(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚重なった板材の中から最上位の板材の形状を認識する装置であって、
前記板材を上方から撮像する撮像装置と、
得られた画像情報に基づいて、最上位の板材の表面エリアを検出する最上位表面検出部と、
画像情報に基づいて、各部の板材のエッジの位置を検出するエッジ検出部と、
エッジが存在する領域を、最上位表面からエッジに沿ってトレースしていき、分岐箇所において常に一定の向きを選択しながらトレース開始点まで一巡するエッジトレース部と、
一巡方向と、分岐箇所での選択の向きとから、一巡したエッジが最上位の板材の外形形状または穴形状であることを判定する判定部と、
を備えていることを特徴とする板材の形状認識装置。
【請求項２】
前記判定部は、一巡方向と、分岐箇所での選択の向きとが同じであるとき、一巡したエッジが最上位の板材の外形形状であることを判定することを特徴とする請求項１記載の板材の形状認識装置。
【請求項３】
前記判定部は、一巡方向と、分岐箇所での選択の向きとが反対であるとき、一巡したエッジが最上位の板材の穴形状であることを判定することを特徴とする請求項１記載の板材の形状認識装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばレーザ加工機に適用して、数枚重なった板材の中から最上位の板材の計時用を認識するようになった板材の形状認識装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レーザ加工機では、製品の厚みに対応する厚さの板材に対し、切り取って製品となるべき形状の被加工物をコンピュータによってネスティングし、このネスティングデータに基づいて、板材をレーザ加工している。
【０００３】
そして、レーザ加工により得られた製品と、製品を分離した残材とは別々に取り扱われ、残材については、例えばパレット等に積み重ねれることが多い。
【０００４】
このようなレーザ加工機によって得られる製品には、種々の大きさ、形状のものがあるため、製品を分離した残材の残余部分の大きさ、形状も様々である。
【０００５】
そのため、残材の残余部分を利用することで、必要な製品を得ることができる場合があり、実際、製品の受注単価が安かったり、材料発注が間に合わない等の理由で、製品を切り取る板材として残材を使用することが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、残材を使用して製品を切り取るためには、残材に対して目的の製品をネスティングする必要があるが、従来は、パレット等に積み重ねられている残材の残余部分の大きさ、形状を、積み重ねられた状態で自動的に計測することが困難である等の問題点があった。
【０００７】
この発明は上記従来のもののもつ問題点を解決して、複数枚重なった板材の中から最上位の板材について、その外形形状と、穴がある場合はその穴形状とを検出することのできる板材の形状認識装置を提出することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的を達成するため、複数枚重なった板材の中から最上位の板材の形状を認識する装置であって、前記板材を上方から撮像する撮像装置と、得られた画像情報に基づいて、最上位の板材の表面エリアを検出する最上位表面検出部と、画像情報に基づいて、各部の板材のエッジの位置を検出するエッジ検出部と、エッジが存在する領域を、最上位表面からエッジに沿ってトレースしていき、分岐箇所において常に一定の向きを選択しながらトレース開始点まで一巡するエッジトレース部と、一巡方向と、分岐箇所での選択の向きとから、一巡したエッジが最上位の板材の外形形状または穴形状であることを判定する判定部とを備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、実施例に基づき図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、この発明による板材の形状認識装置の一実施例を示すブロック図であり、この形状認識装置は、複数枚重なった板材の中から最上位の板材の形状を認識するものであって、撮像装置１と、最上位表面検出部３と、エッジ検出部５と、エッジトレース部７と、判定部９と、これらを制御する制御部１１とを備えている。
【００１１】
撮像装置１は、複数枚重なった板材を上方から撮像するものであり、例えば、ＣＣＤカメラを利用したラインセンサ、エリアセンサ等の装置を使って構成されるものである。
【００１２】
