JP5220471B2 - 型締装置の計測システム及び型締装置の計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、型締装置の計測システム及び型締装置の計測方法に関し、特に型締装置の可動金型の位置等の計測を行うための型締装置の計測システム及び型締装置の計測方法に関する。

従来、射出成形機においては、樹脂を射出装置の射出ノズルから射出して固定金型と可動金型との間のキャビティ空間に充填（てん）し、固化させることによって成形品を得るようになっている。そして、固定金型に対して可動金型を移動させて型閉じ、型締め及び型開きを行うために型締装置が配設される。

ここで、品質の良い成形品を得るためには、金型間の相対的な移動が非常に重要な要素となる。具体的には、可動金型の移動方向が意図した方向に対してズレを有していたり、可動金型が傾いていたりした場合、成形不良が生じる可能性が高くなる。特に、近年の成形品は非常に高い精度が要求されるため、当該ズレや傾き等についても人間の目視では確認できない微小なものであっても、成形品に悪影響を及ぼす可能性がある。

そこで、可動金型の位置や姿勢に関して精度の高い計測手段が要求される。
特開２００５−１６１６４４号公報

しかしながら、従来は、体系化された計測方法は確立されておらず、現場の作業者のスキルに負うところが大きかった。例えば、成形品の状態を確認することにより、可動金型のズレや傾き等が推測されていた。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、型締装置における可動金型の位置等を適切に計測することのできる型締装置の計測システム及び型締装置の計測方法の提供を目的とする。

そこで上記課題を解決するため、本発明に係る型締装置の計測システムは、型締装置の可動金型又は可動金型保持部材に付加された第一のマークと、前記可動金型の移動に対して固定されている前記型締装置の固定金型又は固定金型保持部材に付加された第二のマークとを含む画像データを撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像データにおける前記第二のマークに対する前記第一のマークの相対的な位置を算出する算出手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、前記可動金型又は前記可動金型保持部材には複数の前記第一のマークが付加され、前記算出手段は、前記第二のマークに対する複数のマークの相対的な位置を算出することを特徴とする。

また、本発明は、前記撮像手段は、少なくとも前記第一のマークを焦点深度外で撮像し、前記画像データにおいて前記第一のマークを含む領域の明暗分布を算出する明暗分布算出手段を有し、前記算出手段は、前記明暗分布に基づいて特定される位置について前記第二のマークに対する相対的な位置を算出することを特徴とする。

また、本発明は、前記明暗分布算出手段は、前記第一のマークを含む領域の重心位置を算出し、前記算出手段は、前記重心位置について前記第二のマークに対する相対的な位置を算出することを特徴とする。

また、本発明は、前記明暗分布算出手段は、前記第一のマークを含む領域の明暗のピーク値を検出し、前記算出手段は、前記ピーク値を示す位置について前記第二のマークに対する相対的な位置を算出することを特徴とする。

本発明によれば、型締装置における可動金型の位置等を適切に計測することのできる型締装置の計測システム及び型締装置の計測方法を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態における射出成形機の型締装置の概略図である。図１において、射出成形機の型締装置１０は、フレーム１７と、フレーム１７に固定された固定金型支持装置としての固定プラテン１２と、固定プラテン１２との間に所定の距離を置いてフレーム１７に対して移動可能に配設されたベースプレートとしてのトグルサポート１５とを具備する。トグルサポート１５はトグル式型締装置支持装置として機能する。固定プラテン１２とトグルサポート１５との間には、複数（例えば、四本）のガイド手段としてのタイバー１６が延在している。

可動プラテン１３は、固定プラテン１２に対向して配設され、タイバー１６に沿って進退（図における左右方向に移動）可能に配設された可動金型支持装置として機能する。金型装置１１は、固定金型１１ａと可動金型１１ｂとから成る。固定金型１１ａは、固定プラテン１２における可動プラテン１３と対向する金型取付面に取り付けられる。一方、可動金型１１ｂは、可動プラテン１３における固定プラテン１２と対向する金型取付面に取り付けられる。

なお、可動プラテン１３の後端 （図における右端） には、エジェクタピン（図示せず）を移動させるための駆動装置が取り付けられてもよい。

可動プラテン１３とトグルサポート１５との間には、トグル式型締装置としてのトグル機構２０が取り付けられる。トグルサポート１５の後端にはトグル機構２０を作動させる型締用駆動源としての型締モータ２６が配設される。型締モータ２６は、回転運動を往復運動に変換するボールねじ機構等から成る運動方向変換装置（図示せず）を備え、駆動軸２５を進退（図における左右方向に移動）させることによって、トグル機構２０を作動させることができる。なお、型締モータ２６は、サーボモータであることが好ましく、回転数を検出するエンコーダとしての型開閉位置センサ２７を備える。

上述のトグル機構２０は、駆動軸２５に取り付けられたクロスヘッド２４、クロスヘッド２４に揺動可能に取り付けられた第２トグルレバー２３、トグルサポート１５に揺動可能に取り付けられた第１トグルレバー２１、及び、可動プラテン１３に揺動可能に取り付けられたトグルアーム２２を有する。第１トグルレバー２１と第２トグルレバー２３との間、及び、第１トグルレバー２１とトグルアーム２２との間は、それぞれ、リンク結合される。なお、トグル機構２０は、いわゆる、内巻五節点ダブルトグル機構であり、上下が対称の構成を有する。

