JPH08152316A

JPH08152316A - 突起検出装置

Info

Publication number: JPH08152316A
Application number: JP29430594A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Suginouchi; 剛彦杉ノ内; Kazutoshi Iketani; 和俊池谷; Yukifumi Tsuda; 幸文津田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1996-06-11
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JP3381420B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光切断法を用いて非接触で円筒状対象物上に
発生するバリを測定する形状測定装置に関するもので、
バリを検出することを目的とする。【構成】スリット走査手段１０３、１０４と、円筒状
対象物１０７上から反射して得られる散乱光を撮像する
撮像手段１０９と前記撮像手段１０９からの信号により
前記対象物の３次元座標を演算する形状演算手段１１５
と、対象物設置手段１０８とバリ発生可能な帯状領域に
ほぼ垂直な細長い領域を設定する領域設定手段１２７と
高さ方向の最大値を検出する最大値検出手段１２８と各
最大値より予め設定された複数の値を引いた高さまでの
範囲内の帯状領域にほぼ垂直な方向の間隔を演算する間
隔演算手段１２９と、間隔の変化を演算する変化演算手
段１３０と形状識別手段１３１によりバリの検出を行う
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触で円筒状物体上
のバリ等の突起部を検出する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】円筒状の鋳物の製造過程に於いては、側
面にバリが発生する事が多く、何らかの方法でこのバリ
を除去する必要がある。この場合、バリは円筒状対象物
の外周の１８０゜間隔に２ケ所に発生することは既知で
ある。

【０００３】バリ検出は目視で行うものが主流であり、
そのために見落とす事が多く、生産ラインの後工程に影
響をおよぼす。そこで目視にかわる自動バリ検出装置が
開発されつつある。バリ検出装置の一例として特開平０
１―１５２５８０号公報には、予め良品のデータを２次
元画像で取り込んでおき、撮像された対象物と重ね合わ
せることにより、バリを検出する方法があり、その重ね
合わせ方について述べられている。他の例として特開平
０４―１１０７０８号公報には、対象物にレーザ光を照
射し、その正反射光をフォトダイオードでうけ、もしバ
リがあった場合には、バリによって乱反射するのでフォ
トダイオードでうける光量が変化することでバリを検出
する方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
ような、予め良品のデータを２次元画像でとりこんでお
き、撮像された対象物と重ね合わせることによりバリを
検出する方法では、両者の形状をぴったり重ね合わせる
ための操作が複雑であり、またさまざまな部品のバリ検
査を行うには良品のデータを部品の数だけ持たなければ
いけないことと、どの部品なのかをまず認識する必要が
あるという問題があった。対象物にレーザ光を照射し、
その正反射をフォトダイオードでうけ、もしバリがあっ
た場合には、バリによって乱反射するのでフォトダイオ
ードでうける光量が変化することによりバリを検出する
方法については、対象物が円筒状物体の場合には正反射
成分が返ってくる位置にフォトダイオードを配置するこ
とは実際上難しい。本発明は上記従来技術の課題を解決
するもので、バリ取り作業の省力化を可能とするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、第１にスリット光を射出するスリット光源
と、前記スリット光を対象物に照射し走査するスリット
走査手段と、前記スリット光の走査により前記対象物上
から反射して得られる散乱光を撮像する撮像手段と、撮
像手段からの信号により前記対象物表面の三次元座標を
演算する形状演算手段と、前記対象物を所定の方向に設
置する対象物設置手段と、前記対象物表面上に領域を設
定する領域設定手段と、前記領域の各々において前記三
次元座標の所定の方向の２点の間隔を所定の数だけ演算
する間隔演算手段と、前記間隔演算手段の結果により前
記領域ごとに突起部を識別する形状識別手段とを具備す
るものである。

【０００６】第２に、スリット光を出射するスリット光
源と、前記スリット光を対象物に照射し走査するスリッ
ト走査手段と、前記スリット光の走査により前記対象物
上から反射して得られる散乱光を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段からの信号により前記撮像手段の撮像面上
の散乱光の位置を演算する位置演算手段と、前記対象物
を所定の方向に設置する対象物設置手段と、前記対象物
表面上に領域を設定する領域設定手段と、前記領域内の
各々において前記位置の粗密により突起部を識別する粗
密識別手段とを具備するものである。

