專利名稱：桿扭曲的檢測方法及其檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及桿扭曲的檢測方法及為其檢測裝置。
相關(guān)技術(shù)日本專利公開第H05-45139號公開了對圓桿的檢測方法及為其檢測裝置，其中將光束沿著圓桿的縱向方向從它的一端照射到正在旋轉(zhuǎn)的圓桿上從而測量到達它的另一端的光量，以測量該圓桿的彎曲。也就是說，公開了檢測方法和裝置，它們中的每一個利用了一個事實，即被檢測的圓桿在斜面上滾下使得該光束在參考面上被正在滾動的該圓桿的扭曲遮蔽，從而，到達光電探測器的光量依賴于該扭曲的程度而變化。
日本專利公開第2003-148948號公開了測量方法和裝置，其中將激光束從垂直于光纖軸向的方向照射到具有圓形橫截面形狀的圓柱形光纖的基材上，同時牢固地保持住它的相反端，從而測量該光纖基材的中心軸的直徑變化和徑向偏差，由此測量該光纖基材的彎曲。
發(fā)明內(nèi)容
然而，為了測量桿狀物體的彎曲，在日本專利公開第H05-45139號公開的該方法必須使用具有激光源、光電探測器和精確的定位機構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)來實現(xiàn)。因此，為了在使用上述檢測裝置的情況下組建生產(chǎn)線，導(dǎo)致了在使用幾個昂貴檢測裝置的情況下檢測設(shè)備的費用會變得特別高的問題。而且，還導(dǎo)致了另外一個以高精度測量桿狀物體的彎曲困難的問題。
而且，盡管在日本專利公開第2003-148948號中公開的該測量方法具有精確測量光纖彎曲的優(yōu)點，但它需要大的設(shè)備，并因此以經(jīng)濟和快速的方式測量桿狀物體的扭曲(彎曲)存在困難。
本發(fā)明意在解決上述問題，因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠方便地測量桿扭曲(彎曲)的方法，和一種用于執(zhí)行該方法的裝置。
本發(fā)明的第一方面是一種用于檢測桿扭曲的方法，其包含步驟在檢測臺上滾下被檢測的桿，通過線傳感器檢測被向下滾動的桿遮蔽的光作為一維圖像信號，從由該一維圖像信號獲得的二維圖像信號中獲得該向下滾動桿的位置波動值，和以該位置波動值為基礎(chǔ)檢測該桿的扭曲。
本發(fā)明的第二方面以在該第一方面中提到的該方法為基礎(chǔ)，并且進一步包含從該二維圖像信號中獲得該向下滾動桿的重心位置的步驟，其中該位置波動值是校正的重心位置中的波動值，表現(xiàn)為該重心位置和該重心位置的移動平均值之間的差。
本發(fā)明的第三方面以在該第一或第二方面中提到的方法為基礎(chǔ)，其中在該被檢測的桿的一端附近檢測被遮蔽的光信號。
本發(fā)明的第四方面是一種用于檢測桿扭曲的裝置，包含檢測臺，用于沿傾斜方向滾下被檢測桿；照明設(shè)備，布置相對于在與在該檢測臺的傾斜方向上設(shè)置的狹縫的一側(cè)上；線傳感器，布置在相對于該狹縫的另一側(cè)上；圖像讀取裝置，用于根據(jù)從該照明設(shè)備發(fā)射的和由該向下滾動的被檢測桿遮蔽的光，讀取由該線傳感器探測的一維圖像信號，作為二維圖像信號；和計算裝置，用于從該二維圖像信號中計算該向下滾動桿的位置波動值。
本發(fā)明的第五方面以如在該第四方面提到的裝置為基礎(chǔ)，其中該計算裝置執(zhí)行計算，從而從該二維圖像信號中獲得該向下滾動桿的重心位置，然后，從該重心位置和重心位置的移動平均值之間的差獲得該向下滾動桿的校正重心位置，其后，計算校正重心位置的最大振幅。
本發(fā)明的第六方面以如在本發(fā)明的第四或第五方面中所提到的裝置為基礎(chǔ)，進一步包含存儲器裝置，用于存儲最大振幅的閾值，和確定裝置，用于通過將被檢測桿的最大振幅與該閾值相比較確定該被檢測桿是好是壞。
本發(fā)明的第七方面是以如在第四到第六方面的任何一方面中提到的裝置為基礎(chǔ)，其中將該狹縫設(shè)置在這樣一個位置，即該向下滾動的被檢測桿的一個末端的附近在該位置之上。
