专利名称：图像测量方法和图像测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像测量方法和图像测量装置，例如涉及设有亮度可变的照明装置和摄影机构，把来自照明装置的照明光照射在被测量物上，用摄像机构拍摄来自该被测量物的反射光，依据拍摄的图像测量被测量物的形状等的图像测量方法和图像测量装置。
背景技术：
设有向被测量物(工件)照射照明光的照明装置和拍摄来自工件的反射光的摄影机构，对用摄影机构拍摄的图像进行适当的图像处理，而测量工件的形状、尺寸、颜色等的图像测量装置已被公知(例如，参照日本特开2000-9459号公报)。
该图像测量装置设有对工件摄影并输出其图像数据的CCD照相机和用于把照明光照射在工件上的环型照明装置。该照明装置经光缆连接到设置在电源单元上的卤灯等发光光源上。
另外，图像测量装置设有控制外加在发光光源上的外加电流而控制发光光源的亮度的照明控制机构和设置成能从外部操作的输入机构而构成。
在这样的构成中，当使用者用输入机构指示照明光的亮度时，照明控制机构以使照明光按所指示的亮度进行照射的方式对发光光源外加上规定的外加电流。通过外加该外加电流，按所指示的亮度使照明光向工件照射。然后，来自工件的反射光被CCD照相机接受，通过对拍摄的图像的边缘进行检出等能测量工件的形状、尺寸、颜色等。
在此，在图像测量中，照射在工件上的照明光、即被照射了照明光的工件的照度是非常重要的。例如，在实际上的照明照度比指示的照度暗的场合，因光量不足而不能得到图像或者不能进行边缘检出。在实际的照明照度比指示的照度亮的场合，由于光饱和使图像模糊(图像消失)而不能进行边缘检出。
即，控制流向发光光源的外加电流来正确地控制照明光在精密的测量中是极其重要的。
另外，在图像测量中，在正确地控制照明光的同时，控制时的响应速度的高速化和能够控制照明光的照射角度也很重要。对于卤灯来说，就有控制亮度时的响应速度慢的缺点。进而，卤灯也有消耗电力大、寿命短等缺点。另外，在经光缆与发光光源连接的照明装置中，控制从各个光纤光缆照射的照明光的点亮/熄灭并控制照明光的照射角度是困难的。
为此，将具有高速反应性、省电、长寿命等特点，能分别控制点亮/熄灭的半导体发光器件(发光二极管，LEDLight Emitting Diode)用做光源的图像测量装置被提出(例如，在日本特开2001-154098号公报中记述的图像传感器等)。
该图像测量装置设有CCD照相机、把工件的图像成像在该CCD照相机上的摄影光学系统、用于反射照明工件的反射照明装置、从摄影光学系统的周围倾斜地照明工件的环型照明装置。这些照明装置分别设有由多只发光二极管构成的光源，根据需要，具有把来自光源的照明光导向工件的照明光学系统。
这些照明装置也与前述的装置一样，可以用照明控制机构控制照度，而对于多只发光二极管，由于可以在每个或每个区段上控制点亮/熄灭、调光，所以可以从任意方向把照明光照射在工件上。从而，通过把发光二极管用作光源，实现了照明装置的小型化，轻量化，与使用卤灯的场合相比，具有可以实现控制速度的高速化、省电和长寿命的效果。
但是，在原有的图像测量装置中，由于无论哪一种装置都是由所控制的发光光源的亮度即工件的照度决定拍摄的图像的亮度，所以由于所得到的图像的亮度被限定在能控制的照度的范围内，因此产生了下面的问题。
即，在工件表面为反射率低的颜色(黑色)等的场合，反射光的光量不足，拍摄的图像的亮度不足，有时不能进行边缘检出。
另外，在把发光二极管用作发光光源的场合，由于与卤灯相比发光二极管的亮度低，所以存在图像的亮度不足的情况。再有，由于发光二极管在每个产品上具有个体差异、亮度在每个个体上不同，所以要以亮度低的产品为准进行控制，结果照明装置全体的亮度被抑制。也可以考虑去除亮度低的产品，只选用高亮度的发光二极管，但当这样选用时，成本就增加了。
另外，可以考虑通过使用亮度更高的发光光源，增加发光光源的设置数量或者提高CCD照相机的增益(放大率)使拍摄的图像变亮，但会产生下面的问题。
例如，在使用高亮度型发光二极管的场合，发热量大往往对测量精度有影响。而在增加发光光源的设置数量的场合，发热量变大，同时导致消耗的电量增加和照明装置的大型化。而且，当提高CCD照相机的增益时，混合在被拍摄的图像中的噪音变大，导致测量精度的恶化。
发明内容
本发明的目的在于，提供即使不使用亮度高的照明装置也能拍摄明亮图像的图像测量方法和图像测量装置。
本发明的图像测量方法，是设有亮度可变的照明装置和曝光时间可变的摄影机构，将来自前述照明装置的照明光照射在被测量物上，用前述摄影机构拍摄来自该被测量物的反射光和/或透射光，根据拍摄出的图像测量前述被测量物的图像测量方法，其特征在于，设有基于从外部设定并输入的指示值，求出基于前述照明装置的亮度的前述被测量物的照度的照度算出步骤和求出前述摄影机构的曝光时间的曝光时间算出步骤，在前述照度算出步骤中按以下方式算出前述照度，即，在前述指示值处于小于等于规定值的范围时，随着该指示值的增加，使前述照度增加至预先设定的设定照度，而在前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时，使前述照度维持前述设定照度，在前述曝光时间算出步骤中按以下方式算出前述曝光时间，即，在前述指示值处于小于等于规定指示值的范围时，使前述曝光时间维持预先设定的设定曝光时间，而在前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时，随着该指示值的增加使前述曝光时间从前述设定曝光时间开始增加，根据算出的照度和曝光时间控制前述照明装置和摄影机构，拍摄具有叠合该照度和曝光时间所得到的规定的亮度的前述图像。
在此，由于拍摄的图像的亮度由基于照明装置的亮度的被测量物的照度和摄影机构的曝光时间的乘积求出，所以即使被测量物的照度是固定的，如果延长摄影机构的曝光时间，图像的亮度会与曝光时间成正比地变亮。
