專利名稱：背光視覺機(jī)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視覺機(jī)器，具體涉及采用背光照明來檢測(cè)物體邊緣輪廓的視覺機(jī)器。
背景技術(shù)：
用于檢查物體表面輪廓的視覺機(jī)器系統(tǒng)是已知的。常見的視覺機(jī)器包括附連到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的可移動(dòng)主軸上的成像相機(jī)。然后，CMM可以精確控制成像相機(jī)相對(duì)于位于CMM床體上的物體的移動(dòng)，由此允許獲取物體的圖像。采用適當(dāng)?shù)能浖治鑫矬w的這種圖像允許測(cè)量物體的表面或邊緣特征。已經(jīng)知道利用視覺機(jī)器系統(tǒng)獲取物體圖像，這種視覺機(jī)器系統(tǒng)采用順光照明或背光照明。如果要求獲得物體的邊緣輪廓，則優(yōu)選使用背光視覺機(jī)器系統(tǒng)以防止來自物體的反射向邊緣檢測(cè)分析過程引入誤差。已經(jīng)知道可以采用多種方式提供必要的背光照明。對(duì)于較小的機(jī)器來說，CMM的床體可以簡(jiǎn)單地包括玻璃片，物體可以安置在玻璃片上。安置在玻璃片下面的光源則用于從后面照亮物體。如果需要使用較大的機(jī)器(例如，幾米橫幅) 和/或測(cè)量較重的物體(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)組)，則保證機(jī)械穩(wěn)定性所要求的玻璃厚度能夠顯著增大。對(duì)于這種大型機(jī)器，同時(shí)照亮整個(gè)機(jī)器床體的范圍也變得不切實(shí)際。在這種情況下， 已經(jīng)知道在玻璃下方與攜帶視頻相機(jī)的CMM主軸同步地移動(dòng)準(zhǔn)直光源。這種結(jié)構(gòu)體積龐大并且大大增加了更大的視覺機(jī)器系統(tǒng)的成本。在輪廓形狀檢查領(lǐng)域，早先已經(jīng)提出使用后方照亮的熒光屏，例如參見 JP2004-340847。在電路板制造領(lǐng)域也描述了向電路板結(jié)構(gòu)的選定部分增加熒光試劑，以允許檢查焊料圖案，例如參見US5039868、US4816686和US4692690。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面，一種視覺機(jī)器裝置包括用于對(duì)物體成像的成像傳感器； 用于產(chǎn)生具有第一屬性的輻射的輻射源；和用于將具有第一屬性的輻射轉(zhuǎn)化為具有第二屬性的輻射的輻射轉(zhuǎn)換器；所述輻射源布置成將具有第一屬性的輻射投射到所述輻射轉(zhuǎn)換器上，由此產(chǎn)生具有第二屬性的輻射，所述輻射轉(zhuǎn)換器布置成利用具有第二屬性的輻射照亮將被所述成像傳感器成像的物體，其中待成像物體位于所述輻射轉(zhuǎn)換器和所述成像傳感器之間，所述物體因此被所述輻射轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的具有第二屬性的輻射進(jìn)行背光照明，其中所述輻射源布置成將具有第一屬性的輻射投射到所述待成像物體上以及所述輻射轉(zhuǎn)換器上。因此，本發(fā)明提供了一種背光或輪廓照亮的視覺機(jī)器，所述機(jī)器具有用于給物體成像的成像傳感器，所述物體諸如是待測(cè)量的工件。所述成像傳感器，正如以下更為詳細(xì)地描繪，可以包括已知類型的彩色相機(jī)系統(tǒng)。還提供了輻射源來產(chǎn)生具有第一屬性的輻射，并且在使用時(shí)，這種輻射投射(例如，聚焦)到待測(cè)量物體上而且也投射到輻射轉(zhuǎn)換器上，所述輻射轉(zhuǎn)換器將至少一些所述輻射轉(zhuǎn)換為具有第二(不同)屬性的輻射。由輻射轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的具有第二屬性的輻射因此從后方照亮了由所述成像傳感器觀察的物體。提供這種類型的背光照明結(jié)構(gòu)當(dāng)在由成像傳感器獲取的物體圖像上實(shí)施邊緣檢測(cè)處理時(shí)特別有用。在以下所述的優(yōu)選實(shí)施方式中，輻射源包括紫外(UV)光源，該光源輸出具有UV波譜區(qū)域內(nèi)的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光。輻射轉(zhuǎn)換器包括吸收這種UV光并發(fā)熒光而產(chǎn)生藍(lán)光的熒光材料。在這樣的例子中，輻射轉(zhuǎn)換器的作用是將UV光轉(zhuǎn)換成藍(lán)光(可見光)波譜區(qū)域內(nèi)的波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光。在這個(gè)例子中，具有第一屬性的輻射可以看作包括具有UV波長(zhǎng)范圍內(nèi)的特定光譜的光，而具有第二屬性的輻射包括在(可見)藍(lán)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有特定光譜的光。由熒光材料產(chǎn)生的(可見)藍(lán)光從后方照亮了由所述成像傳感器成像的物體。