前記制御システム部を動作させ、
前記放射光を受け取り、かつ対応する構造化光という形態に変換して、前記放射光を、前記各構造化光チャンネルに伝送するように配置された構造化光パターンを提供するように、前記空間光変調器が制御される
ステップをさらに含む、
ことを特徴とする照明制御方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の照明制御方法において、
前記マシンビジョンシステムの前記制御システム部を動作させ、前記空間光変調器を制御する前記ステップには、
前記空間光変調器が、対応する前記光ケーブルに前記放射光を伝送する前に、前記各光チャンネル開口部によって提供される各減衰量を決めるようにさらに制御され、
それによって前記画像露光ストロボ照明をさらに制御する
ステップが含まれる
ことを特徴とする照明制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の照明制御方法において、
前記減衰量が、前記各光チャンネル開口部の少なくとも１つのグレーレベルと、前記各光チャンネル開口部のサイズとを制御することによって決められる
ことを特徴とする照明制御方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の照明制御方法において、
前記マシンビジョンシステムの前記制御システム部を動作させ、
前記カメラの画像蓄積期間と、前記ストロボ照明光源によって放出される前記放射光のパルスプロファイルのタイミングとの間の少なくとも１つの時差相関をさらに制御し、
前記画像露光ストロボ照明をさらに制御する
ステップをさらに有している
ことを特徴とする照明制御方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の照明制御方法において、
前記画像蓄積期間が、前記ストロボ照明光源によって放出される前記放射光の前記パルスプロファイル中に終了するように、前記時差相関を制御し、
前記パルスプロファイルの残存部分が前記画像露光に影響しない
ことを特徴とする照明制御方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の照明制御方法において、
前記マシンビジョンシステムの前記制御システム部を動作させ、
前記ストロボ照明光源の動作電圧をさらに制御し、
前記画像露光ストロボ照明をさらに制御するステップ
をさらに有している
ことを特徴とする照明制御方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載の照明制御方法において、
前記空間光変調器がＬＣＤピクセルアレイを備える
ことを特徴とする照明制御方法。
【請求項１９】
請求項１１に記載の照明制御方法において、
前記ストロボ照明光源がキセノンフラッシュランプを備える
ことを特徴とする照明制御方法。
【請求項２０】
請求項１１に記載の照明制御方法において、
前記マシンビジョンシステムの前記制御システム部を動作させ、
前記各光チャンネル開口部の少なくとも一部が対応する前記各光ケーブルと所望の程度まで整列するように、前記各光チャンネル開口部の少なくとも一部の位置がソフトウェアパラメータを用いて調整される
ステップをさらに有している
ことを特徴とする照明制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過渡的な光源を用いた精密マシンビジョン検査の、光源チャンネルを選択し光の強度および方向を制御するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステージ上の検査対象物の選択された特徴に焦点を当てて検査するために互いに相対移動が可能なカメラおよびステージを備える、高感度ＣＣＤカメラを搭載した非接触三次元ＣＮＣ画像測定機（以下、マシンビジョンシステムという）を操作する方法が一般に知られている。精密マシンビジョンシステムを用いて、検査対象物の正確な寸法測定を実施し、様々な他の対象物特徴を検査することができる。
【０００３】
当該のシステムは、コンピュータ、カメラおよび／または光学システム、および検査される検査対象物の特徴をカメラで走査できるように複数の方向に移動可能な精密ステージを含むことができる。汎用「オフライン」精密ビジョンシステムとみなすことができるような種類の典型的な従来技術によるシステムの１つは、イリノイ州オーロラに拠点を置くＭｉｔｕｔｏｙｏ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＭＡＣ）から市販されているＱｕｉｃｋ  Ｖｉｓｉｏｎ（商標）シリーズのビジョン検査マシンとＱＶＰａｋ（登録商標）ソフトウェアである。
【０００４】
当該汎用「オフライン」精密ビジョンシステムには、例えば画像システムの汎用性を高め、構成パラメータおよび撮像パラメータを迅速に変更できる機能を提供して、ビジョンシステムによる広範な検査作業の実施を可能にするための、プログラム照明システムと、様々な倍率のレンズを備えるレンズターレットが含まれることが多い。倍率とプログラム照明設定とを様々に組み合わせて、各種の対象物または検査物、あるいは単一物の多様な側面を検査するという共通のニーズが存在する。
【０００５】
Ｑｕｉｃｋ  Ｖｉｓｉｏｎ（商標）システムなどの汎用精密マシンビジョンシステムは一般に、自動ビデオ検査を提供するようにプログラム可能でありかつ操作可能でもある。当該システムは、「専門家ではない」オペレータが操作およびプログラム制御を確実に実行できるように、当該システムのプログラム制御および操作を容易にする機能およびツールを含むことができる。例えば、特許文献１に、自動ビデオ検査を用いたビジョンシステムが記載されているが、その内容は全体を参照することにより本明細書に引用する。このシステムは、特徴画像の選択された複数の領域に基づいて検査対象物の特徴を照明するために使用される照明を調整する動作を実行する。
【０００６】
また本明細書に記載したマシンビジョン検査の典型的なシステムおよび方法は、自動焦点合わせに関する特許文献２、および／またはストロボ照明に関する特許文献３、および／またはマシンビジョン検査スループットの向上に関する特許文献４で、開示されたシステムおよび方法と併用することができ、そのすべての内容は参照により本願明細書に引用したものとする。
【０００７】
さらに最良の推定焦点位置を決める高速オートフォーカスシステムおよび関連の光調整システムとともに使用するための最適な光設定の決定に使用できる各種の方法およびＧＵＩ（グラフィカル・ユーザー・インターフェイス）は、特許文献５および特許文献６で開示されており、そのすべての内容は参照により本願明細書に引用したものとする。さらに、表面輪郭を測定する技術は、特許文献７で開示されており、そのすべての内容は参照により本願明細書に引用したものとする。
【０００８】
撮像システムは、製造工程において運搬される検査対象物を検査するために広く使用されている。多くの場合、マシンビジョンシステムなどの設備が、例えばカメラを用いて検査対象物の画像をキャプチャし、キャプチャした画像を処理して、画像における関連特徴のエッジを識別することによって様々な検査対象物の寸法を確認する。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，５４２，１８０号
【特許文献２】米国特許出願第１０／７１９，２１０号
【特許文献３】米国特許出願第１０／９０１，３５５号
【特許文献４】米国特許出願第１０／４３５，６２５号
【特許文献５】米国特許第６，５４２，１８０号
【特許文献６】米国特許第６，２３９，５５４号
【特許文献７】米国特許第６，６９０，４７4号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
画像内でエッジが検出される正確な位置とその繰返し精度は、画像キャプチャ中の検査対象物の照明に左右される。検査対象物の照明方向が最適でないために発生する照明固有の影によって、エッジアーチファクトまたはエッジ移動が生じることがある。露光過多または露光不足によって、エッジを正確に検出する能力が下がり、測定の繰返し精度が損なわれることがある。生産性を高めるために、画像キャプチャ中にも検査対象物が動かされたままになることがある。その結果、移動によって生じるボケを最低限に抑えるために照明システムに余分な負担がかかる。当該の要因によって、画像内の特徴のエッジを位置決めできる精度、および／または画像キャプチャ中に許容できる速度が制限されることが多い。このため、検査対象物の照明制御技術の向上が大いに望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
様々な典型的な実施形態で、検査対象物を撮像するためのストロボ照明システムおよび方法が提供される。一例を挙げれば、システムには、照明光源、画像取込み装置、および制御システムが含まれる。照明光源は、検査対象物に対する過渡的なフラッシュまたはパルスとして、検査対象物の撮像に適した１つ以上の可視または不可視の放射波長の光を放出することができる。過渡的なフラッシュまたはパルスは、ランプトリガーに反応して生じることができる。照明光源は、フラッシュ継続期間中に、開始閾値からピークまで上昇し、その後、停止閾値まで低下する照度で光を放出することができる。画像取込み装置は、露光トリガーに反応して開始される露光継続期間中に検査対象物に関連する光をキャプチャすることができる。制御システムは、照明光源と画像取込み装置を制御して、露光継続期間とフラッシュ継続期間との望ましい重複を提供することができる。露光継続期間の開始は、ランプ遅延期間分だけランプトリガーに先立ってもよい。露光継続期間の最後とフラッシュの照度プロファイルとの時差相関を同期化または調整するように、ランプトリガーを設定することができる。
【００１２】
各種の典型的な実施形態において、露光トリガーは、マシンビジョンシステムで使用される座標空間に対する検査対象物の既定相対位置に対応することができる。
【００１３】
各種の典型的な実施形態において、当該のシステムには、１つ以上の照明光源からの光を制御および／または配分するアレイを形成する空間光変調器（ＳＬＭ）がさらに含まれてもよい。このアレイは、各光ファイバ束などの各照明チャンネルに向かう光を選択的に遮断する、部分的に伝送する、あるいは伝送する要素を含むことができる。各照明チャンネルによって、検査対象物に対する各相対位置および／または入射角から、指示された照明を投じる経路に沿って、光が方向付けられてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下の詳細な説明は、拡大された画像を取り込むためのマルチチャンネルストロボ照明に関するものである。ストロボ照明光源として、例えばキセノンフラッシュランプを挙げることができる。ただし、本明細書に記述した原理は、本明細書で具体的に説明する例にとどまらず、任意の既知のまたは将来開発される過渡的な照明光源にも同様に適用できる。
