DE602004001719T2

DE602004001719T2 - Methode zur Fokussierung eines Bildaufnehmers und Mechanismus zur Erkennung des Fokus

Info

Publication number: DE602004001719T2
Application number: DE602004001719T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki c/o Mitutoyo Corporation Yoshida
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2024-06-18
Also published as: US20040263672A1; EP1491936B1; EP1491936A3; CN100356225C; CN1576934A; DE602004001719D1; JP2005017805A; US7342608B2; EP1491936A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fokuserkennungsmethode einer Bildvermessungseinrichtung, einen Fokuserkennungsmechanismus und die Bildvermessungseinrichtung mit diesem Fokuserkennungsmechanismus. Beispielsweise betrifft in der Bildvermessungseinrichtung, welche ein Bildaufnahmemittel hat, das auf einer optischen Achse, welche ein vermessenes Objekt schneidet, angeordnet ist und das Bild des vermessenen Objekts aufnimmt und die Form des vermessenen Objekts usw. von dem aufgenommenen Bild vermißt, die vorliegende Erfindung eine Fokuserkennungsmethode zum Erkennen der Fokusposition des Bildaufnahmemittels mit Bezug zu dem vermessenen Objekt, einen Fokuserkennungsmechanismus und die Bildvermessungseinrichtung mit diesem Fokuserkennungsmechanismus.
Ein fokussierendes (fokuserkennendes) Verfahren zum Einstellen des optischen Abstandes von einem Werkstück zu dem Bildaufnahmemittel in dar Bildvermessungseinrichtung (kontaktlose Vermessungseinrichtung) mit dem Bildaufnahmemittel zum Aufnehmen des Bildes des vermessenen Objekts (Werkstück) und zum Vermessen der Form, Größe usw. von dem Werkstück durch geeignetes Bearbeiten des aufgenommenen Bildes durch dieses Bildaufnahmemittel wird vorgeschlagen (siehe z.B. JP-A-8-226805 oder US 5604344 ).
Die in der Patentliteratur 1 beschriebene Vermessungseinrichtung hat als Bildaufnahmemittel eine CCD-Kamera zum Aufnehmen des Bildes des Werkstückes und zum Ausgeben seiner Bilddaten, ein Fokuseinstellmittel zum Einstellen des optischen Abstands zwischen der CCD-Kamera und des Werkstückes, einen Zeilensensor zum zeilenförmigen Aufnehmen des Bildes des Werkstückes und ein Kontrastrechenmittel (Schaltung) zum Berechnen des Kontrasts von dem durch diesen Zeilensensor aufgenommenen Bild. Der Zeilensensor ist in einer Position angeordnet, in welcher der optische Abstand zwischen dem Zeilenabtaster und dem Werkstück gleich dem optischen Abstand zwischen der CCD-Kamera und dem Werkstück ist.
In dem in JP-A-8-226805 beschriebenen Fokuserkennungsverfahren wird, während die optischen Abstände zwischen dem Werkstück, der CCD-Kamera und dem Zeilensensor durch das Fokuseinstellmittel eingestellt werden, der Kontrast in mehrfachen Abstandspositionen von dem durch den Zeilensensor aufgenommenem Bild berechnet und eine Position zum Maximieren des Kontrastes wird als die Fokusposition erkannt. Das Fokuserkennungsverfahren ist so konstruiert, daß das durch die CCD-Kamera aufgenommene Bild durch Einstellen des optischen Abstandes zwischen der CCD-Kamera und dem Werkstück durch das fokussierende Einstellmittel auf der Basis der erkannten Fokusposition fokussiert werden kann.
In der Bildvermessungseinrichtung nach JP-A-8-226805 wird jedoch die Fokusposition in der Fokuserkennung auf der Basis von mehrfach durch den Zeilensensor in mehrfachen Abstandspositionen aufgenommenen Bildern erkannt. Obwohl die Bilder durch eine Linie aufgenommen werden, existiert demnach ein Problem dahingehend, daß es Zeit zum Aufnehmen eines jeden Bildes und Zeit zum Bearbeiten des Bildes durch das Kontrastberechnungsmittel dauert, so daß eine Fokuserkennung nicht bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
Darüber hinaus wird die Fokuserkennung auf der Basis von den Bildern in einer Zeile durchgeführt, welche durch den Zeilensensor aufgenommen werden können. Deshalb kann kein gewünschter Bereich, der fokussiert werden soll, innerhalb des gesamten Bildaufnahmebereiches der CCD-Kamera beliebig ausgewählt werden. Dementsprechend existiert ein Problem dahingehend, daß die Fokusgenauigkeit für den Fall eines Werkstücks mit Unregelmäßigkeiten auf seiner Oberfläche usw. nicht verbessert werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Fokuserkennungsverfahren und einen Fokuserkennungsmechanismus der Bildvermessungseinrichtung bereitzustellen, welche in der Lage sind, die Fokuserkennung bei hoher Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit durchzuführen, und die Bildvermessungseinrichtung mit diesem Fokuserkennungsmechanismus.
Das Fokuserkennungsverfahren eines ersten Aspekts entsprechend der Erfindung ist ein Fokuserkennungsverfah ren einer Bildvermessungseinrichtung mit einem Bildaufnahmemittel, welches auf einer optischen Achse, die ein vermessenes Objekt schneidet, angeordnet ist und das Bild des vermessenen Objekts aufnimmt und dieses vermessene Objekt von dem aufgenommenen Bild vermißt; dabei weist die Bildvermessungseinrichtung eine Beleuchtungseinrichtung mit einer lichtausstrahlenden Quelle zum Aussenden von Beleuchtungslicht zu dem vermessenen Objekt auf; ein Gitterfilter, der zwischen dieser Beleuchtungseinrichtung und diesem vermessenen Objekt angeordnet ist und durch Unterbrechen des Beleuchtungslichts von dieser lichtausstrahlenden Quelle ein Gittermuster auf das vermessene Objekt projiziert; ein Drehantriebsmittel zum Drehen und Betreiben dieses Gitterfilters und zum Verändern des Gitterwinkels des auf dieses vermessene Objekt projizierten Gittermusters; und ein Abstandantriebsmittel zum Betreiben von mindestens einem dieser Bildaufnahmemittel und diesem vermessenen Objekt und zum Anpassen einer gegenseitigen Zwischenraumentfernung entlang dieser optischen Achse; und das Fokuserkennungsverfahren weist einen Bildeingabeprozeß auf, in welchem das Abstandantriebsmittel und das Drehantriebsmittel in Verbindung miteinander betätigt werden, und das Gittermuster von diesem Gitterfilter zu jedem vorbestimmten Drehwinkel auf das vermessene Objekt projiziert wird, und das Bild dieses vermessenen Objekts bei jeder vorbestimmten Zwischenraumentfernung entsprechend dem vorbestimmten Drehwinkel durch dieses Bildaufnahmemittel durch Mittel für mehrfaches Belichten aufgenommen wird, so daß eine Bildinformation erhalten wird; einen Kontrastwertberechnungsprozeß zum Berechnen eines Kontrastwertes zu jedem dieser vorbe stimmten Drehwinkel auf der Basis einer Frequenzbereichsinformation, welche durch Konvertieren der erhaltenen Bildinformation in einen Frequenzbereich erhalten wird; und einen Fokuspositionsberechnungsprozeß zum Berechnen einer Fokusposition aus der Zwischenraumentfernung zwischen dem Bildaufnahmemittel und dem vermessenen Objekt entsprechend dem Drehwinkel zum Maximieren des Kontrastwertes.
Als Bildaufnahmemittel kann hier eine Kamera mit einem Bildaufnahmeteil zum Konvertieren des optischen Bildes einer Aufnahmeröhre, eines Aufnahmeelements usw. in ein elektrisches Signal und ein optisches Bildaufnahmesystem zum Bilden des Bildes des vermessenen Objekts in diesem Bildaufnahmeteil angenommen werden. Wenn das Bildaufnahmemittel von dem Abstandantriebsmittel betätigt wird, können ebenso die Kamera, ein Gehäusekörper zum Anordnen der Kamera darin usw. und eine Linse des optischen Bildaufnahmesystems usw. betätigt werden.
Da die durch das Bildaufnahmemittel aufgenommene Bildinformation durch die mehrfache Belichtung aufgenommen wurde, beinhaltet bei einer solchen Konstruktion die Bildinformation Informationen, die entsprechend der Abstandsentfernung zwischen dem Bildaufnahmemittel und dem vermessenen Objekt unter Verwendung des Abstandantriebsmittels in vielen Positionen aufgenommen wurden. Es ist daher nicht notwendig, viele Bilder in vielen Abstandspositionen aufzunehmen, so daß die Zeit zur Aufnahme der Bildinformation verkürzt werden kann. Darüber hinaus, kann, da es ja nicht notwendig ist, die vielen Bilder zu bearbeiten, die Zeit der Bildbearbei tung ebenso verkürzt werden, so daß die Fokuserkennung mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
Da der Kontrastwert auf der Basis der Frequenzbereichsinformation, die durch Konvertieren der Bildinformation in den Frequenzbereich erhalten wird, anstelle der erhaltenen Bildinformation selbst im Kontrastwertberechnungsprozeß berechnet wird, kann die Fokuserkennung genau, ohne einen Einfluß der Oberflächenform und der Gestalt des vermessenen Objekts usw. durchgeführt werden. Zum Beispiel gibt es nämlich im Falle des vermessenen Objekts mit einer gestreiften Form auf seiner Oberfläche einen Fall, in welchem diese gestreifte Oberfläche und das den Gitterfilter nutzende Gittermuster miteinander entsprechend dem Drehwinkel des Gitterfilters interferieren und der Kontrast innerhalb der Bildinformation beträchtlich geändert wird. Der Einfluß der durch solche Interferenz bewirkten Kontraständerung wird durch Konvertieren der Bildinformation in den Frequenzbereich beseitigt und der Kontrastwert des Gittermusters kann entsprechend der Abstandsentfernung zwischen dem Bildaufnahmemittel und dem vermessenen Objekt genau berechnet werden.
Da das Abstandantriebsmittel und das Drehantriebsmittel in Verbindung miteinander betätigt werden, ändert sich der in der aufgenommenen Bildinformation beinhaltete Kontrast des Gittermusters entsprechend der Abstandsentfernung zwischen dem Bildaufnahmemittel und dem vermessenen Objekt, und der Kontrast des Gittermusters, welcher in der Position nahe der Fokusposition aufgenommen wird, erhöht sich. Somit kann, selbst wenn die Bildinformation durch das mehrfache Belichten erhalten wird und die Gittermuster an vielen Drehwinkelpositionen aufgenommen werden, die Fokusposition mit hoher Geschwindigkeit durch das Berechnen der Drehwinkelposition des hohen Kontrasts von dieser Bildinformation erkannt werden.
