JP5468181B2 - ドックに留置可能なバックライト - Google Patents

Description

本発明は、マシンビジョンシステムに関し、特に、検査工程の融通性を高めるために、バックライトを、着脱可能、ドックに留置可能にしたマシンビジョンシステムに関する。

カメラや撮像手段（以下、両者を含んでカメラと称す）の反対側から対象物を照らすバックライトを装備することは、マシンビジョンシステム、特に対象物を検査するシステムにおいて有用である。バックライトは対象物のフィーチャ、特に周縁のフィーチャを、対象物を直接照明する場合に比べて、より明瞭に観察することを可能にする。このような照明は、プロフィールライティング（輪郭照明）とも呼ばれている。

バックライトを用いた検査システムの例が、米国特許７２６６４２０号に開示されている。固定位置からカメラで撮影する像より大きな対象物を検査する時には、バックライトとカメラが一緒に移動するように、バックライトを検査カメラと結合させるのが、有用である。上記米国特許は、大きなバックライトを装備し、カメラを移動させることによって、これを達成している。より小さなバックライトと、このバックライトとカメラを一緒に移動させることが望まれる場合もある。これは、対象物がバックライトとカメラとの間に支持されている場合や、対象物が透明なデッキ上に支持され、バックライトがデッキの下方に、カメラがデッキの上方に配置されている場合に、都合が良い。しかしながら、対象物を検査するマシンビジョンシステムでは、透明デッキの要求なしに、直接照明、バック照明または両方の選択肢を提供することが求められている。

また、ビデオ検査システムの機能を備えるように、現存する座標測定機を改装する要求もある。座標測定機は、テスト対象物を測定するために３次元で移動できる接触プローブのようなセンサを持つことができる。このような機械は、しばしばテスト対象物を支持するための重いテーブルを装備している。このテーブルはしばしば大きく堅固である。プロフィールライト（profile light：輪郭照明器）（すなわち、検査対象物を下から照らすライト）を、このような座標測定機に装備することは困難である。上記テーブルの上方にテスト対象物を支持する完全に透明な二次的（または観察）プラットホームを装備し、プロフィールライトをテスト対象物の下方で移動させることを目指してきた。このようなプラットホームは、座標測定機をビデオ検査システムにアップグレードさせるためのコストを著しく増加させるばかりではなく、システムの荷重負担能力を損なう。

上記問題を解決する、現存の座標測定機にプロフィールライトを装備するための方法および装置が求められている。

本発明の目的は、操作者がバックライトを物理的に取り付けたり取り外すことなく、機械制御で、直接照明及び／又はバックライト検査を実行するのに十分な融通性を有するビデオ検査システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、ビデオ検査システムの移動構造から取り外されてドックに置くことができ、それから上記構造ないしは光学系に再度取り付けられ、再校正することなく自動的にカメラに対して位置決め（アライメント）されて空間的に同期することができる、ドックに留置可能なプロフィールライトを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、検査位置とドッキング位置との間で移動可能で、ドッキング位置でプロフィールライトをドックから捕捉し、プロフィールライトとカメラを検査対象物に対する検査位置まで移動させるように構成された台を備えた、対象物を検査するための装置を提供することにある。

好適な実施例に沿って簡単に述べると、対象物を検査するための装置は、テーブル面上またはその上方で対象物を支持するテーブルと、互いに離れた支持脚とこれら支持脚間に掛け渡された水平ビームを有する台と、この台により上記テーブル面の上方で支持され上記水平ビームに設けられたカメラと、プロフィールライトと係合するために上記台の互いに離れた支持脚に設けられた接続手段と、上記互いに離れた支持脚に設けられた接続手段と噛み合う相手方接続手段を有するプロフィールライトと、上記テーブル面上に支持されプロフィールライトを使用しない時に受け入れて保持するドックを備えている。噛み合う接続手段とドックは、プロフィールライトを使用する際には、プロフィールライトをドックから選択的に離脱させる位置（ドックに対する位置）へ台を移動できるように、使用しない時にはプロフィールライトをドックに後退させることができるように、構成されている。
直接照明を用いて検査するために、対象物をテーブルに直接設置することができる。バック照明を用いて検査するために、対象物は好ましくはテーブルの上方に支持され、ライトは対象物の下方に支持され、カメラは対象物の上方に支持される。

