JP2013134255A - 高性能エッジフォーカスツール - Google Patents

Abstract

【課題】高性能エッジフォーカスツールを提供する。
【解決手段】マシンビジョン検査システムの光学系の焦点を傾斜面要素に隣接したエッジ近くに合わせるエッジフォーカスツールを操作する方法を提供する。本方法は、マシンビジョン検査システムの視野内のエッジを含む関心領域（ＲＯＩ）を定義する工程と、エッジを含むＺ範囲全体にわたってＲＯＩの画像スタックを取得する工程と、複数の点の最良焦点Ｚ高さ測定値の判断に基づきＲＯＩ内の複数の点のＺ高さを含むポイントクラウドを生成する工程と、傾斜面要素に近接し傾斜面要素の形状に対応する点を含む、ポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程と、ポイントクラウドの最も近いサブセットのＺ極値サブセットを定義する工程と、光学系の焦点をＺ極値サブセットに対応するＺ高さに合わせる工程とを含む。
【選択図】図２

Description

発明の分野
本発明は一般的にはマシンビジョン検査システム（machine vision inspection system）に関し、特にはマシンビジョン検査システムの焦点を傾斜面に隣接したエッジに合わせる方法に関する。

発明の背景
高精度マシンビジョン検査システム（又は、略して「ビジョンシステム」）は、検査対象の正確な寸法測定値を得るとともに様々な他の対象物の特徴を検査するために利用することができる。このようなシステムは、コンピュータと、カメラ及び光学系と、ワークピース検査を可能にする複数の方向に移動可能な精密ステージとを含んでもよい。汎用「オフライン」高精度ビジョンシステムと特徴付けられる１つの例示的な従来技術のシステムは、Mitutoyo America Corporation (MAC), Aurora, ILから入手可能なＰＣベースビジョンシステムとQVPAK（登録商標）ソフトウェアの市販QUICK VISION（登録商標）シリーズである。ビジョンシステムのQUICK VISION（登録商標）シリーズとQVPAK（登録商標）ソフトウェアの特徴と動作は、例えば、２００３年１月出版のQVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine User's Guideと１９９６年９月出版のQVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guideに通常概説される。このタイプのシステムは、顕微鏡タイプ光学系を使用して、様々な倍率で小さい又は比較的大きいかのいずれかのワークピースの検査画像を提供するようにステージを移動することができる。

QUICK VISION（商標）システムのような汎用高精度マシンビジョン検査システムはまた、自動ビデオ検査を提供するように通常はプログラム可能である。このようなシステムは通常、操作とプログラミングが「非熟練」オペレータにより実行できるようにＧＵＩ機能と所定の画像解析「ビデオツール」を含む。米国特許第６，５４２，１８０号は様々なビデオツールの使用を含む自動ビデオ検査を使用するビジョンシステムを教示する。

マシンビジョンシステムの焦点合わせを支援するオートフォーカス方法とオートフォーカスビデオツール（略してツール）を使用することが知られている。例えば、先に引用したQVPAK（登録商標）ソフトウェアはオートフォーカスビデオツールのような方法を含む。オートフォーカスについては、"Robust Autofocusing in Microscopy," by Jan-Mark Geusebroek and Arnold Smeulders in ISIS Technical Report Series, Vol. 17, November 2000、米国特許第５，７９０，７１０号、同一出願人による米国特許第７，０３０，３５１号、同一出願人による米国特許出願公開第２０１００１５８３４３号においても検討されている。オートフォーカスの１つの既知の方法では、カメラがＺ軸に沿った位置又は撮像高さの或る範囲全体を移動し、各位置で像を捕捉する（画像スタック（image stack）と呼ばれる）。各捕捉画像内の関心のある所望領域について、合焦尺度（例えばコントラスト尺度）が計算され、画像が捕捉された時のＺ軸に沿ったカメラの対応する位置に関連付けられる。画像の合焦尺度は実時間で決定されてもよく、次に画像は必要に応じシステムメモリから廃棄されてもよい。このデータに基づく焦点曲線、即ち、Ｚ高さの関数としてコントラスト尺度の値をプロットする曲線は、最良焦点高さ（簡単に、焦点高さと呼ぶ）においてピークを示す。データ点のＺ高さ間の間隔より良い分解能を有する焦点高さを推定するために、焦点曲線をこのデータにフィッティングさせてもよい。既知の様々な自動フォーカスツールにおいて使用されるこのタイプのオートフォーカス方法は傾斜面要素（beveled surface feature）に隣接した位置のエッジ上に焦点を合わせるためには好適ではない。というのは傾斜の異なる部分は画像スタック上の異なる画像においては焦点が合ったり合わなかったりするためである。この結果、焦点曲線は幅広いピーク又は不明瞭なピークを有し、このような状況下のオートフォーカス精度と再現性が問題となる。

ワークピース像のエッジ要素上に焦点を合わせるための様々な方法が知られている。例えば先に引用したQVPAK（登録商標）ソフトウェアは、ワークピースのエッジ要素を横切る方向の勾配を最大化する画像スタック内の焦点高さを捜すエッジフォーカスツール（edge focus tool）を含む。しかしながらこのエッジフォーカスツールは、傾斜面に隣接したエッジ要素上に確実に焦点を合わせるのには適さない。上記のように、傾斜の異なる部分は画像スタック上の異なる画像においては焦点が合ったり合わなかったりする。様々なワークピースの形状では、これは様々な像において勾配に予測できないほどの影響を及ぼす。さらに、ワークピースは傾斜面要素に隣接したエッジの向こう側に材料を含まない、すなわちエッジはワークピースの終端であり得る、あるいは当該側のワークピース表面は実用的な画像スタックの範囲から外れ、勾配がエッジフォーカスツールを失敗させる、予測不能の要素を有し得る。したがって、傾斜面要素の近くに位置したエッジ要素は既知のオートフォーカス実施態様では困難であるということが証明されており、したがって新しい手法が必要である。本明細書で使用されるように、用語「傾斜面要素」はマシンビジョン検査システムの撮像面に平行でない表面を指す。傾斜面はしばしば、マシンビジョン検査システムの焦点深度を越えて延伸することがある。傾斜面要素は、撮像面に対し傾斜された単純な平面形状、又はより複雑な曲線形状を有し得る。１つのタイプの傾斜面要素は通常、面取り部（chamfer）と呼ばれることがある。このような要素のエッジ近くのフォーカス操作は、上に概説したように、しばしば信頼性が低く、したがって失敗することがある。マシンビジョンシステムの画像面にほぼ平行な平坦面上のオートフォーカス操作は単一の明瞭な焦点ピークを与える傾向がある。しかしながら、表面が画像面に対し（例えば、ワークピースの面取りされたエッジに沿って）傾斜又は湾曲すると、信頼できるフォーカス操作には好適でない、低品質のブロードな焦点曲線が提供され得る。さらに、傾斜に隣接したエッジに沿って反射される照明効果により、このようなエッジ近くの従来のオートフォーカス測定値（例えば、コントラスト又は勾配測定値）は、予測できない振る舞いをすることがある。マシンビジョン検査システムの光学系を傾斜面に隣接したエッジに焦点合わせするための改良方法が望まれる。

