KR101009598B1

KR101009598B1 - 에지검출장치

Info

Publication number: KR101009598B1
Application number: KR1020080094602A
Authority: KR
Inventors: 요시히코 오카야마
Original assignee: 가부시키가이샤 야마다케
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2011-01-20
Also published as: CN101398292B; CN101398292A; KR20090033097A; JP2009085679A; JP4868597B2; TWI379068B; TW200921040A

Abstract

본 발명의 에지검출장치는 라인 센서; 라인 센서를 향해서 단색 광을 조사하는 광원; 단색 광의 광로에 위치 부여된 피검출 대상물의 에지에 있어서의 광량 분포로부터 라인 센서의 화소 배열 방향에 있어서의 피검출 대상물의 에지 위치를 검출하는 에지 위치 해석 수단; 및 에지 위치 해석 수단에 의해 피검출 대상물의 에지 위치(E)를 검출한 시점에서, 라인 센서에 있어서의 피검출 대상물의 에지 위치에 대응하는 화소까지의 전체 수광량을 구하고, 이 전체 수광량이 미리 기억한 라인 센서의 전체 입광 상태에서의 에지 위치에 대응하는 화소까지의 전체 수광량보다도 작을 때에 피검출 대상물에 의한 전체 차광 상태로서 판단하는 전체 차광 상태 판단 수단을 구비하고 있다.

에지검출장치, 라인 센서, 광원, 에지위치해석수단, 전체차광판단수단.

Description

에지검출장치{EDGE DETECTION APPARATUS}

본 발명은 투명 필름이나 유리 등의 투명체의 에지 위치를 검출하고, 예를 들어, 상기 투명체의 위치 제어에 이용하는 데 적합한 에지검출장치에 관한 것이다.

레이저광으로 대표되는 단색 광의 광로에 물체가 존재하면, 이 물체의 에지 위치에서 프레넬(Fresnel) 회절이 생긴다. 그래서, 라인 센서를 이용해서 상기 프레넬 회절의 광량 분포를 구하고, 이 광량 분포를 해석함으로써 상기 물체의 에지 위치를 검출하는 에지검출장치가 개발되어 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 「광량」이란, 라인 센서의 수광면에서 수광한 상기 단색 광의 강도를 비율적으로 나타내는 것이며, 인간의 시각에 의거해서 결정되는 본래의 정의와는 반드시 일치하지는 않는 것이다.

즉, 도 8에 나타낸 바와 같이 복수의 화소를 배열한 라인 센서(1)를 향해서 투광부(2)로부터 조사한 단색 평행광의 광로의 일부를 차단하도록 해서 피검출 대상물(3)을 위치 부여하면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 라인 센서(1)의 출력은, 상기 피검출 대상물(3)의 에지 위치를 경계로 해서 크게 변화된다. 특히, 라인 센 서(1) 위의 광량 분포는 에지 위치의 근방에 있어서의 프레넬 회절의 영향을 받아서 일정한 변화 경향을 보인다.

따라서, 라인 센서(1)의 각 화소의 출력을 정규화하면, 그 광량이 전체 입광(入光)(즉, 광 입사) 시의 25%로 되는 위치를 라인 센서(1)의 화소 배열 방향에 있어서의 피검출 대상물(3)의 에지 위치로서 검출할 수 있다. 또, 이와 같이 해서 프레넬 회절의 광량 분포를 해석할 경우에는, 가령 상기 피검출 대상물(3)이 투명 필름이나 유리 등의 투명체였다고 해도, 그 에지 위치를 정밀도 양호하게 검출할 수 있다(예를 들어, 일본국 공개 특허 제2004-177335호(특허문헌 1) 참조).

이것은, 투명체 내부를 통과해오는 광과 자유 공간 쪽의 회절광과의 위상의 차이로부터 수광면에서 간섭을 일으켜, 에지 부분에 큰 광량의 하락이 발생하기 때문이다. 이 광량의 하락은 투명체 내부를 통과해오는 광과 자유 공간 쪽의 회절광과의 위상차가 180°일 때에 가장 커진다.

그런데, 피검출 대상물(3)이 투명체인 경우에는, 피검출 대상물(3)이 존재하지 않을 때(도 10a에 나타낸 라인 센서(1)의 전체 입광 상태), 피검출 대상물(3)이 광로의 약 절반 정도를 덮을 때(도 10b에 나타낸 에지 검출 상태), 그리고, 피검출 대상물(3)이 상기 광로의 모두를 덮을 때(도 10c에 나타낸 라인 센서(1)의 전체 차광 상태)의 각 라인 센서(1)의 출력(광량 분포)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전체 입광 상태와 전체 차광 상태를 구별하기 매우 어렵다.

