TWI359937B - - Google Patents

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1359937 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明，係關於以受光器接收由投光器照射的單色光， 檢測遮蔽該單色光之遮蔽物之邊緣位置之光學式邊緣檢測 裝置及該邊緣檢測裝置所使用之線感測器P 【先前技術】 圖ίο表示揭示於專利文獻丨的習知之邊緣檢測裝置的 構成圖。在圖1 0中，該邊緣檢測裝置，具備線感測器i 〇〇、 鲁 投光器101以及邊緣檢測部102。線感測器100，在一定 方向上以既定間隔排列有複數個受光元件（像素），接收 由投光器101照射的單色平行光。投光器1〇1，以與線感 測器100的受光面對向配置，具備由雷射二極體（LD )構 成的光源101a、導引單色光（雷射光）的光纖i〇lb、投光 透鏡101c以及控制LD的驅動IC 101d。又，在圖1〇中， 投光部1、受光部2等被收納在筐體内。 鲁 在投光器1〇1，由光源101a產生的單色光（雷射光）， 通過光纖101b而被導至投光透鏡i〇ic，由投光透鏡1〇lc 轉換成單色平行光之後，照射到線感測器丨00上。當遮蔽 物104通過在投光器ι〇1與線感測器1〇〇的受光面之間所 形成的測量空間1 〇3時，朝向線感測器1 〇〇照射的單色平 行光被遮蔽。邊緣檢測部1〇2，係由微電腦構成，對線感 測器1 00的輸出進行解析，對在測量空間1 03遮蔽單色平 行光之遮蔽物丨04在受光元件的排列方向上之邊緣位置進 行檢測。 5 1359937 藉邊緣檢測部l〇2進行的遮蔽物104之邊緣位置的檢 測’係藉由對在測量空間1〇3因遮蔽物1〇4遮蔽單色平行 光的一部分而產生的、線感測器1〇〇的全部受光量的變化 或起因於產生在遮蔽物1〇4之邊緣部分的菲涅耳（Fresno) 繞射的受光圖案（受光量的分布）進行解析來進行。如此， 習知之邊緣檢測裝置，根據線感測器丨〇〇的受光面上的光 强度分布來咼精度地檢測遮蔽物1 〇4之邊緣位置。（例如， 参照專利文獻1 ) [專利文獻1] 曰本特開2004-177335號公報 【發明内容】 習知之邊緣檢測裝置’由於如上述構成，所以根據線 感測器1〇〇的受光元件上未被照射單色平行光的寬度1〇3a 可以檢測遮蔽物1 04的位置。但是，有時因線感測器的受 光元件或投光透鏡在製造時的特性偏差等，而在每件製品 上產生雷射光的發光或受光的量、進而在所放射雷射的干 涉圖案會產生偏差。在此，所謂干涉圖案，係指複數個雷 射光在Μ體内散射、反射’疊合在一起而產生的圖案。另 外，由於光源101a所輸出的雷射光的發光波長會因周圍溫 度而不同，所以，干涉圖案會因周圍温度而變化，被照射 到線感測器100上的單色平行光的圖案產生變化。此外， 由於控制雷射光的驅動IClOOd亦具有温度特性，所以光 源的輸出功率等會因周圍溫度而變化。因為這些製造偏差 與周圍温度所引起的各元件特性的變動，各受光元件輸出 的受光訊號產生變動，從而妨礙檢測精度的提高。特别是， 6 1359937 由於電源投入後經過幾十分鐘，驅動iC100d因表面溫戶 上升而發熱，因此導致投光器内部的溫度上升，所以從邊 緣檢測裝置的電源投入開始到能穩定而正確地進行測量的 程度需要長時間。