型締モータ２６が駆動して、被駆動部材としてのクロスヘッド２４を進退させることによって、トグル機構２０を作動させることができる。この場合、クロスヘッド２４を前進（図における左方向に移動）させると、可動プラテン１３が前進させられて型閉が行われる。そして、型締モータ２６による推進力にトグル倍率を乗じた型締力が発生させられ、その型締力によって型締が行われる。

また、トグルサポート１５の後端（図における右端）には、固定プラテン１２に対するトグルサポート１５の位置を調整するために、型締位置調整装置３５が配設される。トグルサポート１５には、タイバー挿通孔（図示せず）が複数、例えば、四つ形成され、タイバー１６の図における右端が、それぞれのタイバー挿通孔に挿入される。なお、タイバー１６の左端は、固定ナット１６ａによって固定プラテン１２に固定されている。

タイバー１６は、図における右端の外周にねじが形成されたねじ部３６を有し、調整ナット３７がそれぞれのタイバー１６のねじ部３６に螺合される。なお、調整ナット３７は、トグルサポート１５の後端に回転可能に、かつ、タイバー１６の軸方向に移動不能に取り付けられる。また、調整ナット３７の外周には被駆動用歯車３７ａが取り付けられている。

トグルサポート１５の後端における上方部には、型締位置調整用駆動源としての型厚モータ３１が配設される。型厚モータ３１の回転軸には、駆動用歯車３３が取り付けられている。調整ナット３７の被駆動用歯車３７ａ及び駆動用歯車３３の周囲には、チェーン、歯付きベルト等の駆動用線状体３４が架け回されている。そのため、型厚モータ３１を駆動して、駆動用歯車３３を回転させると、それぞれのタイバー１６のねじ部３６に螺合された調整ナット３７が同期して回転させられる。これにより、型厚モータ３１を所定の方向に所定の回転数だけ回転させて、トグルサポート１５を所定の距離だけ進退させることができる。なお、型厚モータ３１は、サーボモータであることが好ましく、回転数を検出するエンコーダとしての型締位置センサ３２を備える。

型厚モータ３１の回転を調整ナット３７に伝達する手段は、タイバー１６のねじ部３６に螺合された調整ナット３７を同期して回転させられるものであれば、いかなるものであってもよい。例えば、駆動用線状体３４に代えて、駆動用歯車３３及び駆動用歯車３３のすべてに係合する大径の歯車をトグルサポート１５の後端に回転可能に配設することとしてもよい。

本実施の形態では、タイバー１６の一つに型締力センサ１８が配設される。型締力センサ１８は、タイバー１６の歪み（主に、伸び）を検出するセンサである。タイバー１６には、型締の際に型締力に対応して引張力が加わり、型締力に比例して僅かではあるが伸長する。したがって、タイバー１６の伸び量を型締力センサ１８により検出することで、金型装置１１に実際に印加されている型締力を知ることができる。

上述の型締力センサ１８、型開閉位置センサ２７、型締モータ２６及び型厚モータ３１は制御装置１９に接続され、型締力センサ１８及び型開閉位置センサ２７から出力される検出信号は制御装置１９に送られる。制御装置１９は、検出信号に基づいて型締モータ２６及び型厚モータ３１の動作を制御する。

ここで、通常の成形時における動作について説明する。型締モータ２６を正方向に駆動させると、ボールねじ軸２５が正方向に回転させられ、図１に示されるように、ボールねじ軸２５は前進（図１における左方向に移動）させられる。それにより、クロスヘッド２４が前進させられ、トグル機構２０が作動させられると、可動プラテン１３が前進させられる。

可動プラテン１３に取り付けられた可動金型１１ｂが固定金型１１ａに接触すると（型閉状態）、型締工程に移行する。型締工程では、型締モータ２６を更に正方向に駆動することで、トグル機構２０によって金型１１に型締力が発生させられる。

そして、図示されない射出装置に設けられた射出駆動部が駆動されてスクリュが前進することにより、金型１１内に形成されたキャビティ空間に溶融樹脂が充填される。型開きを行なう場合、型締モータ２６を逆方向に駆動すると、ボールねじ軸２５が逆方向に回転させられる。それに伴って、クロスヘッド２４が後退させられ、トグル機構２０が作動されると、可動プラテン１３が後退させられる。

型開工程が完了すると、エジェクタ駆動部（図示せず）が駆動され、可動プラテンに取り付けられたエジェクタ装置が作動する。これにより、エジェクタピンが突き出され、可動金型１１ｂ内の成形品は可動金型１１ｂより突き出される。また、エジェクタ駆動部の駆動と同時に、把持手段としての成形品取出機４０が駆動され、成形品取出機４０のアーム４０ａが固定金型１１ａと可動金型１１ｂとの間に進入し、成形品取出位置で停止する。そして、エジェクタピンの前進により可動金型１１ｂから突き出された成形品は成形品取出機４０のアーム４０ａにより把持されて取り出され、射出成形機の外に設けられた搬送手段としてのコンベア装置まで搬送される。本実施の形態では、斯かる型締装置１０において、可動金型１１ｂの位置、変位、又は姿勢等を計測する例について説明する。当該計測には、図１では非図示とされていた位置計測システムが用いられる。