즉, 전체 입광 상태 및 전체 차광 상태에서는, 피검출 대상물(3)의 에지에 있어서의 프레넬 회절이 생기지 않으므로, 라인 센서(1)의 출력으로부터 그 광량이 전술한 25%로 되는 위치를 검출하는 것이 불가능하게 되고, 도 11에 나타낸 에지검출장치의 검출 특성으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 피검출 대상물(3)에 의한 전체 차광 상태였다고 해도, 이것을 전체 입광 상태로서 오검출해버려, 예를 들어, 피검출 대상물(3)의 에지 위치를 검출하면서 상기 피검출 대상물(3)의 위치를 조정하는 것과 같을 경우에는, 전체 입광 상태 및 전체 차광 상태 중의 어느 쪽인지가 불분명하므로, 피검출 대상물(3)의 위치를 수정해야 할 방향을 판정할 수 없는 등의 불편이 생긴다.

최근에 있어서, 전체 차광 상태에서는 전체 입광 상태보다도 광량이 줄어드는 것에 착안해서, 상기 불편을 해소하기 위해서, 라인 센서(1)의 각 화소의 광량의 가산치(전체 광량)를 구하고, 이 라인 센서(1)의 전체 광량이 전체 입광 상태의 전체 광량보다 작았을 경우에는, 라인 센서(1)의 전체가 투명체인 피검출 대상물(3)로 덮여 있는 전체 차광 상태로서 판단하도록 한 방식이 제안되어 있다(예를 들어, 일본국 공개 특허 제2007-647335호(특허문헌 2) 참조).

상기한 방식의 경우, 도 12에 나타낸 바와 같이 자유 공간 쪽(도면의 왼쪽)으로부터 에지 위치 검출의 화소 서치를 개시해서 역치 이하의 화소를 발견한 경우에는, 피검출 대상물(3)이 라인 센서(1)의 측정범위 내에 있으면, 예컨대 피검출 대상물(3)의 내부에 오염 부분(D)이 있었다고 해도, 정상적으로 에지 위치(E)를 찾을 수 있다.

그러나, 라인 센서(1)의 전체가 피검출 대상물(3)로 덮여 버리면, 피검출 대상물(3)의 내부에 오염 부분이 없을 경우에는, 서치 후에 있어서의 전체 광량에 의 거해서, 라인 센서(1)의 전체가 피검출 대상물(3)로 덮여 있다고 판단할 수 있지만, 라인 센서(1)의 전체를 덮는 투명체인 피검출 대상물(3)의 내부에 오염 부분(D)이 있을 경우에는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 이 오염 부분(D), 즉, 역치 이하의 화소를 검출하여, 이것을 에지 위치로서 출력해버리는 일이 있다고 하는 문제를 지니고 있었다.

본 발명의 목적으로 하는 바는, 투명체의 에지 위치를 정확하게 검출할 수 있는 것은 물론, 라인 센서가 전체 입광 상태인지 또는 전체 차광 상태인지를 확실하게 판정할 수 있고, 게다가, 라인 센서의 전체를 덮는 투명체의 내부에 오염 부분이 있을 경우에 있어서, 이 오염 부분을 에지 위치로 오계측하는 것을 회피할 수 있으며, 예를 들어, 상기 투명체의 위치 제어에 이용하는 데 적합한 에지검출장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에지검출장치는, 복수의 화소를 소정의 피치로 배열한 라인 센서; 이 라인 센서를 향해서 단색 광을 조사하는 광원; 상기 단색 광의 광로에 위치 부여된 투명체의 에지에 있어서의 광량 분포로부터 상기 라인 센서의 화소 배열 방향에 있어서의 상기 투명체의 에지 위치를 검출하는 에지 위치 해석 수단; 및 이 에지 위치 해석 수단에서 상기 투명체의 에지 위치를 검출한 시점에서, 상기 라인 센서에 있어서의 상기 투명체의 에지 위치에 대응하는 자유 공간 쪽의 화소의 전체 수광량을 구하고, 이 전체 수광량과 미리 기억한 상기 라인 센서의 전체 입광 상태에서의 상기 에지 위치에 대응하는 화소까지의 전체 수광량과의 차이가 소정의 역치를 초과했을 때에는 상기 투명체에 의한 전체 차광 상태로서 판단하는 전체 차광 상태 판단 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 양상에 의한 에지검출장치는, 복수의 화소를 소정의 피치로 배열한 라인 센서; 이 라인 센서를 향해서 단색 광을 조사하는 광원; 상기 단색 광의 광로에 위치 부여된 투명체의 에지에 있어서의 광량 분포로부터 상기 라인 센서의 화소 배열 방향에 있어서의 상기 투명체의 에지 위치를 검출하는 에지 위치 해석 수단; 및 이 에지 위치 해석 수단에서 상기 투명체의 에지 위치를 검출한 시점에서, 상기 라인 센서를 구성하는 복수의 화소에서의 각 수광량의 총 합계 또는 평균을 전체 수광량으로서 검출하고, 미리 기억한 전체 입광 상태에 있어서의 상기 라인센서를 구성하는 복수의 화소에서의 각 수광량의 총 합계 또는 평균으로부터 구하는 전체 수광량에 비교해서 상기 투명체의 에지 위치 검출 시에 있어서의 전체 수광량이 미리 설정한 비율(예를 들어, 10%의 광량 변동을 예상해서 설정되는 90%의 광량)보다도 저하하고 있을 때, 상기 투명체에 의한 전체 차광 상태로서 판단하는 전체 차광 상태 판단 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이들 에지검출장치에 의하면, 자유 공간 쪽에서부터 에지 위치를 서치하는 단계에 있어서, 이것과 동시에 라인 센서의 각 화소의 광량을 가산하고, 그 수광량과 전체 입광 시의 수광량을 비교하도록 하고 있으므로, 상기 비교 결과로부터 광로에 투명체가 존재하지 않는 전체 입광 상태인지 또는 라인 센서가 투명체에 의해 덮여 있는 전체 차광 상태인지를 간이하게 판정할 수 있다.