Da der Gitterwinkel des projizierten Gittermusters beim Aufnehmen des Bildes durch die mehrfache Belichtung einfach fein eingestellt werden kann, d.h. der vorbestimmte Drehwinkel kann einfach durch Steuern der Betätigung des Drehantriebsmittels reduziert werden, ist es darüber hinaus möglich, die Erkennungsgenauigkeit der benötigten Fokuspositionen entsprechend dem Drehwinkel zu verbessern.
Da die Bildinformation für die Fokuserkennung durch das Bildaufnahmemittel für die Bildvermessung zum Aufnehmen des Bildes des vermessenen Objekts erhalten wird und die Fokusposition auf der Basis dieser Bildformation berechnet werden kann, kann darüber hinaus die Bildvermessungseinrichtung zu einer einfachen Struktur zusammengefaßt werden und im Vergleich mit der konventionellen Bildvermessungseinrichtung kompakt gemacht werden. Ein Problem existiert nämlich dahingehend, daß die Struktur der Einrichtung kompliziert und groß ist, da ein Zeilensensor usw. benötigt wird, um die Fokuserkennung in der Bildvermessungseinrichtung in JP-A-8-226805 durchzuführen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Einrichtungsstruktur jedoch vereinfacht und kompakt hergestellt werden, da das Bildaufnahmemittel sowohl für die Bildvermessung als auch für die Fokuserkennung benutzt werden kann.
Das Fokuserkennungsverfahren eines zweiten Aspekts entsprechend der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fokuserkennungsverfahren der Bildvermessungseinrichtung entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung der Kontrastwertberechnungsprozeß einen Frequenzkonvertierungsprozeß zum Berechnen der Frequenzbereichsinformation durch das Konvertieren der in diesem Bildeingabeprozeß erhaltenen Bildinformation in einen Frequenzbereich aufweist; einen Produktbilderzeugungsprozeß zum Erzeugen eines Produktbildes zu jedem vorbestimmten Drehwinkel durch Überlagern eines Frequenzfilters relativ zu dem Gittermuster zu jedem vorbestimmten Drehwinkel des Gitterfilters, der im voraus mit der konvertierten Frequenzbereichsinformation berechnet wird; und einen leistungsintegrierenden Prozeß zum Integrieren von Leistung in jeden das Produktbild bildenden Pixel bezüglich jedes erzeugten Produktbildes bei jedem vorbestimmten Drehwinkel.
Als ein Verfahren zum Berechnen der Frequenzbereichsinformation in dem Frequenzkonvertierungsprozeß ist es hierbei möglich, eine orthogonale Transformationstechnik, wie z.B. die zweidimensionale Fourier-Transformation (zweidimensionale FFT), die Winograd-Transformation, die Karhunen-loebe-Transformation, die diskrete Kosinus-Transformation (DCT) usw. anzunehmen. Zusätzlich zu diesen Techniken ist es ebenso möglich, andere orthogonale Techniken anzunehmen, falls diese Techniken die Bildinformation in eine Frequenzkomponente konvertieren.
Da der Frequenzfilter relativ zum Gittermuster jeden vorbestimmten Drehwinkel des Gitterwinkels im voraus berechnet wird, ist es darüber hinaus möglich, die Frequenzbereichsinformation des Gittermusters zu nutzen, welche durch die orthogonale Transformation von der Bildinformation berechnet wird, in welcher nur das Gittermuster ohne vermessenes Objekt enthalten ist. Weiter kann ein Frequenzfilter des Gittermusters zum Frequenzkonvertieren der Bildinformation verwendet werden, der durch eine Simulation durch das Benutzen eines Computers usw. gebildet wurde.
Entsprechend einer solchen Konstruktion, kann die Bearbeitung zum Berechnen des Kontrastwertes zu jedem vorbestimmten Drehwinkel durch Konvertieren der Bildinformation, die durch den Frequenzkonvertierungsprozeß erhalten wurde, in eine Frequenzbereichsinformation bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. In diesem Fall, in dem nur die Bildinformation von einem Bereich zur Durchführung der Fokuserkennung in einen Frequenzbereich, wie in eine Frequenzbereichsinformation konvertierte Bildinformation, konvertiert wird, ist es möglich, einen gewünschten Bereich, der innerhalb des gesamten Bildaufnahmebereichs fokussiert werden soll, unter Verwendung des Fokuserkennungsmittels auszuwählen. Dementsprechend kann die Genauigkeit der Fokuserkennung unabhängig von der Oberflächenform des Werkstücks verbessert werden. Da es ausreichend ist, den Frequenzkonvertierungsprozeß, den Produktbilderzeu gungsprozeß, den leistungsintegrierenden Prozeß und den Fokuspositionsberechnungsprozeß nur für den gewünschten zu fokussierenden Bereich durchzuführen, wird die in diesen Prozessen benötigte Informationsmenge reduziert und die Prozeßgeschwindigkeiten können gesteigert werden.
Das Fokuserkennungsverfahren eines dritten Aspekts entsprechend der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Frequenzkonvertierungsprozeß berechnete Frequenzbereichsinformationen durch eine zweidimensionale Fourier-Transformation in dem Fokuserkennungsverfahren der Bildvermessungseinrichtung entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung berechnet wird.
Entsprechend einer solchen Konstruktion können die Prozesse in dem Frequenzkonvertierungsprozeß bei der Annahme der zweidimensionalen Fourier-Transformation (zweidimensionale FFT) als eine Technik zum Berechnen der Frequenzbereichsinformation durch orthogonale Transformation der Bildinformation wie zweidimensionelle Daten bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Das Fokuserkennungsverfahren eines vierten Aspekts entsprechend der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß diese in diesem Bildeingabeprozeß erhaltene Bildinformation zu einer einzigen Information in dem Fokuserkennungsverfahren der Bildvermessungseinrichtung nach dem ersten bis dritten Aspekt der Erfindung festgesetzt ist.
Entsprechend einer solchen Konstruktion kann die Zeit zur Aufnahme der Bildinformation weiter verkürzt werden, da die Information, welche in vielen Positionen durch die mehrfache Belichtung aufgenommen wird, innerhalb einer einzigen Bildinformation enthalten ist, die durch das Bildaufnahmemittel aufgenommen wird. Da es ausreichend ist, die Bildinformation zum Ausführen der Bildverarbeitung zu einer einzigen Bildinformation festzusetzen, kann die Zeit, die die Bildverarbeitung dauert, weiter verkürzt werden und die Fokuserkennung kann bei höherer Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Das Fokuserkennungsverfahren eines fünften Aspekts entsprechend der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Bildeingabeprozeß erhaltene Bildinformation zu zwei oder mehreren Informationen in dem Fokuserkennungsverfahren der Bildvermessungseinrichtung nach jedem einzelnen des ersten bis dritten Aspekts der Erfindung festgesetzt wird.
Entsprechend einer solchen Konstruktion kann der Abstandsbereich (Fokuserkennungsbereich) zwischen dem Bildaufnahmemittel und dem vermessenen Objekt durch Erhalten von zwei oder mehr mehrfachen Bildinformationen, die in den vielen Positionen durch die mehrfache Belichtung aufgenommen werden, vergrößert werden. Wenn nämlich der Gitterfilter von 0° auf 180° gedreht wird, wird dasselbe Gittermuster wie im Fall von 0° projiziert (da ein Zyklus 180° entspricht). Daher sind keine Winkel des Gittermusters, die innerhalb einer Bildinformation enthalten sind, miteinander überlagert und die Fokuserkennung kann zuverlässig entsprechend dem Fokuserkennungsbereich entsprechend der Anzahl von Bildinformationen durch Aufnehmen der Bildinformationen jedes einzelnen Zyklusses durchgeführt werden und seine mehrfachen Bildinformationen werden erhalten.
Die Genauigkeit der Fokuserkennung kann weiter durch die relative Reduzierung der Betriebsgeschwindigkeit des Abstandantriebsmittels (Feineinstellung des Fokuserkennungsgrades) entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Gitterfilters ebenso gut wie durch die Vergrößerung des Fokuserkennungsbereiches gesteigert werden. In diesem Fall kann, auch wenn die Betriebsgeschwindigkeit des Abstandantriebsmittels vermindert ist, die Fokuserkennung durch Aufnehmen der vielen Bildinformationen entsprechend einem vorbestimmten Abstandbereich ohne Verkürzung des Fokuserkennungsbereiches durchgeführt werden.
Der Fokuserkennungsmechanismus eines sechsten Aspektes entsprechend der Erfindung ist ein Fokuserkennungsmechanismus dadurch gekennzeichnet, daß der Fokuserkennungsmechanismus ein Bildaufnahmemittel aufweist, das auf einer optischen Achse, die ein vermessenes Objekt schneidet, angeordnet ist und das Bild des vermessenen Objekts aufnimmt; eine Beleuchtungseinrichtung mit einer lichtausstrahlenden Quelle zum Aussenden von Beleuchtungslicht zu dem vermessenen Objekt; einen Gitterfilter, der zwischen der Beleuchtungseinrichtung und dem vermessenen Objekt angeordnet ist und ein Gittermuster durch Unterbrechen des Beleuchtungslichts von der lichtausstrahlenden Quelle auf das vermessene Objekt projiziert; Drehantriebsmittel zum Drehen und Betätigen des Gitterfilters und zum Verändern des Gitterwinkels des auf das vermessene Objekt projizierten Gittermusters; und Abstandantriebsmittel zum Betätigen von mindestens einem von Bildaufnahmemittel und vermessenem Objekt, und zum Anpassen einer gegenseitigen Zwischenraumentfernung entlang der optischen Achse; und Fokuspositionsberechnungsmittel, in welchem das Abstandantriebsmittel und das Drehantriebsmittel in Verbindung miteinander betrieben werden, und das Gittermuster des Gitterfilters zu jedem vorbestimmten Drehwinkel auf das vermessene Objekt projiziert wird, und das Bild des vermessenen Objekts zu jeder vorbestimmten Abstandsentfernung entsprechend zu dem vorbestimmten Drehwinkel durch das Bildaufnahmemittel durch Mittel für mehrfaches Belichten aufgenommen wird, und ein Kontrastwert zu jedem vorbestimmten Drehwinkel auf der Basis von einer Frequenzbereichsinformation, die durch Konvertieren der aufgenommenen Bildinformation in einen Frequenzbereich erhalten wird, berechnet wird, und eine Fokusposition von der Abstandsentfernung zwischen dem Bildaufnahmemittel und dem vermessenen Objekt entsprechend dem Drehwinkel zum Maximieren des Kontrastwertes berechnet wird, wobei die Bildaufnahmeoperation des Bildaufnahmemittels in Verbindung mit der Beleuchtungseinrichtung, dem Abstandantriebsmittel und dem Drehantriebsmittel gesteuert wird.
