(57)【要約】【課題】表面が平滑な板状の対象物の画像を取得するのに好適な照明装置とこれを備えたガラス板の加工装置に関し、対象物が素ガラスであっても検出に支障が生ずることがなく、カメラの撮影領域を広くした場合でも、加工機械への搭載が容易なコンパクトな照明装置を得る。【解決手段】面光源と、この面光源の略中央に設けた窓と、窓の反照明対象側に設置されたハーフミラーと、ハーフミラーで反射させた光を窓を通して照明対象に照射する第２の光源とを備えている。照明装置は、照明対象とその画像を取得するカメラとの間に、面光源を照明対象の面と平行にして設置される。面光源は、カメラ２撮影領域より広い面積を備えた面光源とし、第２の光源は、面光源に設けた窓の面積より広い面積を備えた面光源とする。【選択図】図１
2014006193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明対象となる面と平行に設置された面光源と、光を通過させるためにこの面光源の略中央に設けた窓と、この窓の反照明対象側に設置されたハーフミラーと、このハーフミラーで反射させた光を前記窓を通して照明対象に照射する第２の光源とを備えている、照明装置。
【請求項２】
前記照明対象とその画像を取得するカメラとの間に設置された請求項１記載の照明装置において、前記面光源が前記カメラの撮影領域より広い面積を備えた面光源であり、前記第２の光源が、前記窓の面積より広い面積を備えた面光源である、照明装置。
【請求項３】
前記第２の光源の単位面積当たりの光度が前記面光源のそれより大きい、請求項２記載の照明装置。
【請求項４】
テーブルと、このテーブル上に固定されたガラス板の加工具と、そのガラス板の周縁部の画像を取得するカメラとを備えたガラス板の加工装置において、
前記カメラと前記ガラス板との間に、前記面光源を当該ガラス板の面と平行にして設置された請求項１、２又は３記載の照明装置を備えている、ガラス板の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カメラで取得した画像を電気信号に変換して、その信号処理（画像解析）により検出対象物（ワーク）の形状や位置を検出する装置に設ける照明装置に関するもので、特に表面が平滑面となっている板状のワークを検出する際に好適な照明装置及びそのような照明装置を備えたガラス板の加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加工機械に搬入されたワークを高精度で加工する際には、搬入されたワークの位置や姿勢を検出してから加工を行う必要がある。例えばガラス板などの板状のワークの周縁を加工する場合、ワークは加工機械のテーブルにその外周がテーブルの外周からはみ出した状態で真空吸着などにより固定されて加工される。テーブル上に搬入されたワークの位置や姿勢に誤差があると、正確な加工を行うことができない。そこでワークが搬入される毎にワークの位置や姿勢を検出して、その検出結果に基づいてテーブルと工具との相対位置関係を補正して、ワークが正確な形状に加工されるようにしている。
【０００３】
テーブル上のワークの位置や姿勢を検出する手段の一つとして、テーブルの上方にカメラを設置し、当該カメラが取得した画像を解析してテーブル上のワークの位置と姿勢を検出する手段が広く利用されている。加工前のワークは、予め所定の寸法に切断されているので、カメラは、ワーク全体を撮影する視野を備える必要はなく、ワークの例えば外周の一部を撮影する視野を備えていれば良い。
【０００４】
カメラでワークの画像を取得する際には、カメラの視野（撮影領域）を照明する必要がある。その照明装置として、従来、カメラの光軸と平行な光束をワークに照射する同軸照明と、カメラの周囲に配置した光源でワークを照明するリング照明とが用いられている。同軸照明は、カメラの光軸の側方から光軸に向けて照射した光をハーフミラーで光軸方向に向けてワークに照射する。そして、ワークからの反射光を上記ハーフミラーを通過させてカメラの撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭｏｓ等）上に結像させるというものである。一方、リング照明の場合には、ワークからカメラに入る光の通路を妨げないように中央に窓を設けた光源でワークを照射し、ワーク表面からの反射光をカメラの撮像素子上に結像させるというものである。
【０００５】
ワークが鏡面仕上げされた平板の場合に採用可能な他の方法として、ワーク表面に平行光線を斜め上から照射し、その反射光を光源と対向する斜め上に配置したカメラで受光するという照明方法も用いられている。しかしこの方法は、カメラからワーク表面までの距離が一定にならず、視野全体にカメラのピントを合わせることができないため、視野を広くすると検出精度が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２‐２２８７６４号公報