如上所述概述，輻射轉(zhuǎn)換器形成用于為物體成像的視覺機(jī)器裝置的一部分。優(yōu)選， 輻射轉(zhuǎn)換器與待成像的物體分開，即輻射轉(zhuǎn)換器優(yōu)選并不連接到待成像的物體或者并不以任何方式與其集成在一起。具有優(yōu)勢(shì)的是，輻射轉(zhuǎn)換器與待成像的物體分隔開。例如，輻射轉(zhuǎn)換器優(yōu)選位于待成像物體后方特定的距離。本發(fā)明相對(duì)于上述這種現(xiàn)有視覺系統(tǒng)所帶來的優(yōu)勢(shì)在于，輻射源不需要置于需要照明的物體后方。相反，輻射轉(zhuǎn)換器(例如，熒光材料片)可以置于允許對(duì)物體進(jìn)行后方或輪廓照明的地方，而輻射源定位較遠(yuǎn)。特別是，根據(jù)本發(fā)明對(duì)物體進(jìn)行背光照明要求只有輻射轉(zhuǎn)換器置于物體后方，而輻射源本身可以放置地遠(yuǎn)離該物體(例如，在物體前方，可選地置于成像傳感器處或其附近)并且布置成將光線投射到所述輻射轉(zhuǎn)換器上。本發(fā)明可以認(rèn)為對(duì)于在CMM上實(shí)現(xiàn)背光照明非常有好處，而不必提供復(fù)雜的背光照明結(jié)構(gòu)，諸如提供包含適當(dāng)光源的CMM工作臺(tái)，只需要將輻射轉(zhuǎn)換器(例如，熒光材料片)包含在CMM工作臺(tái)上。 本發(fā)明因此簡(jiǎn)化了視覺機(jī)器的結(jié)構(gòu)，由此節(jié)省了成本?？梢栽谳椛湓春洼椛滢D(zhuǎn)換器之間提供任何方便的空間關(guān)系。輻射源例如可以以傾斜角度或者從側(cè)部照亮輻射轉(zhuǎn)換器或者其一部分。輻射源和輻射轉(zhuǎn)換器之間的相對(duì)空間位置可以固定或者在使用中改變。如上所概述，輻射源布置成將具有第一屬性的輻射投射到待成像的物體以及輻射轉(zhuǎn)換器上，從而為物體提供背光照明。例如，待成像的物體可以位于輻射源和輻射轉(zhuǎn)換器之間。具有第一屬性的輻射則可以照亮物體前部(即對(duì)于成像傳感器可見的物體部分)也可以落在輻射轉(zhuǎn)換器的一定區(qū)域上。雖然所述物體將在這種結(jié)構(gòu)的輻射轉(zhuǎn)換器上投下陰影，但是具有第二屬性的輻射將由輻射轉(zhuǎn)換器的周圍區(qū)域產(chǎn)生并為物體提供背光照明。優(yōu)選，輻射轉(zhuǎn)換器具有第一面部。來自輻射源的輻射具有優(yōu)勢(shì)地入射到所述第一面部。從所述第一面部發(fā)出的具有第二屬性的輻射優(yōu)選布置成照亮待成像的物體。因此， 優(yōu)選輻射將入射到輻射轉(zhuǎn)換器上發(fā)出用于照亮物體的輻射的相同面部。具有優(yōu)勢(shì)的是，輻射轉(zhuǎn)換器基本上為平面，并且具有第一平坦表面，該第一平坦表面接收具有第一屬性的輻射并發(fā)出具有第二屬性的輻射。應(yīng)該注意，照亮物體和輻射轉(zhuǎn)換器意味著并非具有第一屬性的全部輻射都到達(dá)輻射轉(zhuǎn)換器(例如，一些輻射將從待成像的物體直接反射)。而且，輻射轉(zhuǎn)換器可能不提供完全的轉(zhuǎn)換，例如一些具有第一屬性的輻射可以簡(jiǎn)單地從輻射轉(zhuǎn)換器反射。因此，優(yōu)選提供濾波器以顯著地防止具有第一屬性的輻射到達(dá)成像傳感器。濾波器例如可以連接到成像傳感器的鏡頭或者設(shè)置在成像傳感器的成像系統(tǒng)的某處。濾波器優(yōu)選允許具有第二屬性的輻射到達(dá)成像傳感器。濾波器可以是反射式或透射式濾波器。也可以同時(shí)使用基于軟件的濾波器，或者替代地使用基于軟件的濾波器。
如果具有第一屬性的輻射包括與具有第二屬性的輻射波長(zhǎng)不同的輻射，則濾波器可以包括波長(zhǎng)選擇濾波器。濾波器可以包括波長(zhǎng)截止濾波器，其僅透過選定的截止波長(zhǎng)以上的輻射，在本例中，具有第一屬性的輻射的波長(zhǎng)可以降低到選定的截止波長(zhǎng)以下。濾波器可以替代地阻止與具有第一屬性的輻射的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍重合的特定波長(zhǎng)帶內(nèi)的輻射。作為替代，濾波器可以允許與具有第二屬性的輻射的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍重合的特定波長(zhǎng)帶內(nèi)的輻射通向成像傳感器。對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)來說，濾波器可以包括光學(xué)濾波器。輻射源可以包括光源。光源可以包括一個(gè)或多個(gè)光發(fā)射器。優(yōu)選，輻射源包括紫外輻射源，諸如一個(gè)或多個(gè)紫外光發(fā)光二極管。帶來便利的是，輻射源包括布置成環(huán)圈的多個(gè)發(fā)光二極管。成像傳感器則可以置于該環(huán)圈的中心或中心附近。除了提供具有第一屬性的輻射的輻射源之外，可以提供另外的輻射源。例如，可以提供可見光(例如，白光)LED作為替代的照明源(例如，可見光)。如果提供另外的輻射源，它可以布置成產(chǎn)生具有第三屬性的輻射，具有第三屬性的輻射可以區(qū)別于具有第一和第二屬性的輻射。