JPH0255907A

JPH0255907A - 形状認識装置

Info

Publication number: JPH0255907A
Application number: JP20664388A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nakamura; 明彦中村; Masahiro Isoda; 将博磯田
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 1988-08-20
Filing date: 1988-08-20
Publication date: 1990-02-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、被検出体の形状を光学的位置検出装置を用
いて非接触に検出するようにした形状認識装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来より、鉄鋼プラントにおける高温・高速度走行物の
形状認識や１機械工業や電気工業での傷つきやすい物体
の寸法あるいは変位量の計測等、多くの分野において、
非接触で、高精度かつ高速応答性を有する形状認識装置
が要求されている。

そこで、この種の装置としては、現在、レーザー光等を
用いて光学的に被検出体（以下測定対象物という）の距
離を求めて認識するものが提案されている。

第５図にこの従来提案されている形状認識装置の原理を
示す。

図において、１は小型で高出力の半導体レーザーで、こ
の半導体レーザー１からの投射光は、投光レンズ２，３
によって集光して、測定対象物ａ上に小径のスポット光
ｆ工として照射するようになっている。また、４は前記
投光レンズ２，３の間に介在させた走査手段で、測定対
象物ａに対する光束ｆ、の照射位置を第８図に示すよう
に主走査方向（Ｙ方向）へ移動させ得るものである。こ
の走査手段４としては１例えば第９図に示すように液晶
シャッター４ａを用い、これを電子駆動制御手段４ｂに
よって透光部４ａ、を順次Ｙ方向へ移動させてゆく構成
とし、投光レンズ２がら３への投光位置を変更させるも
のが考えられている。

また、第５図中、５は測定対象物ａにて反射したレーザ
ー光ｆ２を半導体装置検出器（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎ
ｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｖｉｃｅ）　６の受光面上の一点に
集光させる受光レンズである。

第６図及び第７図は前記半導体装置検出器（以下、ＰＳ
Ｄと称す）６の構成を示す図である。このＰＳＤ６は、
第６図の断面図に示すように、高抵抗シリコン基板６１
の両面に均一な抵抗層６２゜６３が形成ａｔされており
、さらに受光面とする一方の抵抗層６２の上面周縁には
、第７図に示すように相対向する二組のに電極６４ａ、
６４ｂ及び６５ａ、６５ｂがそれぞれＸ方向及びＹ方向
に沿って設けられている。そして、前記各電極からは、
受光面に入射した光点の位置に応じた出力電流が送出さ
れるようになっている。

上記のように構成された距離検出装置において、ＰＳＤ
６の受光面６２（抵抗層）上に集光される光束ｆ２の位
置は、測定対象物ａの高さによってＸ方向に変化する。

例えば、距離Ｌ１の位置にある測定対象物ａ上にレーザ
ー光を照射した場合には。

受光面６２に入射する光束のＸ方向の位置はＸ工となり
、これより上方の測定対象物ａ８上に光を照射した場合
のＸ方向の位置はＸ２　となる。従って、受光面６２の
Ｘ方向における位置Ｘを求めれば、測定対象物ａの高さ
Ｌは、Ｄ：投受光部間の距離Ｆ：受光レンズ５とＰＳＤ６間の距離として求めることができる。

また、ＰＳＤ６の電極６４ａ、６４ｂ、６５ａ。

６５ｂからは、それぞれ受光面６２のｘ、Ｙ方向におけ
る光束の入射位置に応じた電流が出力される０例えば、
今、受光面６２のＸ方向において。

電極６４ａ　　から距離Ｘだけ煎れた位置に光束ｆ２が
入射すると、ＰＳＤ６では光点の光量に応じた光電流が
発生し、その光電流は出力電極６４ａ。

６４ｂに分割されて出力される。この各出力電極６４ａ
、６４ｂに分割された電流の比は、光点の入射位置から
それぞれの電極までの距離の比と逆比になる。すなわち
、各出力電極６４ａ、６４ｂから出力される電流をそれ
ぞれＩａ、Ｉｂとし。