其次，為了保護受光元件避免機械損傷，一般線感測 器100採取與受光元件非接觸地配置透明的保護玻璃的構 造。本來為了使該保護玻璃不對受光特性產生影響，較佳 使用透明度非常高的玻璃’但是為了降低線感測器100的 成本’有時採用透明度低的便宜玻璃。因此，存在入射到 保護玻璃上的雷射光發生漫反射與新的干涉，而有使各受 光元件的輸出訊號產生變動的問題。 圖π係表示在圖10中於測量空間1 〇3插入玻璃等透 明的遮蔽物104時線感測器1〇〇的各受光元件的受光量。 却圖11- ( 1 )所示’當對線感測器1〇〇照射雷射光時，受 光元件則輸出對應於該受光量的訊號。又，作為投光透鏡 l〇lc與光源10U之理想特性，在受光側有時會現以線^ 測器100的正中央為中心而呈現弧狀的受光特性。在此， 在圖11- ( 1 )中，A部分表示有玻璃之邊緣部分。因菲涅 耳繞射’在邊緣部分比玻璃表面部分的受光量衰減加大， 所以邊緣檢測部1 02根據該衰減的情况來判斷為邊緣部 分0 另一方面，圖11-(2)係表示因周圍溫度發生變化， 使得雷射光波長及輸出功率產生變化，對線感測器ι〇〇的 照射狀態產生變化，受光元件的受光量產生變化。在此， 7 ^ " ·( U同樣，插入玻璃作為遮蔽物104時，在A部 分：生因玻璃邊緣所引起的受光量衰減，但有時在作為自 由二間部分的B部分，亦發生因溫度變化或雷射光干涉圖 案的變動所引起的受光量衰減。在此情况，由於邊緣檢測 部102以既定受光量的衰減為基準閾值進行判斷，所以會 误判斷為在作為自由空間部分的B部分亦存在邊緣。習知， I:為避免這種誤判的方法，而提出根據不存在檢測對象時 文光量的最小值來設定既定大小的基準值，並僅將檢測到 '^基準值以下的受光量的情况判斷為邊緣部分的方法。但 疋’因周圍温度持續變化，受光量亦隨之產生變化，所以 在周圍溫度變動的環境下不能採用。另外，另一方面亦 f 備利用/皿度感測器等測量周圍温度，隨著周圍温度的 變化來可變地設定基準值的功能之方法，但是需要非常複 雜的控制。因’在實際上存在需要使光源周邊部的周圍 ，度穩$，而+得不採用昂貴且大規模的系統構築的問 題0 如此’習知之邊緣檢測裝^，目雷射光波長與輸出功 率因周圍温度而變化，纟受光元件輸出的受光訊號不同， 而存在對裝置的性能產生不良影響的問題。另外，還存在 因線感測裔的焚光元件或投光透鏡在製造時的特性偏差 等每件製品的雷射光發光或受光量產生偏差，對裝置的 t月b產生不良影響的問題。此外在便宜的線感測器在 入射到線感測器的保護玻璃的雷射光發生漫反射與新的干 使各又光元件輸出的受光訊號所產生變動的程度增 8 1359937 大’所以’在進行高精度之邊緣檢測時無法使用便宜的線 感測器。 本發明疋為解决如上述問題而提出者，其目的在於提 供—種邊緣檢測裝置，可減小測量空間内的周圍温度變動 或構成之各零件的製造偏差之影響，能容易避免遮蔽物之 邊緣部分的誤檢測。 本發明之邊緣檢測裝置’具備：投光部，由產生單色 _ 光的雷射光源、將來自該雷射光源的單色光轉換為單色平 行光的投光透鏡、以及放射該平行單色光的投光窗所構 成；受光部，由與該投光窗對向設置的受光窗、將從該受 光窗射入的該單色平行光在既定範圍内進行擴散的光擴散 疋件、以及線感測器所構成，該線感測器係在一方向上以 既定間距將複數個用於接收該擴散單色光的受光元件排列 而成；檢測部，對該線感測器的受光量分布進行解析，檢 測存在於該單色平行光的光路上之遮蔽物在該受光元件的 Φ 排列方向上之邊緣位置。 此外’在本發明之邊緣檢測裝置，該光擴散元件係視 該遮蔽物的種類而變化的該遮蔽物的透射率來選擇濁产而 使用。 在本發明之邊緣檢測裝置，較佳係該光擴散元件的濁 度為50%以下。 在本發明之邊緣檢測裝置’在該線感測器的受光元件 上具備保護用玻璃，該光擴散元件黏接於該保護用破璃 上0 9 1359937 根據本發明之邊緣檢測裝置，由於具備：投光部由產 生單色光的雷射光源、將來自該雷射光源的單色光轉換爲 單色平行光的投光透鏡、放射該平行單色光的投光窗所構 成；受光部，由與該投光窗對向設置的受光窗、將從該受 光窗射入的該單色平行光在既定範圍内擴散的光擴散元 件、線感測器所構成，該線感測器係在一方向上以既定間 距將複數個用於接收該擴散單色光的受光元件排列而成； 以及檢測部，對該線感測器的受光量分布進行解析，檢測 存在於該單色平行光的光路上之遮蔽物在該受光元件的排 歹J方向上之邊緣位置，所以具有下述效果：即使在雷射光 波長或輸出功率因周圍溫度的變化而變化的情況下，來自 文光70件的輸出訊號亦不會産生急劇變化，另外，即使在 線感測器的受光元件或投光透鏡在製造時存在特性偏差的 情況下，亦能對邊緣檢測部供應穩定的輸出訊號，能防止 將沒有遮蔽物的空間部分誤檢測爲邊緣部分的情況。 此外根據本發明，還有如下效果：由於配合該遮蔽 物的透射率來選擇該光擴散元件的濁纟（模糊度），所以 來自受光元件的輸出訊號不會產生偏差與急劇變化，即使 遮蔽物的種類改變，亦能對邊緣檢測部供應穩定的輸出訊 號。 此外’根據本發明’有如下效果：藉由將光擴散元件 的濁度設置為50%以下’來自受光元件的輸出訊號不會產 生偏差，、急劇變化，☆對邊緣檢測部供應穩定的輸出訊 號’並且還能正確地檢測㈣等透明體之邊緣部分。 10 1359937 此外，根據本發明，有如下效果：藉由在線感測器元 牛的艾光元件上具備保護用玻璃，使光擴散元件黏接於該 保u用玻璃，能去除因保護用玻璃所引起的雷射光漫反射 或新的干涉圖案的影響，能使用便宜的線感測器。 【實施方式】 檢測部 圖1係表示本發明之實施形態之邊緣檢測裝置的構成 圖。該邊緣檢測裝置，具備投光部1、受光部2以及邊緣

