CN103836513A - 图像测量设备的发光二级管照明方法和装置 - Google Patents

Abstract

在对待测工件执行低亮度连续照明、以及频闪照明和高亮度连续照明其中二者之一的图像测量设备中，使用普通高亮度LED，并且驱动电路可在伪连续照明、与频闪照明和连续照明其中二者之一之间进行切换。在伪连续照明中，通过脉冲发光减小平均亮度。在频闪照明中，瞬时地发出高亮度光。通过改变高亮度LED的发光周期而进行在伪连续照明、与频闪照明和连续照明其中二者之一之间的切换。

Description

图像测量设备的发光二级管照明方法和装置

相关申请的交叉引用

根据美国专利法第119，本申请要求2012年11月19日提交的日本申请No.2012-253716的优先权，该申请的公开内容明确地通过引用将其整体并入本文。

技术领域

本发明涉及用于图像测量设备的LED照明方法和装置。特别是，本发明涉及用于图像测量设备的LED照明方法和装置，其适用于在使用普通高亮度LED的图像测量设备中使用，并在测量对象(下面称作“工件”)上进行低亮度连续照明和高强度频闪照明或高亮度连续照明。

背景技术

传统上如图1中所示，CNC图像测量设备在进行一个测量位置的测量时，相对于诸如CCD摄像机等的成像设备移动测量平台，将测量平台停止在该测量位置处，通过调节照明光量来获取工件的图像信息，并设定测量工具，对所获取的图像信息执行诸如边缘检测的图像处理。在包括测量1和测量2等等的所有测量位置处重复该测量，从而对所需位置执行测量。下面，将这种测量模式称作“标准测量模式”。

另一方面，为了提高测量生产率，已知有这样一种图像测量设备，其具有的测量模式为，在执行测量操作时无需将测量平台相对于成像设备停止在测量位置处。下面，将这种测量模式称作“无停止测量模式”。参见例如PCT国际申请No.2004-535587(第[0005]-[0006]段，图2)的日文翻译。如图2中所示，这种图像测量设备通过输入瞬时图像信息进行图像测量，而瞬时图像信息是通过频闪地照明工件或者用具有快门的CCD摄像机对工件进行成像而获取的，无需将测量平台停止在测量位置处。无停止测量模式的优点在于，通过适当设定平台移动速度与频闪脉冲宽度之间的关系而实现高速测量，且基本上不会降低测量精度。

近年来，具有更高亮度的LED、即高亮度LED得到了发展且已经商业化。因而，可使用高亮度LED来实现标准测量模式下的连续照明和无停止测量模式下的频闪照明。

然而，当LED连续发光时，例如当在标准测量模式中连续地观察工件时，使用额定功率点亮的高亮度LED会过亮。从而，必须用较小的功率来驱动该LED。不过，高亮度LED的特点在于，其在用大电流进行高亮度发光时是稳定的，而在用小电流进行低亮度发光时不能保持恒定的亮度，亮度随时间改变，从而不稳定。因此，为了使高亮度LED实现稳定的低亮度发光，要减小输送给LED的功率，通常通过在LED发光周期中输送较大电流，但执行间歇发光(脉冲发光)。

另一方面，在相同图像测量设备中，在无停止测量模式下当在工件移动的同时获取图像时，已知的一种方法是通过高亮度光在工件上执行瞬时照明(称作频闪光发射)而获取图像数据，以防止图像模糊。

在此情形中，为了获得不模糊的图像，LED的光发射必须是具有短发光间隔的频闪光。为了获取高精度的图像，必须按照诸如保持恒定发光间隔、恒定光量(亮度或光发射周期)等方式，对频闪光进行高精度的控制。

然而，当通过向图3A中所示的脉冲发光光源发出如图3B中所示的频闪照明命令间歇地点亮LED时，由于频闪光发射的发光间隔与脉冲光发射的间歇发光之间周期的差异性，如图3C中所示，导致难以再现出稳定的发光周期。

