坐标测量设备的制作方法
【专利摘要】一种坐标测量设备，包括探测器，所述探测器具有：照射光学系统，用于向工件照射沿着预定平面的光；摄像设备，其具有配置在摄像面上的摄像元件，并且用于从与所述预定平面上的位置不同的位置对所述工件进行摄像；以及控制器，用于控制所述照射光学系统。所述控制器进行以下操作：判断摄像面上的摄像区域中所配置的摄像元件是否检测到由于来自所述照射光学系统的光而入射到所述工件上的入射光；在所述摄像区域内所配置的摄像元件检测到所述入射光的情况下，使从所述照射光学系统所照射的光点亮；以及在所述摄像区域内所配置的摄像元件没有检测到所述入射光的情况下，使从所述照射光学系统所照射的光按预定周期闪烁。
【专利说明】坐标测量设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过向被测物体照射光并拍摄其图像来测量该被测物体的形状的坐标测量设备。
【背景技术】
[0002]传统上，已知如下的形状测量设备:通过利用探测器扫描被测物体(以下称为“工件”)的表面并获取该工件的各部位的例如位置坐标，来测量该工件的表面形状。这种形状测量设备的已知示例包括用于测量工件的位置坐标并且包含与工件的表面相接触的测量器(触针)的形状测量设备、以及在无需接触工件的表面的测量器(触针)的情况下利用光学系统来进行测量的非接触型形状测量设备。
[0003]这种非接触型表面形状测量设备包括照射光学系统和非接触型探测器，其中该照射光学系统从预定照射方向向工件照射沿着预定平面的光，以及该非接触型探测器由用于拍摄入射到工件的表面上的光的形状的图像的摄像设备构成。该照射光学系统包括:光源，用于向着工件照射具有直线形状的激光(点激光)；以及照射光调整器，用于将光源所照射的激光调整成平面形状(片状形状)。根据该照射光学系统，向着工件表面照射沿着预定平面的照射光(还称为线激光、激光片、激光灯片等)，并且与该工件的形状相对应的入射光(即，具有工件的轮廓形状的光)入射到照射光和工件表面相交的位置处。摄像设备从与光源的照射方向不同的预定摄像方向来拍摄工件(入射到表面上的入射光)的图像。
[0004]利用上述结构，可以基于照射光学系统的照射方向、摄像设备的摄像方向、照射光学系统和摄像设备之间的距离、以及所拍摄图像，使用三角测量法来计算入射到工件表面上的光(即，工件的轮廓形状的空间坐标)。
[0005]在这种非接触型表面形状测量设备中，如上所述，摄像方向和照射光学系统的照射方向不同。因此，例如在探测器和工件之间的距离变得过小或过大的情况下，入射到工件表面上的光没有照射在摄像设备的摄像区域内并且无法进行摄像。可以在显示器上确认探测器和工件之间的距离是否适当；然而，在这种情况下，操作员必须从视觉上识别显示器和试样台这两者，由此导致可操作性下降。
[0006]传统上，为了解决该问题，除探测器以外，还设置了照射具有与激光的波长不同的波长的指示光的指示光照射器，并且在激光在能够进行测量的范围外的情况下，使指示光照射器点亮并向工件照射指示光，由此使得能够确认激光是否位于能够进行工件的测量的范围内(日本特开2012-127805)。
[0007]然而，在日本特开2012-127805所述的方法中，为了确认激光是否位于工件的摄像区域内，必须单独设置波长与激光的波长不同的指示光照射器，这可能导致设备的制造成本增加。另外，使指示光照射器与激光分开点亮，因此增加了电力消耗，这可能导致由于照明光照射器所产生的热而引起的热漂移或故障。即使在安装有冷却扇的情况下，由于该冷却扇所引起的振动也可能传递至探测器，因而测量精度可能下降。此外，在这种情况下，必须设置气孔从而使测量用探测器冷却，并且这也与耐环境性的下降有关。
【发明内容】
[0008]有鉴于以上，本发明寻求提供成本低且可操作性和耐环境性优良的坐标测量设备。
[0009]根据本发明的方面的一种坐标测量设备，其具有非接触型的探测器，非接触型的所述探测器包括:照射光学系统，用于向工件照射沿着预定平面的光；摄像设备，其具有配置在摄像面上的多个摄像元件，并且用于从与所述预定平面上的位置不同的位置对所述工件进行摄像；以及控制器，用于响应于所述摄像设备的输出信号来控制所述照射光学系统。所述控制器被配置为判断所述摄像面上的预定的摄像区域中所配置的摄像元件是否检测到由于来自所述照射光学系统的照射光而入射到所述工件的表面上的入射光，在所述摄像区域内所配置的摄像元件检测到所述入射光的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光点亮，以及在所述摄像区域内所配置的摄像元件没有检测到所述入射光的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光按预定周期进行闪烁。
[0010]另外，所述控制器还被配置为在所述摄像区域内所配置的摄像元件中存在光接收量大于阈值(是指用以判断利用摄像元件的光接收的最小光接收量，并且以下在本说明书中同样如此)的摄像元件的情况下，可以判断为所述摄像区域中所配置的摄像元件检测到所述入射光，以及所述控制器还被配置为在所述摄像区域内所配置的摄像元件中不存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，可以判断为所述摄像区域中所配置的摄像元件没有检测到所述入射光。