특히, 라인 센서의 출력으로부터 광로 중에 있어서의 투명체의 유무를 간이하게 판정할 수 있으므로, 예를 들어, 투명체의 제조·검사 라인에 에지검출장치를 조립해 넣어서 상기 투명체의 위치맞춤을 행하도록 한 경우에 있어서, 그 공업적 이점이 매우 크다.

바람직하게는, 상기 전체 차광 상태 판단 수단을, 상기 라인 센서를 구성하는 복수의 화소 중 상기 투명체의 에지 위치검출 개시의 자유 공간 쪽에 위치하는 몇몇 화소의 수광 레벨과 상기 몇몇 화소의 전체 입광 상태에 있어서의 수광 레벨을 비교하고, 상기 투명체의 에지 위치 검출 개시의 자유 공간 쪽에 위치하는 몇몇 화소의 수광 레벨이 상기 몇몇 화소의 전체 입광 상태에 있어서의 수광 레벨보다도 저하하고 있을 때에는 상기 투명체에 의한 전체 차광 상태로서 판단하는 것으로 하면 된다.

이것에 의해, 자유 공간 쪽에서부터 에지 위치를 서치하는 단계에 있어서, 라인 센서의 전체가 투명체에 의해 덮인 전체 차광 상태인지의 여부를 간이하게 판정할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 에지 위치 해석 수단을, 상기 라인 센서의 각 화소에서의 수광량을 전체 입광 상태로 되어 있는 자유 공간의 화소 쪽에서부터 순차적으로 따라가 그 수광량이 전체 수광 상태로부터 소정의 비율만큼 저하한 화소의 위치, 구체적으로는 피검출 대상물이 투명체인 것을 고려해서, 예를 들어, 광량이 75% 또는 50%로 되는 화소의 위치를 검출하여, 이 화소 위치와 상기 수광량의 저하의 비율로부터 상기 투명체의 에지 위치(광량이 25%로 되는 위치)를 검출하는 것으로 하면 되고, 이것에 의해, 투명체의 에지 위치를 간접적으로 구하는 것이 가능하다.

이와 같이 해서 에지 위치를 검출할 때에, 투명체를 투과하는 광의 영향을 받지 않은, 소위 입광 쪽의 라인 센서의 단부로부터 그 수광량을 서치하고, 수광량이 저하하는, 소위 광량 분포의 하강 부분에 에지 위치가 존재하는 것으로 해서 상기 에지 위치의 검출 처리를 실행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 투명체의 내부에 오염이 있었다고 해도, 라인 센서의 전체 수광량의 감쇠만으로 오염을 판단할 수 있으므로, 이 오염을 에지 위치로서 오계측하는 것을 회피하는 것이 가능하다.

또, 투명체의 투명도가 높을 경우에 바람직한 양상으로서, 상기 라인 센서와 광원은 상기 투명체의 표면에 대해서 경사진 광로를 형성하도록 위치 결정하는 것이 좋다.

이것은, 경사지게 함으로써 표면 반사가 커져서 투과하는 광이 감쇠하는 것 및 경사지게 함으로써 투명체 내부를 통과하는 광과 자유 공간 쪽의 광과의 위상차가 커져서 간섭에 의한 에지 부분에서의 광량의 하락이 커지는 것 때문이며, 이것에 의해, 투명체의 에지 위치를 더욱 정확하게 구할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 에지 위치 해석 수단을, 상기 단색 광의 광로에 위치 부여된 투명체의 에지에 있어서의 프레넬 회절의 광량 분포로부터 상기 라인 센서의 화소 배열 방향에 있어서의 상기 투명체의 에지 위치를 검출하고, 이 프레넬 회절에 의해 생긴 상기 라인 센서의 각 화소에서의 수광량의 변화를 근사 곡선 함수를 이용해서 근사하여, 상기 근사 곡선 함수를 이용해서 상기 라인 센서에서의 화소 배열 방향에 있어서 소정 광량으로 되는 위치를 상기 투명체의 에지 위치로서 해석하도록 구성하면 된다.

