JP6161262B2 - 画像測定機のｌｅｄ照明方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像測定機のＬＥＤ照明方法及び装置に係り、特に、共通の高輝度ＬＥＤを用いて、測定対象に対して、低輝度での連続照明と、高輝度でのストロボ照明を行うようにした画像測定機に用いるのに好適な、画像測定機のＬＥＤ照明方法及び装置に関する。

従来、ＣＮＣ画像測定機は、図１に示すように、ＣＣＤカメラ等の撮像手段に対して測定ステージを移動させ、測定箇所で停止させると共に、照明光量を調整して測定対象の画像情報を取得し、取得された画像情報に対して測定ツール設定及びエッジ検出等の画像処理を施すことにより１つの測定箇所の測定を実行する。この測定を測定１、測定２、…のように全ての測定箇所について繰り返し実行することにより、必要な箇所の測定を行うようにしている（以下、このような測定モードを「標準測定モード」と呼ぶ。）。

これに対し、測定のスループットを向上させる目的で、測定箇所でも撮像手段に対して測定ステージを停止させることなく測定動作を行う測定モード（以下、このような測定モードを「非停止測定モード」と呼ぶ。）を備えた画像測定機が提案されている（特許文献１）。この画像測定機は、図２に示すように、測定ステージを測定箇所で停止させることなく測定対象にストロボ照明を照射するか又はシャッター付きのＣＣＤカメラを使用して撮像された瞬間的な画像情報を取り込むことにより画像測定を行うようにしたものである。この非停止測定モードによれば、ステージの移動速度とストロボパルス幅との関係を適切に設定することにより、測定精度をあまり低下させることなく、測定の高速化が実現可能になるという利点がある。

一方近年、ＬＥＤの高輝度化が進み、いわゆる高輝度ＬＥＤが実用化されている。従って、この高輝度ＬＥＤを用いて、標準測定モード用の連続照明と、非停止測定モード用のストロボ照明を行うことが考えられる。

しかしながら、標準測定モードのように測定対象を連続観察する場合など、ＬＥＤを連続点灯して使う場合、高輝度ＬＥＤを定格で点灯すると明るすぎるため、ＬＥＤを軽く駆動する必要がある。ところが、高輝度ＬＥＤは、大電流で高輝度点灯させる場合には安定であるが、小電流で低輝度点灯させると一定輝度を維持できず、輝度が時間的に変化して不安定であるという特性を有する。そこで、高輝度ＬＥＤを低輝度で安定点灯させるには、ＬＥＤ点灯時には大電流を流し、代わりに間欠点灯（パルス点灯）とし、ＬＥＤへの電力供給を少なくする方法が一般的である。

一方、同じ画像測定機において、非停止測定モードのように測定対象を移動しながら画像を取得する場合、画像のぶれを防ぐため測定対象に高輝度光を瞬時照射（ストロボ発光と称する）し、画像データを取得する方法がある。

この場合、ＬＥＤの発光は、ぶれの無い画像を取得するために、点灯幅の狭いストロボ光が必要であり、画像を高精度で取得するためには、ストロボ光を同一のタイミング、同一の光量（輝度や発光時間）など高精度に制御する必要がある。

特表２００４−５３５５８７号公報（段落０００５〜０００６、図２） 特開２００６−１３５２９７号公報

しかしながら、図３（Ａ）に例示するようなパルス点灯方式の光源に、図３（Ｂ）に例示するようなストロボ照明の指令を与えて、ＬＥＤを時間で区切って点灯させると、図３（Ｃ）に示す如く、ストロボ発光の点灯幅とパルス発光の間欠点灯のサイクルのずれから、安定した点灯時間の再現が難しいという問題点を有する。

なお、連続照明用とストロボ照明用で低輝度ＬＥＤと高輝度ＬＥＤを使い分けることも考えられるが、光学部品が増えるため、望ましくない。

一方、ＬＥＤの駆動電流を切り換えるものとして、特許文献２には、発光量の目標値が所定値未満であれば、駆動電流値を最良電流値で一定とし、駆動電流のオンオフを制御するＰＷＭ制御を行う一方、発光量の目標値が所定値以上であれば、連続的に供給する駆動電流の値を変化させる電流値制御を行うことが記載されている。