図２は、本発明の実施の形態における位置計測システムの構成例を示す図である。図２において、位置計測システム１は、位置計測装置１１０、撮像装置１２０、及び光源１３０等より構成される。

撮像装置１２０は、ＣＣＤカメラ１２１及びテレセントリックレンズ１２２等より構成され、例えば、一般的なデジタルカメラを用いてもよい。撮像装置１２０は、固定金型１１ａ及び可動金型１１ｂの上方に配設又は配置され、被写体１４０（固定金型１１ａの上面及び可動金型１１ｂの上面）を、例えば型開閉方向と略直交する方向より撮像することにより、被写体１４０の電子的な画像情報（以下、「画像データ」）を取得し、その画像データを位置計測装置１１０に供給（転送）する。なお、一般的に、ＣＣＤカメラ１２１及びテレセントリックレンズ１２２は、被写体１４０に対して焦点が合うように配置されるが、本実施の形態では、被写体１４０（特に、後述されるターゲットマークＴＭ）がレンズ焦点から外れるよう（焦点深度外になるよう）、配置される。

本実施の形態では、可動金型１１ｂが位置等の計測対象とされる。計測値は、測定のためのＸＹ平面（以下、「測定平面」という。）上の座標値として得られる。測定平面とは、目的とする計測応じた座標系が定義される平面をいう。したがって、測定平面は、どのような座標系において可動金型１１ｂの位置を把握する必要があるかに応じて適宜選択すればよい。

固定金型１１ａ及び可動金型１１ｂの上面は、例えば、水平面を形成し、それぞれの上面上には、可動金型１１ｂの位置等を計測するためのマークが設けられている（付加されている）。固定金型１１ａには、三つの基準マークＢＭ１、ＢＭ２、及びＢＭ３（以下、総称する場合「基準マークＢＭ」という。）が設けられている。また、可動金型１１ｂには、一つのターゲットマークＴＭが設けられている。

なお、各マークと固定金型１１ａ又は可動金型１１ｂの上面とのコントラストを明瞭にするために、本実施の形態では、固定金型１１ａの上面に基準領域１６０が設けられ、基準領域１６０内に基準マークＢＭが設けられている。また、可動金型１１ｂの上面にターゲット領域１７０が設けられ、ターゲット領域１７０内にターゲットマークＴＭが設けられている。基準領域１６０、ターゲット領域１７０は、固定金型１１ａ又は可動金型１１ｂの上面に薄板等を貼り付けることにより形成してもよい。

基準領域１６０及びターゲット領域１７０は、背景の輝度が一様であることが好ましい。例えば、研磨した金属やセラミックの他、ミラーが適する。また、各マークは、背景（基準領域１６０又はターゲット領域１７０）との輝度の差が明確であるように、印刷や穴加工により設けるとよい。

光源１３０は、撮像装置１２０が被写体１４０を撮像するときに、適切な明るさで被写体１４０を照射する。ターゲット領域１７０が鏡面の場合は、光源１３０を撮像装置１２０と同軸に設置するとよい。光源１３０の光量は、ターゲット領域１７０とターゲットマークＴＭとの輝度の差が明確であるように調節される。

位置計測装置１１０は、ＰＣ（Personal Computer）等の情報処理装置によって構成される。位置計測装置１１０は、ケーブル１８０を介して撮像装置１２０と接続され、撮像装置１２０より転送される画像データに基づいて、可動金型１１ｂの位置等を計測する。

位置計測装置１１０について更に詳しく説明する。図３は、本発明の実施の形態における位置計測装置のハードウェア構成例を示す図である。図３の位置計測装置１１０は、それぞれバスBで相互に接続されているドライブ装置１００と、補助記憶装置１０２と、メモリ装置１０３と、ＣＰＵ１０４と、インタフェース装置１０５と、表示装置１０６と、入力装置１０７とを有するように構成される。

位置計測装置１１０での処理を実現するプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体１０１によって提供される。プログラムを記録した記録媒体１０１がドライブ装置１００にセットされると、プログラムが記録媒体１０１からドライブ装置１００を介して補助記憶装置１０２にインストールされる。補助記憶装置１０２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。

メモリ装置１０３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１０２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１０４は、メモリ装置１０３に格納されたプログラムに従って位置計測装置１１０に係る機能を実現する。インタフェース装置１０５は、図２の撮像装置１２０や被写体１４０との間のケーブルに接続するためのインタフェースとして用いられる。例えば、画像処理ボードをインタフェース装置１０５として用いてもよい。表示装置１０６はプログラムによるＧＵＩ（Graphical User Interface）等を表示する。入力装置１０７はキーボード及びマウス等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。

なお、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１０１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。

