JPS59122933A

JPS59122933A - 材料識別装置

Info

Publication number: JPS59122933A
Application number: JP58098115A
Authority: JP
Inventors: レイモンド・ケント・セランダ−
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1982-08-02
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1984-07-16
Also published as: EP0100399A2; JPH0349065B2; EP0100399A3

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］本発明は材料確認技術に係り、さらに具体的には、赤外
線温度測定法（ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｔｈｅｒｍｏｍｅｔ
ｒｙ）を用いて材料を確認するための装置に係る。

［従来技術］自動的材料処理装置における技術上の問題点の１つは装
置が処理中の材料のタイプを確認し得ないという点にあ
る。成る型の材料と他の型の材料とを識別し得ないこと
によってその様な装置の性能に拘束が加えられる。何故
ならば、多くの場合法の動作のためにどの様な型の材料
が呈せられるかをかならずしも完全には予測し得ないか
らである。この事は特に処理されている材料の確認の為
にセンサーの助けをかりることなく固定されたパターン
で一連の動作を行なうようプログラムされたロボットを
用いる場合にあてはまる。そのような動作においては、
ロボットは例えば典型例として重ねた状態で配置した異
なったタイプのシート材を分離させ、さらに処理を行な
うために逐次摘取するようにプログラムされるものとす
る。この様な応用例において、異なったタイプのシート
材がプランされた即ち予測しうる様に重積容器（スタッ
ク）内にあらかじめ配置されない場合、ロボットはこの
事実を確認できないので、不良な材料を動作順序におけ
る次の動作にもってくることになる。

一方成る動作においては、種々の動作ステップを経て処
理すべき材料のタイプは予測し得ないが、材料としては
いくつかのタイプのものをランダムに用いうる場合があ
る。その様な例においては移動させるべき材料のタイプ
を確認し、次の処理ステップのための適正な位置へ材料
を移動させうろことが望ましい。

処理中に材料の種々のパラメータを測定するためのセン
サー装置が知られているが、処理中の材料のタイプを確
認するためのセンサー装置は知られていない。処理中に
測定される典型的なパラメータの１つは温度であり、温
度を測定するための１つの共通の解決法としては赤外線
温度測定法の利用がある。赤外線温度測定装置は材料の
温度の遠隔測定に有効である事が知られているが、その
様な装置が異なったタイプの材料を遠隔的に確認するの
に有効である席については知られていない。

同様に、センサーは材料の表面の種々の状態を光学的に
感知することが知られているが、材料のタイプを確認す
るためのその様な装置は知られていない。材料の表面の
状態を検出する様に働らく典型的なセンサー装置の例が
Ｉ　Ｂ　Ｍ　ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅ
　　Ｂｕｌｌｅしｉｎ　　（ＴＤＢ）、　Ｖｏｌ、　　
２３、　Ｎｏ、　　５、Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　１９８０
、ｐｐ、１３８４−１３８５のＦ、Ｊ、　Ｂｅａｌｌｅ
の論文に開示されている。他の例がＩ　　ＢＭ　　　Ｔ
ＤＢ、　　Ｖｏｌ、１　１　　、　’Ｎｏ、５　　、　
Ｏｃ七ｏｂｅｒ１９６８、ｐｐ、５２０−５２１に示さ
れている。更に材料の表面からの光学的レフレフタンス
に依存する技法がＩＢＭ　　ＴＤＢ、Ｖｏｌ、　１３、
Ｎｏ、６、Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　　１９７９、ｐｐ、１６
３３−１６３４の論文に示されている。

これら論文の光学的レフレフタンス技法は材料の表面の
状態を測定するのに有効であるが、その様な技法は用い
られる材料のタイプを確認するのには有効でない。光を
反射させる材料のタイプを確認するのに光学的レフレフ
タンス技法が有効でない理由の１つは、光学的な反射が
材料のタイプを示す材料の特性の関数でない点にある。

例えば、セラミック及び紙の様な全体として白の表面を
有する２種の材料は概して識別し得ない光学的リフレク
タンスを呈するであろう。即ち可視領域の反射光を用い
ることは材料のタイプの確認のためには有効でないので
ある。

