专利名称：用于控制一致精确和高速检查视觉系统的模糊限制基系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及用于编程和运行有摄像机和载物台的机器视觉检查系统的方法，摄像机和载物台可以沿多个方向相对运动，为的是扫描和检查载物台上选取的工件特征。更具体地说，基于与图像模糊有关的功能限制，本发明涉及用于建立单个计算机可读数据的系统和方法，因此，在有不同操作规程的各种机器视觉检查系统上，计算机可读数据能够可靠地运行以实现高的检查精确度和速度。
背景技术：
可以利用精密机器视觉检查系统(或简称“视觉系统”)得到被检查物体的精确几何尺寸量度并检查各种其他的物体特性。这种系统可以包含计算机，摄像机和光学系统，以及可以沿多个方向运动的精密载物台，为的是允许摄像机扫描被检查工件的特征。一种商品化典型的现有技术系统是QUICK VISION系列PC基视觉系统和QVPAK软件，可以从位于Aurora，Illinois的Mitutoyo America Corporation(MAC)购得。例如，在2003年1月出版的QVPAK 3D CNC VisionMeasuring Machine User Guide和在1996年9月出版的QVPAK 3DCNC Vision Measuring Machine Operation Guide中描述QUICKVISION系列视觉系统和QVPAK软件的特征和操作，全文合并在此供参考。这种产品的典型例子是QV-302 Pro Model，它能够利用显微镜型光学系统形成各种放大倍数的工件图像，并根据需要移动载物台，可以横跨工件表面超出任何单个视频图像的限制。在这种系统给定的理想放大倍数，测量分辨率，和实际尺寸限制下，单个视频图像通常仅包含被观察或检查的部分工件。
机器视觉检查系统通常利用自动的视频检查。US Patent No.6,542,180提出这种自动视频检查的各个特征，全文合并在此供参考。如在′180专利中所描述的，自动视频检查计量设备通常具有编程能力，对于每个特定的工件结构，它可以有用户规定的自动检查事件顺序。这可以借助于文本基编程实施，或通过渐进地“学习，，检查事件序列的记录模式，其中存储一系列对应于用户完成检查操作序列的机器控制指令，或通过这两个方法的组合。这种记录模式往往称之为“学习模式”或“训练模式”。一旦确定检查事件序列为“学习模式”，于是，这种序列可用于自动获取(以及分析或检查)“运行模式”下的工件图像。
机器控制指令，包括含图像采集参数等的专用检查事件序列，通常存储为特定工件结构专用的“零件程序”或“工件程序”。利用完成预定序列检查操作指令建立零件程序的能力具有几个优点，它包括增强的检查可重复性，以及能够在属于工业用户和/或在多个时间的多个兼容机器视觉检查系统上自动执行相同的零件程序。
对于试图快速编程各种工件的通用机器视觉检查系统，例如，以上参照的QUICK VISION系列PC基视觉系统，常规的方法是图像采集操作与在最新获取的图像上完成图像分析操作和/或特征检查操作结合进行。然而，对通用机器视觉检查系统不断增长的要求是提供更高的处理能力。按照一种方法，这可以借助于在利用摄像机与工件载物台之间连续的相对运动(而是在交替视觉系统中所要求的间歇停止和启动相对运动)的同时完成图像采集实现，从而大大提高检查的处理能力。有利的是，这种系统包含选通发光照明，它有助于在连续运动时采集图像而没有使图像模糊。
高速生产线上使用的高速“在线”视觉检查系统利用选通发光照明以减小图像模糊。然而，这种在线视觉系统通常是专门用于单条生产线并对传送机系统上相继的工件重复地获得“相同”的图像。在这种情况下，对于每个图像，该运动速度和选通照明参数等是相同的。此外，工件结构很少发生变化。因此，这种系统的编程方法对于相对非专业用户不能促使快速编程大量的各种工件，而且它在有不同运行特性的各种系统之间不能“移植”。
与此对比，经验表明，重要的是通用视觉检查系统可以使相对非专业用户快速编程大量的各种工件。此外，在现代“灵活变通制造”的环境下，对于机器调度的灵活性和一致的质量控制，我们要求相同的零件程序在无须改动下可以运行在不同的视觉系统上。此外，重要的是，不同视觉系统上产生的检查结果具有可比较的准确性，因此，可以比较，记录检查结果以产生有意义的检查和质量控制数据。此外，理想的是，运行给定零件程序的每个机器大致获得最高可能的处理能力，其方式与上述的目标一致。然而，不同的视觉系统通常有不同的运行特性，例如，不同的最大载物台速度，载物台轴的编码器分辨率，选通照明的最大功率和/或最小持续时间等，即使是在不同形式或不同年代的相同型号或类别机器中。所以，它不能实现上述的目标，我们需要这样一种精密机器视觉检查系统和方法，它建立的零件程序可用于有不同运行特性的不同视觉系统，并适合于每个系统的运行特性，它可以一致和可靠地提供高水平的检查处理能力，并有所需精确度的检查结果。
发明内容
我们提供一种用于建立零件程序的机器视觉检查系统和方法，它可用在不同的视觉系统上，并一致地提供所需的精确度以及最佳或准最佳处理能力，而与使用哪种视觉系统无关。
高处理能力的精密机器视觉检查系统可以包含选通发光照明，有助于连续运动时的图像采集。选通曝光时间可以远远短于机器视觉检查系统中摄像机的固有最小曝光时间，因此，它在图像采集期间“冻结”相对于摄像机的工件，并提供相对无模糊并适合于支持高精度检查的图像。然而，为了提供单个零件程序，该程序可以在有不同运行特性的各种精密机器视觉检查和测量系统上可靠地形成无模糊的图像，就需要一种新颖的机器视觉检查系统编程方法，它考虑到有合适精确度的几个因素。例如，在没有过大图像模糊下可利用的最大运动速度通常受到选通照明系统的最大功率强度和/或最小曝光时间的限制。所以，在给定的运动速度下，若两个视觉系统有不同的最小选通曝光时间，以及若零件程序规定视觉系统利用它自身最小的选通曝光时间，则有相对长选通曝光时间的视觉系统形成的图像比有相对短选通曝光时间的视觉系统形成的图像更加模糊。因此，不能可靠地控制或比较形成的图像和检查结果。解决这个问题的简单方法是，零件程序规定选通曝光时间和/或相对运动速度，它是在可以利用的任何视觉系统工作特性范围内。然而，这个方法没有利用相对高处理能力视觉系统有较短的最小选通曝光时间和较高的运动速度，因此，这个方法“任意地”限制它们的潜在处理能力。
本发明提供用于被选取检查图像的选通功率强度，选通曝光时间和运动速度的系统和方法，并结合提供足够的照明和减小运动模糊，为的是提供这样的工件图像，即使在图像采集期间发生连续的运动，该图像支持在与工件有关检查特征容差内的检查和测量结果。在共同转让、共同申请的US Patent Application Serial No.10/435,625和10/719,210中描述与高处理能力视觉系统运行有关和与确定选通功率强度，选通曝光时间和运动速度运行有关的各种考虑，全文合并在此供参考。
在各个典型实施例中，编程用于检查工件的第一(初始)精密机器视觉检查系统。该精密机器视觉检查系统包括至少有摄像机的图像采集系统；至少一个有最大光功率的光源(例如，选通光)；工件载物台；和控制系统部分。工件载物台和摄像机中至少一个是可以运动的，从而形成有最大速度的相对运动。摄像机和/或光源限定最小有效曝光时间。该编程方法通常包含5个步骤。