Entsprechend einer solchen Konstruktion können Betriebseffekte, die denen des ersten Aspekts der Erfindung ähnlich sind, erhalten werden.
Die Fokuserkennung kann nämlich bei hoher Geschwindigkeit mit großer Genauigkeit durchgeführt werden. Im Vergleich mit der konventionellen Vermessungseinrichtung kann die Einrichtung weiter zu einer einfachen Struktur festgesetzt und kompakt gemacht werden.
Der Fokuserkennungsmechanismus eines siebten Aspekts entsprechend der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fokuserkennungsmechanismus entsprechend dem sechsten Aspekt der Erfindung das Fokuspositionsberechnungsmittel die Frequenzbereichsinformation durch Konvertieren der erhaltenen Bildinformation in den Frequenzbereich berechnet und ein Produktbild zu jedem der vorbestimmten Drehwinkel durch Überlagern eines Frequenzfilters, welcher im voraus mit dieser Frequenzbereichsinformation berechnet wurde, relativ zu dem Gittermuster zu jedem der vorbestimmten Drehwinkel des Gitterfilters erzeugt, und den Kontrastwert durch Leistungsintegration jedes das Produktbild bildenden Pixels bezüglich des Produktbildes berechnet.
Entsprechend einer solchen Konstruktion ist es, ähnlich wie beim zweiten Aspekt der Erfindung, möglich, die Bearbeitung zum Berechnen des Kontrastwertes zu jedem vorbestimmten Drehwinkel bei hoher Geschwindigkeit durchzuführen.
Die Bildinformation kann effektiv erhalten werden durch Steuern des Bildaufnahmebetriebs der Bildaufnahmeeinrichtung in Übereinstimmung mit der Beleuchtungseinrichtung, dem Abstandantriebsmittel und dem Drehantriebsmittel.
Der Fokuserkennungsmechanismus eines achten Aspekts entsprechend der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fokuserkennungsmechanismus entsprechend eines jeden von dem sechsten bis siebten Aspekts der Erfindung die Beleuchtung der Beleuchtungseinrichtung in einer Blitzform zu einem zu dem vorbestimmten Drehwinkel des Gitterfilters korrespondierendem Zeitintervall gesteuert wird.
Entsprechend einer solchen Konstruktion kann das Gittermuster zu jedem vorbestimmten Winkel innerhalb der Bildinformation, die durch die mehrfache Belichtung erhalten wurde, deutlich ohne eine Bewegung durch Beleuchten der Beleuchtungseinrichtung in einer Blitzform in einem zu dem Drehwinkel des Gitterfilters korrespondierenden Zeitintervall aufgenommen werden. Wenn das durch den durch das Drehantriebsmittel gedrehte Gitterfilter projizierte Gittermuster kontinuierlich aufgenommen wird, wird das Bild des Gittermusters so bewegt, daß kein zu jedem vorbestimmten Winkel projiziertes Bild des Gittermusters erhalten wird. Deshalb wird das Gittermuster lediglich zu der Beleuchtungszeit der Beleuchtungseinrichtung, beleuchtet in der Blitzform, projiziert, so daß das Gittermuster zu jedem vorbestimmten Winkel aufgenommen werden kann.
Der Fokuserkennungsmechanismus eines neunten Aspekts entsprechend der Erfindung ist ein Fokuserkennungsmechanismus, der weiterhin aufweist:
eine Fourier-Transformationslinse, die zwischen Bildaufnahmemittel und dem vermessenen Objekt angeordnet ist und reflektiertes Licht von dem vermessenen Objekt in eine Frequenz konvertiert;
wobei das Bild des vermessenen Objekts zu jeder vorbestimmten Zwischenraumentfernung entsprechend dem vorbestimmten Drehwinkel durch das Bildaufnahmemittel durch die Fourier-Transformationslinse hindurch aufgenommen wird, und wobei der Kontrastwert zu jedem vorbestimmten Drehwinkel auf der Basis der aufgenommenen Fourier-Transformationsbildinformation berechnet wird.
Entsprechend einer solchen Konstruktion können Betriebseffekte ähnlich zu denen des sechsten Aspekts der Erfindung erhalten werden.
Die Fokuserkennung kann nämlich bei hoher Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Da die Fourier-Transformationslinse verwendet wird, wird weiter das reflektierte Licht des vermessenen Objekts, welches durch die Fourier-Transformationslinse hindurch geführt wird, durch das Bildaufnahmemittel als Fourier-Transformationsbildinformation aufgenommen. Dementsprechend ist eine Frequenzumwandlungsrechenoperation durch Benutzen einer dazu vorgesehenen Rechenschaltung, eines Computers usw. nicht notwendig. Daher verkürzt sich die Zeitdauer in der Rechenoperation und die Fokuserkennung kann bei höherer Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Die Bildvermessungseinrichtung eines zehnten Aspekts entsprechend der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bildvermessungseinrichtung eines der oben genannten Fokuserkennungsverfahren hat und das Fokusposi tionsberechnungsmittel, das den Fokuserkennungsmechanismus bildet, durch einen Computer mit Speichermitteln und Rechenmitteln durchgeführt wird.
Entsprechend einer solchen Konstruktion können Betriebseffekte ähnlich zu denen des sechsten bis neunten Aspekts der Erfindung erhalten werden.
Da die Betätigung des Fokuspositionsberechnungsmittels durch einen Computer durchgeführt wird, kann die Fokusposition augenblicklich aus der erhaltenen Bildinformation berechnet werden und die Arbeitseffizienz bezüglich der Fokuserkennung kann gesteigert werden. In diesem Fall sind das Berechnungsverfahren der Frequenzbereichsinformation, der vorher berechnete Frequenzfilter des Gittermusters, das Erzeugungsverfahren für das Produktbild, das Berechnungsverfahren des Kontrastwertes, das Berechnungsverfahren der Fokusposition usw. als Programme oder Daten im Speichermittel des Computers gespeichert und die Programme usw. werden durch ein Rechenmittel gelesen und ausgeführt. Daher können die in der Fokuserkennung benötigten Bearbeitungen weiter effizient ausgeführt werden.
Die Bildvermessungseinrichtung eines elften Aspekts der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Beleuchtungseinrichtung, des Abstandantriebsmittels und des Drehantriebsmittels, die den Fokuserkennungsmechanismus bilden, durch den Computer in der Bildvermessungseinrichtung entsprechend dem zehnten Aspekt der Erfindung gesteuert werden.
Entsprechend einer solchen Konstruktion können die Beleuchtungseinrichtung, das Abstandantriebsmittel und das Drehantriebsmittel zuverlässig in Verbindung miteinander durch Steuerung der Operationen der Beleuchtungseinrichtung, des Abstandantriebsmittels und des Drehantriebsmittels durch den Computer betätigt werden. Dementsprechend kann die Genauigkeit der Fokuserkennung gesichert werden.
Die bevorzugten Ausführungsformen eines Fokuserkennungsmechanismus und einer Bildvermessungseinrichtung mit dem Fokuserkennungsmechanismus in der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail auf der Grundlage von Zeichnungen gezeigt und erklärt.
1 ist eine Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Bildvermessungseinrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist Blockdiagramm, welches die Konstruktion der obigen Bildvermessungseinrichtung zeigt;
3 ist ein Flußdiagramm, das ein Bildvermessungsverfahren in der obigen Bildvermessungseinrichtung zeigt;
4 ist ein Flußdiagramm, das einen Bildeingabeprozeß in dem obigen Bildvermessungsverfahren zeigt;
5 ist eine Ansicht, die typisch einen Gitterfilter zu einer Fokuserkennungszeit des obigen Bildvermessungsverfahrens und ein Werkstück, worauf ein Gittermuster projiziert wird, zeigt;
6A bis 6D sind Ansichten, die typisch das Werkstück zeigen, worauf die obigen Gittermuster projiziert werden;
7A und 7B sind Ansichten, die typisch die zu der obigen Fokuserkennungszeit erhaltene Bildinformation und die Bildinformation von einem Fokuserkennungsbereich zeigen;
8A und 8B sind Ansichten, die typisch die durch Konvertieren der obigen Bildinformation des Fokuserkennungsbereichs in einen Frequenzbereich erhaltene Frequenzbereichsinformation und ein auf der Basis der Frequenzbereichsinformation erzeugtes Produktbild zeigen;
9A und 9B sind Ansichten, die die Leistung des obigen Produktbildes als ein Graph mit Bezug zu einem Fokusabstand zeigen; und
10A und 10B sind Ansichten, die den schematischen Aufbau eines Teils einer Bildvermes sungseinrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
In der folgenden Erläuterung sind dieselben Konstruktionselemente durch dieselben Bezugszahlen bezeichnet und ihre Erläuterungen sind weggelassen oder vereinfacht.
1 bis 9 zeigen eine Bildvermessungseinrichtung 1 entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10 zeigt einen Teil einer Bildvermessungseinrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine Ansicht, die den schematischen Aufbau der Bildvermessungseinrichtung 1 in der ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Bildvermessungseinrichtung 1 zeigt.
In 1 ist die Bildvermessungseinrichtung 1 durch Anordnen eines Einrichtungshauptkörperteils 10 und eines Einrichtungskontrollteils 60 aufgebaut. Das Einrichtungshauptkörperteil 10 sendet Beleuchtungslicht zu einem Werkstück W als vermessenes Objekt und nimmt reflektiertes Licht von dem Werkstück W als ein Bild auf. Das Einrichtungskontrollteil 60 verarbeitet das durch das Einrichtungshauptkörperteil 10 aufgenommene Bild des Werkstücks W und steuert die Operation des Bildeinrichtungshauptkörperteils 10. Das Einrichtungshauptkör perteil 10 und das Einrichtungskontrollteil 60 sind miteinander über ein Kabel 2 verbunden.
