JP2684222B2 - Step detector - Google Patents

Step detector

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JP2684222B2
JP2684222B2 JP1242795A JP24279589A JP2684222B2 JP 2684222 B2 JP2684222 B2 JP 2684222B2 JP 1242795 A JP1242795 A JP 1242795A JP 24279589 A JP24279589 A JP 24279589A JP 2684222 B2 JP2684222 B2 JP 2684222B2
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恭生 石黒
素生 井狩
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 [産業上の利用分野] 本発明は、対象物に存在する段差の位置を特定する段
差検出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of use] The present invention relates to a step detecting device for specifying the position of a step existing on an object.

[従来の技術] この種の段差検出装置は、溶接・塗装等の種々の作業
の自動化等のために用いられており、対象物までの距離
に基づいて、段差位置を検出している。例えば、対象物
の上方からレーザ光等の光ビームを照射しその反射光
を、半導体位置検出器(PSD)上に結像させ、結像位置
のずれにより対象物までの距離を所定の走査線に沿って
連続的に検出し、この距離が予め定めた所定値以上変化
する点を段差位置として特定するものが知られている。
[Prior Art] This type of step detecting device is used for automation of various operations such as welding and painting, and detects the step position based on the distance to an object. For example, a light beam such as a laser beam is radiated from above the object, and the reflected light is imaged on the semiconductor position detector (PSD). It is known that the position is continuously detected along with and the point at which the distance changes by a predetermined value or more is specified as the step position.

かかる段差検出装置として、本願出願人は、先に、走
査線上の隣合った位置での距離の差が同符号であれば加
算し、この加算値の絶対値が最大の点を段差点と判定す
ることにより、ノイズの影響を除去して段差位置の検出
を高精度に行なうものを提案している(特願昭63−7354
1)。この装置では、第8図(A)に示すように、対象
物OBの段差のところでは、検出された距離が連続的に変
化するため隣合った位置での距離の差分が連続して同符
号となり、これを加算すれば段差のところで最大値が得
られることに着目して段差の検出を行なっている。
As such a step detecting device, the applicant of the present application first adds if the difference in distance between adjacent positions on the scanning line has the same sign, and determines that the point having the maximum absolute value of the added value is the step point. By doing so, it has been proposed to eliminate the influence of noise and detect the step position with high accuracy (Japanese Patent Application No. 63-7354).
1). In this device, as shown in FIG. 8 (A), at the step of the object OB, the detected distance continuously changes, so that the difference in distance between adjacent positions is the same. Therefore, the step is detected by focusing on the fact that the maximum value can be obtained at the step by adding this.

[発明が解決しようとする課題] かかる段差検出装置は、簡易な構成で精度良く段差位
置を特定する優れたものであるが、検出対象OBにおける
段差が、第8図(B)に示すように、複数の板金が垂直
に接合された点に当たると、光学的には反射光の得られ
ない縦壁部が存在するため距離の測定が困難となり、結
果的に段差の検出ができない場合があるという問題があ
った。
[Problems to be Solved by the Invention] Such a step detecting device is an excellent one that accurately specifies the step position with a simple configuration, but the step in the detection target OB is as shown in FIG. 8 (B). , When hitting a point where a plurality of sheet metals are vertically joined, it is difficult to measure the distance because there is a vertical wall portion where reflected light cannot be obtained optically, and as a result, it may be impossible to detect the step. There was a problem.

本発明の段差検出装置は上記課題を解決し、複数の板
金が垂直に接合された対象物においても段差を確実に検
出することを目的とする。
An object of the step detecting device of the present invention is to solve the above problems and to reliably detect a step even in an object in which a plurality of sheet metals are vertically joined.

発明の構成 かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明
する。
Configuration of the Invention The configuration of the present invention that achieves the above object will be described below.

[課題を解決するための手段] 段差の部分で複数の板材が重ねられている対象物OBに
つき、板材の端部が存在する位置を段差STの存在位置と
して特定する本発明の段差検出装置は、第1図に例示す
るように、 対象物OBに段差STの存在する領域Rを特定する段差領
域特定手段M1と、 前記特定された段差存在領域Rを横切る走査線上にお
いて、対象物OBの表面SFからの反射光の光量を検出する
光量検出手段M2と、 該検出された反射光量が極大となる位置を求め、該位
置を段差STの存在位置として特定する段差位置特定手段
M3と を備えたことを要旨とする。
[Means for Solving the Problem] With respect to an object OB in which a plurality of plate materials are overlapped at a step portion, the step detecting device of the present invention that specifies the position where the end of the plate material exists as the position where the step ST exists As illustrated in FIG. 1, a step area specifying unit M1 that specifies an area R where a step ST exists in the object OB, and a surface of the object OB on a scanning line that crosses the specified step existence area R. A light amount detecting means M2 for detecting the light amount of the reflected light from SF, and a step position specifying means for obtaining a position where the detected reflected light amount is maximum and specifying the position as the existing position of the step ST
It is equipped with M3.

