光学位移计制造技术

本发明专利技术涉及光学位移计。目的是在抑制U方向上的测量精度的下降的同时加速V方向上的读取。提供用于基于三角测量原理来测量沿Y方向输送的测量对象的X‑Z截面的轮廓的光切法的光学位移计。光源利用在X方向上具有宽度的狭缝光照射测量对象。图像传感器接收来自测量对象的反射光，具有沿与X方向相对应的U方向和与Z方向相对应的V方向二维排列的多个像素，并输出多个像素对反射光的光接收量。检测单元针对沿U方向排列的多个像素列各自将作为光接收量的峰的V方向上的像素的位置检测为峰位置。生成单元根据U方向上的多个像素列的各位置和V方向上的峰位置生成X‑Z截面的轮廓。图像传感器的V方向上的分辨率低于图像传感器的U方向上的分辨率。

【技术实现步骤摘要】
光学位移计
本专利技术涉及光学位移计。
技术介绍
为了测量由输送机沿Y方向输送的测量对象(工件)的Z方向上的高度，提出了光切法的光学位移计(日本特开2008-096125、日本特开2012-103266)。与Y方向和Z方向垂直的方向是X方向，并且将工件放置在XY平面上。光学位移计利用在X方向上具有宽度的狭缝光照射工件，并且利用二维排列的图像传感器接收来自工件的反射光。狭缝光的光投射方向和图像传感器的光接收方向是倾斜的，并且根据三角测量的原理来计算工件的高度。这样的光切法的光学位移计可以一次获取工件的X-Z截面的外形(轮廓)。通过在沿Y方向上输送工件的同时重复进行摄像，获取到Y方向上的不同位置处的轮廓。此外，从多个轮廓获得表示工件的三维形状的数据。
技术实现思路
图像传感器中所包括的多个像素配置在UV平面上。图像传感器的U方向对应于工件的X方向。图像传感器的V方向对应于工件的Z方向。简言之，反射光沿V方向入射的像素的位置表示工件在Z方向上的高度。为了增加每单位时间可以测量的工件的数量，需要提高输送机的输送速度。此外，需要加快从图像传感器中所包括的所有像素读取测量结果的时间。作为用于图像传感器的高速读取技术，存在被称为合并(binning)的方法。在合并时，通过将n×n个像素组视为一个区块(lump)，可以一次读取通过合成n×n个像素组所获得的测量结果。然而，在这样的合并中，U方向和V方向这两者上的测量精度都下降到1/n，因此在需要高测量精度的光切法的光学位移计中不能采用该合并。因此，本专利技术的目的是在光切法的光学位移计中在抑制U方向上的测量精度的下降的同时加快V方向上的读取。本专利技术例如提供一种光切法的光学位移计，用于基于三角测量的原理来测量沿Y方向输送的测量对象的X-Z截面的轮廓，所述光学位移计包括：光源，用于利用在X方向上具有宽度的狭缝光来照射所述测量对象；图像传感器，用于接收来自所述测量对象的反射光，所述图像传感器具有沿与所述X方向相对应的U方向和与Z方向相对应的V方向二维排列的多个像素并且输出所述多个像素对所述反射光的光接收量；检测单元，用于针对沿所述U方向排列的多个像素列中的各像素列，将作为所述光接收量的峰的所述V方向上的像素的位置检测为峰位置；以及生成单元，用于根据所述U方向上的所述多个像素列的各位置和所述V方向上的所述峰位置来生成所述X-Z截面的轮廓，其中，所述图像传感器在执行合并以使所述V方向上的分辨率低于所述U方向上的分辨率之后，输出光接收量。根据本专利技术，可以在不存在U方向上的测量精度的下降的情况下加快V方向上的读取。附图说明图1是说明光学位移计的图；图2是说明三角测量的原理的图；图3是说明轮廓的测量的图；图4是说明光学位移计中所包括的功能的图；图5A～5D是用于说明合并和像素块的形状的图；图6是说明用于检测峰位置的方法的图；图7是说明用于检测峰位置的方法的图；图8是示出半极大值全宽度和算术误差之间的关系的图；图9是说明输出图像中所包括的多个像素的图；以及图10是说明输出图像与工件的实际轮廓之间的关系的图。具体实施方式以下将参考附图来详细说明实施例。以下实施例并不意图限制根据权利要求书的本专利技术，并且实施例中所述的特征的所有组合对于本专利技术而言不一定是必需的。可以任意组合这些实施例中所述的多个特征中的两个或更多个特征。另外，向相同或相似的组件赋予相同的附图标记，并且省略了重复说明。<光学位移计>图1是示出光学位移计100的图。光学位移计100是用于测量由带式输送机4沿Y方向输送的工件W的轮廓和三维形状的设备。在该示例中，Z方向对应于工件W的高度方向。头部1输出平行于XZ平面的狭缝光L1并且接收来自工件W的反射光L2，由此将光接收结果输出至控制部2。控制部2基于从头部1输出的光接收结果来计算工件W的轮廓。控制部2可以与头部1集成。轮廓是表示平行于XZ平面的工件W的切割面的外缘的数据。例如，轮廓是(xi,zi)的集合(i是索引)。xi表示X方向上的位置。zi表示Z方向上的高度。三维形状是(xi,yi,zi)的集合。yi表示Y方向上的位置。控制部2通过使得头部1按规则间隔进行摄像来获得具有不同的yi的工件W的轮廓(xi,zi)。显示装置3显示光学位移计100对工件W的测量结果，并且显示用于进行光学位移计100的设置的UI(用户界面)。操作部5是用于接收对光学位移计100的用户输入的输入装置。<三维测距的原理>图2是说明光切法(三角测量)的原理的图。光源6、光投射透镜7、光接收透镜12和图像传感器13集成在头部1的壳体15内。从光源6输出的光通过穿过光投射透镜7被转换成狭缝光L1。在壳体15上设置狭缝光L1穿过的透光窗8。在透光窗8上设置防尘所用的透光玻璃9a。同样，在壳体15上设置用于将反射光L2引导到壳体15的内部的光接收窗10。在光接收窗10上设置防尘所用的透光玻璃9b。光接收透镜12是用于在图像传感器13上形成反射光L2的图像的透镜。图像传感器13是具有二维排列的多个像素(可被称为光接收元件或光电转换元件)的传感器。如图2所示，图像传感器13的光接收轴相对于光源6的光投射轴倾斜了角度θ。也就是说，来自高度Z0的反射光L2在图像传感器13的V方向上的V0的位置处成像。来自高度Z1的反射光L2在图像传感器13的V方向上的V1的位置处成像。来自高度Z2的反射光L2在图像传感器13的V方向上的V2的位置处成像。这样，图像传感器13的V方向对应于工件W的Z方向。尽管未示出图像传感器13的U方向，但U方向对应于工件W的X方向。简言之，作为图像传感器13所输出的光接收结果的图像的纵方向是V方向，并且横方向是U方向。在图2中，配置光源6，使得沿Z方向输出狭缝光L1。然而，光源6和光投射透镜7的配对之间的位置关系、以及图像传感器13和光接收透镜12的配对之间的位置关系可以是相反的。图3是示出图像传感器13所输出的图像I1和工件W的截面之间的关系的图。在该示例中，工件W的X-Z截面中的高度分三个阶段改变。更具体地，X方向上的从位置X0到位置X1的高度为Z0。从位置X1到位置X2的高度为Z2。从位置X2到位置X3的高度为Z1。图像I1是通过利用头部1对这样的工件W摄像所获得的图像。图像I1的U方向(横方向)对应于工件W的X方向。也就是说，图像I1的位置U0、U1、U2和U3分别对应于位置X0、X1、X2和X3。同样，图像I1的V方向上的位置V0、V1和V2分别对应于高度Z0、Z1和Z2。通过狭缝光L1入射在XY平面上所形成的光斑(反射位置的集合)是线状的。也就是说，在带式输送机4上不存在工件W的情况下，在头部1所输出的图像上排列有大致线状的光斑。另一方面，通常工件W的切割面的边缘的高度经常不是恒定的。在这种情况下，如图3所示，光斑排列在与多个高度中的各高度相对应的V方向上的位置处。图2示出V方向上的位置与高度相对应地改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光切法的光学位移计，用于基于三角测量的原理来测量沿Y方向输送的测量对象的X-Z截面的轮廓，所述光学位移计包括：/n光源，用于利用在X方向上具有宽度的狭缝光来照射所述测量对象；/n图像传感器，用于接收来自所述测量对象的反射光，所述图像传感器具有沿与所述X方向相对应的U方向和与Z方向相对应的V方向二维排列的多个像素并且输出所述多个像素对所述反射光的光接收量；/n检测单元，用于针对沿所述U方向排列的多个像素列中的各像素列，将作为所述光接收量的峰的所述V方向上的像素的位置检测为峰位置；以及/n生成单元，用于根据所述U方向上的所述多个像素列的各位置和所述V方向上的所述峰位置来生成所述X-Z截面的轮廓，/n其中，所述图像传感器在执行合并以使所述V方向上的分辨率低于所述U方向上的分辨率之后，输出光接收量。/n