[0011]具体地，在根据本发明的坐标测量设备中，在摄像区域内所配置的摄像元件检测到入射光的情况下，使从照射光学系统所照射的光点亮，并且在摄像区域内所配置的摄像元件没有检测到入射光的情况下，从照射光学系统所照射的光按预定周期闪烁。因此，在探测器和工件之间的距离在预定距离范围外、并且不再在摄像设备的光接收面的摄像区域中所配置的摄像元件上对入射光进行摄像的情况下，使从照射光学系统所照射的光闪烁。因此，可以提供如下的坐标测量设备，其中该坐标测量设备具有优良的可操作性，并且使得操作员能够仅通过查看探测器和工件来确认探测器和工件之间的距离是否适当。在摄像设备的光接收面上的摄像区域中所配置的摄像元件上的光接收量为阈值以下的情况下，无法测量工件的形状，因此即使在使从照射光学系统所照射的光闪烁的情况下，也不会对测量产生影响。
[0012]另外，利用本发明，无需向探测器设置指示光照射器，因此可以抑制上述各种发热问题，并且还可以通过减少组件的数量来使探测器小型化和低成本化。
[0013]在根据本发明的另一方面的坐标测量设备中，所述控制器还被配置为根据在预定的监视区域中检测到所述入射光的摄像元件的位置，检测所述探测器和所述工件之间的距离，其中所述监视区域比所述摄像面上的预定的所述摄像区域宽，以及在所述摄像区域中所配置的摄像元件没有检测到所述入射光的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光按与所检测到的距离相对应的周期进行闪烁。在根据这种方面的坐标测量设备中，利用监视区域中的摄像元件来检测探测器和工件之间的距离，因此可以更加良好地调整探测器和工件之间的距离。
[0014]根据本发明的另一方面的坐标测量设备，所述坐标测量设备能够在第一选择操作模式和第二选择操作模式下进行工作，所述控制器还被配置为检测所述摄像区域中所配置的各摄像元件的光接收量，在所述第一选择操作模式中，在所述摄像区域内所配置的摄像元件中存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光点亮，并且在所述摄像区域内所配置的摄像元件中不存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光按预定周期进行闪烁，以及在所述第二选择操作模式中，在所述摄像区域中的各摄像元件接收光时，在存在光接收量饱和的摄像元件的情况下，所述控制器减少下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度，并且在不存在光接收量饱和的摄像元件的情况下，所述控制器增加下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度，以及进一步，在所述摄像元件接收光时，在从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度达到最大强度、并且光接收量为阈值以下的情况下，所述控制器将下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度设置为最小强度。
[0015]在根据这种方面的坐标测量设备中，所述第一操作模式还可以是手动操作所述探测器以执行所述测量的手动操作测量模式，而所述第二操作模式还可以是自动操作所述探测器以执行所述测量的自动操作测量模式。例如在通过CNC(计算机数值控制)操作来驱动坐标测量设备的情况下，可以首先针对该坐标测量设备进行教导，然后该坐标测量设备可以自动进行工作。这里，在进行教导的情况下，操作员必须从视觉上识别探测器和工件，并且可以通过采用第一操作模式来容易地进行教导。另一方面，在通过CNC操作来驱动坐标测量设备的情况下，响应于教导的结果来自动驱动探测器，因此操作员无需从视觉上详尽地识别探测器和工件之间的距离。此外，通过在这种情况下采用第二操作模式并且自动调整从照射光学系统所照射的光的光强度，可以进行良好的测量。另外，例如，在上述的教导或操作员对探测器的操作期间，还可以在第一操作模式和第二操作模式之间进行切换。
[0016]此外，本发明例如还可以使用软件或固件以低成本来实现，并且同样可应用于现有的坐标测量设备。例如，在利用软件来实现本发明、并且设置到现有设备的指示光照射器被配置为利用软件来熄灭的情况下，即使使用现有设备，也可以在提高可操作性的同时避免上述由于热所引起的问题。
[0017]根据本发明，可以提供成本低且可操作性和耐环境性优良的坐标测量设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]在以下的详细说明中，通过本发明的典型实施例的非限制性示例的方式参考所述的多个附图来进一步说明本发明，其中在附图的几个视图中，相同的附图标记表示相似的部件，并且其中:
[0019]图1是构成根据本发明的第一实施例的坐标测量设备的系统的整体图；
[0020]图2示出坐标测量设备中的光学探测器的结构；