しかしながら、特許文献２の技術は、ＬＥＤを最も発光効率よく駆動するためのものであり、本願発明のように、連続照明とストロボ照明を切り換えるためのものではなかった。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、共通の高輝度ＬＥＤを用いて、低輝度での安定した連続照明と、高輝度でのストロボ照明を両立させることを課題とする。

本発明は、測定対象に対して、低輝度での連続照明と高輝度でのストロボ照明を行う画像測定機において、共通の高輝度ＬＥＤを用いて、測定箇所毎に測定対象を停止させる標準測定モードで前記停止させる周期よりも速い周期で繰り返し点灯させるパルス点灯により平均照度を下げた擬似連続照明を行うための低輝度連続照明用の駆動回路と、測定箇所でも測定対象を停止させない非停止測定モードで高輝度光を前記測定箇所において１回照射するストロボ照明を行うための高輝度ストロボ照明用の駆動回路とを切り換えることにより前記課題を解決するものである。

ここで、前記低輝度連続照明用の駆動回路がパルス点灯回路を含み、前記高輝度ストロボ照明用の駆動回路が連続点灯回路を含むことができる。

本発明は、又、測定対象に対して、低輝度での連続照明と、高輝度でのストロボ照明を行うための画像測定機のＬＥＤ照明装置において、共通の高輝度ＬＥＤと、測定箇所毎に測定対象を停止させる標準測定モードで前記停止させる周期よりも速い周期で繰り返し点灯させるパルス点灯により平均照度を下げた擬似連続照明を行うための低輝度連続照明用のパルス点灯回路と、測定箇所でも測定対象を停止させない非停止測定モードで高輝度光を前記測定箇所において１回照射するストロボ照明を行うための高輝度ストロボ照明用のストロボ点灯回路と、前記低輝度連続照明用のパルス点灯回路と高輝度ストロボ照明用のストロボ点灯回路とを切り換える切換手段と、を備えることにより前記課題を解決するものである。

ここで、前記ストロボ点灯回路が連続点灯回路を含むことができる。

本発明によれば、測定対象が動きながらの非停止測定モードでの画像取得時に、ＬＥＤ照明による輝度、タイミング、点灯時間などが正確であるストロボ光を提供でき、正確な画像取得ができる。又、画像測定機の標準測定モードで連続観察する際の低輝度照明時でも、連続光が高効率で安定して提供できる。

従って、共通の高輝度ＬＥＤを用いて、ストロボ光による画像の取得のための高精度、高安定なストロボ照明と、平均照度を下げた低輝度での安定した連続照明の両立を図ることができる。

従来の連続点灯による測定状態を示す図 同じくストロボ点灯による測定状態を説明するための図 高輝度ＬＥＤの問題点を説明するためのタイムチャート 本発明が適用される画像測定システムの全体構成を示す斜視図 同じくコンピュータの機能ブロックを示すブロック図 同じく標準測定モードでの測定手順を示すフローチャート 同じく非停止測定モードでの測定手順を示すフローチャート 本発明に係る照明回路の第１実施形態を示すブロック図 参考形態を示すブロック図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係る画像測定システムの全体構成を示す斜視図である。このシステムは、非接触型の画像測定機１と、この画像測定機１を駆動制御すると共に、必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム２と、計測結果をプリントアウトするプリンタ３とにより構成されている。

画像測定機１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、測定対象（以下、ワークと呼ぶ）１２を載置する測定ステージ１３が装着されており、この測定ステージ１３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向（図の前後方向）に駆動される。架台１１の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム１４、１５が固定されており、この支持アーム１４、１５の両上端部を連結するようにＸ軸ガイド１６が固定されている。このＸ軸ガイド１６には、撮像ユニット１７が支持されている。撮像ユニット１７は、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド１６に沿ってＸ軸方向（図の左右方向）に駆動される。撮像ユニット１７の下端部には、ＣＣＤカメラ１８が測定ステージ１３と対向するように装着されている。また、撮像ユニット１７の内部には、図示しない照明装置及びフォーカシング機構の他、ＣＣＤカメラ１８のＺ軸方向（図の上下方向）の位置を移動させる図示しないＺ軸駆動機構が内蔵されている。

