JP6385472B2 - 透明な円柱状製品を測定するための装置および方法 - Google Patents
透明な円柱状製品を測定するための装置および方法 Download PDFInfo
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Description
プリフォーム中心位置=左側縁の位置+OD/2
ジョイントの中心位置=ジョイントの左側縁の位置+(ジョイント幅)/2
初期段階では、下部の接触部60の壁部65を通る開口部は130mmであった。この幅は、以前使用されていたテレセントリックレーザスキャン方法には十分であったが、約130mmよりも大きい直径を有するプリフォームを測定するのには十分ではなかった。拡張された開口部が、加熱領域40全体にわたって、炉の温度および均一性に、許容可能ではない影響を与えるであろう幅を推定するために、数値モデルが使用された。加熱領域40内で得られる加熱パターンを示した数値モデル化の、図によって表された結果が、図4A、図4Bおよび図4Cに提示されている。より具体的には、図4Aは、130mmの最初の開口部67による、許容可能に均一な加熱パターンを示している。図4Bも、150mmに拡張された開口部67が依然として、均一かつ許容可能な加熱パターンを生成することを示している。しかし、開口部67を180mmに拡張すると、数値モデルは、図4Cに示されているように、加熱領域40が許容可能ではない程度まで不均一に加熱されるであろうことを予測した。
使用されたカメラ機器:Allied Vision Technologies社の「Guppy」5メガピクセル(MP)カメラ、モデル F−503B。
Claims (22)
- 透明な円柱状製品を、前記円柱状製品を見ることができる水平方向開口部を有する高温炉内での製造中に測定するための装置であって、前記装置は、
(A)デジタルカメラと、
(B)デジタルプロセッサと、
を含んでおり、
前記デジタルカメラは、レンズが取り付けられており、かつ、センシングおよびデジタル記録装置を有し、前記レンズは、前記炉の壁部の前記開口部を通じて、前記円柱状製品の光学像を受け取り、前記光学像を前記センシングおよびデジタル記録装置に導き、前記センシングおよびデジタル記録装置は、前記光学像をデジタルイメージに変換し、前記デジタルイメージを記録し、
前記デジタルプロセッサは、アルゴリズムがプログラムされ、前記アルゴリズムは、前記センシングおよびデジタル記録装置からの前記デジタルイメージにアクセスして、前記デジタルイメージを解釈し、前記円柱状製品の測定値を決定し、報告し、
前記アルゴリズムは、以降のステップ(1)〜(6)を含んでおり、すなわち、
(1)前記デジタルイメージを切り取って、周囲の暗い空間を除去し、前記炉の前記水平方向開口部を通して見ることができた明るい視野のみを含んでいる、所定の高さおよび幅を有している、より小さい、切り取られたデジタルイメージを生成するステップを含んでおり、
(2)前記切り取られたデジタルイメージから、標準偏差フィルターを用いて勾配フィルタリングされたイメージを生成するステップを含んでおり、
(3)複数のラインスキャンを実行し、複数のラインスキャンを総計して、1つまたは複数の左側ピークと、1つまたは複数の右側ピークと、1つまたは複数のマイナーバックグラウンドピークと、を有しているグレーレベル勾配スペクトルを形成するステップを含んでおり、ここで、前記複数のラインスキャンは、前記勾配フィルタリングされたイメージの鉛直中心の近くに位置するスキャン領域内に存在し、かつ、前記勾配フィルタリングされたイメージの全幅にわたって水平に延在し、
(4)以降のステップ(a)〜(c)を実行することによって、前記グレーレベル勾配スペクトル内の前記1つまたは複数の左側ピークおよび前記1つまたは複数の右側ピークのうちのどれが、前記円柱状製品の真の左側縁および真の右側縁を表すのかを識別するステップを含んでおり、
(a)前記グレーレベル勾配スペクトル上で、前記複数の左側ピークを含んでいる左側ピークウィンドウ領域を選択し、前記複数の右側ピークを含んでいる右側ピークウィンドウ領域を選択し、各ウィンドウ領域の外側にある前記マイナーバックグラウンドピークを、別個の分析のために残すステップ、
(b)以降の(i)〜(iii)によって、さらなる分析から、前記マイナーバックグラウンドピークを除去する、ピーク検出のためのベースラインを確立するステップ、
(i)前記マイナーバックグラウンドピークの一部分をダイナミックにサンプリングし、前記ダイナミックサンプリングに基づいてノイズ・フロア・レベルを計算すること、
