JP6014386B2 - Glass plate lighting device and processing device - Google Patents
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Description
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）により検出対象物であるガラス板の形状や位置を検出する装置に設ける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。 The present invention relates to an illuminating device provided in an apparatus that converts an image acquired by a camera into an electrical signal and detects the shape and position of a glass plate that is a detection target by signal processing (image analysis), and such an illuminating device. The processing apparatus of the glass plate provided with this.
加工機械に搬入されたガラス板を高精度で加工する際には、搬入されたガラス板の位置や姿勢を検出してから加工を行う必要がある。例えばガラス板の周縁を加工する場合、ガラス板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ガラス板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。そこでガラス板が搬入される毎にガラス板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、ガラス板が正確な形状に加工されるようにしている。 When processing a glass plate carried into a processing machine with high accuracy, it is necessary to perform processing after detecting the position and orientation of the carried glass plate. For example, when processing the periphery of a glass plate, the glass plate is fixed and processed by vacuum suction or the like with the outer periphery of the glass plate protruding from the outer periphery of the table. If there is an error in the position or orientation of the glass plate carried on the table, accurate processing cannot be performed. Therefore, each time the glass plate is carried in, the position and orientation of the glass plate are detected, and the relative positional relationship between the table and the tool is corrected based on the detection result so that the glass plate is processed into an accurate shape. I have to.
テーブル上のガラス板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ガラス板の位置と姿勢を検出する手段が広く利用されている。加工前のガラス板は、予め所定の寸法に切断されているので、カメラは、ガラス板全体を撮影する視野を備える必要はなく、ガラス板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。 As one of means for detecting the position and orientation of the glass plate on the table, a camera is installed above the table and the image acquired by the camera is analyzed to detect the position and orientation of the glass plate on the table. Is widely used. Since the glass plate before processing is cut in advance to a predetermined size, the camera does not need to have a field of view for photographing the entire glass plate, and may have a field of view for photographing a part of the outer periphery of the glass plate, for example. It ’s fine.
カメラでガラス板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ガラス板に照射する同軸照明と、カメラの周囲に配置した光源でガラス板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ガラス板に照射する。そして、ガラス板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、ガラス板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ガラス板を照射し、ガラス板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。 When acquiring an image of a glass plate with a camera, it is necessary to illuminate the visual field (photographing area) of the camera. Conventionally, a coaxial illumination that irradiates a glass plate with a light beam parallel to the optical axis of the camera and a ring illumination that illuminates the glass plate with a light source disposed around the camera are used as the illumination device. The coaxial illumination irradiates the glass plate with the light irradiated from the side of the optical axis of the camera toward the optical axis toward the optical axis by the half mirror. Then, the reflected light from the glass plate passes through the half mirror and forms an image on the image pickup device (CCD, CMos, etc.) of the camera. On the other hand, in the case of ring illumination, the glass plate is irradiated with a light source having a window in the center so as not to obstruct the path of light entering the camera from the glass plate, and the reflected light from the glass plate surface is reflected on the image sensor of the camera. To form an image.
他の方法として、ガラス板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、カメラからガラス板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。 As another method, there is also used an illumination method in which a parallel light beam is irradiated obliquely on the glass plate surface, and the reflected light is received by a camera disposed obliquely opposite to the light source. However, in this method, the distance from the camera to the glass plate surface is not constant, and the camera cannot be focused on the entire field of view.
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、ガラス板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、搬入されたガラス板の大きさに合せてカメラの位置を移動するか、大小総てのガラス板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。 In the glass plate processing apparatus as described above, when a part of the periphery (for example, a corner) of the glass plate carried on the table is detected by the camera, the size of the glass plate carried in is large or small. Since the position of the periphery to be detected changes depending on the size of the glass plate, the position of the camera is moved according to the size of the loaded glass plate, or the periphery of all large and small glass plates is the field of view of the camera. It is necessary to use a camera with a large shooting area (wide angle) so as to enter.
前者の方法は、搬入されるガラス板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、ガラス板の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。 In the former method, the camera cannot be moved to an appropriate position unless the dimensions of the glass plate to be loaded are registered in the machine controller in advance, and the camera is moved each time the size of the glass plate changes. Therefore, the throughput (the number of processed parts per unit time) decreases. On the other hand, the method of widening the shooting area of the camera is capable of highly accurate detection without increasing the size of the camera because the degree of integration of the image sensor is high, but the lighting device is large. Problem arises.
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。
That is, when it is desired to widen the shooting area of the camera, if the coaxial illumination is adopted, the entire wide shooting area F cannot be illuminated uniformly unless the
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、画像の中央部にガラス板の周縁が来たときにガラス板の周縁を検出できなくなるという問題を生じた。
Therefore, the inventors of the present application conducted a test by adopting ring illumination in which a window through which a light beam to the camera passes is provided at the center. However, in the case of ring illumination, when the glass plate to be detected is a coated glass with a coating that suppresses surface reflection, an image of the glass plate can be obtained over the entire range of the imaging region. In the case of an uncoated glass, as shown in FIG. 7, a
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。 This problem can be solved by increasing the light intensity of the light source so that the brightness of the glass plate can be detected even in the dark portion. Reflected light from the camera enters the camera and becomes a noise signal at the time of image processing, resulting in a new problem that signal processing becomes difficult and detection errors occur.
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。 This invention was made in order to solve the above-mentioned problems that occurred in a glass plate processing apparatus that sometimes processes a glass plate of raw glass. When detecting by analyzing the image of the plate, even if the object to be detected is bare glass, detection will not be hindered, and even if the shooting area of the camera is widened, the half mirror and lens will be enlarged. Therefore, it is an object to obtain a compact lighting device that can be easily mounted on a processing machine.