[0021]图3A和3B是示出坐标测量设备的光学探测器和使用该光学探测器所照射的光的示意图；
[0022]图4是示出坐标测量设备的照射光学系统和摄像设备的光学探测器内的配置的示意图；
[0023]图5是坐标测量设备的CMOS图像传感器的模式图；
[0024]图6是示出CMOS图像传感器的摄像区域和监视区域的模式图；
[0025]图7是示出坐标测量设备的光学探测器的控制系统的框图；
[0026]图8是说明坐标测量设备的操作的流程图；
[0027]图9是说明根据本发明的第二实施例的坐标测量设备的操作的流程图；
[0028]图10是示出坐标测量设备的操作的模式图；
[0029]图11是说明坐标测量设备的操作的流程图；
[0030]图12是说明根据本发明的第三实施例的坐标测量设备的操作的流程图；以及
[0031]图13是示出根据本发明的第四实施例的坐标测量设备的照射光学系统和摄像设备的光学探测器内的配置的示意图。
【具体实施方式】
[0032]这里所示的细节是举例，是仅用于例示性地论述本发明的实施例的目的，并且是为了提供被认为是针对本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的说明而呈现的。在这方面，没有尝试以比本发明的基本理解所需的细节更详细的方式示出本发明的结构细节，其中利用附图所进行的说明使本领域技术人员显而易见地明白在实践中可以如何实现本发明的各形式。
[0033]第一实施例
[0034]以下将参考附图来详细说明根据本发明的第一实施例的坐标测量设备。图1是构成根据第一实施例的坐标测量设备的系统的整体图。该坐标测量设备通过设置根据本实施例的非接触型光学探测器17作为坐标测量设备I的测量探测器来构成。该坐标测量设备由以下构成:驱动控制设备2，用于控制坐标测量设备I的驱动，并且还从坐标测量设备I获取所需的测量坐标值；操作面板3，用于经由驱动控制设备2来手动操作坐标测量设备I ;以及主机系统4，用于编译/执行给出驱动控制设备2所进行的测量过程的指令的零件程序，其中该主机系统4还进行用于将几何形状拟合为经由驱动控制设备所获取到的测量坐标值的计算并且记录并发送零件程序。
[0035]坐标测量设备I按照如下所述进行配置。将工作台11放置在防振台10上，以使得(作为基面的)工作台11的上表面与水平面对齐，并且利用相对于工作台11的两个侧端直立设置的臂支撑构件12a和12b的上端来支撑X轴引导件13。臂支撑构件12a的下端由Y轴驱动机构14在Y轴方向上驱动，并且臂支撑构件12b的下端由空气轴承支撑，从而能够在工作台11的上方在Y轴方向上移位。X轴引导件13在X轴方向上驱动在垂直方向上延伸的Z轴引导件15。向Z轴引导件15设置Z轴臂16从而能够沿着Z轴引导件15驱动Z轴臂16，并且将非接触型光学探测器17安装在Z轴臂16的下端。此外，光学探测器17能够在水平面内转动，并且能够在与水平面垂直的平面内转动。
[0036]图2是示出根据本实施例的坐标测量设备中的光学探测器17的结构的示意图。图3是该光学探测器17的立体图。光学探测器17包括:壳体171 ;照射光学系统172，其配置在壳体171内；摄像设备173，用于拍摄工件的图像；以及控制电路174，用于响应于摄像设备173的输出来调整照射光学系统172所照射的光量。
[0037]照射光学系统172向着工件5照射光，其中该光是沿着预定平面(照射面)S3所照射的。照射光学系统172包括激光光源1721和扩束器1723。从激光光源1721所照射的激光是由扩束器1723在与纸面正交的方向上进行扩展的、沿着预定平面S3所照射的光。扩束器1723例如是棒状透镜或柱面透镜。此外，在本说明书中称为“照射光”的情况下，这种指代是指已从照射光学系统172照射的并且尚未到达工件5的表面的光。此外，在本实施例中，使柱面透镜等与点光源配对以生成沿着预定平面照射的光。然而，例如，还可以使用诸如通过使LED排成直线形状并且使这些LED与磨砂光学系统配对来创建具有直线形状的光等的其它方法。
[0038]入射到工件5的表面上的光分别沿着由预定平面S3和工件5的表面相交的一组点构成的直线或曲线呈直线状或曲线状扩展。换句话说，光入射到利用预定平面S3切开工件5的截面的轮廓中。在本说明书中称为“入射光”的情况下，这种指代是指照射光已到达工件5的表面并被该表面反射、并且具有能够进行摄像的线状的光。
[0039]摄像设备173包括:光学系统1731，其具有入射光的波长所穿过的带通滤波器1731a和透镜1731b ;以及CMOS图像传感器1732，用于经由光学系统1731来拍摄工件5的图像。摄像设备173从与照射面S3不同的位置拍摄工件5的图像。具体地，利用摄像设备173从预定角度接收入射到工件5的表面上并且沿着工件5的表面的形状被反射的入射光。此外，带通滤波器1731a在遮挡除入射光以外的噪声光、仅使入射光透过并且提高测量精度方面是有效的。然而，带通滤波器1731a不是必须的并且还可以省略。
[0040]图3A和3B示出使用光学探测器17所照射的光以及入射光。如图3A所示，在入射光L从照射光学系统172入射到工件5上的情况下，该入射光沿着工件5的不均匀表面形状而变形，并且区分出利用照射面S3切开工件5时的轮廓。如图3B所示，摄像设备173在与预定照射面S3不同的位置处拍摄工件5的图像，并且获得如从该位置所观看到的入射光L的图像作为。