発明の概要
本概要は、以下の詳細な記載においてさらに説明される概念のうちの選択されたものを単純化された形式で導入するために提供される。本概要は、請求主題の重要な特徴を特定することを目的としておらず、また、請求主題の範囲の判断おいて補助として使用されることも目的としていない。

マシンビジョン検査システムの光学系の焦点を傾斜面要素に隣接した位置のエッジ近くに合わせるようにマシンビジョン検査システムに含まれるエッジフォーカスツールを操作する方法が提供される。場合によっては、エッジは傾斜面要素のエッジ又は境界であってもよい。本方法は、マシンビジョン検査システムの視野内の傾斜面要素に隣接したエッジを含む関心領域（ROI: region of interest）を定義する工程と、エッジを含むＺ範囲全体にわたってＲＯＩの画像スタックを取得する工程と、複数の点の最良焦点Ｚ高さ測定値の判断に基づきＲＯＩ内の複数の点のＺ高さを含むポイントクラウド（点群：point cloud）を生成する工程と、傾斜面要素に近接し、かつ、傾斜面要素の形状に対応する点を含む、ポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程と、ポイントクラウドの近接サブセットのＺ極値サブセットを定義する工程と、光学系の焦点をＺ極値サブセットに対応するＺ高さに合わせる工程とを含む。

いくつかの実施形態では、ポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程は、ポイントクラウドから、傾斜面要素の形状に対応する表面形状モデルを推定する工程と、表面形状モデルから関係パラメータより大きく逸脱するポイントクラウドの点を排除する工程とを含む。いくつかの実施形態では、ポイントクラウドから表面形状モデルを推定する工程及びポイントクラウドの点を排除する工程は、ＲＡＮＳＡＣ及びＬＭＳ（最小２乗メディアン：least median of squares）アルゴリズムのうちの１つをポイントクラウドに適用する工程を含んでもよい。任意の他のロバストな異常値検出と排除アルゴリズムもポイントクラウドに適用されてもよいということを理解されたい。いくつかの実施形態では、エッジツールは、ユーザがエッジフォーカスツールの操作中にどのタイプの表面形状モデルをポイントクラウドから推定するかを選択してもよい形状選択ウィジェットを含むグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、表面形状モデルは面、円錐、円柱及び球のうちの１つを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ユーザは操作の学習モード中に表面形状モデルを選択する。

いくつかの実施形態では、ポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程は、傾斜面要素の形状に対応する表面フィッティングモデルをポイントクラウドにフィッティングする工程と、表面フィッティングモデルから極小面形状パラメータ（minimum surface shape parameter）より大きく逸脱するポイントクラウドの点を排除する工程とを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、マシンビジョン検査システムのユーザインターフェースにおいてエッジフォーカスツールのグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）を表示する工程と、エッジフォーカスツールの操作を開始するＲＯＩを選択するようにＧＵＩを操作する工程とを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、ＲＯＩはＺ範囲外にあるワークピースの一部を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、ポイントクラウドのＺ極値サブセットはポイントクラウドの最低Ｚ高さを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、光学系の焦点をＺ極値に対応するＺ高さに合わせる工程は、ワークピースが当該Ｚ高さになるようにマシンビジョン検査システムのステージを移動する工程を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、光学系の焦点をＺ極値サブセットに対応するＺ高さに合わせる工程は、光学系の焦点を、ポイントクラウドのＺ極値サブセットの中央値、平均値、及び最頻値のうちの１つであるＺ高さを有する点のＺ高さに合わせる工程を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、ポイントクラウドを生成する工程は、ＲＯＩ内のそれぞれがＲＯＩの画素のサブセットを含む複数のサブＲＯＩのオートフォーカス操作を行う工程を含んでもよい。

上述の態様と本発明の付随する利点の多くは、添付図面と併せると、以下の詳細説明を参照することによりさらに良く理解されるので、容易に理解される。

汎用高精度マシンビジョン検査システムの様々な典型的要素を示す図である。 図１と同様のマシンビジョン検査システムの制御システム部とビジョン構成要素部のブロック図であり、本発明による機能を含む。 エッジフォーカスツールに関連した関心領域指示子を含むマシンビジョン検査システムのユーザインターフェースにおける視野を示す。 ワークピースの傾斜エッジ要素の断面図を示す。 図４に示す傾斜エッジ要素の断面図の拡大図を示す。 マシンビジョン検査システムの光学系の焦点を傾斜面に隣接したエッジ近くに合わせるようにエッジフォーカスツールを操作するための汎用ルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。

好ましい実施形態の詳細説明
図１は、本明細書に記載の方法に従って使用可能な１つの例示的なマシンビジョン検査システム１０のブロック図である。マシンビジョン検査システム１０は、データと制御信号を制御コンピュータシステム１４と交換するように動作可能に接続されたビジョン測定機（vision measuring machine）１２を含む。制御コンピュータシステム１４はさらに、データと制御信号を、モニタ又はディスプレイ１６、プリンタ１８、ジョイスティック２２、キーボード２４、及びマウス２６と交換するように動作可能に接続される。モニタ又はディスプレイ１６は、マシンビジョン検査システム１０の動作を制御及び／又はプログラムするのに好適なユーザインターフェースを表示してもよい。

ビジョン測定機１２は、可動ワークピース載置台３２と、ズームレンズ又は交換レンズを含んでもよい光学結像システム３４とを含む。ズームレンズ又は交換レンズは通常、光学撮像系３４により提供される像に様々な倍率を与える。マシンビジョン検査システム１０は通常、上に検討されたビジョンシステムのQUICK VISION（登録商標）シリーズとQVPAK（登録商標）ソフトウェア及び、同様の最先端技術市販高精度マシンビジョン検査システムと同等である。マシンビジョン検査システム１０はまた、同一出願人による米国特許第７，４５４，０５３号、米国特許第７，３２４，６８２号、米国特許出願公開第２０１００１５８３４３号、米国特許出願公開第２０１１０１０３６７９号に記載されている。

