JPH02141603A - 幅及び段差検出方法 - Google Patents

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〕 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）に取付けられるとともに、調整ねじ（１２）
により位置調節ができるようになっている。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（ｌＯ）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）　〜（２
４）は各軸Ｘ、　Ｘａ、　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。ここでＸａ。

Ｙａは理想Ｘ、Ｙ軸に対する実際の軸を示している。　
（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（Ａ
ＳＷ）　　　（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Ｍ　（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（３０）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ｉ　１０図、第１１図（ａ
）〜（ｆ）に基づいて説明する。第１θ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）の光量をチエツク
した後（ステップ１０１）、点列の集合からデータアレ
イを作成する（ステップ１ｏ２）（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）化しくステップ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（４５）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）を算出しくステ
ップ１０Ｂ）　（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＋Ｙ
ａ））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、）ｌｂ、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面の位置を求め、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エツ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エツクした後（ステップ２０１）、
段差部即ち暗い（ＤＡＲに）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２０
２）。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ｘＬ、右端を特徴
とする請求め（ステップ２０３）　（第２図（ａ））、
次いでこの隙間の幅（Ｗ＝ＸＬ　　ＸＲ）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（
４２）群から受光される光量の変化により段差部側壁面
（８３）　、　（６４）　ノ位置ＸＬ、　ＸＲを求め、
次いでこの位置ＸＬ、　ＸＲ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い右端を特徴と
する請求める（ステップ３０２）　（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（７４）を求め（ステッ
プ３０３）　（第４図（ｃ））、次いでＸ座標がＸ、の
縦方向直線（７５）と左回帰直線（７２）との交点（７
６）のＹ座標ＹＬを計算し、また、Ｘ座標がｘＲの縦方
向直線（７７）と右回帰直線（７４）との交点（７８）
のＹ座標ＹＲを計算する（ステップ３０４）　（第４図
（ｄ））。

次いで段Ｍ　Ｈ（Ｈ＝　ＹＲ−ＹＬ）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）　ノ位
置ｘ、、、ＸＲテノ縦線（７５）、　　（７７）との交
点（７６）、　　（７８）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、ｒ幅」を定義する図で、暗い部分（６２）の
両端位置ＸＬ、　ＸＲを検出することによって幅（ｗ　
＝　ＸＬ−ＸＲ）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ｘＬ、ｘＲ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ＹＬ、ＹＲ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（ＤＡ
Ｒに）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、 （８３）、　　（８４）・・・段差部側壁面、（７１）
、　　（７３）・・・安定領域部分、（７２）、　　（
７４）・・・直線、 （７８）、　　（７８）・・・交点、 （２０５）・・・第１過程、 （３０６）・・・第２過程、 Ｗ・・・幅、 Ｈ・・・段差、 ＸＬ＋　ＸＲ・・・段差部側壁面の位置。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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面の位置を求め、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。