(57)【要約】バックライトビジョンマシン装置（30；100）が記述される。これは、対象物を撮像するイメージセンサ（34；134）を含む（46；102）。第１の特性を有する放射を生成するための放射源（36、62；136）、および、第１の特性（38；138）を有する放射を第２の特性（48；148）を有する放射に変換するための放射コンバーター（44；144）も備える。放射源（36、62；136）は、第１の特性（38；138）を有する放射を、放射コンバーター（44；144）に投射するように配置され、それにより、第２の特性（48；148）を有する放射を生成する。一方、放射コンバーター（44；144）は、イメージセンサ（34；134）により撮像される対象物（46；102）を照明するように配置される。対象物（46；102）は、放射コンバーター（44；144）とイメージセンサ（34；134）の間に設置可能で、このような対象物は、放射コンバーターにより生成された第２の特性（48；148）を有する放射によりバックライトされる。放射源（36、62；136）は、撮像される対象物（46；102）と放射コンバーター（44；144）に第１の特性（38；138）を有する放射を投射するように配置される。
2012505397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を撮像するためのイメージセンサと、
第１の特性を有する放射を生成するための放射源と、
前記第１の特性を有する放射を、第２の特性を有する放射に変換するための放射コンバーターと、を含み、
前記放射源は、前記第１の特性を有する放射を前記放射コンバーターに投射するように配置され、それにより、前記第２の特性を有する放射を生み出し、
前記放射コンバーターは、前記イメージセンサにより撮像される対象物を前記第２の特性を有する放射で照明するように配置され、
撮像される対象物は、前記放射コンバーターと前記イメージセンサとの間に配置可能であり、それにより、対象物は、前記放射コンバーターにより生み出された前記第２の特性を有する放射によりバックライトされ、
前記放射源は、前記第１の特性を有する放射を、前記撮像される対象物と前記放射コンバーターに投射するように配置されている、ビジョンマシン装置。
【請求項２】
前記第１の特性を有する放射が前記イメージセンサに実質的に達することを防止するためのフィルタを含む、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項３】
前記放射源が1つ以上の紫外線発光ダイオードを含む先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項４】
前記放射源が、リング状に配置された複数の発光ダイオードを含み、
前記イメージセンサが、前記リングの中心に配置されている、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記放射コンバーターが、蛍光性材料を含み、前記放射コンバーターはそれにより、第１の波長特性を有する光を、第２の波長特性を有する光に変換する、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記放射コンバーターは、蛍光性材料を含む1枚のペーパーを有する請求項５に記載の装置。
【請求項７】
対象物サポートベースに対して可動である前記中空軸を有する座標位置決めマシンを含み、前記イメージセンサおよび放射源の両方が前記中空軸により運ばれる、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記放射源は、前記第１の特性を有する放射を、前記イメージセンサの視野内にある前記対象物サポートベースの少なくとも部分に投射するように配置される請求項７に記載の装置。
【請求項９】
対象物サポートベースを有する座標位置決めマシンを含み、前記放射コンバーターが前記対象物サポートベースに配置されている、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記座標位置決めマシンは、前記放射源を運搬する中空軸を含み、前記放射コンバーターは、対象物が置かれうる前記対象物サポートベースのアクティブなエリアを横切って提供され、前記放射源は、前記対象物サポートベースの前記アクティブなエリアの一部のみを照明する請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
対象物サポートベースが、ガラスメンバーを含み、前記ガラスメンバーは、上部表面および下部表面を有し、前記上部表面は、撮像される対象物および前記下部表面に隣接して配置されている前記放射コンバーターをサポートするように配置されている請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ガラスメンバーがディフューザー層を含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記対象物サポートベースが、前記ガラスメンバーをサポートするための剛性を有するベースプレートを含み、前記放射コンバーターは、前記剛性を有するベースプレートと前記ガラスメンバーとにはさまれている、請求項11又は12に記載の装置。