このような撮像は、複数枚重なった板材全体を画像情報として入力するため、例えばパレットに載せられた板材の上方において、所要の撮像領域を走査することで行うようになっている。そして、撮像された画像情報は、空間的にサンプリングされて、画素ごとの明暗を表す輝度信号としてメモリ座標上に配されるようになっている。
【００１３】
図示してないが、この画像情報は、その後の画像処理に適するように、必要に応じて、濃度補正や画質改善等の前処理が行われる。
【００１４】
最上位表面検出部３は、撮像装置１で得られた画像情報に基づいて、最上位の板材の表面エリアを検出するものであり、このような最上位表面の検出は、撮像装置１で得られる画像において、最上位の板材の表面が、それ以外の部分に比べて明るいという事実を利用するものである。
【００１５】
そのため、撮像装置１で得られた画像情報に、明暗に関する所定のしきい値を適用することで、最上位の板材の表面エリアを、それ以外の部分と区別して検出することができる。それ以外の部分には、上から２枚目の板材の表面が一部露出している部分や、３枚目以下の板材の表面が一部露出している部分が含まれるが、それらの明るさを相互に区別する必要はない。
【００１６】
エッジ検出部５は、撮像装置１で得られた画像情報に基づいて、各部の板材のエッジの位置を検出するものであり、このようなエッジの検出は、エッジは明暗変化が激しいところに存在するという事実を利用するものである。
【００１７】
そのため、エッジ検出部５は、高域通過フィルタを用いた適宜のエッジ強調フィルタを備えていて、エッジ強調フィルタとしては、Ｓｏｂｅｌフィルタ、ラプシアンフィルタ等を使用することができる。そして、エッジ強調フィルタを使用することにより、エッジ検出部５は、最上位の板材の表面エリアの周縁に位置するエッジだけでなく、上から２枚目の板材の露出部分のエッジや、３枚目以下の板材の露出部分のエッジについても検出することができる。
【００１８】
このように、最上位表面検出部３は、最上位の板材の表面エリアを、上から２枚目、３枚目、それ以下の板材の露出している表面部分や、板材が覆っていないパレット表面と区別して検出する一方、エッジ検出装置５は、最上位の板材のエッジだけでなく、上から２枚目、３枚目、それ以下の板材のエッジについても、それらを同様のエッジとして検出するようになっている。
【００１９】
そして、最上位の板材のエッジだけを検出するため、エッジ検出部５は、各部の板材のエッジの位置を検出するエッジ検出部１５とは別に、最上位表面検出部３で得られた最上位の板材の表面エリアのデータと、エッジ検出部５で得られたエッジの位置データとから、最上位の板材のエッジだけを検出するようになった最上位エッジ検出部１７を備えている。
【００２０】
エッジトレース部７は、エッジが存在する領域を、最上位表面からエッジに沿ってトレースしていき、分岐箇所において常に一定の向きを選択しながらトレース開始点まで一巡するものであり、適宜の空間フィルタを使ってエッジ領域をトレースするようになっている。
【００２１】
図２は、ｘ（ｉ，ｊ）の空間フィルタ出力計算に用いられる周辺画素配置を示し、Ｃ（ｉn，ｊn）は中心画素、Ａ1（ｉn-1，ｊn）〜 Ａ8（ｉn-1，ｊn-1）は 中心Ｃのまわりに時計方向に配された画素である。これらは、文字通り画素そのものであってもよいが、エッジの幅が画素に比べて大きく、そのため３行３列の画素ではエッジとその両側近傍を示すことができない場合は、エッジの幅に適合するように、ｍ行ｍ列の画素からなる画素集合体を用いてそれを３行３列に構成することができる。この明細書では、このような画素集合体も、画素と称することとする。
【００２２】
図２に示されるような画素配置の空間フィルタを使ってエッジ領域をトレースする際、エッジがＡ1（ｉn-1，ｊn）〜Ａ8（ｉn-1，ｊn-1）のどこから入り、中心Ｃ（ｉn，ｊn）を通って、Ａ1（ｉn-1，ｊn）〜Ａ8（ｉn-1，ｊn-1）のどこから出ていくかを調べて表にしたものが図３である。
【００２３】
図３において、Ｂ（Ｂ1〜Ｂ8）は、Ａ1〜Ａ8から入るものを示す。例えば、Ａ2から入るもの（Ａ2→Ｃ）をＢ2とすると、
Ｂ2＝Ｃ−Ａ2
＝｛（ｉn−ｉn-1），（ｊn−ｊn+1）｝
ここで、ｉn→ｉ，ｊn→ｊとおくと、
Ｂ2＝［｛ｉ−（ｉ−１）｝，｛ｊ−（ｊ＋１）｝］
＝（１，−１）
となる。
【００２４】
一方、図３において、Ｆ（Ｆ1〜Ｆ8）は、Ａ1〜Ａ8から出ていくものを示す。例えば、Ａ6から出ていくもの（Ｃ→Ａ6）をＦ6とすると、
Ｆ6＝Ａ6−Ｃ
＝｛（ｉn+1−ｉn），（ｊn-1−ｊn）｝
ここで、ｉn→ｉ，ｊn→ｊとおくと、
Ｆ6＝［｛（ｉ＋１）−ｉ｝，｛（ｊ−１）−ｊ｝］
＝（１，−１）
となる。
【００２５】
