用于控制一致精確和高速檢查視覺系統的模糊限制基系統和方法

專利名稱：用于控制一致精確和高速檢查視覺系統的模糊限制基系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及用于編程和運行有攝像機和載物臺的機器視覺檢查系統的方法，攝像機和載物臺可以沿多個方向相對運動，為的是掃描和檢查載物臺上選取的工件特征。更具體地說，基于與圖像模糊有關的功能限制，本發明涉及用于建立單個計算機可讀數據的系統和方法，因此，在有不同操作規程的各種機器視覺檢查系統上，計算機可讀數據能夠可靠地運行以實現高的檢查精確度和速度。
背景技術：
可以利用精密機器視覺檢查系統(或簡稱“視覺系統”)得到被檢查物體的精確幾何尺寸量度并檢查各種其他的物體特性。這種系統可以包含計算機，攝像機和光學系統，以及可以沿多個方向運動的精密載物臺，為的是允許攝像機掃描被檢查工件的特征。一種商品化典型的現有技術系統是QUICK VISION系列PC基視覺系統和QVPAK軟件，可以從位于Aurora，Illinois的Mitutoyo America Corporation(MAC)購得。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系列視覺系統和QVPAK軟件的特征和操作，全文合并在此供參考。這種產品的典型例子是QV-302 Pro Model，它能夠利用顯微鏡型光學系統形成各種放大倍數的工件圖像，并根據需要移動載物臺，可以橫跨工件表面超出任何單個視頻圖像的限制。在這種系統給定的理想放大倍數，測量分辨率，和實際尺寸限制下，單個視頻圖像通常僅包含被觀察或檢查的部分工件。
機器視覺檢查系統通常利用自動的視頻檢查。US Patent No.6,542,180提出這種自動視頻檢查的各個特征，全文合并在此供參考。如在′180專利中所描述的，自動視頻檢查計量設備通常具有編程能力，對于每個特定的工件結構，它可以有用戶規定的自動檢查事件順序。這可以借助于文本基編程實施，或通過漸進地“學習，，檢查事件序列的記錄模式，其中存儲一系列對應于用戶完成檢查操作序列的機器控制指令，或通過這兩個方法的組合。這種記錄模式往往稱之為“學習模式”或“訓練模式”。一旦確定檢查事件序列為“學習模式”，于是，這種序列可用于自動獲取(以及分析或檢查)“運行模式”下的工件圖像。
機器控制指令，包括含圖像采集參數等的專用檢查事件序列，通常存儲為特定工件結構專用的“零件程序”或“工件程序”。利用完成預定序列檢查操作指令建立零件程序的能力具有幾個優點，它包括增強的檢查可重復性，以及能夠在屬于工業用戶和/或在多個時間的多個兼容機器視覺檢查系統上自動執行相同的零件程序。
對于試圖快速編程各種工件的通用機器視覺檢查系統，例如，以上參照的QUICK VISION系列PC基視覺系統，常規的方法是圖像采集操作與在最新獲取的圖像上完成圖像分析操作和/或特征檢查操作結合進行。然而，對通用機器視覺檢查系統不斷增長的要求是提供更高的處理能力。按照一種方法，這可以借助于在利用攝像機與工件載物臺之間連續的相對運動(而是在交替視覺系統中所要求的間歇停止和啟動相對運動)的同時完成圖像采集實現，從而大大提高檢查的處理能力。有利的是，這種系統包含選通發光照明，它有助于在連續運動時采集圖像而沒有使圖像模糊。
高速生產線上使用的高速“在線”視覺檢查系統利用選通發光照明以減小圖像模糊。然而，這種在線視覺系統通常是專門用于單條生產線并對傳送機系統上相繼的工件重復地獲得“相同”的圖像。在這種情況下，對于每個圖像，該運動速度和選通照明參數等是相同的。此外，工件結構很少發生變化。因此，這種系統的編程方法對于相對非專業用戶不能促使快速編程大量的各種工件，而且它在有不同運行特性的各種系統之間不能“移植”。
與此對比，經驗表明，重要的是通用視覺檢查系統可以使相對非專業用戶快速編程大量的各種工件。此外，在現代“靈活變通制造”的環境下，對于機器調度的靈活性和一致的質量控制，我們要求相同的零件程序在無須改動下可以運行在不同的視覺系統上。此外，重要的是，不同視覺系統上產生的檢查結果具有可比較的準確性，因此，可以比較，記錄檢查結果以產生有意義的檢查和質量控制數據。此外，理想的是，運行給定零件程序的每個機器大致獲得最高可能的處理能力，其方式與上述的目標一致。然而，不同的視覺系統通常有不同的運行特性，例如，不同的最大載物臺速度，載物臺軸的編碼器分辨率，選通照明的最大功率和/或最小持續時間等，即使是在不同形式或不同年代的相同型號或類別機器中。所以，它不能實現上述的目標，我們需要這樣一種精密機器視覺檢查系統和方法，它建立的零件程序可用于有不同運行特性的不同視覺系統，并適合于每個系統的運行特性，它可以一致和可靠地提供高水平的檢查處理能力，并有所需精確度的檢查結果。

發明內容
我們提供一種用于建立零件程序的機器視覺檢查系統和方法，它可用在不同的視覺系統上，并一致地提供所需的精確度以及最佳或準最佳處理能力，而與使用哪種視覺系統無關。
高處理能力的精密機器視覺檢查系統可以包含選通發光照明，有助于連續運動時的圖像采集。選通曝光時間可以遠遠短于機器視覺檢查系統中攝像機的固有最小曝光時間，因此，它在圖像采集期間“凍結”相對于攝像機的工件，并提供相對無模糊并適合于支持高精度檢查的圖像。然而，為了提供單個零件程序，該程序可以在有不同運行特性的各種精密機器視覺檢查和測量系統上可靠地形成無模糊的圖像，就需要一種新穎的機器視覺檢查系統編程方法，它考慮到有合適精確度的幾個因素。例如，在沒有過大圖像模糊下可利用的最大運動速度通常受到選通照明系統的最大功率強度和/或最小曝光時間的限制。所以，在給定的運動速度下，若兩個視覺系統有不同的最小選通曝光時間，以及若零件程序規定視覺系統利用它自身最小的選通曝光時間，則有相對長選通曝光時間的視覺系統形成的圖像比有相對短選通曝光時間的視覺系統形成的圖像更加模糊。因此，不能可靠地控制或比較形成的圖像和檢查結果。解決這個問題的簡單方法是，零件程序規定選通曝光時間和/或相對運動速度，它是在可以利用的任何視覺系統工作特性范圍內。然而，這個方法沒有利用相對高處理能力視覺系統有較短的最小選通曝光時間和較高的運動速度，因此，這個方法“任意地”限制它們的潛在處理能力。
本發明提供用于被選取檢查圖像的選通功率強度，選通曝光時間和運動速度的系統和方法，并結合提供足夠的照明和減小運動模糊，為的是提供這樣的工件圖像，即使在圖像采集期間發生連續的運動，該圖像支持在與工件有關檢查特征容差內的檢查和測量結果。在共同轉讓、共同申請的US Patent Application Serial No.10/435,625和10/719,210中描述與高處理能力視覺系統運行有關和與確定選通功率強度，選通曝光時間和運動速度運行有關的各種考慮，全文合并在此供參考。
在各個典型實施例中，編程用于檢查工件的第一(初始)精密機器視覺檢查系統。該精密機器視覺檢查系統包括至少有攝像機的圖像采集系統；至少一個有最大光功率的光源(例如，選通光)；工件載物臺；和控制系統部分。工件載物臺和攝像機中至少一個是可以運動的，從而形成有最大速度的相對運動。攝像機和/或光源限定最小有效曝光時間。該編程方法通常包含5個步驟。