図４は、本発明の実施の形態における位置計測装置の機能構成例を示す図である。図４において、位置計測装置１１０は、撮像制御部１１２及び位置計測部１１３等より構成される。これら各部は、プログラムがＣＰＵ１０４実行させる処理によって実現される。

撮像制御部１１２は、撮像装置１２０に撮像の指令を出力したり、撮像された画像データを撮像装置１２０より取り込んだりする。

位置計測部１１３は、撮像装置１２０によって撮像される画像データに基づいて可動金型１１ｂの位置等を計測するための演算を行う。位置計測部１１３は、画像加工部１１３１、明暗分布算出部１１３２、位置判定部１１３３、及び移動量算出部１１３４等より構成される。

以下、位置計測システム１の動作について説明する。図５は、位置計測システムの動作を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１０１において、撮像制御部１１２は、撮像装置１２０に指令を出力し、被写体１４０を撮像させる（Ｓ１０１）。この際、撮像装置１２０は、ターゲットマークＴＭや基準マークＢＭ、及び各マークの背景が焦点深度外となるように（ピンぼけするように）、但し、ターゲットマークＴＭによる明暗分布（濃度分布）が得られるように撮像を行う。撮像装置１２０の焦点については、ターゲットマークＴＭが焦点深度外となるように予め設定しておけばよい。なお、撮像制御部１１２による撮像装置１２０への指令は、操作者による指示入力に応じて行われてもよい、又は、制御装置１９と位置計測装置１０とをネットワーク等を介して接続し、制御装置１９からの可動金型１１ｂ（可動プラテン１３）の位置制御情報が所定の位置を示すときに自動的に行われても良い。また、撮像装置１２０を操作者が直接操作することにより手動で行われても良い。この場合、撮像制御部１１２はからの指令は不要である。

続いて、撮像制御部１１２は、撮像装置１２０より画像データを取得し、位置計測装置１１０のメモリ装置１０３に記録する（Ｓ１０２）。以下、メモリ装置１０３に記録された画像データが処理の対象となる。

図６は、撮像された画像の例を示す図である。図６中、図２と同一部分には同一符号を付している。図６に示されるように、画像（画角）２００には固定金型１１ａ及び可動金型１１ｂの上面の画像が含まれている。固定金型１１ａ上面には、基準領域１６０及び基準マークＢＭの画像が含まれている。可動金型１１ｂ上面には、ターゲット領域１７０及びターゲットマークＴＭの画像が含まれている。なお、図中では、便宜上、ターゲットマークＴＭ及び基準マークＢＭは、明瞭に示されている。しかし、上記のようにこれらのマークやその背景は焦点深度外において撮像されているため、実際にはピンぼけした（ぼやけた）状態で画像２００に含まれる。

続いて、画像加工部１１３１は、画像２００より、ターゲット領域１７０内でターゲットマークＴＭを含むような矩形領域（以下「処理対象範囲１７１」という。）を仮想的に切り取り、処理対象範囲１７１の範囲を特定するためのパラメータをメモリ装置１０３に記録する（Ｓ１０３）。当該パラメータは、例えば、処理対象範囲の縦幅、及び横幅のサイズが予め決まっているのであれば、４つの頂点のうちのいずれか一つの頂点の座標値でよい。また、４つの頂点の全ての座標値でもよい。本実施の形態では、縦幅及び横幅のサイズが決まっており、左上の頂点ＴＰ１の座標値（Ｘ１１，Ｙ１１）を記録しておく場合を例とする。当該座標値は、画像２００の座標系２１０における座標値となる。すなわち、画像２００の左上頂点を（０，０）とし、画素を単位とした座標系における座標値である。以下、当該座標系を「画角座標系」という。

画像加工部１１３１は、また、各基準マークＢＭについても、基準領域１６０内で当該基準マークＢＭを含むような矩形領域（処理対象範囲１６１ａ、処理対象範囲１６１ｂ、処理対象範囲１６１ｃ、以下、総称する場合、「処理対象範囲１６１」という。）を切り取り、各処理対象範囲１６１の領域を特定するパラメータをメモリ装置１０３に記録する。

ところで、画像加工部１１３１による処理対象範囲１７１の切り出しは、例えば、制御装置１９が可動金型１１ｂを位置制御したはずの座標値に基づいて行えばよい。すなわち、画像加工部１１３１は、当該座標値に基づいて、ターゲットマークＴＭの画像２００における座標値を算出し、その算出結果に基づいて、画像２００における処理対象範囲１７１の位置（頂点ＴＰ１の座標値）を決定する。

但し、基準マークＢＭに関する処理対象範囲１６１の座標値については、位置が固定されているため、例えば、予め補助記憶装置１０２に記録しておき、その値を用いてもよい。

続いて、画像加工部１１３１は、処理対象範囲１７１及び処理対象範囲１６１のそれぞれについて、フィル夕処理を行う（Ｓ１０４）。すなわち、ノイズ除去を目的として、低域通過フィル夕、または、収縮膨張操作等の処理を行う。なお、画像２００の状態に応じて、当該フィルタ処理は省略してもよい。