具有優(yōu)勢(shì)的是，輻射轉(zhuǎn)換器包括熒光材料，因此輻射轉(zhuǎn)換器將具有第一波長(zhǎng)屬性的光轉(zhuǎn)換為具有第二波長(zhǎng)屬性的光。例如，輻射轉(zhuǎn)換器可以將UV光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)更長(zhǎng)的藍(lán)光。雖然優(yōu)選使用熒光，但是也可以采用其他輻射轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。例如，輻射轉(zhuǎn)換器可以包括磷光材料。輻射轉(zhuǎn)換器還可以將一種類型的輻射(例如，X射線)轉(zhuǎn)換為另一種類型的輻射 (例如，光線)。輻射轉(zhuǎn)換器可以包括含有熒光材料的料層(例如，涂料層)或片材。具有優(yōu)勢(shì)的是，輻射轉(zhuǎn)換器包括含有熒光材料的紙片。特別是，優(yōu)選高質(zhì)量的白紙(例如，打印紙)， 這種紙包含高濃度的能提供熒光效果的所謂光學(xué)增亮劑。所述試劑一般添加到紙張中，以改善其外觀，提供一種明顯的增白效果。所述光學(xué)增亮劑通常吸收紫外光譜區(qū)域內(nèi)的光線 (例如，340-370nm波長(zhǎng)范圍內(nèi))并且再次發(fā)出藍(lán)光區(qū)域內(nèi)的光線(例如，420-470nm波長(zhǎng)范圍內(nèi))。商業(yè)上常用的基本類型的光學(xué)增亮劑包括三嗪二苯乙烯(triazine stilbene) (二、四或六磺化的)、香豆素、咪唑啉、二唑、三唑、苯并噁唑啉(benzoxazoline)和聯(lián)苯二苯乙烯(biphenyl stilbene)。作為光學(xué)增亮劑商業(yè)上添加到紙張的最常用的化學(xué)品類型是二苯乙烯。本發(fā)明的視覺機(jī)器裝置可以呈現(xiàn)任何適當(dāng)形式。例如，所述視覺機(jī)器裝置可以包括工具裝定器(例如，用來分析或檢測(cè)機(jī)床上的工具等的設(shè)備)。所述裝置優(yōu)選包括具有主軸的坐標(biāo)定位機(jī)器，主軸可以相對(duì)于物體支撐基座移動(dòng)。成像傳感器和輻射源方便地均由主軸攜帶。如上概述，輻射源可以包括位于成像傳感器周圍的LED環(huán)圈。坐標(biāo)定位機(jī)器可以包括坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM)或機(jī)床。坐標(biāo)定位機(jī)器可以是線性(橋式)結(jié)構(gòu)，其中主軸運(yùn)動(dòng)由沿著3條(例如，X、Y、Z)笛卡爾坐標(biāo)軸的連續(xù)運(yùn)動(dòng)來提供。作為替代，坐標(biāo)定位機(jī)器可以具有平行或非笛卡爾(例如，六軸)配置。具有優(yōu)勢(shì)的是，輻射源布置成將具有第一屬性的輻射投射到成像傳感器視場(chǎng)內(nèi)的物體支撐基座的至少一部分上。換句話說，當(dāng)主軸相對(duì)于物體支撐基座移動(dòng)時(shí)，由輻射源投射了輻射的該區(qū)域優(yōu)選與成像傳感器觀察到的區(qū)域重合。所述輻射可以投射到比成像傳感器觀察到的區(qū)域更寬闊的區(qū)域上。如上所述，所述裝置可以包括具有物體支撐基座的坐標(biāo)定位機(jī)器。具有優(yōu)勢(shì)的是， 輻射轉(zhuǎn)換器位于物體支撐基座處。例如，具有包括熒光材料的紙片形式的輻射轉(zhuǎn)換器可以安置在物體支撐基座的至少一部分上。輻射轉(zhuǎn)換器可以覆蓋物體支撐基座的全部或者僅僅覆蓋一部分。如果坐標(biāo)定位機(jī)器包括攜帶輻射源的主軸，則輻射轉(zhuǎn)換器優(yōu)選穿過物體支撐基座上可以安置物體的活動(dòng)區(qū)域設(shè)置。在這種實(shí)例中，在任一時(shí)刻，輻射源僅能照亮物體支撐基座的一部分活動(dòng)區(qū)域或者活動(dòng)區(qū)域的子區(qū)域(以及僅能照亮輻射轉(zhuǎn)換器的一部分)。 換句話說，只有輻射轉(zhuǎn)換器上將會(huì)產(chǎn)生輻射的區(qū)域被照亮，并且該區(qū)域可以隨著主軸的移動(dòng)而移動(dòng)。在所述基座僅提供無源輻射轉(zhuǎn)換器而非有源光源，減少了對(duì)基座的加熱，由此減少了由熱膨脹效應(yīng)導(dǎo)致的測(cè)量不精確性。輻射轉(zhuǎn)換器(例如，熒光紙片)可以安置在物體支撐基座的頂部。具有優(yōu)勢(shì)的是， 物體支撐基座包括優(yōu)選對(duì)具有第一和第二屬性的輻射基本上透明的構(gòu)件(例如，玻璃構(gòu)件)。所述構(gòu)件(例如，玻璃構(gòu)件)可以具有上表面和下表面，所述上表面布置成支撐待成像的物體。輻射轉(zhuǎn)換器則可以位于上表面下方，例如輻射轉(zhuǎn)換器可以安置在所述構(gòu)件的下表面附近。具有第一屬性的輻射則通過所述構(gòu)件，到達(dá)輻射轉(zhuǎn)換器，此后轉(zhuǎn)換成具有第二屬性的輻射，并通過所述構(gòu)件導(dǎo)回。采用這種方式，安置在所述構(gòu)件上的物體可以利用輻射轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的具有第二屬性的輻射來進(jìn)行背光照明。