在步驟1，確定該程序與圖像模糊有關的功能限制。這種功能限制的一個例子是“模糊限制”，它是在有效圖像曝光時間(例如，選通曝光時間)內攝像機與工件之間允許的相對運動量。模糊限制越小(即，在曝光時間內允許的相對運動量越小)，則圖像模糊就越小，因此，檢查結果的精確度就越高。然而，對于給定的選通強度和持續時間，模糊限制越小，則攝像機與工件之間允許的相對運動速度就越慢，因此，檢查處理能力就越小。考慮到檢查精確度與圖像模糊量之間的依賴關系，以及圖像模糊與速度(或處理能力)之間的折衷，在按照本發明的各個實施例中，在與所需精確度一致的最高可能速度下，模糊限制用于確定各種圖像的采集參數(例如，光功率強度，曝光時間，相對運動速度等)以獲得所需的精確度。換句話說，設置的優先級確保所需的精確度，或許以最高可能的速度為代價，可能需要設置它低于每個視覺系統硬件能力允許的潛在最大速度。
在步驟2，確定該程序的最佳曝光時間。結合選取或預定的光功率強度，可以確定最佳曝光時間。通常，光功率強度設置成所用特定光源可能的最大光功率強度，因此，對于特定的圖像，可以使曝光時間減小化和運動速度最大化。利用人工，半自動或全自動方式可以確定特定圖像在選取光功率強度下的最佳曝光時間以獲得所需的圖像特性(例如，利用任何已知或以后開發的視頻工具獲得所需的圖像特性，例如，光照度，對比度等)。在一些典型實施例中，確定最佳曝光時間是為了在獲取的圖像中有所需的灰度級，邊緣對比度等。若利用人工方式確定“最佳”曝光時間，則它簡單地對應于機器操作員或程序員判斷的可接受圖像。如此處所使用的術語，“最佳”曝光時間不必是數學上優化的曝光時間。相反地，對于給定的工件特征，“最佳”曝光時間通常是在有較快能力的相對高性能機器上相對地較快，而在限制它較慢的相對低性能機器上較慢。
在步驟3，基于模糊限制和以上步驟2確定的最佳曝光時間，確定工件與工件載物臺之間運行的相對速度。在各個典型實施例中，確定運行相對速度通常包括四個子步驟。第一，基于模糊限制和最佳曝光時間，計算相對速度(相對速度＝模糊限制/最佳曝光時間)。第二，比較計算的相對速度與當前視覺系統的最大相對運動速度以確定哪個速度有較低值。第三，若計算的相對速度較低，則設定計算的相對速度為運行的相對速度。第四，另一方面，若當前視覺系統的最大相對運動速度較低，則設定最大相對運動速度為運行的相對速度。
在步驟4，基于運行曝光時間和選取的光功率強度，可以計算總曝光能量(總曝光能量＝運行曝光時間×選取的光功率強度)。或者，確定和/或設定曝光時間的操作可以同時有效地限定一個或多個參數，這些參數對應于或固有地識別不進行“計算”的總曝光能量。例如，利用恒定的預定光源功率強度的選通光源可以運行機器視覺系統，這種機器視覺系統可以包含各個數字照明設置的比例，它對應于特定的各個光選通時間。因此，每個各自數字照明設置對應于或固有地識別總曝光能量。在任何一種情況下，重要的是，總曝光能量是與運行曝光時間內入射到被成像工件具體特征上的光子數相關。
在步驟5，功能限制(例如，模糊限制)和總曝光能量(或表示總曝光能量的參數)存儲為部分的零件程序(或工件程序)，它確定一系列工件圖像采集和檢查操作。如上所述，當機器視覺系統可以利用有恒定的預定光源功率強度的選通光源運行時，對應于特定各自光選通時間的各個照明設置，即，特定的曝光時間，可以提供表示總曝光能量的參數。
上述的步驟可以在當前視覺系統的“學習模式”或“訓練模式”期間完成。應當注意，在許多應用中，對于檢查整個工件的一組圖像中每個圖像，至少可以部分地重復該方法。形成的零件程序包含一組功能限制和總曝光能量參數，用于獲得當前視覺系統上用戶規定精確度的工件檢查圖像，它可以傳輸到不同視覺系統并在該系統的“運行模式”下運行。在運行模式期間，基于系統專用的運行特性或限制和在零件程序中包含的功能限制和總曝光能量，不同的視覺系統確定該系統專用的圖像采集參數，可以產生支持相同或更高精確度下檢查結果的工件圖像。
具體地說，在各個典型的實施例中，基于功能限制和總曝光能量，按照本發明方法和系統產生的零件程序可以自動地適應任何特定的視覺系統。特別是，自動適應過程包括基于功能限制和總曝光能量，計算新視覺系統的各種圖像采集運行參數，傳輸到第一(初始)視覺系統上確定的零件程序，用于在新視覺系統上實現有高處理能力的相同或更高檢查精確度。自動適應零件程序名義上提供功能限制和總曝光能量的相同結果，且至少部分地對于檢查整個工件的一組圖像中每個圖像，在新視覺系統“運行模式”的開始，自動適應是飛擊式發生的。自動適應通常涉及四個步驟。
在步驟1，識別包含新視覺系統的最大光功率，最大相對運動速度，和最小有效曝光時間的運行參數，在該視覺系統上運行零件程序。
在步驟2，從零件程序中接收模糊限制和總曝光能量(或表示總曝光能量的參數)以及控制工件檢查事件序列的任何運動指令。
在步驟3，基于總曝光能量(或表示總曝光能量的參數)和選取或預定的光功率強度，計算或確定新視覺系統的最佳曝光時間。在一個典型實施例中，計算最佳曝光時間通常涉及四個子步驟。第一，基于總曝光能量和選取的光功率強度，例如，新系統的最大光功率強度，計算或確定曝光時間(例如，曝光時間＝總曝光能量/選取的光功率強度)。或者，表示總曝光能量的參數可以對應于恒定的預定光源功率強度下使用的曝光時間，并可以固有地指出合適定標系統的最佳曝光時間。第二，比較計算或確定的曝光時間與新系統的最小曝光時間，可以確定哪個曝光時間較長。第三，若計算的曝光時間較長，則設定計算的曝光時間為最佳曝光時間。第四，若最小曝光時間較長，則設定最小曝光時間為最佳曝光時間，此外，基于總曝光能量和最小曝光時間，重新計算光功率強度(重新計算的光功率強度＝總曝光能量/最小曝光時間)。
在步驟4，基于模糊限制和最佳曝光時間，計算運行的相對速度。在各個典型實施例中，計算新視覺系統的運行相對速度通常涉及四個子步驟。第一，基于模糊限制和最佳曝光時間，計算相對速度(相對速度＝模糊限制/最佳曝光時間)。第二，比較計算的相對速度與新系統的最大相對運動速度以確定哪個速度較低。第三，若計算的相對速度較低，則設定計算的相對速度為運行的相對速度。第四，另一方面，若新系統的最大相對速度較低，則設定最大相對速度為運行的相對速度。
在各個典型實施例中，在第一(初始)視覺系統上編碼零件程序的方法可以自動地適應有不同硬件能力的不同視覺系統，它體現在包合計算機可執行指令的計算機可讀媒體上，這些指令裝入到視覺系統的控制系統部分之后通常可以自動地實施該方法。
在各個典型實施例中，該方法包括在圖像采集操作期間，利用攝像機與工件載物臺之間的連續相對運動以提高檢查處理能力。在各個典型實施例中，機器視覺檢查系統中的一個或多個光源包含光源選通能力。
總之，本發明提供這樣一種零件程序，它是高度便攜式的，并可以運行在有不同硬件能力的各種視覺系統上，且一致地提供所需的精確度以及最佳或準最佳的處理能力，而與使用哪種視覺系統無關。