続いて、明暗分布算出部１１３２は、処理対象範囲１７１及び処理対象範囲１６１のそれぞれについて明暗分布を算出し、明暗分布に基づいて、ターゲットマークＴＭ又は基準マークＢＭの検出位置を算出又は判定する（Ｓ１０５）。

具体的には、第一の方法として、処理対象範囲１７１及び処理対象範囲１６１のそれぞれについて、重心演算を行い、その結果算出される重心位置を検出位置とする。すなわち、処理対象範囲１７１の重心位置は、ターゲットマークＴＭの検出位置とされる。同様に、処理対象範囲１６１ａの重心位置、処理対象範囲１６１ｂの重心位置、処理対象範囲１６１ｃの重心位置は、それぞれ、基準マークＢＭ１、基準マークＢＭ２、基準マークＢＭ３の検出位置とされる。

なお、重心演算は、以下の式に基づいて行えばよい。

ここで、各パラメータの意味は以下の通りである。
Ｘ_G：処理対象範囲の重心位置
ｘ_ｎ：処理対象範囲内のｎ番目の画素の位置
ｄ_ｎ：ｎ番目の画素の輝度
なお、輝度の闘値を設けてそれより大きい輝度を有する画素のみで重心演算を行うことにより、背景の影響を低減させるようにしてもよい。

また、第二の方法として、処理対象範囲１７１及び処理対象範囲１６１のそれぞれについて明暗のピーク値を検出し、そのピーク値が検出される位置を各マークの検出位置としてもよい。

なお、検出位置は、処理対象範囲内の座標系（以下、「処理対象範囲座標系」という。）における座標値（すなわち、処理対象範囲内における画素の位置）によって表現される。例えば、図７は、ターゲットマークの検出位置を説明するための図である。

図中の例では、ターゲットマークＴＭの検出位置が、（Ｘ１２，Ｙ１２）として判定された例が示されている。ここで、（Ｘ１２，Ｙ１２）は、処理対象範囲１７１の左上頂点ＴＰ１からのＸ方向、Ｙ方向の画素数を示す。なお、図中において、左上頂点ＴＰ１の座標値（Ｘ１１，Ｙ１１）は、画角座標系における座標値によって示されているが、処理対象範囲座標系では（０，０）となる。

各基準マークＢＭの検出値についても同様に、それぞれの処理対象範囲座標系における座標値によって表現される。

なお、本実施の形態では、各マークについては、焦点が合っていない「ぼやけた」画像が得られるため、マークの位置の検出にはエッジ検出やパターンマッチングは適さない。

続いて、ステップＳ１０６以降では、ターゲットマークＴＭの検出位置の座標値を測定平面座標系の座標値に変換するための処理が実行される。

まず、位置判定部１１３３は、各マークの検出位置の座標値について、それぞれの処理対象範囲の左上の頂点の画角座標系における座標値を加算することで、画角座標系の座標値に変換する（Ｓ１０６）。従って、例えば、図６の例によれば、ターゲットマークＴＭの画角座標系の座標値（Ｘ１０，Ｙ１０）は以下のようになる。
Ｘ１０＝Ｘ１１＋Ｘ１２
Ｙ１０＝Ｙ１１＋Ｙ１２
続いて、位置判定部１１３３は、ターゲットマークＴＭの座標値を画角座標系から、３つの基準マークＢＭによって規定される座標系（以下「基準マーク座標系」という。）に変換する（Ｓ１０７）。

ここで、基準マークＢＭ１、ＢＭ２、ＢＭ３の画角座標系の座標値を、（Ｘ０００、Ｙ０００）、（Ｘ００１、Ｙ００１）、（Ｘ００２、Ｙ００２）とした場合、基準マークＢＭ１（Ｘ０００、Ｙ０００）を原点とし、ベクトル（Ｘ０００、Ｙ０００）→（Ｘ００１、Ｙ００１）をＸ基底ベクトル、ベクトル（Ｘ０００、Ｙ０００）→（Ｘ００２、Ｙ００２）をＹ基底ベクトルとする座標系が基準マーク座標系に相当する。

したがって、ステップＳ１０７では、ターゲットマークＴＭの画角座標系の座標値（Ｘ１０、Ｙ１０）は、斯かる基準マーク座標系の座標値に変換される。

続いて、位置判定部１１３３は、ターゲットマークＴＭの座標値を基準マーク座標系から測定平面座標系に変換する（Ｓ１０８）。なお、基準マーク座標系と測定平面座標系との関係は、予めキャリブレーション等によって求めておけばよい。例えば、Ｘ方向、Ｙ方向に決められた距離だけ可動金型１１ｂを動かし、測定結果から基準マーク座標系と測定平面座標系の関係を求めておけばよい。求められた関係を示すパラメータを補助記憶装置１０２等に記録しておき、位置制御装置１３３は、当該パラメータを用いて、基準マーク座標系から測定平面座標系への変換を行う。