在步骤1，确定该程序与图像模糊有关的功能限制。这种功能限制的一个例子是“模糊限制”，它是在有效图像曝光时间(例如，选通曝光时间)内摄像机与工件之间允许的相对运动量。模糊限制越小(即，在曝光时间内允许的相对运动量越小)，则图像模糊就越小，因此，检查结果的精确度就越高。然而，对于给定的选通强度和持续时间，模糊限制越小，则摄像机与工件之间允许的相对运动速度就越慢，因此，检查处理能力就越小。考虑到检查精确度与图像模糊量之间的依赖关系，以及图像模糊与速度(或处理能力)之间的折衷，在按照本发明的各个实施例中，在与所需精确度一致的最高可能速度下，模糊限制用于确定各种图像的采集参数(例如，光功率强度，曝光时间，相对运动速度等)以获得所需的精确度。换句话说，设置的优先级确保所需的精确度，或许以最高可能的速度为代价，可能需要设置它低于每个视觉系统硬件能力允许的潜在最大速度。
在步骤2，确定该程序的最佳曝光时间。结合选取或预定的光功率强度，可以确定最佳曝光时间。通常，光功率强度设置成所用特定光源可能的最大光功率强度，因此，对于特定的图像，可以使曝光时间减小化和运动速度最大化。利用人工，半自动或全自动方式可以确定特定图像在选取光功率强度下的最佳曝光时间以获得所需的图像特性(例如，利用任何已知或以后开发的视频工具获得所需的图像特性，例如，光照度，对比度等)。在一些典型实施例中，确定最佳曝光时间是为了在获取的图像中有所需的灰度级，边缘对比度等。若利用人工方式确定“最佳”曝光时间，则它简单地对应于机器操作员或程序员判断的可接受图像。如此处所使用的术语，“最佳”曝光时间不必是数学上优化的曝光时间。相反地，对于给定的工件特征，“最佳”曝光时间通常是在有较快能力的相对高性能机器上相对地较快，而在限制它较慢的相对低性能机器上较慢。
在步骤3，基于模糊限制和以上步骤2确定的最佳曝光时间，确定工件与工件载物台之间运行的相对速度。在各个典型实施例中，确定运行相对速度通常包括四个子步骤。第一，基于模糊限制和最佳曝光时间，计算相对速度(相对速度＝模糊限制/最佳曝光时间)。第二，比较计算的相对速度与当前视觉系统的最大相对运动速度以确定哪个速度有较低值。第三，若计算的相对速度较低，则设定计算的相对速度为运行的相对速度。第四，另一方面，若当前视觉系统的最大相对运动速度较低，则设定最大相对运动速度为运行的相对速度。
在步骤4，基于运行曝光时间和选取的光功率强度，可以计算总曝光能量(总曝光能量＝运行曝光时间×选取的光功率强度)。或者，确定和/或设定曝光时间的操作可以同时有效地限定一个或多个参数，这些参数对应于或固有地识别不进行“计算”的总曝光能量。例如，利用恒定的预定光源功率强度的选通光源可以运行机器视觉系统，这种机器视觉系统可以包含各个数字照明设置的比例，它对应于特定的各个光选通时间。因此，每个各自数字照明设置对应于或固有地识别总曝光能量。在任何一种情况下，重要的是，总曝光能量是与运行曝光时间内入射到被成像工件具体特征上的光子数相关。
在步骤5，功能限制(例如，模糊限制)和总曝光能量(或表示总曝光能量的参数)存储为部分的零件程序(或工件程序)，它确定一系列工件图像采集和检查操作。如上所述，当机器视觉系统可以利用有恒定的预定光源功率强度的选通光源运行时，对应于特定各自光选通时间的各个照明设置，即，特定的曝光时间，可以提供表示总曝光能量的参数。
上述的步骤可以在当前视觉系统的“学习模式”或“训练模式”期间完成。应当注意，在许多应用中，对于检查整个工件的一组图像中每个图像，至少可以部分地重复该方法。形成的零件程序包含一组功能限制和总曝光能量参数，用于获得当前视觉系统上用户规定精确度的工件检查图像，它可以传输到不同视觉系统并在该系统的“运行模式”下运行。在运行模式期间，基于系统专用的运行特性或限制和在零件程序中包含的功能限制和总曝光能量，不同的视觉系统确定该系统专用的图像采集参数，可以产生支持相同或更高精确度下检查结果的工件图像。
具体地说，在各个典型的实施例中，基于功能限制和总曝光能量，按照本发明方法和系统产生的零件程序可以自动地适应任何特定的视觉系统。特别是，自动适应过程包括基于功能限制和总曝光能量，计算新视觉系统的各种图像采集运行参数，传输到第一(初始)视觉系统上确定的零件程序，用于在新视觉系统上实现有高处理能力的相同或更高检查精确度。自动适应零件程序名义上提供功能限制和总曝光能量的相同结果，且至少部分地对于检查整个工件的一组图像中每个图像，在新视觉系统“运行模式”的开始，自动适应是飞击式发生的。自动适应通常涉及四个步骤。
在步骤1，识别包含新视觉系统的最大光功率，最大相对运动速度，和最小有效曝光时间的运行参数，在该视觉系统上运行零件程序。
在步骤2，从零件程序中接收模糊限制和总曝光能量(或表示总曝光能量的参数)以及控制工件检查事件序列的任何运动指令。
在步骤3，基于总曝光能量(或表示总曝光能量的参数)和选取或预定的光功率强度，计算或确定新视觉系统的最佳曝光时间。在一个典型实施例中，计算最佳曝光时间通常涉及四个子步骤。第一，基于总曝光能量和选取的光功率强度，例如，新系统的最大光功率强度，计算或确定曝光时间(例如，曝光时间＝总曝光能量/选取的光功率强度)。或者，表示总曝光能量的参数可以对应于恒定的预定光源功率强度下使用的曝光时间，并可以固有地指出合适定标系统的最佳曝光时间。第二，比较计算或确定的曝光时间与新系统的最小曝光时间，可以确定哪个曝光时间较长。第三，若计算的曝光时间较长，则设定计算的曝光时间为最佳曝光时间。第四，若最小曝光时间较长，则设定最小曝光时间为最佳曝光时间，此外，基于总曝光能量和最小曝光时间，重新计算光功率强度(重新计算的光功率强度＝总曝光能量/最小曝光时间)。
在步骤4，基于模糊限制和最佳曝光时间，计算运行的相对速度。在各个典型实施例中，计算新视觉系统的运行相对速度通常涉及四个子步骤。第一，基于模糊限制和最佳曝光时间，计算相对速度(相对速度＝模糊限制/最佳曝光时间)。第二，比较计算的相对速度与新系统的最大相对运动速度以确定哪个速度较低。第三，若计算的相对速度较低，则设定计算的相对速度为运行的相对速度。第四，另一方面，若新系统的最大相对速度较低，则设定最大相对速度为运行的相对速度。
在各个典型实施例中，在第一(初始)视觉系统上编码零件程序的方法可以自动地适应有不同硬件能力的不同视觉系统，它体现在包合计算机可执行指令的计算机可读媒体上，这些指令装入到视觉系统的控制系统部分之后通常可以自动地实施该方法。
在各个典型实施例中，该方法包括在图像采集操作期间，利用摄像机与工件载物台之间的连续相对运动以提高检查处理能力。在各个典型实施例中，机器视觉检查系统中的一个或多个光源包含光源选通能力。
总之，本发明提供这样一种零件程序，它是高度便携式的，并可以运行在有不同硬件能力的各种视觉系统上，且一致地提供所需的精确度以及最佳或准最佳的处理能力，而与使用哪种视觉系统无关。