另外，在小于等于与照明装置通常被使用的范围中的最大亮度(被测量物的最大照度)对应的指示值(100％指示值)的范围内，可以对规定指示值进行任意设定。
根据这样的构成，基于从外部设定并输入的指示值，在照度算出步骤和曝光时间算出步骤中算出基于照明装置的亮度的被测量物的照度和摄影机构的曝光时间，同时，依据该算出的照度和曝光时间控制照明装置和摄影机构，所以可以拍摄叠合被测量物的照度和摄影机构的曝光时间所得到的亮度的图像。从而，即使照明装置的亮度的控制范围受限制而不能把亮度提高到其上限以上，通过同时控制并延长摄影机构的曝光时间，在视觉效果上可以拍摄出亮度超过照明装置的亮度调整范围的上限的图像。
另外，在指示值处于小于等于规定指示值的范围时，控制照明装置的亮度来增减被测量物的照度，把摄影机构的曝光时间控制成固定，由此，可以用与原来同样的照明装置的控制方法和摄影机构的摄影方法实施测量。而在指示值处于大于规定指示值的范围时，把照明装置的亮度控制成固定，增减摄影机构的曝光时间，由此可以连续地控制图像的亮度。从而，根据指示值自动地控制照明装置和摄影机构而改变拍摄的图像的亮度，由此测量者不需要单独地控制照明装置或者摄影机构，就可以通过仅输入指示值的容易的操作实施测量作业。
本发明的图像测量方法，在前述照度算出步骤中按以下方式算出前述照度，即，使前述指示值处于小于等于前述规定指示值的范围时的前述照度相对于该指示值以固定的增量进行增加，在前述曝光时间算出步骤中按以下方式算出前述曝光时间，即，前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时的前述曝光时间相对于该指示值以固定的增量进行增加，并且，使叠合前述算出的照度和上述曝光时间所得到的前述图像的亮度相对于前述指示值以固定的增量连续地增加。
根据这样的构成，由于照度和曝光时间被控制成相对指示值以固定的增量增加，而图像的亮度相对于指示值以固定的增量连续地增加，所以测量者容易把握输入的指示值和从该指示值得到的图像的亮度之间的关系，可以用简捷的操作得到合适的亮度的图像，可以提高操作性。
本发明的图像测量方法，最好是，在前述照度算出步骤中，按以下方式算出前述照度，即，使前述指示值处于小于等于前述规定指示值的范围时的前述照度相对于该指示值的增量以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量进行增加，在前述曝光时间算出步骤中，按以下方式算出前述曝光时间，即，使前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时的前述曝光时间相对于该指示值的增量以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量进行增加，同时，叠合前述算出的照度和该曝光时间所得到的前述图像的亮度相对于前述指示值以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量连续地增加。
根据这样的构成，由于照度和曝光时间被控制成相对于指示值以沿着由规定的函数规定的曲线的增量增加，而图像的亮度相对于指示值以沿着由规定的函数规定的曲线的增量连续地增加，所以可以根据指示值的区域适当地设定图像的亮度的增量，可以提高测量精度，例如，如果用在指示值小(暗)的区域中增量变小那样的函数确定指示值和图像的亮度的关系，可以细致地控制暗区域的图像的亮度，可以提高测量精度。
在本发明的图像测量方法中，前述规定指示值最好对应于前述照明装置通常被使用的范围中的最大亮度。
根据这样的构成，通过把与照明装置通常被使用的范围中的最大亮度对应的指示值(100％指示值)设定为规定指示值，对于小于等于100％指示值的指示值，其能把与指示值对应的照明装置的亮度控制在直到最大亮度的范围内，对于大于100％指示值的指示值，照明装置的亮度为固定的最大亮度。从而，由于可以完全有效地灵活使用照明装置能发挥的照明能力，所以可以实现无浪费的照明。
在本发明的图像测量方法中，前述规定指示值也可以对应于在前述照明装置通常被使用的范围中的最大亮度的基础上降低规定比例后的亮度。
根据这样的构成，通过将在100％指示值的基础上降低规定比例后的指示值设定为规定指示值，对于小于等于规定指示值的指示值，与指示值相应地把照明装置的亮度控制在比最大亮度低的亮度的范围内，对于大于规定指示值的指示值，照明装置的亮度成为比最大亮度低的固定亮度。从而，即使在照明装置的发光光源由于每个产品的个体差异而只能获得在最大亮度的基础上降低规定比例后的亮度时，对于大于规定指示值的指示值，可以控制摄影机构的曝光时间来确保图像的亮度，所以可以减小发光光源的产品的差异对照明性能的影响。
本发明的图像测量装置，是设有亮度可变的照明装置和曝光时间可变的摄影机构，来自前述照明装置的照明光照射在被测量物上，用前述摄影机构拍摄来自该被测量物的反射光和/或透射光，根据拍摄的图像测量前述被测量物的图像测量装置，其特征在于，设有基于从外部设定并输入的指示值，控制基于前述照明装置的亮度的前述被测量物的照度的照度控制机构和控制前述摄影机构的曝光时间的曝光时间控制机构，前述照度控制机构按以下方式控制前述照明装置，即，使在前述指示值处于小于等于规定指示值的范围时，随着该指示值的增加，使前述照度增加到被预先设定的设定照度，而在前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时，使前述照度维持前述规定照度，前述曝光时间控制机构按以下方式控制前述摄影机构，即，在前述指示值处于小于等于规定指示值的范围时，使前述曝光时间维持预先设定的设定曝光时间，而在前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时，伴随该指示值的增加，使前述曝光时间从前述设定曝光时间开始增加。