［発明の概要及び目的コ本発明の原理に従って、材料を自動的に確認しうる処理
が提供される。更に具体的には、本発明の原理に従って
、赤外線温度測定装置を用いることによって材料のタイ
プを自動的に確認するための装置が提供される。赤外線
温度測定装置は、反射された熱が材料のタイプの関数と
なる様に、確認されるべき材料の表面からの反射熱を感
知するように設定される。

本発明の材料確認温度測定装置においては、例えばハロ
ゲン・ランプもしくは白熱ランプからの熱が確認すべき
材料に焦結される。ダイクロイック°ビーム・スプリン
タ（二色性光ビーム分割器）がランプからの可視光スペ
クトルの大部分を平坦な黒い吸収性の表面へ反射させる
。熱波長信号がフィルタを貫通し、確認されるべき材料
の表面から赤外線温度測定センサーへ反射される。反射
熱の強度は確認中の材料のタイプを示す。その様な材料
確認は種々の応用面において用いることができる。例え
ば材料の自動処理に関連して用いることによって、自動
装置のスループットを顕著に高めることができる。

従って本発明の目的は材料のタイプを自動的に確認する
装置を提供することにある。

本発明の他の目的は赤外線温度測定法を用いて材料のタ
イプの自動的確認を行なう装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は種々の材料から選択された材料
のタイプを自動的に確認するための装置を提供すること
にある。

本発明のさらに他の目的は材料の自動処理を促進させる
ために確認技術を用いる材料のタイプを自動的に確認す
るための装置を提供することにある。

［実施例コ第１図のセンサー装置においては、）１ウジング３内に
熱源としてハロゲン・ランプ１が用いられる。例えば１
５０ワツトのハロゲン・ランプが有効であることが判っ
た。通常の白熱ランプを用いてもよい。２．０ないし２
．６ミクロンの所要のスペクトル領域において十分高強
゛度の赤外線が得られるものならば他のランプを用いて
もよいことはいうまでもない。

ランプ１からの熱はダイクロイック・ビーム・スプリン
タ５を通して確認されるべき材料７の表面に焦結される
。熱は例えば材料表面の直径２゜５４ＣＩ＋１のスポッ
トに焦結される。第２図に詳細に示すダイクロイック・
ビーム・スプリッタ５はランプ１からの可視スペクトル
光の大部分を光吸収体９へ反射させるように働く。光吸
収体９１よセンサーのハウジンク内の平坦な黒色吸収表
面からなる。ビーム・スプリッタは入射光に関して９０
６の角度において得られる紫外光を反射する。そのよう
な構成によって、６有害な紫外光が吸収表面によって吸
収される。一方、熱波長信号はフィルタ５を透過して材
料７の表面上に焦結される。ビーム・スプリッタを通過
する赤外光は装置の光学的整列を助ける赤色の可視光、
を少量含んでいる。

材料７の表面から反射した光は開孔１１を通ってミラー
１３に到達し、そこで反射されたのち開孔１６を通って
赤外線温度測定センサー１５に達する。センサー１５は
２．０ないし２．６ミクロンの波長領域内において応答
する種々の市販されている汎用赤外光温度測定装置の任
意のものでよい。典型例として、そのようなセンサーの
ための温度領域は６６℃ないし７６０°Ｃ（１５０°Ｆ
ないし１４００°Ｆ）である。その様なセンサーの例と
してはＩＲＣＯＮ社のＩＲＣＯＮ　　５ｅｒｉｅｓ６０
００赤外線温度測定センサーがある。

赤外線温度測定センサー１５からの信号はセンサー１５
によって感知された反射信号の強度に応答する様に働ら
く赤外光温度測定装置制御ユニット１７へ送られる。制
御ユニット１７は材料７の表面からの赤外反射光の百分
率の可視的表示を与える。更に、制御ユニット１７は反
射した信号の強度に−従ってプロセス制御用コンピュー
タ１９へ制御信号を与える様に働らく。よって制御ユニ
ット１７は、制御信号がプロセス制御用コンピュータ１
９へ送られるべき適当なトリガ・レベルを与える様に働
らく複数の所１定の閾値を有する。プロセス制御用コン
ピュータ１９は種々のプロセス動作のうちの任意のプロ
セス動作を制御するように用いうる。典型例として、こ
れらの動作１つに第１図のシート材７の様な材料を処理
するロボットの制御が含まれる。例えば、シート材７は
複数の積み重ねられたシート材の１つであって、これが
ロボットによって摘取されて、検査動作の様な次のプロ
セス・ステップのための適当な位置へ移される。重積さ
れた材料は材料のタイプに従って異った点への移送を必
要とするタイプが交互になった材料からなりうる。例え
ば、重積体はプラスチックのトレイ内に交互にセラミッ
ク・グリーン・シート及び紙を交互に重ねたものからな
りうる。