本發(fā)明的第八方面是以如在本發(fā)明的第四到第七方面的任何一方面中所提到的裝置為基礎(chǔ)，其中該照明裝置是其中發(fā)光二極管線性布置的線性光源或桿狀熒光燈。
如果桿具有扭曲或彎曲，它在該檢測臺上沿著滾下方向滾下，同時它的位置來回變動，即，它的位置沿著滾下方向波動。該桿的扭曲和彎曲程度越大，該位置波動就會越大。根據(jù)在本發(fā)明的第一方面中的用于檢測桿扭曲的方法，桿扭曲的檢測可以在短時間內(nèi)完成，因為通過該線傳感器以一維圖像信號的形式檢測被該向下滾動桿遮蔽的光，并且可以從由該一維圖像信號獲得的二維圖像信號中立即計算出該位置波動。
進一步地，通過將從該二維圖像信號獲得的該向下滾動桿的位置設(shè)置為該被遮蔽的光信號的重心位置，從而從該被遮蔽的光信號的重心位置的波動值中估計該扭曲的振幅，可以確保與該扭曲程度的關(guān)系。
進一步地，通過探測該被檢測桿一端附近的被遮蔽光信號，可以提高該位置波動的探測靈敏度，由此減少扭曲的探測限制。
根據(jù)本發(fā)明的用于檢測桿扭曲的該檢測設(shè)備包括其中該檢測臺用于在重力作用下從其上滾下桿的主硬件單元、該照明裝置和該線傳感器、以及用于讀取該二維圖像信號和計算該桿的位置波動值的該計算裝置，因此該設(shè)備的安裝費用是便宜的。另外，該設(shè)備可以進一步包括該存儲器裝置，其用于在其中存儲涉及無缺陷桿的位置波動的閾值，和確定裝置，其用于將該被檢測桿的該位置波動值與該閾值做比較從而確定該被檢測桿是好是壞。
本發(fā)明的進一步的目的和優(yōu)點還有那些上面提到的目的和優(yōu)點將從本發(fā)明的優(yōu)選實施例中變得清晰，在此將參考附圖對其進行詳細地介紹，附圖為圖1是解釋根據(jù)本發(fā)明的用于檢測桿扭曲的設(shè)備的一個實施例中的檢測臺、照明設(shè)備和線傳感器的裝配的視圖；圖2是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的用于檢測桿扭曲的設(shè)備的該實施例的整體結(jié)構(gòu)的視圖；圖3是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的存儲在圖像讀取裝置中的位置數(shù)據(jù)的視圖；圖4是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的計算位置波動值的方法的流程圖；圖5是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的由向下滾動桿遮蔽并由線傳感器4探測的光信號的視圖；圖6表示關(guān)于在本發(fā)明的參考例1的A組中選擇的桿樣本的位置波動數(shù)據(jù)；圖7表示關(guān)于在該參考例1的B組中選擇的桿樣本的位置波動數(shù)據(jù)；和圖8是用于解釋桿扭曲的視圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考該附圖對本發(fā)明的實施例進行解釋。參考圖1，顯示的是本發(fā)明的一個實施例中用于檢測桿扭曲的(warpage)裝置中的檢測臺(bed)、照明設(shè)備和線(line)傳感器的裝配。在該檢測臺1的相對的兩側(cè)端部附近具有大約5mm寬、大約120mm長的狹縫(slit)3。該檢測臺以關(guān)于該狹縫3的縱向方向傾斜大約2到5度的角度布置在參考架(未示出)上。在狹縫3下面，照明設(shè)備(桿狀白色熒光燈或類似物)2沿著在該狹縫3中的開口放置。同時，沿著該狹縫3的上開口將該線傳感器4放置在該線傳感器4能夠接收從該熒光燈2發(fā)射的光的位置。注意到該照明設(shè)備2和該線傳感器4的位置可以顛倒。
將被檢測桿，諸如具有圓形橫截面的線狀物體或桿狀物體的一端設(shè)置在該檢測臺上，該被檢測桿跨越在兩個狹縫3之間，并且在重力作用下將該檢測桿沿著圖1所示的箭頭方向滾下。該向下滾動的桿遮蔽了從該熒光燈發(fā)射的光，從而，該被遮蔽的光作為被遮蔽光信號由該線傳感器4探測。圖1表示了同時在該桿的相對側(cè)附近的該桿的兩個位置處探測該被遮蔽光的實施例。上述探測可以在該相對側(cè)附近的該桿的一個位置處執(zhí)行，或者可以使用形成在該檢測臺的中央部分中的狹縫在一個或多個位置處執(zhí)行，這取決于深測物體。