設(shè)置在物體支撐基座處的所述構(gòu)件(例如，玻璃構(gòu)件)優(yōu)選至少0. 5cm厚，更優(yōu)選至少Icm厚，更優(yōu)選至少2cm厚。提供這種厚度的構(gòu)件，將輻射轉(zhuǎn)換器與所述物體隔開，由此因?yàn)榫哂械谝粚傩缘妮椛湓诮?jīng)過所述構(gòu)件到達(dá)輻射轉(zhuǎn)換器時(shí)被擴(kuò)散而改善對(duì)物體的背光照明。具有優(yōu)勢(shì)的是，所述構(gòu)件(例如，玻璃構(gòu)件)包括漫射層。例如，可以設(shè)置玻璃構(gòu)件，這種玻璃構(gòu)件包括夾置漫射層的兩塊玻璃片。這種結(jié)構(gòu)改善了由輻射轉(zhuǎn)換器導(dǎo)向待成像物體的具有第二屬性的輻射的分布。優(yōu)選，物體支撐基座包括剛性基座板(例如，金屬板或石墨片)，用于支撐所述構(gòu)件(例如，玻璃構(gòu)件)。輻射轉(zhuǎn)換器則可以夾置在剛性基座板和玻璃構(gòu)件之間。在這種結(jié)構(gòu)中，玻璃構(gòu)件穿過其寬度受到支撐而非僅在其邊緣支撐。較之包含背光照明結(jié)構(gòu)的已知類型的邊緣支撐玻璃基座而言，給定物體重量以及物體支撐基座區(qū)域所要求的玻璃厚度因此可以顯著減小。成像傳感器可以是任何已知類型的傳感器。例如，成像傳感器可以包括C⑶或 CMOS相機(jī)。具有優(yōu)勢(shì)的是，成像傳感器包括彩色(紅-綠-藍(lán)或RGB)相機(jī)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述裝置包括用于分析彩色相機(jī)產(chǎn)生的圖像的圖像處理器。 圖像處理器方便地布置成從電子方面減少環(huán)境光對(duì)圖像的影響。例如，由輻射轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的具有第二屬性的輻射可以具有允許其僅被相機(jī)的一組彩色子像素檢測(cè)的波長(zhǎng)范圍。例如，藍(lán)光可以由輻射轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，這種藍(lán)光僅能由相機(jī)的藍(lán)色(B)彩色子像素檢測(cè)。但是， 環(huán)境光通常本質(zhì)上是寬帶光，因此相機(jī)的紅、綠和藍(lán)(R、G、B)子像素檢測(cè)到大約相等的強(qiáng)度。通過從藍(lán)色子像素檢測(cè)到的光強(qiáng)減去綠色和紅色子像素檢測(cè)到的每個(gè)光強(qiáng)的一半之和，可以減少環(huán)境光的影響。可以在相機(jī)的成像陣列范圍內(nèi)逐個(gè)像素的這樣進(jìn)行，由此產(chǎn)生可以看做黑白圖像或校正圖像的強(qiáng)度圖譜。所述裝置可以包括用于從成像傳感器接收?qǐng)D像的邊緣檢測(cè)分析器。特別是，接收到的圖像可以是上述這種校正圖像。邊緣檢測(cè)分析器方便地布置成檢測(cè)接收到的圖像的任何物體邊緣的位置。適于這種邊緣檢測(cè)的軟件是已知的。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種坐標(biāo)定位機(jī)器，該機(jī)器包括物體支撐基座，所述物體支撐基座包括用于將具有第一屬性的輻射轉(zhuǎn)換為具有第二屬性的輻射的輻射轉(zhuǎn)換器；主軸，所述主軸相對(duì)于所述物體支撐基座移動(dòng)，所述主軸攜帶用于對(duì)位于所述物體支撐基座上的物體成像的成像傳感器；和用于產(chǎn)生具有第一屬性的輻射的輻射源；其中所述輻射源布置成將具有第一屬性的輻射投射到所述輻射轉(zhuǎn)換器上，所述輻射轉(zhuǎn)換器由此產(chǎn)生具有第二屬性的輻射，用于照亮位于所述物體支撐基座上的物體。優(yōu)選，所述輻射源由所述主軸攜帶，由此位于所述物體支撐基座上的物體被所述輻射轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的具有第二屬性的輻射進(jìn)行背光照明。所述坐標(biāo)定位機(jī)器還可以包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置的任何一項(xiàng)或多項(xiàng)特征。根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供了一種視覺機(jī)器裝置，所述視覺機(jī)器裝置包括用于對(duì)物體成像的成像傳感器；用于產(chǎn)生具有第一屬性的輻射的輻射源；用于將具有第一屬性的輻射轉(zhuǎn)換為具有第二屬性的輻射的輻射轉(zhuǎn)換器，其中由所述輻射源產(chǎn)生的所述具有第一屬性的輻射入射到所述輻射轉(zhuǎn)換器的第一面部上，其中待成像的物體位于所述輻射轉(zhuǎn)換器的所述第一面部和所述成像傳感器之間，由此使得所述物體被從所述輻射轉(zhuǎn)換器的所述第一面部發(fā)出的具有第二屬性的輻射背光照明。所述視覺機(jī)器還可以包括根據(jù)本發(fā)明第一和第二方面的裝置的任何一項(xiàng)或多項(xiàng)特征。