第２図のダイナミック・ビーム・スプリッタよりなるフ
ィルタ装置において、ランプ１からの光はケース２５に
とりつけられたノブ２３によって呈せられる焦点領域へ
の調整に応答して凹面鏡２１によって焦結される。赤外
光ダイクロイック・ビーム・スプリッタ２７は高強度の
光源１からの可視光吸収プレート９へ分割するように働
らく。

吸収プレート９には、有効な吸収が行なわれる様に、光
学的に平坦性のよい黒色ペイントが塗布される。赤外光
束は、第１図の実施例においては確認されるべき材料の
表面よりなるターゲツト面２９へ指向される。

動作時に、光源１は材料７の表面への赤外光エネルギの
焦結された光源として働らく。材料７の表面から反射さ
れた赤外光エネルギはミラー１３へ、次いでセンサーエ
５へと指向される。センサー１５は材料７の表面からの
反射光の量を測定し、センサー１５からの信号強度は確
認中の材料を表わす。便宜上スペクトルはセンサー１５
の収束入射路における光学的フィルタによって２．０な
いし２．６ミクロンの範囲に制限される。センサー１５
内の感知素子からの信号（入来する放射の強度に比例し
て振幅が変動する）は増幅されるとともにＤＣ電圧に変
換されて、制御ユニット１７に送られる。制御ユニット
はセンサー１５からの信号を増幅するとともに、増幅さ
れた信号を、増幅器からの出力信号が温度と正比例した
＋１０．０ボルトのＤＣフル・スケールのアナログ信号
となるように線型化する。このアナログ出力は、所望の
振幅のアナログ信号において適当な出力制御信号を与え
る様に制御ユニット１７において閾値回路をトリガする
ために用いられる。モニタ制御ユニット１７はＩＲＣＯ
Ｎ社のＩ　ＲＣＯＮ　５ｅｒｉｅｓ６０００赤外光温度
測定装置制御装置の様な種々の市ぼ装置の任意のものを
用いることができる。

反射熱の百分率は、入射赤外光が焦結される材料のタイ
プに応じて顕著に変化することがわかった。組成及び構
造のような物理的特性の差がこの顕著な差を呈するよう
に働らく。例えばセラミック・グリーン・シート材は入
射信号の５０％の反射信号を呈し、紙は２．０％の反射
信号を呈する。

一方、プラスチックは入射信号のわずか２％の反射信号
を呈するに過ぎない。これらの差を用いることによって
、制御ユニット１７における閾値を反射中央ポイント（
例えばポイント１に対しては１１％及びポイント２に対
しては３５％）にセットすることができる。セラミック
及び紙は色が白いが、反射信号の振幅を決定する働らき
をするものはこれら材料の物理的特性である。非常に粗
く、硬いセラミックの表面は入射赤外光エネルギの相当
な部分を散乱状態で反射するように働らくことは明らか
である。一方、紙は滑性で軟らかであって、より多量の
吸収を呈し、セラミックよりも反射エネルギの散乱が少
ない様である。その紙の滑性状態によって、より大きい
百分率の入射エネルギがその表面に関して入射光の角度
と同じ角度の線に沿って焦結された状態で反射されるも
のと思われる。

プラスチックは極めて滑性の硬い表面を呈し、よってよ
り大きな百分率の反射エネルギが入射エネルギの角度の
線を焦結させた状態で辿るという事実によって、センサ
ー１５はプラスチックの表面からは非常に少量の反射エ
ネルギしか感知しな（Ｘ。

第３八図ないし第３Ｃ図はこれら３つの材料の表面に於
ける現象を図式的に示す。第３Ａ図番；示される様に、
セラミック・グリーンシートの表面の硬さ及び粗さはほ
ぼ均一な状態でエネルギを放射状に散乱させる様に作用
する。第３Ｂ図の紙の表面は入射エネルギの相当部分を
入射エネルギの角度に対応する角度の線に沿って反射さ
せる様に働らく。しかしながら幾分かのエネルギは散乱
状態で反射される。センサー１５によって検出されるの
はこの散乱されたエネルギである。第３Ｃ図し；示され
るプラスチックの硬い滑性の表面の場合、入射エネルギ
の相当部分が入射角に対応する反射線に沿った焦結され
た状態で反射され、よってセンサー１５は非常に少量の
反射熱しか検出しな〜＼。