(ii)前記ノイズ・フロア・レベルに閾値を加えることによってベースラインを決定すること、
(iii)その後、前記ベースラインを下回るあらゆるピークを無視すること、
(c)それぞれ以降の(i)、(ii)によって、前記円柱状製品の前記真の左側縁の位置と真の右側縁の位置に対する数値を提供するために、ターゲット左側ピークとターゲット右側ピークを識別するステップ、
(i)前記左側ピークウィンドウ領域において、前記ベースラインよりも高い前記複数の左側ピークをそれぞれ分析し、前記左側ピークウィンドウ領域において最も左側に位置する前記ターゲット左側ピークを選択し、前記円柱状製品の前記真の左側縁に等しい数値として前記ターゲット左側ピークの位置を記録すること、
(ii)前記右側ピークウィンドウ領域において、前記ベースラインよりも高い前記複数の右側ピークをそれぞれ分析し、前記右側ピークウィンドウ領域において最も右側に位置する前記ターゲット右側ピークを選択し、前記円柱状製品の前記真の右側縁に等しい数値として前記ターゲット右側ピークの位置を記録すること、
(5)前記円柱状製品の前記真の左側縁の値と前記真の右側縁の値との間の差の絶対値を取ることによって、前記円柱状製品の外径を計算するステップを含んでおり、
(6)前記円柱状製品の前記外径を報告するステップを含んでいる、
装置。 - 前記透明な円柱状製品は、2つ以上のガラス質材料層を含んでいる光ファイバープリフォームである、
請求項1記載の装置。 - 前記プリフォームは、所定の屈折率を有するコア層と、所定の屈折率を有し、かつ、内側の層を取り囲んでいるクラッド層と、を含んでおり、
前記コア層の屈折率は、前記クラッド層の屈折率よりも高い、
請求項2記載の装置。 - 前記センシングおよびデジタル記録装置は、電荷結合素子(「CCD」)イメージセンサーを含んでいる、
請求項1記載の装置。 - 前記測定値は、前記円柱状製品の直径を含んでいる、
請求項1記載の装置。 - 前記カメラは、流体密封型かつ流体冷却式のハウジング内に封入されており、前記ハウジングは、前記円柱状製品の前記光学像を通すために、前記炉の壁部の前記開口部と位置合わせされた入口を有している、
請求項1記載の装置。 - 前記炉の壁部の前記開口部および前記流体冷却式のハウジングの入口を通して受け取った前記光学像を、前記カメラの前記レンズに向けるための反射器をさらに含んでいる、
請求項6記載の装置。 - 前記炉は、ジャケット付き流体冷却式のグラファイト炉であり、
前記炉は、加熱されている間に前記円柱状製品が通過する上部および下部の環状グラファイト接触部を伴った加熱される内部を有しており、前記上部および下部の接触部は、それぞれ環状壁を有しており、かつ、前記加熱される内部の両端の近くに位置しており、
前記炉は、前記上部の環状グラファイト接触部の前記環状壁を通る前記円柱状製品を見ることができる前記水平方向開口部の少なくとも一部を有しており、前記上部および下部の接触部は、内部に前記円柱状製品を有する前記グラファイト炉の内部を加熱するために、電流を受け取り、伝導する、
請求項1記載の装置。 - 透明な円柱状製品の直径を、前記円柱状製品を見ることができる水平方向開口部を有する高温炉内での製造中に測定するための方法であって、前記方法は、
(A)レンズが取り付けられているカメラを用いて、前記水平方向開口部を通して放出された、前記円柱状製品の光学像を受け取るステップと、
(B)前記光学像をセンシングおよびデジタル記録装置に導くステップと、
(C)前記センシングおよびデジタル記録装置を用いて、前記光学像をデジタルイメージに変換し、前記デジタルイメージを記録するステップと、
(D)アルゴリズムがプログラムされたプロセッサを用いて、前記デジタルイメージを解釈し、前記円柱状製品の直径を決定するステップと、
を含み、
前記アルゴリズムは、以降のステップ(1)〜(6)を含んでおり、すなわち、
(1)前記デジタルイメージを切り取って、周囲の暗い空間を除去し、前記炉の前記水平方向開口部を通して見ることができた明るい視野のみを含んでいる、所定の高さおよび幅を有している、より小さい、切り取られたデジタルイメージを生成するステップを含んでおり、
(2)前記切り取られたデジタルイメージから、標準偏差フィルターを用いて勾配フィルタリングされたイメージを生成するステップを含んでおり、
(3)複数のラインスキャンを実行し、複数のラインスキャンを総計して、1つまたは複数の左側ピークと、1つまたは複数の右側ピークと、1つまたは複数のマイナーバックグラウンドピークと、を有しているグレーレベル勾配スペクトルを形成するステップを含んでおり、ここで、前記複数のラインスキャンは、前記勾配フィルタリングされたイメージの鉛直中心の近くに位置するスキャン領域内に存在し、かつ、前記勾配フィルタリングされたイメージの全幅にわたって水平に延在し、