ＰＳＤ６に発生する光電流をＩ。にすると。

悲：電極６４ａ、６４ｂ間の距離Ｘ：光束入射位置から電極までの距離となる。

ゆえに、入射位置Ｘは。

として求めることができる。なお、この２次元ＰＳＤ６
においては、Ｘ方向だけでなくＹ方向に対する光点の入
射位置も出力電極６５ａ、６５ｂからの電流に基づき求
めることができる。

従って、求めた位置Ｘに基づき式（１）によって測定対
象物におけるレーザー光の照射位置の距離を測定するこ
とができる。

ところで、上記装置により、平板状の部材の表面を測定
対象物とし、その凹凸を検出する場合には、前記電子駆
動制御手段４ｂにより液晶シャッタ４ａの透光部４ａ□
を移動させてレーザー光のスポット光ｆ１を測定対象物
ａ上でＹ方向（主走査方向）に走査させて行なう、この
際、受光面上の光点は、ｍ定対象物ａ上の照射位置の凹
凸に伴ってＸ方向（２次元ＰＳＤ）へ移動すると共に、
主走査に伴ってＹ方向（２次元ＰＳＤ）へも移動する、
従って、線あるいは面の高さを確定するためには、少な
くとも、受光面における光点のＸ。

７両方向の位置情報が必要となり、そのため従来は２次
元ＰＳＤ６を用いていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のように２次元ＰＳＤ６を用いて距
離検出を行なうものにあっては、ＰＳＤ６の２組の電極
６４ａ、６４ｂ及び６５ａ、６５ｂから得られる情報に
対してそれぞれ上述の式（１）、（２）、（３）に示す
演算を施す必要があるため、演算回路が複雑になり、コ
スト高になるという問題があり、また、２次元ＰＳＤ６
は、現在、１次元ＰＳＤに比べ大幅に分解能が劣りコス
トも一次元ＰＳＤより極めて高いという問題もあった。

この発明は前記課題に着目して成されたもので、安価か
つ高分解能を有する１次元光位置検出手段を用いて、測
定対象物の形状の高さ情報を検出し得る形状認識装置の
提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、発光体からの光束を被検出体において所定
方向へ移動させる走啼手段と、被検出体からの反射光束
を受光する受光面を有し、その受光面における反射光束
の入射位置を検出する位置検出器を備え、前記受光面に
おける反射光束の入射位置に基づき前記被検出体におけ
る光束照射箇所の距離を検出するようにした形状認識装
置において、前記位置検出器を一方向に延出する受光面
を備えた一次元光位置検出手段により構成し、前記被検
出体と一次元光位置検出手段との間に被検出体からの反
射光束を集光させるシリンドリカルレンズを介挿させた
ものである。

〔作　　用〕

上記形状認識装置において、発光手段からの光束を走査
手段によって移動させると、被検出体からの反射光束も
これに伴って移動するが、それら反射光束は総てシリン
ドリカルレンズにて１次元光位置検出手段上に集光され
る。そして、１次元光位置検出手段からは被検出体にお
ける光束照射箇所の距離情報として、受光面上における
光束の入射位置に応じた。出力が送出される。

次元ＰＳＤ６の分解能より大幅に分解能が優れている。

また、８は前記１次元ＰＳＤ７と測定対象物ａとの間に
介在させたシリンドリカルレンズである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づ
き説明する。なお、前記従来技術と同一もしくは相当部
分には同一符号を付し、その説明の詳細は省く。

掻第１図はこの実桝例における要部の概略説明図である１
図において、７は受光手段としての１次元ＰＳＤである
。この１次元ＰＳＤ７は、一方向に延出する受光面７ａ
を有し、その延出方向（ここではＸ方向）における光束
の入射位置を検出するものである。基本的動作、原理は
前記従来技術にて述べた２次元ＰＳＤ６と略同様であり
、光束の入射位置に応じた電流Ｉａ、Ｉｂが一対の出力
電極７１ａ、７１ｂから出力されるようになっているが
、現在、この１次元ＰＳＤ７の分解能は２６弧面８ａか
ら入射した総ての光束を平面８ｂの中心線と平行する一
次元ＰＳＤ７の受光面７ａの所定の直線上に集光させ、
かつ同図（ｂ）に示すように長平方向（この場合Ｘ方向
）においては入射光束を全く屈折させないようになって
いる。