[作用] 上記構成を有する本発明の段差検出装置は、まず、段
差領域特定手段M1により対象物OBに段差STの存在する領
域Rを特定する。かかる段差STの存在領域Rは、例えば
対象物OBまでの距離を対象物OBの複数の点で測定し、距
離が不連続に変化する点の存在する領域として特定する
こともできるし、対象物OBの設計情報(例えばCADの情
報)に基づいて特定するなど、種々の構成により特定す
ることができる。もとより、対象物の全方向を順次段差
の存在領域Rとみなして、段差検出を行なう構成として
も良い。
[Operation] In the step detecting device of the present invention having the above-described configuration, first, the step area specifying means M1 specifies the area R where the step ST exists in the object OB. The existence area R of the step ST can be specified as an area in which the points at which the distance changes discontinuously exist by measuring the distance to the object OB at a plurality of points on the object OB, for example. It can be specified by various configurations such as specification based on OB design information (for example, CAD information). Of course, a configuration may be adopted in which all the directions of the target object are sequentially regarded as the existence region R of the step and the step is detected.

こうして特定された段差存在領域Rに対し、光量検出
手段M2が、段差存在領域Rを横切る走査線上において、
対象物OBの表面からの反射光の光量を検出する。この場
合、対象物OB上に光スポットを投射・走査し、かかる光
スポットに対応した反射光量を検出しても良いし、スリ
ット光を投射して各点での反射光量を検出するものとし
てもよい。あるいは対象物OB全体に光を投射し、その反
射光量を光学系により所定の走査線上に沿って検出する
ものなど、種々の構成を採ることができる。
With respect to the step existing region R thus identified, the light amount detection means M2 is on the scanning line which crosses the step existing region R,
The amount of light reflected from the surface of the object OB is detected. In this case, a light spot may be projected / scanned on the object OB to detect the reflected light amount corresponding to the light spot, or slit light may be projected to detect the reflected light amount at each point. Good. Alternatively, various configurations can be adopted, such as one in which light is projected onto the entire object OB and the amount of reflected light is detected by an optical system along a predetermined scanning line.

こうして検出した反射光量に基づき、段差位置特定手
段M3により、反射光量が極大となる位置を求め、この位
置を段差STの存在位置として特定する。即ち、複数枚の
板材が段差部分で重なっている場合、この点に反射光量
の極大となる点が現れることに基づいて、段差ST位置を
特定するのである。
Based on the amount of reflected light detected in this way, the step position specifying means M3 finds a position where the amount of reflected light is maximum, and specifies this position as the existing position of the step ST. That is, when a plurality of plate materials are overlapped at the step portion, the step ST position is specified based on the point where the amount of reflected light becomes maximum at this point.

尚、光量検出手段M2が光スポットの投射・走査を用い
るものである場合には、光スポットの結像位置に基づい
て対象物OBまでの距離を検出することができるので、段
差領域特定手段M1の一部と兼用することも容易である。
When the light amount detecting means M2 uses projection / scanning of a light spot, the distance to the object OB can be detected based on the image forming position of the light spot, and therefore the step area specifying means M1 It is easy to use it as a part of.

また、本発明の段差検出装置の構成は、単独で用いて
も良いが、従来の種々の段差検出の構成と共に用い、段
差の状態に応じて最も検出精度の高いものを採用するこ
とも好適である。
Further, the configuration of the step detecting device of the present invention may be used alone, but it is also preferable to use it together with various conventional step detecting configurations and employ the one having the highest detection accuracy according to the state of the step. is there.

[実施例] 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにする
ために、以下本発明の段差検出装置の好適な実施例につ
いて説明する。第2図は、本発明一実施例としての段差
検出装置の概略構成図である。
[Embodiment] In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above, a preferred embodiment of the step detecting device of the present invention will be described below. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a step detecting device as an embodiment of the present invention.

図示するように、この段差検出装置は、段差を検出し
ようとする対象物1に光ビームを投射すると共に光ビー
ムの走査位置x(i)を検出する投光装置3と、対象物
1で反射した光ビームを集光して光ディテクタ上に光ス
ポットSを形成し光スポットの位置と光量との信号を出
力する光スポット検出装置7と、これらの信号に基づい
て対象物1に存在する段差を特定する段差特定装置10と
から構成されている。まず、各装置の構成と働きとにつ
いて説明する。
As shown in the figure, this step detecting device projects a light beam onto an object 1 which is going to detect a step, and a light projecting device 3 which detects a scanning position x (i) of the light beam and is reflected by the object 1. A light spot detection device 7 which collects the formed light beam to form a light spot S on the light detector and outputs signals of the position and the light amount of the light spot, and a step existing on the object 1 based on these signals. And a step identification device 10 for identifying First, the configuration and function of each device will be described.