図３はＢ＋Ｆの値Ｄ（ｉ，ｊ）を示す。例えば、Ａ2から入ってＡ6から出ていく（Ａ2→Ｃ→Ａ6）場合、その部分のエッジは直線状に延びる。このとき、
Ｄ26＝Ｂ2（１，−１）＋Ｆ6（１，−１）
＝（２，−２）
である。
【００２６】
また、Ａ5から出ていく（Ａ2→Ｃ→Ａ5）場合、エッジはその部分で左に４５ °（Ｌ2/1 〓Ｒ）曲がり、Ａ4から出ていく（Ａ2→Ｃ→Ａ4）場合、エッジはそ の部分で左に９０°（Ｌ〓Ｒ）曲がり、Ａ3から出ていく（Ａ2→Ｃ→Ａ3）場合 、エッジはその部分で左に１３５°（Ｌ3/2 〓Ｒ）曲がる。
【００２７】
一方、Ａ7から出ていく（Ａ2→Ｃ→Ａ7）場合、エッジはその部分で右に４５ °（Ｒ2/1 〓Ｒ）曲がり、Ａ8から出ていく（Ａ2→Ｃ→Ａ8）場合、エッジはそ の部分で右に９０°（Ｒ〓Ｒ）曲がり、Ａ1から出ていく（Ａ2→Ｃ→Ａ1）場合 、エッジはその部分で右に１３５°（Ｒ3/2 〓Ｒ）曲がる。
【００２８】
Ｂ（Ｂ1〜Ｂ8）＋Ｆ（Ｆ1〜Ｆ8）のすべての組み合わせについてのＤ値を図３に示す。
【００２９】
また、図３のＤ値を、エッジの曲がり方向に基づいて並べ替えたものを図４に示す。図４において、Ｂ（ｉ，ｊ）をＢｉ，Ｂｊとすると、Ｂｉ，Ｂｊのいずれか０である場合と、いずれも０でない場合とに分けられ、詳細には次のようになる。
【００３０】
▲１▼Ｂｊ＝０（Ｂ1，Ｂ5）のとき、
（Ｂｉの符号）＝（Ｄｊの符号）であれば→Ｌ
（Ｂｉの符号）≠（Ｄｊの符号）であれば→Ｒ
▲２▼Ｂｊ＝０（Ｂ3，Ｂ7）のとき、
（Ｂｊの符号）≠（Ｄｉの符号）であれば→Ｌ
（Ｂｊの符号）＝（Ｄｉの符号）であれば→Ｒ
▲３▼Ｂｉ＊Ｂｊ＜０（Ｂ2，Ｂ6）のとき、
｜Ｄｉ｜＞｜Ｄｊ｜であれば→Ｌ
｜Ｄｉ｜＜｜Ｄｊ｜であれば→Ｒ
▲４▼Ｂｉ＊Ｂｊ＞０（Ｂ4，Ｂ8）のとき、
｜Ｄｉ｜＜｜Ｄｊ｜であれば→Ｌ
｜Ｄｉ｜＞｜Ｄｊ｜であれば→Ｒ
したがって、エッジトレース装置は、Ｂｉ，ＢｊとＤｉ，Ｄｊとの組み合わせから、エッジの曲がり方向および曲がり角度を検出しながらトレースすることができ、そのため、分岐箇所において常に一定の向きを選択しながらトレースしていくことができるものである。そして、トレース開始点まで一巡した際、そのトレース中の左曲がり量の総計と、右曲がり量の総計とから、大きい方を一巡方向として検出するようになっている。
【００３１】
以上をまとめると、エッジトレース部７は、図１に示すように、Ｂ（Ｂ1〜Ｂ8）を検出する前方検出手段２１と、Ｆ（Ｆ1〜Ｆ8）を検出する後方検出手段２３と、Ｄ（Ｂ＋Ｆ）からエッジの曲がりを検出する曲がり検出手段２５と、Ｂ，Ｄからエッジの方向を検出する方向検出手段２７と、分岐箇所において選択する向きがあらかじめ一定の向きに決められるようになった分岐選択手段２９と、トレース一巡中の左曲がり量の総計ＬTと、右曲がり量の総計ＲTとから、一巡方向を検出する一巡方向検出手段３１とを備えている。
【００３２】
判定部９は、エッジトレース部７の一巡方向検出部３１で得られた一巡方向と、分岐選択手段２９で得られた分岐箇所での選択の向きとから、一巡したエッジが最上位の板材の外形形状であるか、または穴形状であることを判定するものである。
【００３３】
図５に示すように、一巡方向と、分岐箇所での選択の向きとが同じであるとき、判定部９は、一巡したエッジが最上位の板材の外形形状であることを判定するようになっている。
【００３４】
一方、図６に示すように、一巡方向と、分岐箇所での選択の向きとが反対であるとき、判定部９は、一巡したエッジが最上位の板材の穴形状であることを判定するようになっている。
【００３５】
次に、この実施例の作用について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３６】
図７に示すように、まず、複数枚重なった板材を対象物として、撮像装置１でこの対象物を上方から撮像する（ステップＳＴ１）。そして、撮像された画像情報は、空間的にサンプリングされて、画素ごとの明暗を表す輝度信号としてメモリ座標上に配される。
【００３７】
次に、撮像装置１で得られた画像情報に基づいて、最上位表面検出装置３が、最上位の板材の表面エリアを検出する（ステップＳＴ２）。そのため、最上位の板材の表面エリアは、上から２枚目、３枚目、それ以下の板材の露出している表面部分や、板材が覆っていないパレット表面と区別して検出される。
【００３８】
一方、撮像装置１で得られた画像情報に基づいて、エッジ検出装置５のエッジ検出部１５が、各部の板材のエッジの位置を検出する（ステップＳＴ３）。そのため、最上位の板材のエッジだけでなく、上から２枚目、３枚目、それ以下の板材のエッジについても、それらは同様のエッジとして検出される。
【００３９】