根据这样的构成，可以获得与前述的本发明的图像测量方法相同的效果。
即，即使照明装置的亮度的控制范围受限制而不能把亮度提高到其上限以上，通过同时控制并延长摄影机构的曝光时间，在视觉效果上可以拍摄出超过基于最大亮度的照度的上限的亮度的图像。再有，由于照明装置和摄影机构相应于指示值被自动地控制而使拍摄的图像的亮度进行变化，所以测量者不需要分别控制照明装置或者摄影机构，只需通过输入指示值的容易的操作就可以进行测量。
在本发明的图像测量装置，最好是，前述照度控制机构按以下方式控制前述照明装置，即，使前述指示值处于小于等于前述规定指示值的范围时的前述照度相对于该指示值以固定的增量进行增加，前述曝光时间控制机构按以下方式控制前述摄影机构，即，使前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时的前述曝光时间相对于该指示值以固定的增量进行增加，并且，使叠合前述照度和该曝光时间所得到的前述图像的亮度相对于前述指示值以固定的增量连续地增加。
根据这样的构成，可以获得与技术方案2所述的发明相同的效果。
即，测量者容易把握输入指示值和从该指示值得到的图像的亮度之间的关系，可以用简捷的操作得到合适的亮度的图像，可以提高操作性。
在本发明的图像测量装置中，最好是，前述照度控制机构按以下方式控制前述照明装置，即，使前述指示值处于小于等于前述规定指示值的范围时的前述照度相对于该指示值以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量进行增加，前述曝光时间控制机构按以下方式控制前述摄影机构，即，使前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时的前述曝光时间相对于该指示值以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量进行增加，并且，使叠合前述照度和该曝光时间所得到的前述图像的亮度相对于前述指示值以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量连续地增加。
根据这样的构成，可以获得与技术方案3所述的发明相同的效果。
即，由于可以由规定的函数适当地设定与指示值的区域相对应的图像的亮度的增量，所以可以提高测量精度。
本发明的图像测量装置中，最好前述照明装置设有多个半导体发光器件而构成。
根据这样的构成，由于设有作为发光光源的多个半导体发光器件，所以可以实现照明装置的小型化、轻量化，与使用卤灯的场合相比，也可以实现控制速度的高速化、省电和长寿命。
在本发明的图像测量装置中，最好前述摄影机构由设有固体摄像器件的照相机构成。
在此，作为设有固体摄像器件的照相机，可以采用CCD(电荷耦合器件，charge-coupled Device)照相机、CMOS器件(互补性金属氧化膜半导体器件、Complementary Metal-oxide semiconductor器件)照相机。
根据这样的构成，由于可以实时地将用CCD照相机等拍摄的被测量物的图像作为图像数据进行传送，并对其实施图像处理等，所以可以提高测量效率。另外，对于CCD照相机等，通过电气的控制信号进行曝光时间的控制是很容易的，与设有机械式的快门装置等的通常的照相机相比，可以更正确地实施曝光时间的控制。再有，对于CCD照相机等，可以以规定的帧速连续地拍摄图像，所以可以连续地实施从指示值的输入到图像的亮度的确认的步骤，可以进一步提高测量的作业效率。
在本发明的图像测量装置中，最好是，设有计算机，该计算机具有输入前述指示值的输入机构；存储控制前述照明装置和摄影机构时的、前述指示值与前述照度和前述曝光时间之间的关系的存储机构；基于由前述输入机构输入的指示值和前述存储机构存储的指示值与前述照度和前述曝光时间之间的关系，运算出照度和曝光时间的运算机构；对前述拍摄的图像进行图形处理的图像处理机构；以及显示由该图像处理机构处理的图像的显示机构，其中，前述照度控制机构与前述计算机设置成一体或相对于上述计算机另成一体，根据用前述运算机构运算出的照度控制前述照明装置，前述曝光时间控制机构与前述计算机设置成一体或相对于上述计算机另成一体，根据由前述运算机构运算出的曝光时间控制前述摄影机构。
在此，作为存储在存储机构内的指示值与照度和曝光时间的关系，即可以是把指示值作为变量的计算照度和曝光时间的函数式，也可以是表示相对于指示值的照度和曝光时间的组合的表。
根据这样的构成，通过基于存储在计算机设有的存储机构(存储器或硬盘等)的指示值与照度和曝光时间的关系，由运算机构(CPU等)运算出照度和曝光时间，可以从由输入机构(键盘、按钮、杆等)输入的指示值瞬时地算出照度和曝光时间，可以缩短测量时间并提高测量的作业效率。
图1是表示本发明的第1实施方式的图像测量装置的概略构成的图。
图2是表示前述图像测量装置的构成的框图。
图3A～图3C是分别表示前述图像测量装置的指示值与照度、曝光时间和图像的亮度之间的关系的图。
图4是表示前述图像测量装置的图像测量方法的流程图。
图5A～图5C是分别表示本发明的第2实施方式的图像测量装置的指示值与照度、曝光时间和图像的亮度之间的关系的图。
图6A～图6C是分别表示本发明的第3实施方式的图像测量装置的指示值与照度、曝光时间和图像的亮度之间的关系的图。
具体实施例方式
下面根据附图详细说明本发明的图像测量装置的优选实施方式。在下面的说明中，对同样的构成要素赋予相同的符号并省略或者简化其说明。
图1至图4表示本发明的第1实施方式的图像测量装置1，图5和图6分别表示第2实施方式和第3实施方式的图像测量方法。
图1是表示本实施方式的图像测量装置1的概略构成的图。图2是表示图像测量装置1的构成的框图。图3A～图3C是表示图像测量装置1的指示值与照度、曝光时间和图像的亮度之间的关系的图。图4是表示图像测量装置1中的图像测量方法的流程图。