而且如上所述，視覺機(jī)器包括用于獲取物體圖像的成像相機(jī)；產(chǎn)生紫外光束的紫外光源；和具有熒光屬性并由此將紫外光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光的材料片，其中在使用時(shí)，所述紫外光束導(dǎo)向所述材料片上，由此產(chǎn)生波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光，所述波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光用于照亮由所述成像相機(jī)成像的物體。而且如上所述，視覺機(jī)器裝置包括用于對(duì)物體成像的成像傳感器；用于產(chǎn)生具有第一屬性的輻射的輻射源；用于將具有第一屬性的輻射轉(zhuǎn)換為具有第二屬性的輻射的輻射轉(zhuǎn)換器，其中所述輻射源布置成將具有第一屬性的輻射投射到所述輻射轉(zhuǎn)換器上，由此產(chǎn)生具有第二屬性的輻射，所述輻射轉(zhuǎn)換器布置成利用所述具有第二屬性的輻射照亮由所述成像傳感器成像的物體。具有優(yōu)勢(shì)的是，由所述成像傳感器成像的物體位于所述輻射轉(zhuǎn)換器和所述成像傳感器之間。因此，所述物體可以被所述輻射轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的具有第二屬性的輻射進(jìn)行背光照明。所述視覺機(jī)器裝置可以方便地包括工具裝定器、CMM等。


僅作為示例，現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明，在附圖中圖1示出了利用CMM實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)的視覺機(jī)器；圖2示出了本發(fā)明的視覺機(jī)器；圖3示出了本發(fā)明的環(huán)圈光源；圖4示出了具有一體的漫射器的玻璃構(gòu)件；圖5示出了由成像傳感器接收的光線的波長(zhǎng)特性；和圖6示出了本發(fā)明的機(jī)床視覺應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，圖中示出了現(xiàn)有技術(shù)的視覺機(jī)器。具體來說，提供了一種橋式(笛卡爾) 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)2，該坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有可以在計(jì)算機(jī)控制下沿著三條線性軸線(X、y、ζ)移動(dòng)的主軸4。主軸4攜帶CXD相機(jī)6，該CXD相機(jī)布置成對(duì)位于透明玻璃板8上的物體7成像， 所述玻璃板設(shè)置在CMM的基座上。玻璃板8經(jīng)由側(cè)部支撐件12連接到CMM的框架10。物體7由位于玻璃板8下方的CMM基座中的平板背光裝置14進(jìn)行背光照明。雖然背光裝置 14在玻璃板8的整個(gè)面積范圍內(nèi)提供照明，但是已經(jīng)知道還可以提供較小的背光裝置，該較小的背光裝置隨著主軸4同步移動(dòng)，由此僅照亮CCD相機(jī)6局部范圍內(nèi)的玻璃板8的區(qū)域。由CXD相機(jī)6在其視場(chǎng)16內(nèi)獲取的背光圖像傳送到計(jì)算機(jī)(未示出)，計(jì)算機(jī)運(yùn)行已知的邊緣檢測(cè)軟件來提供物體邊緣位置的精確測(cè)量值。通常采用這種方式測(cè)量的物體包括板狀金屬部件、墊片、密封件、0形環(huán)和小的醫(yī)療器械。所述邊緣檢測(cè)軟件的例子包括 d3 Aberlink Ltd, Eastcombe, Stroud, UK 白勺 Aberlink Vision圖1所示那種現(xiàn)有技術(shù)的視覺機(jī)器存在許多缺點(diǎn)。首先，基座的玻璃板8僅在邊緣支撐，因此需要足夠厚，以便在物體置于其上的時(shí)候不會(huì)彎曲或斷裂。對(duì)于測(cè)量大型物體的大面積機(jī)器(例如，一米或以上橫幅)來說，提供足夠厚的玻璃板可能成本高昂，并且也大大增加了機(jī)器的總重量。用于這種機(jī)器的大面積背光裝置也非常昂貴，并且向CMM結(jié)構(gòu)泵入大量的熱量，由此降低了度量性能。雖然提供可移動(dòng)的、小面積背光裝置一定程度上減輕了發(fā)熱問題，但是增加了額外的復(fù)雜性，因?yàn)樾枰獑为?dú)的馬達(dá)化的系統(tǒng)將所述背光裝置與主軸運(yùn)動(dòng)同步地移動(dòng)到要求的位置。參照?qǐng)D2，圖中示出了本發(fā)明的視覺機(jī)器。再一次提供了一種橋式(笛卡爾)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM) 30，該坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有可以在計(jì)算機(jī)控制下沿著3條線性軸線(χ、ι、ζ)移動(dòng)的主軸32。在主軸32上安裝有用于在其視場(chǎng)35內(nèi)獲取圖像的CXD相機(jī)34和光源36。