【００１５】
図１は、本発明に従って使用可能な汎用プログラム可能なマシンビジョンシステム１０の典型的な実施形態のブロック図である。このマシンビジョンシステム１０は、データおよび制御信号を制御システム部１２０と送受するように実施自在に配置することができる画像測定機２００を含むことができる。
【００１６】
制御システム部１２０は、モニタ１３６ａ、プリンタ１３６ｂ、ジョイスティック１３８ａ、キーボード１３８ｂ、およびマウス１３８ｃの少なくとも１つとデータおよび制御信号を送受するように、さらに実施自在に配置することができる。画像測定機２００は、可動式載物台２１０と、ズームレンズまたは多数の交換レンズを含むことができる光学式撮像システム２０５とを含むことができる。ズームレンズまたは交換レンズは一般に、光学式撮像システム２０５によって生成される画像に様々な倍率を提供することができる。
【００１７】
ジョイスティック１３８ａを使用して、Ｘ軸とＹ軸の両水平方向における可動式載物台２１０の移動を制御することができる。この水平方向は概ね、焦点面に平行であり、光学式撮像システム３４のＺ軸移動方向に垂直である。多くの場合、Ｚ軸移動は、ジョイスティック１３８ａのハンドルまたはノブの回転偏位要素によって制御することができる。ジョイスティック１３８ａは、マシンビジョンシステム１０の「仮想動作制御装置」として機能することを目的とし、マウス１３８ｃまたはその他の類似装置など任意のコンピュータ入力装置によって制御可能である、モニタ１３６ａ上の視覚表示または仕掛けなど、図示したものとは異なる形で設けることができる。
【００１８】
図２は、マシンビジョンシステム１０の典型的な実施形態の一つであるマシンビジョンシステム１０’の詳細ブロック図である。このシステムは、制御システム部１２０、画像測定機２００、および制御可能な光生成システム３００を含んでいる。制御システム部１２０は、画像測定機２００と光生成システム３００の両方とデータおよび制御信号を送受するように配置することができる。
【００１９】
制御システム部１２０は、入出力インタフェース１３０、メモリ１４０、パートプログラムジェネレータ／エグゼキュタ１７０、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイル特徴抽出器１８０、および電源部１９０と通信または接続することができるコントローラ１２５を含むことができる。制御システム部１２０は、例えば入出力インタフェース１３０を介して表示装置１３６および入力装置１３８とデータおよび制御信号を送受するように配置することもできる。
【００２０】
入出力インタフェース１３０は、撮像制御インタフェース１３１、動作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を構成要素の一部とすることができる。動作制御インタフェース１３２は、位置部１３２ａと、速度および加速部１３２ｂを含むことができる。照明制御インタフェース１３３は、照明チャンネル露光および制御部１３５を含むことができる。
【００２１】
制御システム部１２０の各種要素は一般に、ハードワイヤード回路、ソフトウェア回路、サブルーチン、オブジェクト、オペレーション、アプリケーションプログラミングインタフェース、マネージャ、アプリケーション、またはその他の既知のまたは将来開発されるハードウェアまたはソフトウェア構造を含むことができる。表示装置１３６は、例えばモニタ１３６ａおよびプリンタ１３６ｂを含むことができる（図１）。入力装置１３８は、例えばジョイスティック１３８ａ、キーボード１３８ｂ、およびマウス１３８ｃを含むことができる（図１）。一般に、制御システム部１２０の各種要素は、既知のまたは将来開発される適切な任意の電力バスおよび／または信号バス、無線通信信号、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などによって、実施自在に互いに接続し外部装置と接続することができる。制御システム部１２０全体において、当該相互接続は概ね、各種の相互接続線１９５によって示されるが、この相互接続の配置は典型例にすぎず、限定的なものではない。
【００２２】
光生成システム３００は、さらに以下で説明するように、ストロボ照明光源である光源器３１０から複数の光チャンネルへの光の配分を制御するために、１つ以上の光源器３１０および空間光変調器（ＳＬＭ）３５０を含むことができる。光源器３１０およびＳＬＭ３５０は、例えば各電力線および信号線３１１、３５１によって光チャンネル露光および制御部１３５とデータおよび制御信号を送受するように配置することができる。光源器３１０のランプ（図示していない）の少なくとも１つをストロボ照明動作モードで使用して、非常に速い光源器応答時間（μｓまたはｎｓの範囲）と適切な光パワーレベルの組み合わせを実現することができる。各種の典型的実施形態において、光源器３１０は高輝度キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプを含むことができる。ただし、一般に、カメラ２６０の検出範囲内の波長を放出する任意の光源器を使用することができる。さらに以下で、光生成システム３００の様々な特徴について説明する。
【００２３】
画像測定機２００は、光学アセンブリ２０５と、ステージ光源２２０、同軸光源２３０、およびプログラムリング（ＰＲＬ）光源２４０を含む光源とを含むことができる。載物台２１０は、ステージ光源２２０からの光が通過する、中央の透明部２１２を含むことができる。ステージ２１０は、検査対象物またはターゲット２０を配置することができる、ステージ２１０の表面にほぼ平行であるＸ軸およびＹ軸に沿って制御自在に移動することができる。
【００２４】
ステージ光源２２０は、ＳＬＭ３５０の各チャンネルから光ケーブル２２１を介して光を受け取り、透明部２１２を通じて光２２２を伝送することができる。光２２２を提供するこれらの構成要素を、マシンビジョンシステム１０’の第１光チャンネルとみなすことができる。同軸光源２３０は、ＳＬＭ３５０の各チャンネルから光ケーブル２３１を介して光を受け取り、伝送された光２３２を対物レンズ２５０を通過するように方向付ける同軸反射鏡２３３を備えるビームスプリッタに光２３２を伝送することができる。光２３２を提供するこれらの構成要素を、マシンビジョンシステム１０’の第２光チャンネルとみなすことができる。プログラムリング（ＰＲＬ）光源２４０は、検査対象物２０の上方および周囲に環状リングを形成し、制御可能な角度で検査対象物２０に光２４２を伝送することができる。ＰＲＬ光源２４０の典型的な構成は、リング光周囲の各四分円に配置された４つのリング光源２４０ａ〜２４０ｄを含むことができる。４つの光源２４０ａ〜２４０ｄは、ＳＬＭ３５０の各チャンネルから各光ケーブル２４１ａ〜２４１ｄを介して光を受け取る。これらの各種光ケーブルは、光ファイバ束などを備えることができる。ＰＲＬ光源２４０は、個別に制御可能な光源の組み合わせとして形成することができる。光２４２の各部分を提供するこれらの構成要素を、マシンビジョンシステム１０’の、４つの追加光チャンネルとみなすことができる。
【００２５】
検査対象物２０は、ステージ２１０の既知の位置または学習された位置に配置することができる。ステージ２１０および／または検査対象物２０の巨視的位置を検出することによって、制御システム部１２０は、様々な検査対象物の特徴の検査を実行するために検査対象物の画像のどこをキャプチャすべきかを正確に判断することができる。
【００２６】
メモリ１４０は、画像ファイルメモリ部１４１、検査対象物プログラムメモリ部１４２、およびビデオツール部１４３を備えることができる。ビデオツール部１４３は、対象領域ジェネレータ１４３ｘおよび様々な各ビデオツール１４３ａ〜１４３ｍを備えることができる。ビデオツールは、様々な検査操作の実行および／またはプログラミングで使用者を支援する、各ＧＵＩインタフェースや画像処理操作などを含むことができる。対象領域ジェネレータ１４３ｘにより、例えば米国特許第６，５４２，１８０号に記述されているように、各種ビデオツール１４３ａ〜１４３ｍを使用して解析または操作すべき所望の対象領域を使用者が定義付けるのを支援することができる操作が提供される。
【００２７】
メモリ１４０は、所望の画像特性を有する検査対象物２０の画像のキャプチャまたは取り込みのために、マシンビジョンシステム１０を操作するのに使用できるデータおよび／または「ツール」を格納することができる。メモリ１４０はさらに、取り込まれた画像に対する様々な検査および測定操作の手動または自動による実行、また例えば、データバスおよび／または制御バスおよび／またはコントローラ１２５を経由の入出力インタフェース１３０を介した結果出力のために、マシンビジョンシステム１０を操作するのに使用できるデータおよび／またはビデオツールを格納することができる。メモリ１４０は、データバスおよび／または制御バスおよび／またはコントローラ１２５を経由で入出力インタフェース１３０を介して動作可能なＧＵＩを定義するデータを格納することもできる。
【００２８】
光学アセンブリ２０５は、例えばカメラまたは画像取込み装置２６０、交換対物レンズ２５０、ターレットレンズアセンブリ２８０、および同軸光源２３０を含むことができる。対物レンズ２５０およびカメラ２６０をカメラ軸に沿って整列させることができる。光学アセンブリ２０５は、例えば制御可能なモータ２９４を用いて、Ｘ軸およびＹ軸に概ね直交するＺ軸に沿って制御自在に移動することができる。マシンビジョンシステム１０のＸ、Ｙ、Ｚの各軸は、例えば適切な信号線および／または制御線（図示していない）上で制御システム部１２０に空間位置情報を提供する、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸の位置エンコーダ（図示していない）を備えてもよい。カメラ２６０は、検査対象物２０から受け取った光に基づいて画像を提供するために電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、またはＣＭＯＳアレイ、またはその他の任意の適切な検出器アレイを含むことができる。
【００２９】