在图1中，图像测量装置1设有把照明光照射在作为被测量物的工件W上并拍摄来自工件W的反射光的装置主体部10和在处理用该装置主体部10拍摄的工件W的图像的同时控制装置主体部10的动作的装置控制部40而构成。这些装置主体部10和装置控制部40通过电缆2连接。
装置主体部10设有中空箱状的箱体11、载置工件W的载物台12、设置在箱体11上且把照明光照射在工件W上的照明装置20、设置在箱体11内部且接受来自工件W的反射光并进行摄影的摄影机构30。在箱体11的与载物台12相对的底面上，设置以与载物台12上面直交并在上下方向延伸的以光轴A为中心的开口，通过该开口，来自工件W的反射光可以到达摄影机构30上。箱体11和载物台12按以下方式构成，即，其能在与光轴A交叉的平面二方向(X、Y方向)和沿光轴A的方向(Z方向)上通过手动或自动方式进行移动操作，从而可以进行适合的工件W的测量部位的调整和摄影机构30的对焦调整等。
照明装置20包括设置在箱体11内部的沿光轴A从工件W的正上方照射照明光的反射照明部21和包围光轴A地设置在箱体11的底面上且从相对于光轴A倾斜的方向把环状光束的照明光照射在工件W上的斜射照明部25。
反射照明部21设有相对于光轴A从直角方向发射照明光的作为发光光源的卤灯22、对从卤灯22扩散的照明光进行聚光的透镜23、设置在光轴A上向工件W反射来自卤灯22的照明光的半反半透镜24。
斜射照明部25设有以光轴A为中心的中空环状的箱体26、配置在箱体26内的作为发光光源的白色发光二极管(LED)27。LED27以包围光轴A并呈环状的方式设置多个。
另外，斜射照明部25在俯视时被分割成四部分，分成前部、后部、左部和右部，而且，该分割成的前部、后部、左部和右部的照明光的强度分别被独立地控制。
摄影机构30设有沿光轴A配置的对来自工件的反射光进行聚光的聚光透镜31、32、具有接受来自聚光透镜31、32的光的电荷耦合器件33的CCD照相机34而构成。
CCD照相机34通过电荷耦合器件33接受来自工件W的反射光，拍摄工件W的图像。拍摄的图像是由有限个像素构成的图像数据，例如，图像尺寸是512×512像素。例如，各像素是8位的数据，该8位的数据用区分成0～255的256个层次的浓淡值(受光强度值)表示接受的光的强度。来自CCD照相机34的图像数据经电缆2输出到装置控制部40。
另外，CCD照相机34在一秒钟内可以连续地获得数十帧例如30帧(30fps)的图像。再有，CCD照相机34的快门速度是可变的，可以由设定输入指定，调整曝光时间。能调整的曝光时间例如是从2秒到1/10000秒的范围。
装置控制部40设有接受来自CCD照相机34的图像数据并进行图像处理和进行输出显示的计算机41、与该计算机41另成一体设置的调节照明装置20的亮度而控制工件W的照度的作为照度控制机构的照明控制装置50、与计算机41一体设置的作为控制摄影机构30的曝光时间的曝光时间控制机构的帧接收器60而构成。照明控制装置50通过接受来自计算机41的指令而控制外加在照明装置20上的外加电流，调节照明装置20的亮度而控制工件W的照度。帧接收器60接受来自计算机41的指令，把曝光时间控制信号送给摄影机构30并控制CCD照相机34的曝光时间。
再有，照度控制机构也可以与计算机41设置成一体，而曝光时间控制机构也可以相对于计算机41另成一体地设置。
在图2中，计算机41设有设定输入用于指示基于照明装置20的亮度的工件W的照度和CCD照相机34的曝光时间的指示值的输入机构42、作为记忆和存储指示值与照度和曝光时间之间的关系的存储机构的存储器43。再有，计算机41还设有作为处理来自CCD照相机34的图像数据的图像处理机构的图像处理部44、作为输出并显示图像处理部44的处理结果的显示机构的显示部(CRT)45。而且，计算机41还设有作为控制装置控制部40整体的运算机构的CPU(中央控制装置)46，CPU46与输入机构42、存储器43、图像处理部44、CRT45通过总线连接。
另外，如图2所示，照明控制装置50和帧接收器60可以作为照明控制部(照明控制装置)50和照相机控制部(帧接收器)60而分别作为计算机41所搭载的功能部件的一部分被组装入计算机41内。再有，也可以通过把照度控制机构和曝光时间控制机构做成程序化的软件存储在存储器43中，由CPU46进行运算处理，把控制信号输送给照明装置20或摄影机构30来进行照度或曝光时间的控制。
输入机构42由面对外部地设置的可手动操作的柄或按钮等构成。用输入机构42输入工件W的照度和摄影机构30的曝光时间，例如，输入用0％～200％指示的指示值。用输入机构42设定并输入的指示值经总线送往CPU46。
CPU46通过读出存储在存储器43上的照明控制条件式和照相机控制条件式，执行运算这些条件式的程序来算出与从输入机构42送来的指示值相适合的工件W的照度和摄影机构30的曝光时间。而后，CPU46把算出的照度指令给照明控制部(照明控制装置)50，把算出的曝光时间指令给照相机控制部(帧接收器)60。
照明控制部(照明控制装置)50接受来自CPU46的指令，把与指令对应的电流外加在各照明部21、25的各发光光源22、27上而从各照明部21、25照射出照明光。照相机控制部(帧接收器)60接受来自CPU46的指令，把与指令对应的具有相当于曝光时间的脉冲宽度的脉冲作为控制信号(外部触发信号)送给CCD照相机34，设定CCD照相机34的快门速度。由此，用CCD照相机34拍摄遵照了被控制的照度和曝光时间的工件W的图像，该图像数据被送往图像处理部44。
再有，作为控制CCD照相机34的曝光时间的方法，不限定于经帧接收器60把外部触发信号送往CCD照相机34的方式，如果是设有曝光时间控制机构的照相机，例如，也可以经RS232C等电缆把曝光时间的信息从计算机41送往照相机。