参照以下结合附图的详细描述，可以更容易地理解本发明的上述特征和许多伴随的优点，其中图1是机器视觉检查系统的方框图；图2是机器视觉检查系统中控制系统部分和视觉元件部分的方框图；图3是用于机器视觉检查系统中一个典型的工件特征分析/检查工具，可以确定工件图像中边缘或边界的位置；图4是基于与模糊有关的功能限制，一种在第一(初始)视觉系统上实施用于确定相对运动速度和各种照明控制参数的方法流程图；图5是基于功能限制和有关参数，例如，按照图4所示方法确定的那些参数，一种在任何其他(后续)视觉系统的每个系统上实施用于确定一组图像中每个图像的相对运动速度和各种照明控制参数，以及随后用于获取和检查/分析一组图像的方法流程图；和图6是在第一机器视觉系统上用于确定可接受模糊检查图像的图像采集曝光参数的通用方法流程图，记录模糊图像参数和与图像采集曝光参数有关的曝光能量指示，并基于记录的模糊图像参数和曝光能量指示，在当前机器视觉系统上提供各个工件特征的图像。
具体实施例方式
图1是按照本发明一个典型机器视觉检查系统10的方框图。机器视觉检查系统10包括视觉测量机器12，它可与控制计算机系统14连接，用于交换数据和控制信号。控制计算机系统14还可与监视器16，打印机18，操纵杆22，键盘24，和鼠标26连接，用于交换数据和控制信号。视觉测量机器12包括可运动的工件载物台32和可以包含变焦透镜或可交换透镜的光学成像系统34。变焦透镜或可交换透镜通常给光学成像系统34形成的图像提供不同的放大倍数。
操纵杆22通常可用于控制沿X方向和Y方向运动的可运动工件载物台32，这两个方向通常平行于光学成像系统34的焦平面。操纵杆22还能够控制可移动光学成像系统34沿Z方向或聚焦方向的运动。通常，Z轴运动是受操纵杆22上手柄或旋钮的可转动偏转元件控制。操纵杆22可以有不同于附图所示的形式，例如，监视器16上任何可视的表示或饰物，它的功能是作为机器视觉检查系统10的“虚拟运动控制装置”并可接受任何计算机输入装置的控制，例如，鼠标26。
图2是按照本发明机器视觉检查系统100中的系统部分120和视觉元件部分200。如以下更详细描述的，控制系统部分120用于控制视觉元件部分200。视觉元件部分200包括光学组件部分205，光源220，230和240，和有中央透明部分212的工件载物台210。工件载物台210能够沿大致平行于载物台平面的X轴和Y轴可控地运动，其中工件20可以放置在载物台210上。光学组件部分205包括摄像机系统260，可交换饿物镜250，并可以包括旋转盘透镜组件280，和同轴光源230。代替旋转盘透镜组件，可以包含固定或手动可交换的放大倍数变化透镜或变焦透镜组件。如以下更详细描述的，利用可控电机294，光学组件部分205能够沿垂直于X轴和Y轴的Z轴方向可控地运动。
利用机器视觉检查系统100成像的工件20放置在工件载物台210上。一个或多个光源220，230和240分别发射可用于照射工件20的照明光222，232或242。光源220，230和/或240发射的光照射工件20，并被反射或透射成工件光255，它传输通过可交换的物镜250和旋转盘透镜组件280，并被摄像机系统260收集。摄像机系统260捕获的工件20图像在信号线262上输出到控制系统部分120。
用于照射工件20的光源220，230和240可以包括载物台光220，同轴光230，和表面光240，例如，环形光或可编程环形光，这些光源分别通过信号线或总线221，231和241连接到控制系统部分120。作为机器视觉检查系统100的主要光学组件，除了以上讨论的元件以外，光学组件部分205还可以包含其他的透镜，和其他的光学元件，例如，光阑，分束器等，用于提供同轴照明或其他所需的机器视觉检查系统特征。在它作为机器视觉检查系统100的辅助光学组件情况下，旋转盘透镜组件280至少包括第一旋转盘透镜位置和透镜286和第二旋转盘透镜位置和透镜288。控制系统部分120沿至少第一旋转盘透镜位置与第二旋转盘透镜位置之间的轴284通过信号线或总线281转动旋转盘透镜组件280。
可以调整工件载物台210与光学组件部分205之间的距离，用于改变摄像机系统260捕获的工件20图像焦点。具体地说，在各个典型实施例中，利用驱动激励器的可控电机294，连接电缆等，光学组件部分205可以沿相对于工件载物台210垂直的Z轴方向运动，从而沿Z轴方向移动光学组件部分205。此处所使用的术语Z轴是指聚焦光学组件部分205所得到图像的轴。在使用时，可控电机294通过信号线296连接到输入/输出接口130。
如图2所示，在各个典型实施例中，控制系统部分120包括控制器125，输/入/输出接口130，存储器140，工件程序发生器和执行器170，CAD文件特征提取器180，和电源部分190。应当理解，借助于一个或多个数据/控制总线和/或应用程序设计接口，或借助于各种元件之间的直接连接，可以互相连接这些元件中的每个元件以及以下描述的附加元件。
输入/输出接口130包括成像控制接口131，运动控制接口132，照明控制接口133，和透镜控制接口134。运动控制接口132包括位置控制元件132a和速度/加速度控制元件132b。然而，应当理解，在各个典型实施例中，这些元件可以合并和/或不可区分。照明控制接口133包括光控制元件133a-133n，它可以控制机器视觉检查系统中各种对应光源的选择，功率，on/off开关，和选通脉冲定时，例如，光源220，230，和240。
存储器140包括图像文件存储器部分141，可以包含一个或多个零件程序等的工件程序存储器部分142，和视频工具部分143。视频工具部分143包含工具部分143a-143m，它们确定每个对应工具的GUI，图像处理操作等。视频工具部分143还包含评价区发生器143x，它支持用于确定各种评价区的自动，半自动和/或人工操作，评价区可以在视频工具部分143包含的各种视频工具中运行。一般地说，存储器部分140存储可用于操作视频系统元件部分200的数据以捕获或获取工件20的图像，使获取的工件20图像有所需的图像特性。存储器部分140还存储可用于操作机器视觉检查系统100的数据，可以对获取的图像用人工方式或自动方式完成各种检查和测量操作，并通过输入/输出接口130输出其结果。存储器部分140还包含确定图形用户接口的数据，它可以通过输入/输出接口130运行。
载物台光220，同轴光230，和表面光240的信号线或总线221，231和241分别连接到输入/输出接口130。摄像机系统260的信号线262和可控电机294的信号线296连接到输入/输出接口130。除了传送图像数据以外，信号线262还传送启动图像采集的控制器125信号。
一个或多个显示装置136和一个或多个输入装置138也可以连接到输入/输出接口130。显示装置136和输入装置138可用于查看，建立和/或改变零件程序，查看摄像机系统260捕获的图像，和/或直接控制视觉元件部分200。在有预定零件程序(或工件程序)的全自动系统中，可以省略显示装置136和/或输入装置138。
关于CAD文件特征提取器180，诸如代表工件的CAD文件或基本相同工件以前图像的信息频繁地出现在机器视觉检查系统的工业应用中。在CAD文件表示的情况下，应当理解，借助于各种已知的CAD文件特征提取方法，可以用人工方式，半自动方式，或全自动方式从CAD表示中确定CAD文件表示的边缘和边界位置。