本発明の新規な態様は、添付の特許請求の範囲に記載されているが、本発明と、本発明の目的および利点は、添付図面と関連したいくつかの実施例の詳細な記載によって容易に理解できるだろう。

本発明に係わるマシンビジョンシステムの斜視図であり、テスト対象物の下側を照らすために台に支持されたプロフィールライトを示す。

上記システムの平面図であり、ドッキングステーションに留置されたプロフィールライトを示す。

上記システムの平面図であり、プロフィールライトをドッキングステーションに留置するかドッキングステーションから出すために位置が変更された台を、想像線で示す。

図１のマシンビジョンシステムを、プロフィールライトがドッキングステーションにある状態で示す。

プロフィールライトと、このプロフィールライトを台やドッキングステーションに交互に固定するための接続手段とを、拡大して示す図である。

図１〜図５には、本発明に係わるマシンビジョンシステムが示されている。図１は、適切な位置にあるプロフィールライトを有するマシンビジョンシステムを示す。このプロフィールライトは、カメラも支持する台によって搬送される。このシステムはテーブルに支持されている。このテーブルは透明である必要はないが、透明にすることができる。

図１に示されたマシンビジョンシステム１０は、好ましくは平坦な上面１１を有する実質的に剛性のテーブル１３を備えている。このようなテーブルは、みかげ石や、硬くて設置面を提供することができるスチール等の他の同様の材料により形成されている。テーブル１３は、透明である必要はないし、非透明である必要もないが、透明または非透明であってもよい。

図１に示すように、検査の対象物４０は、固定手段４２（fixture）により、テーブル１３の上面１１の上方において上面１１から離間した位置で支持されている。この固定手段４２は、固定手段４２を通ってテーブル１３に入り込むボルト１７等の固定具で、テーブルに固定されている。テーブル１３には取付穴１５が形成されており、上記ボルト１７がこの取付穴に受け入れられ、固定手段４２がテーブル１３に固定される。上記台１２は、検査対象物４０を保持する固定手段４２に向かったり離れたりするように、矢印２４で示す方向に後退、前進すべく構成されている。上記台１２は２つの離間した支持脚１４，２１と支持脚１４，２１の上端に設けられた水平ビーム２３とを備えている。上記台１２をガイドするためのレールまたは経路（図示しない）も、上記テーブル１３の面１１上または面１１に沿って装備されている。サーボ駆動制御のリニアアクチュエータ３８がテーブル１３の上方で台１２を動かす。ビデオカメラや他の撮像装置等からなるカメラ１８が、垂直に移動可能なアーム１６に取り付けられている。このアーム１６は、矢印２０で示すように移動し、上記水平ビーム２３に保持されている。上記カメラ１８は、矢印２２で示す方向にこのビームに沿って移動可能である。

上記プロフィールライト３０は、テーブル１３の面１１より若干上方で、この面１１と検査対象物４０との間において、台１２の両脚１４，２１によって支持されている。図示のように、台１２の接続手段（fittings）は、アライメント接続手段（alignment fittings）２６と、オーバーセンターラッチ接続手段(over-center latch fitting)２８を含む。上記アライメント接続手段２６は、プロフィールライト３０を台１２に対して正確に位置決めするために、プロフィールライト３０の前側ピン３４を受け入れるＶ字の切欠（ノッチ）を有している。上記オーバーセンターラッチ接続手段２８は、プロフィールライト３０の後側ピン３６と係合し、プロフィールライト３０の前側ピン３４と後側ピン３６の両方を台１２に固定するためのものである。同様の前側ピン３４と後側ピン３６が、プロフィールライト３０の両端に設けられ、台１２の２つの脚１４，２１の内面に設けられた同様のアライメント接続手段２６とラッチ接続手段２８に係合するようになっている。上記プロフィールライト３０は、ほぼ長方形にすることができる。このプロフィールライト３０の両端の各々から、上記台１２の脚１４，２１の接続手段２６，２８と係合するための上記前側ピン３４と後側ピン３６が、突出している。上記ピン３４，３６は好ましくは、プロフィールライト３０を繰り返し台１２から取り外したり取り付けたりする際に、プロフィールライト３０を台１２に対して、特にカメラ１８に対して正確にアライメントでき正確にかつ繰り返し位置決めできるような、スチールまたは他の材料からなる。