參照以下結合附圖的詳細描述，可以更容易地理解本發明的上述特征和許多伴隨的優點，其中圖1是機器視覺檢查系統的方框圖；圖2是機器視覺檢查系統中控制系統部分和視覺元件部分的方框圖；圖3是用于機器視覺檢查系統中一個典型的工件特征分析/檢查工具，可以確定工件圖像中邊緣或邊界的位置；圖4是基于與模糊有關的功能限制，一種在第一(初始)視覺系統上實施用于確定相對運動速度和各種照明控制參數的方法流程圖；圖5是基于功能限制和有關參數，例如，按照圖4所示方法確定的那些參數，一種在任何其他(后續)視覺系統的每個系統上實施用于確定一組圖像中每個圖像的相對運動速度和各種照明控制參數，以及隨后用于獲取和檢查/分析一組圖像的方法流程圖；和圖6是在第一機器視覺系統上用于確定可接受模糊檢查圖像的圖像采集曝光參數的通用方法流程圖，記錄模糊圖像參數和與圖像采集曝光參數有關的曝光能量指示，并基于記錄的模糊圖像參數和曝光能量指示，在當前機器視覺系統上提供各個工件特征的圖像。
具體實施例方式
圖1是按照本發明一個典型機器視覺檢查系統10的方框圖。機器視覺檢查系統10包括視覺測量機器12，它可與控制計算機系統14連接，用于交換數據和控制信號。控制計算機系統14還可與監視器16，打印機18，操縱桿22，鍵盤24，和鼠標26連接，用于交換數據和控制信號。視覺測量機器12包括可運動的工件載物臺32和可以包含變焦透鏡或可交換透鏡的光學成像系統34。變焦透鏡或可交換透鏡通常給光學成像系統34形成的圖像提供不同的放大倍數。
操縱桿22通常可用于控制沿X方向和Y方向運動的可運動工件載物臺32，這兩個方向通常平行于光學成像系統34的焦平面。操縱桿22還能夠控制可移動光學成像系統34沿Z方向或聚焦方向的運動。通常，Z軸運動是受操縱桿22上手柄或旋鈕的可轉動偏轉元件控制。操縱桿22可以有不同于附圖所示的形式，例如，監視器16上任何可視的表示或飾物，它的功能是作為機器視覺檢查系統10的“虛擬運動控制裝置”并可接受任何計算機輸入裝置的控制，例如，鼠標26。
圖2是按照本發明機器視覺檢查系統100中的系統部分120和視覺元件部分200。如以下更詳細描述的，控制系統部分120用于控制視覺元件部分200。視覺元件部分200包括光學組件部分205，光源220，230和240，和有中央透明部分212的工件載物臺210。工件載物臺210能夠沿大致平行于載物臺平面的X軸和Y軸可控地運動，其中工件20可以放置在載物臺210上。光學組件部分205包括攝像機系統260，可交換餓物鏡250，并可以包括旋轉盤透鏡組件280，和同軸光源230。代替旋轉盤透鏡組件，可以包含固定或手動可交換的放大倍數變化透鏡或變焦透鏡組件。如以下更詳細描述的，利用可控電機294，光學組件部分205能夠沿垂直于X軸和Y軸的Z軸方向可控地運動。
利用機器視覺檢查系統100成像的工件20放置在工件載物臺210上。一個或多個光源220，230和240分別發射可用于照射工件20的照明光222，232或242。光源220，230和/或240發射的光照射工件20，并被反射或透射成工件光255，它傳輸通過可交換的物鏡250和旋轉盤透鏡組件280，并被攝像機系統260收集。攝像機系統260捕獲的工件20圖像在信號線262上輸出到控制系統部分120。
用于照射工件20的光源220，230和240可以包括載物臺光220，同軸光230，和表面光240，例如，環形光或可編程環形光，這些光源分別通過信號線或總線221，231和241連接到控制系統部分120。作為機器視覺檢查系統100的主要光學組件，除了以上討論的元件以外，光學組件部分205還可以包含其他的透鏡，和其他的光學元件，例如，光闌，分束器等，用于提供同軸照明或其他所需的機器視覺檢查系統特征。在它作為機器視覺檢查系統100的輔助光學組件情況下，旋轉盤透鏡組件280至少包括第一旋轉盤透鏡位置和透鏡286和第二旋轉盤透鏡位置和透鏡288。控制系統部分120沿至少第一旋轉盤透鏡位置與第二旋轉盤透鏡位置之間的軸284通過信號線或總線281轉動旋轉盤透鏡組件280。
可以調整工件載物臺210與光學組件部分205之間的距離，用于改變攝像機系統260捕獲的工件20圖像焦點。具體地說，在各個典型實施例中，利用驅動激勵器的可控電機294，連接電纜等，光學組件部分205可以沿相對于工件載物臺210垂直的Z軸方向運動，從而沿Z軸方向移動光學組件部分205。此處所使用的術語Z軸是指聚焦光學組件部分205所得到圖像的軸。在使用時，可控電機294通過信號線296連接到輸入/輸出接口130。
如圖2所示，在各個典型實施例中，控制系統部分120包括控制器125，輸/入/輸出接口130，存儲器140，工件程序發生器和執行器170，CAD文件特征提取器180，和電源部分190。應當理解，借助于一個或多個數據/控制總線和/或應用程序設計接口，或借助于各種元件之間的直接連接，可以互相連接這些元件中的每個元件以及以下描述的附加元件。
輸入/輸出接口130包括成像控制接口131，運動控制接口132，照明控制接口133，和透鏡控制接口134。運動控制接口132包括位置控制元件132a和速度/加速度控制元件132b。然而，應當理解，在各個典型實施例中，這些元件可以合并和/或不可區分。照明控制接口133包括光控制元件133a-133n，它可以控制機器視覺檢查系統中各種對應光源的選擇，功率，on/off開關，和選通脈沖定時，例如，光源220，230，和240。
存儲器140包括圖像文件存儲器部分141，可以包含一個或多個零件程序等的工件程序存儲器部分142，和視頻工具部分143。視頻工具部分143包含工具部分143a-143m，它們確定每個對應工具的GUI，圖像處理操作等。視頻工具部分143還包含評價區發生器143x，它支持用于確定各種評價區的自動，半自動和/或人工操作，評價區可以在視頻工具部分143包含的各種視頻工具中運行。一般地說，存儲器部分140存儲可用于操作視頻系統元件部分200的數據以捕獲或獲取工件20的圖像，使獲取的工件20圖像有所需的圖像特性。存儲器部分140還存儲可用于操作機器視覺檢查系統100的數據，可以對獲取的圖像用人工方式或自動方式完成各種檢查和測量操作，并通過輸入/輸出接口130輸出其結果。存儲器部分140還包含確定圖形用戶接口的數據，它可以通過輸入/輸出接口130運行。
載物臺光220，同軸光230，和表面光240的信號線或總線221，231和241分別連接到輸入/輸出接口130。攝像機系統260的信號線262和可控電機294的信號線296連接到輸入/輸出接口130。除了傳送圖像數據以外，信號線262還傳送啟動圖像采集的控制器125信號。
一個或多個顯示裝置136和一個或多個輸入裝置138也可以連接到輸入/輸出接口130。顯示裝置136和輸入裝置138可用于查看，建立和/或改變零件程序，查看攝像機系統260捕獲的圖像，和/或直接控制視覺元件部分200。在有預定零件程序(或工件程序)的全自動系統中，可以省略顯示裝置136和/或輸入裝置138。
關于CAD文件特征提取器180，諸如代表工件的CAD文件或基本相同工件以前圖像的信息頻繁地出現在機器視覺檢查系統的工業應用中。在CAD文件表示的情況下，應當理解，借助于各種已知的CAD文件特征提取方法，可以用人工方式，半自動方式，或全自動方式從CAD表示中確定CAD文件表示的邊緣和邊界位置。
