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技術 四角形を補正する補正方法

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 木下克彦小田暢
出願日 2015年4月13日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2015-081710
公開日 2016年12月1日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2016-200533
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置 燃料電池(本体) イメージ分析
主要キーワード 形状判別 基準直線 中間線 チップ検査装置 補正形状 許容公差 合否判定 判定システム
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

燃料電池電極の製造において、触媒層を塗工する塗工速度を上昇させても、製造される電極が撮像されることで認識される形状の精度を向上させて、電極の歩留まりを向上させる。

解決手段

燃料電池電極の形状として抽出された四角形補正する補正方法は;燃料電池電極の形状としての四角形を抽出する抽出工程と;抽出された燃料電池電極の2組の対向する2辺の内、長辺1組の2辺のそれぞれを延長した直線の交点によって形成される角の角度を二等分する第1の二等分線を特定する工程と;短辺1組の2辺のそれぞれを延長した直線の交点によって形成される角の角度を二等分する第2の二等分線を特定する工程と;第1の二等分線と第2の二等分線との交点を特定する工程と;特定された交点が重心であり、かつ、第1の二等分線に平行な2辺を有するような長方形として補正する工程と、を備える。

概要

背景

従来の四角形形状認識方法として、例えば、特許文献1に記載されているように、直線として認識されていない辺上の複数の座標を取得して、取得した座標の重心を算出することで4つの直線を特定し、特定した4つの直線を結んだ四角形の形状を判別する形状判別装置が開示されている。また、特許文献2には、四角形の欠けのおそれがあるチップの形状を検査する際に、撮像画像濃淡によって検出した欠けも含むチップの全ての面積と、エッジ検出によって特定される四角形の重心および当該四角形の基準直線とによって生成される補正四角形の面積と、に基づいて、検査対象であるチップの合否を判定するチップ検査装置が開示されている。

概要

燃料電池電極の製造において、触媒層を塗工する塗工速度を上昇させても、製造される電極が撮像されることで認識される形状の精度を向上させて、電極の歩留まりを向上させる。燃料電池電極の形状として抽出された四角形を補正する補正方法は;燃料電池電極の形状としての四角形を抽出する抽出工程と;抽出された燃料電池電極の2組の対向する2辺の内、長辺1組の2辺のそれぞれを延長した直線の交点によって形成される角の角度を二等分する第1の二等分線を特定する工程と;短辺1組の2辺のそれぞれを延長した直線の交点によって形成される角の角度を二等分する第2の二等分線を特定する工程と;第1の二等分線と第2の二等分線との交点を特定する工程と;特定された交点が重心であり、かつ、第1の二等分線に平行な2辺を有するような長方形として補正する工程と、を備える。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

燃料電池電極の形状として抽出された四角形補正する補正方法であって、撮像によって取得された4つの直線を結んで、前記燃料電池電極の形状としての四角形を抽出する抽出工程と、抽出された前記燃料電池電極の2組の対向する2辺の内、一方の1組よりも対向する2辺の長さの合計が大きい方の対向する長辺1組の2辺が平行でない場合に、前記長辺1組の2辺のそれぞれを延長した直線の交点によって形成される角の角度を二等分する第1の二等分線を特定する工程と、前記2組の対向する2辺の内のもう一方の短辺1組の2辺が平行でない場合に、前記短辺1組の2辺のそれぞれを延長した直線の交点によって形成される角の角度を二等分する第2の二等分線を特定する工程と、前記第1の二等分線と前記第2の二等分線との交点を特定する工程と、特定された前記交点が重心であり、かつ、前記第1の二等分線に平行な2辺を有するような長方形として補正する工程と、を備える、補正方法。

技術分野

0001

本発明は、燃料電池電極の形状として抽出された四角形補正する補正方法の技術に関する。

背景技術

0002

従来の四角形の形状認識方法として、例えば、特許文献1に記載されているように、直線として認識されていない辺上の複数の座標を取得して、取得した座標の重心を算出することで4つの直線を特定し、特定した4つの直線を結んだ四角形の形状を判別する形状判別装置が開示されている。また、特許文献2には、四角形の欠けのおそれがあるチップの形状を検査する際に、撮像画像濃淡によって検出した欠けも含むチップの全ての面積と、エッジ検出によって特定される四角形の重心および当該四角形の基準直線とによって生成される補正四角形の面積と、に基づいて、検査対象であるチップの合否を判定するチップ検査装置が開示されている。

