利用机器视觉检查系统测量工件表面的Z高度值的方法技术方案

技术编号:24796254 阅读:32 留言:0更新日期:2020-07-07 20:34
一种利用机器视觉检查系统来测量工件表面的Z高度值的方法,包括:利用结构化光照射工件表面,收集工件的图像的至少两个堆栈,每个堆栈包括在每个堆栈中对应的Z高度处的、结构化光和工件表面之间的不同X‑Y位置,以及基于与在X‑Y平面中的相同工件位置相对应且处于相同Z高度的像素的强度值的集合来确定Z值。在图像的每个堆栈中,以比Z高度慢的速率改变X‑Y位置,并且X‑Y位置或者在至少两个堆栈中的每个堆栈期间以比Z移位慢的速率连续改变,或者在至少两个堆栈中的每个堆栈期间固定为不同的值。

【技术实现步骤摘要】
利用机器视觉检查系统测量工件表面的Z高度值的方法
本公开涉及使用非接触式工件表面测量(例如,在机器视觉检查系统中)的精密计量,并且更具体地,涉及测量Z高度的集合。
技术介绍
精密非接触式计量系统,诸如精密机器视觉检查系统(或简称为“视觉系统”),可用于获得物体的精密维度测量和检查各种其他物体特性,并且可包括计算机、相机和光学系统、以及可移动以允许工件遍历和检查的精密平台。一种示例性现有技术系统是可从位于伊利诺伊州的奥罗拉市的三丰美国公司(MAC)获得的QUICK系列的基于PC的视觉系统和软件。QUICK系列的视觉系统和软件的功能和操作例如在2003年1月发布的《QVPAK3DCNC视觉测量机用户指南》中作了一般性描述,其全部内容通过引用合并于此。这种类型的系统使用显微镜型光学系统并且移动平台,以提供小的或相对大的工件的检查图像。通用精密机器视觉检查系统通常是可编程的,以提供自动视频检查。这样的系统通常包括GUI功能和预定义的图像分析“视频工具”,以便可以由“非专家”操作员执行操作和编程。例如,美国专利编号6,542,180(其全部内容通过引用合并于此)教导了一种视觉系统,该视觉系统使用包括各种视频工具的使用的自动视频检查。在这样的系统中,通常期望微米或亚微米范围的准确度。对于Z高度测量而言,这尤其具有挑战性。Z高度测量(沿相机系统的光轴)通常是从诸如由自动聚焦工具确定的位置的“最佳聚焦”位置得到的。确定最佳聚焦位置是通常取决于组合和/或比较从多个图像中得到的信息的相对复杂的过程。因此,对于Z高度测量实现的精度和可靠性水平通常比对于X和Y测量轴实现的精度和可靠性水平低,在X和Y测量轴上,测量通常基于单个图像内的特征关系。近来,将通常被称为“结构化照明显微镜”(StructuredIlluminationMicroscopy,SIM)方法的已知技术结合到显微测量和检查系统中,以便将其测量分辨率和/或准确度提高到超出一般与简单成像相关联的光学极限(例如,提高到微米和亚微米级)。Ekstrand和Zhang在“OpticalEngineering50(12),123603(2011年12月)”中的文章“Autoexposureforthree-dimensionalshapemeasurementusingadigital-light-processingprojector”中公开了一种这样的系统。白光干涉仪(WhiteLightInterferometer,WLI)系统可以提供类似的测量能力。在美国专利公开编号20160131474A1中公开了一种这样的系统。利用SIM或WLI技术的系统提供了良好的测量分辨率和/或准确度,但速度通常很慢。期望提供一种用于以提高的速度进行工件表面的三维测量的系统。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
是为了以简化形式介绍一些概念,这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键特征,也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。一种利用机器视觉检查系统测量工件表面的Z高度值的方法,包括:利用结构化光照射工件表面,该结构化光在至少一个方向上具有高空间频率内容(例如,具有较小的周期);收集工件的图像的至少两个堆栈(stack),每个堆栈包括在每个堆栈中对应的Z高度处的、结构化光和工件表面之间的不同X-Y位置;以及基于与X-Y平面中相同工件位置相对应且处于相同Z高度的像素的强度值的集合来确定Z值。在图像的每个堆栈中,以比Z高度慢的速率改变X-Y位置。X-Y位置或者在至少两个堆栈中的每个堆栈期间以比Z移位慢的速率连续改变,或者在至少两个堆栈中的每个堆栈期间固定为不同的值,其中在连续的Z移位中收集每个堆栈。附图说明图1是示出通用精密机器视觉检查系统的各种典型组件的图。图2是类似于图1的机器视觉检查系统并且包括本文公开的某些特征的机器视觉检查系统的控制系统部分和视觉组件部分的框图。图3A是包括图2所示的结构化照明图案生成器的一种示例性实施方式的框图。图3B示出了结构化照明图案生成部分。图3C示出了结构化照明图案生成部分。图3D示出了机器视觉检查系统的替代实施方式的一部分。图4A和图4B是示出根据本文公开的原理的机器视觉检查系统的一部分的第一实施方式和工件的图。图5是示出通过诸如图4A和图4B中所示的机器视觉检查系统所测量的工件表面的图像的对比度度量和Z高度之间的关系的图。图6是示出通过根据本文公开的原理的机器视觉检查系统的第二实施方式照射的工件的一部分的图。图7是示出通过根据本文公开的原理的机器视觉检查系统的第三实施方式照射的工件的一部分的图。图8是示出通过根据本文公开的原理的机器视觉检查系统的第四实施方式照射的工件的一部分的图。图9是示出利用根据本文公开的原理的机器视觉检查系统来测量工件表面的Z高度值的方法的流程图。具体实施方式图1是根据本文描述的方法可用作成像系统的一个示例性机器视觉检查系统10的框图。机器视觉检查系统10包括视觉测量机器12,其可操作地连接以与控制计算机系统14交换数据和控制信号。控制计算机系统14还可操作地连接以与监视器或显示器16、打印机18、操纵杆22、键盘24和鼠标26交换数据和控制信号。监视器或显示器16可以显示适合于控制和/或编程机器视觉检查系统10的操作的用户界面。应理解,在各种实施方式中,触摸屏平板电脑等可以代替和/或冗余地提供任何或所有元件14、16、22、24和26的功能。本领域技术人员将理解,控制计算机系统14通常可以使用包括分布式或联网的计算环境等的任何合适的计算系统或设备来实施。此类计算系统或设备可以包括一个或多个通用或专用处理器(例如,非定制或定制设备),其运行软件以执行本文所述的功能。软件可以存储在诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存等、或者这些组件的组合的存储器中。软件也可以存储在一个或多个存储设备中,诸如基于光盘的磁盘、闪存设备或用于存储数据的任何其他类型的非易失性存储介质。软件可以包括一个或多个程序模块,该一个或多个程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。在分布式计算环境中,程序模块的功能可以跨多个计算系统或设备组合或分布,并可以经由服务调用以有线或无线配置进行访问。视觉测量机器12包括可移动的工件台32和光学成像系统34,该光学成像系统34可以包括变焦透镜或可互换物镜。变焦透镜或可互换物镜通常为由光学成像系统34提供的图像提供各种放大。在共同转让的美国专利编号7,454,053、7,324,682、8,111,905和8,111,938中也描述了机器视觉检查系统10的各种实施方式,其中每一个的全部内容通过引用合并于此。图2是类似于图1的机器视觉检查系统并且包括本文公开的某些特征的机器视觉检查系统100的控制系统部分120和视觉组件部分200的框图。如将在下面更详细地描述的,控制本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种利用机器视觉检查系统来测量工件表面的Z高度值的方法,所述方法包括:/n利用结构化光照射工件表面;/n利用机器视觉检查系统的图像检测器收集工件的图像的至少两个堆栈,每个堆栈包括在每个堆栈中对应的Z高度处的、结构化光和工件表面之间的不同X-Y位置,其中在图像的每个堆栈中,以比Z高度慢的速率改变X-Y位置,并且其中X-Y位置:/na)在图像的至少两个堆栈中的每个堆栈期间以比Z移位慢的速率连续改变;或者/nb)在图像的至少两个堆栈中的每个堆栈期间固定为不同的值,其中在连续的Z移位中收集每个堆栈;以及/n基于与在X-Y平面中的相同工件位置相对应且处于相同Z高度的图像检测器的像素的强度值的集合来确定Z值。/n

