JP5997386B2 - ガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システム - Google Patents

Description

本発明はガラスの幾何学パラメータ用の検出システム、具体的にはガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システムに関する。

現在、ガラス産業において、生産過程でモニタリングする目的を達成するために、光源とカメラの組み合わせを採用してガラスの総合幾何学パラメータを測定するようになっており、例えば、特許「ガラス生産の安全性をモニタリングし且つ加工過程を制御するための方法及び装置」が開示されており、該方法及び装置は、高強度光源で被測定ガラスの表面に照射し、カメラは反射光の強度信号を受けることによって関連データを分析する。しかし、該方法において、カメラは鏡面反射光を受ける、即ち、カメラは最終的に光強度信号を受け、その信号により分析するデータはガラスの実際情報との差異が大きいという欠点と、該装置は使用過程に外界の自然光と背景色による影響を受けやすく、それにより測定したデータの精度が低くなる欠点と、使用過程に光の入射角度と検出面の角度に対して特殊な要求があり、設置される角度に偏差があると、測定したデータにも大きい誤差が存在する欠点と、が存在する。

従来技術に存在する欠陥を克服するために、本発明は、光の入射角度と検出面の角度に対して特殊な要求がなく、且つ測定した情報パラメータの精度が高い、ガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システムを提供する技術的問題を解決しようとする。
本発明で採用する技術案は、ガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システムであり、前記検出システムは、ガラスを加工する加工室と、加工室の両側に設置されるローディングステーション及びアンローディングステーションと、加工室の作業過程を制御する制御システムとを含み、ローディングステーションとアンローディングステーションにローラー搬送機構がそれぞれ設置され、ローラー搬送機構に複数本のスライドローラーが設置され、スライドローラーの回転により被検出ガラスをローディングステーションとアンローディングステーションの上で移動させ、検出機構がホルダーにより加工室の入り口の上方に設置される。
前記検出機構は、ハウジングとハウジングにパッケージされたレーザー付きのカメラとを含み、更にカメラを定期的に起動させるカメラ制御装置を設置し、該カメラ制御装置は信号出力端がカメラに接続され、カメラを定期的に起動させて被測定領域の画像を走査し、前記レーザーから発射するレーザー光の波長が６５０ナノであり、レーザーから発射するビームが２本のスライドローラー間における隙間面に照射され、カメラの対物焦平面がレーザーから発射するビーム照射面に対応し、カメラの信号出力端が制御システムに接続され、ガラスが検出領域を通過する時に、線構造のレーザー光はガラス面に照射され、ガラスの内、外部輪郭、ガラスのエッジ、ガラスにおけるインクパターン、ガラスの厚み及びガラスの表面曲げ度の変化により線構造のレーザー光を変調させ、明暗の分布が存在するレーザー変調画像、又は、ガラスの移動方向のズレが存在するレーザー変調画像、又は、レーザー光線にゆがみが生じているレーザー変調画像を形成し、カメラはレーザー変調画像をキャプチャし、且つガラスの平面視における外形輪郭、内部構造輪郭、表面波形形状、曲げ度、厚み及びインク分布情報パラメータを制御システムに伝送する。

前記検出機構のハウジング内壁に断熱層が設置され、ハウジングに熱交換ファンが更に設置される。

前記検出機構はホルダーにより加工室の入り口の上方に固設される。

前記カメラ制御装置はスライドローラーの上表面におけるガラス移動速度によってカメラを定期的に起動させる回転角カウントセンサーであり、ローラー搬送機構に設置される。

前記ホルダーはガントリーであり、該ガントリーは、位置する平面がローラー搬送機構の位置する搬送平面に平行であるスライドレールによってローディングステーションに設置され、スライドレールの方向に沿って移動し、ガラスが加工室に入る前に、前記ガントリーは制御システムの指令を受けてスライドレールの方向に沿って移動し、同時に前記検出機構が起動されて、ガラス外形輪郭、内部構造輪郭、表面波形度、曲げ度、厚み及びインク分布情報等の情報を走査・収集する。