ターレットレンズアセンブリ２８０には、回転軸２８４を中心として回転して、対物レンズ２５０と併用して各画像倍率を提供するために、カメラ２６０と対物レンズ２５０の間の光路内にそれぞれ配置されることができる複数の各レンズ２８６、２８８を含まれてもよい。制御システム部１２０は、ターレットレンズアセンブリ２８０を回転させて所望の画像倍率を提供することができる。入出力インタフェース１３０は、例えば電力線／バスおよび信号線／バス２６２、２８１、２９６によって、カメラ２６０、ターレットレンズアセンブリ２８０、およびモータ２９４とデータ信号および制御信号を交換することができる。Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸の位置エンコーダ（図示していない）の各信号線および／または制御線（図示していない）も、入出力インタフェース１３０と通信することができる。信号線２６２は、画像データを搬送するだけでなく、カメラ２６０の画像取込みピクセル範囲を設定し画像取込みカメラ操作シーケンスおよび／または類似の操作を開始するコントローラ１２５からの各種信号を搬送することもできる。
【００３０】
マシンビジョンシステム１０の光学アセンブリ２０５は、前述の構成要素に加え、他のレンズ、および／または開口部などの他の光学要素、ビームスプリッタ、および所望のマシンビジョンシステム特性を提供するのに必要とされるその他の類似装置を含むことができる。
【００３１】
マシンビジョンシステム１０を用いて撮像され検査される検査対象物２０をステージ２１０上に配置することができる。１つ以上の光源２２０、２３０、２４０は、検査対象物２０を照明できる各光２２２、２３２、２４２を放出することができる。光は、検査対象物光２５５として、検査対象物２０から反射あるいは検査対象物２０を通過することができる。検査対象物光２５５は、交換対物レンズ２５０と、ターレットレンズアセンブリ２８０のレンズ２８６、２８８の１つを通過して、カメラ２６０により受け取られる。カメラ２６０によってキャプチャされた検査対象物２０の画像は、例えば信号線２６２を介して制御システム部１２０に出力することができる。
【００３２】
ステージ２１０と光学アセンブリ２０５の距離を調整して、カメラ２６０によってキャプチャされる検査対象物２０の画像の焦点を変更することができる。例えば、アクチュエータ、接続ケーブル、またはその他の類似装置を駆動して光学アセンブリ２０５をＺ軸に沿って動かすことができる制御可能なモータ２９４を例えば用いて、光学アセンブリ２０５をステージ３２に直交する垂直（Ｚ軸）方向に移動することができる。本明細書で用いるＺ軸という用語は、光学アセンブリ２０５によって取得される画像に焦点を合わせるための軸を指す。制御可能なモータ２９４は使用時に、例えば信号線２９６を介して制御システム部１２０と通信することができる。
【００３３】
制御システム部１２０は、画像取込みの設定またはパラメータを決定するのに使用でき、また、パートプログラム命令によって検査される検査対象物の特徴を含む対象領域において所望の画像特性を有する検査対象物２０の画像を取り込むのに使用することもできる。当該の検査対象物の撮像命令は、パートプログラミングジェネレータ／エグゼキュタ１７０によってエンコードされ、データバスおよび／または制御バスおよび／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１９５を介して他の構成要素に伝送することができる。表示装置１３６および入力装置１３８を使用して、部品プログラムの表示、作成、および／または変更、カメラ２６０によってキャプチャされた画像の表示、および／またはマシンビジョンシステム１０’の監視および／または制御のための様々なＧＵＩ特徴の表示および／または変更を実行することができる。物理的移動は、動作制御インタフェース１３２によって制御することができる。
【００３４】
カメラ２６０の物理的移動の制御を実現するために、動作制御インタフェース１３２は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸の位置エンコーダから位置情報を受け取り、データバスおよび／または制御バスおよび／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１９５を介して位置修正制御信号を伝送することができる。一般に、当該命令によって、検査対象物２０の特定部分がカメラ２６０の対象領域に入り、所望の倍率、所望の焦点状態、および適切な照明を提供できるように、マシンビジョンシステム１０’にステージ２１０および／またはカメラ２６０を操作させることができる。このプロセスは、検査対象物２０の検査用にキャプチャされる一連の画像における複数の画像それぞれについて繰り返すことができる。
【００３５】
図３は、光チャンネルおよび露光制御部１３５と光生成システム３００を含む照明制御インタフェース１３３の詳細を示す典型的なブロック図である。光チャンネルおよび露光制御部１３５は、タイミングおよび同期化部１３５ａ、ＳＬＭ制御部１３５ｂ、および光源器制御部１３５ｃを含むことができる。ＳＬＭ制御部１３５ｂは、例えば信号線／バス３５１を介してＳＬＭ３５０に接続することができる。光源器制御部１３５ｃは、例えば電力線／バスおよび／または信号線／バス３１１を介して光源器３１０に接続することができる。
【００３６】
光源器３１０は、ＳＬＭ３５０上の照明エリア３１５を照明する光３１４を放出することができる。ＳＬＭ３５０は、光を概ね伝送、部分的に伝送、または遮断することができる。ＳＬＭ３５０は、照明エリア３１５内に、光チャンネル開口部である、複数の制御可能な各開口部を含むことができる。各開口部は一般に、各光チャンネルに対して光３１４を伝送、部分的に伝送、またはこの光を遮断することによって、マシンビジョンシステムの画像露光ストロボ照明である、各光チャンネルの照明制御を提供することができる。図３に示した例では、開口部は、ステージ光チャンネル開口部３２１、同軸光チャンネル開口部３３１、ＰＲＬ光チャンネル開口部３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃ、３４１ｄを含んでいる。各開口部３２１、３３１、３４１ａ〜３４１ｄは、各光ケーブル２２１、２３１、２４１ａ〜２４１ｄ（図２）に伝送されて各光源２２０、２３０、２４０ａ〜２４０ｄから出力される光３１４の量を個別に制御することができる。
【００３７】
ＳＬＭ３５０は、各開口部を備えるシャッターの配列を含むことができる。シャッターは、所望のパターンで光の伝送および遮断を制御できる機能を備えることができる、既知のまたは将来開発される任意の種類のシャッターであり得る。様々な実施形態において、シャッターを用いて光を部分的に伝送できれば有利である。例えば、ＳＬＭを使用して、光源器３１０からの光を選択的に伝送する、減衰する、および／または遮断することができる。当該ＳＬＭの一例として、英国スコットランドのダンファームリンに拠点を置くＣＲＬ  Ｏｐｔｏの超小型表示グラフィックスアレイが挙げられる。このアレイは、必要であれば従来のビデオ信号によって概ね制御することができ、グレースケール値に応じてパターンの所定のピクセルを通じて光３１４を伝送、部分的に伝送、または遮断することができる電子的に生成された８ビットグレースケールパターンの表示に使用できる、ＬＣＤピクセルアレイを含んでいる。このような場合には、様々な各開口部をパターンの特徴として実行することができ、パターンを従来のビデオ速度で制御することができる。別法として、所望の開口部のカスタムパターンを含むカスタムＬＣＤを各種実施形態で使用することができる。当然のことながら、ＳＬＭ３５０によって、１つの光源器３１０で、独立して制御可能な照明を複数の光チャンネルに提供できるようになるだけでなく、複数の光チャンネルからの光を完全に同期化して、例えば画像取込み中に１つの光源器３１０としてストロボ処理が可能である。１つの光源器３１０を使用すれば、例えば各光チャンネルについて個別の光源器を使用する場合よりもコストを低く抑え、サイズを小さくすることができる。
【００３８】
別法として、ＳＬＭ３５０は、所望のパターンで制御可能な光偏向を提供できる、既知のまたは将来開発される種類の制御可能な反射型シャッターの配列を含むことができる。このような場合には、制御可能な反射型シャッターまたはピクセルが、様々な光チャンネルに向かって特定の角度で光を反射および／または偏向させて光を「伝送」しなければ、光３１４が様々な光チャンネルに到達しないように、光源器３１０を配置することができる。例えば、図３とは対照的に、反射型ＳＬＭを、光３１４に対して４５°の角度を成す面に沿って法線方向に配向することができるし、反射型アレイ要素を、様々な各光チャンネルに到達するように直角に光を反射および／または偏向させることによって、様々な各光チャンネルに向かって光３１４を伝送するようにその面に沿って整列させることができる。光３１４を効果的に「遮断」して様々な光チャンネルに到達するのを防ぐために、個々の角度を変更することによって、あるいは例えば制御可能なＬＣＤ遮断要素を用いて個々の反射光路を遮断することによって、反射型アレイ要素またはピクセルが直角に光３１４を反射できないようにすることができる。使用できる制御可能な反射型シャッターの例として、例えばスコットランドのダンファームリンに本拠を置くＣＲＬ  Ｏｐｔｏの反射型液晶（ＬＣＯＳ）超小型表示製品や、例えばテキサス州プラノに本拠を置くＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＤＬＰ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓのデジタル映写機（ＤＬＰ）マイクロ反射鏡製品が挙げられる。このような場合には、様々な各開口部を反射パターンの特徴として実装することができ、パターンを従来のビデオ速度で制御することができる。マイクロ反射鏡タイプの装置では、部分的に伝送するピクセルを提供することはできないにしても、当然のことながら、マイクロ反射鏡装置を用いて実行された光チャンネル開口部は、必要に応じて開口部サイズを効果的に小さくすることで、特定の光チャンネルに伝送される光を代替的に減衰することができる。例えば、開口部を形成するピクセルの構成を変更することによって、開口部径を小さくすることができる。
【００３９】
前述のように、光源器３１０のランプの少なくとも１つをストロボ照明動作モードで使用して、非常に速い光源器応答時間（μｓまたはｎｓの範囲）と適切な光パワーレベルの組み合わせを実現できれば有利である。当該照明は、マシンビジョンシステム１０’のスループットを向上させる、ステージ２１０（図２）が動いている最中の検査対象物の撮像を可能にするのに特に有利である。光源器３１０の一例として、米国特許出願第１０／７１９，２１０号に記載されている連続波（ＣＷ）とストロボ照明の両方に使用できる、カリフォルニア州サンノゼに本拠を置くＬｕｍｉｌｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ，ＬＬＣのＬｕｘｅｏｎ（商標）製品ラインの１つなど、１つ以上の高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）が挙げられる。各種の典型的な実施形態において、ＣＷ光源は、高輝度放電（ＨＩＤ）メタルハライドランプおよび／または石英ハロゲンランプを含むことができる。