이것에 의해, 투명체인 투명체의 내부에 오염이 있었다고 해도, 이 오염을 에지 위치로서 오계측하는 것을 회피할 수 있다.

이상, 본 발명의 에지검출장치에 의하면, 투명체의 에지 위치를 정확하게 검출할 수 있는 것은 물론, 라인 센서가 전체 입광 상태인지 또는 전체 차광 상태인지를 확실하게 판정할 수 있고, 게다가, 라인 센서의 전체를 덮는 투명체의 내부에 오염 부분이 있을 경우에 있어서, 이 오염 부분을 에지 위치로 오계측하는 것을 회피할 수 있으며, 예를 들어, 본 발명의 에지검출장치는 상기 투명체의 위치 제어에 이용하는 데 적합하다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 따른 에지검출장치에 대해서 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 따른 에지검출장치의 요부 개략 구성을 나타내고 있으며, 도 1에 나타낸 바와 같이 복수의 화소를 소정의 피치로 배열한 라인 센서(1)와, 이 라인 센서(1)에 대치시켜서 설치되어 해당 라인 센서(1)를 향해서 단색 평행광을 조사하는 광원(2)과, 라인 센서(1)로부터의 출력 신호(광량신호)를 해석해서 라인 센서(1)의 화소 배열 방향에 있어서의 피검출 대상물(3)의 에지 위치를 검출하는 에지 위치 해석 수단(4a)을 구비한 마이크로컴퓨터(4)를 구비하고 있고, 상기 광원(2)은 레이저 소자(2a) 및 이 레이저 소자(2a)가 발사한 레이저광을 평행 광으로서 라인 센서(1)에 조사하는 투광 렌즈(2b)로 주로 구성되어 있어서, 상기 라인 센서(1)와 광원(2)과의 사이에 있어서의 상기 단색 평행 광의 광로를 피검출 대상물(3)의 에지를 검출하기 위한 검출 영역으로 하고 있다.

이 경우, 마이크로컴퓨터(4)는, 에지 위치 해석 수단(4a)에서 투명체인 피검출 대상물(3)의 에지 위치를 검출한 시점에 있어서, 라인 센서(1)에 있어서의 피검출 대상물(3)의 에지 위치에 대응하는 화소까지의 전체 수광량을 구해서 라인 센서(1)가 덮인 상태인지의 여부를 판정하는 전체 차광 상태 판정 수단(4b)을 구비하고 있다.

여기서, 마이크로컴퓨터(4)의 에지 위치 해석 수단(4a)은, 전술한 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 라인 센서(1)의 출력 신호를 화소마다 정규화하는 정규화 수단과, 정규화된 각 화소에 의한 수광량을 나타내는 출력 신호(광량)를 해석해서, 광량이 25%로 되는 위치를 라인 센서(1)의 화소 배열 방향에 있어서의 피검출 대상물(3)의 에지 위치로서 검출하도록 되어 있다.

보다 구체적으로는, 상기 에지 위치 해석 수단(4a)은 정규화된 각 화소(11), (12) 내지 (1n)의 출력 신호(광량)를 조사하고, 예를 들어 그 광량이 25%의 전후로 되는 2개의 화소 1k, 1k+1(k=1∼n-1)을 구하고, 이들 화소 1k, 1k+1의 각 광량의 차이가 프레넬 회절에 의해 생긴 광량 분포에 의존하고 있는 것으로 해서, 그 광량의 변화(광량 분포)를 쌍곡선 함수 등의 근사 곡선 함수를 이용하여 근사하고, 그 후, 이 근사 곡선 함수(광량 분포)를 이용해서 화소의 배열 방향에 있어서 광량이 25%로 되는 위치를 피검출 대상물(3)의 에지 위치로서 구하는 것으로 되어 있다.

한편, 상기 전체 차광 상태 판정 수단(4b)은, 미리 상기 에지검출장치의 기동 시 등에, 전술한 광로 중에 피검출 대상물(3)을 개재시키지 않은 상태에서 검출되는 전체 입광 상태에서의 라인 센서(1)의 출력 신호로부터 그 전체 수광량을 구하고, 이것을 초기값으로서 기억하는 수단을 구비하고 있으며, 상기 전체 수광량은 라인 센서(1)를 구성하는 복수의 화소(11), (12) 내지 (1n)의 각 출력 신호(광량)의 총 합계를 구함으로써 구해진다.

이 전체 차광 상태 판정 수단(4b)에서는, 그 운용 시(에지검출 시) 에지 위치 해석 수단(4a)이 피검출 대상물(3)의 에지 위치를 검출한 시점에 있어서, 라인 센서(1)에 있어서의 피검출 대상물(3)의 에지 위치에 대응하는 화소(11), (12) 내지 (1n)까지의 출력 신호(광량)의 총 합계를 구함으로써 전체 수광량을 구하고, 이 전체 수광량이 전술한 바와 같이 기억한 초기값으로서의 전체 수광량에 의거해서 얻어지는 상기 에지 위치에 대응하는 화소(11), (12) 내지 (1n)까지의 전체 수광량보다도 작을 때에, 이것을 라인 센서(1)가 피검출 대상물(3)로 덮인 전체 차광 상태인 것으로서 판정하도록 되어 있다.