光源36將在下面參照?qǐng)D3更為詳細(xì)地描述，該光源包括多個(gè)布置成圍繞CCD相機(jī)34定心的環(huán)圈的LED。光源36包括多個(gè)紫外LED，它們?cè)诠忮F38內(nèi)投射UV光。CMM的基座包括剛性的金屬支撐板40和玻璃構(gòu)件42，它們夾置紙層44，所述紙層包括高濃度的熒光材料或者所謂的光學(xué)增亮劑。使用時(shí)，光源36將UV光照向CMM基座上的待成像物體46附近。UV光經(jīng)過玻璃構(gòu)件42并使得紙張44發(fā)出熒光。熒光發(fā)光過程導(dǎo)致紙張44接收的UV光被轉(zhuǎn)化為(未準(zhǔn)直)波長(zhǎng)更長(zhǎng)的(藍(lán))光48，光48通過玻璃構(gòu)件42被射回。波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光48因此從后方照亮物體46。換句話說，物體46以波長(zhǎng)更長(zhǎng)的(藍(lán))光48進(jìn)行背光照明。CXD相機(jī)34因此可以獲取物體46的背光圖像。為了增強(qiáng)這種圖像的信噪比，UV 濾波器50安裝到CCD相機(jī)34的鏡頭上。這種UV濾波器設(shè)計(jì)成阻擋UV光傳播(S卩，由光源36的UV LED發(fā)出的波長(zhǎng)的光)，但是允許由熒光過程產(chǎn)生的波長(zhǎng)更長(zhǎng)的藍(lán)光48傳播。 采用這種方式，從物體或者玻璃構(gòu)件反射回的UV光無法到達(dá)CXD相機(jī)34。正如以下參照?qǐng)D 5所解釋，也可以使用軟件濾波器來減少環(huán)境光對(duì)于所獲取的圖像的影響。由CCD相機(jī)34 獲取的背光圖像然后傳送到計(jì)算機(jī)52，該計(jì)算機(jī)運(yùn)行已知的邊緣檢測(cè)軟件并提供物體邊緣位置的精確測(cè)量值。參照?qǐng)D3，圖中更為詳細(xì)地示出了參照?qǐng)D2所述的光源36。光源36包括攜帶多個(gè) UV LED 62的環(huán)圈60。UV LED 62提供的UV光用于產(chǎn)生藍(lán)光(波長(zhǎng)更長(zhǎng))背光照明。除了 UV LED 62之外，還可以提供可見光(例如，白光)LED 64?？梢姽釲ED 64不提供上述熒光效應(yīng)，但是如果要求得到物體的順光圖像或者希望為使用者照亮物體時(shí)，則可以使用。光源36因此通過分別打開可見光LED 64或者UV LED 62而簡(jiǎn)單地為使用者提供獲取順光或背光圖像的選擇。還可以提供包括同時(shí)照亮物體的不同波長(zhǎng)的LED (例如，紅光LED)和UV LED的光源?？梢允褂脼V波器，例如應(yīng)用于相機(jī)34獲取的彩色圖像的軟件濾波器，來提取背光圖像 (即，分析由UV光產(chǎn)生的藍(lán)光)和/或順光圖像(即，分析紅光)。采用這種方式，可以同時(shí)獲取順光和背光圖像。參照?qǐng)D4，圖中更為詳細(xì)地示出了圖2所示CMM的基座。具體來說，圖4示出了玻璃構(gòu)件42、紙張層44和剛性的金屬支撐板40。在這個(gè)實(shí)例中，玻璃構(gòu)件42包括兩層UV透明玻璃70，這兩層玻璃夾置磨砂的光漫射層72。為了進(jìn)一步減小物體投射的陰影面積，還優(yōu)選玻璃構(gòu)件42相當(dāng)厚。例如，玻璃構(gòu)件42優(yōu)選大約l-2cm厚(例如，1.6厘米厚)。要注意，這種漫射結(jié)構(gòu)提高了向CCD相機(jī)34射回的波長(zhǎng)更長(zhǎng)的(藍(lán))光48的空間均勻性，但是并不是必須。因此可以用單片玻璃替換玻璃構(gòu)件42。參照?qǐng)D5，示意性地示出了到達(dá)CXD相機(jī)34的光的光譜組成。CXD相機(jī)34是傳統(tǒng)的彩色相機(jī)，并因此包括二維像素陣列，每個(gè)像素包括紅、綠和藍(lán)子像素。如圖5所示，這些不同的子像素對(duì)于限定波長(zhǎng)范圍(R、G、B)的光敏感。UV濾波器50的存在保證了任何低于截至波長(zhǎng)(cut-off wavelength) 80的光(包括由光源36輸出的UV光)無法到達(dá)CCD相機(jī)34。在這個(gè)實(shí)例中，使用的截止波長(zhǎng)為400nm。由熒光產(chǎn)生的波長(zhǎng)更長(zhǎng)的(藍(lán))光48具有波譜82，應(yīng)該再一次注意，波譜82僅為示意性表示，并且波譜的精確寬度和分布將取決于熒光材料的成分。任何環(huán)境光通常具有如波譜84所示的更為寬廣的寬帶構(gòu)成。因此，通過獲取由每個(gè)藍(lán)色子像素檢測(cè)到的光強(qiáng)并減去相關(guān)的綠色和紅色子像素檢測(cè)到的光強(qiáng)一半之和的，來實(shí)現(xiàn)電子濾波處理。因此，針對(duì)每個(gè)像素，產(chǎn)生了與波長(zhǎng)更長(zhǎng)的(藍(lán))光48的數(shù)量有關(guān)的光強(qiáng)值。采用專用處理電路對(duì)于每個(gè)像素單獨(dú)實(shí)施的這種過程，導(dǎo)致產(chǎn)生光強(qiáng)圖譜或者可以作為黑白圖像或光強(qiáng)圖譜顯示的圖像。