【技术特征摘要】
20181231 US 16/237,5101.一种利用机器视觉检查系统来测量工件表面的Z高度值的方法,所述方法包括:
利用结构化光照射工件表面;
利用机器视觉检查系统的图像检测器收集工件的图像的至少两个堆栈,每个堆栈包括在每个堆栈中对应的Z高度处的、结构化光和工件表面之间的不同X-Y位置,其中在图像的每个堆栈中,以比Z高度慢的速率改变X-Y位置,并且其中X-Y位置:
a)在图像的至少两个堆栈中的每个堆栈期间以比Z移位慢的速率连续改变;或者
b)在图像的至少两个堆栈中的每个堆栈期间固定为不同的值,其中在连续的Z移位中收集每个堆栈;以及
基于与在X-Y平面中的相同工件位置相对应且处于相同Z高度的图像检测器的像素的强度值的集合来确定Z值。


2.根据权利要求1所述的方法,其中,确定Z值包括:计算与相同的Z高度相对应的强度值的对比度度量,以及基于与具有最大对比度度量的像素强度值的集合相对应的Z高度来确定Z高度值。


3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述对比度度量是标准偏差。


4.根据权利要求1所述的方法,其中,改变X-Y位置包括在矩形路径中移位。


5.根据权利要求1所述的方法,其中,改变X-Y位置包括在圆形路径中移位。


6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述结构化光在至少一个维度中是周期性的。<...

【专利技术属性】
技术研发人员:JD托比亚森
申请(专利权)人:株式会社三丰
类型:发明
国别省市:日本;JP

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