続いて、移動量算出部１１３４は、可動金型１１ｂが基準位置に存在する際に上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理によって予め算出されている測定平面座標系の座標値と、移動後に算出された座標値との差分を算出することにより、可動金型１１ｂの基準位置からの移動量を算出する（Ｓ１０９）。ここで、可動金型１１ｂの基準位置とは、例えば、可動金型１１ｂの位置が測定平面座標系において原点（０，０）として定義される位置をいう。したがって、この場合、移動量算出部１１３４によって算出される移動量は、基準位置を原点とした場合の測定平面座標系における可動金型１１ｂの位置を示す。

その後、移動量算出部１１３４は、算出された位置（移動量）を表示装置１０６に表示させるようにしてもよい。操作者は、表示される位置情報を確認することにより、可動金型１１ｂの位置制御の精度を確認することができる。

また、基準位置からの移動量ではなく、移動前の位置からの移動量（換言すれば、移動前の位置に対する移動後の相対的な位置）を測定したい場合は、移動前の位置においてステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理によって算出された座標値と、移動後の座標値との差分を算出するようにすればよい。

以上によって計測される移動量は、２次元における変位量であるため、単なる移動距離のみでなく、可動金型１１ｂの移動方向（Ｘ方向及びＹ方向の変位量）をも確認することができる。したがって、例えば、理想的な（又は意図した）移動方向に対するずれ等をも高い精度で検出することができる。

ところで、可動金型１１ｂの上面に付加するターゲットマークＴＭの数を二つにすると、移動量（方向をも含む）のみならず、可動金型１１ｂの回転（傾斜）をも検出することができる。

図８は、ターゲットマークを二つにした場合の可動金型の回転の検出を説明するための図である。同図において、１１ｂ−１によって示される長方形は、移動前の可動金型１１ｂの上面を示す。また、１１ｂ−２によって示される長方形は、移動後の可動金型１１ｂの上面を示す。

同図では、可動金型１１ｂの上面に対して二つのターゲットマーク（ＴＭ１及びＴＭ２）が付加されている。この場合、二つのターゲットマークＴＭの変位量ｄ１及びｄ２を計測することにより、二つの変位量の差等に基づいて、可動金型１１ｂに回転が生じていることを検出することができる。

更に、可動金型１１ｂの上面に付加するターゲットマークＴＭの数を三つ以上とすることで、可動金型１１ｂの変形を含む複雑な挙動を検出することができる。

図９は、ターゲットマークを三つにした場合の可動金型の変形の検出を説明するための図である。図９中、図８と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

同図では、可動金型１１ｂの上面に対して、三つ目のターゲットマークＴＭ３が付加されている。この場合、三つのターゲットマークＴＭの変位量ｄ１、ｄ２、及びｄ３を計測することにより、三つの変位量に基づいて、可動金型１１ｂに変形が生じていることを検出することができる。

なお、ターゲットマークＴＭの数が増えた場合、各ターゲットマークＴＭに対して図５において説明した処理を実行すればよい。そうすることで、各ターゲットマークの位置（移動量）を計測することができる。

また、上記では、可動金型１１ｂ等の上面から撮像される画像に基づいて、可動金型１１ｂの位置等を計測する例を示したが、可動金型１１ｂの側面にターゲットマークＴＭを付加し、固定金型１１ａの側面に基準マークＢＭを付加し、当該側面を撮像装置１１０によって撮像してもよい。この場合、相対的な位置として可動金型１１ｂの変位を観測することができる。更に、相対的な位置として、可動金型１１ｂの回転や変更を把握することもできる。

更に、上面及び側面の双方を撮像し、双方における可動金型１１ｂの位置等を計測してもよい。この場合、３次元における可動金型１１ｂの変位を観測することができる。

また、本実施の形態では、ターゲットマークＴＭや基準マークＢＭを用いて可動金型１１ｂの位置を計測する例を示したが、マークの代わりに、点光源を利用したり、レーザの反射光を利用したりするようにしてもよい。

また、位置計測装置１００と制御装置１９とは一つのハードウェアによって構成されてもよいし、位置計測装置１００は、型締装置１０内に組み込まれていても良い。

また、ターゲットマークＴＭは、可動金型１１ｂではなく、可動金型１１ｂと共に移動する部材（例えば、可動金型１１ｂの保持部材としての可動プラテン１３）に付加されてもよい。同様に、基準マークＢＭは、固定金型１１ａではなく、可動金型１１ｂの移動に対して不変の（固定されている）部材に付加されてもよい。但し、ターゲットマークＴＭと基準マークＢＭとを同じ画角内に収めることを考慮すれば、本実施の形態のように可動金型１１ｂと固定金型１１ａとにそれぞれのマークを付加するのが適切であると考える。

上述したように、本実施の形態によれば、固定金型１１ａに基準マークＢＭが設けられ、ターゲットマークＴＭと共に基準マークＢＭも画像に含められるように撮像が行われる。そして、ターゲットマークＴＭの検出位置の座標値は、同じ画像上の基準マークＢＭによって規定される基準マーク座標系に変換された後、測定平面座標系に変換される。