在本发明的各个典型实施例中，零件程序通常是由至少两种类型指令组成，它们可以安排成协同操作的程序，子程序或子例行程序，或混合指令用于控制图像采集的工件图像采集指令，和用于控制图像分析/检查的工件图像分析/检查指令。参照以上包含的′625Application的图4和图5，我们详细地公开机器视觉检查系统中各种“高处理能力”运行程序的总结构和操作。在各个典型实施例中，当用户利用机器视觉检查系统100建立工件20的工件图像采集程序时，利用工件编程语言，通过自动方式，半自动方式，或人工方式明确地编码这些指令，或移动机器视觉检查系统100通过图像采集训练序列产生这些指令，使工件程序指令捕获训练序列，用户可以产生工件程序指令。在一组需要捕获的图像中，对多个图像重复这个过程。执行这些指令使机器视觉检查系统以某个速度操纵工件载物台210和/或摄像机系统260，因此，工件20的特定部分是在摄像机系统260的视场内并使被获取一组图像中的每个图像是在理想的聚焦状态。除了用于控制摄像机与工件相对运动的程序指令以外，工件图像采集程序还需要包含这样的程序指令，这些程序指令激励一个或多个光源220-240，因此，在每个图像采集期间给工件20提供所需的照明。如以下参照图4和图5更充分描述的，本发明的一般目的是产生程序指令，它包含图像采集时控制相对运动和照明的指令，在经受一致产生的工件图像约束下，多个视觉系统利用这些指令提供最大的检查处理能力，它支持有所需精确度的检查结果。
在本发明的各个典型实施例中，一旦确定一组工件图像采集指令，控制系统120执行这些指令并命令摄像机系统260按照该指令捕获一个或多个工件20的图像。然后，在控制器125的控制下，控制系统120通过输入/输出接口130输入捕获的图像并在存储器140中存储捕获的图像。控制器125还可以在显示装置136上显示捕获的图像。
控制系统部分120还可以再调用捕获和存储的工件检查图像，检查和分析这些工件检查图像中的工件特征，并存储和/或输出检查结果。这些方法通常体现在存储器140的视频工具部分143中包含的各种视频工具。例如，这种工具可以包括形状或模式匹配工具，边缘和/或边界检测工具，圆周和尺寸测量工具，坐标匹配工具等。在各种商品化机器视觉检查系统中，例如，以上讨论的QUICK VISION系列视觉系统和相关的QVPAK软件，这种工具例行地用于检查工件上边缘(或边界)的位置。
图3是这种视频工具的一个例子，即，一种在US PatentApplication No.09/987,986中公开的确定工件检查图像中边缘或边界定位或位置的特征分析/检查工具，全文合并在此供参考。边界工具400可用于选取被定位的边缘或边界。如图3所示，640×480像素工件检查图像450包含边界405的放大图像，它沿水平方向延伸横跨该图像。边界405位于包含不同纹理(未画出)的两个区域406与407之间。实际上，利用图形用户接口放置边界工具400到被检测的特定边界部分，如图3所示，用户可以限定边界405上的评价区。
基于对应于放置边界工具400的数据，评价区是由评价区发生器143x限定。边界工具400包含用户可配置的框405，可以进一步精制和确定评价区。例如，该框可以配置成弧形或圆形，或图3所示的矩形。边界工具400可以在工件检查图像上画出附加的工具单元。例如，可以自动产生和画出评价点P0和重叠相同矩形412(图3所示的四个矩形412)表示的评价区指示412，此后可以利用人工方式编辑。评价点P0可以仅仅表示边界405上的点。此外，用户可以在评价区中限定横跨边界延伸的不同“扫描”线409之间的间隔，或可以自动地确定这种间隔。因此，可以利用人工方式通过用户输入限定与边界工具400相联系的操作，或借助于边界工具400的预定缺省特性的自动化过程。允许用户选取有预定特性的边界工具400，就可以由不明白数学或图像处理操作的操作员指导边界检测操作。
然后，边界工具400完成复杂系列的图像分析和/或图像处理操作，它比较各组相对的评价区412对中的各种图像特性以确定一组图像滤波特性，该特性最有效地指出工件检查图像450中边界405的位置。
如以上所指出的，在各个典型的实施例中，机器视觉检查系统100用于建立由工件程序指令构成的工件图像采集程序。这些指令可以控制工件载物台210和/或摄像机系统260的运动，为的是捕获一组工件20图像，以及激励一个或多个光源220-240以提供图像采集期间工件20所需的照明。一些用于产生工件图像采集程序(或“运动路径和图像采集例行程序”)和确定选通功率强度，选通曝光时间，和运动速度运行组合的典型方法是在以上合并的′625和′210 Applications中描述。本发明的目的是改进“连续运动”方法，例如，在′625和′210Applications中描述的方法，它是基于与图像模糊有关的功能限制，提供一种可用于确定某些工件图像采集参数(例如，工件载物台速度，选通功率强度，选通曝光时间等)的“子方法”，因此，形成的工件图像采集程序可以被有不同硬件运行特性或限制的多个视觉系统分享。在一个例子中，本发明的方法通常改进或替换′625 Application的图4中所示方法的方框530和/或540包含的各种操作。
图4是一个用于确定相对运动速度和照明控制参数(例如，光功率强度，曝光时间等)的典型方法(或例行程序)流程图500，它在第一(初始)视觉系统上一组被捕获图像的每个图像中考虑与图像模糊有关的功能限制。本发明者发现一种用于编码连续运动工件图像采集程序的有效方法，在经受一致生产工件图像约束下，在每个不同系统中提供最大检查处理能力的同时，形成的程序在不同视觉系统中是高度可移植的，该工件图像支持有所需精确度的检查结果，这种方法规定“模糊限制”，即，在选通曝光时间内(即，产生选通照明的时间内)摄像机与工件(或工件的特征)之间所允许的运动量。例如，若选通照明系统的选通曝光时间为16.6毫秒，而用户规定工件相对于摄像机的运动在曝光时间内不超过0.25μm，则在这种情况下0.25μm是模糊限制。因此，计算摄像机与工件之间相对运动速度(例如，工件载物台的速度)的相关限制为0.25μm/16.6msec，即，15mm/sec。在这个例子中，模糊限制是距离单位。模糊限制越大，则在获取图像中的特征模糊就越大，因此，虽然增大摄像机与工件之间的相对运动速度(处理能力也增大)，但准确定位边缘特征等的能力受到损害。另一方面，模糊限制越小(即，在选通曝光时间内工件与摄像机之间允许的运动量越小)，则允许的相对运动速度就越慢，因此，虽然增大精确定位边缘特征的能力，但检查处理能力受到损害。所以，在任何高处理能力的视觉系统中，在精确度与速度(或处理能力)之间有固有的折衷。在各个典型实施例中，本发明的方法在工件图像采集指令中确定相对运动速度和各种照明控制参数，它考虑到与模糊有关的功能限制(例如，模糊限制)，为了使该程序在不同视觉系统中是高度可移植的，并且在每个视觉系统的精确度与速度之间还实现最佳，或准最佳的平衡。换句话说，功能限制用于确定工件图像采集指令中的各种图像采集参数，因此，当在不同视觉系统上运行该程序时，在与所需精确度一致的最大速度下，它一致地产生有所需精确度的检查结果。若在较高能力视觉系统上建立的程序转移到较低能力视觉系统，则这种方法可能要求较慢的程序执行速度以获得相同的精确度。然而，较慢的程序执行速度通常优于失去准确性，因为失去准确性危害检查结果的有效性，因此，很难预期，检测和描述检查结果。