Das Einrichtungshauptkörperteil 10 hat einen Gehäusekörper 11 mit einer Hohlkastenform, einen Objekttisch 12 zum Plazieren des Werkstücks W darauf und eine Ringbeleuchtungseinrichtung 13, die durch Umgeben einer optischen Achse A senkrecht zur oberen Stirnseite des Objekttisches 12 angeordnet und vertikal ausgedehnt ist. Eine Beleuchtungseinrichtung 20 zum Aussenden des Beleuchtungslichts genau über dem Werkstück W und ein Bildaufnahmemittel 30 zum Empfangen des reflektierten Lichts von dem Werkstück W und zum Aufnehmen des Bildes sind innerhalb des Gehäusekörpers 11 angeordnet. Eine Öffnung mit der optischen Achse A als ein Zentrum ist an dem Boden des Gehäusekörpers 11 gegenüberliegend zu dem Objekttisch 12 angeordnet, und das reflektierte Licht von dem Werkstück W kann das Bildaufnahmemittel 30 durch diese Öffnung erreichen. Der Gehäusekörper 11 und der Objekttisch 12 sind so zum Bewegen und Betätigen in zwei ebene Richtungen (X- und Y-Richtung), die die optische Achse A schneiden, konstruiert, daß der Vermessungsteil des Werkstücks W geeignet angepaßt werden kann.
Die Ringbeleuchtungseinrichtung 13 sendet das Beleuchtungslicht eines ringförmigen Lichtstrahls aus einer entsprechend der optischen Achse A geneigten Richtung zu dem Werkstück W. Die Ringbeleuchtungseinrichtung 13 hat einen Gehäusekörper 14 mit einer hohlen Ringform mit der optischen Achse A als sein Zentrum und eine weißes Licht ausstrahlende Diode (LED) 15 als lichtaus strahlende Quelle, die innerhalb des Gehäusekörpers 14 angeordnet ist. Viele LEDs 15 sind in einer Ringform angeordnet, so daß sie die optische Achse umgeben und in einen Frontteil, einen hinteren Teil, einen linken Teil und einen rechten Teil, in vier Richtungen von einer Ebene aus gesehen, unterteilt sind. Der unterteilte Frontteil, hintere Teil, linke Teil und rechte Teil sind dabei jeweils unabhängig in der Intensität des Beleuchtungslichts gesteuert.
Die Beleuchtungseinrichtung 20 hat eine Xenon-Blitzlampe 21 als lichtausstrahlende Quelle, Linsen 22, 23 zum Konvergieren des von der Xenon-Blitzlampe 21 verbreiteten Beleuchtungslichts, und einen Reflexionsspiegel 24 zum Reflektieren des Beleuchtungslichts zu der optischen Achse A. Ein Halbspiegel 25 zum Reflektieren des auf dem Reflexionsspiegel 24 reflektierten Beleuchtungslichts zu dem Werkstück W ist auf der optischen Achse A angeordnet. Das von der Xenon-Blitzlampe 21 ausgesendete Beleuchtungslicht wird entlang der optischen Achse A von oben zu dem Werkstück W ausgesendet. Das auf dem Werkstück W reflektierte Licht kann durch den Hohlspiegel 25 hindurch zu dem Bildaufnahmemittel 30 übertragen werden. Die Xenon-Blitzlampe 21 ist mit einer Beleuchtungssteuerung 71, die in dem Einrichtungskontrollteil 60 angeordnet ist, über das Kabel 2 verbunden.
Ein Gitterfilter 26 zum Projizieren eines Gittermusters auf das Werkstück W ist zwischen den Linsen 22, 23 der Beleuchtungseinrichtung 20 angeordnet. Der Gitterfilter 26 ist nämlich in einer Position zum Unterbrechen des von der Xenon-Blitzlampe 21 zum Werkstück W ausgesendeten Beleuchtungslichts angeordnet. Dieser Gitterfilter 26 hat viele Schlitze 26A (5), die parallel zueinander angeordnet und in der Lage sind, das Beleuchtungslicht der Xenon-Blitzlampe 21 durchzulassen. Das Gittermuster 26B (5) wird durch das durch diese Schlitze 26A durchgelassene Beleuchtungslicht auf das Werkstück W projiziert. Der Gitterfilter 26 ist so aufgebaut, daß er durch ein Drehantriebsmittel 40 gedreht und betätigt wird. Das Drehantriebsmittel 40 hat einen Antriebsmotor 41 und dieser Antriebsmotor 41 ist mit einer in dem Einrichtungskontrollteil 60 angeordneten Motorsteuerung 72 über das Kabel 2 verbunden.
Das Bildaufnahmemittel 30 ist durch entlang der optischen Achse A angeordnete und das reflektierende Licht vom Werkstück W bündelnde Sammellinsen 31, 32 und einer CCD-Kamera 34 mit einem ladungsgekoppelten Speicher 33 zum Empfangen von Licht von den Sammellinsen 31, 32 aufgebaut.
Die CCD-Kamera 34 empfängt das reflektierte Licht von dem Werkstück W durch den ladungsgekoppelten Speicher 33 und nimmt das Bild des Werkstücks W auf. Das aufgenommene Bild sind Bilddaten, die durch eine begrenzte Anzahl von Pixeln, so wie 512·512 Pixel in Bildgröße, aufgebaut sind. Beispielsweise ist jedes Pixel durch Daten mit 8 Bit aufgebaut. In diesen Daten mit 8 Bit ist die Intensität des empfangenen Lichts durch eine Helligkeitsstufe (Lichtempfangsintensitätswert) dargestellt, die in 256 Abstufungen von 0 bis 255 eingeteilt ist. Die CCD-Kamera 34 ist weiterhin so aufgebaut, daß das Bild aus einigen 10 Einzelbildern, wie z.B. 30 Einzelbilder (30 fps) pro Sekunde, kontinuierlich erhalten wird. Die Bilddaten von der CCD-Kamera 34 werden zu einem Bilddigitalisierer 74, der als ein Kamerakontrollteil in dem Einrichtungskontrollteil 60 angeordnet ist, über das Kabel 2 ausgegeben.
Die Zwischenraumentfernung (Fokusentfernung) zwischen dem Bildaufnahmemittel 30 und dem Werkstück W ist durch ein Abstandantriebsmittel 50 zum Bewegen des Gehäusekörpers 11 in eine Richtung (Z-Richtung) entlang der optischen Achse A einstellbar gestaltet. Das Abstandantriebsmittel 50 hat eine an der Objekttischseite 12 angeordnete und parallel zur optischen Achse A geführte Führungsschiene 51 und ein Antriebsteil 52, das entlang dieser Führungsschiene 51 arbeitet und am Gehäusekörper 11 angebracht ist. Das Antriebsteil 52 ist mit einer in dem Einrichtungskontrollteil 60 angeordneten Fokussteuerung 73 durch das Kabel 2 verbunden. Die Führungsschiene 51 und das Antriebsteil 52 können durch eine Zahnstange, ein Antriebsrad, ein Schraubengetriebe usw. aufgebaut sein. In diesem Fall ist es ausreichend, daß das Antriebsteil 52 einen Servomotor usw. hat. Darüber hinaus können die Führungsschiene 51 und das Antriebsteil 52 auch durch einen Linearmotor usw. gebaut sein.
Das Einrichtungskontrollteil 60 ist dadurch aufgebaut, daß ein Computer 61 zum Empfangen der Bilddaten von der CCD-Kamera 34 und zum Verarbeiten der Bilddaten und zum Ausgeben und Anzeigen der verarbeiteten Bilddaten, die mit diesem Computer 61 verbundene Beleuchtungssteuerung 71, die Motorsteuerung 72, die Fokussteuerung 73 und die Bilddigitalisierer 74 integriert in dem Computer 61 angeordnet sind. Die Beleuchtungssteuerung 71 steuert die Beleuchtung der Beleuchtungseinrichtung 20 durch Empfangen von Befehlen von dem Computer 61 und steuert einen an die Beleuchtungseinrichtung 20 angelegten elektrischen Strom. Die Motorsteuerung 72 steuert den Betrieb des Antriebsmotors 41 und die Drehung und den Betrieb des Gitterfilters 26 durch das Empfangen von Befehlen von dem Computer 61 und durch Steuern eines an den Antriebsmotor 41 des Drehantriebsmittels 40 angelegten elektrischen Stromes. Die Fokussteuerung 73 steuert den Betrieb des Antriebsteils 52 und steuert die Bewegung des Gehäusekörpers 11 entlang der optischen Achse A durch das Empfangen von Befehlen von dem Computer 61 und durch Steuern eines an das Antriebsteil 52 des Abstandantriebsmittels 50 angelegten elektrischen Stromes. Der Bilddigitalisierer 74 überträgt ein externes Triggersignal (Impuls) zu dem Bildaufnahmemittel 30 und steuert die Aufnahme der CCD-Kamera 34 durch das Empfangen von Befehlen von dem Computer 61.
Die Beleuchtungssteuerung 71, die Motorsteuerung 72 und die Fokussteuerung 73 können integriert in dem Computer 61 angeordnet sein. Das Kamerakontrollmittel könnte weiter auch getrennt vom Computer 61 angeordnet sein.
In 2 hat der Computer 61 ein Eingabemittel 62 zum Festlegen und Eingeben verschiedener Arten von Parametern (Befehlswerte) bezüglich einer Bildvermessung, einen Speicher 63 als ein Speichermittel zum Festhalten und Speichern verschiedener Arten von Programmen und Daten, einen Bildverarbeitungsteil 64 als ein Bildver arbeitungsmittel zum Verarbeiten der Bilddaten von der CCD-Kamera 34, und ein Anzeigeteil (CRT) 65 als ein Anzeigemittel zum Ausgeben und Anzeigen eines Verarbeitungsergebnisses in dem Bildverarbeitungsteil 64. Der Computer 61 hat eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 66 als ein Rechenmittel zum Steuern des ganzen Betriebs des Einrichtungskontrollteils 60. Die CPU 66, das Eingabemittel 62, der Speicher 63, das Bildverarbeitungsteil 64 und das CRT 65 sind miteinander durch einen Bus verbunden.