コンピュータシステム２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、ジョイスティックボックス（以下、Ｊ／Ｓと呼ぶ）２３、マウス２４及び表示装置（例えばＣＲＴ）２５を備えて構成されている。コンピュータ本体２１は、内部に記憶された所定のプログラムと共に、例えば図５に示す各機能を実現する。

すなわち、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３及びマウス２４等の入力手段からの指示入力に基づいて画像測定機１を制御するためのステージ移動処理部３１、照明調整処理部３２及びその他測定条件調整処理部３３が設けられている。ステージ移動処理部３１は、入力手段からのステージ移動指示入力に基づいて画像測定機１のＸＹＺ軸駆動機構を制御して、ＣＣＤカメラ１８の測定ステージ１３に対する位置を移動させる。

照明調整処理部３２は、標準測定モード時には、図３（Ａ）に例示したように、画像測定機１の照明装置を所定周期で繰り返しパルス点灯させると共に、入力手段からの照明調整指示入力に基づいてパルス点灯のパルス幅を調整し、非停止測定モード時では、指定された測定箇所において、図３（Ｄ）に例示したように、予め設定された時間幅でストロボ点灯させる。

その他測定条件調整処理部３３は、その他の測定条件調整指示入力に基づいてレンズ倍率、フォーカシング調整等、その他の測定条件を調整する。

これら各処理部３１〜３３で調整されたステージ位置、ストロボ点灯のパルス幅の情報及びその他の測定条件情報は、入力手段による所定の指示入力に基づいてパラメータ取込部３４で取り込まれる。パラメータ取込部３４で取り込まれたパラメータは、パラメータ記憶部３５に記憶される。パートプログラム生成部３６は、パラメータ記憶部３５に記憶されたパラメータを使用して測定用のパートプログラムを生成する。生成されたパートプログラムは、パートプログラム記憶部３７に記憶される。

パートプログラム実行部３８は、パートプログラム記憶部３７から必要なパートプログラムを読み出してこれを実行し、パートプログラムに記述された各種命令に従って、ステージ移動処理部３１、照明調整処理部３２、その他測定条件調整処理部３３、画像取得部４２及び画像処理部４３を適宜駆動する。ＣＣＤカメラ１８で撮像された画像情報は、画像記憶部４１に逐次記憶される。画像記憶部４１に記憶された画像情報は、表示装置２５で逐次表示される一方、パートプログラムに基づき画像取得部４２によって静止画としてキャプチャされる。画像処理部４３は、画像取得部４２で取得した画像情報に対して、測定ツールの設定、エッジ検出、座標検出等の画像測定のための画像処理を実行する。

次に、このように構成された本実施形態に係る画像測定システムの測定動作について説明する。

図６は、標準測定モードの画像測定の手順を示すフローチャートである。図示のように、標準測定モードの画像測定では、各測定要素毎に測定ステージの移動／停止、照明設定、画像取得及び画像処理を順次実行し、その箇所の測定が終了したら、次の測定箇所に移動して、同様の処理を実行するという手順で測定が行われている。このように、標準測定モードの画像測定では、測定が要素毎（例えば点測定１、点測定２、…）に完結している。

これに対して、非停止測定モードでは、図７に示すように、測定処理を非停止画像取得と画像処理とに分離する。非停止画像取得では、各測定箇所を通過する測定パスに沿って測定ステージ１３とＣＣＤカメラ１８の相対位置を移動させながら、測定箇所を通過する瞬間にストロボ照明及び画像取得（及び保存）を、全ての測定箇所に対して連続的に実行する。全ての画像取得が終了すると、ステージを停止して画像処理が実行される。画像処理では、取得され一時保存された画像情報を１枚ずつ読み出しながら、エッジ検出等の画像処理を全ての測定箇所に対して連続的に実行する。この非停止測定モードは、標準測定モードのように、測定箇所毎にステージ停止の確認を行う必要がないため、測定作業の高速化を実現できる。

本発明の第１実施形態において、上位コントローラである前記コンピュータシステム２の照明調整処理部３２からの指令に基づいて高輝度ＬＥＤ６０を駆動するための照明制御装置５０は、図８に示す如く、光量制御回路５２と、高輝度ＬＥＤ６０をパルス点灯をさせるためのパルス点灯回路５４と、同じ高輝度ＬＥＤ６０をストロボ点灯させるための連続点灯回路５６及びゲート回路５８と、を備えている。