【００４０】
各種の典型的な実施形態において、ストロボ光源器は、カリフォルニア州フリーモントに本拠を置くＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ（登録商標）  ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓのＣＸ−Ｓｔｒｏｂｅ（商標）シリーズのモデルＣＸ−Ｘｅフラッシュランプなど、高輝度キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプを含むことができる。ＣＸ−１５００  Ｘｅフラッシュランプは、２５０ｎｍから１１００ｎｍ以上に及ぶ波長の電磁スペクトルにわたって照明することができる。各種の実施形態において、加熱および／または色収差を低減するために、フラッシュランプからの光をフィルタ処理することが望ましい場合がある。例えば、フィルタは、３９０ｎｍ（紫）〜７５０ｎｍ（赤）の可視光波長領域を通過させ、通過した可視光波長領域は光チャンネルに達する。ただし、各種の実施形態において、その他の波長領域が望ましい場合もある。ＣＸ−１５００  Ｘｅフラッシュランプは、８μｓ〜１０μｓのパルス幅で１６Ｈｚ〜３５Ｈｚの繰り返し周波数でサイクルすることができる。ＣＸ−１５００  Ｘｅフラッシュランプは、径０.９インチ（２３ｍｍ）の光ファイバガイドに導くことができる、ＤＣ６００Ｖで２５６ｍＪの放射出力および２０５ルーメン秒の光出力を生成することができる。
【００４１】
当然のことながら、汎用マシンビジョンシステムは、反射率の低い表面を有する検査対象物を含め多種多様な検査対象物を撮像することができる。また、拡大した画像が求められることもある。さらに、動いている検査対象物の撮像を可能にする高速露光が求められることもある。さらに以下で説明するように、これらの要因はすべて、画像露光中に累積される光の量を低減する傾向がある。このため、超高輝度フラッシュランプが、非常に用途の広いマシンビジョンシステムを提供するために有利である場合がある。
【００４２】
制御システム部１２０内に設けられる、タイミングおよび同期化部１３５ａは、ＳＬＭ３５０、光源器３１０、カメラ２６０、およびマシンビジョンシステム１０’の配置を同期化する制御信号を送受信する操作を提供することができる。同じく制御システム部１２０内に設けられる、ＳＬＭ制御部１３５ｂは、ＳＬＭを制御し、該当する場合にＳＬＭ３５０のオン／オフのタイミング、コントラスト、および開口部パターンを制御することによって、様々な光チャンネルの制御を提供することができる。同じく制御システム部１２０内に設けられる、光源器制御部１３５ｃは、光源器３１０の１つ以上のランプまたはＬＥＤなどのパワーレベル、トリガー信号、およびオン／オフのタイミング（該当する場合）の制御を提供することができる。また、光源器制御部１３５ｃは、さらに以下で説明するように、補助光源（該当する場合）の光路制御を提供することもできる。 
【００４３】
図４は、ＳＬＭ画像フィールド４１０および制御ウィンドウ４２０を含む、典型的なＳＬＭセットアップおよび制御ＧＵＩ４００を示している。ＳＬＭ画像フィールド４１０は、ステージ光チャンネル開口部リプレゼンテーション４３１、同軸光チャンネル開口部リプレゼンテーション４２１、およびＰＲＬ光チャンネル開口部リプレゼンテーション４４１ａ、４４１ｂ、４４１ｃ、４４１ｄを含む１つの典型的な開口部パターンを示している。各開口部リプレゼンテーションは、例えばＳＬＭ３５０の開口部３２１、３３１、３４１ａ〜３４１ｄに対応することができる。制御ウィンドウ４２０は、類似の番号が付けられた開口部リプレゼンテーションと、ＳＬＭ３５０を制御するよう実行可能な対応する一連の制御信号とを制御する、ステージ光チャンネル開口部コントロール５３１、同軸光チャンネル開口部コントロール５２１、およびＰＲＬ光チャンネル開口部コントロール５４１ａ、５４１ｂ、５４１ｃ、５４１ｄを含んでいる。例えば、ＳＬＭ３５０がＬＣＤピクセルアレイである場合、ピクセルアレイを制御するグレースケール値が、ＳＬＭ画像フィールド４１０に示されるピクセルのグレースケール値に対応するように、ピクセルアレイを制御することができる。
【００４４】
図４に示した例で、斜交平行模様の背景はＳＬＭ３５０の光遮断領域を表している。ステージ光チャンネル開口部リプレゼンテーション４３１は、類似の斜交平行模様を示しており、対応するコントロール５３１の、大幅な光遮断設定を表す。同軸光チャンネル開口部リプレゼンテーション４２１は、塗りつぶされていない領域を示しており、対応するコントロール５２１の、大幅な光伝送設定を表す。ＰＲＬ光チャンネル開口部リプレゼンテーション４４１ａ、４４１ｂ、４４１ｃ、４４１ｄは、平行模様を示しており、対応するコントロール５４１ａ、５４１ｂ、５４１ｃ、５４１ｄの、部分的光伝送設定を表す。ＳＬＭ画像フィールド４１０における開口部リプレゼンテーション４２１、４３１、および４４１ａ〜４４１ｄの配置は、ＳＬＭ３５０の開口部３２１、３３１、および３４１ａ〜３４１ｄの物理的配置と、ＳＬＭ３５０付近の固定具に保持することができる、光ケーブル２２１、２３１、および２４１ａ〜２４１ｄ（図２）の入力端の物理的配置とに直接対応することができ、それによって、対応する開口部から伝送される光を受け取るように正しく整列される。図４に示した特定の配置は例示的なものであり、この配置に限定されるものではない。他の構成も可能であり、考えられる。当然のことながら、図４を参照して前述した開口部コントロールの様々な側面を、ＳＬＭ制御１３５ｂの機能として、手動制御、半自動制御、または全自動制御の下で概ね提供することもできる。したがって、ＳＬＭ３５０の開口部３２１、３３１、および３４１ａ〜３４１ｄに対する、これらのおよびその他の手動、半自動、または全自動の制御手段を実行して、マシンビジョンシステム１０’の様々な学習モード動作および／または実行モード動作にサポートすることができる。
【００４５】
制御ウィンドウ４２０には、ソフトウェアパラメータとして、対応する数値設定、その他のスライダコントロール、数値表示、およびラジオボタンとともに、上で概説されているような「スライダ」コントロールを備えるパネルが含まれてもよく、それによって様々な照明チャンネルの光強度と、ＳＬＭ画像フィールド４１０におけるそれらのリプレゼンテーションを制御できる、選択パラメータを調整し表示してもよい。ＰＲＬパネルには、ＰＲＬ光源２４０ａから２４０ｄが互いに連動するかどうか、つまり個別に制御されるのではなく同じ設定に調整されるかどうかを示す、「連動」ＰＲＬラジオボタンを含まれてもよい。
【００４６】
スライダコントロールスケールは、対応する開口部によって伝送される光強度の範囲（ゼロからフルまで）を示すことができる。スライダコントロールポインタおよび数値表示は、各光源の光強度の設定値を示すことができる。数値表示は、フル照明（２５５）から照明なし（０）までの２８の２進整数グレースケール範囲を示すことができる。図の例では、ステージコントロールパネル５３１は、例えば７１という低レベルの値を示し、同軸コントロールパネル５２１は、例えば２３４という高レベルの値を示し、一方ですべてのＰＲＬコントロールパネル５４１ａからｄは、例えば１３０という中間レベルの値を示している。この例では、ＰＲＬラジオボタン４２５は、ＰＲＬ光源がこの例で互いに連動していることを示している。
【００４７】
背景ラジオボタン４２６は、白または黒のいずれかの表示背景の選択を示すことができる。この例では、黒（斜交平行模様）が選択されている。セットアップ動作モードでは、「Ｓｈｉｆｔ」スケール４２７Ｖおよび４２７Ｈの各スライダコントロールを使用して、それぞれ垂直（Ｖ）方向と水平（Ｈ）方向に沿って限定された範囲にわたりＳＬＭ画像フィールド４１０に表示される開口部パターンの位置を調整することができる。ＳＬＭ３５０の開口部パターンの実際の位置は、対応する方法で制御することができる。光ケーブル２２１、２３１、および２４１ａ〜２４１ｄ（図２）の入力端は、ＳＬＭ３５０付近の固定具に保持することができ、それらの物理的配置に対するＳＬＭ３５０の実際の開口部パターンの整列は、「Ｓｈｉｆｔ」コントロールを用いて様々な開口部が様々な光ケーブルに対して正しく整列されるまで、直接観察によって、あるいは様々な光チャンネルなどを介した光伝送信号を監視することによって監視することができる。次に、マシンビジョンシステム１０’の継続動作中に使用するために、対応する「キャリブレーション」設定を、ＳＬＭ制御１３５ｂに保存することができる。
【００４８】
図５は、光源器３１０および空間光変調器３５０を含む光生成システム３００の例示的配置図である。コリメータレンズ３１２は、ＨＩＤランプなどのＣＷランプ３１６またはＸｅストロボ３１７のいずれかから光を受け取ることができる。両方とも、ほぼ楕円形の反射鏡を有することができる。ヒンジで連結された反射鏡３１３が回転し、ＨＩＤランプ３１６またはストロボ３１７のいずれかがコリメータレンズ３１２を通って光を伝送できるようにしてもよい。第１位置３１６ｂにおいて、ＨＩＤランプ３１６からの光が反射鏡３１３によって遮断され、Ｘｅストロボ３１７からの光がコリメータレンズ３１２に直接差し込むことができる。第２位置３１７ｂにおいて、Ｘｅストロボ３１７からの光が反射鏡３１３によって遮断され、ＨＩＤランプ３１６からの光をコリメータレンズ３１２に入射させることができる。
【００４９】
いずれの場合でも、光３１４はコリメータレンズ３１２を通過することができ、平行な光またはほぼ平行な光としてＳＬＭ３５０の方に方向付けることができる。図５に示した例では、光３１４は、照明エリア３１５（図３）を画定する開口部３１７を通過することができ、そしてフィルタ３１８を通過し、望ましくない加熱や画像ボケなど悪影響を引き起こしうる波長が遮断されるようにしてもよい。例えば、一部の応用において、電磁スペクトルの紫外部の波長は、焦点が撮像主波長とは異なり、画像を劣化させることがある。次に、光は、例えばＳＬＭ３５０の前述の各開口部を通過し、各開口部と整列している光ケーブル配列３１９の各光ケーブルに入ることができ、例えば照明光源２２０、２３０、および２４０の各位置に伝送される。光ケーブル配列３１９の光ケーブルの入力端は、複数孔を有する整列および取付け板（図示していない）に、を挿入することができ、前記複数孔は光ケーブルの端部を受け取り、ＳＬＭ３５０の開口部パターンと一致した配列にそれらの光ケーブルを保持する。取付け板は、ＳＬＭ３５０の近くに、または接触して取り付けることができ、また、様々な開口部の出力と光ケーブル端部との間の遮光板として機能し、光チャンネル間の迷光「クロストーク」を低減することもできる。代替の構成を図９に示したが、これについては後述する。
【００５０】