Wie in 2 gezeigt, können die Beleuchtungssteuerung 71, die Motorsteuerung 72, die Fokussteuerung 73 und der Bilddigitalisierer 74 jeweils als eine Menge von Funktionen in den Computer 61 als das Beleuchtungskontrollteil (Beleuchtungssteuerung) 71, das Motorkontrollteil (Motorsteuerung) 72, das Fokuskontrollteil (Fokussteuerung) 73 und das Kamerakontrollteil (Bilddigitalisierer) 74 eingebaut werden. Weiter könnten das Beleuchtungssteuerungsteil 71, das Motorkontrollteil 72, das Fokuskontrollteil 73 und das Kamerakontrollteil 74 ebenso gebaut sein, um den Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 20, des Drehantriebmittels 40, des Abstandantriebsmittels 50 und des Bildaufnahmemittels 30 durch Speichern dieser Teile im Speicher 63 als programmierte Software und durch Ausführen von mathematischen Bearbeitungen durch die CPU zu steuern.
Das Eingabemittel 62 ist durch einen Hebel oder einen Knopf usw. so aufgebaut, daß es der Außenseite zugewandt ist und manuell bedient wird. Befehlswerte zum Steuern des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung 20, des Drehantriebsmittels 40, des Abstandantriebsmittels 50 und des Bildaufnahmemittels 30 werden in das Eingabemittel 62 eingegeben. Die festgesetzten und durch das Eingabemittel 62 eingegebenen Befehlswerte werden über einen Bus zur CPU 66 geschickt.
Die CPU 66 gibt Befehle zu dem Beleuchtungssteuerungsteil 71, dem Motorkontrollteil 72, dem Fokuskontrollteil 73 und dem Kamerakontrollteil 74 auf der Basis der von dem Eingabemittel gesendeten Befehlswerte und steuert den Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 20, des Drehantriebsmittels 40, des Abstandantriebsmittels 50 und des Bildaufnahmemittels 30. Die CPU 66 erkennt weiter den Fokusabstand des Bildaufnahmemittels 30 in Bezug zu dem Werkstück W durch Lesen von Programmen (z.B. eines Kontrastwertberechnungsprogramms, eines Fokuspositionsberechnungsprogramms usw.), die im Speicher 63 gespeichert sind, und durch Ausführen dieser Programme.
Das Bildverarbeitungsteil 64 führt Schärfeerkennung usw. durch das Verarbeiten der durch das Bildaufnahmemittel 30 aufgenommenen Bilddaten durch und berechnet die Form, Größe, Farbe usw. des Werkstücks W durch arithmetische Verarbeitung.
Die CRT 65 zeigt ein durch das Bildverarbeitungsteil 64 berechnetes Bildvermessungsergebnis an.
Das Bildvermessungsverfahren in der Bildvermessungseinrichtung 1 wird nachfolgend auf der Basis der 3 bis 9 erklärt. 3 und 4 sind ein Flußdiagramm, das das Bildvermessungsverfahren in der Bildvermessungsein richtung 1 zeigt, und ein Flußdiagramm, das einen Bildeingabeprozeß in der Fokuserkennung zeigt.
In 3 wird zuerst ein Befehlswert von dem Eingabemittel 62 (ST1) eingegeben. Wie diesen Befehlswert gibt es Befehlswerte zum Steuern des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung 20, des Drehantriebsmittels 40, des Abstandantriebsmittels 50 und des Bildaufnahmemittels 30, Befehlswerte zum Festlegen eines Ausführungsbereichs der Bildvermessung und eines Fokuserkennungsbereichs usw.
Wenn der Befehlswert eingegeben ist, gibt die CPU 66 Befehle an das Beleuchtungskontrollteil 71, das Motorkontrollteil 72, das Fokuskontrollteil 73 und an das Kamerakontrollteil 74 und initialisiert die Beleuchtungseinrichtung 20, das Drehantriebsmittel 40, das Abstandantriebsmittel 50 und das Bildaufnahmemittel 30 (ST2).
Als nächstes gibt die CPU 66 Befehle an das Beleuchtungskontrollteil 71, das Motorkontrollteil 72, das Fokuskontrollteil 73 und das Kamerakontrollteil 74 und erhält die Bildinformation P1 (7A) durch Steuern des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung 20, des Drehantriebsmittels 40, des Abstandantriebsmittels 50 und des Bildaufnahmemittels 30 (ST3).
In dem Bildeingabeprozeß ST3 wird die durch Mehrfachaufnahme aufgenommene Bildinformation P1 durch Betätigen der Beleuchtungseinrichtung 20, des Drehantriebsmittels 40, des Abstandantriebsmittels 50 und des Bild aufnahmemittels 30 in Verbindung miteinander, wie in 4 gezeigt, erhalten.
In einem Prozeß ST31 ist der Gitterfilter 26 nämlich durch das Antreiben des Antriebsmotors 41 des Drehantriebsmittels 40 gedreht und der Gehäusekörper 11 und das Bildaufnahmemittel 30 beginnen sich in die Richtung auseinander vom Werkstück W (oder Richtung Annäherung des Werkstücks W) durch Betätigung des Antriebsteils 52 des Abstandantriebsmittels 50 zu bewegen. Anschließend wird die Belichtung der CCD-Kamera des Bildaufnahmemittels 30 gestartet (ST32).
Die Xenon-Blitzlampe 21 der Beleuchtungseinrichtung 20 blitzt dann und beleuchtet zu jedem vorbestimmten Drehwinkel entsprechend dem Drehwinkel des Gitterfilters 26 (ST33). Diese Blitzbeleuchtung der Xenon-Blitzlampe 21 wird für die Anzahl von Malen (die Anzahl von mehrfachen Belichtungen) entsprechend dem Befehlswert wiederholt (ST34). Danach ist die Belichtung der CCD-Kamera 34 beendet (ST35). Weiter wird die Betätigung des Antriebsmotors 41 des Drehantriebsmittels 40 gestoppt und die Drehung des Gitterfilters 26 wird gestoppt. So wird die Betätigung des Antriebsteils 52 des Abstandantriebsmittels 50 gestoppt und die Bewegung des Gehäusekörpers 11 und des Bildaufnahmemittels 30 sind gestoppt (ST36).
Die in den obigen Prozessen ST31 bis ST36 erhaltene Bildinformation wird auf der Basis der 5 bis 7 erklärt. 5 und 6 sind Ansichten, die typisch den Gitterfilter 26 in der Fokuserkennung und das Werk stück W des darauf projizierten Gittermusters 26B zeigen. 7A und 7B sind Ansichten, die typisch die durch die Mehrfachbelichtung erhaltene Bildinformation P1 in der Fokuserkennung und die Bildinformation P2 des Fokuserkennungsbereiches zeigen.
Wie in den 5 und 6 gezeigt, wird das Beleuchtungslicht der Xenon-Blitzlampe 21, das den Schlitz 26A des Gitterfilters 26 durchquert, auf das Werkstück W als das Gittermuster 26B entsprechend dem Drehwinkel des Gitterfilters 26 projiziert. In den 6A bis 6D ist das Gittermuster 26B, das als ein vorbestimmter Drehwinkel alle 30° projiziert wird, gezeigt. Da die Bilder des Werkstücks W und dieser daran projizierten Gittermuster 26B durch die mehrfache Belichtung aufgenommen werden, überlagern sich die Gittermuster 26B von vielen Winkeln und werden innerhalb einer Bildinformation P1, wie in 7A gezeigt, aufgenommen. 7B zeigt vergrößert die Bildinformation P2 eines Bereiches zur Ausführung einer Fokuserkennung innerhalb der erhaltenen Bildinformation P1.
Der vorbestimmte Drehwinkel zum Projizieren des Gittermusters 26B kann durch den Befehlswert, der vom Eingabemittel 62 eingegeben wurde, festgelegt werden. Beispielsweise kann der vorbestimmte Drehwinkel auf 10°, erhalten durch Teilen des Winkels von 0° bis 90° in neun winklige Teile, eingestellt werden. Wenn der vorbestimmte Winkel auf 10° eingestellt ist, werden die Gittermuster 26B in zehn Kombinationen von 0° bis 90° auf das Werkstück W projiziert und die durch die mehr fache Belichtung möglich gemachte Bildinformation P1 wird erhalten.
Weiter kann die Betriebsgeschwindigkeit des Abstandantriebsmittels 50 durch den Befehlswert, der von dem Eingabemittel 62 eingegeben wurde, eingestellt werden. Beispielsweise kann die Betriebsgeschwindigkeit so eingestellt werden, daß die Bewegung alle 0,5 mm jedes Mal, wenn der Gitterfilter um 10° gedreht wird, durchgeführt wird.
Als nächstes wird nach 3 ein Kontrastwert zu jedem vorbestimmten Drehwinkel des Gitterfilters 26 entsprechend der Bildinformation P2 des Bereiches zum Durchführen der Fokuserkennung innerhalb der Bildinformation P1 berechnet, der in dem Eingabeprozeß ST3 erhalten wurde (ST4). Dieser Kontrastwertberechnungsprozeß ST4 hat einen Frequenzkonvertierungsprozeß ST41, einen Produktbilderzeugungsprozeß ST42 und einen leistungsintegrierenden Prozeß ST43. Die Frequenzbereichsinformation F1, bereitgestellt durch Konvertieren der Bildinformation P2 in einen Frequenzbereich, und ein Produktbild F2, erzeugt durch Überlagern eines Frequenzfilters mit der Frequenzbereichsinformation F1, werden, wie typisch in den 8A und 8B gezeigt, in dem Frequenzkonvertierungsprozeß ST41 und in dem Produktbilderzeugungsprozeß ST42 erhalten.
In dem Frequenzkonvertierungsprozeß wird nämlich die Helligkeitsstufe eines Pixels, der die Bildinformation P2 bildet, durch die zweidimensionale Fourier-Transformation in einen Frequenzbereich konvertiert, so daß die Frequenzbereichsinformation F1 berechnet wird. In dem Produktbilderzeugungsprozeß ST42 wird weiter der Frequenzfilter, der sich auf das Gittermuster 26B jedes vorbestimmten Drehwinkels bezieht, mit der Frequenzbereichsinformation F1 überlappt (mit ihr multipliziert), so daß das Produktbild F2 jedes vorbestimmten Drehwinkels erzeugt wird. Hier ist der Frequenzfilter, der sich auf das Gittermuster 26B bezieht, ein Filter, in dem das Gittermuster 26B, das zuvor in einem noch nicht plazierten Zustand des Werkstücks W zu jedem vorher bestimmten Drehwinkel des Gitterfilters 26 projiziert wurde, aufgenommen wurde und diese aufgenommenen Daten in eine Frequenz konvertiert wurden. Solch ein Frequenzfilter ist entsprechend dem Gittermuster 26B zu jedem vorher bestimmten Drehwinkel vorher vorbereitet und in dem Speicher 63 gespeichert.
