JP6329091B2

JP6329091B2 - エッジ検出装置

Info

Publication number: JP6329091B2
Application number: JP2015030483A
Authority: JP
Inventors: 晋西坂
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2018-05-23
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: JP2016151542A

Description

この発明は、透明フィルムやガラス等の透明体のエッジ位置を検出し、例えば上記透明体の位置制御に用いるに好適なエッジ検出装置に関する。

レーザ光に代表される単色光の光路に物体が存在すると、該物体のエッジ位置にてフレネル回折が生じる。そこでラインセンサを用いて上記フレネル回折の光強度分布を求め、この光強度分布を解析することで上記物体のエッジ位置を検出するエッジ検出装置が開発されている。即ち、複数の画素を配列したラインセンサに向けて投光部から単色平行光を照射した光路の一部を遮るように検出対象物を位置付けると、上記ラインセンサの出力は上記検出対象物のエッジ位置を境として大きく変化する。特にラインセンサ上の光強度分布は、エッジ位置の近傍におけるフレネル回折の影響を受けて一定の変化傾向を示すことが知られている。

特許文献１に示された発明は、検出対象物である透明体のエッジ位置を正確に検出することのできることは勿論のこと、ラインセンサが全入光状態であるか、或いは全遮光状態であるかを判定することができる。例えば上記透明体の位置制御に用いるに好適なエッジ検出装置を提供するために、透明体のエッジ位置を検出するエッジ位置解析手段を備え、更に上記エッジ位置解析手段にて前記透明体のエッジ位置が検出できないとき、前記ラインセンサによる全受光量が予め記憶した該ラインセンサの全入光状態での全受光量よりも小さいときに前記透明体による全遮光状態として判断する全遮光状態判断手段を備えたことを特徴としている。

特許文献１の発明では、透明体の透明度が高い場合には、例えば前記ラインセンサと光源を、前記透明体の表面に対して傾斜した光路を形成するように位置決めすれば良いとしている。また前記エッジ位置解析手段においては、前記フレネル回折により生じた前記ラインセンサの各画素での受光量の変化を近似曲線関数（例えばハイパボリック関数）を用いて近似し、上記近似曲線関数を用いて前記ラインセンサでの画素配列方向において所定光量となる位置を前記透明体のエッジ位置として解析するように構成すれば良い、としている。

特開２００７−６４７３３号公報

特許文献１のエッジ検出装置では、透明度の高い透明体ワーク、例えば透過率９５％以上のガラスなどの場合では、上述のとおり、傾斜した光路を用意するなどの必要があり、設備的に問題があった。また、経時的な光量の変化を含めて考えると、これでワーク有無を判断するのは十分ではなかった。

本願発明は、透明体であってもワークの厚み、表面粗さ等による影響で光に干渉が発生し、受光プロファイルが乱れることに着目し、このプロファイルを利用することで、透明度の高い透明体が全計測範囲を覆う場合にもワーク検出に好適なエッジ検出装置を提供する。

本願発明は、ラインセンサと、
このラインセンサに向けて単色光を照射する光源と、
上記単色光の光路に位置付けられた透明体のエッジにおけるフレネル回折の光強度分布から前記ラインセンサの画素配列方向における前記透明体のエッジ位置を検出するエッジ位置解析手段と、
前記エッジ位置解析手段にて前記透明体のエッジ位置が検出できないとき、かつ、前記ラインセンサによる全受光量が予め記憶した該ラインセンサの全入光状態での全受光量よりも小さいときに、
所定の閾値よりも小さい受光量陥部を検出した場合は、前記透明体による全遮光状態として判断することと、
所定の閾値よりも小さい受光量陥部を検出できない場合は、前記予め記憶した該ラインセンサの全入光状態での全受光量を前記ラインセンサによる全受光量によって更新することと、を特長とする全遮光状態判断手段とを備えるエッジ検出装置である。

このように、前記予め記憶した該ラインセンサの全入光状態での全受光量は、運転中に所定の閾値よりも小さい受光量陥部を検出できない場合に、前記ラインセンサによる全受光量によって更新することを特徴とする検出装置として、初期時から経年変化で光芒ビームが弱化した場合にも適応できるようにする。