投光装置3は、半導体型のレーザ発振器11と、凸レン
ズよりなる投光用光学系13と、投射されたレーザ光を反
射する走査用ミラー15と、この走査用ミラー15を回転す
る走査用モータ16と、走査用ミラー15により反射された
光の一部を参照光として取り出すビームスプリッタ17
と、ビームスプリッタ17で一部反射した光の位置を検出
するX方向光検出器19とを備える。このレーザ発振器11
と走査用モータ16とは、段差特定装置10に接続されてお
り、段差特定装置10の制御信号を受けて、各々レーザ光
の発振および走査用ミラー15の回転を行なう。走査用ミ
ラー15の回転によりレーザ光は、所定の方向に繰り返し
走査されることになる。この方向をX軸方向と呼ぶ。ビ
ームスプリッタ17を介して走査光の一部が入射するX方
向光検出器(PSD)19の検出信号は、段差特定装置10に
入力されており、走査光のスキャン方向の距離、即ちX
軸方向位置x(i)の検出に用いられる。位置x(i)
の検出の手法については、後述する。
The light projecting device 3 includes a semiconductor laser oscillator 11, a projecting optical system 13 including a convex lens, a scanning mirror 15 that reflects the projected laser light, and a scanning motor that rotates the scanning mirror 15. 16 and a beam splitter 17 for extracting a part of the light reflected by the scanning mirror 15 as reference light
And an X-direction photodetector 19 for detecting the position of the light partially reflected by the beam splitter 17. This laser oscillator 11
The scanning motor 16 and the scanning motor 16 are connected to the step identifying device 10, and each receive a control signal from the step identifying device 10 to oscillate a laser beam and rotate the scanning mirror 15. The rotation of the scanning mirror 15 causes the laser light to be repeatedly scanned in a predetermined direction. This direction is called the X-axis direction. The detection signal of the X-direction photodetector (PSD) 19 in which a part of the scanning light is incident via the beam splitter 17 is input to the step identification device 10, and the distance of the scanning light in the scanning direction, that is, X direction.
It is used to detect the axial position x (i). Position x (i)
The method of detecting (1) will be described later.

一方、走査用ミラー15で反射された後、ビームスプリ
ッタ17を透過した光は、段差検出用の光ビームとして対
象物1に投射される。従って、段差特定装置10からの制
御信号に基づいて、レーザ発振器11がレーザ光を発振し
走査用ミラー15が回転を始めると、対象物1の表面には
X軸方向の走査線に沿ってレーザビームLBが投光される
ことになる。
On the other hand, the light reflected by the scanning mirror 15 and then transmitted through the beam splitter 17 is projected onto the object 1 as a light beam for step detection. Therefore, when the laser oscillator 11 oscillates the laser beam and the scanning mirror 15 starts to rotate based on the control signal from the step identification device 10, the surface of the object 1 is scanned along the scanning line in the X-axis direction. Beam LB will be projected.

対象物1上を走査するこのレーザビームLBは対象物1
の表面で散乱反射する。従って、対象物1表面の鉛直上
から傾いた位置に配設された光スポット検出装置7に
も、この反射光RBは入光する。入射した光は光学系21に
より、Z方向光検出器(PSD)25上に結像する。Z方向
光検出器25の出力信号は、段差特定装置10に入力されて
いる。
This laser beam LB scanning over the object 1 is the object 1
Scatter and reflect on the surface of. Therefore, the reflected light RB also enters the light spot detection device 7 arranged at a position inclined from the vertically upper side of the surface of the object 1. The incident light is imaged on the Z direction photodetector (PSD) 25 by the optical system 21. The output signal of the Z-direction photodetector 25 is input to the step identification device 10.

X方向光検出器19,Z方向光検出器25は、高抵抗半導体
表面の片面を均一な抵抗層としその両端に電極を設けた
PSDであり、光スポットSの入射により半導体に生じる
光生成電流loが光スポットSから電極までの抵抗値に応
じて両電極から取り出せることに着目してPSD上の光ス
ポットSの位置、即ち対象物1上の光スポットの走査位
置や対象物1までの距離を検出するものである。
In the X-direction photodetector 19 and the Z-direction photodetector 25, one surface of the high-resistance semiconductor surface was used as a uniform resistance layer and electrodes were provided at both ends thereof.
The position of the light spot S on the PSD, that is, the target, is the PSD, and the light generation current lo generated in the semiconductor by the incidence of the light spot S can be extracted from both electrodes according to the resistance value from the light spot S to the electrodes. The scanning position of the light spot on the object 1 and the distance to the object 1 are detected.

第3図は、光スポットSの位置から対象物1までの距
離を検出する原理を示す説明図である。対象物1の位置
が鉛直方向にA,B,Cと変化して投光装置3と対象物1と
の距離が変化すると、光スポット検出装置7のZ方向光
検出器25の受光面に形成される光スポットSの位置は紙
面上をa,b,cと移動する。即ち、対象物1の位置の相違
がZ方向光検出器25上の変位Δrに対応するのである。
光スポットSの位置により両電極から取り出される光生
成電流l3,l4は相違する。従って、この光生成電流l3,l4
を計測することにより、対象物1までの鉛直方向の距離
を検出することができる。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the principle of detecting the distance from the position of the light spot S to the object 1. When the position of the object 1 changes vertically to A, B, C and the distance between the light projecting device 3 and the object 1 changes, it is formed on the light receiving surface of the Z direction photodetector 25 of the light spot detection device 7. The position of the formed light spot S moves a, b, and c on the paper surface. That is, the difference in the position of the object 1 corresponds to the displacement Δr on the Z-direction photodetector 25.
The light generation currents l3 and l4 extracted from both electrodes differ depending on the position of the light spot S. Therefore, this photogenerated current l3, l4
By measuring, it is possible to detect the vertical distance to the object 1.