前記カメラ制御装置は、ガントリーの移動速度によってカメラを定期的に起動させる速度センサーであり、ガントリーの移動過程において制御システムはローディングステーションにおけるガラスを制御して動きを停止させる。

前記カメラ制御装置は、ガントリーの移動とローラーにおけるガラスの移動との相対速度関係によってカメラを定期的に起動させる速度センサーであり、ガントリーの移動方向とローディングステーションにおける被検出ガラスの移動方向は逆方向又は同方向である。

前記検出機構におけるカメラは面配列高速ＣＭＯＳカメラである。

前記レーザーから発射するレーザー光はシングルライン構造光、マルチライン構造光又は格子状構造光のいずれか一種である。

前記アンローディングステーションの上方に強化したガラスの表面情報を検出し、収集した情報を制御システムに伝送する検出機構が更に設置される。

上記技術案の採用により、本発明は以下の有益な効果を有する。

有益な効果１としては、該システムにおける検出機構は、一体化設計を採用し、構造がコンパクトで、加工室の入り口の上方に取り付けやすく、ほかの加工装置との適応性が強く、且つ検出過程において光の入射角度と検出面の角度に対して特殊な要求がなく、測定したデータの精度が高く、且つ背景光線が測定精度に影響しない。

有益な効果２としては、該システムにより負荷情報を測定する時に、レーザーから発射するビームはローラー搬送機構におけるスライドローラー間の隙間箇所に照射し、カメラの対物焦平面はローラー搬送機構におけるスライドローラーの表面高さの箇所に位置し、カメラの信号出力端は制御システムに接続され、ガラスが検出領域を通過する時に、線性レーザー光はガラス表面に照射し、ガラス内、外部輪郭エッジ、ガラス表面に印刷されるインクパターン、参照パネルとガラス製品の垂直距離の差異、表面の曲げにより線構造のレーザー光を変調させ、明暗の分布が存在するレーザー変調画像、又は、ガラスの移動方向のズレが存在するレーザー変調画像、又は、レーザー光線にゆがみが生じているレーザー変調画像を形成し、カメラはレーザー変調画像をキャプチャし、且つガラスの平面視における外形輪郭、内部構造輪郭、表面波形形状、曲げ度、厚み及びインク分布情報パラメータを取得し、光強度信号により負荷情報を分析する従来の測定装置に比べて精度は大幅に向上する。

有益な効果３としては、波長６５０ナノの線構造レーザー光を採用する場合、同時にレーザーから発射するビームとカメラを被測定物体の同一側に位置づけ、該検出機構は背景光線の影響を受けないようにして、測定効果が最高になり、且つ測定精度も向上する。

有益な効果４としては、カメラを定期的に起動させるカメラ制御装置が設置され、該カメラ制御装置は信号出力端がカメラに接続され、ローラー搬送機構の走行速度によって定期的に又は設定時刻にカメラを起動させて被測定領域の画像を走査し、ガラスの搬送速度又はガントリーの移動速度とカメラの収集頻度をマッチさせ、領域を逃さないように、ガラス、カメラ又はガラスとカメラが一つの検出領域を相対的に移動するごとにカメラで一回収集し、検出精度が更に高い。

有益な効果５としては、検出機構付きのガントリーはスライドレールによってローラー搬送機構の固定フレームに設置され、即ちガントリーの移動平面がローラー搬送機構の位置する搬送平面に平行であり、ガラスが搬送平面にある時に、ガントリーはスライドレールにおいて移動し、同時にガントリーにおける検出機構は検出を起動させ、該構造の形式はほかの加工装置と組み立てる場合、更に適応性が高い。

本発明の第一実施形態の正面図である。 本発明の第一実施形態の上面図である。 本発明の第二実施形態の構造模式図である。 本発明の第三実施形態の構造模式図である。 本発明の第四実施形態の構造模式図である。