作為向下滾動桿的位置，可以使用沿著該桿滾下方向的外圍表面，即該桿開始遮蔽該光的位置，或者使用沿著與該桿的滾下方向相反的方向的外圍表面，即該桿開始結(jié)束遮蔽該光的位置。而且，可以使用該桿的重心位置，其可以從該被遮蔽光信號的光譜中計算出。
圖5表示說明被遮蔽光信號的示意圖，該被遮蔽光信號是由從恰在滾下開始之后的時刻到恰在滾下結(jié)束之前的時刻滾下的該桿引起的，并且該被遮蔽光信號是由在該線傳感器4內(nèi)成行排列的光電變換器探測的。圖5中表示的是在滾下該桿期間當接收的光量下降時探測被遮蔽光信號(在圖5中基本上是矩形信號)，并且從左到右移動光電變換器的位置。根據(jù)本發(fā)明，該矩形信號強度被削弱的位置、該矩形信號強度被恢復(fù)的位置和該桿的重心位置的任一個可以用作該桿的位置數(shù)據(jù)。該重心位置(其由被遮蔽光信號的光譜計算出)是優(yōu)選的，因為該桿位置可以可靠計算出，即使該線傳感器具有少量的光電變換器，因此，該被遮蔽光信號的矩形脈沖衰減(collapse)從而給出其前緣和后緣傾斜的脈沖。
圖2是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的用于檢測桿扭曲的設(shè)備的一個實施例的整個結(jié)構(gòu)的視圖；由在重力作用下在檢測臺上滾下的該桿引起的被遮蔽光由線傳感器探測作為被遮蔽光信號。作為照明設(shè)備，優(yōu)選使用包括多個以線狀結(jié)構(gòu)布置的白色發(fā)光二極管的線性光源和白色或日光色熒光燈。
將間隔(internal)(其與該線傳感器中的光電變換器的掃描速度有關(guān))從外部單元傳送到包含在個人計算機中的中央計算單元，利用該間隔從該照明設(shè)備中發(fā)射的光由該線傳感器探測。在該線傳感器中的光電變換器(CCD線性傳感器)的數(shù)目與關(guān)于該向下滾動桿的位置信號的位置探測分辨率有關(guān)，例如，可以使用具有7,450像素的傳感器。優(yōu)選使用具有不少于2,048像素的線傳感器以確保可以實現(xiàn)本發(fā)明目的的位置探測和確保從由此獲得的一維圖像信號的二維圖像信號的計算。根據(jù)桿的直徑、滾下速度和類似的參數(shù)合適地設(shè)置被遮蔽光信號的該探測間隔，它通常被設(shè)置在0.2到1毫秒。將正滾動的該被遮蔽光信號的采樣時間設(shè)置到大約1到3秒。
將作為被遮蔽光信號由該線傳感器探測的該一維圖像信號存儲在該圖像讀取裝置中，其包括輸入信號校正電路、A/D轉(zhuǎn)換器(8位256等級)和用于數(shù)字化信號的圖像存儲器電路。至于對其可以進行該位置探測(探測位置過程)的該桿的位置，如上所述，可以使用探測信號光譜強度開始降低的位置、重心位置、該強度恢復(fù)的位置等中的任何一個。從該由此獲得的位置數(shù)據(jù)，可以計算位置波動值，正如將在下面(位置波動分析)所描述的。
存儲在該圖像讀取裝置中的該數(shù)據(jù)是以該被遮蔽光為基礎(chǔ)的探測信號的位置數(shù)據(jù)，與從起點的時間軸和距離軸(對應(yīng)光電變換器的位置)有關(guān)。在沒有扭曲、沒有彎曲、沒有偏心等的理想的圓柱桿狀物體的情況下，將如圖3(a)所示的光滑曲線(沒有位置波動)存儲在該圖像讀取裝置中。同時，如圖3(b)所示，在具有扭曲或彎曲的桿的情況下，以被該桿遮蔽的光為基礎(chǔ)的位置信號帶有波動地移動(在該滾下方向上前后移動)。在圖3(b)中的虛線顯示了通過對該桿的位置曲線實施移動平均處理獲得的移動平均位置曲線，并且通過該重心位置相對于這個移動平均位置曲線的偏離程度獲得該桿的位置波動值。如將在下面所解釋的本發(fā)明的一個實施例中，使用重心位置計算該位置波動值。
