DE102010038833A1

DE102010038833A1 - Bildmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102010038833A1
Application number: DE102010038833A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Tsukuba-shi Kanamori; Takeshi Kawasaki Saeki; Hirato Sonobe
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2011-02-10
Also published as: JP2011039082A; JP5390292B2; US20110032351A1; CN101995216B; US8576280B2; CN101995216A

Abstract

Eine Bildmessvorrichtung umfasst eine Strobbeleuchtungseinheit, eine Kamera, einen Bewegungsmechanismus und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung umfasst einen Fokuspositionsdetektor, der die Fokusposition der Kamera erfasst, indem er den Bewegungsmechanismus für eine Bewegung der Kamera entlang der optischen Achse der Kamera mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit steuert und die Kamera für das Aufnehmen eines Bildes eines Messzielobjekts an mehreren Positionen steuert. Der Fokuspositionsdetektor umfasst einen Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt, der die Beleuchtungszeit der Strobbeleuchtungseinheit und dadurch die Helligkeit der Beleuchtung steuert, eine Relativpositions-Erfassungseinheit, die die Position der Kamera in der Mitte der Beleuchtungszeit erfasst, und eine Kontrast-Erfassungseinheit, die den Kontrast des durch die Kamera aufgenommenen Bildes erfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Bildmessvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Bildmessvorrichtung, die mit einer Strobbeleuchtungseinheit ausgestattet ist.
Aus dem Stand der Technik ist eine Bildmessvorrichtung bekannt, die umfasst: eine Strobbeleuchtungseinheit, die ein Messzielobjekt mit Licht beleuchtet; eine Bildaufnahmeeinheit, die ein Bild des Messzielobjekts aufnimmt; einen Bewegungsmechanismus, der die Bildaufnahmeeinheit und/oder das Messzielobjekt relativ zueinander bewegt; und eine Steuereinheit, die die Strobbeleuchtungseinheit, die Bildaufnahmeeinheit und den Bewegungsmechanismus steuert, um das Messzielobjekt auf der Basis des durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bildes zu messen. Ein Beispiel für eine derartige Bildmessvorrichtung ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2006-337275 angegeben. Die in dem oben genannten Patent angegebene Bildmessvorrichtung umfasst eine Beleuchtungseinrichtung (Strobbeleuchtungseinheit), eine CCD-Kamera (Bildaufnahmeeinheit), einen XYZ-Antriebsmechanismus (Bewegungsmechanismus) und ein Computersystem (Steuereinheit). Die angegebene Bildmessvorrichtung misst ein Messzielobjekt auf der Basis eines durch die CCD-Kamera aufgenommenen Bildes.
In einer Bildmessvorrichtung, die wie in dem oben angegebenen Patentdokument eine Strobbeleuchtungseinheit umfasst, kann die Strobbeleuchtungseinheit die Helligkeit der Beleuchtung über eine Steuerung der Beleuchtungszeit einstellen. Im Vergleich zu einer Beleuchtungseinheit, die kontinuierlich leuchtet, ermöglicht die Strobbeleuchtungseinheit also eine einfachere Einstellung der Helligkeit der Beleuchtung. Dadurch können Variationen in der Helligkeit der Beleuchtung vermindert werden, die ansonsten zwischen verschiedenen Bildmessvorrichtungen auftreten können. Dadurch können Variationen im Messergebnis reduziert werden.
Eine Bildmessvorrichtung wie die hier angegebene Vorrichtung misst ein Messzielobjekt nach der Durchführung einer Autofokusverarbeitung. Die Autofokusverarbeitung ist eine Verarbeitung zum automatischen Positionieren einer Bildaufnahmeeinheit an der Fokusposition eines Messzielobjekts.
9 ist ein Diagram, das einen Zustand zeigt, in dem eine Bildmessvorrichtung 10 eine Autofokusverarbeitung durchführt. Wie in 9A gezeigt, umfasst die Bildmessvorrichtung 10: einen Tisch 11, auf dem ein Messzielobjekt W platziert ist; eine Strombeleuchtungseinheit 12, die das Messzielobjekt W mit Licht beleuchtet; eine Bildaufnahmeeinheit 13, die ein Bild des Messzielobjekts W aufnimmt; einen Bewegungsmechanismus (nicht in der Zeichnung gezeigt), der die Bildaufnahmeeinheit 13 in der Richtung der optischen Achse der Bildaufnahmeeinheit 13 bewegt (d. h. in der durch den Pfeil mit zwei Spitzen in 9 angezeigten Richtung); und eine Steuereinheit (nicht gezeigt), die den gesamten Betrieb der Bildmessvorrichtung 10 steuert. Wenn die Bildmessvorrichtung 10 eine Autofokusverarbeitung durchführt, steuert die Steuereinheit den Bewegungsmechanismus, um die Bildaufnahmeeinheit 13 in der Richtung des optischen Achse der Bildaufnahmeeinheit 13 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu bewegen, und steuert weiterhin die Bildaufnahmeeinheit 13, um ein Bild des Messzielobjekts W an einer Vielzahl von Positionen aufzunehmen. Dadurch erfasst die Bildmessvorrichtung 10 die Fokusposition der Bildaufnahmeeinheit 13. Insbesondere erfasst die Bildmessvorrichtung 10 wie in 9B gezeigt den Kontrast eines durch die Bildaufnahmeeinheit 13 aufgenommenen Bildes und erfasst weiterhin eine Position P, die einem Bild mit einem maximalen Kontrast entspricht, als die Fokusposition.