図１及び図２に示すように、ガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システムは、ガラスを加工する加工室２と、加工室２の両側に設置されるローディングステーション３及びアンローディングステーション４と、加工室の作業過程を制御するための制御システムとを含み、ローディングステーション３とアンローディングステーション４にローラー搬送機構５がそれぞれ設置され、ローラー搬送機構５に複数本のスライドローラーが設置され、スライドローラーの回転により被検出ガラスをローディングステーション３とアンローディングステーション４の上で移動させ、検出機構６がホルダー７によって加工室の入り口２０１の上方に設置される。

前記検出機構６は、ハウジングとハウジングにパッケージされたレーザー６０１付きのカメラ６０２とを含み、更にカメラを定期的に起動させるカメラ制御装置を設置し、該カメラ制御装置は信号出力端がカメラ６０２に接続され、カメラを定期的に起動させて被測定領域の画像を走査し、前記レーザー６０１はやや赤い光、好ましく波長が６５０ナノであるレーザー光を採用し、レーザー６０１から発射するビームが２本のスライドローラー間における隙間面に照射し、カメラ６０２の対物焦平面がレーザーから発射するビーム照射面に対応し、カメラ６０２の信号出力端が制御システムに接続され、通過するガラスがない場合、画像において使用できる情報がなく、ガラスが検出領域を通過する場合、線性レーザー光はガラスの表面に照射し、ガラス内、外部輪郭エッジ、ガラス表面に印刷されたインクパターン、参照パネルとガラス製品の垂直距離の差異、表面曲げにより線構造レーザー光を変調させ、明暗の分布が存在するレーザー変調画像、又は、ガラスの移動方向のズレが存在するレーザー変調画像、又は、レーザー光線にゆがみが生じているレーザー変調画像を形成し、カメラはレーザー変調画像をキャプチャし、且つガラスの平面視における外形輪郭、内部構造輪郭、表面波形形状、曲げ度、厚み及びインク分布情報パラメータを取得し、且つ該パラメータを制御システムに伝送し、制御システムは上記得た情報パラメータを利用して、マルチパラメータファジーマッチング方法によりガラスの型番を識別し、更にガラスの生産、加工装置のパラメータインテリジェント制御に用い、ビームの照射位置がカメラ結像範囲に位置することを保証するために、光軸とカメラの結像軸に夾角を成し、該装置は暗視野結像で、背景がカメラにおいてほぼ結像しないため、背景光線は測定精度に影響しない。

前記検出機構６は、ホルダー７により加工室の入り口２０１の上方に設置され、図３及び図４に示すように、前記ホルダー７は二種の好ましい実施形態があり、実施形態一としては、ホルダーは固定されて、加工室の入り口に設置され、その場合、前記カメラ制御装置はローラー搬送機構に設置された回転角カウントセンサー８としてもよく、回転角カウントセンサー８は算出したスライドローラー線速度によりカメラを定期的に起動させ、該センサーを設置する目的はガラスの搬送速度とカメラの収集頻度のマッチングを制御するためであり、ガラスが一つの検出領域の距離を走行するごとにカメラは一回収集し、領域を逃さないことを保証し、検出精度を向上させ、実施形態二としては、前記ホルダーは移動式としてもよく、その場合、ホルダーの構造を必要に応じて変更し、ガントリー構造を選択してもよく、該ガントリーは位置する平面がローラー搬送機構５の位置する搬送平面に平行であるスライドレールによりローディングステーション３に設置され、スライドレールの方向に沿って移動し、即ちガントリーの移動平面はローラー搬送機構４の位置する搬送平面に平行であり、その構造は二種の検出方式があり、検出方式１においては、被検出ガラスが固定され、検出機構付きのガントリーが移動し、その場合、前記カメラ制御装置は速度センサーとしてもよく、該速度センサーはガントリーの移動速度によってカメラ６０２を定期的に起動させ、領域を逃さないことを保証し、検出方式２においては、ガラスと検出機構は、同方向と逆方向において走行するという二種の運動状態があり、検出機構付きのガントリーと被検出ガラスとの間には相対移動速度を有し、その場合も、前記カメラ制御装置は速度センサーとしてもよく、該速度センサーはガントリーの移動とローラーにおけるガラスの移動の相対速度関係によってカメラ３０２を定期的に起動させ、該速度センサーを設置する目的もガラスが一つの検出領域の距離を走行するごとにカメラが一回収集して、領域を逃さないように制御するためである。