図６は、一般的なカメラおよび一定の照明を用いて観測した、特定の倍率における様々な検査対象物表面別のグレースケール強度相対平均を例示的に示す棒グラフ６００である。数種類の素材が、それぞれ１倍、２倍、６倍の倍率で、横座標６１０に沿って列挙されている。素材は、フロッピーディスク（登録商標）、茶色のコネクタ、型押金属、緑色のプリント回路基板（ＰＣＢ）、集積回路（ＩＣ）導線、白色のコネクタ、金属反射鏡、およびガラス反射鏡が例示されている。縦座標６２０に沿った８ビットのグレースケール強度相対平均の範囲は０〜２５５であり、ゼロは強度がないことを表し、２５５はカメラの飽和または露光過多を表す。
【００５１】
この棒グラフから読み取れるように、倍率が増すと、集められる光の量および写真露出が低減し、一般に、写真露出を十分に行うにはより多くの光が必要になる。また、フロッピーディスク（登録商標）のように色が暗い素材の方が、白色のコネクタのように色が明るい素材または反射鏡のように鏡面反射率が高い素材よりも多くの光を必要とする。素材および倍率によって、受け取られる露光量がこのように異なるということから、汎用マシンビジョンシステムにおいて様々な拡大表面の撮像および検査に必要な光のレベルが大幅に異なりうるということがわかる。実際、様々な素材の低倍率撮像で示される飽和値を避ける必要がある場合、および様々な素材の高倍率撮像で示される低照明値を許容可能な撮像レベルまで上げる必要がある場合、照度が広範囲にわたって調整可能であることが求められうる。したがって、非常に幅広いダイナミックレンジを備え、使用可能な照明の正確な制御を可能にする照明システムが求められている。
【００５２】
スループットを向上させるために、ステージ２１０が動いている間に、ステージ２１０に配置された検査対象物２０の撮像を実行することができる。画像倍率およびステージ速度の選択された条件の下では、検査対象物が動いている間の画像のボケを避けられる十分短い露光時間で検査対象物２０を十分に照明するために、高輝度で継続期間が短いストロボフラッシュが必要になることがある。照明および／または露光の継続期間が短い好適照明ダイナミックレンジを達成するには、Ｘｅランプなど非常に明るいストロボランプが有利となる場合がある。多種のランプ（本稿における「ランプ」という用語には、ＬＥＤやレーザ等も含まれる）について、トリガーされた後、ストロボフラッシュの「プロファイル」で光強度が一時的に変化することがある。すなわち、最初に徐々に上昇し、次に急激な上昇、横ばい状態、急激な低下へと推移し、さらに緩やかな低下がみられる。当該フラッシュプロファイルを利用して、広いダイナミックレンジにわたって信頼性および一貫性を有する照明露光を提供することが望ましい。
【００５３】
図７は、撮像に使用されるストロボパルスおよびカメラの画像蓄積期間のトリガー制御に関する例示的なタイムチャート７００である。露光継続期間中にカメラが蓄積する過渡的な光のレベルによって、画像の露光レベルを決めることができる。露光継続期間は一般に、ストロボ継続期間によって制限されるか、あるいは、ＣＷ照明または「長い」照明パルスが使用される場合はカメラの画像蓄積期間によって制限される。ただし、精密マシンビジョンシステムの１つの目的は、検査対象物間で異なることがない非常に一貫性が高い精密測定画像を提供し、精密検査の基礎を成すエッジ測定などが、検査対象物が実際に異ならない限り検査対象物間で異なることがないようにすることである。したがって、画像露光照明全体の許容できない変動を引き起こす、ストロボフラッシュ（あるいはパルスプロファイル）間における低下部分の実効的継続期間の変化を軽減するために、フラッシュ期間内の一定の時点でカメラ画像蓄積期間を終わらせることによって、フラッシュの低下部分を切り捨てることが望ましい。さらに、当然のことながら、例えばＸｅランプを使用して、フラッシュ継続期間を変える能力を制限し、本質的にフラッシュ継続期間を典型的な最短カメラ画像蓄積期間よりも短くすることができる。したがって、ストロボフラッシュが提供する実効的露光照明を、一貫した制御によって大幅に低減する方法が望ましい場合がある。
【００５４】
タイムチャート７００には、例えば５つのタイムラインが含まれる。第１タイムライン７１０は、ステージ２１０（図２）のＸ、Ｙ、Ｚの各位置座標に基づいて、位置トリガ時刻Ｔｐｔａに始まる画像取込みトリガー信号７１５を表しており、前記ステージ２１０のＸ、Ｙ、Ｚの各位置座標は、カメラ２６０の視野内に配置される検査対象物の特徴に対応していてもよい。
【００５５】
第２のタイムライン７２０は、カメラ画像蓄積継続期間７２５を表しており、それには短い場合は数十マイクロ秒、長い場合は数ミリ秒の、プログラム可能な継続期間（Ｔｅｉ−Ｔｓｉ）が含まれていてもよい。制御対象の継続期間は、高速クロックに基づいて制御され、比較的一貫したものとなることができる。カメラ画像蓄積期間７２５は、蓄積開始時刻Ｔｓｉに始まり、蓄積終了時刻Ｔｅｉに終了することができる。一部の実行においては、位置トリガー時刻Ｔｐｔａを使用してカメラ画像蓄積期間が開始された後、蓄積開始時刻Ｔｓｉによって別個の待ち時間（Ｔｓｉ−Ｔｐｔａ）が生じることがある。ただし、この待ち時間は、比較的一貫していることがある。
【００５６】
第３タイムライン７３０は、パルストリガ時刻Ｔｐｔに始まるフラッシュ開始信号７３５を表していて、それによってストロボフラッシュが開始する。一部の実行においては、パルストリガー時間Ｔｐｔは、カメラ画像蓄積継続期間７２５を決めるのに使用されるものと同じ高速クロックに基づくことがある。したがって、パルストリガー遅延期間（Ｔｐｔ−Ｔｓｉ）は、高速クロックに基づいてプログラム可能であり、比較的一貫していることがある。パルストリガー時刻Ｔｐｔの開始によって、第４タイムライン７４０で示されるストロボパルスフラッシュ強度プロファイルが開始できる。フラッシュ強度は、ピーク７４５まで上昇してから下降する過渡的なプロファイルを示すことがある。このプロファイルについては、さらに以下で説明する。
【００５７】
第５タイムライン７５０は、実効的なまたは名目上の露光時間と一致してもよいラッチ時刻Ｔｔｘｙｚで始まる、露光関連の座標位置ラッチ信号７５５を表している。ラッチ時刻Ｔｔｘｙｚにおけるステージ２１０または検査対象物２０のＸ、Ｙ、Ｚの各座標を、取り込まれた画像と関連付けることができ、またメモリ１４０に格納できる。画像取込みサイクル中の発生順に列挙したタイムライン事象の説明をまとめたものが、下記の表１である。
【００５８】
【表１】
2007040993.tif 000003
【００５９】
ストロボパルスフラッシュ強度プロファイルは、パルストリガーＴｐｔで始まり、時刻Ｔｓｐにおけるフラッシュの実効的開始まで最初は徐々に上昇する。図７に示したように、フラッシュは、ピーク値７４５まで急激に上昇した後、時刻Ｔｅｐにおけるフラッシュの実効的終了ポイントまで急激に下がって、さらに低下を続け、追加の照明エネルギーがほとんどなくなる。特定の実行および特定のランプでは、パルストリガー時刻Ｔｐｔと実効的パルス開始時刻Ｔｓｐとの間の待ち時間が比較的一貫していることがある。さらに、所定の期間（Ｔｅｐ−Ｔｓｐ）において、強度プロファイルおよび照明エネルギーは、特定のランプに対して特定の動作電圧で提供され、比較的一貫していることがある。
【００６０】
前述のように、例えばＸｅランプを使用して、フラッシュ継続期間（またはプロファイル）を変える能力を制限し、本質的にフラッシュ継続期間を典型的な最短カメラ画像蓄積期間よりも短くすることができる。したがって、ストロボフラッシュによって提供される実効的露光照明を、一貫した制御によって大幅に低減するために、フラッシュの実効的終了時刻Ｔｅｐの前の、予測可能な一定の時刻にカメラ露光が終了することが望ましい場合がある。前述のように、パルストリガー遅延期間（Ｔｐｔ−Ｔｓｉ）は、高速クロックに基づいてプログラム可能であり、比較的一貫したものとなる。同様に、プログラム可能なカメラ画像蓄積継続期間（Ｔｅｉ−Ｔｓｉ）も、同じ高速クロックに基づいてプログラム可能であり、比較的一貫したものとなる。さらに、パルストリガ時刻Ｔｐｔと実効的パルス開始時刻Ｔｓｐとの間の待ち時間は比較的一貫していることがある。したがって、所定のフラッシュ期間（Ｔｅｐ−Ｔｓｐ）および関連のプロファイルについて、プログラム可能なカメラ画像蓄積継続期間（Ｔｅｉ−Ｔｓｉ）およびパルストリガ遅延期間（Ｔｐｔ−Ｔｓｉ）を選択および／またはプログラムすることによって、実効的露光照明を制御することができる。そうして、フラッシュプロファイル中の予測可能な時刻にカメラ画像蓄積終了時刻Ｔｅｉが終わり、実効的画像露光照明が切り捨てられて決定される。すなわち、広いダイナミックレンジにわたって実効的画像照明を制御するために、実効的画像露光照明を、カメラ画像蓄積期間の開始から少したってからフラッシュで開始することができ、ストロボフラッシュプロファイル中にカメラ画像蓄積期間の終了とともに終了することができる。当然ではあるが、設計および／または実験によって、上記の待ち時間のすべてを、特定の機械、ランプ、電圧レベルなどに合わせてキャリブレーションまたは決定することができる。また、望ましいまたはキャリブレーションされた照明レベルを提供する、タイミングや動作電圧などの組み合わせを容易に決めることができるように、その結果をキャリブレーションし、保存することができる。
【００６１】
図８は、図２および図３に示した、制御システム部１２０、画像測定機２００、および光生成システム３００の各部分と関連する典型的なコントローラ信号を含む、典型的な略ブロック図である。制御システム部１２０には、フレーム取込み器を構成要素に持つ撮像制御インタフェース１３１、動作制御インタフェース１３２、およびＳＬＭ制御部１３５ｂ（図３）が含まれる。動作制御インタフェース１３２は、動作コントローラを備えることができる。光生成システム３００は、光源器３１０、ＳＬＭ３５０、およびＳＬＭインタフェース部１３５ｂ’を含むことができる。タイミングおよび同期化部１３５ａは、光生成システム３００とともに配置される、あるいは光生成システム３００内にパッケージすることができ、光生成システム３００のレトロフィットアプリケーションが容易になる。
【００６２】
光生成システム３００は、ＳＬＭ制御部１３５ｂ、タイミングおよび同期化部１３５ａ（図３）、およびビデオスプリッタ８１０と連動して動作することができる。タイミングおよび同期化部１３５ａおよびＳＬＭ制御部１３５ｂは、光チャンネル露光および制御部１３５（図２）の構成要素であってもよい。画像測定機２００（図２）は、カメラ２６０と、検査対象物２０を照明する光源２２０、２３０、２４０とを含んでいる。同軸反射鏡２３３によって、同軸光源２３０からの光が検査対象物２０の方に方向付けられる。
【００６３】