예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 에지 위치 해석 수단(4a)이 피검출 대상물(3)의 에지 위치(E)를 검출한 시점에 있어서, 라인 센서(1)에 있어서의 피검출 대상물(3)의 에지 위치(E)에 대응하는 제20화소까지의 개개의 광량이 거의 1.0인 경우에는, 그 전체 수광량(도 2에 있어서 실선으로 둘러싸인 영역)이 전체 입광 시에 있어서의 제20화소까지의 전체 수광량과 거의 차이가 없기 때문에, 전체 차광 상태 판정 수단(4b)에서는, 이 부위를 에지 위치로 판정한다.

또, 라인 센서(1)가 피검출 대상물(3)로 덮여 있을 경우에 있어서, 도 3에 나타낸 바와 같이 에지 위치 해석 수단(4a)이 제48화소에 에지 위치인 것 같은 부위(예를 들면 오염 부분(D))를 검출한 시점에 있어서, 제48화소까지의 전체 수광량(도 3에 있어서 실선으로 둘러싸인 영역)은, 전체 입광 시에 있어서의 제48화소까지의 전체 수광량보다도 10% 정도 작으므로, 전체 차광 상태 판정 수단(4b)에서는, 이 부위(D)를 에지 위치로 하지 않고, 라인 센서(1)의 전체가 피검출 대상물(3)에 덮인 전체 차광 상태인 것으로 판단해서 0㎜를 출력한다.

즉, 전체 차광 상태인 경우와 전체 입광 상태인 경우에서 다른 출력 결과가 얻어지는 데 부가해서, 투명체인 피검출 대상물(3)의 내부에 오염이 있었다고 해도, 이 오염을 에지 위치로서 오계측하는 것을 회피할 수 있도록 되어 있다.

여기서, 전체 입광 상태에서 에지 위치(에지검출위치)가 최대로 되고, 광로에의 피검출 대상물(3)의 진입량이 증가함에 따라서, 상기 에지 위치가 감소하도록 그 검출 특성이 정해져 있을 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 전체 차광 상태로 되었을 때에는, 그 에지 위치를 최소로 유지하는 것이 가능해진다.

환원하면, 종래와 같이 전체 차광 상태로 되었을 때, 이것을 전체 입광 상태와 구별하는 것이 불가능한 것에 기인해서 그 에지 위치가 급격하게 최대치로 변화하는 바와 같은 불편을 억제하는 것이 가능해진다.

이 결과, 광로에의 피검출 대상물(3)의 진입량에 따른 에지 위치를 정확하게 얻는 것이 가능해지므로, 예를 들어, 그 에지 위치에 따라서 피검출 대상물(3)을 라인 센서(1)의 화소 배열 방향으로 변위시켜서 그 에지 위치를 조정하는 것이 가 능해진다. 특히, 에지 위치를 검출하는 것이 불가능한 경우였다고 해도, 피검출 대상물(3)을 어느 방향으로 변위시키면, 광로 중에 피검출 대상물(3)의 에지 위치를 위치 부여하고, 그 에지 위치의 검출을 가능하게 할 수 있을지의 여부를 용이하게 판단하는 것이 가능해지므로, 피검출 대상물(3)의 위치 조정에 유효하게 도움이 되는 것이 가능해진다.

그런데, 이 실시예와 같이, 피검출 대상물(3)이 투명체인 경우에는, 광원(2)으로부터의 단색 광이 피검출 대상물(3)을 투과한 광과, 자유 공간 쪽의 단색 광의 회절광과의 중첩에 의해 생기는 간섭을 이용해서 에지를 검출하도록 하고 있으므로, 광원(2)으로부터의 단색 광을 완전하게 차광하는 것이 불가능하고, 상기 피검출 대상물(3)의 에지에서 생긴 프레넬 회절의 광량 분포가 피검출 대상물(3)의 투과광에 파묻혀, 전술한 25%로 되는 광량의 위치를 검출하기 어렵게 되는 일이 있다. 특히, 피검출 대상물(3)의 투명도가 높을 경우, 25%로 되는 광량의 위치로부터의 에지 위치 검출이 어렵게 되는 일이 있다.

따라서, 이와 같은 경우에는, 전술한 에지 위치 해석 수단(4a)에 있어서, 예를 들어, 도 5에 나타낸 바와 같이, 광량이 75%로 되는 위치를 구하도록 해도 된다.