在本發明的各個典型實施例中，零件程序通常是由至少兩種類型指令組成，它們可以安排成協同操作的程序，子程序或子例行程序，或混合指令用于控制圖像采集的工件圖像采集指令，和用于控制圖像分析/檢查的工件圖像分析/檢查指令。參照以上包含的′625Application的圖4和圖5，我們詳細地公開機器視覺檢查系統中各種“高處理能力”運行程序的總結構和操作。在各個典型實施例中，當用戶利用機器視覺檢查系統100建立工件20的工件圖像采集程序時，利用工件編程語言，通過自動方式，半自動方式，或人工方式明確地編碼這些指令，或移動機器視覺檢查系統100通過圖像采集訓練序列產生這些指令，使工件程序指令捕獲訓練序列，用戶可以產生工件程序指令。在一組需要捕獲的圖像中，對多個圖像重復這個過程。執行這些指令使機器視覺檢查系統以某個速度操縱工件載物臺210和/或攝像機系統260，因此，工件20的特定部分是在攝像機系統260的視場內并使被獲取一組圖像中的每個圖像是在理想的聚焦狀態。除了用于控制攝像機與工件相對運動的程序指令以外，工件圖像采集程序還需要包含這樣的程序指令，這些程序指令激勵一個或多個光源220-240，因此，在每個圖像采集期間給工件20提供所需的照明。如以下參照圖4和圖5更充分描述的，本發明的一般目的是產生程序指令，它包含圖像采集時控制相對運動和照明的指令，在經受一致產生的工件圖像約束下，多個視覺系統利用這些指令提供最大的檢查處理能力，它支持有所需精確度的檢查結果。
在本發明的各個典型實施例中，一旦確定一組工件圖像采集指令，控制系統120執行這些指令并命令攝像機系統260按照該指令捕獲一個或多個工件20的圖像。然后，在控制器125的控制下，控制系統120通過輸入/輸出接口130輸入捕獲的圖像并在存儲器140中存儲捕獲的圖像。控制器125還可以在顯示裝置136上顯示捕獲的圖像。
控制系統部分120還可以再調用捕獲和存儲的工件檢查圖像，檢查和分析這些工件檢查圖像中的工件特征，并存儲和/或輸出檢查結果。這些方法通常體現在存儲器140的視頻工具部分143中包含的各種視頻工具。例如，這種工具可以包括形狀或模式匹配工具，邊緣和/或邊界檢測工具，圓周和尺寸測量工具，坐標匹配工具等。在各種商品化機器視覺檢查系統中，例如，以上討論的QUICK VISION系列視覺系統和相關的QVPAK軟件，這種工具例行地用于檢查工件上邊緣(或邊界)的位置。
圖3是這種視頻工具的一個例子，即，一種在US PatentApplication No.09/987,986中公開的確定工件檢查圖像中邊緣或邊界定位或位置的特征分析/檢查工具，全文合并在此供參考。邊界工具400可用于選取被定位的邊緣或邊界。如圖3所示，640×480像素工件檢查圖像450包含邊界405的放大圖像，它沿水平方向延伸橫跨該圖像。邊界405位于包含不同紋理(未畫出)的兩個區域406與407之間。實際上，利用圖形用戶接口放置邊界工具400到被檢測的特定邊界部分，如圖3所示，用戶可以限定邊界405上的評價區。
基于對應于放置邊界工具400的數據，評價區是由評價區發生器143x限定。邊界工具400包含用戶可配置的框405，可以進一步精制和確定評價區。例如，該框可以配置成弧形或圓形，或圖3所示的矩形。邊界工具400可以在工件檢查圖像上畫出附加的工具單元。例如，可以自動產生和畫出評價點P0和重疊相同矩形412(圖3所示的四個矩形412)表示的評價區指示412，此后可以利用人工方式編輯。評價點P0可以僅僅表示邊界405上的點。此外，用戶可以在評價區中限定橫跨邊界延伸的不同“掃描”線409之間的間隔，或可以自動地確定這種間隔。因此，可以利用人工方式通過用戶輸入限定與邊界工具400相聯系的操作，或借助于邊界工具400的預定缺省特性的自動化過程。允許用戶選取有預定特性的邊界工具400，就可以由不明白數學或圖像處理操作的操作員指導邊界檢測操作。
然后，邊界工具400完成復雜系列的圖像分析和/或圖像處理操作，它比較各組相對的評價區412對中的各種圖像特性以確定一組圖像濾波特性，該特性最有效地指出工件檢查圖像450中邊界405的位置。
如以上所指出的，在各個典型的實施例中，機器視覺檢查系統100用于建立由工件程序指令構成的工件圖像采集程序。這些指令可以控制工件載物臺210和/或攝像機系統260的運動，為的是捕獲一組工件20圖像，以及激勵一個或多個光源220-240以提供圖像采集期間工件20所需的照明。一些用于產生工件圖像采集程序(或“運動路徑和圖像采集例行程序”)和確定選通功率強度，選通曝光時間，和運動速度運行組合的典型方法是在以上合并的′625和′210 Applications中描述。本發明的目的是改進“連續運動”方法，例如，在′625和′210Applications中描述的方法，它是基于與圖像模糊有關的功能限制，提供一種可用于確定某些工件圖像采集參數(例如，工件載物臺速度，選通功率強度，選通曝光時間等)的“子方法”，因此，形成的工件圖像采集程序可以被有不同硬件運行特性或限制的多個視覺系統分享。在一個例子中，本發明的方法通常改進或替換′625 Application的圖4中所示方法的方框530和/或540包含的各種操作。
圖4是一個用于確定相對運動速度和照明控制參數(例如，光功率強度，曝光時間等)的典型方法(或例行程序)流程圖500，它在第一(初始)視覺系統上一組被捕獲圖像的每個圖像中考慮與圖像模糊有關的功能限制。本發明者發現一種用于編碼連續運動工件圖像采集程序的有效方法，在經受一致生產工件圖像約束下，在每個不同系統中提供最大檢查處理能力的同時，形成的程序在不同視覺系統中是高度可移植的，該工件圖像支持有所需精確度的檢查結果，這種方法規定“模糊限制”，即，在選通曝光時間內(即，產生選通照明的時間內)攝像機與工件(或工件的特征)之間所允許的運動量。例如，若選通照明系統的選通曝光時間為16.6毫秒，而用戶規定工件相對于攝像機的運動在曝光時間內不超過0.25μm，則在這種情況下0.25μm是模糊限制。因此，計算攝像機與工件之間相對運動速度(例如，工件載物臺的速度)的相關限制為0.25μm/16.6msec，即，15mm/sec。在這個例子中，模糊限制是距離單位。模糊限制越大，則在獲取圖像中的特征模糊就越大，因此，雖然增大攝像機與工件之間的相對運動速度(處理能力也增大)，但準確定位邊緣特征等的能力受到損害。另一方面，模糊限制越小(即，在選通曝光時間內工件與攝像機之間允許的運動量越小)，則允許的相對運動速度就越慢，因此，雖然增大精確定位邊緣特征的能力，但檢查處理能力受到損害。所以，在任何高處理能力的視覺系統中，在精確度與速度(或處理能力)之間有固有的折衷。在各個典型實施例中，本發明的方法在工件圖像采集指令中確定相對運動速度和各種照明控制參數，它考慮到與模糊有關的功能限制(例如，模糊限制)，為了使該程序在不同視覺系統中是高度可移植的，并且在每個視覺系統的精確度與速度之間還實現最佳，或準最佳的平衡。換句話說，功能限制用于確定工件圖像采集指令中的各種圖像采集參數，因此，當在不同視覺系統上運行該程序時，在與所需精確度一致的最大速度下，它一致地產生有所需精確度的檢查結果。若在較高能力視覺系統上建立的程序轉移到較低能力視覺系統，則這種方法可能要求較慢的程序執行速度以獲得相同的精確度。然而，較慢的程序執行速度通常優于失去準確性，因為失去準確性危害檢查結果的有效性，因此，很難預期，檢測和描述檢查結果。