图像处理部44处理用CCD照相机34拍摄的图像数据并进行边缘检出等，通过运算处理求出工件W的形状、尺寸、颜色等。
CRT45显示用图像处理部44求出的图像测量结果。
在本实施方式中，存储在存储器43中的照明控制条件式和照相机控制条件式如下面那样被定义。
在此，规定指示值为与照明装置20的各发光光源22、27通常使用的范围中的最大亮度对应的指示值(100％指示值)。
在照明控制条件式中，用x表示指示值，在该指示值x处于小于等于100％指示值(x＝100)的范围时和指示值x处于大于100％指示值的范围时，基于照明装置20的各亮度的工件W的照度L，如下面那样分别被算出。这时，l表示基准照度[lx]，为与各发光光源22、27中的最大亮度对应的最大照度的1/100。
指示值x处于小于等于100％指示值的范围时的照度L，用下式算出。
L＝l·x另外，指示值x处于大于100％指示值的范围时的照度L，用下式算出。
L＝100·l
这样的指示值和照度的关系，表示在图3A的照明控制曲线上。即，按以下方式算出照度，在指示值处于小于等于100％指示值的范围时，照度与指示值成正比并以固定的增量增加到规定照度(最大照度)，而在指示值处于大于100％指示值的范围时，使照度维持作为设定照度的最大照度(100·l)。
在照相机控制条件式中，用x表示指示值，在该指示值x处于小于等于100％指示值(x＝100)的范围时和指示值x处于大于100％指示值的范围时，各曝光时间E分别如下面那样算出。这时，e表示基准曝光时间[sec]，为与作为一般的CCD照相机34的帧速度的30fps对应的1/30sec。
指示值x处于小于等于100％指示值的范围时的曝光时间E，由下式算出。
E＝e指示值x处于大于100％指示值的范围时的曝光时间E，由下式算出。
E＝e·x/100这样的指示值和曝光时间的关系，表示在图3B的照相机曝光时间控制曲线上。即，按以下方式算出曝光时间，在指示值处于小于等于100％指示值的范围时，曝光时间维持设定曝光时间(1/30sec)，而在指示值处于大于100％指示值的范围时，曝光时间与指示值成正比并以固定的增量增加。这时，曝光时间在指示值为200％的位置上是上述的固定曝光时间(1/30sec)的2倍，被设定为1/15sec。
而且，由以上那样的照明控制条件式和照相机控制条件式算出的照度L和曝光时间E决定用CCD照相机34拍摄的图像的亮度。即，图像的亮度G与照度L和曝光时间E的乘积、及由CCD照相机34的增益或聚光透镜31、32的光圈数所(NA)决定的常数成正比，由下式(1)求出。
G＝g·L·E (1)在该(1)式中代入上述的照度L和曝光时间E，则指示值x处于小于等于100％指示值的范围时的图像的亮度G由下式求得。
G＝g·l·e·x而指示值x处于大于100％指示值的范围时的图像的亮度G由下式求得。
G＝g·100l·e·x/100＝g·l·e·x这样，指示值和图像的亮度的关系，可以用与指示值的范围无关的通式(G＝g·l·e·x)来表示，可以作为与指示值x成正比的值来求出。即，如图3C所示，在指示值的全部范围内，图像的亮度以固定的增量连续地增加。
下面参照图4所示的流程图对图像测量装置1中的图像测量方法进行说明。
首先，从输入机构42输入指示值(ST1)。
一旦输入指示值，CPU46从存储器43中读出照明控制条件式并根据指示值x算出工件W的照度L(照明装置20的亮度)(ST2)，同时从存储器43中读出照相机控制条件式并根据指示值x算出摄影机构30的曝光时间E(ST3)。即，由ST2构成照度算出步骤，由ST3构成曝光时间算出步骤。
接着，根据算出的照度L和曝光时间E，控制照明装置20的亮度和CCD照相机34而向工件W照射照明光，同时用CCD照相机34拍摄工件W的图像，把拍摄的图像数据输入图像处理部44(ST4)。然后，在图像处理部44中进行图像处理(ST5)，在CRT45上显示图像测量结果(ST6)。
接着，在ST7中测量者视觉辨认显示的图像测量结果的图像的亮度，判断图像的亮度是否合适。如果图像的亮度合适，即，如果以能可靠地识别工件W的图像信息(形状、尺寸、颜色等)的亮度进行显示，则结束测量。但是，在图像的亮度不合适，即显示的图像较暗，不能可靠地进行边缘检出等的场合，或显示的图像过亮而使图像消失的场合，再次输入指示值(ST1′)继续进行测量。
在以上那样的图像测量方法中，判断图像的亮度是否合适(ST7)并再次输入指示值(ST1′)的操作，可以连续地实施。即，CCD照相机34在1秒钟内可以连续取得数十帧的图像，可以用图像处理部44连续处理连续取得的工件W的图像，可以在CRT45上连续显示。而且，测量者可以一边观察在CRT45上连续显示的测量结果的图像，一边操作输入机构42并连续地输入、更新指示值。从而，可以连续地反复实施ST1′～ST7的操作，直到由基于再次输入的指示值的照度和曝光时间拍摄的图像成为合适的亮度为止。
再有，在CRT45上连续显示的图像的帧速，如果是7.5fps或7.5fps以上，在实用上设有问题，从而，曝光时间可以延长到1/30Sec的4倍(1/7.5sec)左右。
根据以上那样的本实施方式，可以得到如下的效果。
(1)基于从输入机构42输入的指示值x，算出工件W的照度L和摄影机构30的曝光时间E，根据该算出的照度L和曝光时间E控制照明装置20和摄影机构30、拍摄具有规定的亮度的图像。从而，即使不把工件W的照度L提高到照明装置20的发光光源22、27的最大亮度以上，也可以通过控制并延长CCD照相机34的曝光时间E来拍摄比用发光光源22、27的最大亮度得到的图像的亮度还亮的图像。
(2)由于根据照明控制条件式和照相机控制条件式能自动地算出与指示值的范围对应的工件W的照度L和摄影机构30的曝光时间E，可以变更拍摄的图像的亮度G，所以不需要测量者分别控制照明装置20或者摄影机构30，通过只输入指示值x的容易的操作就可以实施测量作业。