구체적으로는, 에지 위치 해석 수단(4a)에 있어서, 정규화된 각 화소(11), (12) 내지 (1n)의 출력 신호를 조사하고, 예를 들어, 그 광량이 75%의 전후로 되는 2개의 화소 1g, 1g+1(g=1∼n-1)을 구하고, 이들 화소 1g, 1g+1의 각 광량의 차이도 전술한 프레넬 회절에 의해 생긴 광량 분포에 의존하고 있는 것으로 해서, 그 광량 의 변화(광량 분포)를 쌍곡선 함수 등의 근사 곡선 함수를 이용해서 근사하고, 그 후, 이 근사 곡선 함수(광량 분포)를 이용해서 화소의 배열 방향에 있어서 광량이 25%로 되는 위치를 피검출 대상물(3)의 에지 위치로서 구하도록 하면 된다.

환원하면, 전술한 광량이 75%로 되는 위치는, 도 5에 나타낸 바와 같이 광량이 25%로 되는 에지 위치부터 Δx만큼 오프셋(offset)시킨 것이며, 그 오프셋량은 단색 광의 파장 λ, 라인 센서(1)와 피검출 대상물(3)과의 거리 z 등에 의해서 정해진다. 따라서, 전술한 바와 같이 광량이 25%로 되는 위치를 직접적으로 구하지 않아도, 전술한 바와 같이 구해지는 광량이 75%로 되는 위치로부터 상기 오프셋 Δx의 보정을 행함으로써, 피검출 대상물(3)의 에지 위치를 간접적으로 구할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 해서 에지 위치를 검출할 때에는, 피검출 대상물(3)을 투과하는 광의 영향을 받지 않는, 소위 입광측의 라인 센서(1)의 단부로부터 그 수광량을 서치하고, 수광량이 저하하는, 소위 광량 분포의 하강 부분에 에지 위치가 존재하는 것으로 해서 상기 에지 위치의 검출 처리를 실행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 피검출 대상물(3)의 내부에 오염이 있었다고 해도, 라인 센서(1)의 전체 수광량의 감쇠만으로 오염을 판단할 수 있으므로, 이 오염을 에지 위치로서 오계측하는 것을 회피하는 것이 가능하다.

즉, 피검출 대상물(3)의 내부에 오염이 있었다고 해도, 이것을 에지 위치로서 오계측하는 일없이, 그 상태가 전체 입광 상태인지 또는 전체 차광 상태인지를 판정할 수 있으므로, 예를 들어, 피검출 대상물(3)의 에지 위치를 검출하면서 상기 피검출 대상물(3)의 위치를 조정하는 것과 같을 경우였다고 해도, 상기 피검출 대상물(3)의 위치를 수정해야 할 방향을 정확하게 판정하는 것이 가능해진다. 즉, 피검출 대상물(3)의 표면에 부착된 오염 등의 영향을 받는 일 없이, 그 에지 위치를 정확하게 검출하는 것이 가능해진다.

또, 전술한 전체 차광 상태 판정 수단(4b)에 있어서는, 라인 센서(1)에 의한 전체 수광량에 착안해서 전체 차광 상태를 판정했지만, 전체 차광 상태에 있어서는 전술한 도 10c에 나타낸 바와 같이 라인 센서(1)의 각 화소(11), (12) 내지 (1n)의 출력 신호에 편차가 생기므로, 이 편차의 정도를 조사해서 전체 차광 상태인지의 여부를 판정하도록 해도 된다.

단, 라인 센서(1)의 경년 변화에 기인해서 각 화소(11), (12) 내지 (1n)의 출력 신호에 편차가 생기므로, 정기적으로 라인 센서(1)의 출력 특성을 체크한 뒤 전술한 각 화소(11), (12) 내지 (1n)의 출력 신호(광량)의 편차를 판정하는 것이 바람직하다. 또, 피검출 대상물(3)의 사양에 의해서도 전술한 편차의 정도가 변화하므로, 이것을 고려해서 전체 차광 상태인지의 여부의 판정을 행하는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 전체 차광 상태 판정 수단(4b)에 있어서는, 라인 센서(1)에 의한 전체 수광량에 착안해서 전체 차광 상태를 판정했지만, 소위 입광 쪽의 라인 센서(1)의 단부 쪽에 위치하는 몇몇 화소의 수광 레벨과 상기 몇몇 화소의 전체 입광 상태에 있어서의 수광 레벨을 비교해서, 라인 센서(1)의 단부 쪽에 위치하는 몇몇 화소의 수광 레벨이 상기 몇몇 화소의 전체 입광 상태에 있어서의 수광 레벨보다도 저하하고 있을 때에는, 피검출 대상물(3)에 의한 전체 차광 상태로서 판단하도록 해도 된다. 환언하면, 입광 쪽의 라인 센서(1)의 단부 쪽에 위치하는 몇몇 화소의 출력 신호가 1.0 부근, 예를 들어 0.9 내지 1.1에 있는지의 여부의 판정에 의해서도, 라인 센서(1)의 전체가 피검출 대상물(3)로 덮인 전체 차광 상태인지의 여부를 알 수 있다.