【請求項１４】
前記イメージセンサが、カラーカメラを含む先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記カラーカメラにより生成されたイメージを分析するための画像処理プロセッサーを含み、前記画像処理プロセッサーは、周辺光のイメージに対する寄与を電子的に減らすために配置されている請求項14に記載の装置。
【請求項１６】
前記イメージセンサからイメージを取得するためのエッジ検出アナライザを備え、前記エッジ検出アナライザは、取得されたイメージにおいていずれかの対象物のエッジの位置を検出するように配置されている、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記放射コンバーターは、実質的に平面であり、かつ、第１の面、前記放射源から前記第１の面に入射される放射、および、撮像される対象物を照明するように配置された前記第１の面から放出される第２の特性を有する放射を有する、請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
第１の特性を有する放射を、第２の特性を有する放射に変換するための放射コンバーターを含む対象物サポートベースと、
前記対象物サポートベースに対して可動であり、前記対象物サポートベースに配置された対象物を撮像するためのイメージセンサを移動させる中空軸と、
前記第１の特性を有する放射を生成するための放射源と、を備え、
前記放射源は、第１の特性を有する放射を前記放射コンバーターに投射するように配置され、当該放射コンバーターはそれにより、前記対象物サポートベースに配置された対象物を照明するための第２の特性を有する放射を生み出す、座標位置決めマシン。
【請求項１９】
前記放射源は、前記中空軸により移動され、前記対象物サポートベースに配置された対象物は、それにより、前記放射コンバーターにより生成された第２の特性を有する放射によりバックライトされる、請求項18に記載のマシン。
【請求項２０】
対象物を撮像するためのイメージセンサと、
第１の特性を有する放射を生成するための放射源と、
前記第１の特性を有する放射を第２の特性を有する放射に変換するための放射コンバーターと、有し、
前記第１の特性を有する放射は、前記放射源により生成され、前記放射コンバーターの第１の面に入射され、
撮像される対象物は、前記放射コンバーターの前記第１の面と前記イメージセンサとの間に設置可能で、それにより、そのような対象物は、前記放射コンバーターの第１の面から放出される前記第２の特性を有する放射によりバックライトされる、ビジョンマシン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビジョンマシンに係り、詳細には、対象物のエッジプロファイルを検出するためにバックライトを用いるビジョンマシンに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の表面プロファイルを検査するためのビジョンマシンシステムが知られている。典型的なビジョンマシンは、座標計測機（ＣＭＭ）の可動の中空軸に固定された撮像カメラを含む。そして、ＣＭＭは、ＣＭＭのベッドに置かれた対象物に対して撮像カメラの動きを正確にコントロールでき、それにより、対象物のイメージが取得されることを可能にしている。適切なソフトウェアを使った対象物のそのようなイメージの分析は、対象物の表面またはエッジ構造が測定されることを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許出願公開第2004-340847号公報
【特許文献２】米国特許第5，039，868号明細書
【特許文献３】米国特許第4，816，686号明細書
【特許文献４】米国特許第4，692，690号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フロントライトまたはバックライトを採用したビジョンマシンシステムを使って対象物のイメージを取得することが知られている。対象物のエッジプロファイルが必要な場合には、エッジ検出分析プロセスに対象物の反射による誤差が導入されるのを防止するためには、バックライトビジョンマシンシステムを用いることが好ましい。多くの方法で、必要なバックライトを与えることが知られている。より小さいマシンのために、ＣＭＭのベッドは、対象物が置かれうるガラスのシートを単に備えていてもよい。そして、ガラスのシートの下に置かれた光源は、対象物を背後から照明するように、使用される。より大きいマシン（例えば幅数メートル）を使用する必要があり、および／または、より重い対象物（例えば、エンジンブロック）を測定する必要がある場合には、メカニカルな安定性を保証するために必要なガラスの厚さが、相当増す可能性がある。そのような大きいマシンについて、マシンベッドの全体を横切って同時に照明することは実際的ではない。そのような例において、ビデオカメラを運搬するＣＭＭの中空軸と同時に、ガラスの下のコリメート光源を移動させることが知られている。そのような構成は、煩雑で、ビジョンマシンシステムのコストに大いに増加させる。