[0041]图4是示出照射光学系统172和摄像设备173的光学探测器17内的配置的示意图。在图4中，省略了带通滤波器1731a。
[0042]在根据本实施例的光学探测器17中，使用Scheimpflug(沙姆)定律。如图4所示，包括CMOS图像传感器1732的摄像面的平面(以下称为“摄像面SI”)、包括透镜1731b的主点的主平面S2、以及向工件5所照射的光的照射面S3在位于点P且与纸面正交的一条线处相交。利用这种配置，CMOS图像传感器1732的摄像面SI整体相对于照射面S3聚焦。这里，照射光学系统172和摄像设备173之间的距离是已知的，并且摄像面SI和照射面S3之间的角度也是已知的。此外，参考接收工件5的表面上发生反射的入射光的摄像元件的位置来定义照射光学系统172和入射光所照射的工件5的表面的位置之间的距离。因此，可以参考照射光学系统172和摄像设备173之间的距离、摄像面SI和照射面S3之间的角度、以及照射光学系统172和入射光所照射的工件5的表面的位置之间的距离，来计算光学探测器17和入射光所照射的工件5的部位之间的位置关系。此外，例如，利用安装在X轴引导件13、Y轴驱动机构14和Z轴引导件15内的编码器等来定义光学探测器17和工作台11之间的位置关系。因此，可以计算出在工作台11上并且被入射光所照射的工件5的部位的位置。
[0043]图5是根据本实施例的CMOS图像传感器1732的模式图。CMOS图像传感器1732包括呈矩阵配置在光接收面上的多个摄像元件(CMOS单元)。在本实施例中，CMOS图像传感器1732在照射光扩散的方向(图4中的照射面S3和摄像面SI之间的交线的延伸方向)上例如具有1024个摄像元件，并且在与该方向正交的方向上例如具有1280个摄像元件。此夕卜，CMOS图像传感器1732用作卷帘式快门。该卷帘式快门是如下方法:仅配置在一个或多个行(或列)中的摄像元件同时接收光，并且行单位(或列单位)的光接收在列方向(或行方向)上顺次进行。例如，在图5中，配置在第一列中的摄像元件(利用粗框突出显示的摄像元件)的光接收同时发生。在光接收操作完成的情况下，针对第二列和第三列顺次进行光接收。
[0044]图6是示出CMOS图像传感器1732的摄像区域321和监视区域322的模式图。在根据本实施例的坐标测量设备中，将主要用于拍摄工件5的图像的CMOS图像传感器1732的预定区域视为摄像区域321，将(包括摄像区域321的)CMOS图像传感器1732的整体区域视为监视区域322，并且在进行详细测量的情况下，仅使用摄像区域321中所配置的摄像元件来进行坐标测量。由此，可以提高CMOS图像传感器1732的帧频。此外，摄像区域321和监视区域322是CMOS图像传感器1732的摄像面上的区域。
[0045]图7是示出根据本实施例的光学探测器17的控制系统的框图。控制电路174包括CPU1741、连接至CPU1741的程序存储器1742、工件存储器1743和多值图像存储器1744。将CMOS图像传感器1732所获得的图像数据存储在多值图像存储器1744中。CPU1741参考多值图像存储器1744中所存储的图像数据并且经由强度控制器1724来调整照射光学系统172的光强度。
[0046]接着，说明具有上述结构的坐标测量设备的操作。如图4所示，在本实施例中，摄像设备173配置在与照射面S3不同的位置处。因此，向着工件5表面的部位所照射的光的方向不同于被工件5表面的该部位所反射的入射光的一部分的向着摄像设备173的方向。因此，例如在光学探测器17和工件5之间的距离变得过小或过大的情况下，照射到工件5的表面上的入射光落在摄像设备173的摄像区域外并且无法进行摄像。在主机系统4的显示器上确认在摄像设备173的摄像区域321内是否接收到入射光的情况下，操作员必须从视觉上识别显示器和在工作台11上的工件5这两者，这导致可操作性下降。
[0047]图8是说明根据本实施例的坐标测量设备的操作的流程图。在本实施例中，入射光的闪烁状态可以表示在摄像设备173的摄像区域321内是否正接收入射光。具体地，根据本实施例的坐标测量设备确认在测量期间是否正向工件5进行照射光的照射、并且在摄像区域321内是否正拍摄CMOS图像传感器1732的摄像面中的入射光(例如，确认摄像区域321内所配置的摄像元件的光接收量是否大于阈值)(步骤S101)。在摄像区域321内所配置的摄像元件中存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，使从照射光学系统172所照射的光点亮(步骤S102)。在摄像区域321内所配置的摄像元件中不存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，从照射光学系统172所照射的光以操作员能够从视觉上识别的强度(例如，接近O的强度和预定强度)按预定周期闪烁(步骤S103)。此外，在步骤SlOl中，参考光接收量大于阈值的摄像元件相对于摄像区域321内的摄像元件的总数的比例来进行判断。