該装置の閉ループ制御性能を向上させるために、加工室２の他側におけるアンローディングステーション４にも検出機構６を設置してもよく、該検出機構６はローディングステーションにおける検出機構の検出原理と同様であり、同じく、固定された又は移動できるホルダーに設置されて強化したガラスの表面情報を検出でき、同様に、該情報を制御システムに伝送し、そのため、制御システムにより比較することで、製品の加工品質、歩留まりを分析でき、且つ同一ロットの製品の総合的な生産情報を観察して、該装置の自動化生産を実現することもでき、図４及び図５に示すように、図４はローディングステーションの検出機構が固定され、アンローディングステーションの検出機構が移動できるものであり、図５はローディングステーション、アンローディングステーションの検出機構のいずれも移動でき、情報を収集するものである。

前記検出機構のハウジング内壁に断熱層が設置され、ハウジングに更に熱交換ファンが設置される。
前記検出機構におけるカメラは面配列高速ＣＭＯＳカメラである。
前記レーザーから発射するレーザー光はシングルライン構造光、マルチライン構造光又は格子状構造光のいずれか一種である。

本発明では、検出機構は一体化設計を採用し、構造がコンパクトで、加工室の入り口の上方に取り付けやすい。該装置は合金ケースでパッケージされ、内壁に断熱層が設置され、且つ装置内のレーザーとＣＭＯＳカメラの作業温度を保証するために熱交換ファンが配置される。

システムが作業する時に、ローラー搬送機構は被検出ガラス製品を加工室の入り口を介して加工室内に輸送する。スライドローラーが回転すると同時に、前記検出機構は起動され、線構造レーザーから発射するレーザービームは所定角度でスライドローラーの中間における隙間面に照射し、ＣＭＯＳカメラは起動されて該隙間領域を結像してモニタリングし、その際、ＣＭＯＳカメラレンズの対物焦平面がスライドローラーの上表面の高さ箇所に位置する。通過するガラスがない場合には、レーザービーム結像面がＣＭＯＳの結像領域内を逸脱するため、ＣＭＯＳカメラで得た画像に如何なる情報も含まない。また、ガラスが検出領域を通過する場合には、ガラスに応じてレーザービームが変調されるものであり、ガラスの形状、サイズ、印刷インクパターンの分布、表面形状、曲がり、厚みにより、切断される状況、明暗の分布、ゆがみ、所定の被検出ポイントの位置の参照平面との移動方向における位置のズレ等の画像情報を形成する。
角度カウントセンサーによりスライドローラーの回転角度を収集、カウントして且つＣＭＯＳカメラをトリガーし、ＣＭＯＳカメラがガラスを完全に結像（即ち領域を逃さない）することを保証する。ガラス製品の供給過程において、装置は収集した画像情報を処理して、輪郭の総合幾何学パラメータを取得し、且つマルチパラメータファジー認識の方法によりその型番を識別し、テスト工業用計算機においてグラフィカル方式によりガラスを配列し、総合幾何学パラメータ、輪郭を表示し、同時に汎用シリアルインタフェースを介してガラスの型番と総合サイズパラメータを制御システムに伝送し、制御システムは得たガラスの総合幾何学パラメータによって加工パラメータを自動的に設定する。