(3)由于照度L和曝光时间E被控制成相对于指示值x以固定的增量增加，同时图像的亮度G相对于指示值x以固定的增量连续地增加，所以容易由测量者把握输入的指示值x与从该指示值x得到的图像的亮度的关系，可以用快速的操作得到合适的亮度的图像，可以提高操作性。
(4)由于把规定指示值定为与发光光源的最大亮度对应的指示值(100％指示值)，在是小于等于100％指示值的指示值x时，与指示值x对应地把工件W的照度L控制在直到最大照度的范围内，在是大于100％指示值x时，使工件W的照度L成为最大照度并固定不变。从而，由于可以完全有效地活用照明装置20所能发挥的照明能力，所以可以实现无浪费的照明。
(5)由于斜射照明部25的发光光源由多个LED27构成，所以与使用卤灯的场合相比，可以实现控制速度的高速化、省电和长寿命。
(6)由于在摄影机构30中使用了CCD照相机34，所以可以将用CCD照相机34拍摄的工件W的图像作为图像数据实时地进行输送，并对其实施图像处理等，可以提高测量效率。另外，对于CCD照相机34而言，通过电气的控制信号实施曝光时间的控制是很容易的，所以与设有机械式的快门装置等的通常的照相机相比，可以更正确地进行曝光时间的控制。
(7)再有，由于用CCD照相机34可以连续地以规定的帧速拍摄图像，所以可以连续地反复实施从指示值x的输入到图像的亮度的确认为止的工序，可以进一步提高测量效率。
(8)基于在计算机41设有的存储器43中存储的指示值x与照度L和曝光时间E之间的关系，由CPU46运算出照度L和曝光时间E，由此可以瞬时地由从输入机构42输入的指示值x运算出照度L和曝光时间E，可以缩短测量时间并提高测量的作业效率。
下面根据图5A～图5C对本发明的第2实施方式进行说明。
图5A～图5c是表示本实施方式中的指示值与照度、曝光时间和图像的亮度之间的关系的图。
本实施方式的图像测量装置1的构成和图像测量方法与前述第1实施方式大致相同，只是设定指示值x与照度L和曝光时间E的关系的条件式与第1实施方式不同。下面对不同点进行详细地说明。
用于算出工件W的照度L的照明控制条件式和用于算出摄影机构30的曝光时间E的照相机控制条件式，在本实施方式中，是按如下方式被定义的。
规定指示值为对应于在照明装置20的各发光光源22、27被通常使用的范围内的最大亮度的基础上降低规定比例后的亮度的指示值(图5A中用A表示)。作为降低规定的比例后的亮度，例如，是相对于最大亮度A％左右的亮度(A％照度)，与该A％照度对应的指示值是A％指示值。
在照明控制条件式中，在指示值x处于小于等于A％指示值(x＝A)的范围时和指示值x处于大于A％指示值的范围时，照度L分别如下面那样被算出。
指示值x处于小于等于A％指示值的范围时的照度L，用下式算出。
L＝l·x指示值x处于大于A％指示值的范围时的照度L，用下式算出。
L＝A·l这样的指示值和照度的关系，表示在图5A的照明控制曲线上。即，按以下方式算出照度L，在指示值处于小于等于A％指示值的范围时，照度与指示值成正比并以固定的增量增加至设定照度(A％照度)，而在指示值处于大于A％指示值的范围时，使照度维持设定照度(A％照度)。
在照相机控制条件式中，在该指示值x处于小于等于A％指示值(x＝A)的范围时和指示值x处于大于A％指示值的范围时，曝光时间E分别如下面那样被算出。
在指示值x处于小于等于A％指示值的范围时的曝光时间E用下式算出。
E＝e在指示值x处于大于A％指示值的范围时的曝光时间E用下式算出。
E＝e·x/A这样的指示值和曝光时间的关系，用图5B的照相机曝光时间控制曲线表示。即，按以下方式算出曝光时间E，在指示值处于小于等于A％指示值的范围时，曝光时间维持设定曝光时间e(例如1/30sec)，而在指示值处于大于A％指示值的范围时，曝光时间与指示值成正比并以固定的增量增加。
而且，把由以上那样的照明控制条件式和照相机控制条件式算出的照度L和曝光时间E代入前述式(1)中，如下面那样求出图像的亮度。
指示值x处于小于等于A％指示值的范围时的图像的亮度G，用下式求出。
G＝g·l·e·x指示值x处于大于A％指示值的范围时的图像的亮度G，用下式求出。
G＝g·A·l·e·x/A＝g·l·e·x这样，指示值和图像的亮度的关系，与前述的第1实施方式一样，能用与指示值的范围无关的通式(G＝g·l·e·x)表示，如图5C所示，在指示值的全部范围内，图像的亮度以固定的增量连续地增加。
再有，例如，在把上述A％定为80％的场合，在处于小于等于80％指示值的范围时，如果把摄影机构30的曝光时间设定为1/30秒，用100％指示值，曝光时间大约延长20％，成为1/24秒左右。为此，在100％指示值的情况下，帧速下降至24fps左右(相当于1/24sel的曝光时间)，但在实用上可以实现没有问题的测量操作。
根据以上那样的本实施方式，除了前述的效果还能得到如下的效果。
(9)即使在照明装置20的发光光源22、27由于每个产品的个体差异而只能得到在最大亮度的基础上降低规定的比例(％A)后的亮度的场合，由于在超过A％指示值的指示值x的范围内，可以控制摄影机构30的曝光时间并确保图像的亮度G，所以可以减小发光光源22、27的产品误差对照明性能的影响。
下面根据图6A～图6C对本发明的第3实施方式进行说明。
图6A～图6C是表示本实施方式中的指示值与照度、曝光时间和图像的亮度之间的关系的图。
本实施方式的图像测量装置1的构成和图像测量方法与前述的第1实施方式大致相同，只是设定指示值x与照度L和曝光时间E的关系的条件式与第1实施方式不同。下面对于不同点进行详细地说明。
用于算出工件W的照度L的照明控制条件式和用于算出摄影机构30的曝光时间E的照相机控制条件式，在本实施方式中按下面那样的方式进行定义。
规定指示值为与照明装置20的各发光光源22、27通常使用的范围中的最大亮度对应的指示值(100％指示值)。
在照明控制条件式中，在指示值x处于小于等于100％指示值的范围时和指示值x处于大于100％指示值的范围时，其照度L分别如下面那样被算出。