そして、エッジ検出装置５の最上位エッジ検出手段１７が、最上位表面検出部３で得られた最上位の板材の表面エリアのデータと、エッジ検出手段１５で得られたエッジの位置データとから、最上位の板材のエッジだけを検出する（ステップＳＴ４）。
【００４０】
そのうえで、エッジトレース装置７が、最上位の板材のエッジ（最上位エッジ）上の任意の点から、エッジに沿ってトレースを開始する（ステップＳＴ５）。
【００４１】
トレースの途中で、分岐箇所があると（ステップＳＴ６）、あらかじめ決められた一定の向きを選択する（ステップＳＴ７）。そして、トレース開始点まで一巡する（ステップＳＴ８）まで、同様のステップ（ステップＳＴ６，７，８，９）を繰り返してトレースを続ける。
【００４２】
一巡後、判定部９が、一巡方向と、分岐箇所での選択の向きとから（ステップＳＴ１０）、同一の場合は、一巡したエッジが最上位の板材の外形形状であることを判定し（ステップＳＴ１１）、反対の場合は、一巡したエッジが最上位の板材の穴形状であることを判定する（ステップＳＴ１２）。
【００４３】
その後、他にも最上位エッジがある場合は（ステップＳＴ１３）、同様のステップ（ステップＳＴ５〜１２）を繰り返し、最上位エッジが無くなったら終了する。
【００４４】
以上のように、複数枚重なった板材の中から最上位の板材について、その外形形状と、穴がある場合はその穴形状とを自動的に検出することができる他、この発明による板材の形状認識装置は、次に挙げるような種々の利点がある。
【００４５】
一般に、加工機械でワークから製品を加工して取り出す場合において、加工機械で取り扱う対象物としては、加工前のワーク、加工された製品、製品を除去した残材、残材の残余部分から加工される２次製品がある。
【００４６】
ワークが板材の場合、加工前のワークは一般に待機位置に複数枚重ねられている。このような重ねられた板材の中から最上位のものを、適宜の装置で吸い上げて加工領域に搬入するためには、最上位のワークの重心を求める必要がある。この発明による板材の形状認識装置は、このような用途に適用することができる。
【００４７】
また、加工された製品は、板材の場合、例えばパレットに複数枚重ねられて次工程に送られる。そのため、次工程において、ワークの場合と同様に重心を求める必要がある。また、このような製品が何種類かあるとき、目的の製品を見つけるためには、その外形が目的の製品形状と一致しているか否かを確認する必要がある。この発明による板材の形状認識装置は、このような用途に適用することができる。
【００４８】
また、製品を除去した残材には、製品抜き取り穴が形成されているが、この穴形状と目的の製品形状とを比較することで、目的の製品が加工されたか否かを確認することができる。この発明による板材の形状認識装置は、このような用途に適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
この発明は上記のように構成したので、複数枚重なった板材の中から最上位の板材について、その外形形状と、穴がある場合はその穴形状とを検出することができ、そのため、例えばレーザ加工機に適用して、パレット等に積み重ねられている残材の残余部分の大きさ、形状を、積み重ねられた状態で自動的に計測することができ、その結果、残材に対して目的の製品を容易にネスティングして、残材から目的の製品を切り取ることができる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】板材の形状認識装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】ｘ（ｉ，ｊ）の空間フィルタ出力計算に用いられる周辺画素配置を示す図である。
【図３】前方検出Ｂ、後方検出Ｆ、曲がり検出Ｄの関係を示す図である。
【図４】Ｄ値を、エッジの曲がり方向に基づいて並べ替えたものを示す図である。
【図５】最上位の板材の外形形状を一巡する説明図である。
【図６】最上位の板材の穴形状を一巡する説明図である。
【図７】制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…撮像装置
３…最上位表面検出部
５…エッジ検出部
７…エッジトレース部
９…判定部
１１…制御部
１５…エッジ検出手段
１７…最上位エッジ検出手段
２１…前方検出手段
２３…後方検出手段
２５…曲がり検出手段
２７…方向検出手段
２９…分岐選択手段
３１…一巡方向検出手段
【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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