低亮度LED和高亮度LED可以被分别用于连续照明和频闪照明。不过，人们并不希望这样，因为这会增加光学组件的数量。

另一方面，日本专利申请公开号No.2006-135297披露了一种可切换驱动电流的LED。在日本专利申请公开号No.2006-135297中，当光发射量的目标值等于或低于预定值时，执行PWM控制，其中驱动电流值在最佳电流值处保持恒定，并控制驱动电流的通和断。另一方面，当光发射量的目标值高于预定值时，执行电流值控制，改变连续输送的驱动电流值。

不过，日本专利申请公开号No.2006-135297仅公开了一种驱动LED使其改善发光效率的技术，并不涉及如本申请所述的在连续照明与频闪照明之间切换的技术。

发明内容

鉴于上述情况，提供使用普通高亮度LED来实施低亮度连续照明，与频闪照明或高亮度连续照明的LED照明方法和装置。

本发明的一个方面提供一种图像测量设备的LED照明方法，在待测工件上执行低亮度连续照明、以及频闪照明和具有改变的高亮度的连续照明其中二者之一。该方法包括，在通过脉冲发光减小入射在工件上的光的平均亮度的伪连续照明、与在工件上瞬时发射高亮度光的频闪照明和工件的连续照明其中二者之一之间切换普通高亮度LED的驱动电路。高亮度光可以是入射到工件上的、亮度高于入射到工件上的平均亮度的光。低亮度光可以是入射到工件上的、亮度低于入射到工件上的平均亮度的光。

可通过改变高亮度LED的发光周期来进行在伪连续照明、与频闪照明和连续照明其中二者之一之间的切换。

本发明的另一方面，提供一种用于图像测量设备的LED照明装置，在待测工件上执行低亮度连续照明、与频闪照明和高亮度连续照明其中二者之一。该LED照明装置包括一普通高亮度LED；一执行伪连续照明的脉冲发光电路，其中通过脉冲发光减小亮度；频闪发光电路和连续发光电路其中二者之一。频闪发光电路执行频闪照明，其中瞬时地发射高亮度光。该LED照明装置还包括一开关，可在脉冲发光电路、与频闪发光电路和连续发光电路其中二者之一之间切换。

由连续发光电路和发光周期改变电路配置脉冲发光电路、频闪发光电路和连续发光电路其中二者之一、以及开关，发光周期改变电路通过改变高亮度LED的发光周期，在伪连续照明、与频闪照明和连续照明其中二者之一之间进行切换。

根据本发明的特征，当在工件移动的同时获取图像时，可提供具有精确LED照明亮度、时序和发光周期的频闪光。因而，可获取精确的图像。另外，当图像测量装置用低亮度照明执行连续观察时，可提供高效、稳定的连续光。

因此，可以用频闪光或高亮度连续照明以及稳定的低亮度连续照明，实现高精度和高稳定性的频闪照明，以获取图像。

附图说明

参照所提到的多个附图，通过本发明的示例性实施例的非限定示例的方式，在下面的详细说明中对本发明进行进一步的描述，在不同附图中，相同附图标记表示相似部件，其中：

图1表示传统的连续发光的测量情形；

图2表示传统的频闪发光的测量情形；

图3A-3D是说明高亮度LED中发生的现象的时序图；

图4是说明本发明一个实施例中所采用的图像测量系统的整体结构的透视图；

图5为说明根据本发明的实施例的计算机的功能块的框图；

图6是说明根据本发明的实施例在标准测量模式下的测量过程的流程图；

图7是说明根据本发明实施例在无停止测量模式下的测量过程的流程图；

图8为说明根据本发明第一实施例的照明电路的框图；和

图9为说明根据本发明第二实施例的照明电路的框图。

具体实施方式

此处通过示例表示的具体内容，仅为了说明本发明的实施例，意在为本发明的原理和概念方面提供据信是最有用和最容易理解的描述。由此，无意于更详细地表示出比基本理解本发明所必须的更多的本发明结构细节，说明书结合附图使本领域技术人员明白在实际中本发明的形式是如何实现的。

下面参照附图描述本发明的实施例。

图4为透视图，说明根据本发明的一个实施例的图像测量系统的整体结构。该系统包括非接触式图像测量设备1；计算机系统2，其驱动和控制图像测量设备1并执行必要的数据处理；以及打印测量结果的打印机3。