次に、段差特定装置10の構成について、第4図に拠っ
て説明する。図示するように、段差特定装置10は、レー
ザ発振器11および走査用モータ16を駆動する駆動部30
と、X方向光検出器19からの光生成電流l1,l2を入力し
て光スポットSのX方向位置x(i)を検出するX方向
演算部40xと、この演算部40xとほとんど同一の構成を有
しZ方向光検出器25からの光生成電流l3,l4に基づいて
光スポットSのZ方向位置z(i)を検出するZ方向演
算部40zと、光スポットSのX方向位置およびZ方向位
置の信号を入力して段差の特定を行なう算術論理演算部
80とから構成されている。
Next, the configuration of the step identification device 10 will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the step identifying device 10 includes a driving unit 30 that drives the laser oscillator 11 and the scanning motor 16.
And an X-direction calculation unit 40x for detecting the X-direction position x (i) of the light spot S by inputting the light generation currents l1 and l2 from the X-direction photodetector 19, and a configuration almost the same as this calculation unit 40x. And a Z-direction computing unit 40z for detecting the Z-direction position z (i) of the light spot S based on the light generation currents l3, l4 from the Z-direction photodetector 25, and the X-direction position and Z of the light spot S. Arithmetic and logic operation unit that inputs direction signal and identifies step
It is composed of 80 and.

駆動部30は、投光タイミング設定用のクロックパルス
を発生する発振回路31と、発振回路31からのクロックパ
ルスに応じて変調信号を発生する変調回路32、変調回路
32からの変調信号に応じてレーザ発振器11の投光用発光
素子である半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路35、
走査用モータ16を駆動する駆動回路37を備える。発振回
路31と駆動回路37とは、算術論理演算部80に接続されて
おり、レーザ発振のタイミングおよび走査用モータ16の
回転は、最終的には算術論理演算回路80により制御され
ている。
The drive unit 30 includes an oscillation circuit 31 that generates a clock pulse for setting the light emission timing, a modulation circuit 32 that generates a modulation signal according to the clock pulse from the oscillation circuit 31, and a modulation circuit.
A laser drive circuit 35 that drives a semiconductor laser that is a light emitting element for projecting light of the laser oscillator 11 according to a modulation signal from 32,
A drive circuit 37 for driving the scanning motor 16 is provided. The oscillation circuit 31 and the drive circuit 37 are connected to an arithmetic logic operation unit 80, and the timing of laser oscillation and the rotation of the scanning motor 16 are finally controlled by the arithmetic logic operation circuit 80.

次に、X方向演算部40xおよびZ方向演算部40zの構成
について説明するが、両者はA/D変換器がひとつ多い点
を除いて同一の構成なので、X方向演算部40xを例にと
って説明する。Z方向演算部40zの各部は、X方向演算
部40xの構成部品と同一なので、添え字zを除き同一番
号とする。
Next, the configurations of the X-direction computing unit 40x and the Z-direction computing unit 40z will be described. However, since both have the same configuration except that there is one A / D converter, the X-direction computing unit 40x will be described as an example. . Since each part of the Z direction calculation unit 40z is the same as the component of the X direction calculation unit 40x, the same numbers are used except for the subscript z.

X方向演算部40xは、X方向光検出器19の両電極に接
続された光検出器19から取り出される光生成電流l1,l2
を電圧信号に変換する2台の電流電圧変換器(l/V変換
器)41x,42xと、l/V変換回路41x,42xの出力から変調さ
れた高周波成分を取り出すハイパスフィルタ(HPF)44
x,45xと、ハイパスフィルタ44x,45xの出力レベルを発振
回路31の出力に基づいてチェック(クロックパルスに同
期してレベルを判定)する検波回路47x,48xと、検波回
路47x,48xの出力から低周波成分を取り出すローパスフ
ィルタ(LPF)50x,51xと、ローパスフィルタ50x,51xの
各出力信号(この出力は光検出器19)の各電極に得られ
る光生成電流l1,l2に対応しているので、以下信号l1,l2
と呼ぶ)の減算を行なう減算回路55xと、ローパスフィ
ルタ50x,51xの各出力信号l1,l2の加算を行う加算回路56
xと、減算回路55xから出力される第1の信号(l1−l2)
と加算回路56xから出力される第2の信号(l1+l2)と
の比率を演算する割算回路58xと、割算回路58xから得ら
れるアナログ信号の出力をデジタル信号に変換するA/D
変換回路60xとから構成されている。ここで、光スポッ
トSにより光検出器19のPSDに生じる全光生成電流をlo
とすると、光スポットSの変位rと各電極に得られる光
生成電流l1,l2との関係は、PSDの抵抗層が均一であれ
ば、次式(1)(2)により表される。
The X-direction calculation unit 40x is configured to detect the photo-generated currents l1, l2 extracted from the photo-detector 19 connected to both electrodes of the X-direction photo-detector 19.
High-pass filter (HPF) 44 that extracts high-frequency components modulated from the outputs of the two current-voltage converters (l / V converters) 41x and 42x that convert voltage to voltage signals and the l / V conversion circuits 41x and 42x
x, 45x and the output levels of the high pass filters 44x, 45x are checked based on the output of the oscillator circuit 31 (the level is determined in synchronization with the clock pulse). From the detection circuits 47x, 48x and the outputs of the detection circuits 47x, 48x Corresponds to low-pass filters (LPF) 50x, 51x for extracting low-frequency components and photo-generated currents l1, l2 obtained at each electrode of each output signal of the low-pass filters 50x, 51x (this output is the photodetector 19). So the following signals l1, l2
55x) and an adder circuit 56x that adds the output signals l1 and l2 of the low-pass filters 50x and 51x.
x and the first signal (l1-l2) output from the subtraction circuit 55x
And a division circuit 58x that calculates the ratio of the second signal (l1 + l2) output from the addition circuit 56x, and an A / D that converts the output of the analog signal obtained from the division circuit 58x into a digital signal
It is composed of a conversion circuit 60x. Here, the total light generation current generated in the PSD of the photodetector 19 by the light spot S is lo
Then, the relationship between the displacement r of the light spot S and the photo-generated currents l1 and l2 obtained at each electrode is expressed by the following equations (1) and (2) if the resistance layer of the PSD is uniform.