在方框502，在例行程序500中确定与模糊限制有关的功能限制变量(或简称功能限制)或模糊限制变量。如上所述，功能限制变量或模糊限制变量可以是用距离表示的模糊限制，或可以是用于检查和测量的工件图像中与最大允许模糊量有关的任何其他变量或它的间接表示。例如，功能限制变量可以是对位置编码器计数的限制，它对应于摄像机相对于工件载物台在选通曝光时间内的位移。这种功能限制可用于保持规定的总机器测量精确度。作为另一个例子，功能限制变量可以定义为成像容差，例如，摄像机视场中几何尺寸的百分比，或用摄像机像素表示的位移。在确定边缘特征位置时，这种功能限制可用于保持所需的子像素内插精确度。
作为另一个例子，功能限制变量可以定义为图像中被检查或测量特征的尺寸容差。例如，若规定或设定第一特征是在位置X1+/-20μm，并假设第二特征是在位置X2+/-5μm，则在不严重危害相对于所需检查精确度的测量精度下，我们可以利用这个信息确定允许有多大的模糊量。若可以从CAD文件中得到这种信息，或利用缺省设定，或借助于用户输入，则我们可以设置模糊限制为规定特征容差的10％(举例)，它对于第一特征是2μm(或对应的编码器计数，或像素等)，而对于第二特征是0.5μm。这种功能限制可用于松弛每个特征测量的功能限制到最大的可能范围，它可以使每个相关工件图像采集的可允许运动速度最大化，因此，在保持每次单独测量所需精确度的同时，可以使检查处理能力最大化。
所以，虽然以下讨论主要描述的本方法是采用模糊限制作为功能限制变量，但是应当明白，在工件图像中与限制模糊有关的任何其他变量可以用作功能限制变量。模糊限制或功能限制可以由用户输入，或可以按照预定的缺省值自动地设定，和/或可以根据不同的系统特性(在考虑或不考虑当前放大倍数设定的条件下，载物台位置测量分辨率，像素间隔的某个比率)进行计算。
在方框504，当前视觉系统的最大光功率(例如，最大选通功率)，最大载物台速度，和最小(有效)曝光时间(例如，最小选通持续时间)装入到例行程序500。所有这三个数值是特定视觉系统规定的硬件运行特性。在按照本发明的各个实施例中，这些运行特性记录在每个特定视觉系统的一个或多个存储器部分，例如，作为机器配置文件或数据，作为资源文件或数据，作为即插即用元件文件或数据等，并可以在程序控制下被检索。视觉系统的最小曝光时间可以由摄像机或照明系统(例如，选通照明能力)限定。例如，利用连续照明，有电子或机械快门的摄像机可用于控制有效曝光。然而，一般地说，选通曝光时间可以远远短于摄像机的固有最小曝光时间，因此，提供这样的物理或电子快门是困难和/或昂贵的，该快门可以实现与选通照明最小曝光时间相当的短曝光时间。此外，利用连续照明容易产生过多的热量，这就要求视觉系统有附加饿冷却系统。所以，在本发明的各个实施例中，诸如LED选通照明的选通照明用于控制视觉系统的有效曝光时间。因此，视觉系统的最小曝光时间可以由特定视觉系统中使用具体选通照明系统的最小选通曝光时间限定。
在方框506，在上述的训练模式(或学习模式)期间，对于被获取一组图像中的每个图像，确定当前视觉系统在所需光功率下的合适曝光时间，它是足够地长以实现所需的边缘对比度，平均图像强度或灰度级等。通常，设置光功率在它的最大值上，因为这通常可以导致对应于所需图像强度的最短允许选通曝光时间，它又可以导致在给定连续运动速度下拍摄检查图像的最小模糊量。所以，在本发明的各个实施例中，光功率设置成当前视觉系统中包含光源的最大光功率设置。在各个典型实施例中，利用人工方式，半自动方式或全自动方式，可以完成合适曝光时间的确定。例如，为了利用自动方式确定用于实现某种程度理想边缘(边界)对比度的最佳曝光时间，可以设置所需的光功率，和在US Patent No.6,542,180中描述的双区域对比工具可用于识别互补选通曝光时间的操作中，它可以在边缘上提供有所需对比度差的曝光强度，或满足另一个所需图像特性的曝光强度，该专利全文合并在此供参考。或者，US Patent No.6,627,863中描述的光设置方法可用于识别互补选通曝光时间的操作，它提供所需的图像特性，该专利全文合并在此供参考。作为另一个例子，用户可以发现实现所需灰度级的曝光时间，它是借助于观察和调整显示的图像，或借助于其他实验方法实现的。理想的灰度级，边缘对比度等可以由用户确定，或可以利用缺省值预定或自动地设定。在任何情况下，在理想的环境中，用于实现所需边缘对比度，灰度级等的最佳曝光时间应当设置成尽可能短，为的是减小模糊量和增大处理能力(即，用于成像每个工件特征的曝光时间越短，则允许的运动就越快，因此，整个工件的成像就越快)。
在方框508，基于以前确定的模糊限制和以前确定的最佳曝光时间，确定摄像机与工件之间的运行相对速度。在各个典型实施例中，确定运行的相对速度通常涉及三个步骤。第一，基于模糊限制和曝光时间，计算相对速度(相对速度＝模糊限制/最佳曝光时间)。第二，比较计算的相对速度与以上方框504中装入当前视觉系统的最大载物台速度，并确定哪个速度较低。第三，若计算的相对速度较低，则把它设置成当前视觉系统的运行相对速度。另一方面，若最大载物台速度较低，则最大载物台速度设置成当前视觉系统的运行相对速度。任选地，在这种情况下，例如，基于计算的相对速度与最大载物台速度之间的比例，可以减小光功率设置，或增大最佳曝光时间。
在方框510，任选地，确定当前视觉系统的运行相对速度和最佳曝光时间可用于计算当前视觉系统模糊限制变量的实际运行值，验证它是否满足以上方框502中例行程序500初始确定模糊限制变量的最大允许值(实际模糊限制＝运行相对速度×最佳曝光时间)。若计算的实际模糊限制偏离以前装入的模糊限制一个预定量，则可以把误差报告给用户，或例行程序500可以自动地返回到方框502，规定略微不同的模糊限制值，例如，用于重新计算运行相对速度和最佳曝光时间。
在方框512，根据确定的最佳曝光时间和以上方框506中选取的已知/所需光功率强度，计算总曝光能量(总曝光能量＝最佳曝光时间×已知光功率)。把总曝光能量与照明光源(选通照明)的光子数相关，这些光子在有效曝光时间内撞击到成像工件的相关部分或特征上。然后，存储总曝光能量和模糊限制作为该工件的部分工件图像采集程序。
在各个实施例中，对于获取一组检查图像中的每个图像(即，对于被检查工件上一组特征/部分的每一个)，通常重复方框506，508，510和512，特别是，那些被检查工件的特征是不同的。在一些实施例中，相同的模糊限制可用于相同组中的所有图像。在其他实施例中，不同的模糊限制可用于该组图像内检查不同特征的不同图像，例如，基于上述的各个特征容差。在这种情况下，对于该组图像中的每个图像，需要附加地重复方框502。
以上确定第一(初始)视觉系统上一组图像的总曝光能量和模糊限制组可以实现所需的灰度级，边缘对比度等(即，所需的检查精确度)，它形成各种其他视觉系统可用的一组机器控制指令，还可以获取一组有效提供可靠检查结果的工件检查图像。具体地说，该组总曝光能量和模糊限制可以被不同的视觉系统使用，用于确定各个视觉系统专用的所需运行相对速度和照明控制参数值组，为的是在与所需精确度一致的高速度下一致地提供支持所需检查精确度的一组检查图像。如上所述，以上参照图4描述的方法形成用于产生初始工件图像采集程序或零件程序的部分总方法。此后，该程序中包含的总曝光能量和模糊限制组传送到不同的视觉系统上，它作为部分的工件图像采集程序或零件程序，该程序还包含实施图像采集和检查所需的各种其他指令，例如，用于检查事件序列。更精确地说，在本发明的各个实施例中，由于零件程序包含工件图像采集指令和工件图像分析/检查指令，传送的总曝光能量和模糊限制组作为包含工件图像采集指令的部分零件程序，因此，该程序也包含总曝光能量和模糊限制组。