赤外線エネルギの入射角は厳格ではなし）。しかしなが
ら、本発明の実施例に従い、センサ一番よ反射線に沿っ
ては配置し得ない。何故なら、その様な配置の場合、セ
ンサーは反射光を感知し、上記の技法に従って材料を識
別する事が不可能となるからである。よって、赤外線セ
ンサーは入射角に対応する角度を有する反射線からはず
わた位置に配置されるべきである。例えば、材料の表面
に関して熱源を６０°の角度に配置し、赤外線センサー
を材料の表面に関して３０°の角度に配置する。

しかしながら、センサーが入射角に対応する反射角の線
に沿って配置されない限り、広い範囲の配置位置に於い
て装置が首尾よく働らく事がわかった。

代替的実施例として、赤外線センサは材料に対して焦結
させた赤外ビームの入射角に対応する材料表面に関する
角度に於ける反射線上に配置されうる事を理解されたい
。その様な構成によって前記実施例によって得られた結
果と逆の結果が呈せられる。その様な構成を用いた場合
、例えばプラスチック材に関しては、反射熱のほとんど
がセンサーに達するので高い百分率の反射が得られ、紙
に関しては次に高い百分率の反射が呈せられる事になる
。セラミック・グリーンシート材は高い百分率の熱を散
乱させるので、これらの特定例のうち最も低い百分率の
反射が呈せられる。

セラミック、紙及びプラスチック以外の材料も識別しう
る事は明らかである。任意の１つの応用例に於いて同時
に検出しうる異なった材料のタイプの数は、反射特性の
差異が識別不可能なものであって不明瞭である様な材料
特性によって制限される事はいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は赤外線温度測定センサー装置を示す図、第２図
はダイクロイック・ビーム・スプリッタを説明する図、
第３Ａ図ないし第３Ｂ図は３つの異ったタイプの材料の
表面が呈する現象を示す図である。１・・・・ランプ、３・・・・ハウジング、５・・・・
ダイクロイック・ビーム・スプリッタ、７・・・・材料
、９・・・・光吸収体、１１・・・・開孔、１３・・・
・ミラー、１５・・・・赤外線温度測定センサー、１６
・・・・開孔、１７・・・・赤外線温度測定装置用制御
ユニット、１９・・・・プロセス制御コンピュータ。手　　　　続　　　　補　　　　正　　　　書　　　（
方式）昭和５９年２月　８日特許庁長官　若　杉　和　夫　殿１、事件の表示昭和５８年　特許願　第９８１１５号２、発明の名称材料識別装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人４、代理人５、補正命令の日付昭和５９年１月３１日明細書の図面の簡単な説明の欄７、補正の内容明細書第１６頁第１１行の「第３Ａ図ないし第３Ｂ図」
を［第３八図ないし第３Ｃ図」に訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　下記構成を有する材料識別装置。（イ）　識別すべき材料の表面に赤外線エネルギ・ビー
ムを指向する手段。（ロ）　上記表面から反射された放射熱を感知する手段
。（ハ）　上記表面から反射されたエネルギの量を決定す
る手段。（ニ）　上記エネルギの量に応答して、識別すべき材料
のタイプに対応する出力を与える手段。
（２）放射熱を関知する手段が赤外線温度測定センサー
である特許請求の範囲第（１）項記載の材料識別装置。
（３）エネルギの量を決定する手段が上記表面への入射
エネルギに対する上記表面からの反射エネルギの百分率
を決定する手段よりなる特許請求の範囲第（１）項記載
の材料識別装置。
（４）下記構成を有する材料の自動処理装置。（イ）　識別すべき材料の表面に赤外線エネルギ・ビー
ムを指向する手段。（ロ）　上記表面から反射された放射熱を感知する手段
。（ハ）　上記表面から反射されたエネルギの量を決定す
る手段。（ニ）　上記エネルギの量に応答して、識別すべき材料
のタイプに対応する出力を与える手段・（ホ）　上記出力に応答して、識別された材料のタイプ
に従って材料を自動処理する手段。