l1+l2=lo ……(1) l1−l2=lo(1−2r/L) ……(2) なお、LはPSDの全長である。従って、加算回路56xの
出力は、全光生成電流lo、即ち光検出器19に入射した光
の光量に対応したものとなり、減算回路55xの出力は、
上記式(2)に対応したものとなっている。この結果、
割算回路58xの出力は、 (l1−l2)/(l1+l2)=12r/L ……(3) となる。即ち、光スポットSの位置にのみ対応した信号
となるのである。この結果、A/D変換回路60xからは、デ
ィジタル信号とされた光スポットSの位置に対応した信
号が出力される。光検出器19における光スポットSの位
置は、対象物1上のレーザビームLBの位置、即ち走査方
向(X方向)の位置に対応しているから、これをX方向
位置信号x(i)とする(符号iは、A/D変換回路60xの
サンプリングタイミングを示す)。
l1 + l2 = lo …… (1) l1-l2 = lo (1-2r / L) …… (2) In addition, L is the total length of PSD. Therefore, the output of the addition circuit 56x corresponds to the total light generation current lo, that is, the light amount of the light incident on the photodetector 19, and the output of the subtraction circuit 55x is
It corresponds to the above equation (2). As a result,
The output of the division circuit 58x is (l1-l2) / (l1 + l2) = 12r / L (3). That is, the signal corresponds only to the position of the light spot S. As a result, the A / D conversion circuit 60x outputs a signal corresponding to the position of the light spot S, which is a digital signal. Since the position of the light spot S on the photodetector 19 corresponds to the position of the laser beam LB on the object 1, that is, the position in the scanning direction (X direction), this is referred to as the X direction position signal x (i). (Symbol i indicates the sampling timing of the A / D conversion circuit 60x).

また、Z軸方向についての光検出器25から出力される
光生成電流l3,l4に対するZ方向演算部40zは、X軸方向
についての演算部40xと同一の構成を有するから、そのA
/D変換回路60zからは信号(l3,l4)/(l3+l4)、即ち
Z方向の位置に対応した信号z(i)が得られることに
なる。なお、加算回路56zの出力は、上述した式(1)
に示したように全光生成電流lo、即ち光スポットSの光
量に対応しているので、A/D変換回路70を設けてディジ
タル信号に変換し、これを光量信号S(i)として出力
している。
Further, the Z-direction calculation unit 40z for the photo-generated currents l3 and l4 output from the photodetector 25 in the Z-axis direction has the same configuration as the calculation unit 40x in the X-axis direction.
The signal (l3, l4) / (l3 + l4), that is, the signal z (i) corresponding to the position in the Z direction, is obtained from the / D conversion circuit 60z. The output of the adder circuit 56z is obtained by the above-mentioned equation (1).
Since it corresponds to the total light generation current lo, that is, the light quantity of the light spot S as shown in, the A / D conversion circuit 70 is provided to convert it into a digital signal and output it as the light quantity signal S (i). ing.

こうして得られたX方向の位置信号x(i),Z方向の
位置信号z(i)さらには光量信号S(i)を入力する
算術論理演算部80は、これらの信号を入力する入力ポー
ト75のほか、第4図に示すように、周知のCPU81,ROM82,
RAM84,シリアル通信ポート(SIO)86および制御信号を
出力する出力ポート88を備え、これらをバス89により相
互に接続して構成されている。従って、算術論理演算部
80は、ROM82に記憶されたプログラムを実行することに
より、対象物1に対しレーザビームLBをX軸方向に走査
する共に、X,Z方向演算部40x,zから出力されるXおよび
Z方向の位置信号x(i),z(i)と光量信号S(i)
に基づいて、対象物1に存在する段差を検出する。
The arithmetic logic operation unit 80 for inputting the position signal x (i) in the X direction, the position signal z (i) in the Z direction and the light amount signal S (i) obtained in this way is input port 75 for inputting these signals. In addition to the well-known CPU81, ROM82,
A RAM 84, a serial communication port (SIO) 86, and an output port 88 for outputting a control signal are provided, and these are connected to each other by a bus 89. Therefore, the arithmetic logic unit
By executing the program stored in the ROM 82, the 80 scans the object 1 with the laser beam LB in the X-axis direction, and outputs the X- and Z-direction calculation units 40x, z in the X- and Z-directions. Position signals x (i), z (i) and light intensity signal S (i)
Based on the above, the step existing on the object 1 is detected.