。投光部1’係與受光部2之受光窗23的受光面 對向配置，#^ 八備由每射二極體（LD)構成的光源1〇、 控制光源10的酿叙τ〇11 ^ ^ 動1C 11、投光透鏡12以及投光窗1 3。 :光透鏡12透過投光窗13，對受光部2的線感測器21的 色光/ t 源1〇產生的單色光。又，在此所謂的單 π ^二私/、有使用工業生產的雷射二極體與光纖所能獲 :的:皮長77布特性的光。又，投光窗13為透明玻璃。 哭 Ρ 2具備党光窗23 '光擴散元件22以及線感測

益21 °線感測器21 1右 —士 A 複數個受光元件" 向上以既定間距排列的 (像素），接收由投光部1照射的單色光。 波器功：先：Γ:具有與光源10的單色光波長匹配的濾 ，能緩和干涉光對線感測器2 1的影響。 邊緣檢測Μ 1 顯示部33。她⑯ A/D轉換部31、處理器32以及 出之受光— 換部3 1將由受光部2的線感測器21輸 32，對 的輪出況號從類比值轉換為數位值。處理器 號進行解析，恰',、°ρ 31數位轉換之線感測器21的輸出訊 檢測在測量空間4遮蔽單色平行光的一部分 11 1359937 之，敵物5在受光元件的排列方向上之邊緣位置。顯示部 …· 丁處理器32的檢測结果。又，轉換部31及/ :器32亦可以設置在受光”内。在此情况下，由 部2與邊緣檢測部3之間為數位通訊，所以抗雜訊 3强’可延長ge«線距離。此外，亦可以將整個邊緣檢 測部3設置在受光部2内。

