JPH0721404B2

JPH0721404B2 - 幅及び段差検出方法

Info

Publication number: JPH0721404B2
Application number: JP29676988A
Authority: JP
Inventors: 彰太郎岩田; 由美子堀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-11-24
Filing date: 1988-11-24
Publication date: 1995-03-08
Anticipated expiration: 2010-03-08
Also published as: JPH02141603A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、光切断法を用いた、レーザ又は発光ダイオ
ード（LED）の光源と２次元の光位置検出器とを組合せ
た２次元（x,z）位置検出センサを用いた、ワーク間の
幅及び段差検出方法に関するものである。

〔従来の技術〕

光切断法による２次元の光位置検出器を備えた２次元位
置検出センサの外観は第８図のようになっている。第８
図において、（１）はレーザ又は発光ダイオードによる
光源で、この光源（１）からの光は、集光レンズ
（２）、ミラー（３）、スキャニングミラー（４）、ミ
ラー（５）を介して対象物（６）に入射し、この入射部
からの反射光（７）（散乱光）の一部をレンズホルダ
（８）に設けられた受光レンズ（９）で受けた後、２次
元光位置検出器（10）に集光する。この光位置検出器
（10）は取付ブラケット（11）を介してセンサヘッド
（13）に取付けられる。センサヘッド（13）には上記各
部品が収納されている。

第９図は上記２次元光位置検出器（10）からの信号を処
理するハードウェアを示すブロック図であり、除算器
（27）によって正規化されたデータはA/D変換器（30）
を経て処理データとしてCPUバスに取り込まれる。図に
おいて、（21）は光位置検出器（10）からの信号を増幅
するプリアンプ、（22）はオペアンプなどで構成された
バンドパスフィルタ（BPF）、（23）はバンドパスフィ
ルタ（22）の出力信号を整流する半波整流回路、（24）
は、半波整流回路（23）の出力信号を現信号の連続した
アナログ信号にするローパスフィルタ（LP）であり、こ
れら（21）〜（24）は光位置検出器（10）の4ch出力X,X
a,Y,Ya毎にそれぞれ設けられている。なお、測定ではX,
Zとしているがここでは計算上X,Yとしている。（25），
（26）はそれぞれオペアンプなどで構成された減算器と
加算器、（27）は減算器（25）及び加算器（26）からの
出力を受けて割算をする除算器、（28）は除算器（27）
の演算結果のアナログ信号を標本化し信号変換に要する
時間だけ保持するためのサンプルホールド回路（S/
H）、（29）は電界効果トランジスタなどで構成された
アナログスイッチ（ASW）、（30）はA/D変換器で、変換
されたデジタル信号を処理データとしてCPUバスに出力
するようになっている。

光切断法による２次元の光位置検出器を用いたセンサで
は基準位置からの距離（Ｚ）と幅方向変位（Ｘ）を検出
できる。この検出結果に基づいて上記第９図に示すよう
に処理され正規化された信号（すなわちA/D変換器（3
0）からの出力信号）から段差、幅の値を算出できる
が、これは従来はデータの接線の交点から求めている。
この従来の方法について第10図，第11図（ａ）〜（ｆ）
に基づいて説明する。第10図は幅及び段差を検出する信
号処理を示すアルゴリズムのフローチャート、第11図
（ａ）〜（ｆ）は第９図のブロック図中の出力信号X,Y
（後述する）を各軸にとった信号波形を示しており、微
分データアレイをもとに、セグメント方式によって幅及
び段差を同じ処理の中で算出している。即ち、図示する
ように、対象物としてのワークの表面に関する波形が形
状（イメージ波形）（41）のような場合、まずサンプリ
ング点（42）の光量をチェックした後（ステップ10
1）、点列の集合からデータアレイを作成する（ステッ
プ102）（第11図（ａ）参照）。次に、微分データアレ
イをもとに、データ群をセグメント（43）化し（ステッ
プ103）（第11図（ｂ））、その中から水平、垂直方向
の代表セグメント（44）を決定する（ステップ104）
（第11図（ｃ））。そしてその代表セグメント（44）に
属するデータをもとに最小２乗法を用いて回帰直線（4
5）を求める（ステップ105）（第11図（ｄ））。最後
に、水平、垂直方向の２直線の交点（46）を算出し（ス
テップ106）（第11図（ｅ））、各座標（測定では出力
信号をx,zとしているが、ここでは計算上出力信号をx,y
としている。なおｘ＝（Ｘ−Xa）／（Ｘ＋Xa）,y＝（Ｙ
−Ya）／（Ｙ＋Ya））から、交点（46）の座標値の差を
ｘ方向では対象物の幅ｗ、ｙ方向では対象物の段差Ｈと
して算出する（ステップ107）（第11図（ｆ））。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来における、対象物に光を照射するとともに該対象物
からの反射光を受光して幅及び段差の検出を行なう方法
は上記のように構成され、出力信号x,y（第９図）を各
軸にとった信号波形を示すとともに「幅」を定義するた
めの第12図に示すように、幅の検出は第９図の除算器
（27）の性質のため、同一の幅の測定であっても波形が
（41a），（41b），（41c）のような形状となり、その
ため幅寸法がWa,Wb,Wcの如くバラツキがあった。段差Ｈ
についても第13図に示すようにHa,Hb,Hcの如くバラツキ
があった。