在方框502，在例行程序500中確定與模糊限制有關的功能限制變量(或簡稱功能限制)或模糊限制變量。如上所述，功能限制變量或模糊限制變量可以是用距離表示的模糊限制，或可以是用于檢查和測量的工件圖像中與最大允許模糊量有關的任何其他變量或它的間接表示。例如，功能限制變量可以是對位置編碼器計數的限制，它對應于攝像機相對于工件載物臺在選通曝光時間內的位移。這種功能限制可用于保持規定的總機器測量精確度。作為另一個例子，功能限制變量可以定義為成像容差，例如，攝像機視場中幾何尺寸的百分比，或用攝像機像素表示的位移。在確定邊緣特征位置時，這種功能限制可用于保持所需的子像素內插精確度。
作為另一個例子，功能限制變量可以定義為圖像中被檢查或測量特征的尺寸容差。例如，若規定或設定第一特征是在位置X1+/-20μm，并假設第二特征是在位置X2+/-5μm，則在不嚴重危害相對于所需檢查精確度的測量精度下，我們可以利用這個信息確定允許有多大的模糊量。若可以從CAD文件中得到這種信息，或利用缺省設定，或借助于用戶輸入，則我們可以設置模糊限制為規定特征容差的10％(舉例)，它對于第一特征是2μm(或對應的編碼器計數，或像素等)，而對于第二特征是0.5μm。這種功能限制可用于松弛每個特征測量的功能限制到最大的可能范圍，它可以使每個相關工件圖像采集的可允許運動速度最大化，因此，在保持每次單獨測量所需精確度的同時，可以使檢查處理能力最大化。
所以，雖然以下討論主要描述的本方法是采用模糊限制作為功能限制變量，但是應當明白，在工件圖像中與限制模糊有關的任何其他變量可以用作功能限制變量。模糊限制或功能限制可以由用戶輸入，或可以按照預定的缺省值自動地設定，和/或可以根據不同的系統特性(在考慮或不考慮當前放大倍數設定的條件下，載物臺位置測量分辨率，像素間隔的某個比率)進行計算。
在方框504，當前視覺系統的最大光功率(例如，最大選通功率)，最大載物臺速度，和最小(有效)曝光時間(例如，最小選通持續時間)裝入到例行程序500。所有這三個數值是特定視覺系統規定的硬件運行特性。在按照本發明的各個實施例中，這些運行特性記錄在每個特定視覺系統的一個或多個存儲器部分，例如，作為機器配置文件或數據，作為資源文件或數據，作為即插即用元件文件或數據等，并可以在程序控制下被檢索。視覺系統的最小曝光時間可以由攝像機或照明系統(例如，選通照明能力)限定。例如，利用連續照明，有電子或機械快門的攝像機可用于控制有效曝光。然而，一般地說，選通曝光時間可以遠遠短于攝像機的固有最小曝光時間，因此，提供這樣的物理或電子快門是困難和/或昂貴的，該快門可以實現與選通照明最小曝光時間相當的短曝光時間。此外，利用連續照明容易產生過多的熱量，這就要求視覺系統有附加餓冷卻系統。所以，在本發明的各個實施例中，諸如LED選通照明的選通照明用于控制視覺系統的有效曝光時間。因此，視覺系統的最小曝光時間可以由特定視覺系統中使用具體選通照明系統的最小選通曝光時間限定。
在方框506，在上述的訓練模式(或學習模式)期間，對于被獲取一組圖像中的每個圖像，確定當前視覺系統在所需光功率下的合適曝光時間，它是足夠地長以實現所需的邊緣對比度，平均圖像強度或灰度級等。通常，設置光功率在它的最大值上，因為這通常可以導致對應于所需圖像強度的最短允許選通曝光時間，它又可以導致在給定連續運動速度下拍攝檢查圖像的最小模糊量。所以，在本發明的各個實施例中，光功率設置成當前視覺系統中包含光源的最大光功率設置。在各個典型實施例中，利用人工方式，半自動方式或全自動方式，可以完成合適曝光時間的確定。例如，為了利用自動方式確定用于實現某種程度理想邊緣(邊界)對比度的最佳曝光時間，可以設置所需的光功率，和在US Patent No.6,542,180中描述的雙區域對比工具可用于識別互補選通曝光時間的操作中，它可以在邊緣上提供有所需對比度差的曝光強度，或滿足另一個所需圖像特性的曝光強度，該專利全文合并在此供參考。或者，US Patent No.6,627,863中描述的光設置方法可用于識別互補選通曝光時間的操作，它提供所需的圖像特性，該專利全文合并在此供參考。作為另一個例子，用戶可以發現實現所需灰度級的曝光時間，它是借助于觀察和調整顯示的圖像，或借助于其他實驗方法實現的。理想的灰度級，邊緣對比度等可以由用戶確定，或可以利用缺省值預定或自動地設定。在任何情況下，在理想的環境中，用于實現所需邊緣對比度，灰度級等的最佳曝光時間應當設置成盡可能短，為的是減小模糊量和增大處理能力(即，用于成像每個工件特征的曝光時間越短，則允許的運動就越快，因此，整個工件的成像就越快)。
在方框508，基于以前確定的模糊限制和以前確定的最佳曝光時間，確定攝像機與工件之間的運行相對速度。在各個典型實施例中，確定運行的相對速度通常涉及三個步驟。第一，基于模糊限制和曝光時間，計算相對速度(相對速度＝模糊限制/最佳曝光時間)。第二，比較計算的相對速度與以上方框504中裝入當前視覺系統的最大載物臺速度，并確定哪個速度較低。第三，若計算的相對速度較低，則把它設置成當前視覺系統的運行相對速度。另一方面，若最大載物臺速度較低，則最大載物臺速度設置成當前視覺系統的運行相對速度。任選地，在這種情況下，例如，基于計算的相對速度與最大載物臺速度之間的比例，可以減小光功率設置，或增大最佳曝光時間。
在方框510，任選地，確定當前視覺系統的運行相對速度和最佳曝光時間可用于計算當前視覺系統模糊限制變量的實際運行值，驗證它是否滿足以上方框502中例行程序500初始確定模糊限制變量的最大允許值(實際模糊限制＝運行相對速度×最佳曝光時間)。若計算的實際模糊限制偏離以前裝入的模糊限制一個預定量，則可以把誤差報告給用戶，或例行程序500可以自動地返回到方框502，規定略微不同的模糊限制值，例如，用于重新計算運行相對速度和最佳曝光時間。
在方框512，根據確定的最佳曝光時間和以上方框506中選取的已知/所需光功率強度，計算總曝光能量(總曝光能量＝最佳曝光時間×已知光功率)。把總曝光能量與照明光源(選通照明)的光子數相關，這些光子在有效曝光時間內撞擊到成像工件的相關部分或特征上。然后，存儲總曝光能量和模糊限制作為該工件的部分工件圖像采集程序。
在各個實施例中，對于獲取一組檢查圖像中的每個圖像(即，對于被檢查工件上一組特征/部分的每一個)，通常重復方框506，508，510和512，特別是，那些被檢查工件的特征是不同的。在一些實施例中，相同的模糊限制可用于相同組中的所有圖像。在其他實施例中，不同的模糊限制可用于該組圖像內檢查不同特征的不同圖像，例如，基于上述的各個特征容差。在這種情況下，對于該組圖像中的每個圖像，需要附加地重復方框502。
以上確定第一(初始)視覺系統上一組圖像的總曝光能量和模糊限制組可以實現所需的灰度級，邊緣對比度等(即，所需的檢查精確度)，它形成各種其他視覺系統可用的一組機器控制指令，還可以獲取一組有效提供可靠檢查結果的工件檢查圖像。具體地說，該組總曝光能量和模糊限制可以被不同的視覺系統使用，用于確定各個視覺系統專用的所需運行相對速度和照明控制參數值組，為的是在與所需精確度一致的高速度下一致地提供支持所需檢查精確度的一組檢查圖像。如上所述，以上參照圖4描述的方法形成用于產生初始工件圖像采集程序或零件程序的部分總方法。此后，該程序中包含的總曝光能量和模糊限制組傳送到不同的視覺系統上，它作為部分的工件圖像采集程序或零件程序，該程序還包含實施圖像采集和檢查所需的各種其他指令，例如，用于檢查事件序列。更精確地說，在本發明的各個實施例中，由于零件程序包含工件圖像采集指令和工件圖像分析/檢查指令，傳送的總曝光能量和模糊限制組作為包含工件圖像采集指令的部分零件程序，因此，該程序也包含總曝光能量和模糊限制組。