先行技術

0003

特開昭58−45505号公報
特開平5−118993号公報

発明が解決しようとする課題

0004

燃料電池電極を製造する方法として、電解質膜の両面に長方形状触媒層を塗工する方法が知られている。この方法では、触媒層が塗工された電極を撮像して、撮像によって抽出された電極の寸法について検査を行ない、設定された許容公差内の寸法である電極を合格として判定していた。しかし、触媒層を電解質膜に塗工する速度を上昇させると、撮像によって抽出される電極の形状の誤差が大きくなり、合格と判定される電極が少なくなってしまい、歩留まりが悪化するおそれがあった。特許文献1および特許文献2に開示された技術では、四角形の形状を抽出する上で改善の余地があった。

課題を解決するための手段

0005

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

0006

(1)本発明の一形態によれば、燃料電池電極の形状として抽出された四角形を補正する補正方法が提供される。この四角形を補正する補正方法は、撮像によって取得された4つの直線を結んで、前記燃料電池電極の形状としての四角形を抽出する抽出工程と;抽出された前記燃料電池電極の2組の対向する2辺の内、一方の1組よりも対向する2辺の長さの合計が大きい方の対向する長辺1組の2辺が平行でない場合に、前記長辺1組の2辺のそれぞれを延長した直線の交点によって形成される角の角度を二等分する第1の二等分線を特定する工程と;前記2組の対向する2辺の内のもう一方の短辺1組の2辺が平行でない場合に、前記短辺1組の2辺のそれぞれを延長した直線の交点によって形成される角の角度を二等分する第2の二等分線を特定する工程と;前記第1の二等分線と前記第2の二等分線との交点を特定する工程と;特定された前記交点が重心であり、かつ、前記第1の二等分線に平行な2辺を有するような長方形として補正する工程と、を備える。この形態の四角形を補正する補正方法によれば、触媒層を電解質膜に塗工する電極の製造の速度を上げても、電極を検査するために生成される長方形は、実際の電極の形状とずれ量が少ない。これにより、触媒層を塗工する塗工速度を上昇させても、製造された電極に対して精度の高い検査が行なわれ、検査時の許容公差を小さくしても、製造される電極の歩留まりを向上させることができる。

0007

本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、補正長方形の生成方法を実行する装置、補正長方形の生成方法を用いて製造された燃料電池電極、補正長方形の生成方法を実現させるためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

図面の簡単な説明

0008

本実施形態における燃料電池の電極の補正形状として生成される補正長方形および撮像によって電極の形状として抽出される四角形との対比図である。
燃料電池の電極の形状を判定する判定システムを示す概略図である。
補正長方形の生成工程の流れを示すフローチャートである。
カメラのそれぞれが撮像する撮像範囲を示す概略図である。
対向する2辺を延長して算出される二等分線としての直線を示す説明図である。
生成された補正長方形と電極として抽出された四角形との比較図である。
比較例における複数のカメラのそれぞれが撮像する撮像範囲を示す概略図である。
パターン画像を用いたパターンマッチングによる頂点抽出方法を示す説明図である。
実施形態の補正長方形と比較例の補正長方形との評価を示すグラフである。

実施例

0009

A.実施形態:
A−1.補正長方形の生成:
図1は、本実施形態における燃料電池の電極の補正形状として生成される補正長方形S2および撮像によって電極の形状として抽出される四角形S1との対比図である。燃料電池の電極の製造工程では、電解質膜に触媒層が塗工される際の塗工速度が大きいと、撮像によって抽出される電極の形状の誤差が大きくなり、合否判定をするために生成される電極の補正形状の誤差が大きくなる場合がある。そのため、本実施形態では、撮像によって四角形状として抽出された燃料電池の電極の形状である頂点A,B,C,Dを結んで形成される四角形S1(図1ハッチング部)に基づいて、頂点A1,B1,C1,D1を結んで形成される補正長方形S2の画像を生成する。その後、生成した補正長方形S2の画像と予め設定された基準長方形の画像とを比較することで、触媒層が塗工された燃料電池の電極としての四角形S1が許容公差内の形状であるか否かを判定する。なお、以降では、生成される補正長方形S2の画像を、単に、補正長方形S2とも呼ぶ。

0010

図2は、燃料電池の電極の形状を判定する判定システム10を示す概略図である。判定システム10は、制御装置20と、第1カメラC1と、第2カメラC2と、第3カメラC3と、を備えている。なお、以降では、第1カメラC1と第2カメラC2と第3カメラC3とを合わせて、単に「カメラCB」とも呼ぶ。カメラCBのそれぞれは、CCDイメージセンサーを有するCCDカメラである。第1カメラC1の撮像範囲と、第2カメラC2の撮像範囲と、第3カメラC3の撮像範囲とは、異なり、お互いの撮像範囲は重複していない。