【０００５】
輪郭形状検査の分野においては、従来から背後照明蛍光スクリーンの使用が提案されている。例えば、特許文献１を参照。また、回路基板製造の分野において、蛍光性物質を回路基板構造の選択された部品に追加して、はんだパターンの検査を可能にすることが記述されている。例えば、特許文献２、特許文献３および特許文献４を参照。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の面によると、ビジョンマシン装置は、対象物を撮像するためのイメージセンサと、第１の特性を有する放射を生成するための放射源と、前記第１の特性を有する放射を、第２の特性を有する放射に変換するための放射コンバーターと、を含み、前記放射源は、前記第１の特性を有する放射を前記放射コンバーターに投射するように配置され、それにより、前記第２の特性を有する放射を生み出し、前記放射コンバーターは、前記イメージセンサにより撮像される対象物を前記第２の特性を有する放射で照明するように配置され、撮像される対象物は、前記放射コンバーターと前記イメージセンサとの間に配置可能であり、それにより、対象物は、前記放射コンバーターにより生み出された前記第２の特性を有する放射によりバックライトされ、前記放射源は、前記第１の特性を有する放射を、前記撮像される対象物と前記放射コンバーターに投射するように配置されている。
【０００７】
従って、本発明は、加工物などの測定されるべき対象物を撮像するためのイメージセンサを有する、バックライト又はプロファイル照明ビジョンマシンを提供する。イメージセンサは、以下でより詳細に説明されるように、既知のタイプのカラーカメラシステムを含んでもよい。また、第１の特性を有する放射を生成するように、放射源が提供されて、使用において、そのような放射は撮像される対象物およびこの放射の少なくとも一部を第２の（異なる）特性を有する放射に変換する放射コンバーターに投射する（例えば、焦点が合わせられる）。
【０００８】
従って、放射コンバーターにより生成される第２の特性を有する放射は、後方からイメージセンサにより撮像される対象物を照明する。このタイプのバックライト構成を提供することにより、イメージセンサにより取得された対象物のイメージについてエッジ検出処理を実行する際に特に有益である。
【０００９】
以下で記述される好適な実施形態においては、放射源は、スペクトルのＵＶ領域の波長または波長分布を有する光を出力する紫外線（ＵＶ）光源を含む。そして、放射コンバーターは、そのようなＵＶ光を吸収し、蛍光を発し、それにより、青色の光を生成する蛍光性材料を含んでいてもよい。そのような例において、放射コンバーターは、ＵＶ光を青色（可視）領域のスペクトルのより長い波長の光に変換する機能を実行する。この例において、第１の特性を有する放射がＵＶ波長範囲の一定のスペクトルを有する光を含み、第２の特性を有する放射が、（可視の）青色の波長範囲の一定のスペクトルを有する光を含むことが分かる。蛍光性材料により生成された（可視の）青色の光は、イメージセンサにより撮像されるべき対象物を背後から照明する。
【００１０】
上述したように、放射コンバーターは、対象物を撮像するためのビジョンマシン装置の一部を形成する。好適には、放射コンバーターは、撮像される対象物とは分離している；すなわち、放射コンバーターは、好適には、撮像される対象物には取り付けられない、あるいは、一体化されない。有利には、は、放射コンバーターは、撮像される対象物を除いて間隔をおいて配置される。例えば、放射コンバーターは、好適には、撮像される対象物の背後に一定の距離をおいて配置される。
【００１１】
本発明は、放射源が、照明される対象物の背後に置かれる必要はない上述したタイプの先行技術のビジョンシステムを超える利点を提供する。代わりに、放射コンバーター（例えば、1枚の蛍光性材料）は、対象物の後方またはプロファイル照明を可能にする位置に置かれうる一方、放射源は離れて配置される。特に、本発明に従って対象物をバックライト照明するには、放射コンバーターだけが対象物の背後に置かれることが必要である；放射源自身は対象物から離れて配置され（例えば、対象物の前、選択的には、イメージセンサのある位置あるいはその近く）、光を放射コンバーターに投射するように構成される。本発明は、ＣＭＭへのバックライト照明を実施するのに特に有益であることが理解される；適切な光源を含んでいるＣＭＭテーブルを提供するなどの複雑なバックライト構成を提供することの代わりに、放射コンバーター（例えば、1枚の蛍光性材料）をＣＭＭテーブルに組み込むだけでよい。従って、本発明は構造を簡素化し、それにより、ビジョンマシンのコストを低減する。
【００１２】
放射源と放射コンバーターとの間で、いずれかの便宜的な空間関係が提供されうる。例えば、放射源は、斜めの角度から、または側方から、放射コンバーターまたはその一部分を照明してもよい。放射源と放射コンバーターとの間の相対的な空間位置は固定されてもよい、または、使用時において可変であってもよい。上述したように、放射源は、対象物のバックライト照明を提供するために、第１の特性を有する放射を、撮像される対象物と放射コンバーターに投射するように構成される。例えば、撮像される対象物は、放射源と放射コンバーターの間で設置可能であってもよい。第１の特性を有する放射は、その際、対象物の正面（すなわち、イメージセンサから可視の対象物の部分）を照明し、放射コンバーターの領域にも当たってもよい。対象物は、そのような配置において放射コンバーターに影を落とすが、第２の特性を有する放射は、放射コンバーターを取り囲む領域で生成され、対象物のバックライト照明を提供する。