[0048]在具有这种结构的实施例中，在光学探测器17和工件5之间的距离处于摄像设备173可以对入射到工件5表面上的光进行摄像的距离范围内的情况下，使入射光点亮，并且在光学探测器17和工件5之间的距离超过该范围的情况下，使入射光闪烁。因此，可以提供如下的坐标测量设备，其中该坐标测量设备具有优良的可操作性，并且使得操作员能够仅通过从视觉上识别照射到工件5表面上的入射光的状态来确认光学探测器17和工件5之间的距离是否适当。在光学探测器17和工件5之间的距离不适当的情况下，无法测量工件5的形状，因此即使在此时使从照射光学系统172正照射的光闪烁的情况下，也不会对测量产生影响。
[0049]在上述，“点亮”是指从操作员的角度而言照射光和入射光这两者连续发光的状态，而“闪烁”是指从操作员的角度而言可识别为闪烁的状态。因此，例如即使在通过PWM(脉冲宽度调制)控制来控制照射光学系统172的情况下，在从操作员的角度判断为正连续发光的情况下，这也被视为“点亮”而不是“闪烁”。
[0050]另外，利用本发明，无需向光学探测器17设置激光指示器或其它照明源，因此可以抑制上述的各种发热问题，此外可以通过减少组件的数量来使光学探测器17小型化和低成本化。此外，由于在无法进行测量的情形下照射光学系统闪烁，因此还可以抑制电力消耗。
[0051]此外，根据本实施例的方法例如可以使用软件或固件以低成本来实现，并且同样可以应用于现有的坐标测量设备。例如，在利用软件来实现本发明、并且设置到现有设备的指示光照射器被配置为利用软件来熄灭的情况下，即使使用现有设备，也可以在提高可操作性的同时避免上述由于热所引起的问题。
[0052]第二实施例
[0053]以下参考附图来详细说明根据本发明的第二实施例的坐标测量设备。图9是说明根据本实施例的坐标测量方法的流程图。根据本实施例的坐标测量方法的不同之处在于:首先进行操作模式选择处理(步骤SI)，响应于该选择操作来选择第一操作模式(步骤S2)或第二操作模式(步骤S3)，并且调整照射光学系统172的光强度。第一操作模式例如是手动操作探测器以执行测量的手动操作测量模式，而第二操作模式例如是自动操作探测器以执行测量的自动操作测量模式。在第一操作模式中，如参考图8所述进行照射光的强度的调整。
[0054]接着，说明第二操作模式。图10是示出第二操作模式的模式图。图10的上部示出摄像设备173所拍摄到的图像，而图10的下部示出照射光学系统172的输出与CMOS图像传感器1732的一帧的摄像周期中的时间之间的关系。图10的上部和下部彼此相对应，并且上部中的一列的图像表示在下部所示的时刻处、使用下部所示的照射光学系统172的输出来拍摄图像。
[0055]在使用三角测量法的坐标测量设备中，在例如反射率根据工件5的表面上的位置而不同的情况下，光接收量的波动可能导致各种问题。例如，在工件5表面的一部分的反射率极高的情况下，入射到CMOS图像传感器1732上的来自工件5的表面的入射光的强度可能超过能够进行最佳摄像的最大光强度，这样导致发生饱和并且测量精度劣化。此外，在工件5表面的一部分的反射率极低的情况下，入射到CMOS图像传感器1732上的入射光的光接收量可能没有达到阈值并且可能无法进行光接收。然而，在第二操作模式中，如图10的右侧部分所示，控制电路174响应于CMOS图像传感器1732中的光接收量来调整照射光学系统172的输出。因此，解决了上述由于光接收量的波动而产生的各种问题。
[0056]此外，在使用三角测量法的坐标测量设备中，例如在工件5的表面上具有预定以上的不均匀的情况下，入射光的一部分可能从未入射到CMOS图像传感器1732上并且可能无法进行该部分的光接收。在这种情况下，存在如下风险:控制电路174可能判断为由于照射光学系统172的输出不足而没有进行光接收，使照射光学系统172的输出增加为最大值，并且维持这种状态，由此可能导致光源劣化和电力消耗增加。然而，在第二操作模式中，在与照射光学系统172输出为最大无关地、没有进行利用CMOS图像传感器1732的光接收的情况下，如图10的左侧部分(上部的没有反射光的图像的一侧以及下部的激光输出为“O”的一侧)所示，将照射光学系统172的输出设置为最小值，由此实现光源的长寿命化和低电力消耗化。
[0057]图11是说明这些操作模式的流程图。在第二操作模式中，首先对CMOS图像传感器1732的一列(或一行)进行光接收并且获得一维图像数据(S201)，然后确认任何摄像元件是否经历饱和(S202)。在摄像元件经历饱和的情况下，减少照射光学系统172的输出(S203)。在步骤S202中没有检测到饱和的情况下，确认照射光学系统172的输出(S205)，并且在照射光学系统172的输出既不是最大输出也不是最小输出的情况下，增加下一扫描期间该位置处的照射光学系统172的输出(S204)。在照射光学系统172的输出是最大输出的情况下，进一步确认CMOS图像传感器1732的光接收量是否等于或小于阈值(S206)。这里，可以将能够进行测量的最小光接收量设置为阈值。在CMOS图像传感器1732的光接收量等于或小于阈值的情况下，将下一扫描期间该位置处的照射光学系统172的输出设置为最小输出(S207)，并且在CMOS图像传感器1732的光接收量不等于或小于阈值的情况下，照射光学系统172的输出保持处于最大输出。以上处理使得能够在测量工件5的非检测部的情况下将照射光学系统172的输出设置为最小值，可以抑制发热，可以降低电力消耗，并且可以延长光源的寿命。此外，在步骤S205中照射光学系统172的输出处于最小输出的情况下，将下一扫描期间该位置处的照射光学系统172的输出设置为最大输出(S208)。