Im Gegensatz zu einer Bildmessvorrichtung, die mit einer kontinuierlich leuchtenden Beleuchtungseinheit ausgestattet ist, weist die mit der Strobbeleuchtungseinheit 12 ausgestattete Bildmessvorrichtung 10 das Problem auf, dass die Fokusposition unter Verwendung der oben genannten Autofokusverarbeitung schwierig zu erfassen ist.
10 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf einer Autofokusverarbeitung in einer Bildmessvorrichtung zeigt, die mit einer kontinuierlich leuchtenden Beleuchtungseinheit ausgestattet ist. In 10 zeigt der oberste Teil des Diagramms ein Belichtungssignal, das von einer Bildaufnahmeeinheit ausgegeben wird, wenn die Operation zum Aufnehmen eines Bildes eines Messzielobjekts gestartet wird. Der zweite Teil von oben des Diagramms zeigt die Beleuchtungszeit der Beleuchtungseinheit. Der dritte Teil von oben des Diagramms zeigt ein Auslösesignal, das zum Erhalten der Position der Bildaufnahmeeinheit durch eine Steuereinheit verwendet wird. Der vierte Teil von oben des Diagramms zeigt ein virtuelles Auslösesignal, das der kompensierten Position der Bildaufnahmeeinheit (d. h. der Position nach der Kompensation) entspricht, wenn eine Kompensationsverarbeitung auf der durch die Steuereinheit erhaltenen Position der Bildaufnahmeeinheit durchgeführt wird.
Wie in 10 gezeigt, beginnt die Bildaufnahmeeinheit, ein Bild eines Messzielobjekts mit vorbestimmten Intervallen aufzunehmen. Wenn die Bildaufnahmeoperation gestartet wird, sendet die Bildaufnahmeeinheit ein Belichtungssignal zu der Steuereinheit. Bei Empfang des Belichtungssignals erzeugt die Steuereinheit ein Auslösesignal, das mit dem Belichtungssignal synchronisiert ist. Die Steuereinheit erhält die Position der Bildaufnahmeeinheit auf der Basis des Auslösesignals. Weil die Beleuchtungseinheit kontinuierlich leuchtet, ist die Helligkeit der Beleuchtung während der Belichtungszeit T, d. h. während der Zeit vom Beginn bis zum Ende der Bilderfassungsoperation, konstant. Deshalb ist das durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommene Bild ein in der Belichtungszeit T überlagertes Bild. Es ist deshalb wünschenswert, die Position der Bildaufnahmeeinheit in der Mitte der Belichtungszeit T zu erhalten.
Weil sich jedoch die Bildaufnahmeeinheit mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt, kann die Position der Bildaufnahmeeinheit in der Mitte der Belichtungszeit T nicht erhalten werden, wenn die Steuereinheit die Position der Bildaufnahmeeinheit auf der Basis des Auslösesignals erfasst. Deshalb kompensiert die Steuereinheit die Position der Bildaufnahmeeinheit, die auf der Basis des Auslösesignals erhalten wurde, zu der Position der Bildaufnahmeeinheit in der Mitte der Belichtungszeit T auf der Basis der Bewegungsgeschwindigkeit der Bildaufnahmeeinheit und der Belichtungszeit T. Ein virtuelles Auslösesignal, das der kompensierten Position der Bildaufnahmeeinheit entspricht, fällt also mit einer Verzögerung von T/2 hinter das Auslösesignal.
11 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf einer Autofokusverarbeitung zeigt, die durch die mit der Strobbeleuchtungseinheit 12 ausgestattete Bildmessvorrichtung 10 durchgeführt wird. Der erste, dritte und vierte Teil von oben des Diagramms in 11 sind mit den entsprechenden Teilen von 10 identisch. Der zweite Teil von oben des Diagrams von 11 zeigt die Beleuchtungszeit (L₁, L₂ und L₃) der Strobbeleuchtungseinheit 12. Während des Betriebs der Strobbeleuchtungseinheit 12 steuert eine Steuereinheit wie in 11 gezeigt die Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃. Dementsprechend ist im Gegensatz zu einer kontinuierlich leuchtenden Beleuchtungseinheit die Helligkeit der Beleuchtung während der Belichtungszeit T nicht immer konstant. Deshalb ist das durch die Bildaufnahmeeinheit 13 aufgenommene Bild ein während der Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃ überlagertes Bild. Es wäre also wünschenswert, die Position der Bildaufnahmeeinheit 13 in der Mitte der Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃ zu erhalten. Die mit der Strobbeleuchtungseinheit 12 ausgestattete Bildmessvorrichtung 10 kann die Position der Bildaufnahmeeinheit 13 in der Mitte der Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃ jedoch auch dann nicht erhalten, wenn sie dieselbe Kompensation wie die mit einer kontinuierlich leuchtenden Beleuchtungseinheit ausgestattete Bildmessvorrichtung ausführt. Deshalb ergibt sich das Problem, dass es schwierig ist, eine Fokusposition korrekt zu erfassen.
