专利名称：图像测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过对测量对象摄像来对该测量对象进行测量的图像测量装置。
背景技术：
具有自动调焦功能的图像测量装置通过使诸如照相机等的摄像装置或其光学系统在光轴方向上移动来顺次获取测量对象的多个图像，并将获取到对比度最高的图像的光轴方向位置定义为该测量对象的聚焦位置(日本特开2009-168607A)。具有对比度型自动调焦功能的这种图像测量装置的自动调焦的精度和速度或多或少受自动调焦操作期间的帧频等影响。例如，由于因摄像装置的帧频和对摄像范围进行照明的照明单元的发光频率的组合而可能发生的闪烁，这种图像测量装置可能获取到亮度不均匀的图像。在这种情况下，由于亮度不足的图像的像素之间的亮度差小，因此这种图像的对比度变低而不管该图像是否是在聚焦位置处获取到；而亮度充足的图像的对比度变高。因而，存在难以基于对比度来判断聚焦位置的问题，这导致自动调焦的可靠性下降。为了克服该问题，图像测量装置通常具有如下的照明单元，其中，该照明单元不会因其与摄像装置的组合而发生闪烁。然而，同样在这种情况下，根据图像测量装置的结构， 可能存在难以消除外部漫射光(diffused light)的影响的多个情形。荧光灯管(以下称为室内灯)是难以消除并且往往成为问题的外部漫射光的例子。室内灯在电源频率为50Hz 的地区内以IOOHz重复闪烁以及在电源频率为60Hz的地区内以120Hz重复闪烁，并对测量结果和自动调焦结果造成不利影响。还存在照明单元自身闪烁的情况。此外，尽管这种图像测量装置可以由照相机和软件来容易地实现，但存在该装置需要很长时间来进行自动调焦处理的问题。为了解决该问题，可想到使照相机和光学系统高速移动。然而，由于帧频恒定，这使得自动调焦期间的图像获取间距粗略，并且使得难以获得正确的聚焦位置。
发明内容
有鉴于此而作出本发明，并且本发明的目的在于提供一种能够进行高精度和高速的自动调焦处理的图像测量装置。根据本发明的一个实施例的一种图像测量装置，包括摄像装置，用于对工件摄像；照明装置，用于利用光照射所述工件；位置控制系统，用于对所述摄像装置的聚焦位置进行控制，并将所述聚焦位置作为表示聚焦轴方向上的位置的信息而输出；以及控制装置， 用于在所述位置控制系统对所述聚焦位置进行控制时，对所述摄像装置的帧频进行控制， 并且还对所述摄像装置和所述照明装置至少之一进行控制，以使得所述摄像装置所接收的光量基本上恒定。在根据本发明的另一实施例的图像测量装置中，所述控制装置可以响应于来自所述摄像装置的信号，对所述摄像装置和所述照明装置至少之一进行控制。
根据本发明的另一实施例的一种图像测量装置，包括摄像装置，用于对工件摄像，并且所述摄像装置的曝光时间可变；照明装置，其被控制为以特定发光频率发光并且利用照明光照射所述工件；位置控制系统，用于对所述摄像装置的聚焦位置进行控制，并将所述聚焦位置作为表示聚焦轴方向上的位置的信息而输出；以及控制装置，用于在所述位置控制系统对所述聚焦位置进行控制时，基于室内灯的照亮频率是第一频率和第二频率中的哪一个来将所述摄像装置的曝光时间设置为所述室内灯的照亮周期的整数倍，其中，将所述照明装置的发光频率设置为所述第一频率和所述第二频率的公倍数。这种结构使得能够通过消除以特定周期重复闪烁的外部漫射光的影响并获取亮度均匀的图像来进行高精度的自动调焦处理。此外，这种结构可通用于电源频率不同的地区。在根据本发明的另一实施例的图像测量装置中，当关闭所述照明装置时，所述控制装置可以检测所述室内灯的照亮频率。在根据本发明的另一实施例的图像测量装置中，所述控制装置可以在将所述摄像装置的曝光时间设置为与所述第一频率相对应的照亮周期的整数倍、以及将所述摄像装置的曝光时间设置为与所述第二频率相对应的照亮周期的整数倍这两种情况下，均对所述位置控制系统进行控制，以与这两种情况相对应地使得所述摄像装置在多个不同的聚焦位置处进行摄像；所述控制装置可以计算所获取到的图像的平均亮度的波动率；并且所述控制装置可以将所述摄像装置的曝光时间设置为与所述第一频率和所述第二频率中对应于较低的平均亮度波动率的频率相对应的照亮周期的整数倍。这种结构使得可以在无需进行复杂操作的情况下设置摄像装置的帧频和照明装置的发光频率，从而使得能够在任意地区均容易地进行高精度的自动调焦处理。在根据本发明的另一实施例的图像测量装置中，所述第一频率可以为100Hz，并且所述第二频率可以为120Hz。在根据本发明的另一实施例的图像测量装置中，所述照明装置的发光频率可以为 600Hz的整数倍。