カメラ２６０は撮像制御インタフェース１３１からの信号を受け取ることができ、ビデオ入力８２０および撮像制御インタフェース１３１を介して画像データを伝送することができる。また、カメラ２６０は、シリアルコミュニケータ８３０間で信号の送受信を行うこともできる。デジタルモニタ８４０および／またはアナログモニタ８５０は、ＳＬＭ３５０に関する情報を表示することができる（例えば、図４を参照して説明したＳＬＭセットアップおよび制御ＧＵＩ４００を実行する一手段として）。ＳＬＭ制御部１３５ｂは、ＳＬＭビデオ信号をビデオスプリッタ８１０およびデジタルモニタ８４０に供給することができる。ビデオスプリッタ８１０は、ビデオ信号を、タイミングおよび同期化部１３５ａ、ＳＬＭインタフェース部１３５ｂ’、およびアナログモニタ８５０に供給することができる。例えば、ＳＬＭインタフェース部１３５ｂ’に供給されるビデオ信号は、従来のビデオ信号であってもよく、ＳＬＭインタフェース部１３５ｂ’は、そのビデオ信号を受け取って、ＬＣＤピクセルアレイを構成要素とするＳＬＭ３５０を動作させるのに適したデジタル制御信号に復号化させて、所望の開口部の構成および動作状態を実現することができる。一般に、当該ＳＬＭインタフェースデコーダは、前述のＬＣＤピクセルアレイ販売業者など、ＬＣＤピクセルアレイディスプレイを扱う多数の業者が市販している。
【００６４】
タイミングおよび同期化部１３５ａは、位置トリガ出力信号（例えば、図７の７１５を参照）を動作制御インタフェース１３２（従来の動作コントローラを当該位置トリガーを提供するようにプログラムしてもよい）から受け取ることができ、そして関連の信号を撮像制御インタフェース１３１（図８の「ＯｐｔｏＴＲＩＧ」）に中継して、図７を参照して説明した時差相関を維持することができる。撮像制御インタフェース１３１は、露光トリガー信号をカメラ２６０に供給して、カメラ画像蓄積期間（例えば、図７の７２５を参照）の開始を起動させ、光源器３１０にパルストリガ（例えば、図７の７３５を参照）を供給することができる。前記光源器３１０は、光源２２０、２３０、２４０への配分のためにＳＬＭ３５０に光を提供できる。パルストリガ信号は、撮像制御インタフェース１３１に含まれる高速クロックに基づいて、プログラム可能な期間だけ露光トリガー信号よりも遅延してもよい。すなわちパルスプロファイルタイミングの遅延である。図７を参照して前述したように、このプログラム可能な遅延を、カメラ２６０のプログラムされた画像蓄積期間（および、場合によっては、様々な一貫したタイミング待ち時間）と一緒に使用して、画像露光ストロボ照明である、実効的画像露光照明を制御することができる。高速クロック、プログラム可能な画像蓄積期間、およびパルストリガ信号遅延を、様々な市販のフレーム取込み器において実行することができる。
【００６５】
実効的画像露光時間に相当する時間にステージ２１０または検査対象物２０のＸ、Ｙ、Ｚの各座標をラッチするために、タイミングおよび同期化部１３５ａは位置ラッチトリガー信号（例えば、図７の７５５を参照）を動作制御インタフェース１３２に供給することができる。例えば、タイミングおよび同期化部１３５ａは、既知のパルストリガ信号時間および既知のカメラ画像蓄積期間に基づいて、実効的画像露光時間に最も一致するラッチ時間を実行することができる。これにより、実効的画像露光期間（例えば、図７のＴｅｉ−Ｔｓｐを参照）のタイミングを知ることができる。例えば、短い実効的画像露光期間には、期間（Ｔｅｉ−Ｔｓｐ）の中間に位置ラッチタイミングを設定すれば十分であることがある。あるいは、より正確な実効的画像露光時間には、例えば実験的に決めることができる既知のフラッシュ強度プロファイルに基づいて、位置ラッチ時間を期間（Ｔｅｉ−Ｔｓｐ）の強度加重平均時間に設定することができる。実効的画像露光時間を決めるために使用されるパルストリガ信号時間を、撮像制御インタフェース１３１（図８の「ＯｐｔｏＴＲＩＧ」）に供給される信号に関する遅延に基づいて、タイミングおよび同期化部１３５ａの内部で決めることができる。あるいは、状況に応じて、使用されるパルストリガ信号時間を、パルストリガ信号が光源器３１０に送信されるときに、同期化部１３５ａと並行したパルストリガ信号の送信に基づいて決めることができる。
【００６６】
選択した構成要素の例について説明する。シリアルコミュニケータ８３０は、インタフェース制御ツールを表すことがある。制御システム部１２０は、Ｍａｔｒｏｘデュアルビデオインタフェース（ＤＶＩ）ドーターボードによって提供されるＳＬＭ制御部１３５ｂと、ＣｏｒｏｎａＩＩフレーム取込み器を含む撮像制御インタフェース１３１とを備えるパーソナルコンピュータバックプレーンを含むことができる。両方とも、カナダのセントレジズドーバル（ケベック州）に拠点を置くＭａｔｒｏｘ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄ．から市販されている。画像測定機２００は、様々な光源を制御するためにＱｕｉｃｋ  Ｖｉｓｉｏｎ（商標）コントロールを使用することができる。ＳＬＭインタフェース部１３５ｂ’およびＳＬＭ３５０は、英国スコットランドのダンファームリンに本拠を置くＣＲＬ  Ｏｐｔｏの超小型表示グラフィックスアレイおよび関連電子機器によって提供することができる。動作制御インタフェース１３２は、動作コントローラとして、例えば、カリフォルニア州ロックリンに拠点を置くＧａｌｉｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｏｎｎｔｒｏｌから市販されている動作制御カードＤＭＣ−ＸＸＸＸシリーズのいずれか、あるいは前述のＱｕｉｃｋ  Ｖｉｓｉｏｎ（商標）システムの一部として提供される動作制御カードを含むことができる。
【００６７】
図９は、構造化光源９４５を提供する光源チャンネル（構造化光チャンネル）を含む光生成システム３００’の代替構成の配置図である。光生成システム３００’は、図５を参照して説明した光生成システム３００とほぼ同様であるため、以下、大きな相違点のみ説明する。図５を参照して前述したように、第１部分において光３１４が提供される。
【００６８】
光３１４は、例えばファイバ束光導管９１０を通って導かれ、次に平行光３１４’として、光生成システム３００’の第２部分に配置されている開口部３１７、フィルタ３１８、およびＳＬＭ３５０を通過する。光生成システム３００’の第２部分は、ヒンジで連結された反射鏡３１３に類似した、ヒンジで連結された反射鏡９２０を含むことができる。第１位置９２１ａにおいて、光３１４’が前述の光ケーブル配列３１９に直接差し込んで、前述の照明機能のすべてを提供することができる。
【００６９】
別法として、ＳＬＭ３５０は、前述の典型的な開口部パターンに加え、構造化光パターンを含むことができる、あるいは構造化光パターンを形成するように構成可能またはプログラム可能である、制御可能要素であってもよい。例えば、構造化光パターンは、所望のピッチで明るい（光伝送）縞と暗い（光遮断）縞が並ぶ規則的パターンを含むことができ、前述のＬＣＤピクセルアレイを用いて形成することができる。このような場合には、ＳＬＭ３５０を通過する平行光３１４’が、光の平行な縞の領域を提供することができる。第２位置９２１ｂにおいて、ヒンジで連結された反射鏡は、検査対象物２０（図２）を照明するために使用できる構造化光源９４５を提供するために放出される前に、集束レンズおよび／または拡大レンズおよび／またはコリメータレンズ９３０を通過するように光の平行な縞を偏向させることができる。マシンビジョンシステム１０’の光軸に対して既知の角度で配置される軸に沿って検査対象物２０に向かって平行な光の縞を放出するように、構造化光源９４５を定位置および／または既知の位置に取り付けることができる。このため、検査対象物２０の表面上の構造化光パターンの画像を既知の構造化光三角測量技術とともに利用して、Ｚ軸方向に沿った検査対象物２０のプロファイルの相対寸法を決めることができる。ＬＣＤピクセルアレイおよび構造化光技術に関する様々な関連理論が、米国特許第６，６９０，４７４号に含まれており、そのすべての内容は参照により本願明細書に引用したものとする。
【００７０】
当然のことながら、例えば前述のＬＣＤピクセルアレイを使用した場合に、様々な各チャンネル開口部が部分的に伝送するようにＳＬＭ３５０を実行できる実施形態においては、ＳＬＭ３５０を使用して、実効的画像露光照明のダイナミックレンジを向上させれば有利である。すなわち、カメラ画像蓄積期間およびストロボフラッシュタイミングを制御する前述の手段によって実現するダイナミックレンジの制御に加え、ＬＣＤピクセルアレイまたはカスタムＬＣＤ要素などのグレーレベル制御を前述の技術とともに利用して、追加的に照明ダイナミックレンジを提供することができる。
【００７１】
表２は、部分的に伝送するような種類のＳＬＭの使用を含め、所望の照明を提供するために様々に組み合わせて使用できる各種要因を示している。行１は、ＬＣＤピクセルアレイが、８ビットグレーレベルコマンドで制御できる可変照明減衰量を提供できることを示している。ただし実際には、伝送される光で観察される実際の変動レベルは約１５０：１に限定される。行２は、ＬＣＤピクセルアレイが、同時にすべてのピクセルに影響する可変の「明るさ」減衰量を提供でき、約１.２：１という、伝送される光で観察される実際の変動レベルを提供できることを示している。行３は、Ｘｅストロボランプが、その動作電圧レベルに応じて可変の「明るさ」を提供でき、約１７：１という、提供され伝送される光で観察される実際の変動レベルを提供できることを示している。行４は、Ｘｅストロボランプが通常、典型的な最短カメラ画像蓄積期間よりも短い実効的露光時間を提供することを示している。このため、ストロボ露光では、露光に影響を及ぼすためにカメラ露光期間の継続全体が使用されることはない。ただし前述のとおり、画像露光を停止してフラッシュプロファイルの一部を効果的に切り捨てるように、パルス継続期間を設定することができる。行５は、カメラ画像蓄積期間とフラッシュプロファイルとの間の相対タイミングを左右するパルストリガ遅延（例えば、図７の［Ｔｐｔ−Ｔｓｉ］を参照）を４０ｎｓ刻みで調整できることを示している。すなわち、４０ｎｓ刻みでフラッシュプロファイルを画像露光から選択的に除去することができる。実際には、この制御方法を用いて伝送される光で観察される実際の変動レベルは、約２５０：１であってもよい。行６および行７は、機械間やランプ間などで異なることがある要因を示している。一般に、これらの変動に対してキャリブレーションおよび／または補正を実行することが望ましい場合がある。全体として、図２によれば、これらの技術のすべてを組み合わせて利用すれば、比較的正確に制御され繰り返し可能な一連のインクリメントにおいて、７６５，０００：１という、実効的画像露光照明のダイナミックレンジを実現することができる。
【００７２】
【表２】
2007040993.tif 000004
【００７３】