圖4是用于解釋從由該二維圖像讀取裝置讀取并存儲在其中的數(shù)據(jù)中計算該重心位置波動值的方法的流程圖。參考圖4，將時根據(jù)本發(fā)明的計算位置波動值的方法進行解釋。在完成讀取由該線傳感器探測的探測信號(讀取二維圖像)之后，該探測信號以在滾下期間的被遮蔽光為基礎(chǔ)，在每個探測時刻(步驟S1)計算工件(被檢測桿)的重心位置(通過該被遮蔽光信號獲得的重心位置)。該桿在時刻t的重心位置通過下面公式(1)計算Σn=17450ft(n)=S2···(1)]]>其中ft(n)是在時刻t由在該線傳感器中的第n個光電變換器探測的輸出電壓值，S是由該輸出電壓值ft(n)和該時間軸限定的部分的積分(integral)值(面積)(其對應(yīng)示于圖5的探測信號的矩形面積)?？梢詮脑摴?1)中獲得在時刻t的中心位置Xg(t)。
接下來，在步驟S2(t)，為了計算在該桿滾下期間該位置波動的振幅，從在時刻t的重心位置Xg(t)計算在時刻t的經(jīng)過校正的重心位置X′g(t)。通過使用下面公式(2)對Xg(t)進行移動平均計算處理獲得該經(jīng)過校正的重心位置X′g(t)X′g(t)=Xg(t)-Σt=1hXg(t)h···(2)]]>其中h為該移動平均處理的系數(shù)，在這個計算過程中可以被設(shè)置為從10到100的值。
該向下滾動桿的重心位置通過位置和時間之間的關(guān)系展示出來，在圖4中的曲線A中簡要地說明該關(guān)系，關(guān)于重心的校正位置，如圖4中的曲線B所簡要說明的那樣，時間軸在水平方向上被修改。
從該校正重心位置的波動值數(shù)據(jù)中獲得最大波動振幅(從正的最大峰值中減去負的最小峰值獲得的值峰峰值)，并且由此獲得的峰峰值與應(yīng)該展示無缺陷物質(zhì)(article)的閾值相比較。如果峰峰值不大于該閾值，則該桿被確定為無缺陷物質(zhì)，但是如果峰峰值大于該閾值，該桿被確定為缺陷物質(zhì)(步驟S3)。圖8表示用于解釋該桿扭曲的簡圖(夸大的)。
實施例準備幾個玻璃桿，每個具有0.6mm的直徑和500mm的長度。關(guān)于這些桿，在下面描述的條件下，使用根據(jù)本發(fā)明的用于檢測桿扭曲的設(shè)備測量扭曲程度。同時探測在該桿的相對側(cè)末端部分的被遮蔽光位置的信號來獲得該桿相對側(cè)末端部分的位置波動值。根據(jù)扭曲程度對這些桿分類。將在每側(cè)末端部分具有不大于0.04mm的位置波動的最大振幅(峰峰值)閾值的桿分在A組，而將在該桿兩側(cè)末端部分的任一部分具有大于0.04mm的最大振幅閾值的桿分在B組。
(被遮蔽光信號的探測)檢測臺的傾斜角5度檢測臺狹縫的長度120mm檢測臺狹縫的寬度5mm線傳感器CCD像素的數(shù)目7,450信號探測間隔0.4毫秒總的信號探測時間1.6秒(位置波動值的計算)針對重心位置的移動平均處理的系數(shù)h50由分在A組的具有小扭曲值的桿獲得的校正位置波動的典型數(shù)據(jù)繪制在圖6中。其顯示出，該桿滾下，同時在滾下期間該位置關(guān)于該滾下方向以大約0.01mm前后波動。這個例子的峰峰值大約0.02。
圖7表示由分在B組的具有大扭曲值的桿獲得的校正位置波動數(shù)據(jù)。其顯示出，該桿滾下，同時在滾下期間該位置關(guān)于該滾下方向以大約0.05mm前后波動。這個例子的峰峰值大約0.10。分別獲得通過積累A組桿所準備的光學(xué)圖像元素和通過積累B組桿所準備的光學(xué)圖像元素。在前面的光學(xué)圖像元素中沒有發(fā)現(xiàn)擾動，但在后面的光學(xué)圖像元素中發(fā)現(xiàn)擾動。
上述例子中在該桿的兩側(cè)末端部分進行向下滾動桿的位置波動測量，上述例子提供有兩個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)都有光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括需要用來探測被遮蔽光信號的照明設(shè)備和線傳感器、圖像讀取裝置和位置波動計算裝置。然而，測量可以在側(cè)末端部分之一的附近進行，也可以在該桿中央部分的一個位置處進行，或在該桿上的多個位置處進行。