(4)以降のステップ(a)〜(c)を実行することによって、前記グレーレベル勾配スペクトル内の前記1つまたは複数の左側ピークおよび前記1つまたは複数の右側ピークのうちのどれが、前記円柱状製品の真の左側縁および真の右側縁を表すのかを識別するステップを含んでおり、
(a)前記グレーレベル勾配スペクトル上で、前記複数の左側ピークを含んでいる左側ピークウィンドウ領域を選択し、前記複数の右側ピークを含んでいる右側ピークウィンドウ領域を選択し、各ウィンドウ領域の外側にある前記マイナーバックグラウンドピークを、別個の分析のために残すステップ、
(b)以降の(i)〜(iii)によって、さらなる分析から、前記マイナーバックグラウンドピークを除去する、ピーク検出のためのベースラインを確立するステップ、
(i)前記マイナーバックグラウンドピークの一部分をダイナミックにサンプリングし、前記ダイナミックサンプリングに基づいてノイズ・フロア・レベルを計算すること、
(ii)前記ノイズ・フロア・レベルに閾値を加えることによってベースラインを決定すること、
(iii)その後、前記ベースラインを下回るあらゆるピークを無視すること、
(c)それぞれ以降の(i)、(ii)によって、前記円柱状製品の前記真の左側縁の位置と真の右側縁の位置に対する数値を提供するために、ターゲット左側ピークとターゲット右側ピークを識別するステップ、
(i)前記左側ピークウィンドウ領域において、前記ベースラインよりも高い前記複数の左側ピークをそれぞれ分析し、前記左側ピークウィンドウ領域において最も左側に位置する前記ターゲット左側ピークを選択し、前記円柱状製品の前記真の左側縁に等しい数値として前記ターゲット左側ピークの位置を記録すること、
(ii)前記右側ピークウィンドウ領域において、前記ベースラインよりも高い前記複数の右側ピークをそれぞれ分析し、前記右側ピークウィンドウ領域において最も右側に位置する前記ターゲット右側ピークを選択し、前記円柱状製品の前記真の右側縁に等しい数値として前記ターゲット右側ピークの位置を記録すること、
(5)前記円柱状製品の前記真の左側縁の値と前記真の右側縁の値との間の差の絶対値を取ることによって、前記円柱状製品の外径を計算するステップを含んでおり、
(6)前記円柱状製品の前記外径を報告するステップを含んでいる、
方法。 - 前記センシングおよびデジタル記録装置を、前記デジタルカメラ内に収容する、
請求項9記載の方法。 - 前記センシングおよびデジタル記録装置は、電荷結合素子(「CCD」)イメージセンサーである、
請求項9記載の方法。 - 前記炉の前記水平方向開口部は、前記円柱状製品の前記直径よりも幅が狭い、
請求項9記載の方法。 - 前記光学像を導く前記ステップ(B)を、さらに、反射器を用いて実行する、
請求項9記載の方法。 - さらに前記ステップ(3)で、各勾配ラインスキャンを、前記勾配フィルタリングされたイメージの前記スキャン領域内に水平スキャンライン位置を設定し、設定された前記水平スキャンライン位置に沿って前記イメージの前記グレーレベルをセンシングし、記録することによって実行する、
請求項9記載の方法。 - さらに前記ステップ(3)で、前記複数の勾配ラインスキャンは、総計で40〜50のスキャンである、
請求項9記載の方法。 - さらにステップ(4)(a)で、前記左側ピークウィンドウ領域を、前記複数の左側ピークのうちの最も高い左側ピークにセンタリングし、前記右側ピークウィンドウ領域を、前記複数の右側ピークのうちの最も高い右側ピークにセンタリングする、
請求項9記載の方法。 - さらにステップ(4)(b)(ii)で、前記閾値は、(前記グレーレベル勾配スペクトルの最大ピーク高さ)−(前記ノイズ・フロア・レベル)/(所定のファクター)に等しい、
請求項14記載の方法。 - 前記デジタルイメージを切り取って、切り取られたデジタルイメージを生成するステップ(1)を実行した後、前記方法は、さらに、前記切り取られたデジタルイメージ内の平均グレーレベルを計算することを含み、前記平均グレーレベルが所定の閾値未満である場合に、アルゴリズムの実行を停止する、
請求項14記載の方法。 - ダイナミックにサンプリングされた、マイナーバックグラウンドピークの前記一部分の平均的な高さに0.5を乗算することによって前記閾値を決定する、
請求項14記載の方法。 - 前記左側縁の値に前記外径の半分を加えることによって、前記透明な円柱状製品の中心位置を決定することをさらに含む、