Rhode Island州East Providenceのigus社が販売しているE-Chain（登録商標）のようなコードで、コントローラ３１（好ましくは電源を含む）とプロフィールライト３０との間が電気的に接続されている。図２、図３に示すように、プロフィールライト３０は、ボックスフレーム４６の上面に出力スロット４４を有している。対象物４０を下から照らすために、直線的に並べられた制御可能なＬＥＤ３２の列からの光が、上記出力スロット４４から投射される。

図２〜図５は、テーブル１３の面１１上のドッキングステーション(docking station)５０に留置されたプロフィールライト３０を示す。ドッキングステーション５０は検査対象物４０から離れた位置にある。好ましくは、ドッキングステーション５０（以下、簡単にドック(dock)と称す）は、接続手段としてラッチ機構５２（特に図５参照）を含んでいる。プロフィールライト３０は、その係合相手の接続手段として、後側に取り付けられたストライカーアッセンブリ（striker assemblies）６０を含んでいる。ラッチ機構５２はドック５０の前から突出している。ラッチ機構５２は、上記ストライカーアッセンブリ６０のキャッチピン６２と係合するための、スプリングで付勢されたオーバーセンターラッチ５４を含むとともに、このオーバーセンターラッチ５４を退避させたり再セットさせるためのトグル５６を含んでいる。ラッチ機構５２のオーバーセンターラッチ５４は、ストライカーアッセンブリ６０のキャッチピン６２と係合した時に、プロフィールライト３０をドック５０に固定する。

ドック５０は、プロフィールライト３０をドック５０に位置させるために、台１２が図３において仮想線で示すようにかつ矢印２４で示すように移動できるよう、設計されている。それから、台１２の接続手段２６，２８をプロフィールライト３０のピン３４，３６から係合解除し、図２に示すようにプロフィールライト３０をドック５０に残し後で受け取れるようにして、台１２はドック５０から離れるように移動できる。台１２は、カメラ１８を、対象物４０またはプロフィールライトないしはバック照明を必要としない他の対象物の検査フィーチャを検査するための位置へと移動させるために、用いることができる。

プロフィールライト３０をドック５０に置くために、台１２は、プロフィールライト３０に搭載されたストライカーアッセンブリ６０のキャッチピン６２がドック５０から突出したラッチ機構５２のオーバーセンターラッチ５４に係合する位置へと、移動される。同じ位置またはほぼ同じ位置で、台１２のラッチ接続手段２６，２８がプロフィールライト３０の両端のピン３４，３６から係合解除される。

プロフィールライト３０をドックから出して台１２に取りつけるために、台１２は、台１２のラッチ接続手段２６，２８がプロフィールライト３０の両端のピン３４，３６に再係合する位置まで移動する。同じ位置またはほぼ同じ位置で、ラッチ機構５２のオーバーセンターラッチ５４がプロフィールライト３０の後側のキャッチピン６２から係合解除される。それから台１２は、台１２に固定されたプロフィールライト３０とともに逆方向に移動する。