前記検出機構におけるカメラとしては、面配列高速ＣＭＯＳカメラを採用し、該カメラアレイエレメントはシステムの輸送スライドローラーの幅と幾何学パラメータの検出精度に関わり、現在、一般的な面配列結像デバイスのチップのアスペクト比が近く、長手方向と短手方向におけるアレイエレメントの数の差異が小さく、それに対して本特許の前記検出領域が狭い領域であるため、スライドローラーの幅方向を保証すると同時に、ガラス製品の移動方向のカバーする領域も大きくなり、そのため、本特許はＣＭＯＳカメラを使用し、ＣＭＯＳのポイントセンシング特徴によって指定される行数のデータを取得し、一方では、同一光学システムでガラスの移動方向のカバーする領域の範囲を縮小させ、他方では、データ量を減少させ、後続の画像処理に有利である。例えばシステムがカバーする領域が３０００ミリメートル×４０ミリメートルである狭い領域の場合、４Ｋ×３ＫのＣＭＯＳ高速カメラを用いて、指定される行数を読み取ることでカメラチップの作業方位を４Ｋ×４０に変更することで、細長い検出領域を有効に形成できる。

前記検出機構における光源として線構造レーザー光を使用し、該光源はシングルライン構造光でも、マルチライン構造光でもよく、収集フレームレートが一定である場合、レーザービームの数は製品の移動方向におけるサイズ検出精度を決める。

前記システムの輸送スライドローラーの全長が一定であり、即ち製品を積載する実際の有効長さは輸送スライドローラーの長さにより決められ、システムのスライドローラーの回転角カウントセンサーは主に、製品をどのぐらいの距離で輸送してカメラが一回結像するかを確定すること、即ちＣＭＯＳカメラの外部トリガー信号の発生機能と、材料の加工室への供給が終了するかを確定すること、即ち検出装置の起動と停止信号の発生機能との二つの役割を果たす。

本特許の前記検出装置は回転カウントセンサーのトリガー信号を受信すると、起動されて一フレームのモニタリング領域の画像を露光して収集し、メモリにおける指定位置に記憶し、回転カウントセンサーの停止信号を受信すると、検出スレッドを停止し、画像データ処理を開始させる。仮に単一フレーム検出領域画像を３０００×６０、収集回数を２００回、データビットの深さを８ビットとすれば、データの合計量は２７４Ｍｂｉｔになる。

本特許の前記画像処理は、所定のポイントの抽出、所定のポイントのスクリーニング、ガラスの数の判別、ガラス外形輪郭のグラフィカル表示、ガラスの厚み、ガラスのサイズ、ガラスの波形度、曲げ度等を含み、且つ上記パラメータに対して数学的特性評価を行い、その過程により製品のデータベースを作成でき、一方、製品ベース中のデータと比較することにより製品タイプを判断できる。

１ 被検出製品
２ 加工室
２０１ 加工室の入り口
３ ローディングステーション
４ アンローディングステーション
５ ローラー搬送機構
６ 検出機構
６０１ レーザー
６０２ カメラ
７ ホルダー
８ 回転角カウントセンサー

Claims (10)