圖5是在初始機器檢查系統或任何其他(或后續)視覺系統的“運行模式”下實施的一個典型方法或例行程序600的流程圖，后續視覺系統不同于以上討論的用于確定零件程序的第一(初始)視覺系統。如以下更充分描述的，第一視覺系統上限定的零件程序，或更具體地說，它的工件圖像采集程序指令，能夠自動地適應任何給定的視覺系統。自動適應涉及計算給定視覺系統專用的最佳工件圖像采集參數，為的是在與所要求精確度一致的最高可能速度運動下保持所需的檢查精確度。
在方框602，例行程序600接收包含工件圖像采集指令中以前限定的零件程序，該指令包含第一視覺系統上限定的總曝光能量和模糊限制組。
在方框604，當前(新)視覺系統的最大光功率，最大載物臺速度，和最小曝光時間裝入到例行程序600。如參照圖4中方框504所討論的，所有這三個變量是特定視覺系統規定的硬件運行特性。在按照本發明的各個實施例中，這些運行特性記錄在每個特定視覺系統的一個或多個存儲器中，例如，作為機器配置文件或數據，作為資源文件或數據，作為即插即用元件文件或數據等，并可以在程序控制下被檢索。
在方框606，關于從獲取的檢查圖像組中采集第一個或下一個圖像，必須完成以下的方框608，610，612，614，和616。
在方框608，再調用或確定例行程序600中與獲取當前圖像相聯系的模糊限制變量，總曝光能量和任何其他的圖像采集命令或程序指令(例如，運動路徑指令，檢查操作指令等)。這些都是在以上方框620輸入的零件程序中限定。
在方框610，基于總曝光能量和已知的光功率強度，計算或確定(例如，利用查閱表)當前視覺系統上用于當前圖像采集的最佳曝光時間。如上所述，在各個典型實施例中，光功率強度可以設置在最大光功率強度上，因為這通常導致在給定相對運動速度下獲取檢查圖像的最短允許選通曝光時間和最小模糊量。或者，光功率強度可以設置在用戶所需的電平上，或可以利用缺省值預定或自動地設置。在各個典型實施例中，計算最佳曝光時間通常涉及三個步驟。第一，基于總曝光能量和已知的光功率強度，計算曝光時間(曝光時間＝總曝光能量/已知光功率強度)。第二，比較計算的曝光時間與以上方框604中裝入當前視覺系統的最小曝光時間，并確定哪個時間較長。第三，若計算的曝光時間較長，則設定該時間為當前視覺系統的最佳曝光時間。另一方面，若當前視覺系統的最小曝光時間較長(即，若不能在當前視覺系統上實現計算的曝光時間)，則設定當前視覺系統的最小曝光時間為最佳曝光時間，并調整光功率強度以提供以上方框608中裝入的總曝光能量數值(重新計算的光功率＝總曝光能量/最小曝光時間)。
在方框612，基于以上方框608中裝入的模糊限制變量和以上方框610中確定的最佳曝光時間，計算或確定(例如，利用查閱表)當前視覺系統的運行相對速度。計算運行相對速度通常涉及四個步驟。第一，基于模糊限制和最佳曝光時間，計算相對速度(相對速度＝模糊限制/最佳曝光時間)。第二，比較計算的相對速度與以上方框604中裝入當前視覺系統的最大載物臺速度，并確定哪個速度較低。第三，若計算的相對速度較低，則設定該速度為當前視覺系統的運行相對速度。第四，另一方面，若最大載物臺速度較低，則設定最大載物臺速度為當前視覺系統的運行相對速度。
在方框614，任選地，根據確定當前視覺系統的運行相對速度和最佳曝光時間，計算模糊限制變量的實際運行數值，考察它是否滿足以上方框608中裝入當前圖像模糊限制變量的最大允許數值(實際運行模糊限制值＝運行相對速度×最佳曝光時間)。若計算的實際運行模糊限制變量值偏離以前裝入的允許模糊限制變量值一個預定量，則可以給用戶報告誤差。
在方框616，與獲取當前圖像相聯系的圖像采集參數，它包含運行相對速度，最佳曝光時間，和選取的最佳曝光時間，記錄在存儲器中作為當前圖像的部分工件圖像采集程序指令。
在方框618，確定是否采集更多的圖像。如果是，則回到方框606，進行下一個圖像采集。并重復方框608-616以確定并存儲下一個圖像的圖像采集參數。
若在方框618中確定已限定所有的圖像采集，則在方框620完成以下的操作，沿運動路徑傳輸和執行整個圖像組的以前限定工件圖像采集指令，并獲取和存儲或記錄被檢查工件的限定圖像組。
在方框622，再調用和分析或檢查獲取和存儲的圖像。這種操作是受工件圖像分析/檢查指令的控制，這個指令是該工件的總零件程序的一部分。可以理解，在一些實施例中，可以刪除，合并或不能區分方框620中圖像的存儲和方框622中圖像的再調用。此外，在一些實施例中，分析和/或檢查獲取的圖像可以在完成整組圖像的采集之前開始。換句話說，一旦獲取了圖像，通過分開的操作可以分析或檢查這些圖像，而無須首先存儲然后再調用，或者，每當在完成整組圖像采集之前有可用的計算機處理時間，則可以再調用和分析或檢查早先獲取的圖像。在以上包含的′625 Application中更詳細地描述這些和其他潛在的操作和/或處理序列。
在方框624，輸出或記錄圖像分析/檢查的結果。方框624完成例行程序600。
應當注意，圖5所示的例行程序600發生在任何視覺系統的“運行模式”期間，隨后，該系統利用按照本發明初始建立的零件程序，例如，按照圖4所述操作建立的零件程序。這種“運行模式”通常包括兩種類型指令方框602-618中包含的圖像采集參數適應指令(或機器專用圖像采集優化指令)，和方框620-624中包含的運動路徑傳輸和分析或檢查指令。借助于圖像采集參數適應指令，控制初始視覺系統上原始建立的零件程序圖像采集操作的功能變量用于自動地確定或適應當前視覺系統所用的圖像采集參數指令，主要是基于與被檢查各個工件特征的一個或多個圖像模糊有關的功能限制，并結合當前視覺系統的預定組運行特性或限制。在與圖像采集參數適應指令相聯系的操作之后，優化或準優化當前視覺系統中零件程序限定的圖像采集操作，為的是提供這樣的檢查圖像，它支持初始視覺系統上實現相同或更高精確度的檢查結果，而同時允許圖像采集期間的相對運動速度是在與所要求精確度一致的最高可能速度上，為的是使當前視覺系統的相關檢查處理能力最大化。然后，運動路徑傳輸和分析/檢查指令采用以前限定的優化圖像采集操作/參數，用于實際獲取和分析/檢查該圖像。
應當注意，在有效圖像曝光時間可以運行的運動速度，例如，它是由選通持續時間確定，可以確定相應檢查圖像中的運動模糊量。在零件程序中，可以“絕對地”限定相對運動速度和曝光時間的數值(而不是相對地限定這些數值，如上所述，它是按照本發明與模糊有關的功能限制)。然而，一般地說，不能成功地在不同類型視覺系統上執行這種零件程序，除非按照該類型系統的最低能力視覺系統性能限制，設置相對運動速度和曝光時間。因此，在任何較高能力的視覺系統上執行這種零件程序時，較高能力視覺系統的處理能力限制在與較低能力視覺系統處理能力相同的水平上。這與按照各個實施例系統產生的零件程序和按照本發明的方法形成對比，其中運行相對速度和最佳曝光時間限定是與圖像模糊有關的功能限制，因此，它同時提供支持所需檢查和/測量精確度的圖像采集，而且還優化或準優化利用零件程序的每個特定視覺系統的檢查處理能力。