在根据本发明的另一实施例的图像测量装置中，在获取到所述工件的三个以上的图像之后，所述控制装置可以改变所述摄像装置的聚焦位置。在根据本发明的另一实施例的图像测量装置中，所述照明装置可以接收来自所述摄像装置的垂直同步信号，并在所述摄像装置的曝光时间内输出特定数量的脉冲。在根据本发明的另一实施例的图像测量装置中，当所述工件被除所述室内灯以外的外部漫射光所照射时，所述控制装置可以设置长曝光时间。根据本发明的又一实施例的一种图像测量装置，包括摄像装置，用于对工件摄像，并且所述摄像装置的帧频可变；照明装置，用于利用光照射所述工件；位置控制系统， 用于对所述摄像装置的聚焦位置进行控制，并将所述聚焦位置作为表示聚焦轴方向上的位置的信息而输出；以及控制装置，用于在所述位置控制系统对所述聚焦位置进行控制时，对所述摄像装置的帧频进行控制并且根据所述摄像装置的帧频对所述照明装置的光量进行调整。在根据本发明的又一实施例的图像测量装置中，当对所述摄像装置的聚焦位置进行控制时，所述控制装置可以接收所述摄像装置的摄像范围的图像中的一部分，增大所述摄像装置的帧频，并且增加所述照明装置的光量。在根据本发明的又一实施例的图像测量装置中，所述控制装置可以响应于所述摄像装置所输出的垂直同步信号来对所述照明装置的光量进行调整。在根据本发明的又一实施例的图像测量装置中，当对所述摄像装置的聚焦位置进行控制时，所述控制装置可以根据第一帧频和第二帧频来对所述照明装置的光量进行调整，其中，所述第一帧频是基于所述摄像装置所输出的垂直同步信号的间隔所计算出的，所述第二帧频是通常测量时所使用的。在根据本发明的又一实施例的图像测量装置中，所述控制装置可以根据所述摄像装置的帧频来对所述摄像装置的增益进行调整。在根据本发明的又一实施例的图像测量装置中，所述控制装置可以响应于所述垂直同步信号来获得所述聚焦位置。在根据本发明的又一实施例的图像测量装置中，所述控制装置可以通过使用根据所述工件的表面的颜色、反射率等所定义的照明度(illuminance)来调整所述照明装置的光量。根据本发明的又一实施例的图像测量装置还可以包括帧频检测装置，用于检测所述摄像装置的帧频；以及标准帧频保持单元，用于保持图像测量期间所述摄像装置的帧频。在根据本发明的又一实施例的图像测量装置中，所述帧频检测装置和所述标准帧频保持单元可以由程序来实现。在根据本发明的又一实施例的图像测量装置中，当所述照明装置的输出超过特定值时，所述控制装置可以对所述摄像装置的增益进行调整。
图9是示出与根据本发明实施例的图像测量装置有关的、室内灯的照亮频率和曝光时间之间的关系的不例的时序图。图10是示出根据本发明第一实施例的图像测量装置的帧频确定方法的流程图。图11是示出与图像测量装置有关的、发光频率和曝光时间之间的关系的时序图。图12是示出与根据本发明第一实施例的图像测量装置有关的、发光频率和曝光
图I是根据本发明第一实施例的图像测量装置的整体外观的图。
图2是示出同一图像测量装置的结构的框图。
图3是示出同一图像测量装置的一部分组件的框图。
图4是示出同一图像测量装置的自动调焦方法的图。
图5是示出与图像测量装置有关的、对比度和照相机的z坐标之间的关系的图。
图6是示出与图像测量装置有关的、室内灯的照亮频率和曝光时间之间的关系的
图7是示出与图像测量装置有关的、室内灯的照亮频率和曝光时间之间的关系的
图8是示出与图像测量装置有关的、室内灯的照亮频率和曝光时间之间的关系的时间之间的关系的时序图。
是示出根据本发明第二实施例的图像测量装置的结构的框图。
是示出同一图像测量装置的自动调焦方法的时序图。
是用于说明同一图像测量装置的照明控制方法的框图。
是用于说明根据本发明第三实施例的图像测量装置的照明控制方法的框
是示出同一图像测量装置的自动调焦方法的时序图。
是示出根据本发明第四实施例的图像测量装置的自动调焦方法的时序图。图13
图14
图15
图16图。
图17
图18