したがって、撮像される画像に伸縮、傾き、回転などの変化があっても計測結果が影響を受けることはない。このため、撮像装置１２０が計測対象（可動金型１１ｂ）に対して動作した場合でも（すなわち、撮像装置１２０と被写体１４０との距離が変化したり、撮像装置１２０が傾いたり、撮像装置１２０が回転したりした場合でも）、可動金型１１ｂの固定金型１１ａに対する計測結果は変わらず、撮像装置１２０が固定されている必要性を排除することができる。したがって、例えば、通常のデジタルカメラを用いて人によって撮像された画像でも、可動金型１１ｂの位置等の計測に利用することできる。

裏返して言えば、撮像装置１２０が固定されている場合、必ずしも基準マークＢＭは必要ではない（すなわち、ターゲットマークＴＭの座標値の基準マーク座標系への変換は必要ではない。）。この場合、画角座標系と測定平面座標系との関係を予めキャリブレーション等によって求めておけば、ターゲットマークＴＭの座標値は、画角座標系から測定平面座標系に変換してしまえばよい。

なお、本実施の形態では、ターゲットマークＴＭや基準マークＢＭを焦点深度外において撮像する例を示したが、焦点深度内において撮像し、パターンマッチングやエッジ検出等によって検出される各マークの位置に基づいて、可動金型１１ｂの位置を計測してもよい。

但し、本実施の形態のように、各マークを焦点深度外において撮像することで、以下のように高精度で安定した計測結果を得ることができる。

図１０は、マークを焦点深度外によって撮像することの利点を説明するための図である。図１０において、（Ａ）は焦点が合っている場合を示し、（Ｂ）は焦点が合っていない場合（焦点深度外の場合）を示す。

（Ａ）に示されるように、焦点が合っている場合、カメラ画素は撮像対象の、それぞれ対応する狭い範囲からの光線に応じた出力をする。一方、本実施の形態のように焦点を外した場合、（Ｂ）に示されるように、カメラ画素は広い範囲からの光線に応じた出力をするいわゆる「ぼやけた」状態となり、マークの形状やエッジの状態、マークの背景の面の凹凸等といった細かい形状情報は撮像結果に現れにくくなる。この状態は、位置検出（位置計測）においては、被写体の条件や光線の状態による影響が小さくし、計測結果の安定性を向上させる要因となる。

更に、焦点が合っている場合、マークの移動があると、限られた画素（マークの境界に係る画素）の出力が急激に変化することになるが、「ぼやけた」状態であれば、複数の画素の出力が連続的に変化するので、計測結果の安定性が向上するとともに、位置計測の分解能を画素より小さい単位とすることができる。

また、焦点が合っていない場合は、焦点が合っている場合に比べて撮像装置と被写体との距離が変化した場合の撮像結果への影響も小さくなる。

また、本実施の形態の位置計測装置１１０は、重心演算やピーク検出といった、分散した情報から中心的な一点を抽出するアルゴリズムを利用している。斯かるアルゴリズムは、焦点深度外で撮像された画像との親和性が高く、その結果得られる検出位置は、光量や焦点距離の変化に関わらず再現性が高い。この点について、図を用いて説明する。

図１１は、ターゲットマークが焦点深度内において撮像された場合の不都合を説明するための図である。図１１は、ターゲットマークＴＭが焦点深度内で撮影された場合の処理対象範囲１７１の画像を示している。図１１に示されるように、焦点深度内で撮像されると、処理対象範囲１７１の背景の模様又は凹凸や、ノイズＮ等までが画像にはっきりと出力されてしまう。したがって、重心演算やピーク検出の際に、これらの情報（模様等やノイズＮ等）による影響が大きくなる。例えば、ノイズＮについて言えば、重心演算の結果がノイズＮ側に大きくずれたり、ノイズＮの位置においてピークが検出されたりする。また、背景の模様等やノイズＮは、光量や焦点距離の変化（処理対象範囲１７１の傾斜も含む）によって、画像に出力される態様が変化する（例えば、ノイズＮは、光量によって画像に写し出されない場合がある。）。したがって、撮像の度に検出位置（重心位置やピーク検出位置）が変化する可能性が高い。

一方、本実施の形態のように、焦点深度外においてターゲットマークＴＭが撮像された場合、ターゲットマークＴＭの背景も焦点深度外となるため、背景の模様等やノイズＮ等もぼやけてしまう。その結果、背景の模様等やノイズＮ等が重心演算やピークの検出に与える影響が小さくなる。したがって、撮像の度に検出位置が大きく変化する可能性は低く（すなわわち、検出位置の再現性が高く）、安定した検出位置によって移動量を算出することができる。

そして、位置計測においては、計測対象の移動と検出位置（重心位置やピーク位置）の移動が１対１に対応していればよいので、「ぼやけた」状態であることは検出精度の悪化にはつながらない。すなわち、可動金型１１ｂが移動し、撮像が行われる度に重心位置やピーク位置が、毎回同じ位置（ほぼ同じ位置）に検出されば、その検出位置の相対的な移動に注目することによって、高い精度で移動量又は位置を計測することができる。