図２は、図１のマシンビジョン検査システムと同様のマシンビジョン検査システム１００の制御システム部１２０とビジョン構成要素部２００のブロック図であり、本発明による機能を含む。以下にさらに詳細に説明するように、制御システム部１２０はビジョン構成要素部２００を制御するために利用される。ビジョン構成要素部２００は、光学アセンブリ２０５と、光源２２０、２３０及び２４０と、中央透明部２１２を有するワークピース載置台２１０とを含む。ワークピース載置台２１０は、ワークピース２０が配置され得るステージの表面にほぼ平行な面内のＸ軸及びＹ軸に沿って制御可能に移動可能である。光学アセンブリ２０５はカメラシステム２６０及び交換可能対物レンズ２５０を含み、レンズ２８６及び２８８を有するタレットレンズアセンブリ２８０を含んでもよい。タレットレンズアセンブリの代わりに、固定レンズ又は手動交換可能倍率可変レンズ、あるいはズームレンズ構成等が含まれてもよい。

光学アセンブリ２０５は、ワークピース２０の像の焦点を変更するためにＺ軸に沿って光学アセンブリ２０５を移動するようにアクチュエータを駆動する制御可能モータ２９４を使用して、Ｘ及びＹ軸にほぼ直角のＺ軸に沿って制御可能に移動可能である。制御可能モータ２９４は、信号線２９６を介して入出力インターフェース１３０に接続される。

マシンビジョン検査システム１００を使用して撮像されるワークピース２０又は複数のワークピース２０を保持するトレー若しくは取り付け具は、ワークピース載置台２１０上に置かれる。ワークピース載置台２１０は、交換可能対物レンズ２５０がワークピース２０上の撮像位置の間及び／又は複数のワークピース２０の間で移動するように、光学アセンブリ２０５に対し移動するように制御されてもよい。透過照明光２２０、落射照明光２３０、斜め照明光２４０（例えばリングライト）のうちの１つ又は複数は、ワークピースまたワークピース群２０を照明するために光源光２２２、２３２及び／又は２４２をそれぞれ放射できる。光源２３０はミラー２９０を含む経路に沿って光２３２を放射してもよい。光源光はワークピース光２５５として反射又は透過され、撮像用ワークピース光は、交換可能対物レンズ２５０とタレットレンズアセンブリ２８０を通過し、カメラシステム２６０により集められる。カメラシステム２６０により捕捉されたワークピース２０の像は信号線２６２上で制御システム部１２０に出力される。光源２２０、２３０、２４０は信号線又はバス２２１、２３１、２４１を介し制御システム部１２０にそれぞれ接続されてもよい。像倍率を変更するために、制御システム部１２０は信号線又はバス２８１を介しタレットレンズを選択するように軸２８４に沿ってタレットレンズアセンブリ２８０を回転してもよい。

図２に示すように、様々な例示的実施形態では、制御システム部１２０は制御装置１２５、入出力インターフェース１３０、メモリ１４０、ワークピースプログラム発生器及び実行器１７０、電源部１９０を含む。以下に述べられる追加要素だけでなく、これらの要素のそれぞれは、１つ又は複数のデータ／制御バス及び／又は応用プログラミングインターフェースにより、あるいは諸要素間の直接接続により、相互に連結されてもよい。

入出力インターフェース１３０は、撮像制御インターフェース１３１、モーション制御インターフェース１３２、調光制御インターフェース１３３、レンズ制御インターフェース１３４を含む。モーション制御インターフェース１３２は、位置制御要素１３２ａと速度／加速制御要素１３２ｂを含んでもよいが、このような要素は併合され及び／又は区別できなくてもよい。調光制御インターフェース１３３は、適用可能ならばマシンビジョン検査システム１００の様々な対応する光源について、例えば選択、電力供給、オン／オフ切り替え、ストローブパルスタイミングを制御する調光制御要素１３３ａ〜１３３ｎ、１３３ｆｌを含む。

メモリ１４０は、画像ファイル記憶部１４１と、以下にさらに詳細に説明されるエッジフォーカス記憶部１４０ｅｆと、１つ又は複数のパートプログラム等を含み得るワークピースプログラム記憶部１４２と、ビデオツール部１４３とを含んでもよい。ビデオツール部１４３は、対応するビデオツールのそれぞれのＧＵＩ、画像処理操作等を決定するビデオツール部１４３ａ及び他のビデオツール部（例えば１４３ｎ）と、ビデオツール部１４３に含まれる様々なビデオツールにおいて操作可能な様々なＲＯＩを定義する自動、半自動及び／又は手動操作を支援する関心領域（ＲＯＩ）生成器１４３ｒｏｉとを含む。

この開示の文脈では、そして当業者により知られているように、用語「ビデオツール」は通常、マシンビジョンシステムユーザがビデオツールに含まれる操作又は一般化テキストベースプログラミング言語等に頼る操作のステップバイステップシーケンスを生成することなく比較的単純なユーザインターフェース（例えば、グラフィックユーザインターフェース、編集可能パラメータウィンドウ、メニュー等）を介し実施することができる、自動又はプログラム操作の比較的複雑なセットを指す。例えば、ビデオツールは、操作及び計算を管理するいくつかの変数又はパラメータを調整することにより特定のインスタンスにおいて適用されカスタマイズされる複雑かつ事前にプログラムされた画像処理操作と計算のセットを含んでもよい。基礎をなす操作及び計算に加え、ビデオツールは、ユーザがビデオツールの特定インスタンスのそれらのパラメータを調整できるようにするユーザインターフェースを含む。例えば、多くのマシンビジョンビデオツールは、ビデオツールの特定インスタンスの画像処理操作により解析される像のサブセットの位置パラメータを定義するために、ユーザがマウスを使用する単純な「ドラッグ処理」操作を介しグラフィック関心領域（ＲＯＩ）指標を構成できるようにする。可視ユーザインターフェース機能は時にビデオツール（基礎をなす操作が暗黙に含まれる）と呼ばれることに注意すべきである。