Die vorliegende Erfindung gibt eine Bildmessvorrichtung an, die eine Fokusposition korrekt durch die Durchführung einer Autofokusverarbeitung erfassen kann.
Eine Bildmessvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die nachfolgend genannten Merkmale auf. Die Bildmessvorrichtung umfasst eine Strobbeleuchtungseinheit, eine Bildaufnahmeeinheit, einen Bewegungsmechanismus und eine Steuereinheit. Die Strobbeleuchtungseinheit beleuchtet ein Messzielobjekt mit Licht. Die Bildaufnahmeeinheit nimmt ein Bild des Messzielobjekts auf. Der Bewegungsmechanismus bewegt die Bildaufnahmeeinheit und/oder das Messzielobjekt relativ zueinander. Die Steuereinheit steuert die Strobbeleuchtungseinheit, die Bildaufnahmeeinheit und den Bewegungsmechanismus, um das Messzielobjekt auf der Basis des durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bildes zu messen. Die Steuereinheit umfasst einen Fokuspositionsdetektor, der eine Fokusposition der Bildaufnahmeeinheit erfasst, indem er den Bewegungsmechanismus für eine Änderung der Positionsbeziehung zwischen der Bildaufnahmeeinheit und dem Messzielobjekt entlang einer optischen Achse der Bildaufnahmeeinheit mit einer vorbestimmten Bewegungsgeschwindigkeit steuert und weiterhin die Bildaufnahmeeinheit für das Aufnehmen eines Bildes des Messzielobjekts an einer Vielzahl von relativen Positionen steuert. Der Fokuspositionsdetektor umfasst einen Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt, eine Relativpositions-Erfassungsabschnitt und einen Kontrast-Erfassungsabschnitt. Der Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt steuert die Helligkeit der für das Aufnehmen des Bildes Messzielobjekts durch die Bildaufnahmeeinheit verwendeten Beleuchtung durch das Steuern der Beleuchtungszeit der Strobbeleuchtungseinheit. Der Relativpositions-Erfassungsabschnitt erfasst jede der relativen Positionen in der Mitte der Beleuchtungszeit. Der Kontrast-Erfassungsabschnitt erfasst den Kontrast des durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bildes. Unter den durch die Relativpositions-Erfassungsabschnitt erfassten Positionen erfasst der Fokuspositionsdetektor eine relative Position, die einem Bild mit einem maximalen durch den Kontrast-Erfassungsabschnitt erfassten Kontrast entspricht, als die Fokusposition.
Wie weiter oben genannt, umfasst die Steuereinheit den Fokuspositionsdetektor, der eine Autofokusverarbeitung durchführt. Der Fokuspositionsdetektor umfasst den Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt, der die Beleuchtungszeit der Strobbeleuchtungseinheit steuert, den Relativpositions-Erfassungsabschnitt, der die relativen Positionen der Bildaufnahmeeinheit und des Messzielobjekts erfasst, und den Kontrast-Erfassungsabschnitt, der den Kontrast des durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bildes erfasst. Der Relativpositions-Erfassungsabschnitt erfasst jede der relativen Positionen der Bildaufnahmeeinheit und des Messzielobjekts in der Mitte der Beleuchtungszeit. Deshalb kann die Bildmessvorrichtung die Fokusposition korrekt durch die Durchführung der Autofokusverarbeitung erfassen.
In einer Bildmessvorrichtung gemäß dem oben genannten Aspekt der Erfindung sollte der Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt mit dem Leuchten der Strobbeleuchtungseinheit beginnen, wenn er ein vorbestimmtes zu der Steuereinheit gesendetes Signal empfängt. Und der Relativpositions-Erfassungsabschnitt sollte jede der relativen Positionen erhalten, indem er das vorbestimmte Signal empfängt und danach die relative Position auf der Basis der Beleuchtungszeit und der vorbestimmten Bewegungsgeschwindigkeit korrigiert.
Weil bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration der Relativpositions-Erfassungsabschnitt die relative Position der Bildaufnahmeeinheit und des Messzielobjekts, die durch den Empfang des zu der Steuereinheit gesendeten vorbestimmten Signals erhalten wird, auf der Basis der Beleuchtungszeit der Strobbeleuchtungseinheit und der Bewegungsgeschwindigkeit an der relativen Position der Bildaufnahmeeinheit und des Messzielobjekts kompensiert, kann die relative Position der Bildaufnahmeeinheit und des Messzielobjekts in der Mitte der Beleuchtungszeit erhalten werden. Deshalb kann die Bilderfassungsvorrichtung die Fokusposition korrekt durch die Durchführung der Autofokusverarbeitung erfassen.