【０００７】

【作用】本発明は上記構成によって、第１にスリット光
を対象物に照射し、対象物から反射して得られる散乱光
を集光レンズで位置検出手段に導き、対象物上の高さの
凹凸に従って変化する位置検出手段上の散乱光の集光位
置を検出し、その信号から形状演算手段により対象物表
面の３次元データを取得し、そのデータを設定した細長
い各領域内において間隔演算手段と変化演算手段と形状
識別手段により高速に精度よくバリ等の突起部を検出す
る。

【０００８】第２に、位置検出手段の両側からスリット
光を対象物に照射し、対象物から反射して得られる散乱
光を集光レンズで位置検出手段に導き、対象物上の高さ
の凹凸に従って変化する位置検出手段上の散乱光の集光
位置を検出し、その位置から設定した細長い各領域内に
おいて差演算手段と粗密識別手段により高速に精度よく
バリ等の突起部を検出する。

【０００９】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について、図
面を参照しながら説明する。

【００１０】図１は本発明の第１の実施例における突起
検出装置のブロック結線図である。図１において、１０
１および１０２はレーザスリット光源、１０３および１
０４はスリット走査手段、１０５および１０６はスリッ
ト光、１０７は対象物、１０８は対象物設置手段であ
る。１０９は撮像手段であり、さらに撮像手段の構成要
素として、１１０は集光レンズ、１１１は位置検出手
段、１１２は受光手段である。レーザスリット光源１０
１とスリット走査手段１０３は位置検出手段１１１の下
側に配置され、レーザスリット光源１０２とスリット走
査手段１０４は位置検出手段１１１の上側の対称な位置
に配置されている。また、１１３および１１４は受光手
段１１２からの光電流信号、１１５は光電流信号から三
次元形状情報を計算する形状演算手段、１１６は全体を
制御する制御ＭＰＵ、１１７はスリット走査手段１０３
および１０４を制御するスキャナ制御ドライバ、１１８
はＭＰＵバスである。さらに形状演算手段１１５の構成
要素として、１１９は光電流信号を電圧信号に変化する
Ｉ／Ｖ変換手段、１２０は電圧信号をデジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換手段、１２１はデジタル信号を一次的
に記憶しておくメモリＡ、１２２は位置演算手段、１２
３は三次元形状を演算する座標演算手段、１２４は形状
演算結果を記憶しておくメモリＢ、１２５はデータ統合
手段である。１２６はバリ検出手段Ａであり、さらにバ
リ検出手段Ａ１２６の構成要素として、１２７は領域設
定手段、１２８は最大値検出手段、１２９は間隔演算手
段、１３０は変化演算手段、１３１は形状識別手段であ
る。

【００１１】図２は受光手段１１２の撮像面を構成する
位置検出手段１１１の構成図である。非分割型の１次元
光位置検出センサ２０１を短辺方向に１２８個配列して
撮像面を構成している。本実施例では、非分割型の１次
元光位置検出センサ２０１に、ＰＳＤ（Position Sensi
tive Detector：半導体位置検出素子）を用いており、
ＰＳＤに入射する対象物からのスリット光の散乱光の入
射位置は、素子の両端電極２０２及び２０３に流れる電
流が各電極間との距離に反比例する特徴を利用して求め
ることができる。即ち、両電極２０２及び２０３に流れ
る電流Ｉ１及びＩ２より式（１）を用いて位置データを
計算できる。

【００１２】位置データ＝Ｋ・（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２） ---------（１）なお、Ｋは正規化するための係数である。

【００１３】図３は本発明の突起検出装置で対象物の三
次元形状を測定する基本的な測定原理である三角測量の
原理を示している。図３に示すように、レ−ザビ−ム４
０１を対象物上の点Ｐ４０２に照射し、その時の反射光
４０３を撮像手段４０４で撮像する。このとき、対象物
の表面の凹凸により生じた撮像手段４０４のスクリ−ン
４０５上での像の移動量を抽出することにより、基線Ａ
Ｂ４０６と反射光４０３との交差角θｂ及びθｄが求め
られ、これらの値とレ−ザビ−ム４０１の照射角、即ち
基線ＡＢ４０６とレ−ザビ−ム４０１との交差角θａ及
びθｃと基線ＡＢ４０６の長さＬから物体表面の三次元
座標情報を取得することができる。