【００１３】
好適には、放射コンバーターは第１の面を有する。放射源からの放射は、第１の面に有利には、入射する。第１の面から放出された第２の特性を有する放射は、好適には、撮像される対象物を照明するように構成される。従って、対象物を照明するための放射が放たれる放射コンバーターの同じ面に放射が入射することが好ましい。有利には、は、放射コンバーターは実質的に平面状であり、第１の特性を有する放射を受け取り、かつ、第２の特性を有する放射を放つ、第１の平面状の面を有する。
【００１４】
なお、対象物と放射コンバーターを照明することは、第１の特性を有する放射の全てが、放射コンバーターに達するわけではないことを意味する（例えば、一部が、撮像される対象物から直接反射してもよい）。また、放射コンバーターは完全な変換を提供しなくてもよい；例えば、第１の特性を有する一部の放射が、放射コンバーターから単に反射してもよい。従って、好適には、第１の特性を有する放射がイメージセンサに達することを実質的に防止するために、フィルタが提供される。フィルタは、例えば、イメージセンサのレンズに取り付けられる、または、イメージセンサの画像システム内のどこかに設けられてもよい。フィルタは、好適には、第２の特性を有する放射がイメージセンサに達することを可能にする。フィルタは反射性または透過性でもよい。ソフトウェアベースのフィルタを追加または代わりに使用できる。
【００１５】
第１の特性を有する放射が、第２の特性を有する放射と違う波長の放射を含む場合には、フィルタは波長選択的フィルタを含んでもよい。フィルタは、選択された遮断波長を越える放射のみを通過する波長遮断フィルタを含んでいてもよい；この例において、第１の特性を有する放射の波長は、選択された遮断波長を下回っていてもよい。フィルタは、第１の特性を有する放射の波長または波長範囲と一致する一定の波長帯域内の放射を代わりに遮断してもよい。代替的には、フィルタは、第２の特性を有する放射の波長または波長範囲と一致する一定の波長帯域内の放射のイメージセンサへの通過を許容できる。フィルタは、光学システムのために、光学フィルタを含んでもよい。
【００１６】
放射源は光源を含んでもよい。光源は1つ以上の発光体を含んでもよい。好適には、放射源は、1つ以上の紫外線発光ダイオードなどの紫外線放射源を含む。便宜的には、放射源は、リング状に配置された複数の発光ダイオードを含む。そして、イメージセンサはリングの中心、または、中心の近くに配置される。第１の特性を有する放射を提供する放射源に加えて、さらなる放射源が提供できる。例えば、可視の（例えば、白色）ＬＥＤは、代わりの（例えば、可視光の）照明ソースとして提供できる。さらなる放射源が提供される場合には、第１および第２の特性の放射と区別できる第3の特性を有する放射を生成するように構成できる。
【００１７】
有利には、は、放射コンバーターは、蛍光性材料を含み、放射コンバーターは、それにより、第１の波長特性を有する光を第２の波長特性を有する光に変換する。例えば、放射コンバーターは、ＵＶ光をより長い波長の青色光に変換できる。蛍光が好ましいけれども、他の放射変換メカニズムを使用できる。例えば、放射コンバーターは、燐光性材料を含んでもよい。放射コンバーターは、一のタイプ（例えば、Ｘ線）の放射を別のタイプの放射（例えば、光）に変換できる。
【００１８】
放射コンバーターは、層（例えば、塗料層）、または、蛍光性材料を有するシートを含んでもよい。有利には、放射コンバーターは、蛍光性材料を含む1枚のペーパーを含む。特に、高い品質のホワイトペーパー（例えば、プリンタ用ペーパー）が好ましく、これは蛍光効果を提供する高いレベルのいわゆる光学的光沢物質を含んでいる。これらの物質は、通常は、知覚される白化効果の外観への付与を強化するために、ペーパーに添加される。そのような光学的光沢物質は、一般に、紫外線領域のスペクトル（例えば、340〜370nmの波長範囲）の光を吸収し、青色の領域（例えば420-470nm波長範囲）の光を再放出する。一般に商業用利用できる光学的光沢物質の基本的なクラスタイプは、トリアジンスチルベン（ジ−、テトラ−、またはヘキサ−スルホンサン）、クマリン、イミダゾリンジアゾール、トリアゾール、ベンゾオキサゾリン、および、ビフェニールスチルベンを含む。光学的光沢物質としてペーパーに商業的に添加される、最も一般的なクラスの化学薬品がスチルベンである。
【００１９】
本発明のビジョンマシン装置は、いずれの適当な形態でも取ることができる。 例えば、ビジョンマシン装置は工具セッター（例えば、工作機械等において工具を分析または検出するための機器）を含んでもよい。装置は、好適には、対象物サポートベースに対して可動の中空軸を有する座標位置決めマシンを含む。イメージセンサおよび放射源の両方は中空軸により便宜的には運ばれる。上述したように、放射源は、イメージセンサのまわりのリング状に配置されたＬＥＤを含んでもよい。座標位置決めマシンは座標計測機（ＣＭＭ）または工作機械を含んでもよい。座標位置決めマシンは、3つ（例えば、X、Y、Z）の直交軸線に沿って、中空軸の移動が、連続した動きによって提供される直線（ブリッジタイプ）構成であってもよい。代替的には、座標位置決めマシンは、パラレルまたは非直交（例えば、ヘキサポッド）の構成を有することができる。