【特許文献２】特開２００２‐３１０９３８号公報
【特許文献３】特開２００６‐５３０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したようなガラス板の加工装置において、テーブル上に搬入されたワーク（ガラス板）の周縁の一部（例えば角部）をカメラで検出しようとする場合、搬入されるガラス板の大きさに大小があると、ワークの大きさによって検出対象となる周縁の位置が変わるため、搬入されたワークの大きさに合せてカメラの位置を移動するか、大小総てのワークの周縁がカメラの視野に入るように撮影面積の大きな（広角の）カメラを使用する必要がある。
【０００８】
前者の方法は、搬入されるワークの寸法を予め機械の制御器に登録しておかなければ適切な位置にカメラを移動することができないし、ワーク寸法が変わる毎にカメラを移動しなければならないため、スループット（単位時間当たりの加工個数）が低下する。一方、カメラの撮影面積を広くする方法は、撮像素子の集積度が高くなっているため、カメラを大型にすることなく高精度の検出を行うことが可能になっているが、照明装置が大型になるという問題が生ずる。
【０００９】
すなわち、カメラの撮影領域を広くしたいとき、同軸照明を採用した場合には、図６に示すように、ハーフミラー７３を大型にしなければ広い撮影領域Ｆの全体を均一に照明することができず、しかも面光源７１がカメラ２の光軸と平行に設置されるため、照明装置７が大型かつ高価になる。
【００１０】
そこで本願発明者らは、中央部にカメラへの光束が通過する窓を設けたリング照明を採用して試験を行った。ところが、リング照明の場合には、検出対象となるガラス板が表面反射を抑えるコーティングを施したコーティングガラスであるときは、撮影領域の全範囲に亘ってガラス板の画像を取得できるが、そのようなコーティングをしていない素ガラスの場合には、図７に示すように、取得した画像７４の中央部に暗部７５を生じ、取得した画像の解析が困難になると共に、画像の中央部にワークの周縁が来たときにワークの周縁を検出できなくなるという問題を生じた。
【００１１】
この問題は、前記暗部においてもガラス板の周縁を検出できる程度の明るさとなるように光源の光度を大きくすることによって解決可能であったが、そのようにすると、撮影領域の周囲にある金属部材などからの反射光がカメラに入って、画像処理の際の雑音信号となり、信号処理が困難になり、検出誤りが生じたりするという新たな問題が生じた。
【００１２】
この発明は、素ガラスのガラス板を加工することもあるガラス板の加工装置に生じた上記の問題を解決するためになされたもので、素ガラスを含むガラス板の位置や姿勢を、当該ガラス板を撮影した画像を解析することによって検出する際に、検出対象物が素ガラスであっても検出に支障が生ずることがなく、カメラの撮影領域を広くした場合でもハーフミラーやレンズを大型にする必要がなく、従って加工機械への搭載も容易なコンパクトな照明装置を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の照明装置１は、照明対象となる面Ｗｓと平行に設置された面光源１１と、光を通過させるためにこの面光源１１の略中央に設けた窓１４と、窓１４の反照明対象側に設置されたハーフミラー１３と、ハーフミラー１３で反射させた光を窓１４を通して照明対象Ｗｓに照射する第２の光源１２とを備えている。面光源１１は、面発光する光源、平行配置した多数の線光源からなる光源ないし縦横にマトリックス状に配置した点光源からなる光源によって実現される。
【００１４】
照明対象の画像を取得するときは、照明対象の画像を取得するカメラ２を照明装置１の反照明対象側に設置する。すなわち、この発明の照明装置１は、照明対象Ｗとその画像を取得するカメラ２との間に、面光源１１を照明対象の面Ｗｓと平行にして設置される。この場合、面光源１１は、カメラ２の撮影領域Ｆより広い面積を備えた面光源とし、第２の光源１２は、面光源１１に設けた窓１４の面積より広い面積を備えた面光源とする。
【００１５】
第２の光源１２は、ハーフミラー１３を介して面光源１１より照明対象から遠い位置で照明対象を照明する。従って、照明対象の照度を均一にするには、面光源とした第２の光源１２の単位面積当たりの光度を面光源１１のそれより大きくするのが好ましい。
【００１６】
この発明の照明装置は、表面が平滑な鏡面となっている板材、特にガラス板の画像を取得する際に、当該ガラス板を照明する装置として特に有用である。またこの発明の照明装置は、照明対象までの距離が比較的遠いときに、照明装置をコンパクトにできる利点がある。従って、ガラス板などの板材を加工する加工機械に、ワークとなる板材の位置や姿勢をカメラで検出する際の照明装置として、特に有用である。
【００１７】