図１０は、線分１０１０、１０２０、１０３０によって表される複数の各ストロボ光パワーレベルについて、基準または標準露光時間中に十分である連続照明中の光設定（パワー設定）と、対応する各ストロボ継続時間との典型的な一般的関係を示すグラフ１０００である。光生成システム３００または３００’と前述の様々なシステムおよび方法を使用する場合、図７および図８を参照して前述した様々な時差相関を制御することによって、特定のストロボ継続時間を実行することができる。
【００７４】
図１０の横座標は、従来のカメラのフレームレートなど、基準または標準露光時間全体にわたって取り込むことができる十分な「静止」検査対象物画像を生成する連続照明中の光設定（パワー設定）に対応する。この照明および露光の方法は、従来型の方法であってもよいし、マシンオペレータが関与する手動動作および学習モード動作中のビジョンマシンの操作に適していてもよい。図１０の縦座標は、連続照明中の光設定（パワー設定）に相当する画像強度を所定のストロボ光パワーで達成するために必要な、すなわち、その光源用の同じ総露光照明エネルギーを達成するために必要な、ストロボ継続時間に対応する。
【００７５】
特定の総露光照明エネルギーは、基準または標準露光時間を用いる場合に、特定の連続照明レベルに対応するものとして定義することができる。このエネルギーは、対応する必要なストロボ継続時間を第１近似値まで直接決めることができる特定のストロボ光平均パワーレベルによって分割することができる。典型的なストロボ光パワー曲線１０１０、１０２０、１０３０はそれぞれ、各曲線に沿った各点について一貫している各ストロボランプパワー設定を反映する。このため、より高いパワー曲線１０３０に沿った任意の点に従う操作によって、より低いパワー曲線１０２０、１０１０のいずれかに沿った対応する（垂直に並ぶ）点に従う操作よりも、ストロボ継続時間を短くすることができる。光生成システム３００または３００’と前述の様々なシステムおよび方法を使用する場合、より高いストロボ光パワー曲線は、より高いストロボランプ動作電圧、および／または十分に伝送するためにＳＬＭ３５０で使用されるＬＣＤピクセルアレイのピクセルの制御に対応する。より低いストロボ光パワー曲線は、より低いストロボランプ動作電圧、および／または部分的にのみ伝送するためにＳＬＭ３５０で使用されるＬＣＤピクセルアレイのピクセルの制御に対応する。
【００７６】
なるべく短いストロボ継続期間を提供し、動きに関連したボケが最も少なく、エレベーション距離における不確実性がなるべく小さい画像を生成するために、任意のストロボ光パワー曲線の左下端に向かう点で動作すれば有利である。
【００７７】
各ストロボ光源は、最大許容パワーレベルを本質的に有することができ、他のカメラ応答を考慮しないで済む場合、および他の類似装置がない場合に、この要因によって、最速の許容ストロボ継続期間を決めることができる。より高いパワー曲線１０３０は概ね、当該の最大パワーレベルを表す。最大のまたは選択されたパワーレベルおよび所望の動作点について、例えば１０４０で示したように、対応するストロボ継続期間を次に決めることができる。
【００７８】
ストロボ継続期間は、必要な適合する総露光照明エネルギーを提供することができる。線分１０５０、１０６０は概ね、各ストロボ光パワーレベルに対応する各ストロボ継続時間を用いて所望の照明レベルを提供するための代替設定を表している。また、縦座標に沿って定義される所望のストロボ継続時間について、対応する必要なストロボ光パワーを、グラフ１０００の横座標および縦座標の交点において決めることができる。
【００７９】
オペレータは、検査対象物の位置や光源強度複合などの制御パラメータを入力して、１つ以上の検査対象物の手動検査、半自動検査、または全自動検査を実行することができる。入力できるパラメータの種類の例を下記の表３に挙げている。検査対象物の画像取込み位置、ステージ速度、倍率、光強度などのパラメータを入力することができる。
【００８０】
【表３】
2007040993.tif 000005
【００８１】
表３のパラメータは単なる例であって、特定の状況においては、各種の装備設計に適合するために、より多くのまたはより少ないパラメータ、あるいは代替のパラメータが必要になることがある。
【００８２】
サンプル検査対象物２０（図２）をステージ２１０（図２）上に配置し、最善の結果を得るために画像キャプチャを実行する際の最良の位置、倍率、照明などを決めるオペレータが、制御パラメータを決めることができる。オペレータは、様々なパラメータを組み合わせてサンプル検査対象物２０を撮像し、カメラ２６０（図２）によってキャプチャされた画像を観察し、エッジが正しく決められているかどうかを評価することができる。実施可能なパラメータセットを取得した後、オペレータはそれらのパラメータ値を、プログラムされた制御パラメータとして入力することができる。
【００８３】
制御システム部１２０は、学習動作モードの静的撮像状況下で取得することができる、オペレータによって設定された制御パラメータを処理し、それらのパラメータを、自動検査モードの連続動作状況下での動的な画像キャプチャに適した制御コマンドに変換することができる。例えば、連続した画像取込み位置、および各光源によって提供される関連の総照明エネルギーをオペレータが学習動作モード中に設定することができる。次に、測定経路、速度、様々な光源に対応するＳＬＭ設定、様々な光源に対応する実効的ストロボ継続期間などを、制御システム部１２０（図２）における適切な処理および／または解析によって最適化することができる。その目的は、自動検査プログラムの実行時に最高のスループットや最善の精度などをもたらすことである。自動検査プログラム用の動的画像のキャプチャ制御コマンドを生成した後、将来の検索および使用に備えて制御コマンド（および制御パラメータ）をメモリ１４０に記憶することができる。
【００８４】
制御パラメータを処理した後および／または制御コマンドをメモリ１４０（図２）から検索した後、制御システム部１２０は画像取込み位置パラメータ、関連する光制御コマンド情報、およびその他の適切な情報を、照明制御インタフェース１３３および／または光チャンネル露光および制御部１３５および／または光生成システム３００にダウンロードし、その他のシステム構成要素を制御して検査プロセスを実行することができる。様々な応用において、十分正確にしかも高速動作経路に沿った所望の位置で、複数の光源の高速光パルスパターンを同時に制御するために、専用の処理および決定性タイミングを使用することが望ましい場合がある。例えば、制御システム部１２０から制御コマンドを受け取り、画像キャプチャ動作を制御するために制御コマンドを特定のデータに加工する光生成システム３００から位置情報を受け取った後、動作コントローラ１３２はステージ速度情報を受け取り、ステージ２１０に検査対象物２０を動かすように命令することができる。
【００８５】
キャプチャされた画像は、ビデオツール部１４３によって処理することができる。画像キャプチャサイクルは、各検査対象物２０（図１）の検査画像がすべて完了し制御システム部１２０が次の（存在する場合）検査対象物２０に対応する次の位置信号を発行するまで繰り返すことができる。
【００８６】
図１１は、ストロボ光源および空間光変調器を用いて、マシンビジョンシステムの１つ以上の光源の所望の照明レベルを提供する、典型的な方法を示すフローチャートである。図１１に示した操作は、実行動作モード中にストロボ照明を提供するために使用できる様々な光制御パラメータを決めるために、例えばマシンビジョンシステム１０’の学習動作モード中に実行することができる。この方法はステップＳ１１０５で始まり、ステップＳ１１１０に進むことができる。ステップＳ１１１０では、検査対象の検査対象物特徴を照明する、使用者が選択する複数の光源のいずれかに対応するように、制御可能なＳＬＭの光チャンネル開口部を設定することができる。例えば、使用者が選択しなかった光源について、対応する光チャンネル開口部を「ＯＦＦ」状態に設定するようにＳＬＭを制御することができる。選択された光チャンネル開口部は、暫定的に「ＯＮ」状態に設定することができる。このようにして光源器から発せられる光が、いずれの光チャンネル開口部を通過して、対応する光源に伝送されるか決定される。次に、この方法はステップＳ１１２０に進む。ステップＳ１１２０では、マシンビジョンシステムが、選択された様々な光源に関連する光パワーまたは光強度の設定を入力する。光パワーまたは光強度の設定は、使用者が学習動作モード中に光源を調整している間にリアルタイム画像の観察に基づいて使用者が手動で決めるか、あるいは、米国特許第６，６２７，８６３号に記載されている方法に基づいて自動的に決めることができ、そのすべての内容は参照により本願明細書に引用したものとする。一部の実行においては、光パワーをゼロに設定することで、光源を「ＯＦＦ」に設定することができる。また、ステップＳ１１１０およびＳ１１２０が融合される場合や区別がつかない場合がある。
【００８７】
ステップＳ１１３０において、マシンビジョンシステムは、Ｓ１１２０で入力された光パワーまたは光強度の設定を解析し、光パワーおよび光強度の設定に基づいて、ストロボフラッシュプロファイルとカメラ画像蓄積期間との時差相関および／またはストロボランプ動作電圧を決めることができる。そして、カメラ画像蓄積期間中に蓄積されるストロボ照明が、それぞれの光パワーまたは光強度の設定と比較して、選択された各光源チャンネルすべてにとって十分な照明レベルを提供することができる。決められたタイミングおよび／または電圧レベルに対応する制御パラメータは、メモリに記憶でき、適切な回路またはルーチンにおいて実行することもできる。制御可能なＳＬＭを使用して様々な光源チャンネルへの光伝送を減衰できる場合、対応するストロボ照明レベルは、一部またはすべての光源チャンネルのそれぞれの光パワーまたは光強度の設定を超えてもよい。判断ステップＳ１１４０において、ステップＳ１１３０で決められたタイミングおよび／または電圧レベルが、選択された各光源について、所望の光パワーおよび／または光強度の設定を提供するのに十分であるかどうかを判定することができる。十分である場合は、ステップＳ１１６０に進む。十分でない場合は、ステップＳ１１５０に進む。ステップＳ１１５０において、各光チャンネル開口部はＳＬＭにおいて調整され、各光チャンネルの所望の光パワーおよび／または光強度のレベルを提供する光伝送減衰量のレベルを提供する、部分的な各光伝送設定および／または各開口部サイズを提供する。当然のことながら、光源チャンネル開口部を通過する光伝送を減衰するために、ピクセルグレーレベルなどの調整に代わって、あるいはこの調整に加えて、光チャンネル開口部のサイズをＳＬＭで小さくすることができる。当然のことながら、ステップＳ１１５０において、各光源チャンネル開口部についてＳＬＭを独立して調整し、単一のフラッシュ中に複数光源の照明レベルの所望の組み合わせを実現するために、１つのストロボフラッシュを、各光源チャンネルについて別々に減衰できるようにしてもよい。