【００２０】
有利には、放射源は、第１の特性を有する放射を、少なくともイメージセンサの視野内にある対象物サポートベースの部分に投射するように配置される。すなわち、放射が放射源により投射される領域は、好適には、対象物サポートベースに対して中空軸が移動される際に、イメージセンサが捉える領域と一致する。放射は、イメージセンサにより捉えられた領域より広い面積に投射されうる。
【００２１】
上述したように、装置は、対象物サポートベースを有する座標位置決めマシンを含んでもよい。有利には、放射コンバーターは対象物サポートベースに配置される。例えば、蛍光性材料を含む1枚のペーパーの形態の放射コンバーターは、対象物サポートベースの少なくとも一部に配置されうる。放射コンバーターは、対象物サポートベースのすべて、または、一部のみをカバーできる。座標位置決めマシンが、放射源を移動させる中空軸を含む場合には、放射コンバーターは、好適には、対象物が置かれうる対象物サポートベースのアクティブなエリアの全域に提供される。そのような例において、放射源は、どの時点においても、対象物サポートベースのアクティブなエリアの一部またはサブ領域だけ（それゆえに、放射コンバーターの一部だけ）を照明してもよい。すなわち、放射が生成される放射コンバーターの領域のみが照明され、そのような領域は、中空軸の移動とともに移動することができる。アクティブな光源の代わりに、ベースに受動的な放射コンバーターのみを設けるので、ベースの加熱が減少し、それにより、熱膨張効果により引き起こされる計測誤差が低減される。
【００２２】
放射コンバーター（例えば、1枚の蛍光性のペーパー）は対象物サポートベースの上に配置されうる。有利には、対象物サポートベースは、第１および第２の特性を有する放射に対して好適には実質的に透過性のメンバー（例えば、ガラスメンバー）を含む。メンバー（例えば、ガラスメンバー）は、上面および下面を有し、上面は撮像される対象物をサポートするように構成される。そして、放射コンバーターは上面の下に配置される；例えば、放射コンバーターは、メンバーの下面に隣接して配置される。そして、第１の特性を有する放射が、メンバーを通過して放射コンバーターに達し、そこで、第２の特性を有する放射に変換されて、メンバーの後方に向かう。この方法において、メンバーに置かれた対象物は、放射コンバーターにより生成された第２の特性を有する放射によってバックライト照明されうる。
【００２３】
対象物サポートベースに設けられたメンバー（例えば、ガラスメンバー）は、好適には、少なくとも0.5cmの厚さ、さらに好適には、少なくともlcm以上の厚さ、さらに好ましくは、少なくとも2cm以上の厚さである。そのような厚さのメンバーを提供すると、対象物から放射コンバーターが距離をおいて配置され、それにより、放射がメンバーを通過して放射コンバーターに達する際の、第１の特性の放射の発散により、対象物のバックライト照明が改善する。有利には、メンバー（例えば、ガラスメンバー）は、ディフューザー層を含む。例えば、拡散層をはさむ2枚のガラスを含むガラスメンバーが提供されうる。そのような構成により、撮像される対象物に向かって放射コンバーターにより導かれる第２の特性の放射の分散は改善される。
【００２４】
好適には、対象物サポートベースは、（例えば、ガラス）メンバーをサポートするための剛性を有するベースプレート（例えば、金属プレートまたは花崗岩片）を含む。そして、放射コンバーターは剛性を有するベースプレートとガラスメンバーにはさまれうる。そのような構成において、ガラスメンバーは単にそのエッジでではなく、その幅の全域をサポートされる。従って、基本のエリアをサポートしている与えられた対象物の重量と対象物のために必要なガラス厚さは、バックライト照明の構成を含んでいる既知のタイプのエッジサポートガラスベースに比べて実質的に削減されうる。
【００２５】
イメージセンサはいずれの既知のタイプであってもよい。例えば、イメージセンサはＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラを含んでもよい。有利には、イメージセンサはカラー（赤−緑−青またはＲＧＢ）カメラを含む。
【００２６】
好適な実施形態においては、装置は、カラーカメラにより作り出されたイメージを分析するための画像処理プロセッサーを含む。画像処理プロセッサーは、便宜的には、周辺光のイメージへの影響を電子的に減らすように構成される。例えば、放射コンバーターにより生成される第２の特性の放射は、一組のみのカメラのカラーサブピクセルにより検出されることを可能にする波長範囲を持つことができる。例えば、青色光は、カメラの青色（B）サブピクセルによって検出できるだけの放射コンバーターによって生成できる。しかしながら、周辺光は、一般的には、実質的に広帯域であり、従って、カメラの赤色、緑色、および青色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のサブピクセルによりおおよそ等しい強度に検出される。従って、周辺光の影響は、青色のサブピクセルにより検出された光の強度から緑色および赤色のサブピクセルにより検出された強度のそれぞれの半分の合計を減算することによって低減できる。これは、カメラのイメージ配列を横断してピクセル毎に行われ、それにより、黒色、白色、または補正されたイメージとして観察されうる強度マップを生成する。