多くのビデオツールと同様に、本開示のエッジフォーカスの主題は、ユーザインターフェース機能及び基礎をなす画像処理操作の両方等を含み、したがって関連機能はビデオツール部１４３に含まれる３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄの機能として特徴付けられてもよい。３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄは、マシンビジョン検査システム１００の撮像部２００の焦点を傾斜面に隣接したエッジ要素近くに合わせるために使用され得る操作を提供する。特に、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄは、傾斜面要素に隣接したエッジの位置を判断するためにエッジ検出操作を行なうように、Ｚ高さを決定し、マシンビジョン検査システム１００の光学系の焦点を合わせるために使用されてもよい。一実施形態では、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄは、特定形状（例えば、面、円錐、球、円柱）による傾斜面要素に関連したデータから推定するために或るタイプの表面形状モデルの選択肢を与える表面形状選択部１４３ｅｆｓｓを含んでもよい。３Ｄエッジフォーカスツールパラメータは、以下にさらに詳細に説明されるように、学習モード操作中に決定されパートプログラム内に格納されてもよい。３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄにより決定された焦点Ｚ高さ及び／又はエッジに隣接した傾斜面に関係する形状データは、いくつかの実施形態では、将来の使用のためにエッジフォーカス記憶部１４０ｅｆに格納されてもよい。ビデオツール部１４３はまた、エッジ全体の最強勾配を与える焦点高さを見出す、既知のオートフォーカス方法に従って動作する勾配エッジフォーカスツール１４３ｅｆＧＲＡＤを含んでもよい。端的に言えば、エッジ勾配フォーカスツール１４３ｅｆＧＲＡＤは、次の動作、すなわち、マシンビジョン検査システムの視野内のエッジ要素を含む関心領域（ＲＯＩ）を定義する工程と、エッジを含むＺ範囲全体にわたってＲＯＩの画像スタックを取得する工程と、画像スタックのエッジ全体にわたる一組の像強度勾配を判断する工程と、光学部品の焦点を像内の最強勾配を与えるＺ高さに合わせる工程とを含んでもよい。ビデオツール部１４３はまた、例えばビジョンシステムの画像面にほぼ平行な平面のオートフォーカス操作を提供してもよい従来の表面オートフォーカスビデオツール１４３ａｆを含んでもよい。一実施形態では、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄは、ある既知の自動フォーカスツール（例えば、勾配エッジフォーカスツール又は表面自動フォーカスツール）あるいは動作（例えば、関心領域、コントラスト計算、焦点曲線データ決定及び格納、焦点曲線ピーク発見など）と関連付けられてもよく、あるいは、それらとともに機能してもよい。例えば、一実施形態では、本明細書で開示された３Ｄエッジフォーカスツール操作は、勾配エッジフォーカスツール又は表面自動フォーカスツールと同等のモードを含むマルチモード自動フォーカスツール内のフォーカスモードとして含まれてもよい。いくつかの実施形態では、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄと勾配エッジフォーカスツール１４３ｅｆＧＲＡＤは別のツールであってもよいが、いくつかの実施形態では単一エッジフォーカスツールの２つのモードであってもよい。３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄと勾配エッジフォーカスツール１４３ｅｆＧＲＡＤが単一エッジフォーカスツールの２つのモードであるいくつかの実施形態では、特定のモードは、以下にさらに説明される学習モード操作に基づきエッジツールにより、自動的に選択されてもよい。

透過照明光２２０、落射照明光２３０及び２３０’、並びに斜め照明光２４０の信号線又はバス２２１、２３１、２４１はすべて入出力インターフェース１３０にそれぞれ接続される。カメラシステム２６０からの信号線２６２と制御可能モータ２９４からの信号線２９６は入出力インターフェース１３０に接続される。画像データを搬送することに加え、信号線２６２は、画像取得を開始する制御装置１２５からの信号を搬送してもよい。

１つ又は複数のディスプレイ装置１３６（例えば、図１のディスプレイ１６）と１つ又は複数の入力装置１３８（例えば、図１のジョイスティック２２、キーボード２４とマウス２６）もまた入出力インターフェース１３０に接続することができる。ディスプレイ装置１３６と入力装置１３８は、検査操作を行なうために使用可能な様々なグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）機能を含み得るユーザインターフェースを表示するために、及び／又はパートプログラムを生成及び／又は変更するために、カメラシステム２６０により捕捉された像を見るために、及び／又はビジョンシステム構成要素部２００を直接制御するために、使用することができる。ディスプレイ装置１３６は、以下にさらに詳細に説明される３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄに関連したユーザインターフェース機能を表示してもよい。

様々な例示的実施形態では、ユーザがワークピース２０のパートプログラムを生成するためにマシンビジョン検査システム１００を利用する場合、ユーザは、所望の画像取得トレーニングシーケンスを提供する学習モードにおいでマシンビジョン検査システム１００を操作することによりパートプログラム命令を生成する。例えば、トレーニングシーケンスは、視野（ＦＯＶ：field of view）内に代表的なワークピースの特定のワークピース要素を配置する工程、照明レベルを設定する工程、焦点合わせ又はオートフォーカス合わせを行う工程、画像を取得する工程、画像に適用される検査トレーニングシーケンスを提供する工程（例えば、当該ワークピース要素上でビデオツールの１つのインスタンスを使用する工程）を含んでもよい。学習モードは、シーケンスが捕捉又は記録され当該部分プログラム命令に変換されるように動作する。これらの命令は、パートプログラムが実行されると、マシンビジョン検査システムに、当該パートプログラムを生成する際に使用される代表的ワークピースと一致する実行モードワークピース又はワークピース群上の当該特定ワークピース要素(すなわち、対応位置における対応要素)を自動的に検査するように訓練済み画像取得及び検査操作を再生させる。

図３は、３Ｄエッジフォーカスビデオツール１４３ｅｆ３Ｄに関連した関心領域指示子ＲＯＩｉｎを含むマシンビジョン検査システム１００のユーザインターフェースにおいて撮像された視野３００を示す。ワークピース２０の傾斜面要素ＢＳＦ（beveled surface feature）のエッジ２５の位置を判断するための操作の様々な実施形態では、ワークピース２０の傾斜面要素ＢＳＦはマシンビジョン検査システム１００の視野３００内に配置される。エッジ２５は図３に示すように表面ＳｕｒｆＡと表面ＳｕｒｆＢ間のエッジである。いくつかの応用又は実施態様では、表面ＳｕｒｆＢは空虚（例えば、ワークピース２０の範囲外）でもよい。表面ＳｕｒｆＡは、図４と図５に関してさらに詳細に示されるように表面ＳｕｒｆＢより高いＺ高さを有する。３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄは、関心領域生成器１４３ｒｏｉと併せて３Ｄエッジフォーカスビデオツール１４３ｅｆ３Ｄに関連するとともに関心領域指示子ＲＯＩｉｎとともに表示されるユーザインターフェースを使用することにより関心領域ＲＯＩを定義するように構成される。関心領域ＲＯＩは、ユーザインターフェースにおいて関心領域指示子ＲＯＩｉｎにより示されてもよい。関心領域ＲＯＩは通常、ユーザがユーザインターフェースのツールバー上の３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄを表すアイコンを選択することによりビジョンシステムの学習モード中に構成されアライメントされてもよい。関心領域指示子ＲＯＩｉｎはユーザインターフェース内のワークピース像を覆って現われる。次に、ユーザは、関心領域ツールが最初に実行されると現われる（例えば、既知の市販マシンビジョン検査システムビデオツールで発生するように）寸法決め及び／又は回転ハンドル（図示せず）をドラッグしてもよい。あるいはユーザは数値的サイズ及び位置パラメータを編集してもよい。ユーザは、関心領域指示子ＲＯＩｉｎがエッジ２５を含むように所望の位置に存在するように関心領域指示子ＲＯＩｉｎを構成し、寸法決めなどを利用して傾斜面要素ＢＳＦの一部を含むように関心領域指示子ＲＯＩｉｎを寸法決めする。説明のために、エッジ２５にほぼ平行に延伸するエッジ方向（図３ではＥＤと標記する）を定義する。また、エッジ方向ＥＤに垂直な法線方向ＮＤを定義する。多くの応用では、傾斜面要素ＢＳＦは法線方向ＮＤにほぼ沿って表面ＳｕｒｆＢに向かって下方に傾斜する。様々な実施形態では、３Ｄエッジフォーカスツールは関心領域指示子ＲＯＩｉｎ内に配置されるスキャン方向指示子ＳＤＩを含んでもよい。いくつかのこのような実施形態では、学習モード中、ユーザは、スキャン方向指示子ＳＤＩが方向ＮＤにほぼ沿って延伸しエッジ２５と交差するように関心領域指示子ＲＯＩｉｎのアラインメントを調整してもよい。いくつかの実施形態では、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄは、以下にさらに説明される表面形状モデル推定及びエッジ選択操作を最適化するために、このようなアラインメント構成から導出される関連パラメータを利用してもよく、あるいはオートフォーカスの実行結果等のロバスト性の保証のために使用される範囲を設定してもよい。