プロフィールライトの様々な接続手段と係合したり係合解除したりするために、台１２またはドック５０の接続手段は、ラッチを武装（arming）させたり武装解除(disarming)させるトグルを備えることができる。例えば、ドック５０から突出するラッチ機構５２はトグル５６を含み、プロフィールライト３０のストライカーアッセンブリ６０はリセットポスト６４を含んでいる。トグル５６とリセットポスト６４の接触は、ラッチ機構５２をストライカーアッセンブリ６０のキャッチピン６２に係合させるために武装させたり、ラッチ機構５２をストライカーアッセンブリ６０のキャッチピン６２から係合解除するように武装解除するために、用いることができる。例えば、トグル５６は武装位置へと付勢されるが、リセットポスト６４との接触がこの付勢力に打ち勝ちラッチ機構５２を武装解除する。リセットポスト５４が接触しない位置へと動いた時に、トグル５６は、ラッチ機構５２がキャッチピン６２を再係合できる武装位置へと復帰する。

図５に見ることができるように、台１２のノッチが形成された接続手段２６をプロフィールライト３０の前側ピン３４に係合する位置まで移動させるとともに、台１２のオーバーセンターラッチ接続手段２８をプロフィールライト３０の後側ピン３６を超えて閉じることにより、台１２はドックに留置されているプロフィールライト３０と係合する位置まで移動することができる。それから台１２は、図３に想像線の矢印２５で示すように、ドック５０に向かってさらに僅かに移動し（これは単一の移動の一部とすることができる）、ストライカアッセンブリ６０のリセットポスト６４をラッチ機構５２のトグル５６に向かって押し、オーバーセンターラッチ５４を武装解除してストライカアッセンブリ６０のキャッチピン６２から後退させる。これにより、プロフィールライト３０をドック５０から開放する。それから台１２は、再装着されたプロフィールライト３０と一緒に、対象物４０を検査するための図１に示す位置まで移動することができる。プロフィールライト３０のサポートピン３４，３６と台の接続手段２６，２８は協働して、プロフィールライト３０が台１２に保持されたカメラ１８に対して繰り返し正確に位置決め（整列）されることを保証する。

図示の例では、ラッチ機構５２がドック５０から突出し、ストライカアッセンブリ６０がプロフィールアッセンブリに取り付けられているが、同様の結果を達成するために、ラッチ機構５２がプロフィールライト３０から突出し、ストライカアッセンブリがドック５０に装着するようにしてもよい。同様に、プロフィールライト３０の両端の支持ピン３４，３６のいずれか又は両方を、台の脚１４，２１の内面の接続手段２６，２８と置き換えてもよい。

プロフィールライト３０を台１２とドック５０のいずれかと交互に固定するために、多数の異なるタイプの接続手段を用いることができる。１組の接続手段が取り外される際に、他の組の接続手段が取り付けられる機構を含んでもよい。この後者の目的のために、トリップスイッチ、レバーアームや他の機構を用いることができる。この機構は、両組の接続手段の一方を、磁石ラッチや、プロフィールライト３０を取り付けたり開放するために電力を供給される電磁石ラッチで構成してもよい。

例えば、セット位置に応じて台１２とバックライト３０の両方のラッチを武装させたり武装解除させるために、１組のレバーを用いることもできる。この更なる実施例では、プロフィールライト３０をドックから出すために、台１２は台のラッチを武装位置にしてドック５０に入る。ドック５０に達した時に、台のラッチがプロフィールライト３０上でロックする。同じ位置でレバーが開き、ドックのラッチを武装解除する。台１２の即時停止と後退は、プロフィールライト３０をドック５０から引き出す。プロフィールライト３０をドックに留置するために、台１２はドック５０内に入り、前の位置を少し越え（例えば４分の１インチ：約６．４mm）、この新しい位置でドックのラッチが武装され（すなわちプロフィールライト３０でのロック）、台のラッチが武装解除され（すなわち開き）、プロフィールライト３０がドック５０に留置される。台が前の位置を越えて後退した時、台のラッチは次の出会いの時にプロフィールライト３０を係合するために、再武装される。