그런데, 피검출 대상물(3)의 투명도가 높을 경우, 전술한 바와 같이 전체 차광 상태 판정 수단(4b)에서 라인 센서(1)에서의 수광량의 총 합계(전체 수광량)를 조사해도 10% 이상의 수광량의 변화가 생기지 않는 것이 상정된다. 이러한 불편을 회피하기 위해서는, 예를 들어, 도 6에 그 개념을 나타낸 바와 같이, 라인 센서(1)와 광원(2)과의 사이에 형성되는 광로를, 피검출 대상물(3)의 표면에 대해서 경사지게 해서 설치하도록 하면 된다. 그리고, 상기 피검출 대상물(3)의 표면에 대해서 광로가 경사져 있는 분만큼, 에지 위치 해석 수단(4a)에 있어서 검출되는 에지 위치를 상기 경사 각도 θ를 따라서 보정하면, 이것에 의해서, 피검출 대상물(3)의 에지 위치를 정확하게 검출하는 것이 가능해진다.

즉, 피검출 대상물(3)의 투명도가 높아도, 상기 피검출 대상물(3)의 표면에 대해서 광로가 경사지는 것에 의해 그 표면에서의 반사가 증가하므로, 피검출 대상물(3)을 투과해서 라인 센서(1)에 도달하는 광량이 감소한다. 이 결과, 피검출 대상물(3)의 표면에 대해서 광로를 직각으로 설정한 경우와, 상기 광로를 경사지게 설정한 경우에서는, 도 7a 및 도 7b에 각각의 라인 센서(1)의 출력을 대비해서 나타낸 바와 같이, 광로를 비스듬히 설정한 경우 쪽이 그 수광량이 저하하는 동시에, 각 화소(11), (12) 내지 (1n)에서의 수광량의 편차가 커진다.

따라서, 피검출 대상물(3)의 표면에 대해서 광로를 경사지게 설정하면, 피검출 대상물(3)의 투명도가 높은 경우였다고 해도, 그 표면 반사를 크게 하는 것이 가능하므로, 광로를 차단하는 피검출 대상물(3)의 존재를 확실하게 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명은 전술한 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 전술한 실시형태에 있어서, 에지 위치 해석 수단(4a)은 단색 광의 광로에 위치 부여된 피검출 대상물(3)의 에지에 있어서의 프레넬 회절의 광량 분포로부터 라인 센서(1)의 화소 배열 방향에 있어서의 피검출 대상물(3)의 에지 위치를 검출하는 것으로서 설명했지만, 이것으로 한정되지 않는다.

또, 전술한 실시형태에 있어서, 에지 위치 해석 수단(4a)은 쌍곡선 2차 함수를 이용해서 프레넬 회절의 광량 분포를 해석하는 것으로서 설명했지만, 다른 근사 곡선 함수를 사용해도 되는 것은 물론이다.

또한, 라인 센서(1)의 전체 수광량의 정보로서, 복수의 화소의 각 수광량의 평균을 구하도록 해도 되는 것은 말할 것도 없는 외에, 전체 차광 상태의 판정 조건에 관해서도, 에지 검출 대상으로 하는 투명체(3)의 투명도나 외광 등의 외란 요인을 고려해서 설정하면 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 에지검출장치의 요부 개략 구성도;

도 2는 에지검출장치에 의해 투명체인 피검출 대상물의 에지 위치가 검출되는 상황에 있어서의 라인 센서의 출력 변화예를 도시한 도면;

도 3은 에지검출장치에 의해 라인 센서가 투명체인 피검출 대상물에 덮여 있는 것으로 판정되는 상황에 있어서의 라인 센서의 출력 변화예를 도시한 도면;

도 4는 에지검출장치의 에지 위치 검출 특성을 나타낸 그래프;

도 5는 에지 위치 검출의 다른 수법을 도시한 도면;

도 6은 투명체인 피검출 대상물의 투명도가 높을 경우에 있어서의 에지 위치 검출 수법을 도시한 도면;

도 7a 및 도 7b는 투명체인 피검출 대상물의 표면에 대해서 광로가 직교하고 있을 경우의 수광 변화량과 경사져 있을 경우의 수광량 변화를 대비해서 도시한 도면;

도 8은 종래에 있어서의 에지검출장치의 개략 구성도;

도 9는 에지검출장치에 있어서의 에지검출원리를 설명하기 위한 라인 센서의 출력예를 도시한 도면;

도 10a는 투명체인 피검출 대상물이 광로 위에 없는 상태에 있어서의 라인 센서의 출력 변화예를 도시한 도면, 도 10b는 라인 센서가 피검출 대상물로 절반 정도 덮여 있는 상태에 있어서의 라인 센서의 출력 변화예를 도시한 도면 및 도 10c는 라인 센서의 전체가 피검출 대상물로 덮여 있는 상태에 있어서의 라인 센서 의 출력 변화예를 도시한 도면;