３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄの動作は、それぞれがＲＯＩの画素のサブセットを含むＲＯＩ内のサブＲＯＩの複数のオートフォーカス操作を行なうことにより、定義された座標（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）を有する点群ｉを含むポイントクラウドを生成する。点群は、図３に示す実施形態では、関心領域指示子ＲＯＩｉｎの領域内に表示されても表示されなくてもよい関心領域ＲＯＩ（図３では破線により定義される）内の複数のサブＲＯＩ ＳＲＯＩｎに対応する。より具体的には、このような操作は、同一出願人による米国特許第７，５７０，７９５号「Multi-Region Autofocus Tool and Mode」及び／又はＣａｍｐｂｅｌｌに付された米国特許出願公開第２０１１／０１３３０５４号に記載された操作に従って行なわれてもよい。

図３に示すように、エッジ２５は名目上直線であり、傾斜面要素ＢＳＦは名目上平面である。しかしながら、３Ｄエッジフォーカスビデオツール１４３ｅｆ３Ｄはまたエッジが湾曲する傾斜面要素（例えば、円錐、球、又は筒形状を有する傾斜面要素）に隣接したエッジ上に焦点を合わせる目的のために使用されてもよいということを理解すべきである。一般的に、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄの操作は、本明細書で概要を述べられ特許請求される原理に従って傾斜面要素の共通形状に適用されてもよい。いくつかの実施形態では、ユーザは、操作の学習モード中に表面形状のタイプを選択してもよい。図３に示す実施形態では、エッジフォーカスツールのユーザインターフェースは、３Ｄエッジフォーカスモード又はツールが選択される及び／又は操作されると現われ得る形状選択ウィジェットＳＨＡＰＥＳＷを含む。ユーザは、どの表面形状モデルがエッジフォーカスツールの操作中にポイントクラウドから（例えば、形状選択ウィジェット部分ＰＬＡＮＥ、ＣＹＬＩＮＤＥＲ又はＣＯＮＥをクリックすることにより）推定されるかを選択するために、学習モード中に形状選択ウィジェットＳＨＡＰＥＳＷを操作してもよい。これらの形状選択オプションは単に例示的であり限定しないということが理解される。他の実施形態では、形状選択は、テキストベースのメニュー選択項目であってもよく、あるいは様々な表面に順応することができる一般的な高位形状がディフォルト又は単にオプションとして利用されてもよいということが理解されるであろう。

先に概要を述べたように、いくつかの実施形態では、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄと勾配エッジフォーカスツール１４３ｅｆＧＲＡＤは、単一エッジフォーカスツール（例えば、ツールバー上の単一のアイコンにより選択されるエッジツール）の２つのモードであってもよい。図３に示す実施形態では、ビデオツールのユーザインターフェースは、ビデオツールがユーザインターフェースにおいて最初に実行されると現われてもよい選択ウィジェットＳＷを含む。ユーザは、どの動作モードがエッジツールにより使用されるかを選択するために、学習モード中に例えば３Ｄ選択ウィジェット部ＳＷ３Ｄ又は勾配選択ウィジェット部ＳＷＧＲＡＤをクリックすることによりモード選択ウィジェットＳＷを操作してもよい。

図４は、エッジ方向ＥＤに垂直な（方向ＮＤに沿った）傾斜面要素ＢＳＦ（図３に先に示した）の断面図４００を示す。関心領域ＲＯＩが定義された後、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄはエッジ２５と傾斜面要素ＢＳＦの少なくとも１つの部分とを含むＺ範囲ＺＲ上のＲＯＩの画像スタックを取得するように構成される。図４に示すように、表面ＳｕｒｆＢに沿った点はこの範囲外に存在する。しかしながら場合によっては、ワークピースはエッジ２５と同様なエッジを越えたＳｕｒｆＢなどの表面を有しないかもしれなく、このようなワークピースもまた３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄにより対処されてもよい。３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄは、図５に関してさらに詳細に示されるように、複数の点に対する最良の焦点Ｚ高さ測定値を判断することに基づき、ＲＯＩ内の複数の点に対するＺ高さを含むポイントクラウドを生成するように構成される。ポイントクラウドは、コントラスト尺度を利用するオートフォーカス方法等の技術において知られた方法に従って生成されてもよい。表面ＳｕｒｆＢを含むＲＯＩ内の点に関しては、このような点の座標を生成することは失敗するか、あるいは表面ＳｕｒｆＢがＺ範囲ＺＲ外に存在するので誤った結果を提供し、したがって表面ＳｕｒｆＢはＺ範囲ＺＲ上の画像スタック内に合焦画像を提供しない、ということが理解される。既に知られている自動フォーカスツールはそのような場合に、しばしば失敗し得る。しかしながら本明細書に開示された３Ｄエッジフォーカスツール方法はそのような場合にロバストに動作する。これは特に比較的未熟練のユーザがこのような場合にロバストなパートプログラムを書くのを特に支援するためのそれらの利点の１つである。