この実施例では、前記シリンド也ルレンズ８は前記１次
元ＰＳＤ７と平行に配設させており、測定対象物からの
反射光束は総てシリンドリカルレンズ８を介して１次元
ＰＳＤ７の受光面７ａ上に集光されるようになっている
。なお、図中、投光レンズ２，３及び走査手段４を構成
する液晶シャッタ４８等は前記従来技術にて示したもの
と同様である。

第３図は、この発明の一実施例を示すブロック図である
０図において、９は種々の演算、制御を行なうＣＰＵ、
１０は発光手段としての半導体レーザー１を駆動する駆
動回路で、前記ＣＰＵ９からｌ１０ｉｌを介して出力さ
れる制御信号に応じて作動する。１２は液晶シャッタ４
ａを駆動する能動回路で、ＣＰＵ９からｌ１０１３を介
して出力される制御信号に婁応じて作動する。１４，１
５は前記１次元ＰＳＤ７の出力電極７１ａ、７１ｂにそ
れぞれ接続されたアンプ、１６は前記両アンプ１４．１
５と後段のサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）１７との接
続を選択的に切り換えるスイッチ、１８は前記サンプル
ホールド回路１７からの出力をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換回路で、その出力ｌ１０１９を介してＣＰＵ
９に入力されるようになっている。なお１．２０はモー
ド設定あるいはステータス表示等を入出力すると共に、
測定値を表示するための出力表示部で、ｌ１０２１を介
してＣＰＵ９に接続されている。

第４図は上記構成を有する形状認識装置における制御動
作を示すフローチャートである。以下このフローチャー
トと共に平板状部材の表面を測定対象物とし、その凹凸
を検出する場合を例にとり作用を説明する。

操作者は、測定対象物ａを図外のＸ−Ｙテーブルに設定
した後、予め前記式（１）に適用するデータ（Ｄ、Ｆ）
を入力する。そして、検出動作開始指令を出すと、ＣＰ
Ｕ９は、まず、駆動回路１０を作動させて半導体レーザ
ー１からレーザー光を発生させる（ステップ１）。次い
で、ＣＰＵＱ内に内蔵されるカウンタのカウント値ｉを
「１」に設定しくステップ２）、そのカウント値に応じ
て開動装置１２を作動させ、光シャッタ（液晶シャッタ
ー）４ａの透光部４ａ、を第１番目の位置に設定する（
ステップ３）。この時、測定対象物ａを支持しているＸ
−ＹテーブルはＣＰＵ９により初期位置に設定されてお
り、レーザー光束（スポット光）ｆ工は第１主走査ライ
ンＬ□上の第１検出点（Ｘｘ＋ｙｚ）上に位置する（第
８図参照）。

そして、検出点（Ｘｔ＋　ｙｔ）からの反射光束ｆ２が
シリンドリカルレンズ８を介して１次元ＰＳＤ７上に入
射し、１次元ＰＳＤ７の出力電極７１８゜７１ｂからは
、スイッチ１６によって交互に電流Ｉａ、Ｉｂが取り出
され、それぞれ、サンプルホールド回路１７．Ａ／Ｄ変
換器１８．ｌ１０１９を経てＣＰＵ９に入力される。Ｃ
ＰＵ９では入力された電流値Ｉａ、Ｉｂに基づき、前述
の式（２）（３）の演算を行なって１次元ＰＳＤ７上に
おける光束の入射位置Ｘを求めた後（ステップ４゜５）
、さらに予め入力したさデータ（Ｄ、Ｆ）のうちカウン
ト値ｉに対応するデータ（ここではｉ＝１であるため（
Ｄ、＋　Ｆｌ））を読み出しくステップ６）、そのデー
タ（Ｄ、、Ｆ□）とステップ５にて求めたＸに基づき、
前述の式（１）の演算を行ない、前記検出点（Ｘｘｙｙ
ｘ）の距離りを求め（ステップ７）、その値を所定の記
憶装置に出力する（ステップ８）、この後、カウント値
ｉを「１」してゆき、カウント値ｉが一生走査ライン終
了値Ｎ以上となるまで、「＋１」毎に上記ステップ３〜
８の動作を繰り返し行なう（ステップ９゜１０）、この
際、カウント値ｉを「＋１」する毎に液晶シャッタ４ａ
の透光部４ａ１がＹ方向へ移動し、それに伴って光束ｆ
１．ｆ、もＹ方向へ移動することとなる。従って、従来
の光学系を用いた場合には、反射光束ｆ１は一次元ＰＳ
Ｄ７から外れてしまい、検出不可能となる。しかし、こ
の実施例では、反射光束ｆ、がＹ方向へ移動したとして
も、それら光束は全てＸ軸と平行して設けられたシリト
リカルレンズ８により、これと平行する１次元ＰＳＤＴ
上に集光される。また、この光束ｆ２はＸ方向には全く
屈折されないため、距ＭＬを求める上では何等問題はな
い。