[0058]对图5所示的CMOS图像传感器1732的各列顺次进行上述操作。此外，在第二操作模式中同样可以使用主要配置在摄像区域321中的摄像元件，但还可以使用监视区域322中所配置的摄像元件。
[0059]此外，如上所述，非检测部中的照射光学系统172的输出可以针对各扫描在最大值和最小值之间循环；然而，例如在利用照射光学系统172的最小输出进行η次扫描(其中，η是整数)的情况下，可以将输出切换为最大值。另外，从照射光学系统172的最小输出值的切换可以将输出切换为最小值和最大值之间的中间值，而不是设置为最大值。
[0060]此外，还可以提前输入例如CAD数据，由此可以定义测量开始位置和测量结束位置。在这种情况下，可以将CAD数据提前输入至主机系统4并且通过驱动控制电路2而存储在程序存储器1742中。还可以调用提前存储在程序存储器1742中的设置。
[0061]根据本实施例的坐标测量设备能够通过第一操作模式和第二操作模式来进行选择操作。因此，例如在通过CNC操作来驱动坐标测量设备的情况下，首先可以对坐标测量设备进行教导，然后该坐标测量设备可以自动进行工作。这里，在进行教导的情况下，操作员必须从视觉上识别光学探测器17和工件5 ;然而，通过采用第一操作模式，无需查看主机系统4的显示器。因此，操作员仅需查看光学探测器17和工件5，并且可以容易地进行教导。另一方面，在通过CNC操作来驱动坐标测量设备的情况下，响应于教导的结果来自动驱动光学探测器17，因此操作员无需详尽地查看光学探测器17或工件5。此外，通过在这种情况下自动调整照射光的光强度，可以进行良好的测量。另外，例如，在上述的教导或操作员对光学探测器17的操作期间，还可以切换并选择性地使用第一操作模式和第二操作模式。
[0062]第三实施例
[0063]以下参考附图来详细说明根据本发明的第三实施例的坐标测量设备。根据本实施例的坐标测量设备是以与根据第一实施例的坐标测量设备基本相同的方式构成的。然而，用于调整照射光学系统172的光强度的方法不同。
[0064]图12是说明根据本实施例的坐标测量设备的流程图。在本实施例中，在测量期间向工件5进行照射光的照射，并且确认在摄像区域321内所配置的摄像元件中是否接收到入射光(步骤S301);在接收到入射光的情况下，将摄像设备173设置为测量模式(步骤S302);并且将正从照射光学系统172照射的入射光设置为点亮状态(步骤S303)。此外，在测量模式中，将摄像设备173的ROI (关注区域、即从图像传感器读取图像的区域)的大小限制为摄像区域321，并且将帧频设置为高速。
[0065]在摄像区域321内所配置的摄像元件中没有接收到入射光的情况下，将摄像设备173设置为监视模式(步骤S304)。在该监视模式中，将摄像设备173的ROI的大小设置为最大(监视区域322)，并且将帧频设置得与测量模式中的帧频相比变低。
[0066]接着，确认在监视区域322中所配置的摄像元件中是否接收到入射光(步骤S305)，并且在监视区域322中所配置的任意摄像元件中接收到入射光的情况下，将入射光设置为按与摄像区域321和接收到入射光的摄像元件之间的距离(摄像设备173的光接收面上的距离)相对应的周期进行闪烁的闪烁状态(步骤S306)。例如，随着入射光接近摄像区域321，可以使闪烁的周期变短，并且随着接收入射光的摄像元件移动得远离摄像区域321，可以使闪烁的周期变长。相反情况也是可以的，并且可以定义操作员能够从视觉上识别的各种模式。
[0067]在监视区域322中也没有接收到入射光的情况下，使从照射光学系统172所照射的入射光按固定周期闪烁(步骤S307)。
[0068]具体地，在根据本实施例的坐标测量设备中，根据摄像区域321和接收入射光的摄像元件之间在摄像面上的距离来调整入射光的闪烁的周期。因此，响应于入射光的闪烁的周期，操作员变得能够容易地调整光学探测器17和工件5之间的距离。
[0069]此外，在上述摄像区域321中接收到入射光的情况下，以高帧频进行利用CMOS的摄像，由此使得能够进行有利的测量。另外，通常，在测量时不使用摄像区域321外的摄像元件的情况下，在摄像区域321中没有接收到入射光，并且在监视区域322中接收到入射光的情况下，即使帧频降低也不会影响测量。
[0070]第四实施例
[0071]以下说明根据本发明的第四实施例的坐标测量设备。在根据上述各实施例的坐标测量设备中，采用Scheimpflug光学系统。然而,Scheimpf Iug光学系统的使用不是严格必需的。在本实施例中，使用远心光学系统。如图13所示，例如，还可以采用摄像设备173'和照射光学系统172'。通过将CMOS图像传感器1732或CXD图像传感器的摄像面SI'和包括透镜1731b'的主点的主平面S2'配置成平行来形成摄像设备173'。照射光学系统172'沿着覆盖如下区域的平面S3'照射光，其中该区域是摄像设备173'的视野范围(更优选为摄像区域321中所配置的光接收元件的视野范围)和透镜1731b'的聚焦范围。此夕卜，在采用这种光学系统的情况下，为了使入射到工件5的表面上的光聚焦，可以使图13中的透镜1731W的焦深大于图4中的透镜1731b的焦深。在使用这种结构的情况下，可以使用三角测量原理来最佳地进行坐标测量。