在根據(jù)本發(fā)明的檢測桿扭曲方法中對玻璃棒金屬線材料進行專門的說明。然而，本發(fā)明的檢測目的不應(yīng)該限制在這些桿和桿狀物體，具有圓形橫截面和由任何各種材料制成的線性物體，諸如金屬、樹脂、陶瓷或碳可以用于關(guān)于扭曲或彎曲的評價、測量、檢測和分類。根據(jù)本發(fā)明的該檢測設(shè)備特別用于在加工過程中快速方便地檢測和分類產(chǎn)品或半成品。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，考慮到它的扭曲(彎曲或變形)程度可以方便地檢測桿(具有圓形橫截面的線狀物體或桿狀物體)。
權(quán)利要求
1.一種檢測被檢測桿的扭曲的方法，包含步驟在檢測臺上滾下該被檢測桿，由線傳感器探測被該向下滾動桿遮蔽的光作為一維圖像信號，從由該一維圖像信號獲得的二維圖像信號獲得該向下滾動桿的位置波動值，和在該位置波動值的基礎(chǔ)上檢測該桿的扭曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測桿扭曲的方法，進一步包含從該二維圖像中獲得該向下滾動桿的重心位置的步驟，并且其中該位置波動值是表現(xiàn)為重心位置和該重心位置移動平均值之間的差的校正重心位置的波動值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的檢測桿扭曲的方法，其中在該被檢測桿一末端附近探測被遮蔽光信號。
4.一種用于檢測桿扭曲的裝置，包含檢測臺，用于沿傾斜方向滾下被檢測桿；照明設(shè)備，布置相對于在與在該檢測臺的傾斜方向上設(shè)置的狹縫的一側(cè)上；線傳感器，布置在相對于該狹縫的另一側(cè)上；圖像讀取裝置，用于根據(jù)從該照明設(shè)備發(fā)射的和由該向下滾動的被檢測桿遮蔽的光，讀取由該線傳感器探測的一維圖像信號，作為二維圖像信號；和計算裝置，用于從該二維圖像信號中計算該向下滾動桿的位置波動值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的用于檢測桿扭曲的裝置，其中該計算裝置執(zhí)行這樣的計算，即從該二維圖像信號中獲得該向下滾動桿的重心位置，然后，從該重心位置和該重心位置的移動平均值之間的差獲得該向下滾動桿的校正重心位置，其后，計算該校正重心位置的最大振幅。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的用于檢測桿扭曲的裝置，進一步包含存儲器裝置，用于存儲該最大振幅的閾值，和確定裝置，用于通過將該被檢測桿的最大振幅和該閾值相比較確定該被檢測桿是好還是壞。
7.根據(jù)權(quán)利要求4到6中任意一個的用于檢測桿扭曲的裝置，其中將該狹縫設(shè)置在這樣一個位置，即該向下滾動的被檢測桿的一個末端的附近在該位置之上。
8.根據(jù)權(quán)利要求4到7中任意一個的用于檢測桿扭曲的裝置，其中該照明設(shè)備是其中發(fā)光二極管被線性布置的線性光源或桿狀熒光燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠方便快速地檢測桿扭曲的方法和裝置，該桿為具有圓形橫截面形狀的線狀或柱狀物體。將被檢測桿在檢測臺上滾下，并且通過線傳感器探測被該向下滾動桿遮蔽的光作為一維圖像信號。從由該一維圖像信號獲得的二維圖像信號中獲得該向下滾動桿的位置波動值。以該位置波動值為基礎(chǔ)，確定該桿的扭曲程度。該位置波動值的計算是通過從該二維圖像信號中獲得該向下滾動桿的重心位置，從該重心位置和該重心位置的移動平均值之間的差中獲得校正重心位置，其后，獲得該校正重心位置的最大振幅。在該向下滾動的被檢測桿一個末端附近探測該被遮蔽的光信號。
文檔編號G01B11/00GK1808061SQ200510003439
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者植谷悠, 筒井啟輔, 三宅淳司 申請人:日本板硝子株式會社