前記光量制御回路５２は、前記照明調整処理部３２から、パルス点灯やストロボ点灯のコマンドを受け取り、パルス点灯時にパルス点灯回路５４が必要とするパルス幅、繰返し周期、出力電圧・電流などの制御信号をパルス点灯回路５４へ供給すると共に、ストロボ点灯時に連続点灯回路５６及びゲート回路５８が必要とするストロボ点灯タイミング、点灯幅、出力電圧・電流などの制御信号を連続点灯回路５６及びゲート回路５８に供給する。更に、前記照明調整処理部３２からの指令により、ＬＥＤ照明の用途により、パルス点灯回路５４又は（連続点灯回路５６＋ゲート回路５８）のいずれか一方をオン、他方をオフとして高輝度ＬＥＤ６０に供給される駆動電力を切り換える。

本実施形態によれば、パルス点灯に最適化したパルス点灯回路５４と、連続点灯に最適化した連続点灯回路５６を独立して備えているので、それぞれに最適な点灯を行うことができる。

次に、照明制御装置５０の参考形態を図９に示す。

本参考形態は、パルス点灯とストロボ点灯で共通の連続点灯回路５６の出側に点灯周期変更回路７０を設けて、光量制御回路５２の出力により、該点灯周期変更回路７０の点灯周期を変更することにより、パルス点灯とストロボ点灯を行うようにしたものである。

本参考形態によれば、独立したパルス点灯回路とストロボ点灯回路を設ける必要が無く、構成が簡略且つ安価である。

なお、前記実施形態においては、照明制御装置５０内にゲート回路５８を設けて、ストロボ発光させるようにしていたが、ＣＣＤカメラ１８のシャッターで静止画像を得るようにした場合は、ゲート回路５８を省略して、非停止測定モード時に連続点灯回路５６により高輝度ＬＥＤ６０を高輝度で連続点灯させたままとすることもできる。

１…画像測定機
２…コンピュータシステム
１２…ワーク（測定対象）
１３…測定ステージ
１８…ＣＣＤカメラ
３２…照明調整処理部
５０…照明制御装置
５２…光量制御回路
５４…パルス点灯回路
５６…連続点灯回路
５８…ゲート回路
６０…高輝度ＬＥＤ
７０…点灯周期変更回路

Claims (4)

1. 測定対象に対して、低輝度での連続照明と高輝度でのストロボ照明を行う画像測定機において、
   共通の高輝度ＬＥＤを用いて、測定箇所毎に測定対象を停止させる標準測定モードで前記停止させる周期よりも速い周期で繰り返し点灯させるパルス点灯により平均照度を下げた擬似連続照明を行うための低輝度連続照明用の駆動回路と、測定箇所でも測定対象を停止させない非停止測定モードで高輝度光を前記測定箇所において１回照射するストロボ照明を行うための高輝度ストロボ照明用の駆動回路とを切り換えることを特徴とする画像測定機のＬＥＤ照明方法。
2. 前記低輝度連続照明用の駆動回路がパルス点灯回路を含み、前記高輝度ストロボ照明用の駆動回路が連続点灯回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像測定機のＬＥＤ照明方法。
3. 測定対象に対して、低輝度での連続照明と、高輝度でのストロボ照明を行うための画像測定機のＬＥＤ照明装置において、
   共通の高輝度ＬＥＤと、
   測定箇所毎に測定対象を停止させる標準測定モードで前記停止させる周期よりも速い周期で繰り返し点灯させるパルス点灯により平均照度を下げた擬似連続照明を行うための低輝度連続照明用のパルス点灯回路と、
   測定箇所でも測定対象を停止させない非停止測定モードで高輝度光を前記測定箇所において１回照射するストロボ照明を行うための高輝度ストロボ照明用のストロボ点灯回路と、
   前記低輝度連続照明用のパルス点灯回路と高輝度ストロボ照明用のストロボ点灯回路とを切り換える切換手段と、
   を備えたことを特徴とする画像測定機のＬＥＤ照明装置。
4. 前記ストロボ点灯回路が連続点灯回路を含むことを特徴とする請求項３に記載の画像測定機のＬＥＤ照明装置。

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