具体实施例方式第一实施例接着，将参考附图来详细说明根据本发明第一实施例的图像测量装置的结构。图I是根据本实施例的图像测量装置的整体外观的图。该图像测量装置包括图像测量仪1，其安装有作为用于对工件3摄像的摄像装置的照相机141 ;以及计算机(以下称为“PC”)2，其电连接至图像测量仪I。图像测量仪I被配置成如下。即，在试样移动单元11上放置试样台12，以使得试样台12的上表面作为基面呈水平面。在竖立于试样移动单元11的两个侧端的臂支撑件13a 和13b的上端支撑有X轴引导件13c。由试样移动单元11在Y轴方向上驱动试样台12。在 X轴引导件13c上支撑摄像单元14，以使得可以在X轴方向上驱动摄像单元14。在摄像单元14的下端安装照相机141。尽管本实施例采用对配置在试样台12上的工件3摄像的方式，但勿庸置疑，可以采用任何其它方式，并且例如可以采用从横方向对放置在地板上的工件摄像的方式。照相机141可以是诸如CCD、CMOS等的各种类型的照相机。图2是根据本实施例的图像测量装置的框图。在本实施例中，该图像测量装置包括用作例如图像测量仪I内部的控制装置的控制器15，并且控制器15包括位置控制系统 151和照明控制装置152。摄像单元14包括利用光来照射工件3的照明装置142。在本实施例中，照明装置142是PWM(脉冲宽度调制)控制的LED。PC 2经由位置控制系统151来控制照相机141的聚焦位置。PC 2将指定帧频的信号发送至照相机141，并将针对照明装置142的PWM频率指示发送至照明控制装置152。照相机141以指定帧频对利用来自照明装置142的照明光和室内光所照射的工件3摄像，并将图像信息发送至PC 2。此时，将照相机141的位置信息从位置控制系统151发送至PC 2。在本实施例中，PWM控制的LED照明器用作照明装置142，但勿庸置疑，可以使用各种类型的照明器。接着，将说明根据本实施例的图像测量装置的摄像单元14的结构。图3是示出根据本实施例的图像测量装置的一部分的结构的框图。在本实施例中，摄像单元14包括照相机141 ;线性编码器143，用于检测和输出照相机141的Z坐标；照相机驱动机构144，用于在Z轴方向上驱动照相机141 ;以及Z轴马达145，用于驱动照相机驱动机构144。Z轴马达145由位置控制系统151经由设置在图像测量仪I中的电源单元16所控制。对线性编码器143进行安装，以使得其标尺或检测头与照相机141连动地在Z轴方向上移动。位置控制系统151包括锁存计数器和Z值锁存缓冲器，响应于触发信号从线性编码器143获取照相机141的Z坐标信息，并将所获取信息保持在Z值锁存缓冲器中。照相机141分别经由USB接口连接至PC 2以及经由专用DIO (数字输入/输出)连接至位置控制系统151。位置控制系统151向电源单元16输出Z轴驱动指示。电源单元16向Z轴马达145 供给驱动电力，并且Z轴马达145利用照相机驱动机构144驱动照相机141。照相机141以任意帧频进行摄像，并将图像信息经由USB接口发送至PC 2。此时，照相机141可以将垂直同步信号作为触发信号输出至位置控制系统151。在这种情况下，位置控制系统151接收该垂直同步信号，并且响应于此，从线性编码器143获取照相机141的Z坐标。将所获取到的Z坐标保持在Z值锁存缓冲器中，并且更新锁存计数器。响应于读出指示将所保持的 Z值发送至PC 2。在本实施例中，在Z轴方向上驱动照相机141，但还可以通过对设置在照相机141中的诸如镜头等的光学系统进行调整来得到相同的操作。在本实施例中，USB接口用作数字串行通信部件，但勿庸置疑，还可以使用诸如Gig-E、FireWire等的任何其它部件。接着，将说明根据本实施例的图像测量装置的自动调焦方法。图4是用于说明根据本实施例的图像测量装置的自动调焦方法的图，其中横轴表示照相机141的Z坐标且纵轴表示对比度。在根据本实施例的图像测量装置进行自动调焦期间，在多个Z坐标处进行摄像， 根据在各个坐标位置处获取到的图像计算对比度，并将获取到具有所计算出的多个对比度中的最高值的图像的Z坐标判断为聚焦位置。在图4的例子中，在7个Z坐标(Zl Z7) 处进行摄像，并且计算各个Z坐标处的对比度(Pl P7)。在图4的例子中，由于Z坐标Z4 处的对比度P4最高，因此将Z坐标TA判断为聚焦位置，并且将照相机141的Z坐标设置为 Z坐标Z4。接着，将说明传统的对比度型自动调焦的问题。如上所述，关于这种图像测量装置，存在工件3不仅被来自照明装置142的光所照射、还被外部漫射光所照射的情况。在多数情况下，这种图像测量装置在室内使用，并且外部漫射光是来自室内灯的光。室内灯以恒定周期重复闪烁，并且根据闪烁周期和照相机141的帧频之间的关系而在要获取的图像中可能产生闪烁。将参考图5 8来说明该闪烁的问题。通常，非逆变器型的荧光灯管(以下为室内灯)的照亮频率依赖于电源频率，并且在电源频率为50Hz的地区内该照亮频率为IOOHz 以及在电源频率为60Hz的地区内该照亮频率为120Hz。图6示出当以帧频60fps进行摄像时、室内灯的照亮频率和照相机141的帧频之间的关系。上部表示电源频率为60Hz的情况，并且下部表示电源频率为50Hz的情况。