[发明专利]机器视觉检查系统和进行高速对焦高度测量操作的方法

说明书

本发明涉及一种包括照明源和摄像系统的机器视觉检查系统和用于进行高速对焦高度测量操作的方法。所述方法包括以下步骤：将工件放置在所述机器视觉检查系统的视场内；确定对焦高度测量操作所用的关注区域；使所述照明源进行工作，以利用频闪照明对所述工件进行照明；在所述工件附近的沿着Z高度方向的多个位置上，定期对所述摄像系统的焦点位置进行调制；收集图像栈，其中所述图像栈的各图像与频闪照明的实例相对应，所述频闪照明的实例与同所述图像栈内的适当Z高度相对应的调制后的焦点位置的相位一致；以及确定所述关注区域的至少一部分的Z高度测量值。

技术领域

本发明通常涉及机器视觉检查系统，并且更特别地涉及根据对焦操作的高度测量。

背景技术

可以利用精密机器视觉检查系统(或简称为“视觉系统”)来获得被检查对象的精密尺寸测量并且检查各种其它对象特征。这种系统可以包括计算机、照相机和光学系统、以及在多个方向上可移动以使得能够进行工件检查的精密台。可以表征为通用“离线”精密视觉系统的一个示例性现有技术是可商购获得的QUICK 系列的基于PC的视觉系统和可购自位于伊利诺伊州奥罗拉的美国三丰公司(MAC)的软件。例如，在2003年1月出版的QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine User’s Guide和1996年9月出版的QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guide中大体描述了QUICK系列的视觉系统和软件的特征和操作，这些均通过引用全部包含于此。这类系统能够使用显微镜型光学系统并且使台移动从而以各种倍率提供小的或相对较大的工件的检查图像。

诸如QUICK VISION^TM系统等的通用精密机器视觉检查系统通常也是可编程的以提供自动化视频检查。这些系统通常包括GUI特征和预定义的图像分析“视频工具”，以使得“非专家”操作员可以进行操作和编程。例如，通过引用全部包含于此的美国专利6,542,180教导了使用包括各种视频工具的使用的自动化视频检查的视觉系统。一种已知类型的视频工具是“多点工具”或“多点自动调焦工具”视频工具。这种工具提供了针对工具的关注区域内的所定义X-Y坐标处的多个子区域的由诸如利用自动调焦方法所确定的“最佳焦点”位置所推导出的(沿着照相机系统的光轴和调焦轴的)Z高度测量值或坐标。可以将一组这样的X、Y、Z坐标称为点云数据或简称为点云。通常，根据现有技术的自动调焦方法和/或工具，照相机在沿着Z轴(调焦轴)的位置的范围内移动，并且拍摄各位置处的图像(称为图像栈(image stack))。对于各所拍摄图像，基于该图像并且与拍摄到该图像时照相机沿着Z轴的相应位置有关地，针对各子区域来计算焦点指标(focus metric)。这样得到各子区域的焦点曲线数据(还可简称为“焦点曲线”或“自动调焦曲线”)。可以通过使曲线拟合焦点曲线数据并且估计拟合曲线的峰值，来求出焦点曲线的与沿着z轴的最佳焦点位置相对应的峰值。这些自动调焦方法的变形是本领域内众所周知的。例如，在ISIS Technical ReportSeries,Vol.17,November 2000中的Jan-Mark Geusebroek和Arnold Smeulders所发表的“Robust Autofocusing in Microscopy”中论述了与上述相似的一种已知的自动调焦方法。在美国专利5,790,710中描述了另一已知的自动调焦方法和设备，在此通过引用包含其全部内容。

包括特定检查事件序列(即，如何获取各图像和如何分析/检查各所获取图像)的机器控制指令通常被存储为特定工件配置所特有的“零件程序”或“工件程序”。例如，零件程序定义如何获取各图像，诸如相对于工件如何定位照相机、以何种照明水平、以何种倍率水平等。此外，零件程序例如通过使用诸如自动调焦视频工具等的一个或多个视频工具来定义如何分析/检查所获取图像。

可以手动地使用视频工具(或简称为“工具”)和其它图形用户界面特征来实现手动检查和/或机器控制操作(采用“手动模式”)。还可以在学习模式期间记录这些视频工具的设置参数和操作，从而创建自动检查程序或“零件程序”。视频工具例如可以包括边缘/边界检测工具、自动调焦工具、形状或模式匹配工具和尺寸测量工具等。