【００２７】
装置は、イメージセンサからイメージを取得するためのエッジ検出アナライザを含んでもよい。特に、取得されたイメージは、上述されたタイプの補正されたイメージであってもよい。エッジ検出アナライザは、取得されたイメージにおいていずれの対象物エッジの位置でも検出するように便宜的には構成される。そのようなエッジ検出に適当なソフトウェアは公知である。
【００２８】
本発明の第２の観点に係る座標位置決めマシンは、第１の特性を有する放射を、第２の特性を有する放射に変換するための放射コンバーターを含む対象物サポートベースと、前記対象物サポートベースに対して可動であり、前記対象物サポートベースに配置された対象物を撮像するためのイメージセンサを移動させる中空軸と、前記第１の特性を有する放射を生成するための放射源と、を備え、前記放射源は、第１の特性を有する放射を前記放射コンバーターに投射するように配置され、当該放射コンバーターはそれにより、前記対象物サポートベースに配置された対象物を照明するための第２の特性を有する放射を生み出す。
【００２９】
好適には、放射源は、中空軸によって保持され、それにより、対象物サポートベースに置かれた対象物は、放射コンバーターにより生成された第２の特性を有する放射によりバックライトされる。座標位置決めマシンは、本発明の第１の観点に係る装置の1つ以上の特徴を含んでもよい。
【００３０】
本発明の第3の観点によると、ビジョンマシン装置が提供され、これは、対象物を撮像するためのイメージセンサと、第１の特性を有する放射を生成するための放射源と、前記第１の特性を有する放射を第２の特性を有する放射に変換するための放射コンバーターと、有し、前記第１の特性を有する放射は、前記放射源により生成され、前記放射コンバーターの第１の面に入射され、撮像される対象物は、前記放射コンバーターの前記第１の面と前記イメージセンサとの間に設置可能で、それにより、そのような対象物は、前記放射コンバーターの第１の面から放出される前記第２の特性を有する放射によりバックライトされる。また、ビジョンマシンは、本発明の第１および第２の観点に係る一つ以上の特徴を含んでもよい。
【００３１】
また、本明細書で記述されるビジョンマシン装置は、対象物のイメージを取得する撮像カメラと、紫外線光のビームを生成する紫外線光源と、蛍光性の特性を有し、それにより、紫外線光をするより長い波長を有する光に変換するシート状の材料とを有し、使用において、紫外線光のビームは、シート状の材料に向けられ、それにより、より長い波長を有する光を生成し、当該光は、前記撮像カメラにより撮像するための対象物を照明するのに使用される。
【００３２】
また、本明細書で記述されるビジョンマシン装置は、対象物を撮像するためのイメージセンサ、第１の特性を有する放射を生成するための放射源、および、第１の特性を有する放射を第２の特性を有する放射に変換するための放射コンバーターを有し、放射源は、第１の特性を有する放射を放射コンバーターに、投射するように配置され、それにより、第２の特性を有する放射を生成し、放射コンバーターは、イメージセンサにより、第２の特性を有する放射とともに、撮像される対象物を照明するように構成されている。
【００３３】
有利には、イメージセンサにより撮像される対象物は、放射コンバーターとイメージセンサとの間に設置可能である。従って、そのような対象物は、放射コンバーターにより生成された第２の特性を有する放射によってバックライト照明されうる。ビジョンマシン装置は、工具セッター、ＣＭＭなどを便宜的に備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明は、添付の図面を参照して例示としてのみ記述される。
【００３５】
本発明は、以下で添付図面を参照して例示としてのみ記述される。
【図１】ＣＭＭを使って実施される先行技術のビジョンマシンを示す図。
【図２】本発明のビジョンマシンを示す図。
【図３】本発明のリング光源を示す図。
【図４】一体ディフューザーを有するガラスメンバーを示す図。
【図５】イメージセンサにより取得された光の波長特性を示す図。
【図６】本発明の工作機械ビジョンアプリケーションを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１を参照すると、先行技術のビジョンマシンが図解される。具体的には、ンピュータコントロールの下で3つの直線軸線（x、y、z）に沿って移動されうる中空軸4を有するブリッジタイプの（直交）座標計測機2が提供される。中空軸4は、ＣＭＭのベースで提供された透明なガラスプレート8に置かれた対象物7を撮像するために配置されるＣＣＤカメラ6を運搬する。ガラスプレート8はサイドサポート12を介してＣＭＭのフレーム10に取り付けられる。対象物7は、ガラスプレート8の下のＣＭＭのベースに配置された平面状のバックライト14によりバックライト照明される。バックライト14は、ガラスプレート8の全体の領域を横切って照明を提供するけれども、中空軸4とともに移動させられ、それにより、ＣＣＤカメラ6の局所性の中でガラスプレート8の領域のみを照明するより小さいバックライトを提供することも知られている。