如图6的上部所示，照相机141在自其开始曝光起的1/60秒(约16. 7毫秒)期间接收光，并在光接收结束时将图像传送至PC2。照相机141在其完成至PC 2的图像传送时再次开始曝光，随后重复相同的操作。在图6中，对图像传送时间设置相对长的时间。这里，示出将帧周期(=帧频的倒数)设置为与曝光时间大致相等的例子，并且强调示出由于帧频和照亮频率之间的误差而引起这两者的相位之间逐渐偏移。如上所述，当电源频率为60Hz时，室内灯的照亮频率为120Hz。因此，当将曝光时间设置为1/60 = 16. 7ms时，照相机141从光接收开始直到其结束为止所接收的光量与室内灯的两个周期相对应。因而，即使室内灯的照亮周期与帧周期不一致，照相机141所拍摄的图像也都具有相同的亮度。与此相比较，当电源频率为50Hz时，即当室内灯的照亮频率为IOOHz时，室内灯以 10毫秒的周期重复闪烁。因此，如图6的下部所示，照相机141的曝光时间不是室内灯的照亮周期的整数倍。因而，照相机141所接收的光量根据摄像次数而不同，并且在所获取到的图像中产生闪烁。如上所述，对比度型自动调焦根据照相机141所获取到的图像来计算对比度。因而，当在照相机141所获取到的图像中产生闪烁时，难以正确地计算对比度。图5是将在没有发生闪烁的情况下理论上要获得的对比度与具有由于闪烁所引起的误差的对比度进行比较的图，其中，纵轴表示对比度并且横轴表示照相机的Z坐标。由虚线所示出的曲线表示理论上要获得的对比度，并且由实线所示出的曲线表示具有误差的对比度。如图5所示，由于在所获取到的图像中产生闪烁，因而对比度峰值移动至与理论上位置不同的位置。结果，对比度P3'高于对比度P4'，并且代替理论上作为聚焦位置的坐标Z4,将坐标Z3判断为聚焦位置。图7示出与图6基本相同的图。然而，不同之处在于在图7中将帧频设置为 50fps，而在图6中将帧频设置为60fps。在这种情况下，与图6的情况相反，当室内灯的照亮频率为IOOHz时，在照相机141所获取到的图像中没有发生闪烁，而当室内灯的照亮频率为120Hz时，发生闪烁。图8也示出与图6和图7基本相同的图，但在图8中，将照相机的帧频设置为 20fps。在这种情况下，在室内灯的照亮频率为IOOHz以及该照亮频率为120Hz的这两种情况下，曝光时间50ms是室内灯的照亮周期的整数倍。因此，不会发生闪烁。然而，如果以该帧频进行摄像，则摄像速度大幅下降并且自动调焦需要大量时间。为了解决该问题，本发明采用根据室内灯的照亮频率来调整照相机141的曝光时间。该调整方法如图9所示。图9与图6基本相同，但不同之处在于当电源频率为60Hz 时将照相机的曝光时间设置为1/60秒，而当电源频率为50Hz时将照相机的曝光时间设置为1/50秒。通过根据电源频率灵活调整曝光时间，可以获取不具有由于外部漫射光所引起的闪烁的图像。注意，尽管在图9中照相机的曝光时间为与室内灯的照亮频率相对应的一个周期时间的两倍长，但不必为两倍长，而仅需要为整数倍。实际上，可想到通过设置短曝光时间、即设置高帧频来实现高自动调焦速度。具体地，可想到当电源频率为60Hz时将照相机的曝光时间设置为1/120秒，并且当电源频率为50Hz时将照相机的曝光时间设置为 1/100秒。当工件3被除室内灯以外的外部漫射光所照射时，可想到设置长曝光时间、即设置低帧频，由此抑制噪声并提高自动调焦操作的可靠性。在本实施例中，照相机141的曝光时间仅需设置为室内灯的照亮周期的整数倍，而与帧频无关。这样所设置的曝光时间确保了即使帧周期内的曝光开始时刻改变、在曝光期间也总是接收到恒定光量，因而防止了闪烁。接着，将说明通过使用软件来自动检测室内灯的照亮频率的方法。图10示出用于检测室内灯的照亮周期的处理的流程。图10是利用软件所执行的如下的帧频调整方法的流程图，其中，该帧频调整方法用于如上所述在电源频率为60Hz时将照相机的帧频设置为120fps，并且在电源频率为50Hz时将照相机的帧频设置为lOOfps。 当帧频调整开始时，首先，PC 2关闭照明装置142以查看外部漫射光的影响(SI)。接着，将照相机141的帧频设置为IOOfps (S2)。然后，照相机141进行摄像以获取工件3的图像，并且计算平均亮度的波动率(S3)。在该步骤S3中，优选获取工件3的三个以上的图像。接着，将照相机141的帧频改变为120fps(S4)。获取工件3的图像并且计算平均亮度的波动率(S5)。最后，将使照相机141的帧频设置为IOOfps时的平均亮度的波动率与使照相机 141的帧频设置为120fps时的平均亮度的波动率进行比较，并且将照相机141的帧频设置为与平均亮度的波动率中的较低波动率相对应的帧频(S6)。