さらに他の実施例では、プロフィールライト３０をドック５０に係留するために磁石が用いられる。磁石はプロフィールライト３０をドック５０において所定位置に係留するために十分な強さを有しているが、台のラッチはプロフィールライト３０を引き出すために磁石より強く、磁石の力を超える。この磁石は電磁石でもよく、プロフィールライト３０を台１２とドック５０の一方または他方に交互に取り付けるために、電力を供給されたり停止される。

好ましくは、プロフィールライト３０は常にコントローラ３１および電源（コントローラ３１に内蔵されている電源または外部電源）と接続されている。E-Chain（登録商標）で構成することができるコードは、ライトボックスが全行程を移動する過程で、ライトボックスに電力と制御信号を送る。

好ましくは、プロフィールライト３０の発光ダイオードは、一列またはそれ以上の列で配置されており、個別にまたは隣接したグループでまたは隣接していないグループで、照らすことができる。一列またはそれ以上の列の発光ダイオード３２を矢印２４の方向においてカメラ１８の入光軸に揃える（すなわち入光軸の直下に位置させる）ために、接続手段２６，２８と接続手段３４，３６により提供される位置揃え（アライメント）に加えて、発光ダイオード３２は空間的にカメラ１８と同期させ、カメラ１８が矢印２２方向に移動した時に、カメラ１８の入光軸の直下に位置する発光ダイオード３２だけが点灯するようにしてもよい。これにより、集中した光で対象物４０をバック照明することができ、カメラ１８で形成される対象物４０のプロフィール像を改善することができる。

本発明の実施例に関連して、単一のドッキングステーション５０と単一のプロフィールライト３０を図示したが、本発明では、複数のプロフィールライト及び/又は複数のドッキングステーションを用いることもできる。ドッキングステーションとプロフィールライトは、台の行程の両端に位置させ、及び/又はテーブル上方の異なる高さに位置させてもよい。

本発明を好ましい実施例と関連させて説明してきたが、当業者は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変形や変更が可能であることを理解するであろう。本発明の真の精神および範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。

Claims (14)