도 11은 종래의 에지검출장치에 있어서의 에지검출특성을 도시한 도면;

도 12는 종래의 에지검출장치에 의해 투명체인 피검출 대상물의 에지 위치가 검출되는 상황에 있어서의 라인 센서의 출력 변화예를 도시한 도면;

도 13은 종래의 에지검출장치에 의해 오염 부분이 피검출 대상물의 에지 위치인 것으로 오판정되는 상황에 있어서의 라인 센서의 출력 변화예를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 라인 센서 2: 광원

2a: 레이저 소자 2b: 투광 렌즈

3: 피검출 대상물 4: 마이크로컴퓨터

4a: 에지 위치 해석 수단 4b: 전체 차광 상태 판정 수단

Claims

복수의 화소를 소정의 피치로 배열한 라인 센서;

이 라인 센서를 향해서 단색 광을 조사하는 광원;

상기 단색 광의 광로에 위치 부여된 투명체의 에지에 있어서의 광량 분포로부터 상기 라인 센서의 화소 배열 방향에 있어서의 상기 투명체의 에지 위치를 검출하는 에지 위치 해석 수단; 및

상기 에지 위치 해석 수단에서 상기 투명체의 에지 위치를 검출한 시점에서, 상기 라인 센서에 있어서의 상기 투명체의 에지 위치에 대응하는 자유 공간 쪽의 화소의 전체 수광량을 구하고, 이 전체 수광량과 미리 기억한 상기 라인 센서의 전체 입광(入光) 상태에서의 상기 에지 위치에 대응하는 화소까지의 전체 수광량과의 차이가 소정의 역치를 초과했을 때에는 상기 투명체에 의한 전체 차광 상태로서 판단하는 전체 차광 상태 판단 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 에지검출장치.
복수의 화소를 소정의 피치로 배열한 라인 센서;

이 라인 센서를 향해서 단색 광을 조사하는 광원;

상기 단색 광의 광로에 위치 부여된 투명체의 에지에 있어서의 광량 분포로부터 상기 라인 센서의 화소 배열 방향에 있어서의 상기 투명체의 에지 위치를 검출하는 에지 위치 해석 수단; 및

상기 에지 위치 해석 수단에서 상기 투명체의 에지 위치를 검출한 시점에서, 상기 라인 센서를 구성하는 복수의 화소에서의 각 수광량의 총 합계 또는 평균을 전체 수광량으로서 검출하고, 미리 기억한 전체 입광 상태에 있어서의 상기 라인센서를 구성하는 복수의 화소에서의 각 수광량의 총 합계 또는 평균으로부터 구하는 전체 수광량에 비교해서 상기 투명체의 에지 위치 검출 시에 있어서의 전체 수광량이 미리 설정한 비율보다도 저하하고 있을 때, 상기 투명체에 의한 전체 차광 상태로서 판단하는 전체 차광 상태 판단 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 에지검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전체 차광 상태 판단 수단은, 상기 라인 센서를 구성하는 복수의 화소 중 상기 투명체의 에지 위치검출 개시 쪽에 위치하는 자유 공간 쪽의 몇몇 화소의 수광 레벨과 상기 몇몇 화소의 전체 입광 상태에 있어서의 수광 레벨을 비교하여, 상기 투명체의 에지 위치 검출 개시 쪽에 위치하는 몇몇 화소의 수광 레벨이 상기 몇몇 화소의 전체 입광 상태에 있어서의 수광 레벨보다도 저하하고 있을 때에는 상기 투명체에 의한 전체 차광 상태로서 판단하는 것인 에지검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에지 위치 해석 수단은, 상기 라인 센서의 각 화소에서의 수광량을 전체 입광 상태로 되어 있는 자유 공간 쪽의 화소 쪽에서부터 순차로 따라가서 그 수광량이 전체 수광 상태로부터 소정의 비율만큼 저하한 화소의 위치를 검출하고, 이 화소의 위치와 상기 수광량의 저하의 비율로부터 상기 투명체의 에지 위치를 검출하는 것인 에지검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 라인 센서와 광원은 상기 투명체의 표면에 대해서 경사진 광로를 형성한 것인 에지검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에지 위치 해석 수단은, 상기 단색 광의 광로에 위치 부여된 투명체의 에지에 있어서의 프레넬 회절의 광량 분포로부터 상기 라인 센서의 화소 배열 방향에 있어서의 상기 투명체의 에지 위치를 검출하고, 이 프레넬 회절에 의해 생긴 상기 라인 센서의 각 화소에서의 수광량의 변화를 근사 곡선 함수를 이용해서 근사하여, 상기 근사 곡선 함수를 이용해서 상기 라인 센서에서의 화소 배열 방향에 있어서 소정 광량으로 되는 위치를 상기 투명체의 에지 위치로서 해석하는 것인 에지검출장치.