1. ガラスを加工する加工室（２）と、
   加工室（２）の両側に設置されたローディングステーション（３）及びアンローディングステーション（４）と、
   加工室の作業過程を制御する制御システムとを含み、
   ローディングステーション（３）とアンローディングステーション（４）にローラー搬送機構（５）がそれぞれ設置され、
   ローラー搬送機構（５）に複数本のスライドローラーが設置され、スライドローラーの回転により被検出ガラスをローディングステーション（３）とアンローディングステーション（４）の上で移動させ、
   検出機構（６）がホルダー（７）により加工室の入り口（２０１）の上方に設置されるガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システムであって、
   前記検出機構（６）は、ハウジングとハウジングにパッケージされたレーザー（６０１）付きのカメラ（６０２）とを含み、更にカメラを定期的に起動させるカメラ制御装置を設置し、該カメラ制御装置は信号出力端がカメラ（６０２）に接続され、カメラ（６０２）を定期的に起動させて被測定領域の画像を走査し、前記レーザー（６０１）から発射するレーザー光の波長が６５０ナノであり、レーザー（６０１）から発射するビームが２本のスライドローラー間における隙間面に照射され、カメラ（６０２）の対物焦平面がレーザーから発射するビーム照射面に対応し、
   カメラ（６０２）の信号出力端が制御システムに接続され、ガラスが検出領域を通過する時に、線構造のレーザー光はガラス面に照射され、ガラスの内、外部輪郭、ガラスのエッジ、ガラスにおけるインクパターン、ガラスの厚み及びガラスの表面曲げ度の変化により線構造のレーザー光を変調させ、
   明暗の分布が存在するレーザー変調画像、又は、ガラスの移動方向のズレが存在するレーザー変調画像、又は、レーザー光線にゆがみが生じているレーザー変調画像を形成し、
   カメラは前記レーザー変調画像をキャプチャして、
   且つ前記ガラスの平面視における外形輪郭、内部構造輪郭、表面波形形状、曲げ度、厚み及びインク分布情報のパラメータを制御システムに伝送することを特徴とするガラスの変調線構造レーザー画像に基づくシステム。
2. 前記検出機構（６）のハウジングの内壁に断熱層が設置され、ハウジングに熱交換ファンが更に設置されることを特徴とする請求項１に記載のガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システム。
3. 前記検出機構（６）は、ホルダー（７）により加工室の入り口（２０１）の上方に固設されることを特徴とする請求項１に記載のガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システム。
4. 前記カメラ制御装置は、スライドローラーの上表面におけるガラスの移動速度によってカメラ（３０２）を定期的に起動させる回転角カウントセンサー（８）であり、ローラー搬送機構（５）に設置されることを特徴とする請求項３に記載のガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システム。
5. 前記ホルダー（７）はガントリーであり、該ガントリーは、位置する平面がローラー搬送機構（５）の位置する搬送平面に平行であるスライドレールによってローディングステーション（３）に設置されて、スライドレールの方向に沿って移動し、ガラスが加工室に入る前に、前記ガントリーは制御システムの指令を受けてスライドレールの方向に沿って移動し、同時に前記検出機構（６）が起動されて、前記ガラスの平面視における外形輪郭、内部構造輪郭、表面波形形状、曲げ度、厚み及びインク分布情報等の情報を走査・収集することを特徴とする請求項１に記載のガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システム。
6. 前記カメラ制御装置はガントリーの移動速度によってカメラ（６０２）を定期的に起動させる速度センサーであり、ガントリーの移動過程において制御システムはローディングステーション（３）におけるガラスを制御して動きを停止させることを特徴とする請求項５に記載のガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システム。
7. 前記カメラ制御装置は、ガントリーの移動とローラーにおけるガラスの移動との相対速度関係によってカメラ（３０２）を定期的に起動させる速度センサーであり、ガントリーの移動方向とローディングステーション（３）における被検出ガラスの移動方向は逆方向又は同方向であることを特徴とする請求項５に記載のガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システム。
8. 前記検出機構（６）におけるカメラ（６０２）は面配列高速ＣＭＯＳカメラであることを特徴とする請求項３又は５に記載のガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システム。
9. 前記レーザー（６０１）から発射するレーザー光はシングルライン構造光、マルチライン構造光又は格子状構造光のいずれか一種であることを特徴とする請求項８に記載のガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システム。
10. 前記アンローディングステーション（４）の上方に強化したガラスの表面情報を検出して、収集した情報を制御システムに伝送する検出機構（６）が更に設けられることを特徴とする請求項１に記載のガラスの線構造レーザー画像の変調に基づく検出システム。

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