[0072]其它实施例
[0073]在上述各实施例中，摄像设备173利用CMOS图像传感器；然而，还可以采用诸如C⑶图像传感器等的其它摄像设备。此外，还可以相结合地使用第二实施例的第二操作模式和第一操作模式。在这种情况下，例如在照射光学系统172的输出是最大输出、并且所有的摄像元件的光接收量等于或小于阈值的情况下，可以判断为光学探测器17和工件5之间的距离不适当并且入射光可能闪烁。此外，例如在坐标测量设备使用能够识别光学探测器17的位置的其它结构(例如，照相机、传感器等)的情况下，还可以使用该结构来识别光学探测器17和工件5之间的距离。
[0074]此外，在上述各实施例中，在工作台11上配置有工件5，并且利用臂支撑构件12a和12b、X轴引导件13、Y轴驱动机构14、Z轴引导件15和Z轴臂16来控制光学探测器17的位置。然而，本发明不限于这种实施例，并且作为代替，可以应用于使用三角测量法来获得光学探测器17和工件5的位置的坐标测量设备的各种实施例，诸如将光学探测器17安装至多关节臂或机器人臂的最前端的坐标测量设备、或者使用诸如照相机等的其它结构来获得光学探测器17的位置的坐标测量设备。
[0075]另外，在上述各实施例中，利用柱面透镜等来扩展从光源所照射的光，由此生成沿着预定平面S3的照射光。然而，还可以通过例如利用扫描镜(检流计镜、多面镜等)扫描来自光源的光来生成沿着预定平面S3所照射的光。此外，在利用扫描镜生成沿着预定平面S3所照射的光、并且采用CMOS图像传感器作为摄像设备173的情况下，可以使照射光的扫描的周期和利用CMOS图像传感器的摄像的周期同步。
[0076]注意，上述示例仅是为了说明的目的而提供的，并且决没有被构造成对本发明进行限制。尽管已参考典型实施例说明了本发明，但应当理解，这里已使用的词语是用于描述和说明的词语，而不是用于进行限制的词语。在没有背离本发明的各方面的精神和范围的情况下，可以在如当前陈述和修改的权利要求书的界限内进行改变。尽管这里已参考特定结构、材料和实施例说明了本发明，但本发明并不意图局限于这里所公开的细节；相反，本发明扩展至诸如在所附权利要求书的范围内等的在功能上等同的所有结构、方法和用途。
[0077]本发明不限于上述实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。
[0078]相关串请的交叉引用
[0079]本申请要求2013年9月18日提交的日本专利申请2013-193501的优先权，在此通过引用明确包含其全部内容。
【权利要求】
1.一种坐标测量设备，其具有非接触型的探测器，非接触型的所述探测器包括: 照射光学系统，用于向工件照射沿着预定平面的光； 摄像设备，其具有配置在摄像面上的多个摄像元件，并且用于从与所述预定平面上的位置不同的位置对所述工件进行摄像；以及 控制器，用于响应于所述摄像设备的输出信号来控制所述照射光学系统， 其中，所述控制器被配置为判断所述摄像面上的预定的摄像区域中所配置的摄像元件是否检测到由于来自所述照射光学系统的照射光而入射到所述工件的表面上的入射光， 在所述摄像区域内所配置的摄像元件检测到所述入射光的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光点亮，以及 在所述摄像区域内所配置的摄像元件没有检测到所述入射光的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光按预定周期进行闪烁。
2.根据权利要求1所述的坐标测量设备，其中， 所述控制器还被配置为在所述摄像区域内所配置的摄像元件中存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，判断为所述摄像区域中所配置的摄像元件检测到所述入射光，以及 所述控制器还被配置为在所述摄像区域内所配置的摄像元件中不存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，判断为所述摄像区域中所配置的摄像元件没有检测到所述入射光。
3.根据权利要求1所述的坐标测量设备，其中， 所述控制器还被配置为根据在预定的监视区域中检测到所述入射光的摄像元件的位置，检测所述探测器和所述工件之间的距离，其中所述监视区域比所述摄像面上的预定的所述摄像区域宽，以及 在所述摄像区域中所配置的摄像元件没有检测到所述入射光的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光按与所检测到的距离相对应的周期进行闪烁。