图5是在初始机器检查系统或任何其他(或后续)视觉系统的“运行模式”下实施的一个典型方法或例行程序600的流程图，后续视觉系统不同于以上讨论的用于确定零件程序的第一(初始)视觉系统。如以下更充分描述的，第一视觉系统上限定的零件程序，或更具体地说，它的工件图像采集程序指令，能够自动地适应任何给定的视觉系统。自动适应涉及计算给定视觉系统专用的最佳工件图像采集参数，为的是在与所要求精确度一致的最高可能速度运动下保持所需的检查精确度。
在方框602，例行程序600接收包含工件图像采集指令中以前限定的零件程序，该指令包含第一视觉系统上限定的总曝光能量和模糊限制组。
在方框604，当前(新)视觉系统的最大光功率，最大载物台速度，和最小曝光时间装入到例行程序600。如参照图4中方框504所讨论的，所有这三个变量是特定视觉系统规定的硬件运行特性。在按照本发明的各个实施例中，这些运行特性记录在每个特定视觉系统的一个或多个存储器中，例如，作为机器配置文件或数据，作为资源文件或数据，作为即插即用元件文件或数据等，并可以在程序控制下被检索。
在方框606，关于从获取的检查图像组中采集第一个或下一个图像，必须完成以下的方框608，610，612，614，和616。
在方框608，再调用或确定例行程序600中与获取当前图像相联系的模糊限制变量，总曝光能量和任何其他的图像采集命令或程序指令(例如，运动路径指令，检查操作指令等)。这些都是在以上方框620输入的零件程序中限定。
在方框610，基于总曝光能量和已知的光功率强度，计算或确定(例如，利用查阅表)当前视觉系统上用于当前图像采集的最佳曝光时间。如上所述，在各个典型实施例中，光功率强度可以设置在最大光功率强度上，因为这通常导致在给定相对运动速度下获取检查图像的最短允许选通曝光时间和最小模糊量。或者，光功率强度可以设置在用户所需的电平上，或可以利用缺省值预定或自动地设置。在各个典型实施例中，计算最佳曝光时间通常涉及三个步骤。第一，基于总曝光能量和已知的光功率强度，计算曝光时间(曝光时间＝总曝光能量/已知光功率强度)。第二，比较计算的曝光时间与以上方框604中装入当前视觉系统的最小曝光时间，并确定哪个时间较长。第三，若计算的曝光时间较长，则设定该时间为当前视觉系统的最佳曝光时间。另一方面，若当前视觉系统的最小曝光时间较长(即，若不能在当前视觉系统上实现计算的曝光时间)，则设定当前视觉系统的最小曝光时间为最佳曝光时间，并调整光功率强度以提供以上方框608中装入的总曝光能量数值(重新计算的光功率＝总曝光能量/最小曝光时间)。
在方框612，基于以上方框608中装入的模糊限制变量和以上方框610中确定的最佳曝光时间，计算或确定(例如，利用查阅表)当前视觉系统的运行相对速度。计算运行相对速度通常涉及四个步骤。第一，基于模糊限制和最佳曝光时间，计算相对速度(相对速度＝模糊限制/最佳曝光时间)。第二，比较计算的相对速度与以上方框604中装入当前视觉系统的最大载物台速度，并确定哪个速度较低。第三，若计算的相对速度较低，则设定该速度为当前视觉系统的运行相对速度。第四，另一方面，若最大载物台速度较低，则设定最大载物台速度为当前视觉系统的运行相对速度。
在方框614，任选地，根据确定当前视觉系统的运行相对速度和最佳曝光时间，计算模糊限制变量的实际运行数值，考察它是否满足以上方框608中装入当前图像模糊限制变量的最大允许数值(实际运行模糊限制值＝运行相对速度×最佳曝光时间)。若计算的实际运行模糊限制变量值偏离以前装入的允许模糊限制变量值一个预定量，则可以给用户报告误差。
在方框616，与获取当前图像相联系的图像采集参数，它包含运行相对速度，最佳曝光时间，和选取的最佳曝光时间，记录在存储器中作为当前图像的部分工件图像采集程序指令。
在方框618，确定是否采集更多的图像。如果是，则回到方框606，进行下一个图像采集。并重复方框608-616以确定并存储下一个图像的图像采集参数。
若在方框618中确定已限定所有的图像采集，则在方框620完成以下的操作，沿运动路径传输和执行整个图像组的以前限定工件图像采集指令，并获取和存储或记录被检查工件的限定图像组。
在方框622，再调用和分析或检查获取和存储的图像。这种操作是受工件图像分析/检查指令的控制，这个指令是该工件的总零件程序的一部分。可以理解，在一些实施例中，可以删除，合并或不能区分方框620中图像的存储和方框622中图像的再调用。此外，在一些实施例中，分析和/或检查获取的图像可以在完成整组图像的采集之前开始。换句话说，一旦获取了图像，通过分开的操作可以分析或检查这些图像，而无须首先存储然后再调用，或者，每当在完成整组图像采集之前有可用的计算机处理时间，则可以再调用和分析或检查早先获取的图像。在以上包含的′625 Application中更详细地描述这些和其他潜在的操作和/或处理序列。
在方框624，输出或记录图像分析/检查的结果。方框624完成例行程序600。
应当注意，图5所示的例行程序600发生在任何视觉系统的“运行模式”期间，随后，该系统利用按照本发明初始建立的零件程序，例如，按照图4所述操作建立的零件程序。这种“运行模式”通常包括两种类型指令方框602-618中包含的图像采集参数适应指令(或机器专用图像采集优化指令)，和方框620-624中包含的运动路径传输和分析或检查指令。借助于图像采集参数适应指令，控制初始视觉系统上原始建立的零件程序图像采集操作的功能变量用于自动地确定或适应当前视觉系统所用的图像采集参数指令，主要是基于与被检查各个工件特征的一个或多个图像模糊有关的功能限制，并结合当前视觉系统的预定组运行特性或限制。在与图像采集参数适应指令相联系的操作之后，优化或准优化当前视觉系统中零件程序限定的图像采集操作，为的是提供这样的检查图像，它支持初始视觉系统上实现相同或更高精确度的检查结果，而同时允许图像采集期间的相对运动速度是在与所要求精确度一致的最高可能速度上，为的是使当前视觉系统的相关检查处理能力最大化。然后，运动路径传输和分析/检查指令采用以前限定的优化图像采集操作/参数，用于实际获取和分析/检查该图像。
应当注意，在有效图像曝光时间可以运行的运动速度，例如，它是由选通持续时间确定，可以确定相应检查图像中的运动模糊量。在零件程序中，可以“绝对地”限定相对运动速度和曝光时间的数值(而不是相对地限定这些数值，如上所述，它是按照本发明与模糊有关的功能限制)。然而，一般地说，不能成功地在不同类型视觉系统上执行这种零件程序，除非按照该类型系统的最低能力视觉系统性能限制，设置相对运动速度和曝光时间。因此，在任何较高能力的视觉系统上执行这种零件程序时，较高能力视觉系统的处理能力限制在与较低能力视觉系统处理能力相同的水平上。这与按照各个实施例系统产生的零件程序和按照本发明的方法形成对比，其中运行相对速度和最佳曝光时间限定是与图像模糊有关的功能限制，因此，它同时提供支持所需检查和/测量精确度的图像采集，而且还优化或准优化利用零件程序的每个特定视觉系统的检查处理能力。