如下地配置图像测量设备1。换言之，在放置测量对象(下面称作工件)的底座11上附接一测量平台13。通过未示出的Y轴驱动机构沿Y轴方向(图中的前后方向)驱动测量平台13。在底座11的两侧(边缘)的中心处固定向上延伸的支撑臂14和15。附接X轴导轨16以连接支撑臂14和15的上端部。通过X轴导轨16支撑成像单元17。通过未示出的X轴驱动机构沿X轴导轨16沿X轴方向(图中的水平方向)驱动成像单元17。CCD摄像机18安装在成像单元17的下端，以面对测量平台13。另外，在成像单元17中，除了未示出的照明设备和聚焦机构以外，设有未示出的Z轴驱动机构，沿Z轴方向(图中的垂直方向)移动CCD摄像机18的位置。

将计算机系统2配置成包括计算机主机21，键盘22，操纵杆箱23，鼠标24和显示设备(例如CRT)25。计算机主机21连同其中存储的预定程序，实现例如图5中所示的各个功能。

换言之，计算机主机21包括平台移动处理器31，照明调节处理器32和各种测量条件调节处理器33，以便根据来自包括键盘22、操纵杆箱23、鼠标24等的输入设备的输入命令，控制图像测量设备1。平台移动处理器31基于从输入设备输入的平台移动命令，控制图像测量设备1的XYZ轴驱动结构，并相对于测量平台13移动CCD摄像机18的位置。

在标准测量模式中，照明调节处理器32使图像测量设备1的照明装置，按照如图3A中所示的预定的周期，重复地执行脉冲发光，并基于从输入设备输入的照明调节命令来调节脉冲发光的脉冲宽度。在无停止测量模式中，照明调节处理器32在指定测量位置执行预设持续时间的频闪照明，如图3D中所示。

各种测量条件调节处理器33基于输入的各种测量条件调节命令，调节其他测量条件，包括透镜放大率、聚焦调整等。

参数获取器34基于从输入设备输入的预定的命令，获取平台位置、频闪照明的脉冲宽度信息、以及经过各处理器31-33调节的其他测量条件信息。参数获取器34获得的参数被存储到参数存储器35中。部件程序产生器36利用存储在参数存储器35中的参数，产生用于测量的部件程序。所产生的部件程序被存储在部件程序存储器37中。

部件程序处理器38从部件程序存储器37读取必要的部件程序，并执行该部件程序。部件程序处理器38根据部件程序中描述的多种命令，对平台移动处理器31、照明调节处理器32、各种测量条件调节处理器33、图像获取器42和图像处理器43进行适当地驱动。CCD摄像机18所拍摄的图像信息被相继存储到图像存储器41中。图像存储器41中所存储的图像信息被显示装置25相继显示，并被图像获取器42基于部件程序捕获为静态图像。图像处理器43对图像获取器42所获得的图像信息进行用于图像测量的图像处理，包括测量工具设定、边缘检测以及坐标检测等。

接下来，将描述根据本发明一个实施例的如上所述构成的图像测量系统的测量操作。

图6是说明标准测量模式下的图像测量过程的流程图。如图6中所示，在标准测量模式的图像测量过程中，如下所述进行测量。换言之，对每个测量元件相继进行测量平台的移动／停止、照明设置、图像获取和图像处理。在完成该位置的测量之后，系统移动到下一测量位置，并进行同样的处理。因此，在标准测量模式下进行图像测量时，在每个元件处(例如点测量1，点测量2......)完成测量。

另一方面，在无停止测量模式中，如图7中所示，测量过程分成无停止图像获取和图像处理。在无停止图像获取过程中，当沿经过每个测量位置的测量路径移动测量平台13与CCD摄像机18之间的相对位置时，在通过测量位置的同时进行频闪照明和图像获取(和存储)，在所有测量位置处连续进行。当所有图像获取都完成之后，平台被停止，并进行图像处理。在图像处理过程中，所获取并且暂存的图像信息被逐个读取，并且针对所有测量位置连续地进行诸如边缘检测的图像处理。与标准测量模式不同的是，在无停止测量模式中无需确认平台已经停止在每个测量位置处。因而，可提高测量操作的速度。