In einer Bildmessvorrichtung gemäß dem oben genannten Aspekt der Erfindung sollte vorzugsweise der Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt die Beleuchtungszeit auf der Basis eines vorbestimmten zu der Steuereinheit gesendeten Signals und der Belichtungszeit der Bildaufnahmeeinheit derart steuern, dass die Mitte der Beleuchtungszeit mit der Mitte der Belichtungszeit zusammenfällt. Und der Relativpositions-Erfassungsabschnitt sollte jede der relativen Positionen erfassen, indem er das vorbestimmte Signal empfängt und danach die relative Position auf der Basis der Belichtungszeit und der vorbestimmten Bewegungsgeschwindigkeit korrigiert.
Weil bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration der Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt die Beleuchtungszeit auf der Basis des vorbestimmten zu der Steuereinheit gesendeten Signals und der Belichtungszeit derart steuert, dass die Mitte der Beleuchtungszeit mit der Mitte der Belichtungszeit der Bildaufnahmeeinheit zusammenfällt, wird eine Kompensation in gleicher Weise wie in einer Bildmessvorrichtung, die mit einer kontinuierlich leuchtenden Beleuchtungseinheit ausgestattet ist, durchgeführt. Dadurch kann der Relativpositions-Erfassungsabschnitt die relative Position der Bildaufnahmeeinheit und des Messzielobjekts in der Mitte der Beleuchtungszeit erfassen. Deshalb kann die Bildmessvorrichtung die Fokusposition korrekt durch die Durchführung der Autofokusverarbeitung erfassen.
In einer Bildmessvorrichtung gemäß dem oben genannten Aspekt der Erfindung sollte vorzugsweise der Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt auf der Basis eines vorbestimmten zu der Steuereinheit gesendeten Signals und der Belichtungszeit der Bildaufnahmeeinheit die Beleuchtungszeit derart steuern, dass die Mitte der Beleuchtungszeit mit der Mitte der Belichtungszeit zusammenfällt. Und der Relativpositions-Erfassungsabschnitt sollte jede der relativen Positionen auf der Basis des vorbestimmten Signals und der Beleuchtungszeit erfassen.
Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann der Relativpositions-Erfassungsabschnitt die relative Position der Bildaufnahmeeinheit und das Messzielobjekt in der Mitte der Beleuchtungszeit erfassen, ohne eine Kompensation durchzuführen. Deshalb kann die Bildmessvorrichtung die Fokusposition korrekt durch die Durchführung der Autofokusverarbeitung erfassen.
Vorzugsweise sollte das vorbestimmte Signal ein Belichtungssignal sein, das von der Bildaufnahmeeinheit zu der Steuereinheit gesendet wird, wenn die Bildaufnahmeeinheit mit der Aufnahme des Bildes des Messzielobjekts beginnt.
Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann der Relativpositions-Erfassungsabschnitt die relative Position der Bildaufnahmeeinheit und des Messzielobjekts in der Mitte der Beleuchtungszeit unter Nutzung des Belichtungssignals erfassen. Deshalb kann die Bildmessvorrichtung die Fokusposition korrekt durch das Durchführen der Autofokusverarbeitung erfassen, ohne dass hierfür eine zusätzliche Vorrichtung erforderlich ist.
Vorzugsweise sollte das vorbestimmte Signal ein externes Signal sein, das von einer mit der Bildmessvorrichtung verbundenen Signalquelle zu der Steuereinheit gesendet wird.
Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann der Relativpositions-Erfassungsabschnitt die relative Position der Bildaufnahmeeinheit und des Messzielobjekts in der Mitte der Beleuchtungszeit unter Nutzung des von der Signalquelle gesendeten externen Signals erfassen. Deshalb kann die Bildmessvorrichtung die Fokusposition korrekt unter Verwendung der Autofokusverarbeitung erfassen.
1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel für die Konfiguration einer Bildmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf einer Autofokusverarbeitung zeigt, die durch eine Bildmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird.
3 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel für die Konfiguration einer Bildmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf einer Autofokusverarbeitung zeigt, die durch eine Bildmessvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird.
5 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel für die Konfiguration einer Bildmessvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf einer Autofokusverarbeitung zeigt, die durch eine Bildmessvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird.
7 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel für die Konfiguration einer Bildmessvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf einer Autofokusverarbeitung zeigt, die durch eine Bildmessvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird.
9A ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem eine Bildmessvorrichtung eine Autofokusverarbeitung durchführt.
9B ist ein Kurvendiagramm, das den Kontrast eines Bildes eines Messzielobjekts zeigt, das durch die Messbildvorrichtung von 9A während der Autofokusverarbeitung aufgenommen wurde.
10 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf einer Autofokusverarbeitung zeigt, die durch eine Bildmessvorrichtung durchgeführt wird, die mit einer kontinuierlich leuchtenden Beleuchtungseinheit ausgestattet ist.
11 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf einer Autofokusverarbeitung zeigt, die durch eine Bildmessvorrichtung durchgeführt wird, die mit einer Strobbeleuchtungseinheit ausgestattet ist.
Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen wird im Folgenden eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel für eine Konfiguration einer Bildmessvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Bildmessvorrichtung 1 einen Maschinenkörper 2 und eine Steuereinheit 3 zum Steuern des Maschinenkörpers 2. Der Maschinenkörper 2 enthält dieselben Komponenten wie die weiter oben mit Bezug auf 9A erläuterte Bildmessvorrichtung 10. Insbesondere umfasst der Maschinenkörper 2 eine Beleuchtungseinheit 21, die ein Messzielobjekt W (nicht gezeigt) mit Licht beleuchtet, eine Kamera (Bildaufnahmeeinheit) 22, die ein Bild des Messzielobjekts W aufnimmt, und einen Bewegungsmechanismus 23, der die Kamera 22 in der Richtung der optischen Achse der Kamera 22 bewegt. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung bewegt der Bewegungsmechanismus 23 die Kamera 22, um die Kamera 22 und das Messzielobjekt W relativ zueinander zu positionieren.
Die Steuereinheit 3 steuert den Maschinenkörper 2, um das Messzielobjekt W auf der Basis eines durch die Kamera 22 aufgenommenen Bildes zu messen. Die folgende Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung konzentriert sich auf eine von mehreren Funktionen der Steuereinheit 3, nämlich auf die Funktion zum Durchführen der Autofunktionsverarbeitung. Die Steuereinheit 3 umfasst eine Fokuspositions-Erfassungseinheit 4, die die Fokusposition der Kamera 22 erfasst. Die Fokuspositions-Erfassungseinheit 4 erfasst die Fokusposition, indem sie den Bewegungsmechanismus 23 für eine Bewegung der Kamera 22 in der Richtung der optischen Achse der Kamera 22 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit steuert und weiterhin die Kamera 22 für das Aufnehmen eines Bildes des Messzielobjekts W an einer Vielzahl von Positionen steuert.
Die Fokuspositions-Erfassungseinheit 4 umfasst eine Beleuchtungs-Steuerungseinheit 41, eine Relativpositions-Erfassungseinheit 42 und eine Kontrast-Erfassungseinheit 43. Die Beleuchtungs-Steuerungseinheit 41 steuert die Beleuchtungszeit der Strobbeleuchtungseinheit 21, um die Helligkeit des für das Aufnehmen eines Bildes des Messzielobjekts W durch die Kamera 22 verwendeten Beleuchtungslichts zu steuern. Die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 erfasst die Position der Kamera 22, um die relativen Positionen der Kamera 22 und des Messzielobjekts W zu bestimmen (d. h. zu erfassen). Die Kontrast-Bestimmungseinheit 43 erfasst den Kontrast des durch die Kamera 22 aufgenommenen Bildes. Unter den durch die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 erfassten Positionen der Kamera 22 erfasst die Fokuspositions-Erfassungseinheit 4 eine Position, die einem Bild mit einem durch die Kontrast-Erfassungseinheit 43 erfassten maximalen Kontrast entspricht, als Fokusposition.
2 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der durch die Bildmessvorrichtung 1 durchgeführten Autofokusverarbeitung zeigt. In 2 zeigt der erste Teil von oben des Diagramms ein Belichtungssignal, das von der Kamera 22 ausgegeben wird, wenn die Operation zum Aufnehmen eines Bildes des Messzielobjekts W gestartet wird. Der zweite Teil des Diagramms von oben zeigt die Beleuchtungszeit der Strobbeleuchtungseinheit 21. Der dritte Teil des Diagramms von oben zeigt ein Auslösesignal, das zum Erfassen der Position der Kamera 22 durch die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 verwendet wird. Der vierte Teil des Diagramms von oben zeigt ein virtuelles Auslösesignal, das der kompensierten Position der Kamera 22 entspricht, wenn eine Kompensationsverarbeitung auf der durch die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 erfassten Position der Kamera 22 durchgeführt wird.
Wie in 2 gezeigt, beginnt die Kamera 22 mit dem Erfassen eines Bildes des Messzielobjekts W mit bestimmten Intervallen. Wenn die Bilderfassungsoperation gestartet wird, sendet die Kamera 22 ein Belichtungssignal zu der Steuereinheit 3. Die Beleuchtungs-Steuerungseinheit 41 startet mit dem Leuchtbetrieb der Strobbeleuchtungseinheit 21, wenn sie das zu der Steuereinheit 3 gesendete Belichtungssignal empfängt. Die Beleuchtungs-Steuerungseinheit 41 steuert die Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃. Bei Empfang des zu der Steuereinheit 3 gesendeten Belichtungssignals erzeugt die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 ein Auslösesignal, das mit dem Belichtungssignal synchronisiert ist. Die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 erfasst die Position der Kamera 22 auf der Basis des Auslösesignals. Nach der Erfassung der Position der Kamera 22 auf der Basis des Auslösesignals kompensiert die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 die Position der Kamera 22 auf der Basis der Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃ und der Bewegungsgeschwindigkeit in der Position der Kamera 22, um die Position der Kamera 22 in der Mitte der Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃ zu erfassen. Deshalb fällt das virtuelle Auslösesignal, das der kompensierten Position der Kamera 22 entspricht, mit einer Verzögerung von L₁, L₂, L₃/2 hinter das Auslösesignal.
Die Bildmessvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die folgenden Effekte und bietet die folgenden Vorteile.