この発明のガラス板の加工装置は、テーブル３２と、テーブル３２上に固定されたガラス板Ｗの加工具５と、ガラス板Ｗの周縁部の画像を取得するカメラ２とを備え、カメラ２とガラス板Ｗとの間に、この発明の照明装置１が、面光源１１をガラス板の面Ｗｓと平行にして設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
この発明により、カメラ２で撮影対象の画像を取得する際に、部分的な照度の大小を生ずることなく広い面積を均一に照明することができるコンパクトな照明装置を提供できる。この発明の照明装置は、加工機械におけるワークＷの位置や姿勢をカメラ２で検出する際に、ワーク、特に表面が平滑な板状のワークを照明する照明装置として、特に有効である。
【００１９】
この発明の照明装置は、素ガラスのガラス板のように、検出対象物の表面での正反射が他の方向への反射（乱反射）に比べて強い平滑なワークの位置や姿勢をカメラで検出する際の照明装置として特に好適である。すなわち、検出対象となるワークが素ガラスを含むガラス板である場合に、この発明の照明装置を採用することにより、コンパクトな装置で大きな撮影面積を暗部を生ずることなく照明することができる。
【００２０】
従って、検出対象物がコーティングガラス、素ガラス、加工基準となる位置決めマークを付したガラスなど、各種のガラス板を加工することがあり、加工するガラスに大小のあるガラス板の加工機械において、カメラで撮影した画像の解析により加工機械上でのガラス板の位置及び姿勢を検出する場合に、カメラの広い視野全体をほぼ均一に照明することが可能なコンパクトな照明装置を提供することができ、ワークの大小によりカメラの位置を変更する必要がないためにスループットが向上し、照明装置がコンパクトであるから、機械を大型にすることなく、ワーク検出用のカメラの視野を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の照明装置の実施例を示す断面側面図
【図２】この発明の照明装置を設けた加工装置の一例を示す側面図
【図３】図２の装置による板材の周縁加工を示す説明図
【図４】図２の装置における板材の角の検出を示す説明図
【図５】図４の状態でカメラが取得した画像の例を示す図
【図６】他の構造の照明装置の例を示す断面側面図
【図７】リング照明で生ずる問題を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１に示すように、この発明の照明装置１は、中央に窓１４を設けた面光源１１と、この面光源の光の照射方向と反対の側の窓１４の中心軸（以下、「光軸」と言う）上に配置したハーフミラー１３と、このハーフミラーに向けて光軸の側方から光を照射する第２の光源１２とを備えている。ワーク（ガラス板）Ｗを撮影するカメラ２は、ハーフミラー１３を挟んで光軸の反窓１４側に設置される。照明装置１は、ケース２３を備えており、ケース２３のワークＷ側の面２４及びカメラ２への入射光が通る部分２５は透明な低反射ガラスで形成されている。
【００２３】
図の面光源１１は、中央に開口１７を有する基板１６上に縦横に等間隔で配置された多数のＬＥＤ１５の光を拡散する拡散板で形成されている。光はＬＥＤから放射されるが、面光源となるのは拡散板である。従って、窓１４は、拡散板１１の中央に設けられている開口部ないし透明部である。図の第２の光源１２も、面光源１１と同様に、基板１９上に縦横に等間隔で配置された多数のＬＥＤ１８の光を拡散する拡散板で形成されている。撮影領域Ｆ、面光源１１及びその中央に設けた窓１４は、カメラ２の撮像素子２２の受像面と相似の矩形である。
【００２４】
カメラ２と面光源１１の位置関係は、カメラ２の撮影領域Ｆの縁からカメラのレンズ２１の中心に向う光ｆが窓１４の縁を丁度通過する位置関係とするのが良い。換言すれば、窓１４の大きさは、カメラ２の視野角とカメラ２のレンズ中心からワークＷまでの距離で決定されるカメラの撮影領域Ｆの縁からカメラのレンズ中心に向う光ｆが窓１４の縁を丁度通過する大きさとするのが良い。窓１４がこれより小さいと、カメラの視野を狭めることとなり、これより大きいと、第２の光源１２の面積を大きくしなければならない。
【００２５】
面光源１１の大きさは、その外側の縁からカメラの撮影領域Ｆの縁に照射された光ｇの正反射光ｆが窓１４を通ってカメラ２に入射される大きさ以上とする。従って、面光源１１の面積は、カメラの撮影領域の面積よりも広い。基板の開口１７は、上記の光ｆを遮らない大きさとすれば良い。
【００２６】
第２の光源１２の光は、ハーフミラー１３で反射され、基板の開口１７及び窓１４を通ってワークＷに照射され、ワークＷの表面で反射され、窓１４及び基板の開口１７を通り、更にハーフミラー１３を貫通して、カメラ２に入る。
【００２７】
この第２の光源１２は、ハーフミラー１３で反射されて窓１４の縁を通り、ワークＷの表面で正反射されてカメラ２のレンズ中心に入射する光ｈを照射することが少なくとも可能な大きさのものとする。第２の光源１２をこれより大きくしたときは、その大きくした部分から照射される光は、拡散板１１の窓１４の周縁部を照らすこととなり、この部分の面光源１１の光度を上げることとなるが、第２の光源１２が大きくなる分だけ照明装置が大きくなる。従って、第２の光源１２の発光領域も、カメラの撮像素子２２と相似の矩形とするのが好ましい。