這種圖像然后利用已知的邊緣檢測(cè)軟件進(jìn)行分析，以便提供精確的物體測(cè)量結(jié)果?？梢钥闯觯景l(fā)明的視覺機(jī)器相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備帶來了眾多優(yōu)勢(shì)。具體來說，可以利用熒光材料層或類似層來取代復(fù)雜的背光系統(tǒng)。然后，輻射源可以定位地遠(yuǎn)離 CMM的基座。這樣允許降低CMM基座的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。具體來說，不需要提供在邊緣支撐的大塊的(必須)的厚玻璃片。相反，這種玻璃片可以在其寬度范圍上進(jìn)行支撐。本發(fā)明特別適合改造現(xiàn)有的CMM系統(tǒng)，帶有底層熒光層的玻璃構(gòu)件可以簡(jiǎn)單地安置在現(xiàn)有的基座上而不是必須提供全新的基座結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D6，圖中示出了本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)例。具體來說，圖6示出了一種工具設(shè)定設(shè)備100，該設(shè)備包括帶有相連的UV濾波器150的CXD相機(jī)134、UV光源136和包括熒光材料的紙張層144。CXD相機(jī)134和UV光源136 —起定位于可以安置切割工具102的區(qū)域的第一側(cè)上。紙張層144(可以以耐冷卻劑的材料涂覆)位于切割工具區(qū)域的相對(duì)一側(cè)。以類似于上述方式的方式，UV光138的錐體由UV光源136投射到紙張層144上。 紙張上的發(fā)熒光過程產(chǎn)生為切割工具102提供背光照明的波長(zhǎng)更長(zhǎng)的(藍(lán))光148。CCD 相機(jī)134聚焦于區(qū)域f，并且對(duì)于波長(zhǎng)更長(zhǎng)的(藍(lán))光148敏感，由此產(chǎn)生切割工具102的背光圖像。然后在這種圖像上實(shí)施邊緣檢測(cè)處理，以測(cè)量工具屬性(例如，輪廓和/或切削齒的位置等)。
以上例子僅僅例述本發(fā)明。技術(shù)人員應(yīng)該理解本發(fā)明所涵蓋的上述例子的許多改進(jìn)以及變形。
權(quán)利要求
1.一種視覺機(jī)器裝置，包括用于對(duì)物體成像的成像傳感器；用于產(chǎn)生具有第一屬性的輻射的輻射源；和用于將具有第一屬性的輻射轉(zhuǎn)化為具有第二屬性的輻射的輻射轉(zhuǎn)換器；所述輻射源布置成將具有第一屬性的輻射投射到所述輻射轉(zhuǎn)換器上，由此產(chǎn)生具有第二屬性的輻射，所述輻射轉(zhuǎn)換器布置成利用具有第二屬性的輻射照亮將被所述成像傳感器成像的物體，其中待成像的物體位于所述輻射轉(zhuǎn)換器和所述成像傳感器之間，所述物體因此被所述輻射轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的具有第二屬性的輻射進(jìn)行背光照明，其中所述輻射源布置成將具有第一屬性的輻射投射到所述待成像的物體上以及所述輻射轉(zhuǎn)換器上。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，包括濾波器，以基本上阻止具有第一屬性的輻射到達(dá)所述成像傳感器。
3.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述輻射源包括一個(gè)或多個(gè)紫外光發(fā)光二極管。
4.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述輻射源包括布置成環(huán)圈的多個(gè)發(fā)光二極管，其中所述成像傳感器位于所述環(huán)圈的中心。
5.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述輻射源包括熒光材料，所述輻射轉(zhuǎn)換器由此將具有第一波長(zhǎng)屬性的光轉(zhuǎn)換成具有第二波長(zhǎng)屬性的光。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述輻射轉(zhuǎn)換器包括含有熒光材料的紙片。
7.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，包括坐標(biāo)定位機(jī)器，所述坐標(biāo)定位機(jī)器具有能相對(duì)于物體支撐基座移動(dòng)的主軸，其中所述成像傳感器和所述輻射源都由所述主軸攜帶。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述輻射源布置成將具有第一屬性的輻射投射到位于所述成像傳感器的視場(chǎng)中的所述物體支撐基座的至少一部分上。
9.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，包括具有物體支撐基座的坐標(biāo)定位機(jī)器，其中所述輻射轉(zhuǎn)換器位于所述物體支撐基座處。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述坐標(biāo)定位機(jī)器包括攜帶所述輻射源的主軸，其中所述輻射轉(zhuǎn)換器穿過其上安置物體的所述物體支撐基座的活動(dòng)區(qū)域設(shè)置，其中所述輻射源在任一時(shí)刻僅照亮所述物體支撐基座的所述活動(dòng)區(qū)域的一部分。