さらに、上記従来の方法は、くぼみを検出するのであれ
ばよいが、底のない貫通孔のようなものを検出しようと
すると、データをどこまで信頼するか判定が困難で正確
に検出できないという課題もあった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、正確かつ安定した幅と段差の検出ができる幅及
び段差検出方法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る幅及び段差検出方法は、対象物に光を照
射するとともに該対象物からの反射光を受光して幅及び
段差の検出を行なう光切断法による幅及び段差検出方法
において、上記照射した光のサンプリング点群から受光
される光量の変化により段差部側壁の位置を求め、次い
でこの位置から該側壁面間の幅を求める第１過程と、上
記サンプリング点の光量変化にバラツキの少ない各安定
領域部分でそれぞれ直線を求め、次いでこの各直線と上
記両側壁面の位置との各交点を求め、次いでこの交点間
の段差を求める第２過程とを含むものである。

〔作用〕

この発明においては、ワークからの受光量の変化を検出
するようにしたから、段差部側壁面の位置を検出できる
こととなり、この位置での縦線をバラツキなく求め、こ
れにより幅を正確に求めることができる。又上記縦線
と、サンプリング点の安定領域でのバラツキのない回帰
直線との交点を求めることにより段差をも正確に求める
ことができる。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。この実施例においては、幅及び段差（例えばワ
ーク間の幅及び段差）の検出を、幅検出については、イ
メージデータ（正規化データ）からではなく正規化する
前段階として光量をチェックし底に位置するデータ個数
をカウントすることによって検出しており、段差検出に
ついてはイメージデータより検出している。これは従来
技術のように最小２乗法により直線を求めるものである
が、幅を示す縦線と上記直線との交点より段差を求めて
いる。

第１図は幅検出のアルゴリズムのフローチャート、第２
図（ａ），（ｂ）は第11図と同様に信号波形を示す図
で、照射した光のサンプリング点（42）群で形成される
波形が形状（61）のような場合、まずサンプリング点
（42）の光量について、信号がある一定レベル以上であ
る個数をチェックした後（ステップ201）、段差部即ち
暗い（DARK）部分（62）であるサンプリング点（42）の
個数をカウントする（ステップ202）。次にサンプリン
グ点（42）の光量（信号のレベル）が暗い（DARK）部分
（62）（例えば隙間の部分）の両端のｘ座標（例えば左
端をX_L、右端をX_Rとする）を求め（ステップ203）（第
２図（ａ））、次いでこの隙間の幅（ｗ＝X_L−X_R）を求
める（ステップ204）（第２図（ｂ））。しかしてこの
ステップ201〜204が、照射した光のサンプリング点（4
2）群から受光される光量の変化により段差部側壁面（6
3），（64）の位置X_L,X_Rを求め、次いでこの位置X_L,X_R
から該側壁面（63），（64）間の幅ｗを求める第１過程
（205）を構成している。