【００２８】
図２は、この発明の照明装置を装着したガラス板の周縁加工装置の一例を示した図である。
【００２９】
図２において、機械のフレームに軸受３１で回転自在に軸支されたワーク軸３の上端には、テーブル３２が固定されており、このテーブルの上面は、水平なワーク保持面３３となっている。ワーク保持面３３に搬入されたワークＷは、下面を真空吸着されてテーブル３２に固定される。ワーク軸３の下端には、主軸モータ（サーボモータ）３５が連結されている。主軸モータ３５は、サーボアンプ６１を介して制御器６に接続され、制御器６の指令によってワーク軸３の回転角が制御されている。
【００３０】
ワーク軸３の上方には、横送り台４１が設けられている。横送り台４１は、機械フレームに設けた図示しない水平方向の横ガイドに移動自在に案内され、横送りモータ（サーボモータ）４３で回転駆動される横送りねじ４４に螺合している。横送りモータ４３は、サーボアンプ６２を介して制御器６に接続されており、横送り台４１の移動位置が制御器６によって制御されている。
【００３１】
横送り台４１には、縦送り台４５が設けられている。縦送り台４５は、ワーク軸３と平行な方向の縦ガイド（図示されていない）に移動自在に装着され、縦送りモータ４６で回転駆動される縦送りねじ４７に螺合している。
【００３２】
縦送り台４５には、砥石軸５１が軸支され、この砥石軸の下端に砥石５が装着されている。砥石軸５１は、軸受け５２でワーク軸３と平行に軸支されている。砥石軸５１の上端は、歯付ベルト５３を介して砥石駆動モータ５４に連結されている。
【００３３】
ワーク軸３の軸心及び砥石軸５１の軸心は、横送り台４１の移動方向と平行な同一鉛直面ｓ上に位置している。図３は、ワークＷの外周加工を模式的に示した図で、制御器６で横送り台４１の移動量ｘとワーク軸３の回転角θとを関連付けて制御することにより、所望の平面形状の周縁加工を行う。
【００３４】
横送り台４１には、テーブル３２上のワークの角部Ａ、Ｂの画像を取得するカメラ２が装着されている。カメラ２は、砥石軸５１の軸心とワーク軸３の軸心を含む平面ｓ上にして、横送り台４１に固定的に設けられている。カメラ２の下には、図１で詳細を説明した照明装置１が設置されている。
【００３５】
テーブル３２にワークＷが搬入されてテーブル３２に固定された後、図４に示すように、予め分かっているワークの対角線のＸ軸に対する角度αだけテーブル３２を回転して、第１の角部Ａがカメラ２の撮影領域に入るようにする。そして、カメラ２で第１の角部Ａの画像を取得する。この画像は、例えば図５の実線のようになる。次にテーブル３２を１８０度回動して、ワークの第２の角部Ｂの画像を取得する。この画像は、例えば図５の破線のようになる。カメラ２で画像を取得する際に、照明装置１の面光源１１及び第２の光源１２でカメラの撮影領域Ｆを照明する。
【００３６】
図５は、カメラが取得した画像上におけるワークの境界線の交点からワークの角を検出する場合のものである。実線及び破線で示した画像のそれぞれの２本の線分ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２上の任意の２点についてハフ変換の方法などにより、線分ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２及びその交点Ｃａ、Ｃｂの画像上での座標を取得できる。そして、交点Ｃａ、Ｃｂのｘ方向の及びｙ方向の座標（偏倚）δｘ、δｙとテーブルの回転角αから、テーブル３２上でのワークＷの中心位置の偏倚量及び角度偏倚量を求めることができる。
【００３７】
テーブル中心に対するワークの偏倚量の検出は、ワークＷがテーブル３２に搬入される毎に行われ、ワーク毎に得られた補正値を用いてワークの加工が行われる。
【００３８】
以上のように、この発明の照明装置によれば、カメラ２に設定した広い撮影領域を暗部を生ずることなく均一に照明することができ、装置がコンパクトでハーフミラーやカメラが大型化することもないため、テーブル３２上に搬入されるワークの大きさが変化してもカメラ２の位置を変更することなく、テーブル３２上のワークの位置及び姿勢をカメラ２で撮影した画像の解析によって検出することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  照明装置
２  カメラ
11  面光源
12  第２の光源
13  ハーフミラー
14  窓
32  テーブル
Ｗ  ガラス板
Ｗｓ  ガラス板の面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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