図５に、図４に示したワークピース２０のエッジ２５と傾斜面要素ＢＳＦとの断面図の拡大図を示す。特に、図５は、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄにより生成されたポイントクラウドＰＣ（point cloud）の代表的点を示す。図５は、ＥＤ−ＮＤ面に垂直な面において観測されたポイントクラウドＰＣ内の点の１つのサブセットを示す。いくつかのこのようなサブセットの点がＲＯＩ内のエッジ方向ＥＤに沿った異なる位置で生成されるということが理解される。いくつかの実施形態では、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ ３Ｄは、ポイントクラウドＰＣから傾斜面要素ＢＳＦの形状に対応する表面形状モデルＳＳを推定するように構成された操作を含む。図５に示す実施形態では、表面形状モデルＳＳは面である。別の実施態様では、表面形状モデルＳＳは円錐、円柱又は球の形状に対応する幾何学的形状を有してもよい。表面の曲率が小さい円錐、円柱又は球などのいくつかの実施形態では、平面は、マシンビジョン検査システムの光学系の焦点を合わせるようにＺ高さを決定するために十分な１次オーダー近似としてもよい。このようなポイントクラウドから形状を推定する様々な方法は当業者に知られており、したがって本明細書で詳細に説明する必要はない。本明細書に開示されたポイントクラウドＰＣから表面形状モデルを推定する方法は単に例示的であって限定しない。

３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄの動作は、傾斜面要素に近接し傾斜面要素の形状に対応する複数の点を含む、ポイントクラウドの近接サブセットを定義するとともにポイントクラウドＰＣの近接サブセットのＺ極値サブセットＺＥＳを定義するように構成される。図５は、Ｚ極値サブセットＺＥＳの１つのこのような点ＺＥＳｎを示し、これはこの場合図５に示す点ＰＣのサブセット内の最小Ｚ高さを有する点である。ＲＯＩ内のエッジ方向ＥＤに沿った異なる位置で生成される他のサブセットの点はＺ極値サブセットＺＥＳの類似「最小Ｚ高さ」点ＺＥＳｎを提供するということが理解される。いくつかの実施形態では、ポイントクラウドのＺ極値サブセットＺＥＳはポイントクラウドＰＣの最低Ｚ高さを含んでもよい。例えば、Ｚ極値サブセットＺＥＳは、５又は１０個の最低Ｚ高さあるいは単一の最も低いＺ高さを有する点を含んでもよい。他の実施形態では、ポイントクラウドのＺ極値サブセットＺＥＳは、ポイントクラウドＰＣの最も高いＺ高さを含んでもよい。例えば、「内側」傾斜面要素は孔の底に位置してもよく、下面は焦点範囲内にあってもよく、ユーザは、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄを使用して上部面に焦点を合わせることを望んでもよい。３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄは、撮像部２００の焦点をＺ極値サブセットＺＥＳに対応するＺ高さＺｚｅｓに合わせるように構成される。いくつかの実施形態では、Ｚ高さＺｚｅｓはＺ極値サブセットＺＥＳの中央値あるいは他の実施形態では平均値であってもよい。いくつかの実施形態では撮像部２００の焦点をＺ高さＺｚｅｓに合わせる工程は、Ｚ高さＺｚｅｓにおいてワークピースを撮像するようにマシンビジョン検査システムのステージを移動する工程を含む。撮像部２００の焦点がＺ高さＺｚｅｓに合わせられると、マシンビジョン検査システム１００は、エッジ２５の位置を判断するために効果的かつ確実にエッジ検出操作を、あるいは最適性能のためのエッジ２５に対応する焦点高さを必要とする任意の他の検査操作を、行なってもよい。

いくつかの実施形態では、ポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程は、表面形状モデルが傾斜面要素の形状に対応するようにポイントクラウドＰＣから表面形状モデルＳＳを推定する工程と、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄ用に設定された関係パラメータより大きく逸脱するポイントクラウドの点を表面形状モデルから排除する工程とを含む。このような点（通常は異常点と見なされる）を排除することでＺ極値サブセットの品質を改善する。いくつかの実施形態では、関係パラメータはユーザにより規定されてもよく、あるいは他の実施形態ではランタイムスクリプト（パートプログラム）の中で規定されてもよい。いくつかの実施形態では、関係パラメータは撮像に使用される光学系の被写界深度の所定数倍であってもよい。他の実施形態では、関係パラメータは、例えば当初推定された表面形状モデルに対するポイントクラウド点（point cloud point）又はポイントクラウド点のサブセットの標準偏差又は中央偏差に基づき自動的に決定されてもよい。例えば、点ＰＣＯＬ₁は、ポイントクラウドＰＣの近接サブセットから点ＰＣＯＬ₁を廃棄するのに十分大きいＺ方向に沿った距離ＤＥＶだけ表面形状モデルＳＳから逸脱する。点ＰＣＯＬ₂は、Ｚ範囲ＺＲの外側の表面ワークピースの一部を含むエッジ２５に極近接したＺ高さを測定する際に予測され得るように表面形状モデルＳＳから著しく逸脱する。点ＰＣＯＬ₃は表面ＳｕｒｆＡ上に位置するので表面形状モデルＳＳから著しく逸脱する。点ＰＣＯＬ₃は正確に測定されたが傾斜面要素ＢＳＦに対応しない。しかしポイントクラウドＰＣは表面ＳｕｒｆＡの一部を含んだ関心領域が選択されたのでこの点を当初含む。周知のＲＡＮＳＡＣ又はＬＭＳアルゴリズムなどの様々なロバストな異常値排除方法が、ポイントクラウドＰＣの異常値として処理されてもよくかつポイントクラウドＰＣの近接サブセットから排除されなければならないＰＣＯＬ₁、ＰＣＯＬ₂、ＰＣＯＬ₃などの点を廃棄するために使用されてもよい。異常値の除去は、エッジ２５におけるＺ高さに最も近い焦点Ｚ高さＺｚｅｓを推定することのロバスト性を改善する。

先に概説されたように、いくつかの実施形態では、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄと勾配エッジフォーカスツール１４３ｅｆＧＲＡＤは単一エッジフォーカスツールの２つのモードであってもよい。いくつかの実施形態では、モード選択はエッジフォーカスツールにより自動的に選択されてもよい。例えば、１つのこのような実施形態では、学習モード中に、ポイントクラウドは傾斜面を含むかどうかを考慮することなくエッジフォーカスツールＲＯＩ用に生成されてもよく、表面形状モデルはポイントクラウドから推定されてもよい。表面形状モデル（又は上記方向に沿った表面形状モデルの正接）が、Ｘ−Ｙ面に平行な基準面に対して最小の所定角度（例えば５度）より大きく傾斜すれば、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄに対応するモードがマルチモードエッジフォーカスツールの当該インスタンスの動作パラメータとして選択され記録されてもよい。表面形状モデル又は傾斜エッジ要素に隣接したエッジ近くの表面形状モデルの正接が最低角度θ未満で傾斜すれば、勾配エッジフォーカスツール１４３ｅｆＧＲＡＤを使用してもよい。自動エッジフォーカスモード選択の他の方法が使用されてもよく、本例は単に例示的であり限定しないことということが本開示に基づき認識されるだろう。