本願発明によれば、透明体が全計測範囲を覆う場合にも特別な設備形態をとることなく、透明体のワーク検出を確実に行えるエッジ検出装置を提供する。

本願発明にかかるエッジ検出装置の全体構成図本願発明にかかるエッジ検出装置の要部フローチャート

（１）本願発明の実施の形態を以下、図面に基づいて説明する。まず、図１はこの実施形態にかかるエッジ検出装置の概略構成を示す図で、１は複数の画素を所定のピッチで配列したラインセンサ、２はこのラインセンサ１に対峙させて設けられて上記ラインセンサ１に向けて単色平行光を照射する光源である。この光源２は、例えばレーザ素子と、このレーザ素子が発したレーザ光を平行光として前記ラインセンサ１に照射する投光レンズとを備えて構成される。上記ラインセンサ１と光源２との間の上記単色平行光が照射される光路は、被検出対象物である透明体３のエッジを検出する為の検出領域として用いられる。

また上記ラインセンサ１の出力信号を入力するマイクロコンピュータ４は、上記出力信号を解析して前記ラインセンサ１の画素配列方向における前記透明体３のエッジ位置を検出するエッジ位置解析手段４ａを備える。このマイクロコンピュータ４は、ワークが透明体３であって、上記エッジ位置解析手段４ａにて透明体３のエッジ位置が検出できないときに、前記ラインセンサ１の出力信号から前記透明体３によってラインセンサ１が全部覆われた状態である否かを判定する全遮光状態判定手段４ｂを備えている。

ちなみにエッジ位置解析手段４ａは、前述した特許文献１などに記載されるように、前記ラインセンサ１の出力信号を受けて、まず外乱光除去を行い、信号データの正規化を行う。このように正規化されたものを各画素の光量データと呼んで、それを以後用いる。
光量データが所定の値以下となる位置を前記ラインセンサ１の画素配列方向における前記透明体３のエッジ位置として検出するように構成されている。

さて、全遮光状態判定手段４ｂは、予め該エッジ検出装置の起動時等に、光路中に透明体３を介在させない状態で検出される全入光状態でのラインセンサ１の光量データからその全受光量を求め、これを初期値として記憶する手段を備える。この全受光量は、ラインセンサ１を構成する複数の画素１~ ｎの光量データの総和を求めることによって求められる。ここで、平均化、積算処理などフィルタ処理を施してもよい。そして全遮光状態判定手段４ｂは、その運転時（エッジ検出時）に前記エッジ位置解析手段４ａにおいて透明体３のエッジ位置を検出できないとき、そのときのラインセンサ１の各画素の光量データの総和を求めることで全受光量を求める。そしてこの全受光量が前述した如く記憶した初期値としての全受光量の所定の割合（例えば９７％）よりも大きいときは、これを前記ラインセンサ１が透明体３にて覆われた全遮光状態ではないとして判定する。透明体すらもないと判断するケースである。

全受光量が記憶された全受光量の所定の割合よりも小さい場合に、透明体を検知することになるが、このときラインセンサ１を構成する複数の画素１~ ｎの光量データをセンサ位置に対応してスペクトルで例示したのが、図1左下の出力特性図１０である。ここで全遮光判断は、各光量データを通常のエッジ検出の閾値とは異なる全遮光判断用の閾値、例えば全受光量を画素数で割った平均値の９５％と比較する。出力特性図１０に示すように、左から画素Ｎｏ．１とすると、ここでは画素Ｎｏ．６と画素Ｎｏ．７に閾値９５％よりも小さい陥部があることがわかる。透明体の厚みの揺らぎ、または表面粗さに基づくものである。このような陥部が画素数で1個以上見つかった場合には、透明体３が存在すると判断するのが全遮光状態判定手段４ｂである。

（２）その全遮光状態判定手段４ｂを中心にして本願発明にかかるエッジ検出装置を、フローチャート図２で説明する。
初めに、電源投入でスタートする（Ｓ０）（以降、図中ステップをＳｎで示す）。ここでは、光源２を駆動するなどの初期化処理が行われる。ここでは初期値としての全受光量をも求める記憶する。