可以先将照相机141的帧频设置为60fps然后再改变为50fps。在步骤S6中，当所比较的两个平均亮度的波动率都等于或高于特定阈值时，可以将帧频设置为60fps。当所计算出的两个平均亮度的波动率都低时，可以手动设置帧频。如上所述的这种方法可以在图像测量装置或专用软件启动时执行。接着，将说明根据本实施例的图像测量装置的照明装置142的操作。在本实施例中，PWM控制的LED用作照明装置142，并且将PWM频率设置为作为120和100的最小公倍数的600Hz的整数倍。以下将说明其原因。图11是示出当将PWM频率设置为480Hz时、照明装置142的发光时间和照相机 141的曝光时间之间的关系的时序图。上部示出照相机141的帧频为60fps的情况，并且下部示出照相机141的帧频为50fps的情况。当如图11的上部所示、PWM频率为480Hz并且照相机141的帧频为60fps时，该 PWM频率为该帧频的8倍大。因而，照相机141从照明装置142接收与8个脉冲相对应的光量，并且所获取到的图像全部具有相同的光量。与此相比较，当如图11的下部所示、照相机141的帧频为50fps时，照明装置142的该PWM频率为照相机141的该帧频的9. 6倍大。 因而，照明装置142的PWM频率不是帧频的整数倍。结果，如图6的下部的例子那样，在照相机141的帧频和照明装置142的照射周期之间发生误差，因而在所获取到的图像之间产生闪烁。在这种情况下，如参考图5和图6所述的那样，在所获取到的对比度和理论上要获取到的对比度之间产生误差，并且自动调焦精度受损。与此相比较，根据本实施例的图像测量装置将照明装置142的发光频率设置为 600Hz的倍数。图12示出在将照明装置142的发光频率设置为600Hz的倍数时的状态。图 12与图11基本相同，但不同之处在于将照明装置142的发光频率设置为600Hz。如从图12 的上部可以看出，当照相机141的帧频为60fps时，在照相机141的一次曝光时间内工件3 被照明装置142所照射的光量是与照明装置142的10个脉冲相对应的量。当照相机141 的帧频为50fps时，所接收到的光量与照明装置142的12个脉冲相对应。因而，在将照相机141的帧频设置为50fps以及将该帧频设置为60fps的这两种情况下，要接收的光量均总是恒定。利用这种结构，即使当照相机141的帧频改变时也可以获取无闪烁的适当图像。 当利用切换型电源电路来打开照明时，原理上由于该切换而发生波纹(ripple)。照明也由于这些波纹而闪烁，并且在输入图像中可能产生闪烁。然而，该问题可以利用本实施例的结构来克服。在本实施例中，由于照相机的帧频是从IOOfps和120fps中选择的，因此将照明装置142的发光频率设置为600Hz。然而，发光频率仅需选择为多个帧频的公倍数即可。例如，当从50fps和60fps中选择照相机的帧频时，可以将发光频率设置为作为这两个帧频的最小公倍数的300Hz。当将照相机141的帧频设置为除50fps和60fps以外的任何其它值时，可以自动将照明装置142的发光频率调整为照相机141的帧频的整数倍。此外，还可以使照明装置142接收来自照相机141的垂直同步信号并且在曝光时间内仅发出包括固定数量的脉冲的光。此外，例如，当利用切换型电源电路来控制微小的电流或电压时，存在如下的方法，其中，该方法可以通过对切换进行间隔剔除来改善效率、或者使得看起来在控制与利用切换控制元件的实际能力可以控制的电流或电压相比更加微小的电流或电压。此外，在这种情况下，将间隔剔除周期设置为恒定以及将间隔剔除频率设置为帧频的公倍数，这使得可以确保输入图像中没有产生闪烁。第二实施例接着，将参考附图来详细说明根据本发明第二实施例的图像测量装置的结构。除了以下要点以外，根据本发明第二实施例的图像测量装置与第一实施例的相同。如图13所示，在本实施例中，从PC 2发送至照明控制装置152的不是PWM频率指示而是亮度指示。此外，在本实施例中，照明装置142可以是PWM控制的LED或者任何其它照明器。根据本实施例的图像测量装置所采用的对比度型自动调焦可以通过增加图像输出位置来找出正确的聚焦位置。然而，如果图像输出位置增加，则从照相机141发送至PC 2 的数据量增加。在本实施例中，由于照相机141和PC 2经由USB接口相连接，因此图像数据传送速度局限于约400Mbps，这导致自动调焦所需的时间增加。因而，根据本实施例的图像测量装置通过在自动调焦期间仅发送从摄像范围的图像切出的部分图像来缩减从照相机141要发送至PC 2的数据量，由此使帧频提高。