CN109844453B

CN109844453B - 显示装置

Info

Publication number: CN109844453B
Application number: CN201680090093.9A
Authority: CN
Inventors: 阿多大树; 中村和彦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: US20190341073A1; JPWO2018073889A1; JP6289786B1; WO2018073889A1; US10529369B2; CN109844453A

Abstract

本发明的目的在于得到一种能够高精度地对反射光的受光强度分布中的峰值位置进行检测的峰值位置计算装置，其具有：峰值检测部(221)，其对利用通过由多个像素构成的拍摄元件组成的拍摄部受光的激光的强度的峰值的候选检测多个；以及峰值位置计算部(224)，其使用由峰值检测部(221)检测出的多个峰值的候选而计算对激光的强度分布进行近似的近似函数，峰值位置计算部(224)以多个峰值的候选的强度值和近似函数的值之间的误差成为最小的方式，对近似函数进行计算。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及能够应用于对传感器和检测对象之间的位移量进行测定的测定装置的峰值位置计算装置及显示装置。

背景技术

以往，在激光位移传感器装置中，为了求出检测对象的位移量，对受光强度分布的光量的重心进行计算而求出峰值位置。

在作为现有技术的专利文献1中，课题在于提供一边保留进行发光元件的发光量及放大器的放大率的反馈控制的优点，一边能够应对测量的高速化的光学式位移计，光学式位移计具有：发光元件，其用于向对象物照射光；图像传感器，其用于对来自对象物的光进行受光而生成图像信号；信号处理电路，其包含对来自图像传感器的图像信号进行放大的放大器；以及控制部，其基于来自信号处理电路的图像信号而执行包含发光元件的发光量及放大器的放大率在内的操作量中的至少一个反馈控制，反馈控制中的操作量的至少一个可变宽度能够变更设定，控制部在可变宽度设定模式中基于规定期间的操作量的数据而对操作量的适当的可变宽度进行设定。

专利文献1：日本特开2006－10361号公报

发明内容

如现有的激光位移传感器装置所示，在仅通过反射光的受光强度分布中的重心对峰值位置进行计算的方法中，存在下述问题，即，向被要求更高的检测精度的装置的应用存在极限。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到能够高精度地计算反射光的受光强度分布中的峰值位置的峰值位置计算装置。

为了解决上述的课题，并达到目的，本发明是一种峰值位置计算装置，其特征在于，具有：峰值检测部，其对利用通过由多个像素构成的拍摄元件组成的拍摄部受光的激光的强度的峰值的候选检测多个；以及峰值位置计算部，其使用由所述峰值检测部检测出的多个所述峰值的候选而计算对激光的强度分布进行近似的近似函数，所述峰值位置计算部以多个所述峰值的候选的强度值和所述近似函数的值之间的误差成为最小的方式，对所述近似函数进行计算。

发明的效果

本发明所涉及的峰值位置计算装置具有下述效果，即，能够高精度地计算反射光的受光强度分布中的峰值位置。

附图说明

图1是表示包含实施方式所涉及的峰值位置计算装置即峰值位置计算部的激光位移传感器装置、检测对象和外部装置的结构的一个例子的图。

图2是表示图1所示的峰值位置检测部的结构的一个例子的图。

图3是表示将图2所示的峰值位置检测部实现的硬件的通常的结构的一个例子的图。

图4是对图2所示的峰值检测部进行说明的图。

图5是表示通过向图2所示的特性变换部输入的受光强度分布而生成的波形曲线的图。

图6是表示伽马变换的图。

图7是表示伽马值a＝0.20时的波形曲线的图。

图8是表示伽马值a＝0.40时的波形曲线的图。

图9是例示将各权重设为1的情况下的参数的图。

图10是对图2所示的重心计算部中的计算重心的动作进行说明的图。

图11是表示在图1所示的显示部中显示的参数设定画面的第1画面例的图。

图12是表示在图1所示的显示部中显示的参数设定画面的第2画面例的图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的峰值位置计算装置及显示装置详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。

实施方式.