次に、この算術論理演算部80が実行する段差位置検出
ルーチンについて説明する。算術論理演算部80は、対象
物1が段差検出用の所定の位置に位置決めされると、第
5図のフローチャートに示す処理を起動し、まずレーザ
ビームLBの走査された全範囲に亘って位置信号x
(i),z(i),光量信号S(i)を検出する処理を行
なう(ステップ100)。即ち、駆動部30を介してレーザ
発振器11と走査用モータ16とを駆動してレーザビームLB
のX方向への操作を開始すると共に、光検出器19,25上
に形成される光スポットSの位置信号x(i),z(i)
および光量信号S(i)を、所定のサンプリングタイミ
ングで、入力ポート75を介して読み込む処理を行なうの
である。
Next, a step position detection routine executed by the arithmetic logic operation unit 80 will be described. When the object 1 is positioned at a predetermined position for detecting a step, the arithmetic logic operation unit 80 activates the processing shown in the flowchart of FIG. 5, and first of all, the position is moved over the entire range scanned by the laser beam LB. Signal x
Processing for detecting (i), z (i) and the light quantity signal S (i) is performed (step 100). That is, the laser beam 11 is driven by driving the laser oscillator 11 and the scanning motor 16 via the driving unit 30.
Position signal x (i), z (i) of the light spot S formed on the photodetector 19, 25 while starting the operation in the X direction.
The light amount signal S (i) is read through the input port 75 at a predetermined sampling timing.

次に、レーザビームLBの走査範囲に段差が存在するか
否かの判断を行なう(ステップ110)。走査範囲内に段
差が存在するか否か、Z方向の位置信号z(i)に不連
続点があるか否か、あるいは対象物1の設計上の情報等
から判断することができる。段差が存在しないと判断さ
れれば、「END」に抜けて本ルーチンを一旦終了する。
Next, it is determined whether or not there is a step in the scanning range of the laser beam LB (step 110). It can be determined from whether or not there is a step in the scanning range, whether or not the position signal z (i) in the Z direction has a discontinuity, or the design information of the object 1. If it is determined that there is no step, the process ends at "END" and the present routine ends.

ステップ110で、走査範囲内に段差が存在すると判断
した場合には、走査した全領域におけるZ方向信号z
(i)が最小となる位置P1に対応したサンプリング番号
nを算出する処理を行なう(ステップ120)。即ち、第
6図に示すように、光スポット検出装置7に対して対象
物1が最も接近している位置P1に対応したサンプリング
番号nを求めるのである。その後、このサンプリング番
号nから見て、段差の存在する方向が走査方向が反走査
方向からの判定を行ない(ステップ130)、走査方向な
ら変数jに値1を設定し(ステップ140)、反走査方向
なら変数jに値−1を設定する(ステップ145)。変数
jは、Z方向の位置信号z(i)が最小となった点から
どちらの方向に処理を進めて行くかを決定するためのも
のである。
When it is determined in step 110 that there is a step in the scanning range, the Z-direction signal z in the entire scanned area is detected.
A process of calculating the sampling number n corresponding to the position P1 where (i) becomes the minimum is performed (step 120). That is, as shown in FIG. 6, the sampling number n corresponding to the position P1 where the object 1 is closest to the light spot detection device 7 is obtained. After that, as seen from the sampling number n, the direction in which the step exists is determined to be the anti-scanning direction when the scanning direction is the scanning direction (step 130). If it is the direction, the value -1 is set to the variable j (step 145). The variable j is for determining in which direction the process is to be advanced from the point where the position signal z (i) in the Z direction becomes the minimum.

変数jに値を設定した後、Z方向の位置信号z(i)
が最小となった位置P1でのサンプリング番号nを変数k
に設定し(ステップ150)、このサンプリング番号nで
のZ方向の位置信号z(n)とここからjだけ隔たった
サンプリング番号k+jの位置でのZ方向の位置信号z
(k+j)との偏差Δzを求める処理を行なう(ステッ
プ160)。ここで変数jは、段差の存在する方向に基づ
いてその値を定めているので、段差に近付くにつれてサ
ンプリング番号k+jに対応した位置での対象物1まで
の距離は、サンプリング番号nの位置での距離と較べて
大きくなる。そこで、次のステップ170では、この偏差
Δzが所定値aより大きいか否かの判断を行ない、第6
図に示すように、所定値aより大きくなる点P2を検出す
る。この点P2を検出するまでは(ステップ160,170)、
順次変数kの値の更新(ステップ180)と、この変数k
の値が領域の端を示す値kDとなったか否かの判断(ステ
ップ190)とを行なう。ここで領域の端を示す値kDは、
走査方向に見て行く場合にはサンプリング番号の最大値
i maxであり、反走査方向に見て行く場合には値0であ
る。端までこれらの処理を繰り返しても、偏差Δzが所
定値a以上となる点が見つからなければ、段差が特定で
きなかったとして(ステップ200)、一旦「END」に抜け
て本ルーチンを終了する。
After setting the value to the variable j, the position signal z (i) in the Z direction
The sampling number n at the position P1 where the
(Step 150), the Z-direction position signal z (n) at the sampling number n and the Z-direction position signal z at the sampling number k + j separated by j from here.
A process for obtaining a deviation Δz from (k + j) is performed (step 160). Since the value of the variable j is determined based on the direction in which the step exists, the distance to the object 1 at the position corresponding to the sampling number k + j as the position approaches the step becomes It will be larger than the distance. Therefore, in the next step 170, it is judged whether or not this deviation Δz is larger than the predetermined value a, and the sixth
As shown in the figure, a point P2 that becomes larger than the predetermined value a is detected. Until this point P2 is detected (steps 160 and 170),
The value of the variable k is updated sequentially (step 180), and this variable k
It is determined whether or not the value of has become the value kD indicating the edge of the area (step 190). Here, the value kD indicating the edge of the region is
Maximum value of sampling number when looking in the scanning direction
i max, and a value of 0 when looking in the anti-scanning direction. Even if these processes are repeated until the end, if the point where the deviation Δz is equal to or larger than the predetermined value a is not found, it is determined that the step cannot be identified (step 200), the process ends once in “END” and this routine is ended.