Der Frequenzfilter ist nicht begrenzt auf den Filter, der auf dem aktuell aufgenommenen Gittermuster 26B basiert, sondern könnte ebenso ein Filter sein, der durch die Frequenzkonvertierung von der Bildinformation des Gitterfilters, der durch eine Computersimulation usw. gemacht wurde, erhalten wird.
In dem leistungsintegrierenden Prozeß ST43 wird entsprechend zu jedem Produktbild F2 zu jedem vorbestimmten Drehwinkel Leistung zu jedem Pixel, der das Produktbild bildet, integriert, und der Kontrastwert des Produktbildes F2 berechnet. Da nämlich das Produktbild F2 zu jedem vorbestimmten Drehwinkel durch Multiplizieren der Frequenzbereichsinformation F1 und des Frequenzfilters zu jedem vorbestimmten Drehwinkel erzeugt wird, ist der Kontrast des aufgenommenen Gittermusters 26B für jedes Produktbild F2 verschieden. So wie der Kontrast angestiegen ist (fokussiert), ist die integrierte Leistung Wi (Kontrastwert des Produktwertes F2) angestiegen.
Jede Bearbeitung in dem obigen Kontrastwertberechnungsprozeß ST4 wird durch eine Berechnung der CPU 66 auf der Basis der durch das Bildaufnahmemittel 30 erhaltenen Bildinformation P1, P2 und des vom Speicher 63 gelesenen Kontrastwertberechnungsprogramms durchgeführt.
Als nächstes liest die CPU 66 in einem Fokuspositionsberechnungsprozeß ST5 das Fokuspositionsberechnungsprogramm aus dem Speicher 63 und berechnet die Fokusposition auf der Basis des Kontrastwertes des Produktbildes F2 zu jedem vorbestimmten Drehwinkel. Da nämlich das Drehantriebsmittel 40 und das Abstandantriebsmittel 50 in Verbindung miteinander durch Befehle der CPU 66 durch das Motorkontrollteil 72 und das Fokuskontrollteil 73 betätigt werden, sind der Drehwinkel des Gitterwinkels 26 und die Zwischenraumentfernung (Fokusentfernung Z) zwischen dem Bildaufnahmemittel 30 und dem Werkstück W relativ zueinander eindeutig festgelegt. Daher wird der Drehwinkel des Gitterfilters 26 durch die Fokusentfernung Z ersetzt und diese Fokusentfernung Z und die Leistung Wi (Kontrastwert) des Produktbildes F2 sind vorgesehen, wie in dem Graph der 9 durch eine Kurve gezeigt. In dem Graph der 9 zeigt die Abszissenachse die Fokusentfernung Z und die Ordinatenachse zeigt die Leistung Wi (Kontrastwert). Die Leistung Wi jedes Produktbildes F2 ist auf gezeichnet und diese aufgezeichneten Punkte sind miteinander durch eine Regressionskurve verbunden. Diese Kurve ist in einer Gestalt mit einem Spitzenwert gebildet und die Fokusentfernung Z, die diesem Spitzenwert entspricht, wird eine Fokusentfernung Zf, die die Fokusposition darstellt.
Solch eine Fokusentfernung Zf, die die Fokusentfernung darstellt, ist durch die folgende Formel aus der Leistung Wi jedes Produktbildes F2 und der Fokusentfernung Zi berechnet.
Wie oben erwähnt, ist die Fokusentfernung Zf, die die Fokusposition darstellt, durch Multiplizieren der Fokusentfernung Zi jedes Produktbildes F2 mit der Leistung Wi jedes Produktbildes F2 und durch Bilden eines gewichteten Durchschnitts der multiplizierten Werte berechnet. Daher kann die Fokusentfernung Zf genau berechnet sein, auch wenn die Fokusentfernung Zf und eine der Fokusentfernungen Zi jedes Produktbildes F2 nicht miteinander übereinstimmen.
Das Fokuserkennungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist durch die obigen Prozesse ST3 bis ST5 gebildet.
Wenn in dem Fokuspositionsberechnungsprozeß ST5 in der Leistung Wi jedes Produktbildes F2 kein Spitzenwert erscheint, beispielsweise wenn es keine Fokusposition in dem Bereich der aufgenommenen Fokusentfernung Z gibt, wird der Kontrollbereich des Abstandantriebsmittels 50 initialisiert und verändert und die jeweiligen Prozesse ST2 bis ST5 können ebenso wieder ausgeführt werden.
Als nächstes betätigt die CPU 66 das Abstandantriebsmittel 50 und paßt die Fokusposition durch Geben von Befehlen an das Fokuskontrollteil 73 entsprechend der berechneten Fokusposition (Fokusentfernung Zf) an (ST6). Die CPU 66 steuert auch die Betätigung des Bildaufnahmemittels 30 und nimmt ein Bild für eine Vermessung durch Geben von Befehlen zu dem Kamerakontrollteil 74 auf (ST7).
Die aufgenommenen Bilddaten werden dann in das Bildverarbeitungsteil 64 eingegeben und der Bildverarbeitungsprozeß wird dann durch das Bildverarbeitungsteil 64 durchgeführt (ST8). Das Bildvermessungsergebnis wird in der CRT 65 dargestellt und die Bildvermessung ist beendet.
Die Bildinformation P1, die in dem Bildeingabeprozeß ST3 erhalten wurde, ist nicht auf eine Information begrenzt, sondern die vorliegende Erfindung kann auch ebenso konstruiert sein, daß zwei oder mehr Mehrfach-Bildinformationen P1 erhalten werden können. Wenn die Mehrfach-Bildinformation P1 aufgenommen wird, werden die Betriebsgeschwindigkeiten des Drehantriebsmittels 40 und des Abstandantriebsmittels 50 konstant eingestellt und die Bewegungsentfernung des Bildaufnahmemittels 30 wird lang eingestellt und der Bereich der Fokusentfernung Z kann ebenso erweitert werden. Falls die Bewegungsentfernung des Bildaufnahmemittels 30 konstant ist, kann das Teilungsintervall der Fokusentfernung Z in der Bildinformation P1 ebenso reduziert werden, indem die Betriebsgeschwindigkeit des Abstandantriebsmittels 50 auf langsam eingestellt wird, oder die Betriebsgeschwindigkeit des Drehantriebsmittels 40 erhöht und das Blitzintervall der Beleuchtungseinrichtung 20 verkürzt wird. In diesem Fall, falls sich der Gitterfilter 26 alle 180° (ein Zyklus) dreht, während eine Bildinformation P1 aufgenommen wird, überlappen sich keine Winkel des Gittermusters 26B miteinander, die innerhalb einer Bildinformation enthalten sind, und die Fokuserkennung kann zuverlässig entsprechend dem Fokuserkennungsbereich entsprechend der Anzahl von Bildinformationen durchgeführt werden.
Die Mehrfach-Bildinformation P1 kann kontinuierlich innerhalb eines Bildeingabeprozesses ST3 aufgenommen werden. In dem Kontrastwertberechnungsprozeß ST4 und dem Fokuspositionsberechnungsprozeß ST5 ist es ausreichend, die mathematische Verarbeitung entsprechend jeder der Mehrfach-Bildinformationen P1 durchzuführen. Somit kann die fokuserkennbare Distanz ausgeweitet werden und der Anpassungsbereich kann vergrößert werden. Andererseits kann die Genauigkeit der Fokuserkennung durch feinere Einteilung der Fokusentfernung Z verbessert werden.
Entsprechend der obigen Ausführungsformen erhält man folgende Effekte:

(1) Da die durch das Bildaufnahmemittel 30 aufgenommene Bildinformation P1 durch das mehrfache Belichten aufgenommen wird, ist die Information, die in vielen Positionen aufgenommen wird, in der Bildinformation P1 entsprechend der Zwischenraumentfernung (Fokusentfernung Z) zwischen dem Werkstück W und dem durch das Abstandantriebsmittel 50 gesteuerten Bildaufnahmemittel 30 enthalten. Entsprechend ist es nicht notwendig, viele Bilder in vielen Abstandspositionen aufzunehmen, so daß die Zeit zum Aufnehmen der Bildinformation P1 verkürzt werden kann. Da es weiter nicht notwendig ist, die vielen Bilder zu verarbeiten, kann die Zeit, die die Bildverarbeitung dauert, ebenso verkürzt werden, so daß die Fokuserkennung bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
(2) Da das Abstandantriebsmittel 50 und das Drehantriebsmittel 40 in Verbindung miteinander betätigt werden, verändert sich der in der aufgenommenen Bildinformation P1 enthaltene Kontrast des Gittermusters 26B entsprechend der Fokusentfernung Z und der Kontrast des Gittermusters 26B, der in der Position nahe der Fokusentfernung Zf der Fokusposition aufgenommen wird, ist erhöht. Somit kann die Fokusposition mit hoher Genauigkeit durch Berechnen der Drehwinkelposition mit dem hohen Kontrast von einer Bildinformation P1, in welcher das Gittermuster 26B von vielen Drehwinkelpositionen durch das mehrfache Belichten aufgenommen wurde, erkannt werden.
(3) Die Erkennungsgenauigkeit der Fokusposition, die entsprechend dem Drehwinkel benötigt wird, kann verbessert werden, da der Gitterwinkel des in das Bild projizierten, durch Anwendung der mehrfachen Belichtung aufgenommenen Gittermusters 26B einfach fein eingestellt werden kann, d.h. der vorbestimmte Drehwinkel kann einfach durch Steuern der Betätigung des Drehantriebsmittels 40 reduziert werden.
(4) Bevor das Bild für die Vermessung aufgenommen wird, wird die Bildinformation P1 für die Fokuserkennung durch das Bildaufnahmemittel 30 zum Aufnehmen des Bildes des Werkstücks W in der Bildvermessung erhalten. Die Fokusposition kann auf der Basis von dieser Bildinformation P1 berechnet werden. Dementsprechend ist es nicht notwendig, einen Zeilensensor, eine Kontrastberechnungsschaltung usw. wie in der konventionellen Bildvermessungseinrichtung anzuordnen, so daß die Einrichtung zu einer einfachen Struktur festgesetzt und kompakt gemacht werden kann.
(5) Die Bearbeitung zum Berechnen des Kontrastwertes zu jedem vorbestimmten Drehwinkel kann bei hoher Geschwindigkeit durch Konvertieren der in dem Bildeingabeprozeß ST3 erhaltenen Bildinformation P1 in die Frequenzbereichsinformation F1 durch den Frequenzkonvertierungsprozeß ST41 durchgeführt werden. Weiter kann die Bearbeitung in dem Frequenzkonvertierungsprozeß ST41 bei hoher Geschwindigkeit durch die Wahl der zweidimensionalen Fourier-Transformation (zweidimensionale FFT) als eine Technik zum Berechnen der Frequenzinformation F1 durchgeführt werden.