如图8中所示，在本发明的第一实施例中，照明控制设备50包括光量控制电路52，脉冲发光电路54，连续发光电路56和门电路58。照明控制设备50基于来自计算机系统2的照明调节处理器32的命令，驱动高亮度LED60，其是一种上层控制器。脉冲发光电路54使高亮度LED60执行脉冲发光。连续发光电路56和门电路58一起使同一高亮度LED60执行频闪发光。

光量控制电路52从照明调节处理器32接收脉冲发光命令和频闪发光命令，将脉冲发光电路54在脉冲发光期间所需的包括脉冲宽度、周期长度、输出电压／电流等的控制信号，输送给脉冲发光电路54。光量控制电路52还将连续发光电路56和门电路58在频闪发光期间所需的包括频闪发光时间、发光间隔、输出电压／电流等的控制信号输送给连续发光电路56和门电路58。另外，光量控制电路52根据LED照明的目的，基于照明调节处理器32的命令，通过将脉冲发光电路54、与连续发光电路56和门电路58组成的对的其中二者之一接通，并将另一个断开，从而切换输送给高亮度LED60的驱动功率。

根据该实施例，在针对连续发光优化的连续发光电路56之外，分离且独立地提供针对脉冲发光优化的脉冲发光电路54。从而，对于它们中的每一个都可以执行最佳发光。

下面，图9示出根据本发明第二实施例的照明控制设备50。

在本实施例中，在连续发光电路56的输出侧设置发光周期改变电路70，为脉冲发光和频闪发光所共用。因此，通过在光量控制电路52的输出的基础上改变发光周期改变电路70的发光周期，进行脉冲发光和频闪发光。

根据本实施例，无需在频闪发光电路之外分离且独立地设置脉冲发光电路。因此，结构简化、成本低廉。

另外，根据本实施例，在照明控制设备50中设置门电路58，以便进行频闪光发射。不过，当通过CCD摄像机18的快门获得静态图像时，可以省略门电路58，在无停止测量模式期间连续发光电路56使高亮度LED60连续发光。

注意，提供上述示例仅用于说明的目的，无意于构成对本发明的限制。虽然参照示例性实施例描述了本发明，不过应当理解，其中所用的词语是描述性和说明性的，并非限制性词语。在所附权利要求的范围内可以作出改变，只要此处所提出的以及修改不偏离本发明在其方面内的范围和精神。尽管此处结合具体的结构描述本发明，然而无意于将本发明限制为此处披露的细节；相反，本发明扩展到诸如所附权利要求范围之内的所有功能上等效的结构、方法和应用。

本发明不局限于上面所描述的实施例，在不偏离本发明范围的条件下可以进行多种改变和变型。

Claims (4)

1.一种图像测量设备的LED照明方法，在待测工件上执行低亮度连续照明、与频闪照明和高亮度连续照明其中二者之一，该方法包括：

将普通高亮度LED的驱动电路在平均亮度通过脉冲发光被减小的伪连续照明、与瞬时地发出高亮度光的频闪照明和连续照明其中二者之一之间进行切换。

2.根据权利要求1所述的图像测量设备的LED照明方法，其中，通过改变高亮度LED的发光周期，在伪连续照明、与频闪照明和连续照明其中二者之一之间执行所述切换。

3.一种用于图像测量设备的LED照明装置，在待测工件上执行低亮度连续照明、与频闪照明和高亮度连续照明其中二者之一，该LED照明装置包括：

一高亮度LED；

一脉冲发光电路，配置为执行亮度通过脉冲发光被减小的伪连续照明；

频闪发光电路和连续发光电路其中二者之一，频闪发光电路被配置为执行瞬时地发出高亮度光的频闪照明；以及

一开关，可在脉冲发光电路、与频闪发光电路和连续发光电路其中二者之一之间进行切换。

4.根据权利要求3所述的用于图像测量设备的LED照明装置，其中，该脉冲发光电路、该频闪发光电路和连续发光电路其中二者之一、以及该开关，包括连续发光电路和发光周期改变电路，发光周期改变电路通过改变高亮度LED的发光周期，可在伪连续照明、与频闪照明和连续照明其中二者之一之间进行切换。

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