ところで、通常はテレセントリックレンズでは撮像対象までの距離によって倍率が変わらないことが利点であるが、本発明のように焦点から外れた場合は倍率が変わってくる場合がある。このような場合も本発明によるアルゴリズムによれば測定結果は変わることはない。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明の実施の形態における射出成形機の型締装置の概略図である。 本発明の実施の形態における位置計測システムの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における位置計測装置のハードウェア構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における位置計測装置の機能構成例を示す図である。 位置計測システムの動作を説明するためのフローチャートである。 撮像された画像の例を示す図である。 ターゲットマークの検出位置を説明するための図である。 ターゲットマークを二つにした場合の可動金型の回転の検出を説明するための図である。 ターゲットマークを三つにした場合の可動金型の変形の検出を説明するための図である。 マークを焦点深度外によって撮像することの利点を説明するための図である。 ターゲットマークが焦点深度内において撮像された場合の不都合を説明するための図である。

符号の説明

１ 位置計測システム
１０ 型締装置
１１ 金型装置
１２ 固定プラテン
１３ 可動プラテン
１５ トグルサポート
１６ タイバー
１８ 型締力センサ
１９ 制御装置
２０ トグル機構
２６ 型締モータ
２７ 型開閉位置センサ
３１ 型厚モータ
３２ 型締位置センサ
４０ 成形品取出機
１００ ドライブ装置
１００ ドライブ装置
１０１ 記録媒体
１０２ 補助記憶装置
１０３ メモリ装置
１０４ ＣＰＵ
１０５ インタフェース装置
１０６ 表示装置
１０７ 入力装置
１１０ 位置計測装置
１１２ 撮像制御部
１１３ 位置計測部
１２０ 撮像装置
１２１ ＣＣＤカメラ
１２２ テレセントリックレンズ
１３０ 光源
１４０ 被写体
１６０ 基準領域
ＢＭ、ＢＭ１、ＢＭ２、ＢＭ３ 基準マーク
１７０ ターゲット領域
ＴＭ ターゲットマーク
１１３１ 画像加工部
１１３２ 明暗分布算出部
１１３３ 位置判定部
１１３４ 移動量算出部
Ｂ バス

Claims (10)

1. 型締装置の可動金型又は可動金型保持部材に付加された第一のマークと、前記可動金型の移動に対して固定されている前記型締装置の固定金型又は固定金型保持部材に付加された第二のマークとを含む画像データを撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された画像データにおける前記第二のマークに対する前記第一のマークの相対的な位置を算出して、前記可動金型の移動量を算出する算出手段とを有することを特徴とする型締装置の計測システム。
2. 前記可動金型又は前記可動金型保持部材には複数の前記第一のマークが付加され、
   前記算出手段は、前記第二のマークに対する複数のマークの相対的な位置を算出することを特徴とする請求項１記載の型締装置の計測システム。
3. 前記撮像手段は、少なくとも前記第一のマークを焦点深度外で撮像し、
   前記画像データにおいて前記第一のマークを含む領域の明暗分布を算出する明暗分布算出手段を有し、
   前記算出手段は、前記明暗分布に基づいて特定される位置について前記第二のマークに対する相対的な位置を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の型締装置の計測システム。
4. 前記明暗分布算出手段は、前記第一のマークを含む領域の重心位置を算出し、
   前記算出手段は、前記重心位置について前記第二のマークに対する相対的な位置を算出することを特徴とする請求項３記載の型締装置の計測システム。
5. 前記明暗分布算出手段は、前記第一のマークを含む領域の明暗のピーク値を検出し、
   前記算出手段は、前記ピーク値を示す位置について前記第二のマークに対する相対的な位置を算出することを特徴とする請求項３記載の型締装置の計測システム。
6. 型締装置の可動金型又は可動金型保持部材に付加された第一のマークと、前記可動金型の移動に対して固定されている前記型締装置の固定金型又は固定金型保持部材に付加された第二のマークとを含む画像データを撮像する撮像手順と、
   前記撮像手順において撮像された画像データにおける前記第二のマークに対する前記第一のマークの相対的な位置を算出して、前記可動金型の移動量を算出する算出手順とを有することを特徴とする型締装置の計測方法。
7. 前記可動金型又は前記可動金型保持部材には複数の前記第一のマークが付加され、
   前記算出手順は、前記第二のマークに対する複数のマークの相対的な位置を算出することを特徴とする請求項６記載の型締装置の計測方法。
8. 前記撮像手順は、少なくとも前記第一のマークを焦点深度外で撮像し、
   前記画像データにおいて前記第一のマークを含む領域の明暗分布を算出する明暗分布算出手順を有し、
   前記算出手順は、前記明暗分布に基づいて特定される位置について前記第二のマークに対する相対的な位置を算出することを特徴とする請求項６又は７記載の型締装置の計測方法。
9. 前記明暗分布算出手順は、前記第一のマークを含む領域の重心位置を算出し、
   前記算出手順は、前記重心位置について前記第二のマークに対する相対的な位置を算出することを特徴とする請求項８記載の型締装置の計測方法。
10. 前記明暗分布算出手順は、第一のマークを含む領域の明暗のピーク値を検出し、
    前記算出手順は、前記ピーク値を示す位置について前記第二のマークに対する相対的な位置を算出することを特徴とする請求項８記載の型締装置の計測方法。

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