图1是表示包含本发明的实施方式所涉及的峰值位置计算装置即峰值位置计算部224的激光位移传感器装置2、检测对象1和外部装置3的结构的一个例子的图。激光位移传感器装置2和外部装置3经由网络进行通信，由此能够实现以在峰值位置的计算时使用的参数为代表的数据的共享。

激光位移传感器装置2具有激光元件20、拍摄元件21、峰值位置检测部22、投光及受光控制部23、系统控制部24、透镜25和控制器26。激光位移传感器装置2从激光元件20朝向检测对象1照射激光，通过拍摄元件21对经由透镜25而来自检测对象1的反射光进行受光，将受光强度分布中的受光强度的峰值位置置换为位移量而进行测距。在这里，测距是通过根据反射角相对于由检测对象1反射出的激光的入射角的角度对位移进行测量的三角测距而进行的。

激光元件20是对检测对象1照射的激光的照射源。拍摄元件21是对来自检测对象1的反射光进行受光的数字拍摄元件。此外，激光位移传感器装置2的拍摄元件21具有由多个像素构成的未图示的拍摄部。峰值位置检测部22对从拍摄元件21得到的受光强度分布的峰值位置进行检测。投光及受光控制部23对激光元件20的投光及拍摄元件21的受光进行控制。系统控制部24对由激光位移传感器装置2和外部装置3构成的激光位移传感器系统进行控制。透镜25配置于检测对象1和拍摄元件21之间，对来自检测对象1的反射光进行聚光。控制器26是激光位移传感器控制器，将控制器26中的运算处理结果输出至未图示的PC(Personal Computer)、PLC(Programmable Logic Controller)或外部装置3。

外部装置3具有显示部31、控制部32和专用工具33，经由以网络为代表的通信单元与激光位移传感器装置2连接。显示部31是输入输出接口，对用户所需的信息进行显示，是具有对来自用户的操作进行输入的功能的显示操作部。在这里，在用户所需的信息中，能够对参数设定时的高阶函数曲线进行例示及选择。控制部32对外部装置3进行控制，将设定参数通过外部设定或自动设定而输出至系统控制部24。控制部32的一个例子是PLC。此外，控制部32也可以具有下述功能，即，对使向系统控制部24输出的参数反映于在显示部31中显示出的高阶函数曲线所得到的结果进行仿真。另外，专用工具33是进行参数的设定及输出设定的工具。此外，外部装置3也能够视作具有显示部31的显示装置。

图2是表示图1所示的峰值位置检测部22的结构的一个例子的图。图2所示的峰值位置检测部22具有输入部220、峰值检测部221、特性变换部222、FIR(Finite ImpulseResponse)滤波器223、峰值位置计算部224、重心计算部225、加权加法部226和输出部227。输入部220是将拍摄元件21的受光强度分布进行输入的输入部。峰值检测部221与设定出的参数相应地，对由拍摄元件21设定出的拍摄部的受光强度分布的波形曲线中的大致峰值位置进行检测。特性变换部222针对拍摄元件21的受光强度分布进行伽马变换或对数变换。FIR滤波器223使用最小二乘法，将峰值检测部221检测到大致的峰值位置的受光强度分布的波形曲线或特性变换部222生成的窄幅波形曲线近似为高阶函数曲线。但是，如果能够创建高阶函数，则并不限定于FIR滤波器，虽然需要时间，但可以使用通常的最小二乘法。峰值位置计算部224根据FIR滤波器223近似的高阶函数曲线即近似函数的曲线对峰值位置进行计算。此外，峰值位置计算部224也可以包含FIR滤波器223。此外，在这里，近似函数的曲线的计算是在峰值检测部221检测出的大致的峰值位置的周边进行的。在使用特性变换部222的输出的情况下也是同样的。重心计算部225与设定出的参数相应地，将峰值检测部221检测到的大致的峰值位置的周边或者整体或一定区间的受光强度分布的波形曲线或特性变换部222生成的窄幅波形曲线的重心作为峰值位置进行计算。输出部227对由峰值位置计算部224或加权加法部226计算出的峰值位置进行输出。在这里，峰值位置是以多个峰值的候选的强度值和近似函数曲线的值之间的误差成为最小的方式计算出的。输出部227输出的峰值位置输入至系统控制部24。