【００１４】図４は円筒状対象物１０７のバリ発生可能
な帯状領域につい示した図であり、（ａ）が斜視図、
（ｂ）が上面図である。５０１がバリ発生可能な帯状領
域である。図４の矢印で示したように１８０゜間隔に２
カ所存在している。

【００１５】以上のように構成された突起検出装置につ
いて、以下にその動作を説明する。レーザスリット光源
１０１およびスリット走査手段１０３によりスリット光
１０５を対象物設置手段１０８に設置された対象物１０
７上に照射する。スリット光１０５の照射により対象物
１０７上から反射してくる散乱光を、集光レンズ１１０
及び複数配列された位置検出手段１１１から構成される
受光手段１１２で撮像する。位置検出手段１１１からの
光電流信号１１３及び１１４は、それぞれＩ／Ｖ変換手
段１１９により電圧信号に変換され、さらにＡ／Ｄ変換
手段１２０により所定のタイミング信号で１スリット当
り約１２８μｓでデジタル信号に変換され、メモリＡ１
２１に書き込まれる。その後、スキャナ制御ドライバ１
１７からの制御信号によりスリット走査手段１０３でス
リット光１０５を対象物１０７上の異なる位置に移動さ
せ、上記のメモリＡ１２１までの信号処理を繰り返すこ
とにより約３３ｍｓで対象物１０７全面をスリット走査
する。

【００１６】次に各スリットの各１次元光位置検出素子
（ＰＳＤ）毎のデジタル信号により、式（１）に基づい
て各スリットの各ＰＳＤ毎の散乱光入射位置を位置演算
手段１２２で計算し、これを測定点の位置信号とし、座
標演算手段１２３で図３に示した三角測量の原理に基づ
き対象物１０７の各測定点の所定の座標系に対する三次
元形状情報が演算され、メモリＢ１２４に書き込まれ
る。以上のようにレーザスリット光源１０１及びスリッ
ト走査手段１０３からのスリット光１０５を照射し、各
測定点で三次元座標測定結果が得られた後、今度は、レ
ーザスリット光源１０２及びスリット走査手段１０４に
よりスリット光１０６を対象物１０７上に照射する。こ
の場合も上述のレーザスリット光源１０１及びスリット
走査手段１０３によるスリット光１０５の照射の場合と
同様の動作の流れで、三次元座標演算を行い、メモリＢ
１２４に書き込まれる。

【００１７】このように、両方向からの三次元座標演算
が終了すると、データ統合手段１２５において、両方向
から測定したデータを統合し、死角となる領域の削減を
図る。

【００１８】更に図５を用いて、バリ検出手段Ａ１２６
の動作を説明する。図５（ａ）において円筒状対象物１
０７（場所によって円の半径が異なっていてもよい）に
領域設定手段１２７により６０１のような領域を設定
し、測定データを設定された領域ごとに分ける。この領
域はとても細長いので領域内の対象物の円の半径は同じ
である。図５（ｂ）は対象物の領域６０１における断面
図であり、バリがある様子を示している。この領域内で
１２８の最大値検出手段により高さデータの比較を行っ
て高さ方向の値の最大値６０２を検出する。この最大値
６０２はバリが存在すればバリの頂点であり、バリが存
在しなければ対象物が円筒状なのでバリ発生可能な帯状
領域上のデータである。この最大値６０２より複数設定
された値を引いた高さが６０３のそれぞれとなり、間隔
演算手段１２９によりそれぞれの高さ６０３における対
象物の間隔を求め、それぞれ６０４のようになる。そし
て変化演算手段１３０において高さの高い方からの間隔
６０４の変化のようすを差分により演算し、間隔演算手
段１２９で求めた間隔と変化演算手段１３０で求めた変
化の両方の特徴より間隔が狭く、変化もあまり変わらな
いものを形状識別手段１３１でバリとして検出する。