図６は、マシンビジョン検査システムの光学系の焦点を傾斜面要素（例えば、傾斜面要素ＢＳＦ）に隣接したエッジ（例えば、エッジ２５）近くに合わせるエッジフォーカスツール（例えば、３Ｄエッジフォーカスツール１４３ｅｆ３Ｄ）を操作するための汎用ルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。

ブロック６１０では、関心領域がマシンビジョン検査システムの視野内の傾斜面要素に隣接したエッジを含んで定義される（ＲＯＩ）。いくつかの実施形態は、マシンビジョン検査システムのユーザインターフェースにおけるエッジフォーカスツールのグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）を表示する工程と、エッジフォーカスツールの操作を開始するためにＲＯＩを選択するようにＧＵＩを操作する工程とをさらに含んでもよい。

ブロック６２０では、ＲＯＩの画像スタックがエッジを含むＺ範囲（例えばＺ範囲ＺＲ）全体にわたって取得される。

ブロック６３０では、ポイントクラウド（例えば、ポイントクラウドＰＣ）が複数の点の最良の焦点Ｚ高さ測定値の判断に基づきＲＯＩ内の複数の点のＺ高さを含んで生成される。いくつかの実施形態では、ポイントクラウドを生成する工程は、ＲＯＩ内のそれぞれがＲＯＩの画素のサブセットを含む複数のサブＲＯＩのオートフォーカス操作を行う工程を含む。

ブロック６４０では、ポイントクラウドの近接サブセットは、傾斜面要素に近接した複数の点を含み、傾斜面要素の形状に対応して定義される。いくつかの実施形態では、ポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程はポイントクラウドから表面形状モデルを推定する工程を含み、表面形状モデルは、傾斜面要素の形状に対応しており、表面形状モデルから極小面形状パラメータより大きく逸脱するポイントクラウドの点を排除する。いくつかの実施形態では、ポイントクラウドから表面形状モデルを推定する工程及びポイントクラウドの点を排除する工程は、ＲＡＮＳＡＣ及びＬＭＳアルゴリズムのうちの１つをポイントクラウドに適用する工程を含む。いくつかの実施形態では、エッジツールは、ユーザがどのタイプの表面形状モデルをエッジフォーカスツールの操作中にポイントクラウドから推定するかを選択してもよい形状選択ウィジェットを含むグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）を含む。いくつかの実施形態では、表面形状モデルは、面、円錐、円柱、球のうちの１つを含む。いくつかの実施形態では、ユーザは操作の学習モード中に表面形状モデル、より具体的に表面形状モデルのタイプを選択する。

ブロック６５０では、ポイントクラウドの近接サブセットのＺ極値サブセット（例えば、Ｚ極値サブセットＺＥＳ）が定義される。

ブロック６６０では、光学系の焦点はＺ極値サブセットに対応するＺ高さ（例えばＺ高さＺｚｅｓ）に合わせられる。

本発明の様々な好ましい実施形態について図示し説明してきたが、図示され説明された特徴の配置と操作の順序の多くの変形が本開示に基づき当業者には明らかであろう。したがって本発明の精神と範囲から逸脱することなく様々な変更をなすことができるということが理解される。

１０・・・マシンビジョン検査システム、１２・・・ビジョン測定機、１４・・・制御コンピュータシステム、２０・・・ワークピース、２５・・・エッジ、３２・・・可動ワークピース載置台、３４・・・光学撮像系、１００・・・マシンビジョン検査システム、１２０・・・制御システム部、１２５・・・制御装置、１３０・・・入出力インターフェース、１３１・・・撮像制御インターフェース、１３２・・・モーション制御インターフェース、１３２ａ・・・位置制御要素、１３２ｂ・・・スピード、加速制御要素、１３３・・・調光制御インターフェース、１３３ｎ・・・光源ｎ−選択、電力供給、オン／オフ切り替え、パルスタイミング、１３３ｆｌ・・・励起光−選択、電力供給、オン／オフ切り替え、パルスタイミング、１３４・・・レンズ制御インターフェース、１３６・・・ディスプレイ装置、１３８・・・入力装置、１４０・・・メモリ、１４０ｅｆ・・・エッジフォーカス記憶部、１４１・・・画像ファイル記憶部、１４２・・・ワークピースプログラム記憶部、１４３・・・ビデオツール部、１４３ｒｏｉ・・・関心領域生成器、１４３ｎ・・・ツールｎ−ＧＵＩ、画像処理操作、１４３ｅｆＧＲＡＤ・・・勾配エッジフォーカスツール、１４３ｅｆ３Ｄ・・・３Ｄエッジフォーカスツール、１４３ｅｆｓｓ・・・表面形状選択部、１４３ａｆ・・・オートフォーカスビデオツールＧＵＩ、画像処理操作、１７０・・・ワークピースプログラム発生器及び実行器、２００・・・ビジョンシステム構成要素部、２０５・・・光学アセンブリ、２１０・・・ワークピース載置台、２１２・・・中央透明部、２２０・・・透過照明光、２３０、２３０’・・・落射照明光、２４０・・・斜め照明光、２５０・・・交換可能対物レンズ、２５５・・・ワークピース光、２６０・・・カメラシステム、２８０・・・タレットレンズアセンブリ、３００・・・視野、４００・・・傾斜面要素の断面図、ＢＳＦ・・・傾斜面要素、ＤＥＶ・・・距離、ＥＤ・・・エッジ方向、ＮＤ・・・エッジ方向に垂直な方向、ＰＣ・・・ポイントクラウド、ＰＣＯＬ₁、ＰＣＯＬ₂、ＰＣＯＬ₃・・・点、ＲＯＩｉｎ・・・関心領域指示子、ＳＤＩ・・・スキャン方向指示子、ＳＳ・・・表面形状モデル、ＳｕｒｆＡ・・・表面Ａ、ＳｕｒｆＢ・・・表面Ｂ、ＳＷ・・・モード選択ウィジェット、ＳＷＧＲＡＤ・・・勾配選択ウィジェット部、ＳＷ３Ｄ・・・３Ｄ選択ウィジェット部、ＳＨＡＰＥＳＷ・・・形状選択ウィジェット、ＺＥＳ・・・Ｚ極値サブセット、ＺＥＳｎ・・・最小Ｚ高さ点、ＺＺＥＳ・・・Ｚ高さ、θ・・・最小所定角、

Claims (18)