将参考图14来说明该自动调焦处理。图14是示出在根据本实施例的图像测量装置的自动调焦期间、在照相机141和PC 2之间交换的信号的时序图。上部示出从PC 2要发送至照相机141的信号中的一部分，并且下部示出从照相机141要发送至PC 2的信号。在自动调焦开始之前的实时显示状态下，例如，如图14的左下部所示，从照相机 141向PC 2发送表示整体摄像范围的图像数据。当在时刻SI时从PC 2向照相机141发送表示应当停止图像输出的指示时，照相机141停止图像输出，并且从照相机141向位置控制系统151发送表示应当复位锁存计数器的指示。当锁存计数器已复位时，将照相机141驱动至自动调焦开始位置。在时刻S2时，从PC 2向照相机141发送指定图像输出范围的指示。这样，例如， 如图14的中下部的图所示，限制了从照相机141要发送至PC 2的图像的范围。此时，还可以同时发出表示应当输出垂直同步信号的指示。然后，在时刻S3时，从PC 2向照相机141 发送表示应当开始图像输出的指示，因而从照相机141向PC 2输出图像数据和时间戳。当在时刻S2时已发出了表示应当输出垂直同步信号的指示时，从照相机141向位置控制系统 151发送垂直同步信号，因而将照相机141在其获取到图像时的Z坐标和时间戳保持在位置控制系统151中。当不使用垂直同步信号时，可以使用其它的方式来使照相机141和位置控制系统151同步，诸如，根据照相机141的帧频来计算照相机141的摄像时刻并且获得照相机141在所计算出的时刻时的Z坐标等。在自动调焦结束的时刻S4时，从PC 2向照相机141发送表示应当停止图像输出的指示。然后，在时刻S5时，发送表示应当解除自动调焦期间对照相机141的设置(图像输出范围的指定以及垂直同步信号的输出)的信号。从PC 2向位置控制系统151发送Z移动停止指示、锁存停止指示和锁存数读出指示。位置控制系统151使照相机141停止移动， 使锁存计数器和Z值锁存缓冲器的操作停止，并将锁存数发送至PC 2。然后，从PC 2向位置控制系统151输出锁存数据读出指示，并将Z值锁存缓冲器内的数据(Z坐标和时间戳) 从位置控制系统151发送至PC 2。PC2基于图像数据的时间戳来将这些图像数据与Z坐标相关联，并且找出根据图像数据所计算出的对比度和Z值之间的关系。之后，将获取到具有最高对比度的图像的Z值判断为聚焦位置，PC 2使照相机141移动，以使得照相机141的Z 坐标变为所计算出的聚焦位置。最后，当在时刻S6时输出表示应当恢复通过实时显示进行图像输出的指示时，自动调焦操作完成，并且恢复传送表示整体摄像范围的通常图像数据。此时，如图14的右下部所示，从照相机141要发送至PC 2的图像的大小与自动调焦开始之前的图像大小相同。根据该方法，缩减从照相机141要发送至PC 2的图像的大小，并且照相机141的帧频可以显著增大，而与USB接口的传输速率无关。然而，该方法必须缩短每帧的曝光时间，这导致所获取到的图像的光量减少。因而，对比度和自动调焦精度变低。为了解决该问题，本实施例在自动调焦期间增加照明装置142的光量。将参考图 15来说明该照明控制。图15是用于说明根据本实施例的图像测量装置的照明控制方法的框图。照明控制装置152和照相机141均连接至PC 2，并且照明装置142连接至照明控制装置152。当自动调焦开始时，在与上述相同的图14的时刻SI时输出表示应当停止图像输出的指示，并且在时刻S3时输出应当开始图像输出的指示。在本实施例中，在从时刻SI 到时刻S3的时段内、即在自停止从照相机141至PC2的图像输出的时刻起直到以指定帧频恢复图像输出的时刻为止的时段内，从PC 2向照明控制装置152发送亮度指示。通过根据照相机141的帧频的增大来增加照明装置142的光量，可以补偿由于曝光时间的减少所引起的光量的减少，并且防止对比度下降。因而，可以在维持对比度的准确度的情况下大幅增加每单位时间所获取的图像信息的帧数，从而使得能够进行高精度和高速的自动调焦。可以通过借用现有的PC和图像测量仪，仅利用软件来容易且价廉地实现这种结构。还可以使PC 2计算所获取到的图像的亮度、对比度等的平均值并基于这些值来控制照明控制装置152。第三实施例接着，将说明根据本发明第三实施例的图像测量装置。除了以下要点以外，根据本实施例的图像测量装置与根据第二实施例的图像测量装置相同。根据本实施例的图像测量装置基于从照相机141输出的垂直同步信号来控制照明装置142的光量。图16是用于说明根据本实施例的图像测量装置的照明控制方法的框图。