【００３７】
その視野１６内のＣＣＤカメラ6により取得されたバックライト照明されたイメージは、対象物のエッジの位置の正確な測定を提供するために既知のエッジ検出ソフトウェアを実行するコンピュータ（図示せず）へ渡される。しばしばこの方法で測定される対象物は、シート状の金属部品、ガスケット、シール、Ｏ-リング、および小さな医療用要素を含む。そのようなエッジ検出ソフトウェアの例は、Aberlink Ltd.、Eastcombe、Stroud、ＵＫにより供給されるAberlinkビジョンパッケージを含む。
【００３８】
図１において示されたタイプの先行技術のビジョンマシンは、多くの不利益を有する。第一に、ベースのガラスプレート8はサイドでのみサポートされ、それゆえ、対象物がそれに置かれる時には、曲がらない、または破壊しないように十分に厚い必要がある。大きい対象物を測定する大きい面積のマシン（例えば幅1メートル以上）のために、十分に厚いガラスプレートを提供することは非常に高価であり、また、マシンの全体重量に著しく増大させる可能性がある。また、このようなマシンのための面積の大きいバックライトは高価であり、ＣＭＭ構造へ大量の熱を送り出し、それにより、計測性能を低下させる。可動で、小面積バックライトを提供することは、熱問題をある程度緩和するが、別個の電動化されたシステムは、中空軸の移動とともにバックライトを必要な位置に動かす必要があるので、余分な複雑性を増す。
【００３９】
図２を参照すると、本発明のビジョンマシンが図解される。また、3つの直線軸線（x、y、z）に沿ってコンピュータ制御の下に移動されうる中空軸32を有するブリッジタイプの（直交）座標計測機30が再び提供される。視野35内のイメージを取得するためのＣＣＤカメラ34および光源36が中空軸32に設置される。光源36は、図3を参照して以下でより詳細に記述され、ＣＣＤカメラ34を中心とするリング状に配置された複数のＬＥＤを含む。光源36は、光円錐38内でＵＶ光を投射する複数の紫外線ＬＥＤを含む。ＣＭＭのベースは、剛性を有する金属サポートプレート40とガラスメンバー42を含み、これは高レベルの蛍光性物質、または、いわゆる光学的光沢物質を含むペーパー44の層をはさんでいる。
【００４０】
使用において、光源36は、撮像される対象物46の近くのＣＭＭのベース上にＵＶ光を向ける。ＵＶ光はガラスメンバー42を通過し、ペーパー44を蛍光させる。蛍光プロセスは、ペーパー44により受けたＵＶ光は、ガラスメンバー42を通して後方に導かて、（平行でない）より長い波長（青色）光48に変換される。従って、このより長い波長の光48は、背後から対象物46を照明する。すなわち、対象物46は、より長い波長（青色）光48によってバックライト照明される。
【００４１】
したがって、ＣＣＤカメラ34は、対象物46のバックライト照明されたイメージを取得できる。このようなイメージの信号対雑音比率を改善するために、ＵＶフィルタ50はＣＣＤカメラ34のレンズに設置される。このＵＶフィルタは、ＵＶ光（すなわち、光源36のＵＶ ＬＥＤにより放出された波長の光）の透過を妨げるが、蛍光プロセスによって生成されたより長い波長青色光48の透過を許容するようにデザインされる。この方法において、対象物またはガラスメンバーから後方に反射されるＵＶ光は、ＣＣＤカメラ34には到達しない。図5を参照して以下でより詳細に記述されるように、取得されたイメージの周辺光の影響を減らすために、ソフトウェアフィルタも使用できる。そして、ＣＣＤカメラ34により取得されたバックライト照明されたイメージは、既知のエッジ検出ソフトウェアを実行するコンピュータ52に送られて、対象物のエッジの位置の正確な計測を提供する。
【００４２】
図２を参照して説明された光源36は、図3を参照して、より詳細に示される。光源36は、複数のＵＶ ＬＥＤ62を保持する環状のリング60を含む。ＵＶ ＬＥＤ62は、青色（より長い波長）のバックライト照明を生成するために使用されるＵＶ光を提供する。ＵＶ ＬＥＤ62に加えて、可視光線（例えば白色）ＬＥＤ64も提供できる。可視光線ＬＥＤ64は、上記された蛍光効果を提供しないけれども、フロントライト照明された対象物のイメージが必要、または、ユーザーのために対象物を照明する必要がある場合に、使用可能である。従って、光源36は、ユーザーに、単に可視光線ＬＥＤ64またはＵＶ ＬＥＤ62をそれぞれオンすることにより、フロントライト照明またはバックライト照明のイメージを取得する選択を提供する。
【００４３】