圖6是在第一機器視覺系統上用于確定可接受工件圖像的各個圖像采集曝光參數的一個典型方法或例行程序700流程圖，記錄圖像參模糊數和曝光能量指示，它對應于一組工件檢查指令中以前確定的圖像采集曝光參數，并基于記錄的模糊圖像參數和工件檢查指令中記錄的曝光能量指示，利用機器視覺系統提供有可接受圖像模糊的各個工件特征圖像。如以下更詳細描述的，該例行程序可自動地適應給定的視覺系統。自動適應涉及轉換記錄的圖像模糊參數以及第一機器視覺系統上確定和工件檢查指令中記錄的曝光能量指示，用于提供圖像曝光參數和相對運動速度的組合，它可用在“當前”機器視覺系統上以提供有可接受圖像模糊量的合適曝光圖像。
在例行程序700的方框702，重要的操作是利用第一機器視覺系統以確定各個工件特征的可接受圖像采集曝光參數。曝光參數通常包含或對應于曝光時間和光源功率設置的組合，它確定總曝光能量以產生各個工件特征的合適曝光圖像。例如，在機器視覺檢查系統的學習運行模式下，可以確定這些曝光參數。提供總曝光能量的特定參數組合不是特別重要的，也不必是特定機器專用的，因為它是總曝光能量(或表示或對應于總曝光能量的參數)，而不是特定的組合，它是例行程序700中其他操作使用的相關參數，用于確定特定機器視覺檢查系統所用圖像采集曝光參數的機器專用組合以提供各個工件特征的圖像。
作為一些機器視覺檢查系統的例子，選通光源的光源功率設置可以設置在預定的缺省功率強度上，并可以由用戶按照人工方式確定曝光各個工件特征的缺省功率強度所用的曝光時間，該用戶調整曝光時間(它可以簡單地是用戶控制照明強度)，直至得到可接受的圖像結果。或者，借助于半自動或全自動照明確定過程，它類似于給Wasserman的US Patent No.6,627,863中所公開的內容，全文合并在此供參考，可以有效地自動確定缺省功率強度的曝光時間，或可變功率強度與曝光時間的組合。
在方框704，對應于執行方框702中確定圖像采集曝光參數的總曝光能量(或曝光能量指示，它表示或對應于曝光能量參數)記錄在一組工件檢查指令中，例如，零件程序。此外，表示最大圖像模糊度的模糊參數或功能變量或各個特征的檢查圖像中可接受的圖像模糊度記錄在指令中。在各個實施例中，在記錄總曝光能量或對應曝光能量指示參數的運行期間，可以記錄模糊參數。或者，利用執行方框702以外的操作，例如，在綜合地限定多個各自特征的模糊參數時，可以記錄模糊參數。在各個實施例中，可以由操作員按照人工方式確定和/或輸入模糊參數，或按照半自動或全自動方式確定和輸入模糊參數。模糊參數可以是用距離，或任何其他變量表示的模糊限制，這些變量與檢查和測量工件圖像中允許的模糊量有關，或直接或間接地表示允許的模糊量。例如，它可以定義為成像容差，例如，攝像機視場的幾何尺寸百分比，或用攝像機像素表示的位移，或者，它可以定義為圖像中被檢查或測量特征的幾何尺寸容差百分比。以上我們已描述用于確定各種類型限制的各種方法，這些方法限定可接受圖像的模糊限制。
在方框706，一組工件檢查指令輸入到當前機器視覺檢查系統，該組指令包含各個工件特征的記錄曝光能量指示和模糊參數，當前視覺系統可以是，但不必是，不同于第一機器視覺檢查系統的機器視覺檢查系統，并可以再調用記錄的曝光能量指示和模糊參數，用于當前機器視覺檢查系統的后續運行。
在方框708，基于輸入和/或再調用的曝光能量指示和模糊參數，當前機器視覺檢查系統確定圖像采集曝光參數和圖像采集速度的組合以獲得各個工件特征在運動時的檢查圖像。以上我們描述了用于確定圖像采集曝光參數和圖像采集速度可用組合的各種原理和方法，因此，此處不再需要詳細地描述。然而，作為一個說明性而不是限制性的例子，第一機器視覺檢查系統可以包含一組各自的定標值，每個定標值提供或對應于根據相對高光源功率強度和相對短曝光組合的各個曝光能量。可以選取這個數值以提供各個工件特征的合適曝光圖像，還可用作方框704中記錄的曝光能量指示。此外，當前機器視覺檢查系統可以包含一組各自定標值，定標成按照與第一機器視覺檢查系統類似的方式提供類似的各個曝光能量。在這種情況下，方框708中確定當前機器的圖像采集曝光參數可以包括利用對應于定標值的光源功率強度和曝光時間，用作方框704中記錄的曝光能量指示。基于當前機器視覺檢查系統的曝光時間參數，選取與這些曝光參數組合使用的相對運動速度，為的是提供有可接受圖像模糊度的各個工件特征圖像。以上我們已描述基于圖像曝光時間確定這種相對運動速度的原理。
在方框710，當前機器視覺檢查系統利用圖像采集曝光參數和相對運動速度的組合以獲取各個工件特征的檢查圖像，因此，檢查圖像有可接受的圖像模糊量。方框710完成各個工件特征的例行程序700。
當然，更一般地說，對于多個工件特征可以重復方框702和704的操作，并與多個其他的機器控制和圖像分析和檢查指令結合進行，例如，在學習運行模式下，為的是在第一機器視覺檢查系統上建立工件的零件程序。然后，可以在當前機器視覺檢查系統上執行該零件程序，因此，對于多個工件特征可以重復方框706-710的運行，并與多個其他的機器控制和圖像分析和檢查指令結合進行，例如，在學習運行模式下，為的是按照零件程序指令檢查一個或多個工件。
在各個實施例中，我們在以上已建議光功率強度設置在最大可能的電平上。然而，應當理解，光功率強度的設置僅僅是作為例子，而不是對它的限制。一般地說，光功率強度可以設置在任何的電平上，它最佳地增強在圖像上完成的圖象檢查操作和/或提供可接受的照明光源工作壽命，和/或按照機器視覺檢查系統的任何其他重要運行考慮。在各個典型實施例中，用于選通照明的光源可以包括氙閃光燈，高強度LED，例如，LuxeonTM生產線上的一種LED，可以從San Jose，California的Lumileds Lighting，LLC，購得，或任何其他合適的已知或以后開發的選通光源。在一個典型實施例中，用于選通照明的光源可以包括波長約為470nm的藍光LED。然而，攝像機敏感范圍內的任何波長可用在各個典型實施例中。利用以上描述的任何類型選通光源，可以作為以上描述的光源220-240。
雖然我們已描述本發明的各種優選和典型實施例，但是，應當理解，在不偏離本發明精神和范圍的條件下，可以按照本發明的原理作各種變化。
權利要求
1.一種在第一精密機器視覺檢查系統上編程工件檢查程序的方法，精密機器視覺檢查系統包括至少包含攝像機的圖像采集系統；至少一個光源；工件載物臺；和控制系統部分，其中工件載物臺和攝像機中至少一個可以運動，從而形成相對的運動，且其中攝像機和光源中至少一個限定精密機器視覺檢查系統的最小有效曝光時間，該方法包括(a)對于各個工件特征的圖像，確定可接受的圖像采集曝光參數；(b)至少記錄一個表示曝光能量的參數，它對應于工件檢查程序中確定的圖像采集曝光參數；和(c)對于工件檢查程序中各個工件特征的圖像，至少記錄一個表示可接受的圖像模糊參數。
2.按照權利要求1的方法，其中至少一個表示曝光能量的參數限定光源功率設置與曝光時間的組合。
3.按照權利要求2的方法，其中第一精密機器視覺檢查系統包含一組可用于提供各個曝光能量的數值，確定可接受的圖像采集曝光參數包括選取該組數值中的一個數值，和至少記錄一個表示曝光能量的參數包括記錄該組數值中選取的一個數值，曝光能量參數對應于確定的圖像采集曝光參數。