圖2係表示線感測器21的各受光元件的受光量。横軸 為2受光元件的位置，縱軸為所接收的單色光的强度（受 一 θ )則畺空間4為投光窗13與受光窗14之間的空間， 在遮蔽物5為不透a月體的情况下，當遮蔽測量空間4時， 遮蔽之。卩为5a的受光元件的受光量幾乎為在邊緣檢 ^ 15 3根據線感測器21的党光元件的排列長度21 a與被 遮敝部分5a的比例，來計算判斷遮蔽物5之邊緣部分的位 置又，在玻璃及膠片之類的透明物體（透明體）的情况 下，被遮蔽之部分5&的受光元件的受光量不會變為〇 ,但 與遮蔽物5完全未進入的狀態相比為受光量減少的狀態。 又’關於減少的比例，係取決於遮蔽物5的透明度等。 圖3係表示邊緣部分的檢測所使用的菲涅耳繞射之說 明圖。因菲涅耳繞射所引起的光强度分布，如圖.3所示， 在邊緣位置附近急劇上升，隨著遠離邊緣位置而邊振盪邊 收縮。此外，當利用因單色平行光的菲涅耳繞射所引起的 線感測器21的受光面上的光强度分布來檢測遮蔽物5之 邊緣部分的位置時，需要預先高精度地求出光强度分布特 性’有關本特性的高精度的近似方法，已揭示於日本特開 12 1359937 2004-177335 號公報。 在受光部2，由於在受光窗23與線感測器21之間設 置光擴散元件22,藉此將透過光擴散元件22的單色光以 既定擴散寬度進行擴散，而照射到線感測器21上，所以 能實現本發明之線感測器21的輸出訊號的穩定化。即， 藉由將光擴散元件22設置在線感測器21的前面，輸入受 光元件的單色光被擴散，並從多方向照射到各受光元件 上，所以受光量穩定，又，另一方面，可以將平行的單色 光照射到遮蔽物5 ’將其邊緣部分的菲涅耳繞射輸入線感 測器2 1。而且’理所當然’由於將經擴散的雷射光照射到 遮蔽物5上而不會引起菲涅耳繞射’所以無法將光擴散元 件22例如貼設在投光窗π的表面來使用。另外，光擴散 元件22，考慮对久性等而選擇薄膠片狀或板狀者等。具體 而言，可以使用透明性塑料或磨砂玻璃等，特别是在聚對 苯二甲酸乙二醇酯（PET)等基材上施以塗布處理後的光擴散 膠片比较有效。透過光擴散元件22後的單色光以既定擴 散寬度被擴散，並被照射到線感測器2丨上。 此外，線感測器的受光元件所接收的受光量等特性， 會因光擴散元件22的濁度（濕度或模糊度）的不同而異。 在此，濁度（Haze)是根據擴散透過光相對於全部光線透 過光的比例而求出者’會受到光擴散元件22纟面的粗糙 度影響，以百分比（％)表示β κ 4係表示因濁度的不同 所引起的受光量分布輸出的差異。目4·⑴表示未設置 光擴散兀# 22的狀態下各受光元件的受光量分布，因單 13 1359937