(1) Die Steuereinheit 3 umfasst die Fokuspositions-Erfassungseinheit 4, die eine Autofokusverarbeitung durchführt. Die Fokuspositions-Erfassungseinheit 4 umfasst die Beleuchtungs-Steuerungseinheit 41, die die Beleuchtungszeit der Strobbeleuchtungseinheit 21 steuert, die Relativpositions-Erfassungseinheit 42, die die Position der Kamera 22 erfasst, und die Kontrast-Erfassungseinheit 43, die den Kontrast eines durch die Kamera 22 aufgenommenen Bildes erfasst. Die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 erfasst die Position der Kamera 22 in der Mitte der Beleuchtungszeit. Deshalb kann die Bildmessvorrichtung 1 eine Fokusposition korrekt durch die Durchführung der Autofokusverarbeitung erfassen.
(2) Die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 kompensiert die Position der Kamera 22, die durch das Empfangen eines zu der Steuereinheit 3 gesendeten Belichtungssignals erfasst wird. Die Kompensation wird auf der Basis der Beleuchtungszeit der Strobbeleuchtungseinheit 21 und der Bewegungsgeschwindigkeit in der Position der Kamera 22 durchgeführt. Deshalb kann die Position der Kamera 22 in der Mitte der Beleuchtungszeit erfasst werden.
(3) Die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 kann die Position der Kamera 22 in der Mitte der Beleuchtungszeit unter Nutzung des Belichtungssignals erfassen. Deshalb kann die Bildmessvorrichtung 1 eine Fokusposition korrekt durch die Durchführung der Autofokusverarbeitung erfassen, ohne dass hierfür eine zusätzliche Vorrichtung erforderlich ist.

Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen wird im Folgenden eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert. 3 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel für die Konfiguration einer Bildmessvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. 4 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der durch die Bildmessvorrichtung 1A durchgeführten Autofokusverarbeitung zeigt. In der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für Komponenten verwendet, die bereits in der vorstehenden Beschreibung erläutert wurden, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird.
Wie weiter oben beschrieben, umfasst die Bildmessvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung die Beleuchtungs-Steuerungseinheit 41 und die Relativpositions-Erfassungseinheit 42. Die Beleuchtungs-Steuerungseinheit 41 startet den Leuchtbetrieb der Strobbeleuchtungseinheit 21, wenn die Steuereinheit 3 das zu derselben gesendete Belichtungssignal empfängt. Die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 kompensiert die Position der Kamera 22 auf der Basis der Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃ und der Bewegungsgeschwindigkeit in der Position der Kamera 22. Die Bildmessvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung umfasst wie in 3 gezeigt eine Beleuchtungs-Steuerungseinheit 41A und eine Relativpositions-Erfassungseinheit 42A. Die Bildmessvorrichtung 1A unterscheidet sich nachfolgend beschrieben von der Bildverarbeitungsvorrichtung 1. Wie in 4 gezeigt, steuert die Beleuchtungs-Steuerungseinheit 41A die Belichtungszeit L₁, L₂ und L₃ derart, dass die Mitte der Beleuchtungszeit L₂, L₂ und L₃ mit der Mitte der Belichtungszeit T der Kamera 22 zusammenfällt, auf der Basis des zu der Steuereinheit 3 gesendeten Belichtungssignals und der Belichtungszeit T. Die Relativpositions-Erfassungseinheit 42A kompensiert die Position der Kamera 22 auf der Basis der Belichtungszeit T und der Bewegungsgeschwindigkeit in der Position der Kamera 22.
Die vorliegende Ausführungsform der Erfindung ermöglicht dieselben Effekte und bietet dieselben Vorteile wie unter (1) und (3) für die vorausgehende Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Außerdem sind die folgenden Effekte und Vorteile zu erwarten.

(4) Weil die Beleuchtungs-Steuerungseinheit 41A die Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃ auf der Basis des zu der Steuereinheit 3 gesendeten Belichtungssignals und der Belichtungszeit T derart steuert, dass die Mitte der Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃ mit der Mitte der Belichtungszeit T der Kamera 22 zusammenfällt, wird eine Kompensation in gleicher Weise wie in einer Bildmessvorrichtung durchgeführt, die mit einer kontinuierlich leuchtenden Beleuchtungseinheit ausgestattet ist. Deshalb kann die Relativpositions-Erfassungseinheit 42 die Position der Kamera 22 in der Mitte der Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃ erfassen. Deshalb kann die Bildmessvorrichtung 1A eine Fokusposition korrekt durch die Durchführung einer Autofokusverarbeitung erfassen.

Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen wird im Folgenden eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. 5 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel für die Konfiguration einer Bildmessvorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. 6 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der durch die Bildmessvorrichtung 1B durchgeführten Autofokusverarbeitung zeigt. Wie weiter oben erläutert, umfasst die Bildverarbeitungsvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung die Relativpositions-Erfassungseinheit 42A. Die Relativpositions-Erfassungseinheit 42A erfasst die Position der Kamera 22, indem sie das zu der Steuereinheit 3 gesendete Belichtungssignal empfängt. Danach kompensiert die Relativpositions-Erfassungseinheit 42A die Position der Kamera 22 auf der Basis der Belichtungszeit T und der Bewegungsgeschwindigkeit in der Position der Kamera 22. Wie in 5 gezeigt, umfasst die Bildmessvorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung eine Relativpositions-Erfassungseinheit 42B. Die Bildmessvorrichtung 1B unterscheidet sich von der Bildmessvorrichtung 1A dadurch, dass die Relativpositions-Erfassungseinheit 42B wie in 6 gezeigt die Position der Kamera 22 auf der Basis des zu der Steuereinheit 3 gesendeten Belichtungssignals und der Belichtungszeit T erfasst.
Die vorliegende Ausführungsform der Erfindung ermöglicht dieselben Effekte und bietet dieselben Vorteile wie oben unter (1) und (3) für die erste Ausführungsform beschrieben. Außerdem sind die folgenden Effekte und Vorteile zu erwarten.

(5) Die Relativpositions-Erfassungseinheit 42B kann die Position der Kamera 22 in der Mitte der Beleuchtungszeit L₁, L₂ und L₃ erfassen, ohne eine Kompensation durchzuführen. Deshalb kann die Bildmessvorrichtung 1B eine Fokusposition korrekt durch die Durchführung einer Autofokusverarbeitung erfassen.

Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen wird im Folgenden eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert. 7 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel für die Konfiguration einer Bildmessvorrichtung 10 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. 8 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der durch die Bildmessvorrichtung 10 durchgeführten Autofokusverarbeitung zeigt. Wie weiter oben erläutert, führt die Bildmessvorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Autofokusverarbeitung auf der Basis des zu der Steuereinheit 3 gesendeten Belichtungssignals durch. Die Bildmessvorrichtung 10 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung umfasst wie in 7 gezeigt eine Signalquelle 5, die mit dem Maschinenkörper 2 und der Steuereinheit 3 der Bildmessvorrichtung 10 verbunden ist. Die Bildmessvorrichtung 10 unterscheidet sich von der Bildmessvorrichtung 1B dadurch, dass die Autofokusverarbeitung wie in 8 gezeigt auf der Basis eines von der Signalquelle 5 gesendeten externen Signals durchgeführt wird.
Die vorliegende Ausführungsform der Erfindung ermöglicht dieselben Effekte und bietet dieselben Vorteile wie unter (1) für die erste Ausführungsform und unter (5) für die dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Außerdem sind die folgenden Effekte und Vorteile zu erwarten.

(6) Die Relativpositions-Erfassungseinheit 425 kann die Position der Kamera 22 in der Mitte der Beleuchtungszeit L₁, L₂und L₃ unter Nutzung des von der Signalquelle 5 gesendeten externen Signals erfassen. Deshalb kann die Bildmessvorrichtung 10 eine Fokusposition korrekt durch die Durchführung der Autofokusverarbeitung erfassen.

Der Erfindungsumfang ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es können verschiedene Modifikationen, Verbesserungen usw. an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bewegt der Bewegungsmechanismus 23 die Kamera 22, um die Kamera 22 und das Messzielobjekt W relativ zueinander zu positionieren. Außerdem bestimmt jeder der Relativpositions-Erfassungseinheiten 42, 42A und 42B die relativen Positionen der Kamera 22 und des Messzielobjekts W, indem sie die Position der Kamera 22 erfasst. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beispielhaften Konfigurationen beschränkt. Zum Beispiel kann ein Bewegungsmechanismus das Messzielobjekt bewegen, um eine Bildaufnahmeeinheit und das Messzielobjekt relativ zueinander zu positionieren. Außerdem kann ein Relativpositions-Erfassungsabschnitt die relativen Positionen der Bildaufnahmeeinheit und des Messzielobjekts erhalten, indem er die Position des Messzielobjekts erfasst. Alternativ hierzu kann ein Bewegungsmechanismus sowohl eine Bildaufnahmeeinheit als auch ein Messzielobjekt bewegen, um die Bildaufnahmeeinheit und das Messzielobjekt relativ zueinander zu positionieren. Außerdem kann ein Relativpositions-Erfassungsabschnitt die Position der Bildaufnahmeeinheit und die Position des Messzielobjekts erfassen, um die relativen Positionen der Bildaufnahmeeinheit und des Messzielobjekts zu erfassen.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Erfindung auf eine Bildmessvorrichtung angewendet werden. Insbesondere kann die Erfindung auf eine Bildmessvorrichtung angewendet werden, die mit einer Strobbeleuchtungseinheit ausgestattet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-337275 [0002]