根据本实施例的图像测量装置与根据第二实施例的图像测量装置基本相同。然而，根据本实施例的图像测量装置的不同之处在于控制器15还包括帧频检测装置153和标准帧频保持单元 154，这两者均连接至照相机141和照明控制装置152。在本实施例中，从照相机141向帧频检测装置153输出垂直同步信号。帧频检测装置153根据该垂直同步信号计算照相机141 的帧频并将所计算出的帧频输出至照明控制装置152。将所计算出的帧频和标准帧频保持单元154所输出的标准帧频之间的差输入至照明控制装置152。此时，可以将根据由PC 2所输出的工件的表面的颜色、反射率等所定义的照明度(illuminance)输入至照明控制装置152作为标准值，并且可以基于帧频进一步对该照明度进行调整。图17是示出根据本实施例的图像测量装置中的照明装置142的光量、照相机141 的增益以及照相机141所输出的信号的时序图。在该图中，上部示出照明装置142的光量， 中部示出照相机141的增益，并且下部示出照相机141所输出的信号。在通常测量时，照明装置142的光量是恒定值。然而，当在时刻Sll时自动调焦开始，照明控制装置152响应于照相机141所输出的垂直同步信号来增加照明装置142的光量。当在时刻S12时自动调焦完成，照明控制装置152响应于照相机141停止输出垂直同步信号使照明装置142的光量恢复为通常测量时的光量。在本实施例中，尽管仅在自动调焦期间照相机141输出垂直同步信号，但可以不断地输出该垂直同步信号。在第一实施例中，照相机141的帧频和照明装置142的光量由PC 2分开控制。因此，存在如下的风险PC 2的计算处理的任何延迟等均可能导致在向照相机141给出指示的时刻以及向照明装置142给出指示的时刻之间发生滞后。因此，存在如下的可能性在切换通常测量和自动调焦时，可能发生诸如显示在PC 2上的图像的瞬时变黑或相反瞬时过亮等的测量操作所不期望的现象。然而，在本实施例中，利用垂直同步信号使照相机141的帧频和照明装置142的光量直接同步。因此，即使在切换通常测量和自动调焦时也总是可以以适当光量进行摄像，并且可以防止诸如PC 2的画面上的亮度的波动等的任何故障。市场上已存在具有垂直同步信号输出功能的多种照相机，并且此外，可以容易地制造帧频检测装置153和标准帧频保持单元154。此外，当使用安装有微计算机等的现有的控制器15时，可以利用诸如固件等的程序来实现这些附加电路。因而，可以非常价廉地实现如上所述的这种结构。第四实施例接着，将说明根据本发明第四实施例的图像测量装置。根据本实施例的图像测量装置与根据第三实施例的图像测量装置大致相同，但不同之处在于在后面所述的特定条件下对照相机141的增益进行调整。图18是示出根据本实施例的图像测量装置的自动调焦期间的照明装置142的光量、照相机141的增益和照相机141所输出的信号的时序图。图18与图17基本相同,但不同之处在于在自动调焦期间，照明装置142的光量增加至最大输出并且照相机141的增益增大。根据本实施例的图像测量装置在自动调焦期间增加照明装置142的光量。然而， 在这种情况下，存在可能获取到比照明装置142的最大输出高的光量的可能性。本实施例通过增大照相机141的增益来补偿照明装置142的光量的任何不足。即使在照明装置142 的光量不足时，这种结构也可以实现可操作性优良的高精度和高速的自动调焦。相关申请的交叉引用本申请基于和要求2011年I月20日提交的日本专利申请2011-9513和2011年I 月27日提交的日本专利申请2011-14899的优先权，在此通过引用包含这两个申请的全部内容。
权利要求
1.一种图像测量装置，包括摄像装置，用于对工件摄像；照明装置，用于利用光照射所述工件；位置控制系统，用于对所述摄像装置的聚焦位置进行控制，并将所述聚焦位置作为表示聚焦轴方向上的位置的信息而输出；以及控制装置，用于在所述位置控制系统对所述聚焦位置进行控制时，对所述摄像装置的帧频进行控制，并且还对所述摄像装置和所述照明装置至少之一进行控制，以使得所述摄像装置所接收的光量基本恒定。
2.根据权利要求I所述的图像测量装置，其特征在于，所述控制装置响应于来自所述摄像装置的信号，对所述摄像装置和所述照明装置至少之一进行控制。
3.一种图像测量装置，包括摄像装置，用于对工件摄像，并且所述摄像装置的曝光时间可变；照明装置，其被控制为以特定的发光频率发光，并且利用照明光照射所述工件；位置控制系统，用于对所述摄像装置的聚焦位置进行控制，并将所述聚焦位置作为表示聚焦轴方向上的位置的信息而输出；以及控制装置，用于在所述位置控制系统对所述聚焦位置进行控制时，基于室内灯的照亮频率是第一频率和第二频率中的哪一个，将所述摄像装置的曝光时间设置为所述室内灯的照亮周期的整数倍，其中，所述照明装置的发光频率被设置为所述第一频率和所述第二频率的公倍数。