1. マシンビジョン検査システムの光学系の焦点をワークピースの傾斜面要素に隣接した位置のエッジ近くに合わせるためにマシンビジョン検査システムに含まれるエッジフォーカスツールを操作する方法であって、
   前記マシンビジョン検査システムの視野内の前記傾斜面要素に隣接したエッジを含む関心領域（ＲＯＩ）を定義する工程と、
   前記エッジを含むＺ範囲全体にわたって前記ＲＯＩの画像スタックを取得する工程と、
   複数の点の最良焦点Ｚ高さ測定値の判断に基づき前記ＲＯＩ内の複数の点のＺ高さを含むポイントクラウドを生成する工程と、
   前記傾斜面要素に近接し前記傾斜面要素の形状に対応する点を含む、前記ポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程と、
   前記ポイントクラウドの前記近接サブセットのＺ極値サブセットを定義する工程と、
   前記光学系の焦点を前記Ｚ極値サブセットに対応するＺ高さに合わせる工程と
   を含む方法。
2. 前記ポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程は、
   前記ポイントクラウドから、前記傾斜面要素の前記形状に対応する表面形状モデルを推定する工程と、
   前記表面形状モデルから関係パラメータより大きく逸脱する前記ポイントクラウドの点を排除する工程と
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ポイントクラウドから表面形状モデルを推定する工程及び前記ポイントクラウドの点を排除する工程は、ＲＡＮＳＡＣ及びＬＭＳアルゴリズムのうちの１つを前記ポイントクラウドに適用する工程を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記エッジツールは、前記エッジフォーカスツールの操作中にユーザが前記ポイントクラウドからどのタイプの表面形状モデルを推定するかを選択してもよい形状選択ウィジェットを含むグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）を含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記表面形状モデルは面、円錐、円柱、球のうちの１つを含む、請求項２に記載の方法。
6. ユーザは操作の学習モード中に前記表面形状モデルを選択する、請求項５に記載の方法。
7. 前記ポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程は、
   前記傾斜面要素の前記形状に対応する表面フィッティングモデルを前記ポイントクラウドにフィッティングする工程と、
   前記表面フィッティングモデルから極小面形状パラメータより大きく逸脱する前記ポイントクラウドの点を排除する工程と、
   を含む請求項１に記載の方法。
8. 前記マシンビジョン検査システムのユーザインターフェースにおいて前記エッジフォーカスツールのグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）を表示する工程と、
   前記エッジフォーカスツールの操作を開始するために前記ＲＯＩを選択するようにＧＵＩを操作する工程と
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
9. 前記ＲＯＩの一部は前記Ｚ範囲外の前記ワークピースの一部を含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記ポイントクラウドの前記Ｚ極値サブセットは前記ポイントクラウドの最低Ｚ高さを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記光学系の焦点を前記Ｚ極値に対応する前記Ｚ高さに合わせる工程は、前記ワークピースが当該Ｚ高さになるように前記マシンビジョン検査システムのステージを移動する工程を含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記光学系の焦点を前記Ｚ極値サブセットに対応するＺ高さに合わせる工程は、前記光学系の焦点を、前記ポイントクラウドの前記Ｚ極値サブセットの中央値、平均値、及び最頻値のうちの１つであるＺ高さを有する点のＺ高さに合わせる工程を含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記ポイントクラウドを生成する工程は前記ＲＯＩ内のそれぞれが前記ＲＯＩの画素のサブセットを含む複数のサブＲＯＩのオートフォーカス操作を行う工程を含む、請求項１に記載の方法。
14. マシンビジョン検査システムの光学系の焦点を傾斜面要素に隣接したエッジ近くに合わせるエッジフォーカスツールを操作する方法であって、
    前記マシンビジョン検査システムのユーザインターフェースにおいて前記エッジフォーカスツールのグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）を表示する工程と；
    前記エッジフォーカスツールの操作を開始するために前記マシンビジョン検査システムの視野内の前記傾斜面要素に隣接した前記エッジを含む関心領域（ＲＯＩ）を選択するように前記ＧＵＩを操作する工程と；
    以下の工程：
    前記エッジを含むＺ範囲全体にわたって前記ＲＯＩの画像スタックを取得する工程であって、前記ＲＯＩは前記ワークピースの一部が前記Ｚ範囲外にある視野の一部を含む工程と、
    複数の点の最良焦点Ｚ高さ測定値の判断に基づき前記ＲＯＩ内の複数の点のＺ高さを含むポイントクラウドを生成する工程と、
    前記傾斜面要素に近接し前記傾斜面要素の形状に対応する点を含むポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程と、
    前記ポイントクラウドの前記近接サブセットのＺ極値サブセットを定義する工程と、
    前記光学系の焦点を前記Ｚ極値サブセットに対応するＺ高さに合わせる工程と
    を行なうために前記エッジフォーカスツールを操作する工程と
    を含む方法。
15. マシンビジョン検査システムに含まれ、前記マシンビジョン検査システムの光学系の焦点を傾斜面要素に隣接したエッジ近くに合わせる動作を含むエッジフォーカスツールであって、
    前記マシンビジョン検査システムの視野内の前記傾斜面要素に隣接したエッジを含む関心領域（ＲＯＩ）を定義する工程と、
    前記エッジを含むＺ範囲全体にわたって前記ＲＯＩの画像スタックを取得する工程と、
    複数の点の最良焦点Ｚ高さ測定値の判断に基づき前記ＲＯＩ内の複数の点のＺ高さを含むポイントクラウドを生成する工程と、
    前記傾斜面要素に近接し前記傾斜面要素の形状に対応する点を含む、ポイントクラウドの近接サブセットを定義する工程と、
    前記ポイントクラウドの前記近接サブセットのＺ極値サブセットを定義する工程と、
    前記光学系の焦点を前記Ｚ極値サブセットに対応するＺ高さに合わせる工程と
    を含む第１の動作モードを含む、エッジフォーカスツール。
16. 前記マシンビジョン検査システムの視野内にエッジを含む関心領域（ＲＯＩ）を定義する工程と、
    前記エッジを含むＺ範囲全体にわたって前記ＲＯＩの画像スタックを取得する工程と、
    前記画像スタックの前記エッジ全体にわたる一組の像強度勾配を判断する工程と、
    前記光学部品の焦点を前記画像スタック内の最高勾配を与えるＺ高さに合わせる工程と
    を含む第２の動作モードをさらに含む、請求項１５に記載のエッジフォーカスツール。
17. 前記エッジフォーカスツールは、前記第１と第２の動作モードのいずれが前記エッジフォーカスツールのインスタンスにより行なわれるかを選択するために、前記マシンビジョン検査システムの学習モード中に使用されてもよい前記エッジフォーカスツールのユーザインターフェースに含まれるウィジェットを含む、請求項１６に記載のエッジフォーカスツール。
18. 前記エッジフォーカスツールは、前記第１と第２の動作モードのいずれが前記エッジフォーカスツールのインスタンスにより行なわれるかを選択するために、前記マシンビジョン検査システムの学習モード中に行なわれる自動動作を含む、請求項１６に記載のエッジフォーカスツール。

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