4.根据权利要求1所述的坐标测量设备，其中，所述坐标测量设备能够在第一选择操作模式和第二选择操作模式下进行工作， 所述控制器还被配置为检测所述摄像区域中所配置的各摄像元件的光接收量， 在所述第一选择操作模式中，在所述摄像区域内所配置的摄像元件中存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光点亮，并且在所述摄像区域内所配置的摄像元件中不存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光按预定周期进行闪烁，以及在所述第二选择操作模式中， 在所述摄像区域中的各摄像元件接收光时，在存在光接收量饱和的摄像元件的情况下，所述控制器减少下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度，并且在不存在光接收量饱和的摄像元件的情况下，所述控制器增加下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度，以及 进一步，在所述摄像元件接收光时，在从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度达到最大强度、并且光接收量为阈值以下的情况下，所述控制器将下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度设置为最小强度。
5.根据权利要求2所述的坐标测量设备，其中，所述坐标测量设备能够在第一选择操作模式和第二选择操作模式下进行工作， 所述控制器还被配置为检测所述摄像区域中所配置的各摄像元件的光接收量， 在所述第一选择操作模式中，在所述摄像区域内所配置的摄像元件中存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光点亮，并且在所述摄像区域内所配置的摄像元件中不存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光按预定周期进行闪烁，以及 在所述第二选择操作模式中， 在所述摄像区域中的各摄像元件接收光时，在存在光接收量饱和的摄像元件的情况下，所述控制器减少下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度，并且在不存在光接收量饱和的摄像元件的情况下，所述控制器增加下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度，以及 进一步，在所述摄像元件接收光时，在从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度达到最大强度、并且光接收量为阈值以下的情况下，所述控制器将下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度设置为最小强度。
6.根据权利要求3所述的坐标测量设备，其中，所述坐标测量设备能够在第一选择操作模式和第二选择操作模式下进行工作， 所述控制器还被配置为检测所述摄像区域中所配置的各摄像元件的光接收量， 在所述第一选择操作模式中，在所述摄像区域内所配置的摄像元件中存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光点亮，并且在所述摄像区域内所配置的摄像元件中不存在光接收量大于阈值的摄像元件的情况下，所述控制器使从所述照射光学系统所照射的照射光按预定周期进行闪烁，以及 在所述第二选择操作模式中， 在所述摄像区域中的各摄像元件接收光时，在存在光接收量饱和的摄像元件的情况下，所述控制器减少下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度，并且在不存在光接收量饱和的摄像元件的情况下，所述控制器增加下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度，以及 进一步，在所述摄像元件接收光时，在从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度达到最大强度、并且光接收量为阈值以下的情况下，所述控制器将下一光接收期间从所述照射光学系统所照射的照射光的光强度设置为最小强度。
7.根据权利要求4所述的坐标测量设备，其中，所述第一选择操作模式是手动操作所述探测器以执行测量的手动操作测量模式，而所述第二选择操作模式是自动操作所述探测器以执行测量的自动操作测量模式。
8.根据权利要求5所述的坐标测量设备，其中，所述第一选择操作模式是手动操作所述探测器以执行测量的手动操作测量模式，而所述第二选择操作模式是自动操作所述探测器以执行测量的自动操作测量模式。
9.根据权利要求6所述的坐标测量设备，其中，所述第一选择操作模式是手动操作所述探测器以执行测量的手动操作测量模式，而所述第二选择操作模式是自动操作所述探测器以执行测量的自动操作测量模式。
【文档编号】G01B11/24GK104457609SQ201410478687
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】山县正意 申请人:株式会社三丰