图6是在第一机器视觉系统上用于确定可接受工件图像的各个图像采集曝光参数的一个典型方法或例行程序700流程图，记录图像参模糊数和曝光能量指示，它对应于一组工件检查指令中以前确定的图像采集曝光参数，并基于记录的模糊图像参数和工件检查指令中记录的曝光能量指示，利用机器视觉系统提供有可接受图像模糊的各个工件特征图像。如以下更详细描述的，该例行程序可自动地适应给定的视觉系统。自动适应涉及转换记录的图像模糊参数以及第一机器视觉系统上确定和工件检查指令中记录的曝光能量指示，用于提供图像曝光参数和相对运动速度的组合，它可用在“当前”机器视觉系统上以提供有可接受图像模糊量的合适曝光图像。
在例行程序700的方框702，重要的操作是利用第一机器视觉系统以确定各个工件特征的可接受图像采集曝光参数。曝光参数通常包含或对应于曝光时间和光源功率设置的组合，它确定总曝光能量以产生各个工件特征的合适曝光图像。例如，在机器视觉检查系统的学习运行模式下，可以确定这些曝光参数。提供总曝光能量的特定参数组合不是特别重要的，也不必是特定机器专用的，因为它是总曝光能量(或表示或对应于总曝光能量的参数)，而不是特定的组合，它是例行程序700中其他操作使用的相关参数，用于确定特定机器视觉检查系统所用图像采集曝光参数的机器专用组合以提供各个工件特征的图像。
作为一些机器视觉检查系统的例子，选通光源的光源功率设置可以设置在预定的缺省功率强度上，并可以由用户按照人工方式确定曝光各个工件特征的缺省功率强度所用的曝光时间，该用户调整曝光时间(它可以简单地是用户控制照明强度)，直至得到可接受的图像结果。或者，借助于半自动或全自动照明确定过程，它类似于给Wasserman的US Patent No.6,627,863中所公开的内容，全文合并在此供参考，可以有效地自动确定缺省功率强度的曝光时间，或可变功率强度与曝光时间的组合。
在方框704，对应于执行方框702中确定图像采集曝光参数的总曝光能量(或曝光能量指示，它表示或对应于曝光能量参数)记录在一组工件检查指令中，例如，零件程序。此外，表示最大图像模糊度的模糊参数或功能变量或各个特征的检查图像中可接受的图像模糊度记录在指令中。在各个实施例中，在记录总曝光能量或对应曝光能量指示参数的运行期间，可以记录模糊参数。或者，利用执行方框702以外的操作，例如，在综合地限定多个各自特征的模糊参数时，可以记录模糊参数。在各个实施例中，可以由操作员按照人工方式确定和/或输入模糊参数，或按照半自动或全自动方式确定和输入模糊参数。模糊参数可以是用距离，或任何其他变量表示的模糊限制，这些变量与检查和测量工件图像中允许的模糊量有关，或直接或间接地表示允许的模糊量。例如，它可以定义为成像容差，例如，摄像机视场的几何尺寸百分比，或用摄像机像素表示的位移，或者，它可以定义为图像中被检查或测量特征的几何尺寸容差百分比。以上我们已描述用于确定各种类型限制的各种方法，这些方法限定可接受图像的模糊限制。
在方框706，一组工件检查指令输入到当前机器视觉检查系统，该组指令包含各个工件特征的记录曝光能量指示和模糊参数，当前视觉系统可以是，但不必是，不同于第一机器视觉检查系统的机器视觉检查系统，并可以再调用记录的曝光能量指示和模糊参数，用于当前机器视觉检查系统的后续运行。
在方框708，基于输入和/或再调用的曝光能量指示和模糊参数，当前机器视觉检查系统确定图像采集曝光参数和图像采集速度的组合以获得各个工件特征在运动时的检查图像。以上我们描述了用于确定图像采集曝光参数和图像采集速度可用组合的各种原理和方法，因此，此处不再需要详细地描述。然而，作为一个说明性而不是限制性的例子，第一机器视觉检查系统可以包含一组各自的定标值，每个定标值提供或对应于根据相对高光源功率强度和相对短曝光组合的各个曝光能量。可以选取这个数值以提供各个工件特征的合适曝光图像，还可用作方框704中记录的曝光能量指示。此外，当前机器视觉检查系统可以包含一组各自定标值，定标成按照与第一机器视觉检查系统类似的方式提供类似的各个曝光能量。在这种情况下，方框708中确定当前机器的图像采集曝光参数可以包括利用对应于定标值的光源功率强度和曝光时间，用作方框704中记录的曝光能量指示。基于当前机器视觉检查系统的曝光时间参数，选取与这些曝光参数组合使用的相对运动速度，为的是提供有可接受图像模糊度的各个工件特征图像。以上我们已描述基于图像曝光时间确定这种相对运动速度的原理。
在方框710，当前机器视觉检查系统利用图像采集曝光参数和相对运动速度的组合以获取各个工件特征的检查图像，因此，检查图像有可接受的图像模糊量。方框710完成各个工件特征的例行程序700。
当然，更一般地说，对于多个工件特征可以重复方框702和704的操作，并与多个其他的机器控制和图像分析和检查指令结合进行，例如，在学习运行模式下，为的是在第一机器视觉检查系统上建立工件的零件程序。然后，可以在当前机器视觉检查系统上执行该零件程序，因此，对于多个工件特征可以重复方框706-710的运行，并与多个其他的机器控制和图像分析和检查指令结合进行，例如，在学习运行模式下，为的是按照零件程序指令检查一个或多个工件。
在各个实施例中，我们在以上已建议光功率强度设置在最大可能的电平上。然而，应当理解，光功率强度的设置仅仅是作为例子，而不是对它的限制。一般地说，光功率强度可以设置在任何的电平上，它最佳地增强在图像上完成的图象检查操作和/或提供可接受的照明光源工作寿命，和/或按照机器视觉检查系统的任何其他重要运行考虑。在各个典型实施例中，用于选通照明的光源可以包括氙闪光灯，高强度LED，例如，LuxeonTM生产线上的一种LED，可以从San Jose，California的Lumileds Lighting，LLC，购得，或任何其他合适的已知或以后开发的选通光源。在一个典型实施例中，用于选通照明的光源可以包括波长约为470nm的蓝光LED。然而，摄像机敏感范围内的任何波长可用在各个典型实施例中。利用以上描述的任何类型选通光源，可以作为以上描述的光源220-240。
虽然我们已描述本发明的各种优选和典型实施例，但是，应当理解，在不偏离本发明精神和范围的条件下，可以按照本发明的原理作各种变化。
权利要求
1.一种在第一精密机器视觉检查系统上编程工件检查程序的方法，精密机器视觉检查系统包括至少包含摄像机的图像采集系统；至少一个光源；工件载物台；和控制系统部分，其中工件载物台和摄像机中至少一个可以运动，从而形成相对的运动，且其中摄像机和光源中至少一个限定精密机器视觉检查系统的最小有效曝光时间，该方法包括(a)对于各个工件特征的图像，确定可接受的图像采集曝光参数；(b)至少记录一个表示曝光能量的参数，它对应于工件检查程序中确定的图像采集曝光参数；和(c)对于工件检查程序中各个工件特征的图像，至少记录一个表示可接受的图像模糊参数。
2.按照权利要求1的方法，其中至少一个表示曝光能量的参数限定光源功率设置与曝光时间的组合。
3.按照权利要求2的方法，其中第一精密机器视觉检查系统包含一组可用于提供各个曝光能量的数值，确定可接受的图像采集曝光参数包括选取该组数值中的一个数值，和至少记录一个表示曝光能量的参数包括记录该组数值中选取的一个数值，曝光能量参数对应于确定的图像采集曝光参数。