色光的干涉圖案而導致置g -t ΙΑ . I 守双早色光未均匀地照射於各受光元 件’產生±2〇m的受光量的偏差。特别是因干涉，以每 幾十個元件為單位在受光量分布上產生波動。因此，在圖 4- (2)係設置有濁度為5〇%的光擴散元件22❼情况下之 受光篁分布，去除了每幾十個元件所發生的受光量分布的 波動。此外’ ® 4· (3)係設置有濁度為9〇%的光擴散元 件22的情况下之受光量分布，相鄰的每個元件的受光量 偏差亦被抑制，從而能獲得更穩定的受光量分布。此係由 於藉由在入射線感測器21之前設置光擴散元件22，雷射 光被擴散，對受光元件照射經擴散的雷射光單色光，且由 於照射來自複數個方向的單色光，因此亦減小干涉圖案的 影響。另外，即使單色光的波長因周圍温度而產生變化而 使干β圖案發生改變，由於單色光的變化被限定，因此僅 止於微里的爻光量變化，從而可以構成不會受到周圍温度 影響之邊緣檢測裝置。 圖5係表示因周圍温度所引起的受光量的變動。以未 於測置空間4插入遮蔽物5時各元件的受光量為基準量 1-00，試著使周圍温度產生變化。在圖10所示的習知之邊 緣檢測裝置，如圖5- ( 1)所示，因單色光的波長變化所 引起的干涉圖案的變動，產生±20%左右的受光量的變動。 另一方面’圖5_ (2)為設置有濁度為90%的光擴散元件22 的清况’即使周圍溫度產生變化，受光量的變動亦幾乎未 發生。特别是，越是插入濁度大的光擴散元件22，單色光 的擴散越大’單色光的波長變動越强。 1359937 在此，圖6係表示設置濁度為90%的擴散元件22，於 測量空間4插入不透明體的遮蔽物5時的受光量。與圖i 〇 所示之習知的未使用光擴散元件22的檢測裝置同樣產 生菲 >圼耳繞射，能毫無問題地檢測遮蔽物5之邊緣部分。 另一方面’圖7係表示於測量空間4插入有如玻璃般 的透明體之遮蔽物5時的受光量。圖7_(1)係圖1〇所示 的％知之邊緣檢測裝置，是插入有玻璃的部分，5b是没 有遮蔽物5的自由空間。在此情况下，因菲涅耳繞射而在 邊緣部分產生如5c般大的受光量的衰減，根據該衰減能够 檢測邊緣的位置。例如，在圖7- ( 1 ),當設判斷為邊緣 的又光量的變動閾值為〇5時，由於插入有玻璃的部分h 的受光量（換算值）的衰減為0.8左右，所以能正確地檢 測邊緣部分。 在此’在設置有濁度為90%的光擴散元件22的情况 下，如圖7_ ( 2 )所示因邊緣所引起的受光量變動的衰減 變付非常小。此係藉由光擴散元件22而使單色光的擴散 支大’多數個經擴散的單色光從各方向入射到受光元件， 從而變為如同設置有濾波器的狀態之故。由於只要是不透 月體因遮蔽物5所引起的遮光部分明確，所以能正確地 進行邊緣檢測’但，另_方面，在遮蔽物5為透明體的情 \兄下，邊緣部分的菲涅耳繞射效果減小，就會產生無法進 行正確之邊緣檢測的問題。 因此本發明人確認出藉由降低光擴散元件的濁度值 來解决4問題的事實。圖7. ( 3 )係表示配置有濁度為50% 15 1359937 的光擴散元件22時的受光量，雖然與圖7_(1)所示的没 有、光擴散元件22的情况相比因邊緣所引起的衰減稍微減 仁如果將邊緣的判斷閾值設為〇·6，就能够充分檢測 邊緣部分。又，由於插入有玻璃的5a部分藉光擴散元件22 被穩疋化，所以叉光量的衰減小且穩定並且因周圍温 度所弓丨起的自由空間5b部分的受光量的變動亦少，所以 可以提高邊緣判斷的閾值，可以充分地進行邊緣部分的檢 φ ^又，當遮蔽物5為透明度高的玻璃與非常薄的膠片時， 選擇更小濁度的光擴散元件22較為有效。另一方面，當 遮蔽物5為如刀口邊緣等不透明體時.，濁度越高受光量的 變動越小，越能進行穩定的測量。如此，光擴散元件22 配合遮蔽物5的透射率來選擇濁度使用更為有效。如果光 擴散元件的濁度為50%以下，則能兼顧透明體之邊緣部分 的正確檢測與各受光元件的受光量的穩定，故更佳。 圖8係表示線感測器2丨與光擴散元件22的構成之一 φ 例。線感測器21係藉由在一方向上以既定間距排列的複 數個受光元件211來接收單色光，在離受光元件上數 的位置配置用於保護受光元件避免灰塵污染等的保護用玻 璃212。各位置關係如圖9所示，配置成使線感測器位 於叉光窗23之下。在此，由於將光擴散元件22黏接到保 護用玻璃212上，受光元件211與光擴散元件22的位置 關係被固定，所以能抑制受光量分布特性的變動。此外， 由於越將光擴散元件22靠近受光元件2U越能够避免因 擴散所引起之邊緣部分的菲涅耳繞射的衰減降低，所以較 16 丄359937 佳係越靠近越好。此外，從抑制單色光的漫反射與干涉的 角度考慮，保護用玻璃212没有限制，較佳係採用透明的 玻璃，但由於線感測器21的成本會升高，所以一般採用 透明度低的玻璃。但，藉由將本發明之光擴散元件22配 置在受光窗23與保護用玻璃212之間，並進一步與線感 測益21的保護用玻璃212黏接，能够獲得減輕雷射光的 漫反射或干涉的效果。又，將光擴散元件22設置在保護 φ 用玻璃2 1 2與受光元件211之間亦有同樣的效果。另外， 光擴散兀件與保護用玻璃的黏接，例如利用光學零件用的 黏接劑等具有透光性的黏接劑進行。 如上述般，藉由實施本發明，即使在雷射光波長與輸 出功率因周圍温度的變化而變化的情况下，來自受光元件 的輸出訊號亦不會產生急劇變化，另外，即使線感測器的 文光7L件或投光透鏡在製造時存在特性偏差的情况下亦 能對邊緣檢測部供應穩定的輸出訊號，具有可防止將没有 Φ 遮蔽物的空間部分誤檢測為邊緣部分的效果。此外，作為 -入要效果，在去除因光源附近的驅動IC所引起的發熱之 衫響上亦具有效果，且具有能縮短從電源投入到可進行測 量為止的穩定時間的效果。作為另一個次要效果，能去除 因線感測器的保護用玻璃所引起的雷射光漫反射與新的干 涉圖案的影響，具有能使用便宜的線感測器的效果。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之實施形態丨之邊緣檢測裝置的構 成圖。 17 u_37 圖2係表示實施形態l之線感測器的各受光元件的受 光量。 圖3係邊緣部分的檢測所使用的菲涅耳繞射之說明 圖。 圖4-(1)〜(3)係說明因光擴散元件的濁度差異而引起的 各交光元件的受光量分布圖。 圖5-(1)、（2)係說明因周圍温度所引起的受光量的變 動。 圖6係表示插入有不透明體的遮蔽物時的受光量。 〇圖'(1)〜(3)係表示插入有透明體的遮蔽物時的受光 量° 圖8係表示線感測器與光擴散元件的構成圖。 圖9係表示線感測器與光擴散元件的位置關係圖。 圖10係表示習知之邊緣檢測裝置的構成圖。 圖11-(1)、（2)係說明習知之邊緣檢測裝置的各受光元 件的受光量分布。