(6) Falls nur die Bildinformation P2 eines Bereiches zum Durchführen der Fokuserkennung in einen Frequenzbereich, wie die in die Frequenzbereichsinformation konvertierte Bildinformation P1, konvertiert wird, kann ein beliebiger zu fokussierender Bereich innerhalb des gesamten bildaufgenommenen Bereichs unter Verwendung des Bildaufnahmemittels 30 ausgewählt werden. Dementsprechend kann die Genauigkeit der Fokuserkennung verbessert werden, auch wenn es Unregelmäßigkeiten in der Oberflächenform des Werkstücks W gibt.
(7) Da es weiterhin ausreicht, den Frequenzkonvertierungsprozeß ST41, den Produktbilderzeugungsprozeß ST42, den leistungsintegrierenden Prozeß ST43 und den Fokuspositionsberechnungsprozeß ST5 nur entsprechend dem beliebigen zu fokussierenden Bereich durchzuführen, kann die Informationsmenge bezüglich dieser Prozesse reduziert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden.
(8) Weiterhin kann die Bildinformation P1 effizient durch Steuern der Bildaufnahmeoperation des Bildaufnahmemittels 30 in Verbindung mit der Beleuchtungseinrichtung 20, dem Abstandantriebsmittel 50 und dem Drehantriebsmittel 40 erhalten werden. Weiterhin werden die entsprechenden Einrichtungen und Mittel zuverlässig in Verbindung miteinander durch Steuern der Betätigungen der Beleuchtungseinrichtung 20, des Abstandantriebsmittels 50, des Drehantriebsmittels 40 und des Bildaufnahmemittels 30 durch den Computer 61 betätigt, so daß die Ge nauigkeit der Fokuserkennung sichergestellt werden kann.
(9) Das Gittermuster 26B zu jedem vorbestimmten Winkel innerhalb der Bildinformation P1, das durch das mehrfache Aufnehmen erhalten wird, kann deutlich ohne irgendeine Bewegung durch Beleuchten der Beleuchtungseinrichtung 20 in einer Blitzform aufgenommen werden in dem Zeitintervall, das dem Drehwinkel des Gitterwinkels 26 entspricht.
(10) Da die Rechenoperation zum Berechnen der Fokusposition durch den Computer 61 durchgeführt wird, kann die Fokusposition augenblicklich aus der erhaltenen Bildinformation P1 berechnet werden, so daß die Arbeitseffizienz bezüglich der Fokuserkennung verbessert werden kann. In diesem Fall können die notwendigen Bearbeitungen weiter effizient durch Speichern eines Kontrastwertberechnungsverfahrens, eines Fokuspositionsberechnungsverfahrens, eines im voraus berechneten Frequenzfilters des Gittermusters 26B, eines das Produktbild F2 erzeugenden Verfahrens usw. als Programme oder Daten im Speicher 63 des Computers 61 und durch Lesen und Ausführen der Programme usw. durch die CPU 66 durchgeführt werden.
(11) Falls zwei oder mehr Mehrfach-Bildinformationen P1, die in vielen Positionen durch das mehrfache Belichten aufgenommen werden, erhalten werden, wird die fokuserkennbare Entfernung ausgeweitet und der Anpassungsbereich kann vergrößert werden. Andererseits kann die Genauigkeit der Fokuserkennung durch feines Einteilen der Fokusdistanz Z verbessert werden.

(Zweite Ausführungsform)
Die 10A und 10B sind Ansichten, die den schematischen Aufbau von Einrichtungshauptkörperteilen 10A, 10B in einer Bildvermessungseinrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform zeigen. Die Bildvermessungseinrichtung der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der obigen ersten Ausführungsform dahingehend, daß ein Bildaufnahmemittel 80 für die Fokuserkennung getrennt von der CCD-Kamera 34 für die Bildvermessung angeordnet ist. Die anderen Konstruktionen (die Beleuchtungseinrichtung 20 und das Einrichtungskontrollteil 60) sind ungefähr ähnlich zu denen in der ersten Ausführungsform.
In 10A ist das Bildaufnahmemittel 80 durch das Anordnen eines Halbspiegels 81, der zwischen einem Halbspiegel 25 und einer Sammellinse 31 auf der optischen Achse A angeordnet ist, einer Fourier-Transformationslinse 82, die auf der optischen Achse des vom Halbspiegel 81 reflektierten Lichts angeordnet ist, und einer CCD-Kamera 84 mit einem ladungsgekoppelten Speicher 83 zum Empfangen des durch die Fourier-Transformationslinse 82 durchgelassenen Lichts aufgebaut. Ein Teil des von einem Werkstück W reflektierten Lichts wird durch die Seiten der Sammellinsen 31, 32 und der CCD-Kamera 34 durch den Halbspiegel 81 durchgelassen und ein Teil des verbleibenden Teils des reflektierten Lichts wird auf die Seiten der Fourier-Transformationslinse 82 und der CCD-Kamera 84 reflektiert.
In 10B ist das Bildaufnahmemittel 80 durch das Anordnen des Halbspiegels 81, der anstelle des Reflektionsspiegels 24 der ersten Ausführungsform angeordnet ist, der Fourier-Transformationslinse 82, die auf der optischen Achse des vom Halbspiegel 81 durchgelassenen Lichts angeordnet ist, und der CCD-Kamera 84 mit dem ladungsgekoppelten Speicher 83 zum Empfangen des durch die Fourier-Transformationslinse 82 durchgelassenen Lichts aufgebaut. Der Halbspiegel 81 reflektiert nämlich Beleuchtungslicht von der Beleuchtungseinrichtung 20 zu dem Halbspiegel 25 und das reflektierte Licht von dem Werkstück W, das auf dem Halbspiegel 25 reflektiert, wird durch die Seiten der Fourier-Transformationslinse 82 und der CCD-Kamera 84 durchgelassen.
In jeder der 10A und 10B fällt Licht (das reale Bild des Werkstücks W) von dem Halbspiegel 81 auf die Fourier-Transformationslinse 82 und wird als fourier-transformiertes Licht (Fourier-Transformationsbild) ausgesendet. Dieses fourier-transformierte Licht wird durch den ladungsgekoppelten Speicher 83 der CCD-Kamera 84 als das Fourier-Transformationsbild empfangen und aufgenommen. Das von der CCD-Kamera aufgenommene Fourier-Transformationsbild wird zu einem Computer durch ein nicht dargestelltes Kabel und einen Bilddigitalisierer als Fourier-Transformationsbildinformation (Daten) ausgegeben. Die Belichtung der CCD-Kamera 84 wird über ein externes Triggersignal (Impuls), das von dem Befehle vom Computer empfangenden Bilddigitalisierer übertragen wird, gesteuert.
Das Bildvermessungsverfahren in der Bildvermessungseinrichtung dieser Ausführungsform ist, wie oben erwähnt, annähernd ähnlich zu dem Fall der auf der Basis der Flußdiagramme der 3 und 4 erklärten ersten Ausführungsform. Das Bildvermessungsverfahren dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, daß der Frequenzkonvertierungsprozeß ST41, der in dem Kontrastwertberechnungsprozeß ST4 innerhalb der 3 enthalten ist, weggelassen wird. Da in dieser Ausführungsform nämlich das durch die Fourier-Transformationslinse passierende Licht ein frequenzkonvertiertes Licht (Fourier-Transformationsbild) wird, kann der Frequenzkonvertierungsprozeß ST41 der ersten Ausführungsform weggelassen werden.
In dieser Ausführungsform bedeutet die CCD-Kamera, die in dem Bildeingabeprozeß ST3 gesteuert wird, die CCD-Kamera 84, die in dem Bildaufnahmemittel 80 angeordnet ist.
Weiter ist es in dieser Ausführungsform zum Durchführen der Frequenzkonvertierung durch Nutzen der Fourier-Transformationslinse 82 nicht notwendig, die lichtausstrahlende Quelle (Xenon-Blitzlampe 21) in dem Bildeingabeprozeß ST3 aufblitzen (ST33) zu lassen. Daher kann eine Halogenlampe, die nicht aufblitzt, ebenso als lichtausstrahlende Quelle benutzt werden.
Entsprechend dieser oben erwähnten Ausführungsform werden die folgenden Effekte zusätzlich zu den Effekten, die annähernd ähnlich zu denen der obigen (1) bis (3) und (8) bis (11) sind, erhalten.

(12) Da das reflektierte Licht des Werkstücks W durch die Wahl der Fourier-Transformationslinse 82, durch welche es hindurchgeführt wird, wie ein Bild von der CCD-Kamera 89 als Fourier-Transformationsbildinformation aufgenommen wird, ist es nicht notwendig, eine Frequenzkonvertierungsberechnung mittels einer dieser gewidmeten Rechenschaltung, eines Computers usw. durchzuführen. Dementsprechend wird die Zeit, die die Berechnung dauert, verkürzt, und die Fokuserkennung kann bei höherer Geschwindigkeit durchgeführt werden.

Das Fokuserkennungsverfahren, der Fokuserkennungsmechanismus und die Bildvermessungseinrichtung mit dem Fokuserkennungsmechanismus in der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt, sondern können verschieden innerhalb des nicht von den wesentlichen Bestandteilen der vorliegenden Erfindung abweichenden Bereichs modifiziert werden.
Zum Beispiel ist die Bildvermessungseinrichtung 1 der obigen Ausführungsformen durch Anordnen des Einrichtungshauptkörperteils 10 und des Einrichtungskontrollteils 60 als jeweils getrennt angeordnete Körper konstruiert. Die Bildvermessungseinrichtung 1 ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt, sondern das Einrichtungshauptkörperteil und das Einrichtungskon trollteil können ebenso integriert konstruiert sein. Weiter sind in dem Einrichtungshauptkörperteil 10 die Beleuchtungseinrichtung 20, das Bildaufnahmemittel 30, das Drehantriebsmittel 40 und das Abstandantriebsmittel 50 integriert angeordnet, sie können aber auch als getrennte Körper angeordnet werden, so daß die Beleuchtungseinrichtung und das Drehantriebsmittel zu einem integrierten Körper und das Bildaufnahmemittel und das Abstandantriebsmittel zu einem integrierten Körper festgesetzt sind.