一方、かかる処理の繰り返し(ステップ160ないし19
0)により、偏差Δzが所定値a以上となったと判断さ
れた場合は(ステップ170)、次に光量信号S(k)が
極大の点か否かの判断を行なう(ステップ210)。光量
信号S(k)が極大値となる位置P3の検出は、隣接する
数点の光量信号S(k)の値を参照することにより可能
である。極大でないと判断されれば、変数kの値を変数
jを用いて更新し(ステップ220)、変数kの値が領域
の端を示すkDとなったか否かを判断する(ステップ23
0)。領域の端を示す値kDは、ステップ190での判断と同
一値であり、変数kの値を更新しつつこの判断を繰り返
しても、光量信号S(k)が極大と判断されない場合に
は、同様に、段差は特定されなかったとして(ステップ
200)、一旦「END」に抜いて本ルーチンを終了する。
On the other hand, this process is repeated (steps 160 to 19).
When it is determined that the deviation Δz has become equal to or greater than the predetermined value a by 0) (step 170), it is next determined whether or not the light amount signal S (k) is the maximum point (step 210). The position P3 where the light intensity signal S (k) has a maximum value can be detected by referring to the values of the light intensity signal S (k) at several adjacent points. If it is determined that the value is not the maximum, the value of the variable k is updated using the variable j (step 220), and it is determined whether or not the value of the variable k becomes kD indicating the end of the area (step 23).
0). The value kD indicating the edge of the region is the same as the value determined in step 190, and even if this determination is repeated while updating the value of the variable k, if the light amount signal S (k) is not determined to be the maximum value, Similarly, if no step is identified (step
200), once disconnect to "END" and end this routine.

第2図に例示した対象物1のように、段差の部分で2
枚の板材が重ねられている場合には、第6図に示すよう
に、位置信号(距離出力)z(i)は不連続な値とな
る。従って、通常の段差検出の手法では段差の特定が困
難となる。これに対して本実施例では、光量信号S
(k)が極大となる点が見いだされた場合には(ステッ
プ210)、次にその極大となった点kの近傍の2c+1個
の点でのZ方向の位置信号z(i)の平均値zを求め
(ステップ240)、X方向の位置x(i)の共にこの位
置zを段差位置P4として特定する(ステップ250)。即
ち、対象物1からの反射光量S(i)は、段差に存在す
る板材の端部で局所的に最大値を取り、この位置を特定
することで段差位置を特定することができるのである。
なお、平均値を取る処理(ステップ240)を行なうの
は、精度を上げるためであり、光量信号S(i)が端部
のどこで極大となるかは端部の状態によっているからで
ある。
Like the object 1 illustrated in FIG.
When the plate materials are stacked, the position signal (distance output) z (i) has a discontinuous value, as shown in FIG. Therefore, it is difficult to identify the level difference by the normal level difference detection method. On the other hand, in this embodiment, the light amount signal S
If a point at which (k) has a maximum is found (step 210), the average value of the Z-direction position signals z (i) at 2c + 1 points in the vicinity of the next maximum point k. z is calculated (step 240), and the position x (i) in the X direction is specified as the step position P4 (step 250). That is, the amount of reflected light S (i) from the object 1 locally takes a maximum value at the end of the plate material existing in the step, and by specifying this position, the step position can be specified.
The reason why the process of taking the average value (step 240) is performed is to improve the accuracy, and the place where the light amount signal S (i) becomes maximum depends on the state of the end.

以上説明したように、本実施例の段差検出装置によれ
ば、対象物1との距離(Z方向位置信号z(i))によ
り、段差の存在する領域の近傍(第6図位置P2)を検出
し、その後は対象物1からの反射光の光量信号S(i)
を参照して、これが極大となる点を段差として特定して
いる。従って、段差が急でしかも段差部において複数の
板材が重ねられており、段差部における対象物1までの
距離が断続的に測定不能となり(第6図区間L1,L2)、
測定された距離が不連続となる様な場合でも、段差位置
を精度良く検出することができる。しかも、本実施例で
は、光量の検出をZ方向の位置検出用の光検出器25を利
用して行なっているので、構成が簡略になるという利点
がある。
As described above, according to the step detecting device of the present embodiment, the vicinity of the area where the step exists (position P2 in FIG. 6) is determined by the distance from the object 1 (Z direction position signal z (i)). The light amount signal S (i) of the reflected light from the object 1 detected thereafter
With reference to, the point at which this is the maximum is specified as a step. Therefore, the step is steep and a plurality of plate materials are overlapped at the step, and the distance to the object 1 at the step becomes intermittently unmeasurable (section L1, L2 in FIG. 6),
Even if the measured distance is discontinuous, the step position can be detected with high accuracy. Moreover, in this embodiment, since the light amount is detected by using the photodetector 25 for detecting the position in the Z direction, there is an advantage that the configuration is simplified.