請求項9記載の方法。 - 透明な円柱状製品内のジョイントまたは欠陥を、前記円柱状製品を見ることができる水平方向開口部を有する高温炉内での製造中に検出するための方法であって、前記方法は、
(A)レンズが取り付けられているカメラを用いて、前記水平方向開口部を通して放出された、前記円柱状製品の光学像を受け取るステップと、
(B)前記光学像をセンシングおよびデジタル記録装置に導くステップと、
(C)前記センシングおよびデジタル記録装置を用いて、前記光学像をデジタルイメージに変換し、前記デジタルイメージを記録するステップと、
(D)アルゴリズムがプログラムされたプロセッサを用いて、前記デジタルイメージを解釈し、前記円柱状製品内にジョイントまたは欠陥が存在することを決定するステップと、を含み、
前記アルゴリズムは、以降のステップ(1)〜(5)を含んでおり、すなわち、
(1)前記デジタルイメージを切り取って、周囲の暗い空間を除去し、前記炉の前記水平方向開口部を通して見ることができた明るい視野のみを含んでいる、所定の高さおよび幅を有している、より小さい、切り取られたデジタルイメージを生成するステップを含んでおり、
(2)前記切り取られたデジタルイメージから、標準偏差フィルターを用いて勾配フィルタリングされたイメージを生成するステップを含んでおり、
(3)複数のラインスキャンを実行し、複数のラインスキャンを総計して、1つまたは複数の左側ピークと、1つまたは複数の右側ピークと、1つまたは複数のマイナーバックグラウンドピークと、を有しているグレーレベル勾配スペクトルを形成するステップを含んでおり、ここで、前記複数のラインスキャンは、前記勾配フィルタリングされたイメージの鉛直中心の近くに位置するスキャン領域内に存在し、前記勾配フィルタリングされたイメージの全幅にわたって水平に延在し、
(4)以降のステップ(a)〜(c)を実行することによって、前記グレーレベル勾配スペクトル内の前記1つまたは複数の左側ピークおよび前記1つまたは複数の右側ピークのどれが、前記円柱状製品の真の左側縁および真の右側縁を表すのかを識別するステップを含んでおり、
(a)前記グレーレベル勾配スペクトル上で、前記複数の左側ピークを含んでいる左側ピークウィンドウ領域を選択し、前記複数の右側ピークを含んでいる右側ピークウィンドウ領域を選択し、各ウィンドウ領域の外側にある前記マイナーバックグラウンドピークを、別個の分析のために残すステップ、
(b)以降の(i)〜(iii)によって、さらなる分析から、前記マイナーバックグラウンドピークを除去する、ピーク検出のためのベースラインを確立するステップ、
(i)前記マイナーバックグラウンドピークの一部分をダイナミックにサンプリングし、前記ダイナミックサンプリングに基づいてノイズ・フロア・レベルを計算すること、
(ii)前記ノイズ・フロア・レベルに閾値を加えることによってベースラインを決定すること、
(iii)その後、前記ベースラインを下回るあらゆるピークを無視すること、
(c)それぞれ以降の(i)、(ii)によって、前記円柱状製品の前記真の左側縁の位置と真の右側縁の位置に対する数値を提供するために、ターゲット左側ピークとターゲット右側ピークを識別するステップ、
(i)前記左側ピークウィンドウ領域において、前記ベースラインよりも高い前記複数の左側ピークをそれぞれ分析し、前記左側ピークウィンドウ領域において最も左側に位置する前記ターゲット左側ピークを選択し、前記円柱状製品の前記真の左側縁に等しい数値として前記ターゲット左側ピークの位置を記録すること、
(ii)前記右側ピークウィンドウ領域において、前記ベースラインよりも高い前記複数の右側ピークをそれぞれ分析し、前記右側ピークウィンドウ領域において最も右側に位置する前記ターゲット右側ピークを選択し、前記円柱状製品の前記真の右側縁に等しい数値として前記ターゲット右側ピークの位置を記録すること、
(5)前記真の左側ピークと前記真の右側ピークとの間に1つまたは複数の中間ピークが存在するか否かを決定するステップを含んでいる、
方法。 - 前記真の左側ピークと前記真の右側ピークとの間に1つまたは複数の中間ピークが存在するか否かを決定するステップは、
(1)前記真の左側ピークと前記真の右側ピークとの間の前記グレーレベル勾配スペクトルの中央ウィンドウを選択するステップと、
(2)前記中央ウィンドウに対する統合領域を計算するステップと、
(3)前記統合領域が所定の値を超えているか否かを決定するステップと、
を含んでいる、
請求項21記載の方法。
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