11.如權(quán)利要求9至10任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述物體支撐基座包括玻璃構(gòu)件，所述玻璃構(gòu)件具有上表面和下表面，所述上表面布置成支撐待成像物體，而所述輻射轉(zhuǎn)換器鄰近所述下表面定位。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述玻璃構(gòu)件包括漫射層。
13.如權(quán)利要求11至12任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述物體支撐基座包括用于支撐所述玻璃構(gòu)件的剛性基座板，所述輻射轉(zhuǎn)換器夾置在所述剛性基座板和所述玻璃構(gòu)件之間。
14.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述成像傳感器包括彩色相機(jī)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，包括用于分析由所述彩色相機(jī)產(chǎn)生的圖像的圖像處理器，其中所述圖像處理器布置成從電子方面減少環(huán)境光對(duì)所述圖像的影響。
16.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，包括用于接收來自所述成像傳感器的圖像中的邊緣檢測(cè)分析器，所述邊緣檢測(cè)分析器布置成檢測(cè)接收到的所述圖像的任何物體邊緣的位置。
17.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述輻射轉(zhuǎn)換器基本上為平面狀并具有第一面部，來自所述輻射源的輻射入射到所述第一面部上，并且來自所述第一面部的具有第二屬性的輻射布置成照亮所述待成像物體。
18.一種坐標(biāo)定位機(jī)器，包括物體支撐基座，所述物體支撐基座包括用于將具有第一屬性的輻射轉(zhuǎn)換為具有第二屬性的輻射的輻射轉(zhuǎn)換器；主軸，所述主軸相對(duì)于所述物體支撐基座移動(dòng)，所述主軸攜帶用于對(duì)位于所述物體支撐基座上的物體成像的成像傳感器；和用于產(chǎn)生具有第一屬性的輻射的輻射源；其中所述輻射源布置成將具有第一屬性的輻射投射到所述輻射轉(zhuǎn)換器上，所述輻射轉(zhuǎn)換器由此產(chǎn)生具有第二屬性的輻射，用于照亮位于所述物體支撐基座上的物體。
19.如權(quán)利要求18所述的機(jī)器，其特征在于，所述輻射源由所述主軸攜帶，由此位于所述物體支撐基座上的物體被由所述輻射轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的具有第二屬性的輻射進(jìn)行背光照明。
20.一種視覺機(jī)器裝置，所述視覺機(jī)器裝置包括用于對(duì)物體成像的成像傳感器；用于產(chǎn)生具有第一屬性的輻射的輻射源；用于將具有第一屬性的輻射轉(zhuǎn)換為具有第二屬性的輻射的輻射轉(zhuǎn)換器，其中由所述輻射源產(chǎn)生的所述具有第一屬性的輻射入射到所述輻射轉(zhuǎn)換器的第一面部上，其中待成像的物體位于所述輻射轉(zhuǎn)換器的所述第一面部和所述成像傳感器之間，由此使得所述物體被從所述輻射轉(zhuǎn)換器的所述第一面部發(fā)出的具有第二屬性的輻射進(jìn)行背光照明。
全文摘要
描述了一種背光視覺機(jī)器裝置(30；100)，包括對(duì)物體(46；102)成像的成像傳感器(34；134)。還提供了用于產(chǎn)生具有第一屬性(38；138)的輻射的輻射源(36、62；136)和用于將具有第一屬性的輻射轉(zhuǎn)化為具有第二屬性(48；148)的輻射的輻射轉(zhuǎn)換器(44；144)。所述輻射源(36、62；136)布置成將具有第一屬性(38；138)的輻射投射到所述輻射轉(zhuǎn)換器(44、144)上，由此產(chǎn)生具有第二屬性(48；148)的輻射，同時(shí)所述輻射轉(zhuǎn)換器(44；144)布置成利用具有第二屬性(48；148)的輻射照亮將被成像傳感器(34；134)成像的物體(46；102)。待成像的物體(46；102)位于所述輻射轉(zhuǎn)換器(44；144)和所述成像傳感器(34；134)之間，所述物體因此被所述輻射轉(zhuǎn)換器(44；144)所產(chǎn)生的具有第二屬性(48；148)的輻射進(jìn)行背光照明。所述輻射源(36、62；136)布置成將具有第一屬性(38；138)的輻射投射到所述待成像的物體(46；102)上以及所述輻射轉(zhuǎn)換器(44；144)上。
文檔編號(hào)G01R31/308GK102177410SQ200980140315
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者馬庫(kù)斯·詹姆斯·伊爾斯 申請(qǐng)人:瑞尼斯豪公司