此外，峰值位置检测部22至少具有处理器、存储部、输入部和输出部，峰值位置检测部22所具有的结构的动作能够由软件实现。图3是表示将图2所示的峰值位置检测部22实现的硬件的通常的结构的一个例子的图。图3所示的硬件300具有输入部301、处理器302、存储部303及输出部304，处理器302使用输入的数据而进行通过软件实现的运算及控制，存储部303对接收到的数据或处理器302进行运算及控制时所需的数据及软件进行存储。通过处理器302及存储部303，实现峰值检测部221、特性变换部222、FIR滤波器223、峰值位置计算部224、重心计算部225和加权加法部226。输入部301相当于图2所示的输入部220，是数据的输入接口。输出部304相当于图2所示的输出部227，是数据的输出接口。此外，输入部301、处理器302、存储部303及输出部304也可以各自设置多个。

图4是对图2所示的峰值检测部221进行说明的图。首先，峰值检测部221大致地对光量大的位置进行检测。而且，峰值检测部221从外部装置3取得设定出的参数。在图4中，设为参数x＝3，因此在受光强度最大的位置x4的Far侧及Near侧各自设定有3点。即，在位置x4的Far侧设定位置x1、x2、x3，在Near侧设定位置x5、x6、x7。

图5是表示通过输入至图2所示的特性变换部222的受光强度分布生成的波形曲线的图，图6是表示伽马变换的图。在图6中，示出了伽马值a＝0.20、0.33、0.50、0.70、1.00、1.43、2.00、3.00、5.00时的输入侧即横轴X和输出侧即纵轴Y的关系。而且，图7是表示伽马值a＝0.20时的波形曲线的图，图8是表示伽马值a＝0.40时的波形曲线的图。如果在特性变换部222中进行伽马变换，则在a＜1时波形曲线的峰值上部扩展，在1＜a时波形曲线的峰值下部变窄。通过进行伽马变换，从而消除输入输出特性的非线性度，能够从强度输出值得到原本准确的输入强度。此外，即使将伽马变换替换为对数变换，也能够同样地得到原本准确的输入强度。伽马变换是在明亮度的校正时或峰值计算时对在峰值的头部设置权重或者在峰值的尾部设置权重进行改变的变换。对数变换是在考虑光的发生和扩散时进行的，是为了对系数进行计算而进行的变换。进行对数变换，如果使用最小二乘法，则能够准确地对峰值进行计算。

接下来，对FIR滤波器223的动作进行说明。FIR滤波器223使用最小二乘法，根据输入的波形曲线对n阶函数的系数进行计算。在这里，对n＝2即下述的式(1)所示的二阶函数的系数进行计算。

【式1】

y_i＝a₀+a₁x_i+a₂x_i ² …(1)

上述的式(1)中的系数a₁、a₂通过下述的式(2)进行计算。

【式2】

在这里，参照图9。图9是例示将各权重设为1的情况下的参数的图。

如上所述将与权重相对应的参数预先作为查找表而存储于控制器26或从外部装置3输入，由此能够迅速地对上述的式(1)中的系数a₁、a₂进行计算，能够将受光强度分布接近二阶函数。另外，即使在仅进行重心计算的情况下，也能够对准确的峰值位置进行计算。

接下来，对峰值位置计算部224的动作进行说明。峰值位置计算部224将上述中生成的二阶函数以x进行微分。如果将上述中生成的二阶函数以x进行微分，则成为下述的式(3)。

【式3】

y′_i＝a₁+2a₂x_i …(3)

在峰值位置处倾斜度成为0，因此yi′＝0，峰值位置x_peak由下述的式(4)表示。

【式4】

接下来，对重心计算部225的动作进行说明。图10是对图2所示的重心计算部225中的计算重心的动作进行说明的图。在这里，对根据在峰值检测部221中使用的受光强度分布而计算重心的动作进行说明。在图10中，重心由下述的式(5)表示。

【式5】

在这里，着眼于峰值附近的数据，设为不使用周边的数据，因此如果将从位置x4起的最远位置即位置x1、x7舍去，则图10中的重心的位置由下述的式(6)表示。重心计算部225也能够将该位置作为峰值位置进行计算。另外，也能够扩展数据数量，在整个区域进行重心位置的计算。