この発明の照明装置１は、照明対象となるガラス板の面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の面光源１２とを備えている。面光源１１及び第２の面号源１２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。
The
照明対象の画像を取得するときは、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の面光源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。
When acquiring an image to be illuminated, the
第２の面光源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、第２の面光源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。
The second
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、ガラス板を加工する加工機械に、ガラス板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。 The illuminating device of the present invention is particularly useful as a device for illuminating the glass plate when acquiring an image of a plate material having a smooth mirror surface, particularly a glass plate. Further, the illumination device of the present invention has an advantage that the illumination device can be made compact when the distance to the illumination target is relatively long. Therefore, it is particularly useful as a lighting device for detecting the position and orientation of a glass plate with a camera in a processing machine that processes the glass plate.
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。
The glass plate processing apparatus of the present invention includes a table 32, a
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、加工機械におけるガラス板Ｗの位置や姿勢をカメラ２で検出する際に、ガラス板を照明する照明装置として、特に有効である。
According to the present invention, it is possible to provide a compact illumination device that can uniformly illuminate a wide area without causing a partial increase or decrease in brightness when an image to be photographed is acquired by the
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ガラス板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、検出対象となるガラス板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。 The illuminating device of the present invention uses a camera to detect the position and orientation of a smooth glass plate that is stronger in specular reflection on the surface of the object to be detected than in other directions (irregular reflection), such as a glass plate of bare glass. It is particularly suitable as an illumination device for detection. That is, when the glass plate to be detected is a glass plate containing raw glass, by employing the illumination device of the present invention, it is possible to illuminate a large photographing area with a compact device without producing a dark portion.
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、ガラス板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、ガラス板検出用のカメラの視野を広くすることができる。
Therefore, the object to be detected may process various glass plates such as coated glass, raw glass, and glass with a positioning mark as a processing reference. In the case of detecting the position and orientation of the glass plate on the processing machine by analyzing the image taken in
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の面光源１２とを備えている。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のガラス板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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
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の面光源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。
The
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のレンズ中心からガラス板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の面光源１２の面積を大きくしなければならない。
The positional relationship between the
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。
The size of the
第２の面光源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を通ってガラス板Ｗに照射され、ガラス板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。
The light from the second
この第２の面光源１２は、ハーフミラー１３で反射されて窓１４の縁を通り、ガラス板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の面光源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の面光源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の面光源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。
The second
図２は、この発明の照明装置を備えたガラス板の周縁加工装置の一例を示した図である。 FIG. 2 is a view showing an example of a peripheral processing apparatus for a glass plate provided with the illumination device of the present invention.
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テーブル軸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に搬入されたガラス板Ｗは、下面を真空吸着されてテーブル３２に固定される。テーブル軸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の指令によってテーブル軸３の回転角が制御されている。
In FIG. 2, a table 32 is fixed to the upper end of a
テーブル軸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。
A
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、テーブル軸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。
The horizontal feed table 41 is provided with a vertical feed table 45. The vertical feed table 45 is movably mounted on a vertical guide (not shown) in a direction parallel to the
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でテーブル軸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。
A
テーブル軸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、ガラス板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とテーブル軸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。
The axis of the
横送り台４１には、テーブル３２上のガラス板の角部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の軸心とテーブル軸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。
A
テーブル３２にガラス板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、予め分かっているガラス板の対角線の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、ガラス板の第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の面光源１２でカメラの撮影領域Ｆを照明する。
After the glass plate W is carried into the table 32 and fixed to the table 32, as shown in FIG. 4, the table 32 is rotated by an angle α with respect to the X axis of the diagonal line of the glass plate, which is known in advance. The corner A is made to enter the imaging area of the
図５は、カメラが取得した画像上におけるガラス板の境界線の交点からガラス板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上でのガラス板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。 FIG. 5 shows a case where the corner of the glass plate is detected from the intersection of the boundary lines of the glass plate on the image acquired by the camera. The line segments a1, a2, b1, b2 and their intersections Ca, by an Hough transform method or the like for any two points on each of the two line segments a1, a2, b1, b2 of the solid line and the broken line, Coordinates on the Cb image can be acquired. Then, from the coordinates (bias) δx, δy in the x direction and y direction of the intersections Ca, Cb and the rotation angle α of the table, the deviation amount and the angular deviation amount of the center position of the glass plate W on the table 32 are obtained. Can do.
テーブル中心に対するガラス板の偏倚量の検出は、ガラス板Ｗがテーブル３２に搬入される毎に行われ、ガラス板毎に得られた補正値を用いてガラス板の加工が行われる。 The amount of deviation of the glass plate relative to the center of the table is detected every time the glass plate W is carried into the table 32, and the glass plate is processed using the correction value obtained for each glass plate.
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上に搬入されるガラス板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上のガラス板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。
As described above, according to the illuminating device of the present invention, it is possible to uniformly illuminate a wide photographing area set in the
１ 照明装置
２ カメラ
11 面光源
12 第２の面光源
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
1
11 Area light source
12 Second surface light source
13 Half mirror
14 windows
32 Table W Glass plate Ws Glass plate surface
Claims (3)
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又は２記載の照明装置を備えている、ガラス板の加工装置。 The processing apparatus of a glass plate provided with the illuminating device of Claim 1 or 2 installed with the said surface light source in parallel with the surface of the said glass plate between the said camera and the said glass plate.
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