第３図は段差検出のアルゴリズムのフローチャート、第
４図（ａ）〜（ｅ）は第11図（ａ）〜（ｆ）と同様に信
号波形を示す図で、サンプリング点（42）群で形成され
る波形が形状（61）の場合、まずサンプリング点（42）
が信用できる、左側安定領域部分（安定しており、バラ
ツキの少ない領域）（71）の左回帰直線（72）を求め
（ステップ301）（第４図（ａ））、次いで光量が暗い
部分（62）（例えば隙間の部分）の両端のｘ座標（例え
ば左端をX_L、右端をX_Rとする）を求める（ステップ30
2）（第４図（ｂ））。次いでサンプリング点（42）が
信用できる、右側安定領域部分（73）の右回帰直線（7
4）を求め（ステップ303）（第４図（ｃ））、次いでｘ
座標がX_Lの縦方向直線（75）と左回帰直線（72）との交
点（76）のＹ座標Y_Lを計算し、また、ｘ座標がX_Rの縦方
向直線（77）と右回帰直線（74）との交点（78）のＹ座
標Y_Rを計算する（ステップ304）（第４図（ｄ））。次
いで段差Ｈ（Ｈ＝Y_R−Y_L）を求める（ステップ305）
（第４図（ｅ））。しかして、このステップ301〜305
が、サンプリング点（42）の各安定領域部分（71），
（73）でそれぞれ直線（72），（74）を求め、次いでこ
の直線（72），（74）と、両側壁面（63），（64）の位
置X_L,X_Rでの縦線（75），（77）との交点（76），（7
8）を求め、この交点（76），（78）間の段差Ｈを求め
る第２過程（306）を構成している。

第５図は出力信号x,yを各軸にとった信号波形を示すと
ともに、「幅」を定義する図で、暗い部分（62）の両端
位置X_L,X_Rを検出することによって幅（ｗ＝X_L−X_R）が
検出できる。この幅ｗの値は、不安定な信号波形の形状
（61a），（61b）又は（61c）には影響されない。

第６図は「段差」を定義する図で、暗い部分（62）の両
端位置X_L,X_R及び縦線（75），（77）を求め、さらに安
定領域部分（71），（73）から回帰直線（72），（74）
を左右で求め、両直線の交点（76），（78）のＹ座標
Y_L,Y_Rから段差Ｈを求めている。

ところで上記実施例では第５図に示すように暗い（DAR
K）部分（62）の両端の位置を検出した場合について説
明し、しかも暗い部分（62）の定義として信号のレベル
が最も低いサンプル点群（波形で見るところの谷の部
分）としたが、一方、信号のレベルにしきい値Ｃを設
け、第７図のように、ある一定レベル以上（あるいは以
下）とした時の端のサンプリング点を検出しても同様で
ある。

なお、上記実施例では凹部の幅を求める場合について示
したが凸部の幅を求める場合にもこの発明は適用でき
る。また段差は零の場合であってもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、安定かつ精度よく幅お
よび段差、そしてそれぞれの位置を検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す幅検出用のフローチ
ャート、第２図（ａ），（ｂ）は第１図に対応し、信号
波形を示す説明図、第３図は段差検出用のフローチャー
ト、第４図（ａ）〜（ｅ）は第３図に対応し、信号波形
を示す説明図、第５図，第６図はそれぞれ幅及び段差を
定義する説明図、第７図はこの発明の他の実施例を示す
説明図、第８図は２次元位置検出センサの外観図、第９
図はブロック図、第10図は従来における幅及び段差検出
方法を示すフローチャート、第11図（ａ）〜（ｆ）は第
10図に対応し、信号波形を示す説明図、第12図，第13図
はそれぞれ従来における幅及び段差を定義する説明図で
ある。（６）……対象物、（７）……反射光、（42）……サンプリング点、（63），（64）……段差部側壁面、（71），（73）……安定領域部分、（72），（74）……直線、（76），（78）……交点、（205）……第１過程、（306）……第２過程、ｗ……幅、Ｈ……段差、 X_L,X_R……段差部側壁面の位置。なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に光を照射するとともに該対象物か
らの反射光を受光して幅及び段差の検出を行なう光切断
法による幅及び段差検出方法において、上記照射した光
のサンプリング点群から受光される光量の変化により段
差部側壁の位置を求め、次いでこの位置から該側壁面間
の幅を求める第１過程と、上記サンプリング点の光量変
化にバラツキの少ない各安定領域部分でそれぞれ直線を
求め、次いでこの各直線と上記両側壁面の位置との各交
点を求め、次いでこの交点間の段差を求める第２過程と
を含むことを特徴とする幅及び段差検出方法。