カランと値ｉがＮ以上となり、第１主走査ラインＬ１の
検出が終了すると、ＣＰＵ９はＸ−Ｙテーブルを−Ｘ方
向に一生走査うイン分移動させる−（ステップ１１）、
これにより光束ｆ工測定対象物ａ上の第２の主走査ライ
ンＬ２の第１の検出点（ｘｚ＋ｙ工）に位置する（第８
図参照）、そして再びステップ３〜８の動作を行ない、
以後、全走査ラインの検出が終了するまで同様の動作を
繰れ返す（ステップ１２）。

以上のように、この実施例では、１次元ＰＳＤ７を用い
て測定対処物ａの距離りを検出することができる。

また、上記実施例では、走査手段４として液晶シャッタ
４ａを用いたが、振動部に光束ｆ２の反射鏡を持つボイ
スコイルを配置してボイスコイルをＣＰＵ制御するもの
、スポット状の光束を発する多数の半導体レーザーを並
列したもの、発光部から導出する多数の光フアイバーケ
ーブルの光照射端を並設するもの、回転ポリゴンミラー
等の装置によるものでもよい。

さらに、光スポットを得るための光源として半導体レー
ザーのものだけでなくＬＥＤ等の発光素子を使用するこ
ともでき、−次元光位置検出手段としても一次元ＰＳＤ
の他にＣＣＤ、ホトダイオード等がある。

なお、本発明の形状認識装置を使って、軸を中心に回転
する測定対象物の軸方向にセンサを動かして距離を測定
することで測定対象物の形状を高速認識することもでき
る。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、この発明によれば、安価かつ小型
（装置が簡略化）であり、かつ高分解能を有する１次元
ＰＳＤを用いて形状高さ位置情報を正確に得ることが可
能となり、プリント基板の高さの検出、形状の認識等に
おいて殊に有用な実用的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における要部の概略構成を
示す説明斜視図、第２図（ａ）は第１図に示したシリン
ドリカルレンズを示す側面図。同図（ｂ）は同図（ａ）
に示したものの正面図、第３図はこの発明に係る一実施
例の概略構成を示すブロック図、第４図はこの実施例に
おけるＣＰＵによる制御動作を示すフローチャート、第
５図は従来の形状認識装置を示す斜視図、第６図はｐｓ
Ｄの断面構造を示す縦断側面図、第７図は２次元ＰＳＤ
を示す斜視図、第８図は被検出体上における光束の入射
位置を模式的に示した説明平面図。第９図は液晶シャッタの縦断説明図である９１・・・半
導体レーザー（発光手段）４・・・走査手段７・・・−次元ＰＳＤ８・・・シリンドリカルレンズｆｌ、　ｆ、・・・光束ａ・・・被検出体第１図

Claims

【特許請求の範囲】光束を発する発光手段と、この発光手段からの光束を被検出体に対して主走査方向
へ移動させる走査手段と、前記被検出体からの反射光束を受光する受光面を有し、
その受光面における反射光束の入射位置を検出する位置
検出器を備え、前記受光面における反射光束の入射位置に基づき前記被
検出体における光束照射箇所の距離を検出するようにし
た形状認識装置において、前記位置検出器を、一方向に延出する受光面を備えた一
次元光位置検出手段により構成し、前記被検出体と一次
元光位置検出手段との間に被検出体からの反射光束を集
光させるシリンドリカルレンズを介挿させたことを特徴
とする形状認識装置。