1. 対象物を検査する装置であって、
   テーブルの面またはその上方で対象物を支持するテーブルと、
   上記テーブルの上記面に対してスライド可能であり、互いに離れた支持脚と、これら支持脚間に掛け渡されて上記面の上方でカメラを支持する水平ビームと、を含む台と、
   上記台の互いに離れた支持脚に設けられ、選択的にかつ着脱可能にプロフィールライトと係合する接続手段と、
   相手方接続手段を有する上記プロフィールライトと、
   上記テーブルに設けられ、上記プロフィールライトを着脱可能に固定するためのドックとを備え、
   上記台の接続手段と上記プロフィールライトの相手方接続手段との係合により、上記プロフィールライトは台と一緒に、上記対象物を照明する検査位置から上記ドックに隣接したドッキング位置へと移動可能であり、
   上記台の接続手段と上記プロフィールライトの相手方接続手段との係合解除により、上記台は、上記プロフィールライトを上記ドッキング位置に残して、上記ドックから離れる方向に移動可能であり、
   上記台の接続手段と上記プロフィールライトの相手方接続手段との再係合により、上記プロフィールライトは台と一緒に、上記ドッキング位置から上記検査位置へと移動可能であることを特徴とする装置。
2. 上記プロフィールライトを対象物の下方へ移動するために、上記面に設けられ、上記対象物を上記面の上方において十分な距離で支持する固定手段を備えた、請求項１に記載の対象物を検査する装置。
3. 上記プロフィールライトが列をなして配された複数のライトを含む、請求項１に記載の対象物を検査する装置。
4. 上記プロフィールライトに設けられた上記相手方接続手段が、プロフィールライトの端から突出したピンを含む、請求項１に記載の対象物を検査する装置。
5. 上記台に設けられた接続手段が、上記プロフィールライトを上記台に対して繰り返し可能にかつ正確に位置決めするアライメント接続手段を含む、請求項４に記載の対象物を検査する装置。
6. 上記台に設けられた接続手段が、上記プロフィールライトのピンに係合するラッチ接続手段を含む、請求項５に記載の対象物を検査する装置。
7. 上記台の支持脚に設けられた接続手段が、上記プロフィールライトを上記支持脚に対して横方向、垂直方向に繰り返し可能に位置決めする接続手段を含む、請求項１に記載の対象物を検査する装置。
8. 検査対象物を支持する固定手段を含むテーブルと、
   上記テーブルの上方でカメラを支持し、テーブルに沿って移動可能な台と、
   ドッキングステーションと、
   上記台と一緒に、上記対象物の下方の検査位置と上記ドッキングステーションに隣接したドッキング位置との間で移動可能なプロフィールライトと、
   上記プロフィールライトを上記台に着脱可能に固定する第１組の接続手段と、
   上記プロフィールライトを上記ドッキングステーションに着脱可能に支持する第２組の接続手段と、
   を備え、上記第１、第２組の接続手段は、
   （ａ）プロフィールライトを、ドッキングステーションへ移動するために、台との係合を解除しドッキングステーションと係合させ、
   （ｂ）プロフィールライトを、上記検査位置へ移動するために、ドッキングステーションとの係合を解除し台と再係合させる
   ことを特徴とするマシンビジョンシステム。
9. 上記台は、上記プロフィールライトがドッキング位置にある時に、プロフィールライトから独立して、上記テーブルに沿って移動可能である、請求項８に記載のマシンビジョンシステム。
10. 上記第１組の接続手段は、上記プロフィールライトを上記台に対して正確に位置付けるためのアライメント接続手段と、上記プロフィールライトを台に着脱可能に固定するラッチング接続手段とを含む、請求項８に記載のマシンビジョンシステム。
11. 上記第２組の接続手段は、上記プロフィールライトを上記ドッキングステーションに着脱可能に固定するラッチング機構を含み、このラッチング機構が、ラッチング機構を交互に退避させたり再リセットするためのトグルを含む、請求項１０に記載のマシンビジョンシステム。
12. マシンビジョンシステムの作動方法であって、
    台を、テスト対象物をテーブルの上方で支持する固定手段に隣接した第一位置から、ドッキングステーションに隣接した第二位置へと、カメラと一緒にテーブルに沿って移動させる工程と、
    上記第二位置でプロフィール光源を上記台に固定するために、上記プロフィール光源と連携する接続手段を、上記台と連携する接続手段と係合させる工程と、
    上記プロフィール光源を上記ドッキングステーションから解放するために、上記プロフィール光源と連携する他の接続手段を上記ドッキングステーションに連携する接続手段から係合解除する工程と、
    テスト対象物をその下方から照らすために、上記台を、上記カメラおよびプロフィール光源と一緒に、上記ドッキングステーションに隣接した第二位置から上記固定手段に隣接した第一位置へと移動させる工程
    を備えたことを特徴とする方法。
13. 上記係合の工程が、上記台をドッキングステーションに向かって移動させることを含み、上記係合解除の工程が、上記台を上記ドッキングステーションに向かってさらに移動させることを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 上記台を、上記カメラおよび上記プロフィール光源と一緒に、上記固定手段に隣接した第一位置から上記ドッキングステーションに隣接した第二位置へと、移動させる工程と、
    上記第二位置で上記プロフィール光源を上記台から解放するために、上記プロフィール光源と連携する接続手段を、上記台と連携する接続手段から係合解除する工程と、
    上記プロフィール光源を上記ドッキングステーションに固定するために、上記プロフィール光源と連携する上記他の接続手段を、上記ドッキングステーションに連携する上記接続手段に係合させる工程と、
    上記対象物を上記プロフィール光源を用いて下方から照らさずに検査するために、上記台を、上記プロフィール光源から独立して、ドッキングステーションに隣接した第二位置から上記固定手段に隣接した第一位置へと移動させる工程
    とを備えた、請求項１２に記載の方法。

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