Claims

Bildmessvorrichtung, die umfasst: eine Strobbeleuchtungseinheit (21), die ein Messzielobjekt (W) mit Licht beleuchtet, eine Bildaufknahmeeinheit (22), die ein Bild des Messzielobjekts (W) aufnimmt, ein Bewegungsmechanismus (23), der die Bildaufnahmeeinheit (22) und/oder das Messzielobjekt (W) relativ zueinander bewegt, eine Steuereinheit (3), die die Strobbeleuchtungseinheit (21), die Bildaufnahmeeinheit (22) und den Bewegungsmechanismus (23) steuert, um das Messzielobjekt (W) auf der Basis des durch die Bildaufnahmeeinheit (22) aufgenommenen Bildes zu messen, wobei die Steuereinheit (3) umfasst: einen Fokuspositionsdetektor (4), der eine Fokusposition der Bildaufnahmeeinheit (22) erfasst, indem er den Bewegungsmechanismus (23) für eine Änderung der Positionsbeziehung zwischen der Bildaufnahmeeinheit (22) und dem Messzielobjekt (W) entlang einer optischen Achse der Bildaufnahmeeinheit (22) mit einer vorbestimmten Bewegungsgeschwindigkeit steuert und weiterhin die Bildaufnahmeeinheit (22) für das Aufnehmen eines Bildes des Messzielobjekts (W) steuert, wobei der Fokuspositionsdetektor (4) umfasst: einen Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt (41), der die Helligkeit der für das Aufnehmen des Bildes des Messzielobjekts (W) durch die Bildaufnahmeeinheit (22) verwendeten Beleuchtung durch das Steuern der Beleuchtungszeit der Strobbeleuchtungseinheit (21) steuert, einen Relativpositions-Erfassungsabschnitt (42), der jede der relativen Positionen in der Mitte der Beleuchtungszeit erfasst, und einen Kontrast-Erfassungsabschnitt (43), der den Kontrast des durch die Bildaufnahmeeinheit (22) aufgenommenen Bildes erfasst, wobei der Fokuspositionsdetektor (4) unter den durch den Relativpositions-Erfassungsabschnitt (41) erfassten relativen Positionen eine relative Position, die einem Bild mit einem durch den Kontrast-Erfassungsabschnitt (43) erfassten maximalen Kontrast entspricht, als Fokusposition erfasst.
Bildmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt (41) ausgebildet ist, das Leuchten der Strobbeleuchtungseinheit (21) zu beginnen, wenn er ein vorbestimmtes zu der Steuereinheit (3) gesendetes Signal empfängt, und dass der Relativpositions-Erfassungsabschnitt (41) jede der relativen Positionen empfängt, indem er das vorbestimmte Signal empfängt und danach die relative Position auf der Basis der Beleuchtungszeit und der vorbestimmten Bewegungsgeschwindigkeit kompensiert.
Bildmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt (41) ausgebildet ist, auf der Basis eines vorbestimmten zu der Steuereinheit (3) gesendeten Signals und der Belichtungszeit der Bildaufnahmeeinheit (22) die Beleuchtungszeit derart zu steuern, dass die Mitte der Beleuchtungszeit mit der Mitte der Belichtungszeit zusammenfällt, und dass der Relativpositions-Erfassungsabschnitt (42) jede der relativen Positionen erfasst, indem er das vorbestimmte Signal empfängt und danach die relative Position auf der Basis der Belichtungszeit und der vorbestimmten Bewegungsgeschwindigkeit kompensiert.
Bildmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungs-Steuerungsabschnitt (41) ausgebildet ist, auf der Basis eines vorbestimmten zu der Steuereinheit (3) gesendeten Signals und der Belichtungszeit der Bildaufnahmeeinheit (22) die Beleuchtungszeit derart zu steuern, dass die Mitte der Beleuchtungszeit mit der Mitte der Belichtungszeit zusammenfällt, und dass der Relativpositions-Erfassungsabschnitt (42) jede der relativen Positionen auf der Basis des vorbestimmten Signals und der Belichtungszeit erfasst.
Bildmessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Signal ein Belichtungssignal ist, das von der Bildaufnahmeeinheit (22) zu der Steuereinheit (3) gesendet wird, wenn die Bildaufnahmeeinheit (22) mit der Aufnahme des Bildes des Messzielobjekts (W) beginnt.
Bildmessvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Signal ein Belichtungssignal ist, das von der Bildaufnahmeeinheit (22) zu der Steuereinheit (3) gesendet wird, wenn die Bildaufnahmeeinheit (22) mit der Aufnahme des Bildes des Messzielobjekts (W) beginnt.
Bildmessvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Signal ein Belichtungssignal ist, das von der Bildaufnahmeeinheit (22) zu der Steuereinheit (3) gesendet wird, wenn die Bildaufnahmeeinheit (22) mit der Aufnahme des Bildes des Messzielobjekts (W) beginnt.
Bildmessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Signal ein externes Signal ist, das von einer Signalquelle (5) zu der Steuereinheit (3) gesendet wird, wobei die Signalquelle (5) mit der Bildmessvorrichtung (1) verbunden ist.
Bildmessvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Signal ein externes Signal ist, das von einer Signalquelle (5) zu der Steuereinheit (3) gesendet wird, wobei die Signalquelle (5) mit der Bildmessvorrichtung (1) verbunden ist.
Bildmessvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Signal ein externes Signal ist, das von einer Signalquelle (5) zu der Steuereinheit (3) gesendet wird, wobei die Signalquelle (5) mit der Bildmessvorrichtung (1) verbunden ist.