【式6】

(重心の位置)＝(x₂y₂+x₃y₃+x₄y₄+x₅y₅+x₆y₆)/(y₂+y₃+y₄+y₅+y₆) …(6)

峰值位置检测部22所具有的各结构，如上述说明的那样进行动作。在峰值检测部221中的经过峰值检测而对峰值位置进行计算的情况下，能够使用下述方法，即，针对峰值检测出的受光强度分布，在FIR滤波器223中使用最小二乘法近似为n阶函数，在峰值位置计算部224中将该n阶函数的倾斜度成为0的位置作为峰值位置进行计算的方法、及将峰值检测出的受光强度分布的重心在重心计算部225中作为峰值位置进行计算的方法。或者，在特性变换部222中的经过特性变换而对峰值位置进行计算的情况下，能够使用下述方法，即，针对特性变换后的受光强度分布，在FIR滤波器223中使用最小二乘法近似为n阶函数，在峰值位置计算部224中将该n阶函数的倾斜度成为0的位置作为峰值位置进行计算的方法、及将特性变换后的受光强度分布的重心在重心计算部225中作为峰值位置进行计算的方法。

图11是表示在图1所示的显示部31中显示的参数设定画面的第1画面例的设定画面例，图12是表示在图1所示的显示部31中显示的参数设定画面的第2画面例的计算结果画面例。在图11中，示出了1阶参数的表格、2阶参数的表格、作为参数组的配方(recipe)的表格和输出波形。如果用户选择了1阶参数的表格的数值栏，则在显示部31中对图12所示的第2画面例进行显示。在第2画面例中，在关于以1阶参数即峰值位置为中心的x的数、伽马变换的指数值即伽马值a及n阶函数的n，将各参数设为1阶参数的表格的数值的情况下和设为自动校正值的情况下的波形曲线并排而显示。即，参数(1)的左侧示出以峰值位置为中心的x的数为3的情况下的波形曲线，参数(1)的右侧示出以峰值位置为中心的x的数为自动校正值即5的情况下的波形曲线。另外，参数(2)的伽马变换和参数(3)的对数变换是二选一的算法，参数(2)的左侧示出伽马变换的指数值即伽马值为a＝0.20的情况下的波形曲线，参数(2)的右侧示出伽马变换的指数值即伽马值a为自动校正值即a＝0.40的情况下的波形曲线。在这里，参数(3)没有被选择，但在被选择的情况下取代参数(2)，在参数(3)的左侧示出对数变换的指数值的波形曲线，在参数(3)的右侧示出对数变换的指数值为自动校正值的情况下的波形曲线。另外，参数(4)的左侧示出将生成的曲线设为二阶函数的情况下的波形曲线，参数(4)的右侧示出将生成的曲线设为三阶函数的情况下的波形曲线。另外，图11的下部的2阶参数，是对通过1阶参数计算的各峰值的相加系数进行设定的画面，作为例子，在模式1至6中仅使用各计算峰值，模式7至10示出了各自乘以系数而进行加法平均的情况。

另外，用户能够在图11所示的2阶参数的表格中，使用1阶参数的结果，与检测对象1的特性相应地进行自动校正值的变更及设定。图11所示的第1设定画面例和图12所示的第2计算结果画面例联动，一方的变更会反映至另一方。即，在图11中，如果关于1阶参数的参数(4)而变更为n＝3变更，则在图12中，1阶参数的参数(4)也变更为n＝3。