4.根据权利要求3所述的图像测量装置，其特征在于，所述控制装置在所述照明装置关闭时检测所述室内灯的照亮频率。
5.根据权利要求4所述的图像测量装置，其特征在于，所述控制装置在所述摄像装置的曝光时间被设置为与所述第一频率相对应的照亮周期的整数倍、以及所述摄像装置的曝光时间被设置为与所述第二频率相对应的照亮周期的整数倍这两种情况下对所述位置控制系统进行控制，以与这两种情况相对应地使得所述摄像装置在多个不同的聚焦位置处进行摄像，所述控制装置计算所获取到的图像的平均亮度的波动率，以及所述控制装置将所述摄像装置的曝光时间设置为与所述第一频率和所述第二频率中对应于较低的平均亮度波动率的频率相对应的照亮周期的整数倍。
6.根据权利要求5所述的图像测量装置，其特征在于，所述第一频率为100Hz，并且所述第二频率为120Hz。
7.根据权利要求6所述的图像测量装置，其特征在于，所述照明装置的发光频率为600Hz的整数倍。
8.根据权利要求3所述的图像测量装置，其特征在于，在获取到所述工件的三个以上的图像之后，所述控制装置改变所述摄像装置的聚焦位置。
9.根据权利要求3所述的图像测量装置，其特征在于，所述照明装置接收来自所述摄像装置的垂直同步信号，并在所述摄像装置的曝光时间内输出特定数量的脉冲。
10.根据权利要求3所述的图像测量装置，其特征在于，所述控制装置在所述工件被除所述室内灯以外的外部漫射光所照射时将曝光时间设置得长。
11.一种图像测量装置，包括摄像装置，用于对工件摄像，并且所述摄像装置的帧频可变；照明装置，用于利用光照射所述工件；位置控制系统，用于对所述摄像装置的聚焦位置进行控制，并将所述聚焦位置作为表示聚焦轴方向上的位置的信息而输出；以及控制装置，用于在所述位置控制系统对所述聚焦位置进行控制时，对所述摄像装置的帧频进行控制，并且根据所述摄像装置的帧频对所述照明装置的光量进行调整。
12.根据权利要求11所述的图像测量装置，其特征在于，当对所述摄像装置的聚焦位置进行控制时，所述控制装置接收所述摄像装置的摄像范围的图像中的一部分，增大所述摄像装置的帧频，并且增加所述照明装置的光量。
13.根据权利要求11所述的图像测量装置，其特征在于，所述控制装置响应于所述摄像装置所输出的垂直同步信号来对所述照明装置的光量进行调整。
14.根据权利要求13所述的图像测量装置，其特征在于，当对所述摄像装置的聚焦位置进行控制时，所述控制装置根据第一帧频和第二帧频来对所述照明装置的光量进行调整，其中，所述第一帧频是基于所述摄像装置所输出的垂直同步信号的间隔计算出的，所述第二帧频是通常测量时所使用的。
15.根据权利要求11所述的图像测量装置，其特征在于，所述控制装置根据所述摄像装置的帧频来对所述摄像装置的增益进行调整。
16.根据权利要求13所述的图像测量装置，其特征在于，所述控制装置响应于所述垂直同步信号来获得所述聚焦位置。
17.根据权利要求11所述的图像测量装置，其特征在于，所述控制装置通过使用根据所述工件的表面的颜色和/或反射率所定义的照明度来调整所述照明装置的光量。
18.根据权利要求11所述的图像测量装置，其特征在于，还包括帧频检测装置，用于检测所述摄像装置的帧频；以及标准帧频保持单元，用于保持图像测量期间所述摄像装置的帧频。
19.根据权利要求18所述的图像测量装置，其特征在于，所述帧频检测装置和所述标准帧频保持单元由诸如固件的程序来实现。
20.根据权利要求15所述的图像测量装置，其特征在于，所述控制装置在所述照明装置的输出超过特定值时对所述摄像装置的增益进行调整。
全文摘要
一种图像测量装置，包括摄像装置，用于对工件摄像；照明装置，用于利用光照射所述工件；位置控制系统，用于对所述摄像装置的聚焦位置进行控制，并将所述聚焦位置作为表示聚焦轴方向上的位置的信息而输出；以及控制装置，用于在所述位置控制系统对所述聚焦位置进行控制时，对所述摄像装置的帧频进行控制，并且还对所述摄像装置和所述照明装置至少之一进行控制，以使得所述摄像装置所接收的光量基本恒定。
文档编号G03B15/05GK102607638SQ201210020710
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者吉田博行, 白井直树 申请人:株式会社三丰