【００１９】以上のように本実施例によれば、非分割型
の１次元光位置検出素子を、その短辺方向に複数個配列
して構成した撮像面を有する位置検出手段と、１次元光
位置検出素子の長辺方向の両側に配置した２組のスリッ
ト光源およびスリット走査手段と、スリット光の照射に
より対象物上から反射して得られる散乱光を集光レンズ
で位置検出手段に集光し光電流信号を出力する受光手段
と、位置演算手段、座標演算手段およびデータ統合手段
を有する形状演算手段と、全体系を制御する装置制御手
段により、死角となる領域の削減、対象物表面の高さデ
ータを高速かつ高精度に取得でき、各対象物の三次元座
標を領域設定手段により領域毎に分割し各領域毎に最大
値検出手段により最大値を検出し、この値より複数設定
された高さ範囲内での間隔を間隔演算手段より求め、さ
らに変化演算手段により間隔の変化を求めて、形状識別
手段によりバリ等の突起部の検出を行うことができる。

【００２０】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について、図面を参照しながら説明する。図６は本発明
の第２の実施例における突起検出装置のブロック結線図
である。本発明の第１の実施例の突起検出装置の構成を
示す図１における形状演算手段１１５とバリ検出手段Ａ
１２６が撮像位置演算手段７０１とバリ検出手段Ｂ７０
３に変更になっている以外の構成及び動作は、本発明の
第１の実施例と同一であり、構成図及び動作説明は省略
する。

【００２１】７０１は撮像位置演算手段であり、さらに
撮像位置演算手段の構成要素として１１９の光電流信号
を電圧信号に変化するＩ／Ｖ変換手段、１２０の電圧信
号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段、１２１の
メモリＡ、１２２の位置演算手段は本発明の第１の実施
例と同一であり、７０２は位置演算手段の結果を記憶し
ておくメモリＣである。７０３はバリ検出手段Ｂであ
り、さらにバリ検出手段Ｂの構成要素として領域設定手
段１２７は本発明の第１の実施例と同一であり、７０４
が差演算手段、７０５が粗密識別手段Ｂである。

【００２２】以上のように構成された突起検出装置につ
いて、以下にその動作を説明する。位置演算手段１２２
において各スリットの各１次元光位置検出素子（ＰＳ
Ｄ）毎のデジタル信号により、式（１）に基づいて各ス
リットの各ＰＳＤ毎の散乱光入射位置を計算し、これを
測定点の位置信号とするところまでの処理は、本発明の
第１の実施例と同一であるので省略する。次に位置演算
手段１２２の結果がメモリＣ７０２に書き込まれる。以
上のようにレーザスリット光源１０１及びスリット走査
手段１０３からのスリット光１０５を照射し、各測定点
の位置信号が得られた後、今度は、レーザスリット光源
１０２及びスリット走査手段１０４によりスリット光１
０６を対象物１０７上に照射する。この場合も処理の流
れは本発明の第１の実施例と同一であり、位置演算を行
い、メモリＣ７０２に書き込まれる。

【００２３】このように、両方向からの位置演算が終了
すると、領域設定手段１２７により設定された領域毎に
（もし対象物がバリ発生可能な帯状領域に各１次元ＰＳ
Ｄの長辺方向が垂直になるように設置された場合は領域
は各１次元ＰＳＤごとになる）差演算手段７０４によ
り、スリット走査に合わせて順次演算される位置データ
のバリ発生可能な帯状領域にほぼ垂直な方向の差を演算
する。

【００２４】更に図７を用いて粗密識別手段７０５の動
作を説明する。図７において（ａ）は本実施例の突起検
出装置の光学系の概念図である。（ｂ）と（ｃ）がレー
ザスリット光源１０１およびスリット走査手段１０３に
よりスリット光１０５を対象物１０７上に順次照射し、
その散乱光が領域設定手段１２７により設定されたある
領域にあたった時の散乱光入射位置を位置演算手段１２
２で計算し、これを測定点の位置信号とし、その全面走
査した測定点すべてを領域の短辺方向に平行な直線によ
って示した結果である。（ｂ）はバリがその領域にあっ
た場合で、（ｃ）はなかった場合である。（ｄ）と
（ｅ）はレーザスリット光源１０２およびスリット走査
手段１０４によりスリット光１０６を対象物１０７上に
順次照射し、同様の処理をした結果である。（ｄ）が
（ｂ）と同じ領域で、（ｅ）が（ｃ）と同じ領域であ
る。（ｂ）〜（ｅ）の領域の左端が図７の位置検出手段
１１１の上端に対応している。（ｂ）〜（ｅ）のように
散乱光入射位置の粗密状態はバリの有無により変化する
ので、差演算手段７０４により求めた差をもとに粗密識
別手段７０５がバリ等の突起部の検出を行う。