また、ＵＶ ＬＥＤと、対象物を同時に照明する違う波長（例えば、赤色ＬＥＤ）のＬＥＤと、を含む光源を提供することが可能である。フィルタ、例えば、カメラ34から取得されたイメージを着色するためのソフトウェアフィルタは、バックライト照明されたイメージ（すなわち、ＵＶ光により生成された青色光を分析することにより）および／または、フロントライト照明されたイメージを（すなわち、赤色光を分析することによって）抽出するために使用できる。この方法において、フロントライト照明およびバックライト照明されたイメージは同時に取得できる。
【００４４】
図２において説明されたＣＭＭのベースが、図4を参照してより詳細に示される。具体的には、図4は、ガラスメンバー42、ペーパーのように薄い層44および剛性を有する金属サポートプレート40を示す。この例においては、ガラスメンバー42は、つや消しの光拡散層７２をはさむＵＶ透明ガラス７０の2つの層を含む。対象物に投げかけられる影の面積をさらに減らすために、ガラスメンバー42がかなり厚いことが好ましい。例えば、ガラスメンバー42は、好適には、約１〜２cmの厚さ（例えば、1.6cmの厚さ）である。なお、このディフューザーの配置は、ＣＣＤカメラ３４に向けて後方に導かれるが決して必須ではない長い波長の（青色）光48の空間均一性を改善する。従って、ガラスメンバー42は、単一の１枚のガラスと置換可能である。
【００４５】
図５を参照すると、ＣＣＤカメラ34に達する光の分光組成が概略的に図解される。ＣＣＤカメラ34は従来のカラーカメラであり、従って、二次元状に配列されたピクセルを有し、各ピクセルは、赤色、緑色、および青色のサブピクセルを含む。図5に図解されるように、これらの種々のサブピクセルは、定義された波長範囲（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の全域の光に反応する。ＵＶフィルタ50の存在は、遮断波長80（光源36によるＵＶ光出力を含む）以下の光がＣＣＤカメラ34に到達しないことを保証する。この例においては、４００ｎｍの遮断波長が使用できる。
【００４６】
蛍光により生成されたより長い波長の（青色）光48は、波長スペクトル82を有するが、スペクトル82は概略的な図解だけであり、スペクトルの正確な幅とプロファイルは蛍光性材料の組成に依存する。一般的に、どのような周辺光でも、スペクトル84に示すような広帯域組成をもつ。従って、電子的フィルタリングプロセスは、個々の青色のサブピクセルにより検出された光の強度を取得し、関連する緑色および赤色のサブピクセルにより検出された光の強度の半分の合計をそれから減算することにより実施される。より長い波長（青色）光48の量と関連する強度値は、従って、個々のピクセルについて作成される。このプロセスは、個々のピクセルのために、専用の処理回路を使って別々に実行され、黒色および白色のイメージまたは強度マップとして表示される、強度マップまたはイメージをもたらす。そして、このイメージは、正確な対象物の計測を提供するために、既知のエッジ検出ソフトウェアにより分析されうる。
【００４７】
本発明のビジョンマシンが先行技術の機器より多くの利点を提供することが理解される。特に、複雑なバックライト照明システムは、蛍光性材料等の層と置換されうる。そして、放射源はＣＭＭのベースから離れて配置されうる。これは、ＣＭＭベースの構造の複雑性を軽減することを可能にする。特に、エッジでサポートされる大きいシートの（必要な）厚いガラスを提供する必要が全く無い。代わりに、このようなガラスシートはそれらの幅の全域をサポートされうる。本発明は、特に、既存のＣＭＭシステムを改造することに適している；内在する蛍光層を持つガラスメンバーは、既存のベースに単に配置すればよく、まったく新しいベース構造を提供する必要がない。
【００４８】
図６を参照すると、本発明のさらなる例が図解される。具体的には、図6は、工具セット装置１００を示し、これは、取り付けられたＵＶフィルタ150を持つＣＣＤカメラ134、ＵＶ光源136、および、蛍光性材料を含むペーパー144の層を有する。ＣＣＤカメラ134およびＵＶ光源136は、切削工具102が配置されうる領域の第１のサイドに一緒に配置される。ペーパー144の層（耐冷却性材料によってコーティングされていてもよい）は、切削工具領域の反対側に配置される。
【００４９】
上述したのと同様な方法で、ＵＶ光138の円錐が、ＵＶ光源136によりペーパー144の層に投射される。ペーパー内の蛍光プロセスは、切削工具102のバックライト照明を提供するより長い波長の（青色）光148を生成する。ＣＣＤカメラ134は、領域fに焦点が合わされて、より長い波長の（青色）光148に反応し、それにより、切削工具102のバックライト照明されたイメージを生み出す。そして、エッジ検出プロセスが、工具特性（例えば、プロファイルおよび／または切削刃の位置など）を測定するために、このようなイメージについて実行されうる。
【００５０】
上記の実施例は、単に、本発明の具体例である。当業者は、本発明により包含される上記の実施例の多くの修正および変形を認識している。
【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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【国際調査報告】
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