指示值x处于小于等于100％指示值的范围时的照度L，作为指示值x的函数，如下面那样算出。
L＝l(x)指示值x处于大于100％指示值的范围内的照度L，在函数l(x)中用100代入x中，作为固定值，如下面那样算出。
L＝l(100)这样的指示值和照度的关系，被表示在图6A的照明控制曲线上。即，按以下方式算出照度L，在指示值处于小于等于100％指示值的范围时，照度相对于指示值以沿着由函数l(x)规定的曲线的增量增加，直至作为设定照度的最大照度，而在指示值处于大于100％指示值的范围时，使照度维持设定照度(最大照度)。
在照相机控制条件式中，在指示值x处于小于等于100％指示值(x＝100)的范围时和指示值x处于大于100％指示值的范围时，曝光时间E分别如下面那样被算出。
指示值x处于小于等于100％指示值的范围时的曝光时间E，用下式算出。
E＝e
指示值x处于大于100％指示值的范围时的曝光时间E，用下式算出。
E＝e·l(x)/l(100)这样的指示值和曝光时间的关系，表示在图6B的照相机曝光时间控制曲线上。即，按以下方式算出曝光时间E，在指示值处于小于等于100％指示值的范围时，曝光时间维持设定曝光时间e(例如1/30sec)，而在指示值处于大于100％指示值的范围时，使曝光时间相对于指示值以沿着由函数l(x)规定的曲线的增量进行增加。
然后，把由以上的照明控制条件式和照相机控制条件式算出的照度L和曝光时间E代入前述(式1)，图像的亮度G可以如下面那样被求出。
指示值x处于小于等于100％指示值的范围时的图像的亮度G，用下式求出。
G＝g·e·l·(x)指示值x处于大于100％指示值的范围时的图像的亮度G，用下式求出。
G＝g·l(100)·e·l(x)/l(100)＝g·e·l(x)这样，指示值和图像的亮度的关系，与前述的第1实施方式一样，能用与指示值的范围无关的通式(G＝g·e·l(x))表示，如图5C所示，图像的亮度相对于指示值以沿着由函数l(x)所确定的曲线的增量连续地增加。函数l(x)描绘出下凹的曲线，在指示值小(暗)的区域，增量变小。即，在暗的区域，可以细致地控制图像的亮度。
再有，函数l(x)不局限于下凸的曲线，也可以是上凸曲线，也可以是与指示值对应的曲率反转的曲线。
根据以上那样的本实施方式，除了前述效果外，还能得到如下的效果。
(10)由于在暗的区域可以细致地控制图像的亮度G，所以可以提高测量精度。例如，在工件W表面的光反射率高，反射照明部21的照明正反射而入射到CCD照相机34上的场合，照明光过亮时，拍摄的图像往往发生光晕现象，但即使在这样的工件W上，由于在暗的区域可以微调整，所以可以拍摄合适的亮度的图像。
再有，本发明的图像测量方法和图像测量装置，不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的思想的范围内可以进行各种变更。
例如，在前述各实施方式中，图像测量装置1设有独立地设置的装置主体部10和装置控制部40而构成，但不局限于此，也可以一体地构成这些装置主体部和装置控制部。在装置主体部10上一体地设置了照明装置20、摄影机构30，也可以使照明装置和摄影机构各成一体。
另外，在前述各实施方式中，通过用照明控制装置50控制施加在作为照明装置20的发光光源的卤灯22或发光二极管27上的电流来调整照明装置20的亮度而控制工件W的照度，但不局限于此，也可以通过增减点亮的发光光源的数量来调整照明装置的亮度。
另外，在前述各实施方式中，装置控制部40设有计算机41，计算机41设有存储器43、图像处理部44、CPU46等，但不局限于此，也可以分别用独立的机构构成存储机构和运算机构等。另外，装置控制部40和装置主体部10也不局限于用电缆2连接，也可以用无线通信手段发送和接受控制信号和图像数据。
另外，在前述各实施方式中，由反射照明部21和斜射照明部25构成照明装置20，但也不局限于此，也可以只用反射照明和斜射照明中的任一种来构成，也可以设有从载物台12的下方通过工件W向摄影机构照射照明光的透射照明。在设置这样的透射照明的场合，最好为能控制透射照明的照度的构成。
权利要求
1.一种图像测量方法，是设有亮度可变的照明装置和曝光时间可变的摄影机构，将来自前述照明装置的照明光照射在被测量物上，用前述摄影机构拍摄来自该被测量物的反射光和/或透射光，根据拍摄出的图像测量前述被测量物的图像测量方法，其特征在于，设有基于从外部设定并输入的指示值，求出基于前述照明装置的亮度的前述被测量物的照度的照度算出步骤和求出前述摄影机构的曝光时间的曝光时间算出步骤，在前述照度算出步骤中按以下方式算出前述照度，即，在前述指示值处于小于等于规定值的范围时，随着该指示值的增加，使前述照度增加至预先设定的设定照度，而在前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时，使前述照度维持前述设定照度，在前述曝光时间算出步骤中按以下方式算出前述曝光时间，即，在前述指示值处于小于等于规定指示值的范围时，使前述曝光时间维持预先设定的设定曝光时间，而在前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时，随着该指示值的增加使前述曝光时间从前述设定曝光时间开始增加，根据算出的照度和曝光时间控制前述照明装置和摄影机构，拍摄具有叠合该照度和曝光时间所得到的规定的亮度的前述图像。
2.如权利要求1所述的图像测量方法，其特征在于，在前述照度算出步骤中按以下方式算出前述照度，即，使前述指示值处于小于等于前述规定指示值的范围时的前述照度相对于该指示值以固定的增量进行增加，在前述曝光时间算出步骤中按以下方式算出前述曝光时间，即，前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时的前述曝光时间相对于该指示值以固定的增量进行增加，并且，使叠合前述算出的照度和该曝光时间所得到的前述图像的亮度相对于前述指示值以固定的增量连续地增加。