なお、段差部に板材等が重ねられている場合には、板
材等からの反射光の光量信号S(i)には、端部Tの存
在により、極大となる点が必ず現れるから、第7図
(A)に示すように、板材が完全に接触している場合で
も、第7図(B)に示すように、板材間に間隙がある場
合にも、段差の検出は確実に行なわれる。
Note that when a plate material or the like is overlapped on the stepped portion, the light amount signal S (i) of the reflected light from the plate material or the like always has a maximum point due to the presence of the end portion T. Even if the plate members are in complete contact with each other as shown in FIG. 7A, even if there is a gap between the plate members as shown in FIG. 7B, the step can be detected reliably.

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
うした実施例に何等限定されるものではなく、例えばZ
方向の光検出器25を2次元タイプのものとして、X方向
の光検出器19を兼用する構成や、光ビームは対象物で乱
反射することを利用して光量を検出する専用のセンサを
別に設けた構成など、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
The direction photodetector 25 is of a two-dimensional type, and is also provided with a dedicated sensor for detecting the amount of light by utilizing the structure that also serves as the X direction photodetector 19 and the fact that the light beam is diffusely reflected by the object. Needless to say, the present invention can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention, such as the above configuration.

発明の効果 以上詳述したように、本発明の段差検出装置によれ
ば、段差のある部位で複数枚の板材などが重ねられてい
る場合にも、確実に段差を検出することができるという
極めて優れた効果を奏する。従って、溶接や塗装など各
種作業の自動化において、対象物の位置決め等を確実に
行ない、作業効率を改善することが可能である。
EFFECTS OF THE INVENTION As described in detail above, according to the step detecting device of the present invention, even when a plurality of plate materials or the like are overlapped at a stepped portion, the step can be surely detected. It has an excellent effect. Therefore, in automating various operations such as welding and painting, it is possible to reliably position the object and improve the work efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
2図は本発明一実施例としての段差検出装置の概略構成
図、第3図は光検出器25を用いた距離検出の原理を示す
説明図、第4図は段差特定装置10の内部構成を示すブロ
ック図、第5図は段差特定装置10の算術論理演算部80が
実行する処理を示すフローチャート、第6図は対象物か
ら得られる各信号の様子を示すグラフ、第7図(A),
(B)は段差の状態と反射光量との関係を示す説明図、
第8図(A),(B)は従来の段差検出技術とその問題
点を例示する説明図、である。 M1……段差領域特定手段 M2……光量検出手段 M3……段差位置特定手段 1……検出対象物、3……投光装置 7……光スポット検出装置 10……段差特定装置、11……レーザ発振器 15……走査用ミラー、16……走査用モータ 19……X方向光検出器、25……Z方向光検出器 30……駆動部、40x……X方向演算部 40z……Z方向演算部、80……算術論理演算部
FIG. 1 is a block diagram illustrating the basic configuration of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a step detecting device as one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a principle of distance detection using a photodetector 25. 4 is a block diagram showing the internal structure of the step identification device 10, FIG. 5 is a flowchart showing the processing executed by the arithmetic logic operation unit 80 of the step identification device 10, and FIG. A graph showing the state of each signal obtained, FIG. 7 (A),
(B) is an explanatory view showing the relationship between the state of the step and the amount of reflected light,
FIGS. 8A and 8B are explanatory views illustrating the conventional step detection technique and its problems. M1 ...... step difference area specifying means M2 ...... light amount detecting means M3 ...... step difference position specifying means 1 ...... detection target object 3 ... light projecting device 7 ...... light spot detecting device 10 ...... step difference specifying device, 11 ...... Laser oscillator 15 ... Scanning mirror, 16 ... Scanning motor 19 ... X-direction photodetector, 25 ... Z-direction photodetector 30 ... Drive unit, 40x ... X-direction calculation unit 40z ... Z-direction Arithmetic unit, 80 ... Arithmetic logic operation unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井狩 素生 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (72)発明者 磯井 利光 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−99203(JP,A) 特開 昭61−160005(JP,A) 特開 昭63−256804(JP,A) 特開 昭64−74405(JP,A) 特開 平1−245103(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Sosei Ikari 1048, Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works, Ltd. (72) Toshimitsu Isoi 1048, Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Works, Ltd. (56) Reference JP 59-99203 (JP, A) JP 61-160005 (JP, A) JP 63-256804 (JP, A) JP 64-74405 (JP, A) JP-A 1-245103 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】段差の部分で複数の板材が重ねられている
対象物につき、板材の端部が存在する位置を段差の存在
位置として特定する段差検出装置であって、 前記対象物に段差の存在する領域を特定する段差領域特
定手段と、 前記特定された段差存在領域を横切る走査線上におい
て、対象物の表面からの反射光の光量を検出する光量検
出手段と、 該検出された反射光量が極大となる位置を求め、該位置
を段差の存在位置として特定する段差位置特定手段と を備えた段差検出装置。
1. A step detecting device for an object in which a plurality of plate materials are overlapped at a step portion, which specifies a position where an end portion of the plate material exists as a step existence position. A step area specifying unit that specifies an existing area, a light amount detection unit that detects the light quantity of the reflected light from the surface of the object on the scanning line that crosses the specified step existence area, and the detected reflected light quantity is A step detecting device including a step position specifying unit that obtains a maximum position and specifies the position as a step existing position.
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