【００２５】以上のように本実施例によれば、非分割型
の１次元光位置検出素子を、その短辺方向に複数個配列
して構成した撮像面を有する位置検出手段と、１次元光
位置検出素子の長辺方向の両側に配置した２組のスリッ
ト光源およびスリット走査手段と、スリット光の照射に
より対象物上から反射して得られる散乱光を集光レンズ
で位置検出手段に集光し光電流信号を出力する受光手段
と、位置演算手段を有する撮像位置演算手段と、全体系
を制御する装置制御手段、および対象物上にバリ発生可
能な帯状領域にほぼ垂直な細長い領域を複数設定する領
域設定手段と、各領域内において、位置演算手段によっ
てスリット光走査に合わせて順次演算される位置データ
の対象物上にバリ発生可能な帯状領域にほぼ垂直な方向
の差を演算する差演算手段と、差演算手段の結果よりバ
リを識別する粗密識別手段によりバリ等の突起部の検出
を行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明は、第１に、対象物
の三次元座標を演算し、その結果から対象物の形状を識
別することによりバリ等の突起部を検出するため、従来
のような複雑な操作や設定をすることなくバリ等の突起
部の検出を高速に精度よく行うことができる。

【００２７】また第２に、対象物からの反射光の位置の
粗密によりバリ等の突起部を検出するため、従来のよう
な複雑な操作や設定をすることなくバリ等の突起部の検
出を高速に精度よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における突起検出装置の
ブロック図

【図２】本発明の第１の実施例における位置検出手段の
詳細図

【図３】三角測量の原理を示す幾何学的配置図

【図４】バリの発生箇所を示した概念図

【図５】本発明の第１の実施例におけるバリ検出手段Ａ
を説明するための概念図

【図６】本発明の第２の実施例におけるバリ検出装置の
ブロック図

【図７】本発明の第２の実施例におけるバリ検出手段Ｂ
を説明するための概念図

【符号の説明】

１０１レーザスリット光源１０２レーザスリット光源１０３スリット走査手段１０４スリット走査手段１０５スリット光１０６スリット光１０７対象物１０８対象物設置手段１０９撮像手段１１０集光レンズ１１１位置検出手段１１２受光手段１１３光電流信号１１４光電流信号１１５形状演算手段１１６制御ＭＰＵ１１７スキャナ制御ドライバ１１８ＭＰＵバス１１９Ｉ／Ｖ変換手段１２０Ａ／Ｄ変換手段１２１メモリＡ１２２位置演算手段１２３座標演算手段１２４メモリＢ１２５データ統合手段１２６バリ検出手段Ａ１２７領域設定手段１２８最大値検出手段１２９間隔演算手段１３０変化演算手段１３１形状識別手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリット光を射出するスリット光源と、
前記スリット光を対象物に照射し走査するスリット走査
手段と、前記スリット光の走査により前記対象物上から
反射して得られる散乱光を撮像する撮像手段と、撮像手
段からの信号により前記対象物表面の三次元座標を演算
する形状演算手段と、前記対象物を所定の方向に設置す
る対象物設置手段と、前記対象物表面上に領域を設定す
る領域設定手段と、前記領域の各々において前記三次元
座標の所定の方向の２点の間隔を所定の数だけ演算する
間隔演算手段と、前記間隔演算手段の結果により前記領
域ごとに突起部を識別する形状識別手段とを具備する突
起検出装置。
【請求項２】スリット光を射出するスリット光源と、
前記スリット光を対象物に照射し走査するスリット走査
手段と、前記スリット光の走査により前記対象物上から
反射して得られる散乱光を撮像する撮像手段と、前記撮
像手段からの信号により前記撮像手段の撮像面上の散乱
光の位置を演算する位置演算手段と、前記対象物を所定
の方向に設置する対象物設置手段と、前記対象物表面上
に領域を設定する領域設定手段と、前記領域内の各々に
おいて前記位置の粗密により突起部を識別する粗密識別
手段とを具備する突起検出装置。