4.按照权利要求2的方法，其中至少一个表示工件检查程序中可接受的图像模糊参数包含其中之一a)用于与曝光时间结合的相对运动速度以提供可接受的图像模糊，和b)在曝光时间内限定可接受的相对运动位移的图像模糊参数。
5.按照权利要求4的方法，还包括在当前精密机器视觉检查系统上执行工件检查程序，该系统是其中之一a)第一精密机器视觉检查系统和b)不是第一精密机器视觉检查系统的精密机器视觉检查系统，包括以下的子步骤(i)至少接收一个表示工件检查程序中记录的各个工件特征的曝光能量参数；(ii)至少接收一个表示工件检查程序中记录的各个工件特征可接受的图像模糊参数；和(iii)在当前精密机器视觉检查系统上确定光源功率设置，曝光时间，和与曝光时间结合的相对运动速度的运行组合，为的是提供不超过可接受图像模糊的图像模糊。
6.按照权利要求5的方法，还包括以下的子步骤利用光源功率设置，曝光时间，和相对运动速度的运行组合以获取各个工件特征的图像。
7.按照权利要求5的方法，其中第一精密机器视觉检查系统包含第一组可用于控制图像曝光的数值，而每个数值可用于提供对应的定标曝光能量，当前精密机器视觉检查系统包含当前一组可用于控制图像曝光的数值，而每个数值可用于提供对应的定标曝光能量，而从第一机器和当前机器上第一组和当前组数值得到的类似数值可用于提供对应定标曝光能量的类似曝光能量，其中至少接收一个表示工件检查程序中记录的曝光能量参数的步骤包括接收第一组数值中的一个数值；和确定光源功率设置，曝光时间，和相对运动速度运行组合的步骤包括利用最接近于第一组数值中接收数值的当前组数值中的一个数值，确定当前精密机器视觉检查系统中光源功率设置和曝光时间的组合；和确定与确定曝光时间结合的相对运动速度，提供不超过可接受图像模糊的图像模糊。
8.按照权利要求2的方法，其中曝光时间是由以下的一个确定a)摄像机的有效光积分持续时间，b)摄像机的电子快门曝光持续时间，和c)光源的选通光照持续时间。
9.一种在第一精密机器视觉检查系统上编程零件程序的方法，精密机器视觉检查系统包括至少包含摄像机的图像采集系统；至少一个光源；工件载物台；和控制系统部分，其中工件载物台和摄像机中至少一个可以运动，从而形成相对的运动，且其中摄像机和光源中至少一个限定精密机器视觉检查系统的最小有效曝光时间，该方法包括(a)确定与各个工件特征图像的可允许图像模糊有关的功能限制；(b)确定用于获取各个工件特征图像的限定光功率强度下最佳曝光时间；(c)基于与图像模糊和最佳曝光时间有关的功能限制，计算摄像机与工件载物台之间的运行相对速度；和(d)存储功能限制和至少一个表示曝光时间与限定光功率强度乘积的参数，用于获取零件程序中各个工件特征的图像。
10.按照权利要求9的方法，其中功能限制包括模糊限制。
11.按照权利要求9的方法，其中在步骤(b)，确定最佳曝光时间，为的是至少获得边缘上所需灰度级和所需对比度中的一个。
12.按照权利要求9的方法，其中零件程序还包括在执行零件程序的至少部分持续时间内，控制摄像机与工件载物台之间连续相对运动的运动指令。
13.按照权利要求9的方法，还包括在不同于第一精密机器视觉检查系统第二精密机器视觉检查系统上执行零件程序，包括以下的子步骤(i)接收第二系统光源的最大光功率，最大相对运动速度，和最小有效曝光时间；(ii)从零件程序中接收与允许图像模糊有关的功能限制，和至少一个表示曝光时间与限定光功率强度乘积的参数；(iii)基于至少一个表示曝光时间与限定光功率强度乘积的参数和第二精密机器视觉检查系统的选取光功率强度，计算利用第二精密机器视觉检查系统获取各个工件特征图像的最佳曝光时间；和(iv)基于第二精密机器视觉检查系统的功能限制和最佳曝光时间，计算利用第二精密机器视觉检查系统获取各个工件特征图像的运行相对速度。
14.按照权利要求13的方法，其中在子步骤(iii)，选取第二系统的最大光功率作为光功率强度。
15.按照权利要求13的方法，其中计算第二机器视觉检查系统最佳曝光时间的子步骤(iii)还包括以下的次子步骤(1)基于至少一个表示曝光时间与限定光功率强度乘积的参数和选取的光功率强度，计算曝光时间；(2)比较计算的曝光时间与第二系统光源的最小有效曝光时间，确定哪个曝光时间较长；(3)若计算的曝光时间较长，则设定计算的曝光时间为最佳曝光时间；和(4)若最小有效曝光时间较长，则设定最小有效曝光时间为最佳曝光时间，并至少完成以下一个步骤a)基于至少一个表示曝光时间与限定光功率强度乘积的参数和最小有效曝光时间，计算光功率强度，和b)基于功能限制和最小有效曝光时间，重新计算运行的相对速度。
16.按照权利要求13的方法，其中计算运行相对速度的子步骤(iv)还包括以下的次子步骤(1)基于功能限制和最佳曝光时间，计算相对速度；(2)比较计算的相对速度与第二系统的最大相对运动速度，确定哪个速度较低；(3)若计算的相对速度较低，则设定计算的相对速度较低为运行相对速度；和(4)若第二系统的最大相对运动速度较低，则设定最大相对运动速度为运行相对速度，基于功能限制和最大相对运动速度，重新计算最佳曝光时间，和基于至少一个表示曝光时间与限定光功率强度乘积的参数和重新计算的最佳曝光时间，计算光功率强度。
17.按照权利要求9的方法，其中对于与各个工件特征对应一组工件图像中的每个图像，至少重复步骤(b)至(d)。
18.一种包含计算机可执行指令的计算机可读媒体，该指令装入到用于检查工件的精密机器视觉检查系统中控制系统部分，精密机器视觉检查系统包括至少包含摄像机的图像采集系统；至少一个光源；工件载物台；和控制系统部分，其中工件载物台和摄像机中至少一个可以运动，从而形成相对的运动，且其中摄像机和光源中至少一个是可控的，用于限定精密机器视觉检查系统的有效曝光时间，计算机可执行指令至少包含一个记录的参数，该参数表示与各个工件特征图像可接受的图像采集曝光参数对应的曝光能量，和至少一个记录的参数，该参数表示各个工件特征图像可接受的图像模糊，而计算机可执行指令在控制系统部分上运行时完成以下的操作，包括(i)至少接收一个表示计算机可执行指令中记录各个工件特征的曝光能量参数；(ii)至少接收一个表示计算机可执行指令中记录各个工件特征的可接受图像模糊参数；和(iii)在精密机器视觉检查系统上确定光源功率设置，曝光时间，和与曝光时间结合的相对运动速度的运行组合，可以提供各个工件特征的图像，它包含不超过可接受图像模糊的图像模糊。
全文摘要
一种用于产生工件图像采集/检查程序的机器视觉检查系统和方法，该程序可以被有不同硬件能力的不同机器视觉系统分享。每个系统包含用于扫描和测量选取工件特征的可运动载物台，并最好包含控制工件图像有效曝光时间的选通照明。基于与图像模糊有关的功能限制，该程序可以确定各种图像采集参数，例如，载物台速度，选通光功率，选通曝光时间等。因此，基于功能限制，可以确定该系统的最佳图像采集参数，使该程序自动适应任何特定的系统。所以，相同的程序可用在不同的系统上，它一致地提供所需精确度，以及最佳或准最佳处理能力，而与使用哪种视觉系统无关。
文档编号G01B21/00GK1769834SQ20051011643
公开日2006年5月10日 申请日期2005年10月20日 优先权日2004年10月21日
发明者马克·L·德兰尼 申请人:株式会社米姿托约