続いて、ラインセンサ１の出力信号から正規化などの処理が行われて、光量データを取得する受光処理を実行する（Ｓ１）。次に、エッジ検出用の閾値と比較してエッジ位置を検知する（Ｓ２）。そして、所定のエッジが検出された（Ｙｅｓ）ならステップＳ１０の通常処理にすすむ。このような通常処理については、特許文献１などに説明されているものと同様であるので、これ以上の説明は省略する。

エッジが検出できない（Ｎｏ）なら、受光処理にて得られた光量データに基づいて、全受光量を求める（Ｓ３）。この全受光量が所定の閾値、例えば初期値としての全受光量の９７％、よりも大きい場合には、ラインセンサ１が透明体３にて覆われた全遮光状態ではないとして判定して、通常処理（Ｓ１０）へ飛ぶ。なお、このとき、初期値としての全受光量を運転時に求まった全受光量で更新記憶をする（Ｓ９）。光芒ビームの経年変化に対応するためである。なおこの全受光量の更新記憶処理は行わなくともよい。

一方、全受光量が前述した如く記憶した全受光量の９７％よりも小さい場合には、全遮光判断の実行を行う（Ｓ４）。ここで、全遮光判断は、光量データを全遮光判断用の閾値、すなわち初期値としての全受光量の平均値の、例えば９５％と比較する。出力特性図１０に示すように、左から画素Ｎｏ．１とすると、画素Ｎｏ．６と画素Ｎｏ．７に閾値９５％よりも小さい陥部があることがわかる。このような陥部が画素数で1個以上見つかるかどうかの「陥部」ありなしで分岐する（Ｓ５）。

この陥部が１個も見つからない（Ｎｏ）場合には、透明体ワークはないと判断して通常処理（Ｓ１０）へ分岐する。また、このとき、初期値としての全受光量を運転時に求まった全受光量で更新してもよい（Ｓ９）。光芒ビームの経年変化に対応する。

陥部が１個以上見つかった（Ｙｅｓ）場合には、透明体ワークがあってその光プロファイルが得られたと判断して、透明体処理（Ｓ６）へ進む。そこで、その旨のイベント出力の準備を行う。

エッジ検出による通常処理（Ｓ１０）、または透明体処理（Ｓ６）をした後は、イベント出力するなどの出力制御処理を行う（Ｓ２０）。なお、当該イベント発生時に種々の光信号データをロギングするなどの機能を付加することもよい。

以上のとおり、全遮光状態判定手段４ｂは処理を終えてループしてステップＳ１へ戻り、これを繰り返す。

本願発明にかかるエッジ検出装置の実施の形態を述べたが、上記の全遮光判断は単一画素で判断せずに複数画素数で平均化し丸めて行ってもよいし、その他閾値などのパラメータは例示の値にこだわる必要はなく、種々の設計上のチューニングは可能である。

透明体ワークはガラスに限らず、薄膜のフィルムなどの加工プロセスに関わるものである。本願発明の全遮光状態判断は瞬時に実行できるので、リアルタイム性を求められるプロセス制御システムに利用できる。

１ラインセンサ
２光源
３透明体
４マイクロコンピュータ
１０ラインセンサ出力特性

Claims

ラインセンサと、
このラインセンサに向けて単色光を照射する光源と、
上記単色光の光路に位置付けられた透明体のエッジにおけるフレネル回折の光強度分布から前記ラインセンサの画素配列方向における前記透明体のエッジ位置を検出するエッジ位置解析手段と、
前記エッジ位置解析手段にて前記透明体のエッジ位置が検出できないとき、かつ、前記ラインセンサによる全受光量が予め記憶した該ラインセンサの全入光状態での全受光量よりも小さいときに、
所定の閾値よりも小さい受光量陥部を検出した場合は、前記透明体による全遮光状態として判断することと、
所定の閾値よりも小さい受光量陥部を検出できない場合は、前記予め記憶した該ラインセンサの全入光状態での全受光量を前記ラインセンサによる全受光量によって更新することと、を特長とする全遮光状態判断手段と
を備えるエッジ検出装置。