3.如权利要求1所述的图像测量方法，其特征在于，在前述照度算出步骤中，按以下方式算出前述照度，即，使前述指示值处于小于等于前述规定指示值的范围时的前述照度相对于该指示值的增量以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量进行增加，在前述曝光时间算出步骤中，按以下方式算出前述曝光时间，即，使前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时的前述曝光时间相对于该指示值的增量以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量进行增加，同时，叠合前述算出的照度和该曝光时间所得到的前述图像的亮度相对于前述指示值以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量连续地增加。
4.如权利要求1所述的图像测量方法，其特征在于，前述规定指示值对应于前述照明装置通常被使用的范围中的最大亮度。
5.如权利要求1所述的图像测量方法，其特征在于，前述规定指示值对应于在前述照明装置通常被使用的范围中的最大亮度的基础上降低规定比例后的亮度。
6.一种图像测量装置，是设有亮度可变的照明装置和曝光时间可变的摄影机构，来自前述照明装置的照明光照射在被测量物上，用前述摄影机构拍摄来自该被测量物的反射光和/或透射光，根据拍摄的图像测量前述被测量物的图像测量装置，其特征在于，设有基于从外部设定并输入的指示值，控制基于前述照明装置的亮度的前述被测量物的照度的照度控制机构和控制前述摄影机构的曝光时间的曝光时间控制机构，前述照度控制机构按以下方式控制前述照明装置，即，使在前述指示值处于小于等于规定指示值的范围时，随着该指示值的增加，使前述照度增加到被预先设定的设定照度，而在前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时，使前述照度维持前述设定照度，前述曝光时间控制机构按以下方式控制前述摄影机构，即，在前述指示值处于小于等于规定指示值的范围时，使前述曝光时间维持预先设定的设定曝光时间，而在前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时，伴随该指示值的增加，使前述曝光时间从前述设定曝光时间开始增加。
7.如权利要求6所述的图像测量装置，其特征在于，前述照度控制机构按以下方式控制前述照明装置，即，使前述指示值处于小于等于前述规定指示值的范围时的前述照度相对于该指示值以固定的增量进行增加，前述曝光时间控制机构按以下方式控制前述摄影机构，即，使前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时的前述曝光时间相对于该指示值以固定的增量进行增加，并且，使叠合前述照度和该曝光时间所得到的前述图像的亮度相对于前述指示值以固定的增量连续地增加。
8.如权利要求6所述的图像测量装置，其特征在于，前述照度控制机构按以下方式控制前述照明装置，即，使前述指示值处于小于等于前述规定指示值的范围时的前述照度相对于该指示值以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量进行增加，前述曝光时间控制机构按以下方式控制前述摄影机构，即，使前述指示值处于大于前述规定指示值的范围时的前述曝光时间相对于该指示值以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量进行增加，并且，使叠合前述照度和该曝光时间所得到的前述图像的亮度相对于前述指示值以沿着由规定的函数所确定的曲线的增量连续地增加。
9.如权利要求6所述的图像测量装置，其特征在于，前述照明装置设有多个半导体发光器件而构成。
10.如权利要求6所述的图像测量装置，其特征在于，前述摄影机构由设有固体摄像器件的照相机构成。
11.如权利要求6至8中的任一项所述的图像测量装置，其特征在于，设有计算机，该计算机具有输入前述指示值的输入机构；存储控制前述照明装置和摄影机构时的、前述指示值与前述照度和前述曝光时间之间的关系的存储机构；基于由前述输入机构输入的指示值和前述存储机构存储的指示值与前述照度和前述曝光时间之间的关系，运算出照度和曝光时间的运算机构；对前述拍摄的图像进行图形处理的图像处理机构；以及显示由该图像处理机构处理的图像的显示机构，其中，前述照度控制机构与前述计算机设置成一体或相对于上述计算机另成一体，根据用前述运算机构运算出的照度控制前述照明装置，前述曝光时间控制机构与前述计算机设置成一体或相对于上述计算机另成一体，根据由前述运算机构运算出的曝光时间控制前述摄影机构。
全文摘要
一种图像测量方法和图像测量装置，由于设有基于从外部设定并输入的指示值求出基于照明装置(20)的亮度的被测量物(W)照度的照度算出步骤和求出摄影机构(30)的曝光时间的曝光时间算出步骤，根据算出的照度和曝光时间控制照明装置(20)和摄影机构(30)并拍摄图像，所以可以拍摄叠合被测量物(W)的照度和摄影机构(30)的曝光时间所得到的亮度的图像。从而，即使照明装置(20)的亮度的控制范围受限制，不能把亮度提高到其上限以上，通过时间控制并延长摄影机构(30)的曝光时间，在外观上可以拍摄亮度超过照明装置(20)的亮度的上限的图像。
文档编号G01J3/50GK1573283SQ20041004796
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月9日 优先权日2003年6月9日
发明者吉田博行 申请人:株式会社三丰