4.按照權利要求2的方法，其中至少一個表示工件檢查程序中可接受的圖像模糊參數包含其中之一a)用于與曝光時間結合的相對運動速度以提供可接受的圖像模糊，和b)在曝光時間內限定可接受的相對運動位移的圖像模糊參數。
5.按照權利要求4的方法，還包括在當前精密機器視覺檢查系統上執行工件檢查程序，該系統是其中之一a)第一精密機器視覺檢查系統和b)不是第一精密機器視覺檢查系統的精密機器視覺檢查系統，包括以下的子步驟(i)至少接收一個表示工件檢查程序中記錄的各個工件特征的曝光能量參數；(ii)至少接收一個表示工件檢查程序中記錄的各個工件特征可接受的圖像模糊參數；和(iii)在當前精密機器視覺檢查系統上確定光源功率設置，曝光時間，和與曝光時間結合的相對運動速度的運行組合，為的是提供不超過可接受圖像模糊的圖像模糊。
6.按照權利要求5的方法，還包括以下的子步驟利用光源功率設置，曝光時間，和相對運動速度的運行組合以獲取各個工件特征的圖像。
7.按照權利要求5的方法，其中第一精密機器視覺檢查系統包含第一組可用于控制圖像曝光的數值，而每個數值可用于提供對應的定標曝光能量，當前精密機器視覺檢查系統包含當前一組可用于控制圖像曝光的數值，而每個數值可用于提供對應的定標曝光能量，而從第一機器和當前機器上第一組和當前組數值得到的類似數值可用于提供對應定標曝光能量的類似曝光能量，其中至少接收一個表示工件檢查程序中記錄的曝光能量參數的步驟包括接收第一組數值中的一個數值；和確定光源功率設置，曝光時間，和相對運動速度運行組合的步驟包括利用最接近于第一組數值中接收數值的當前組數值中的一個數值，確定當前精密機器視覺檢查系統中光源功率設置和曝光時間的組合；和確定與確定曝光時間結合的相對運動速度，提供不超過可接受圖像模糊的圖像模糊。
8.按照權利要求2的方法，其中曝光時間是由以下的一個確定a)攝像機的有效光積分持續時間，b)攝像機的電子快門曝光持續時間，和c)光源的選通光照持續時間。
9.一種在第一精密機器視覺檢查系統上編程零件程序的方法，精密機器視覺檢查系統包括至少包含攝像機的圖像采集系統；至少一個光源；工件載物臺；和控制系統部分，其中工件載物臺和攝像機中至少一個可以運動，從而形成相對的運動，且其中攝像機和光源中至少一個限定精密機器視覺檢查系統的最小有效曝光時間，該方法包括(a)確定與各個工件特征圖像的可允許圖像模糊有關的功能限制；(b)確定用于獲取各個工件特征圖像的限定光功率強度下最佳曝光時間；(c)基于與圖像模糊和最佳曝光時間有關的功能限制，計算攝像機與工件載物臺之間的運行相對速度；和(d)存儲功能限制和至少一個表示曝光時間與限定光功率強度乘積的參數，用于獲取零件程序中各個工件特征的圖像。
10.按照權利要求9的方法，其中功能限制包括模糊限制。
11.按照權利要求9的方法，其中在步驟(b)，確定最佳曝光時間，為的是至少獲得邊緣上所需灰度級和所需對比度中的一個。
12.按照權利要求9的方法，其中零件程序還包括在執行零件程序的至少部分持續時間內，控制攝像機與工件載物臺之間連續相對運動的運動指令。
13.按照權利要求9的方法，還包括在不同于第一精密機器視覺檢查系統第二精密機器視覺檢查系統上執行零件程序，包括以下的子步驟(i)接收第二系統光源的最大光功率，最大相對運動速度，和最小有效曝光時間；(ii)從零件程序中接收與允許圖像模糊有關的功能限制，和至少一個表示曝光時間與限定光功率強度乘積的參數；(iii)基于至少一個表示曝光時間與限定光功率強度乘積的參數和第二精密機器視覺檢查系統的選取光功率強度，計算利用第二精密機器視覺檢查系統獲取各個工件特征圖像的最佳曝光時間；和(iv)基于第二精密機器視覺檢查系統的功能限制和最佳曝光時間，計算利用第二精密機器視覺檢查系統獲取各個工件特征圖像的運行相對速度。
14.按照權利要求13的方法，其中在子步驟(iii)，選取第二系統的最大光功率作為光功率強度。
15.按照權利要求13的方法，其中計算第二機器視覺檢查系統最佳曝光時間的子步驟(iii)還包括以下的次子步驟(1)基于至少一個表示曝光時間與限定光功率強度乘積的參數和選取的光功率強度，計算曝光時間；(2)比較計算的曝光時間與第二系統光源的最小有效曝光時間，確定哪個曝光時間較長；(3)若計算的曝光時間較長，則設定計算的曝光時間為最佳曝光時間；和(4)若最小有效曝光時間較長，則設定最小有效曝光時間為最佳曝光時間，并至少完成以下一個步驟a)基于至少一個表示曝光時間與限定光功率強度乘積的參數和最小有效曝光時間，計算光功率強度，和b)基于功能限制和最小有效曝光時間，重新計算運行的相對速度。
16.按照權利要求13的方法，其中計算運行相對速度的子步驟(iv)還包括以下的次子步驟(1)基于功能限制和最佳曝光時間，計算相對速度；(2)比較計算的相對速度與第二系統的最大相對運動速度，確定哪個速度較低；(3)若計算的相對速度較低，則設定計算的相對速度較低為運行相對速度；和(4)若第二系統的最大相對運動速度較低，則設定最大相對運動速度為運行相對速度，基于功能限制和最大相對運動速度，重新計算最佳曝光時間，和基于至少一個表示曝光時間與限定光功率強度乘積的參數和重新計算的最佳曝光時間，計算光功率強度。
17.按照權利要求9的方法，其中對于與各個工件特征對應一組工件圖像中的每個圖像，至少重復步驟(b)至(d)。
18.一種包含計算機可執行指令的計算機可讀媒體，該指令裝入到用于檢查工件的精密機器視覺檢查系統中控制系統部分，精密機器視覺檢查系統包括至少包含攝像機的圖像采集系統；至少一個光源；工件載物臺；和控制系統部分，其中工件載物臺和攝像機中至少一個可以運動，從而形成相對的運動，且其中攝像機和光源中至少一個是可控的，用于限定精密機器視覺檢查系統的有效曝光時間，計算機可執行指令至少包含一個記錄的參數，該參數表示與各個工件特征圖像可接受的圖像采集曝光參數對應的曝光能量，和至少一個記錄的參數，該參數表示各個工件特征圖像可接受的圖像模糊，而計算機可執行指令在控制系統部分上運行時完成以下的操作，包括(i)至少接收一個表示計算機可執行指令中記錄各個工件特征的曝光能量參數；(ii)至少接收一個表示計算機可執行指令中記錄各個工件特征的可接受圖像模糊參數；和(iii)在精密機器視覺檢查系統上確定光源功率設置，曝光時間，和與曝光時間結合的相對運動速度的運行組合，可以提供各個工件特征的圖像，它包含不超過可接受圖像模糊的圖像模糊。
全文摘要
一種用于產生工件圖像采集/檢查程序的機器視覺檢查系統和方法，該程序可以被有不同硬件能力的不同機器視覺系統分享。每個系統包含用于掃描和測量選取工件特征的可運動載物臺，并最好包含控制工件圖像有效曝光時間的選通照明。基于與圖像模糊有關的功能限制，該程序可以確定各種圖像采集參數，例如，載物臺速度，選通光功率，選通曝光時間等。因此，基于功能限制，可以確定該系統的最佳圖像采集參數，使該程序自動適應任何特定的系統。所以，相同的程序可用在不同的系統上，它一致地提供所需精確度，以及最佳或準最佳處理能力，而與使用哪種視覺系統無關。
文檔編號G01B21/00GK1769834SQ20051011643
公開日2006年5月10日 申請日期2005年10月20日 優先權日2004年10月21日
發明者馬克·L·德蘭尼 申請人:株式會社米姿托約