【００８８】
省略可能なステップＳ１１６０において、ステップＳ１１３０〜Ｓ１１５０で決められた光制御設定を、それらの設定を用いて検査対象物画像を取り込み評価することによってテストすることができる。例えば、使用者は学習モード中に、取得された画像をマシンビジョンシステムのディスプレイで観察し、その画像を受け入れるか拒否することができる。画像を拒否した場合、受け入れられる画像が得られるまで、光制御設定をやり直して再テストすることができる。ただし、画像照明が特定の画像にとって重要ではない場合、および／または決められた設定を確認しないでも信頼できる照明レベルが得られるほど、様々な光制御設定が十分正確であるおよび／またはキャリブレーションされている場合、ステップＳ１１６０を省略してもよい。ステップＳ１１７０において、ステップＳ１１３０〜Ｓ１１６０で決められた最終的な光制御設定を適用して、学習モード検査操作に適した検査対象物画像を取り込んだり、例えば後で自動高速検査に用いることができる部品プログラムに記録することができる。このプロセスは、ステップＳ１１７５で終了する。
【００８９】
当業者は、ストロボ照明を制御するシステムおよび方法の様々な機能を、任意の数の（例えば、１つまたは複数の）ハードウェアおよび／またはソフトウェアモジュールまたはユニット、コンピュータまたは処理システムまたは回路で実行できることを理解するであろう。制御システム部は、スタンドアロンのシステム内に組み込むことまたは個別に実行することができ、任意の通信媒体（例えば、ネットワーク、モデム、直接接続、無線伝送）を介して任意の数の装置、ワークステーションコンピュータ、サーバコンピュータ、またはデータ記憶装置に連結することができる。
【００９０】
制御システムプロセスは、任意の数の装置または処理システム（例えば、ＩＢＭ互換（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）、Ｐａｌｍ  Ｐｉｌｏｔ（登録商標）、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標））によって実行することができる。任意の市販のまたは特注設計のソフトウェア（例えば、Ｑｕｉｃｋ  Ｖｉｓｉｏｎ（登録商標））および任意の種類の入力装置（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォン、Ｉ／Oポート、無線レシーバ）を実行するために、コンピュータシステムは任意の市販のまたはカスタマイズされたオペレーティングシステム（例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ（登録商標）、Ｕｎｉｘ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、ＯＳ／２（登録商標）、ＤＯＳ）を含むことができる。当然のことながら、ストロボ照明制御のソフトウェアは、任意の所望のコンピュータ言語（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋（登録商標）、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｆｏｒｔｒａｎ（登録商標）、Ｌｉｓｐ、ＳＱＬ（登録商標））で実行することができ、コンピュータおよび／またはプログラミング分野における通常の技術を有する者が、本明細書に含まれる機能記述に基づいて開発することができる。さらに、当該ソフトウェアは、任意の適切な媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭやディスケットなどの磁気装置または光学装置に格納されたもの）を介して入手または配布したり、インターネットまたはその他のネットワークからダウンロード（パケットおよび／または搬送波信号を介して）したり、掲示板からダウンロード（搬送波信号を介して）したり、その他の従来の配布機構からダウンロードすることができる。
【００９１】
当然のことながら、上記で開示した様々な特徴および機能、並びにその他の特徴および機能、またはそれらの変形例を、他の各種システムまたは応用に組み合わせることが望ましい場合がある。また、現在では予期できないまたは予測不能な様々な変形、修正、変更、または改良が後に当業者によって行われてもよく、それらは本稿に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】典型的な汎用マシンビジョンシステムの図。
【図２】典型的なマシンビジョンシステムの制御システム、ビジョンコンポーネントシステム、および光生成システムをより詳細に示すブロック図。
【図３】光生成システムおよび照明制御インタフェースの詳細を示すブロック図。
【図４】空間光変調器のコントロールの典型的なグラフィカルユーザーインタフェース。
【図５】空間光変調器を含む典型的な照明システムの配置図。
【図６】様々な倍率で各種の素材を撮像するときに得られる典型的な相対グレースケール強度の棒グラフ。
【図７】ストロボ照明および露光制御に関連する典型的なカメラおよびフラッシュトリガーのタイミング図。
【図８】光源器および画像測定機に関連する典型的なコントローラ信号のブロック図。
【図９】構造化光チャンネルおよび空間光変調器を含む典型的な光チャンネルの配置図。
【図１０】パワー設定と、対応するストロボ継続時間との典型的な一般関係を示すグラフ。
【図１１】ストロボ光源および空間光変調器を用いて、１つ以上の光源の照明レベルを提供する典型的な方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００９３】
１０          マシンビジョンシステム
２０          検査対象物
３２          ステージ
３４          光学式撮像システム
１２０        制御システム部
１２５        コントローラ
１３０        入出力インタフェース
１３１        撮像制御インタフェース
１３２        動作制御インタフェース（動作コントローラ）
１３２ａ      位置部
１３２ｂ      加速部
１３３        照明制御インタフェース
１３４        レンズ制御インタフェース
１３５        制御部
１３５ａ      タイミングおよび同期化部
１３５ｂ      ＳＬＭ制御
１３５ｃ      光源器制御部
１３６        表示装置
１３６ａ      モニタ
１３６ｂ      プリンタ
１３８        入力装置
１３８ａ      ジョイスティック
１３８ｂ      キーボード
１３８ｃ      マウス
１４０        メモリ
１４１        画像ファイルメモリ部
１４２        検査対象物プログラムメモリ部
１４３        ビデオツール部
１４３ａ〜１４３ｍ   ビデオツール
１４３ｘ      対象領域ジェネレータ
１７０        パートプログラミングジェネレータ／エグゼキュタ
１８０        ファイル特徴抽出器
１９０        電源部
１９５        アプリケーションプログラミングインタフェース
２００        画像測定機
２０５        光学アセンブリ（光学式撮像システム）
２１０        可動式載物台
２１２        透明部
２２０        ステージ光源
２２１、２３１、２４１ａ〜２４１ｄ     光ケーブル
２２２、２３２、２４２、３１４         光
２３０        同軸光源
２３３        同軸反射鏡
２４０        ＰＲＬ光源
２４０ａ〜２４０ｄ   リング光源
２５０        交換対物レンズ
２５５        検査対象物光
２６０        画像取込み装置（カメラ）
２６２、２９６   信号線
２８０        ターレットレンズアセンブリ
２８４        回転軸
２８６        レンズ
２９４        モータ
３００        光生成システム
３１０        光源器
３１１、３５１    電力線および信号線
３１２        コリメータレンズ
３１３        反射鏡
３１５        照明エリア
３１６        ＨＩＤランプ
３１６ｂ      第一位置
３１７        ＸＥストロボ
３１７ｂ      第２位置
３１８        フィルタ
３１９        光ケーブル配列
３２１        ステージ光チャンネル開口部
３３１        同軸光チャンネル開口部
３４１ａ〜３４１ｄ   ＰＲＬ光チャンネル開口部
３５０        空間光変調器（ＳＬＭ）
４００        制御ＧＵＩ
４１０        ＳＬＭ画像フィールド
４２０        制御ウィンドウ
４２１        同軸光チャンネル開口部リプレゼンテーション
４２５        ＰＲＬラジオボタン
４２６        背景ラジオボタン
４３１        ステージ光チャンネル開口部リプレゼンテーション
４４１ａ〜４４１ｄ   ＰＲＬ光チャンネル開口部リプレゼンテーション
５２１        同軸光チャンネル開口部コントロール
（同軸コントロールパネル）
５３１        ステージ光チャンネル開口部コントロール
（ステージコントロールパネル）
５４１ａ〜５４１ｄ    ＰＲＬ光チャンネル開口部コントロール
（ＰＲＬコントロールパネル）
６００        棒グラフ
６１０        横座標
６２０        縦座標
７００        タイムチャート
７１５        トリガー信号
７２０、７３０、７４０、７５０    タイムライン
７２５        カメラ画像蓄積期間
７３５        フラッシュ開始信号
７４５        ピーク（ピーク値）
７５５        座標位置ラッチ信号
８１０        ビデオスプリッタ
８２０        ビデオ入力
８３０        シリアルコミュニケータ
８４０        デジタルモニタ
８５０        アナログモニタ
９１０        ファイバ束光導管
９２０        反射鏡
９２１ａ      第１位置
９２１ｂ      第２位置
９３０        コリメータレンズ
９４５        構造化光源
１０００      グラフ
１０１０、１０２０、１０３０   ストロボ光パワー曲線（パワー曲線）
１０５０、１０６０      線分
Ｓ１１０５〜Ｓ１１７５    ステップ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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