【主要元件符號說明】 1 投光部 2 受光部 3 邊緣檢測部 4 測量空間 5 遮蔽物 10 光源 11 驅動1C 1359937

12 投光透鏡 13 投光窗 21 線感測器 211 受光元件 212 保護用玻璃 22 光擴散元件 23 受光窗 31 A/D轉換部 32 處理器 33 顯示部 100 線感測器 101 投光器 101a 光源 101b 光纖 101c 投光透鏡 lOld 驅動1C 102 邊緣檢測部 103 測量空間 104、 104a 、 104b 105 受光元件 遮蔽物 19

Claims (1)

1359937 十、申請專利範圓： 1. 一種邊緣檢測裝置，具備： 投光部’由產生單色光的雷射光源 '將來自該雷射光 源的單色光轉換為單色平行光的投光透鏡、以及放射該單 色平行光的投光窗所構成； 受光部’由與該投光窗對向設置的受光窗、將從該受 光窗射入的該單色平行光在既定範圍内進行擴散的光擴散 凡件、以及線感測器所構成，該線感測器係在一方向上以 既定間距將複數個用於接收該擴散的單色光的受光元件排 列而成；以及 檢測部’對該線感測器的受光量分布進行解析，檢測 存在於該單色平行光的光路上之遮蔽物在該受光元件的排 列方向上之邊緣位置。 2·如申請專利範圍第1項之邊緣檢測裝置，其中，該 光擴散元件，係視該遮蔽物的種類而變化的透射率來選擇 濁度而使用。 3.如申請專利範圍第丨項之邊緣檢測裝置其中該 光擴散元件之濁度為5 0%以下。 4·如申請專利範圍第1項之邊緣檢測裝置，其中，在 該線感測器的受光元件上具備保護用玻璃，將該光擴散元 件黏接於該保護用玻璃上。 5 種邊緣檢測裝置用線感測器，其特徵在於： 在一方向上以既定間距排列複數個受光元件，在該受 光疋件上具備保護用玻璃，使具有既定濁度的光擴散元件 20 1359937 黏接於該保護用玻璃上。 十一、圖式： 如次頁

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