另外，用户能够对图11所示的配方A、B、C的任意者进行选择。作为一个例子，如果选择了配方A，则位移量的下限成为模式1，位移量的上限成为模式7。在模式1中，“峰值检测→最小二乘法”的2D的计算值为0.16，此时的系数为1.00，其他系数为0，因此计算值和系数之积的总和即0.16为峰值位置。在模式7中，“峰值检测→最小二乘法”的2D的系数为0.20，3D的系数为0.35，“峰值检测→重心计算”的WC的系数为0.00，“特性变换→最小二乘法”的2D_γ的系数为0.10，3D_γ的系数为0.25，“特性变换→重心计算”的WC_γ的系数为1.10。“峰值检测→最小二乘法”的2D的计算值为0.16，3D的计算值为0.55，“峰值检测→重心计算”的WC的计算值为0.22，“特性变换→最小二乘法”的2D_γ的计算值为0.23，3D_γ的计算值为0.62，“特性变换→重心计算”的WC_γ的计算值为0.29。而且，这些系数各自和计算值各自之积的总和即0.43为峰值位置。此外，关于没有选择配方的情况下的输出校正值及自动校正值，也同样地能够对峰值位置进行计算。在本实施方式中，能够对由于配方的选择而具有不同的参数的模式进行设定及选择。此外，在选择了配方A的情况下，如果在指定的范围即模式1至7中测定值偏离，则输出“NG：0”，在测定值进入至该范围的情况下输出“OK：1”。或者，在输出至PLC时将作为测定范围而设置的值设为上限或下限，这些值可以写入至PLC的存储器或寄存器。

图11、12中的输出波形是1阶参数、2阶参数及反映了配方内容的变更的波形，因此能够确认输出波形并进行参数的调整。

如上述说明所述，如果使用特性变换，则峰值位置的计算精度能够从像素间隔的1/50设为1/20左右。另外，如果使用最小二乘法，则峰值位置的计算精度能够设为像素间隔的1/100左右。

另外，能够实现与以检测对象1的光泽为代表的表面状态相对应的运算处理及变换处理的优化，能够对干扰进行校正，高精度地进行峰值位置的计算。而且，通过使用FIR滤波器，从而能够更高精度地对峰值位置进行计算。其原因在于，在干扰或噪声多的情况下最小二乘法是有利的，在光泽面中峰值上部变形，因此使用峰值周边的信息是有利的。另外，通过将次数组合，从而有时精度提高。

此外，构成为在显示部对参数进行显示并能够设定，由此能够容易地进行参数的设定及调整。

此外，如果如上述说明的那样使用配方，则能够对在位移量的上限和下限之间是否包含计算出的位移量进行判定，能够对微小区域中的位移量是否满足设定基准值进行判定，因此能够进行检测对象物的品质管理。

此外，在上述的说明中，使用了通过“峰值检测→最小二乘法”得到的结果、通过“特性变换→最小二乘法”得到的结果和通过“特性变换→重心计算”得到的结果的全部，但本发明并不限定于此，至少使用这些结果中的1个即可。此外，除了这些以外，也能够将通过“峰值检测→重心计算”得到的结果进行组合。

此外，在上述的说明中，在FIR滤波器中进行了最小二乘法，但本发明并不限定于此。通常最小二乘法通过矩阵运算而求出逆矩阵，对系数进行计算。其与使用FIR的方法相比，需要时间。

以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1检测对象，2激光位移传感器装置，3外部装置，20激光元件，21拍摄元件，22峰值位置检测部，23投光及受光控制部，24系统控制部，25透镜，26控制器，31显示部，32控制部，33专用工具，220输入部，221峰值检测部，222特性变换部，223 FIR滤波器，224峰值位置计算部，225重心计算部，226加权加法部，227输出部，300硬件，301输入部，302处理器，303存储部，304输出部。

Claims

1.一种显示装置，其能够与峰值位置计算装置连接，该峰值位置计算装置具有：峰值检测部，其对利用通过由多个像素构成的拍摄元件组成的拍摄部受光的激光的强度的峰值的候选检测多个；FIR滤波器；以及峰值位置计算部，其使用由所述峰值检测部检测出的多个峰值的候选而计算对激光的强度分布进行近似的近似函数，所述峰值位置计算部根据所述FIR滤波器所近似的高阶函数曲线即近似函数的曲线对峰值位置进行计算，所述峰值位置计算部以多个峰值的候选的强度值和近似函数的值之间的误差成为最小的方式，对近似函数进行计算，

该显示装置的特征在于，

针对由所述峰值位置计算部计算出的多个峰值位置，使用按照操作画面上的操作而设定出的针对每个模式的加权系数而进行加权平均，对峰值位置进行计算而显示。