Weiter besteht in den obigen Ausführungsformen das Einrichtungskontrollteil 60 aus dem Computer 61 mit dem Speicher 63, dem Bildverarbeitungsteil 64, der CPU 66 usw. Das Einrichtungskontrollteil 60 ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt, sondern das Speichermittel, das Rechenmittel usw. können jeweils durch individuelle Einrichtungen konstruiert sein. Weiter sind das Einrichtungskontrollteil 60 und das Einrichtungshauptkörperteil 10 nicht auf die durch das Kabel 2 verbundene Struktur begrenzt, sondern können ebenso konstruiert sein, daß ein Kontrollsignal, Bilddaten usw. durch ein kabelloses Kommunikationsmittel übertragen und empfangen werden.
In den obigen Ausführungsformen ist die Beleuchtungseinrichtung 20 weiter als eine Beleuchtungseinrichtung für die Fokuserkennung genutzt. Die Beleuchtungseinrichtung 20 ist jedoch nicht auf eine Beleuchtungseinrichtung für die Fokuserkennung beschränkt, sondern kann ebenso als eine Beleuchtungseinrichtung für Epiillumination gebraucht werden, falls der Gitterfilter angeordnet ist, um entsprechend der Vorwärtsposition der lichtausstrahlenden Quelle bewegt zu werden. Weiter wird als lichtausstrahlende Quelle der Beleuchtungseinrichtung 20 die Xenon-Blitzlampe 21 verwendet. Die lichtausstrahlende Quelle ist jedoch nicht auf die Xenon-Blitzlampe 21 beschränkt, sondern eine lichtausstrahlende Diode könnte ebenso verwendet werden. Die lichtausstrahlende Quelle der Beleuchtungseinrichtung 20 ist so konstruiert, um blitzend zu sein. Die lichtausstrahlende Quelle der Beleuchtungseinrichtung 20 ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt, sondern kann ebenso wie folgt konstruiert sein. Eine Verschlußeinrichtung ist nämlich zwischen der lichtausstrahlenden Quelle und dem Werkstück angeordnet oder zwischen dem Werkstück und dem Bildaufnahmemittel angeordnet. Das Beleuchtungslicht von der Beleuchtungseinrichtung wird intermittierend durch Öffnen und Schließen der Verschlußeinrichtung unterbrochen und das Gittermuster des Gitterfilters wird zu jedem vorbestimmten Drehwinkel aufgenommen. Entsprechen einer solchen Konstruktion kann eine nicht blitzende Halogenlampe als die lichtausstrahlende Quelle zusätzlich zu der Xenon-Blitzlampe und der lichtausstrahlenden Diode gebraucht werden.
Wie oben erklärt, kann der Effekt, die Fokuserkennung bei hoher Geschwindigkeit und mit hoher Genauigkeit durchführen zu können, entsprechend des Fokuserkennungsverfahrens, des Fokuserkennungsmechanismus und der Bildvermessungseinrichtung mit diesem Fokuserkennungsmechanismus in der vorliegenden Erfindung erhalten werden.

Claims

Fokuserkennungsmethode einer Bildvermessungseinrichtung mit einem Bildaufnahmemittel (34), welches auf einer optischen Achse, die ein vermessenes Objekt schneidet, angeordnet ist und das Bild von dem vermessenen Objekt aufnimmt, und dieses vermessene Objekt aus dem aufgenommenen Bild vermißt; wobei diese Bildvermessungseinrichtung aufweist eine Beleuchtungseinrichtung (13) mit einer lichtausstrahlenden Quelle (15) zum Aussenden von Beleuchtungslicht zu dem vermessenen Objekt; ein Gitterfilter (26), der zwischen dieser lichtausstrahlenden Quelle und diesem vermessenen Objekt angeordnet ist und ein Gittermuster durch Unterbrechen des Beleuchtungslichts von der lichtausstrahlenden Quelle auf das vermessene Objekt projiziert; ein Drehantriebsmittel (40) zum Drehen und Betreiben dieses Gitterfilters und zum Verändern des Gitterwinkels des auf dieses vermessene Objekt projizierten Gittermusters; und ein Abstandsantriebsmittel (50) zum Betreiben von mindestens einem dieser Bildaufnahmemittel und diesem vermessenen Objekt, und zum Anpassen einer gegenseitigen Zwischenraumentfernung entlang dieser optischen Achse; und die Fokuserkennungsmethode aufweist: einen Bildeingabeprozeß, in welchem das Abstandsantriebsmittel (50) und das Drehantriebsmittel (40) in Verbindung miteinander betätigt werden, und das Gittermuster von diesem Gitterfilter (26) zu jedem vorbestimmten Drehwinkel auf das vermessene Objekt projiziert wird, und das Bild dieses vermessenen Objekts bei jeder vorbestimmten Zwischenraumentfernung entsprechend dem vorbestimmten Drehwinkel durch dieses Bildaufnahmemittel durch Mittel (34) für mehrfaches Belichten aufgenommen wird, so daß eine Bildinformation erhalten wird; einen Kontrastwertberechnungsprozeß zum Berechnen eines Kontrastwertes zu jedem dieser vorbestimmten Drehwinkel auf der Basis einer Frequenzbereichsinformation, welche durch Konvertieren der erhaltenen Bildinformation in einen Frequenzbereich erhalten wird; und einen Fokuspositionsberechnungsprozeß zum Berechnen einer Fokusposition aus der Zwischenraumentfernung zwischen dem Bildaufnahmemittel und dem vermessenen Objekt entsprechend dem Drehwinkel zum Maximieren des Kontrastwertes.
Fokuserkennungsmethode der Bildvermessungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kontrastwertberechnungsprozeß aufweist: einen Frequenzkonvertierungsprozeß zum Berechnen der Frequenzbereichsinformation durch Konvertieren der in dem Bildeingabeprozeß erhaltenen Bildinformation in den Frequenzbereich; einen Produktbilderzeugungsprozeß zum Erzeugen eines Produktbildes bei jedem vorbestimmten Drehwin kel durch Überlagern eines Frequenzfilters relativ zu dem Gittermuster bei jedem vorbestimmten Drehwinkel des Gitterfilters, der im voraus mit der konvertierten Frequenzbereichsinformation berechnet wird; und einen leistungsintegrierenden Prozeß zum Integrieren von Leistung in jedem das Produktbild bildenden Pixel bezüglich jedes generierten Produktbildes bei jedem vorbestimmten Drehwinkel.
Fokuserkennungsmethode der Bildvermessungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die in dem Frequenzkonvertierungsprozeß berechnete Frequenzbereichsinformation durch eine zweidimensionale Fourier-Transformation berechnet wird.
Fokuserkennungsmethode der Bildvermessungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die in dem Bildeingabeprozeß erhaltende Bildinformation zu einer Information festgesetzt wird.
Fokuserkennungsmethode der Bildvermessungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die in dem Bildeingabeprozeß erhaltene Bildinformation zu zwei oder mehr Informationen festgesetzt wird.
Fokuserkennungsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokuserkennungsmechanismus aufweist: Bildaufnahmemittel (34), welches auf einer optischen Achse, die ein vermessenes Objekt schneidet, angeordnet ist und das Bild von dem vermessenen Objekt aufnimmt; eine Beleuchtungseinrichtung (13) mit einer lichtausstrahlenden Quelle (15) zum Aussenden von Beleuchtungslicht zu dem vermessenen Objekt; ein Gitterfilter (26), der zwischen der Beleuchtungseinrichtung und dem vermessenen Objekt angeordnet ist und ein Gittermuster durch Unterbrechen des Beleuchtungslichts von der lichtausstrahlenden Quelle auf das vermessene Objekt projiziert; Drehantriebsmittel (40) zum Drehen und Betätigen des Gitterfilters und zum Verändern des Gitterwinkels des auf das vermessene Objekt projizierten Gittermusters; und Abstandsantriebsmittel (50) zum Betätigen von mindestens einem von dem Bildaufnahmemittel und dem vermessenen Objekt, und zum Anpassen einer gegenseitigen Zwischenraumentfernung entlang der optischen Achse; und Fokuspositionsberechnungsmittel (61) zum Ausführen einer Methode nach jedem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bildaufnahmeoperation des Bildaufnahmemittels in Verbindung mit der Beleuchtungseinrichtung, dem Abstandsantriebsmittel und dem Drehantriebsmittel gesteuert wird.
Fokuserkennungsmechanismus nach Anspruch 6, wobei das Fokuspositionsberechnungsmittel zum Berechnen der Frequenzbereichsinformation durch Konvertieren der erhaltenen Bildinformation in den Frequenzbereich angepaßt ist, und ein Produktbild zu jedem der vorbestimmten Drehwinkel durch Überlagern eines Frequenzfilters relativ zum Gittermuster zu jedem der vorbestimmten Drehwinkel, welche vorher mit diesen Frequenzbereichsinformationen berechnet wurden, des Gitterfilters erzeugt, und den Kontrastwert durch Leistungsintegration jedes das Produktbild bildenden Pixels bezüglich jedes Produktbildes berechnet.
Fokuserkennungsmechanismus nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die Beleuchtung von der Beleuchtungseinrichtung in einer Blitzform zu einem zu dem vorbestimmten Drehwinkel des Gitterfilters korrespondierneden Zeitintervall gesteuert wird.
Fokuserkennungsmechanismus nach einem der Ansprüche 6 bis 8, welcher darüber hinaus eine Fourier-Transformationslinse aufweist, die zwischen dem Bildaufnahmemittel und dem vermessenen Objekt angeordnet ist und reflektierendes Licht von dem Vermessenen Objekt in eine Frequenz konvertiert; wobei das Bild des vermessenen Objekts zu jeder vorstimmten Zwischenraumentfernung entsprechend dem vorbestimmten Drehwinkel durch das Bildaufnahmemittel durch die Fourier-Transformationslinse hindurch aufgenommen wird, und wobei der Kontrastwert zu jedem der vorbestimmten Drehwinkel auf der Basis der aufgenommenen Fourier-Transformations-Bildinformation berechnet wird.
Bildvermessungseinrichtung mit dem Fokuserkennungsmechanismus nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Fokuspositionsberechnungsmittel, welches den Fokuserkennungsmechanismus bildet, einen Computer mit Speichermittel und Berechnungsmittel aufweist.
Bildvermessungseinrichtung nach Anspruch 10, wobei der Betrieb der Beleuchtungseinrichtung, des Abstandsantriebsmittels und des Drehantriebsmittels, welche den Fokuserkennungsmechanismus bilden, durch den Computer gesteuert werden.