【技术特征摘要】
20190426 JP 2019-0851981.一种光切法的光学位移计，用于基于三角测量的原理来测量沿Y方向输送的测量对象的X-Z截面的轮廓，所述光学位移计包括：
光源，用于利用在X方向上具有宽度的狭缝光来照射所述测量对象；
图像传感器，用于接收来自所述测量对象的反射光，所述图像传感器具有沿与所述X方向相对应的U方向和与Z方向相对应的V方向二维排列的多个像素并且输出所述多个像素对所述反射光的光接收量；
检测单元，用于针对沿所述U方向排列的多个像素列中的各像素列，将作为所述光接收量的峰的所述V方向上的像素的位置检测为峰位置；以及
生成单元，用于根据所述U方向上的所述多个像素列的各位置和所述V方向上的所述峰位置来生成所述X-Z截面的轮廓，
其中，所述图像传感器在执行合并以使所述V方向上的分辨率低于所述U方向上的分辨率之后，输出光接收量。


2.根据权利要求1所述的光学位移计，其中，针对所述图像传感器的所述U方向和所述V方向之间的合并比为1:n，并且所述图像传感器被配置为针对沿所述V方向排列的每n个像素输出一个光接收量，其中n是2或更大的整数。

【专利技术属性】
技术研发人员：冬野明，土田佳孝，
申请(专利权)人：株式会社基恩士，
类型：发明
国别省市：日本;JP