0011

図2に示すように、制御装置20は、CPU21と、各種のコンピュータープログラムを格納しているROM22と、RAM23と、記憶部24と、インターフェース25(IF25)と、を有している。記憶部24は、ハードディスクドライブ(HDD)であり、各種データを記憶する。記憶部24は、電極の形状として生成された補正長方形S2と比較するための基準長方形の画像を記憶している。インターフェース25は、種々の外部機器を接続するためのインターフェースである。インターフェース25は、カメラCBのそれぞれが撮像した画像データと、CPU21から送信される制御信号と、を相互変換する。

0012

CPU21は、ROM22に格納されたコンピュータープログラムを読み出し、RAM23に書き込みおよび読み取りを実行することで、種々の機能を実行する。本実施形態では、CPU21は、カメラCBのそれぞれの撮像画像から、エッジ検出することで、燃料電池の電極の形状を認識する。具体的には、CPU21は、エッジ検出された線などの形状に対して座標を当てはめることで、認識された電極の形状を四角形S1として抽出する。例えば、CPU21は、四角形S1の内の一辺としての直線を、複数の座標から最小二乗法によって特定する。なお、撮像画像から辺を抽出および特定する方法については、周知の技術を適用できる。CPU21は、特定した2辺のそれぞれについて、当てはめた座標を用いて、直線としての傾きを算出することで、当該2辺が平行であるか否かを判定できる。CPU21は、平行でない2辺を延長した場合に、2辺の座標を算出して位置関係を特定することで、2辺の交点を特定できる。CPU21は、特定した平行ではない2辺のそれぞれについて、直線としての傾きや位置を算出することで、2辺を延長した場合の交点を特定できる。CPU21は、抽出された四角形の対向する2辺における中点を結ぶ中間線を算出し、2組の対向する中間線のそれぞれの交点を重心として特定できる。また、CPU21は、所定の頂点を含む三角形を形成して、所定の頂点を挟んで隣接する2辺の比を用いることで、所定の頂点の角の二等分線を算出できる。

0013

図3は、補正長方形の生成工程の流れを示すフローチャートである。補正長方形の生成工程では、初めに、CPU21は、カメラCBを用いて、触媒層が塗工された後の燃料電池の電極を撮像する(ステップS11)。図4は、カメラCBのそれぞれが撮像する撮像範囲を示す概略図である。図4に示すように、第1カメラC1は、頂点Aおよび頂点Dが含まれる撮像範囲CA1を撮像する。第3カメラC3は、頂点Bおよび頂点Cが含まれる撮像範囲CA3を撮像する。第2カメラC2は、第1カメラC1の撮像範囲CA1と第2カメラC2の撮像範囲CA2との間の撮像範囲CA3を撮像する。換言すると、第2カメラC2は、四角形S1を構成する直線ABおよび直線CDの一部を撮像する。

0014

CPU21は、図3のステップS11の処理を行なうと、対向する2つの短辺を抽出する(ステップS13)。CPU21は、撮像画像に対してエッジ検出などを用いることで、撮像範囲CA1の画像に基づいて、対向する短辺の内の1つである直線DAを抽出する。同じように、CPU21は、撮像範囲CA3の画像に基づいて、対向する短辺の内のもう一方である直線BCを抽出する。次に、CPU21は、2つの短辺とは異なる対向する2つの長辺を抽出する(ステップS15)。CPU21は、撮像範囲CA2の画像に基づいて、対向する長辺としての直線ABおよび直線CDを抽出する。

0015

CPU21は、抽出した4つの辺である直線AB,BC,CD,DAに基づいて、交点となる4頂点A,B,C,Dを特定する(ステップS17)。CPU21は、抽出した対向する2つの長辺である直線ABと直線CDとが平行であるか否かを判定する(ステップS19)。CPU21は、直線ABと直線CDとが平行でないと判定した場合には(ステップS19:NO)、2つの長辺を延長して交わる交点Pの角度を二等分する二等分線を、補正長方形S2を生成するために用いられる直線LN1として特定する(ステップS21)。

0016

図5は、対向する2辺を延長して算出される二等分線としての直線LN1を示す説明図である。対向する2つの長辺である直線ABおよび直線CDを延長すると、当該2つの直線は平行でないため、図5に示すように、直線ABと直線CDとは交点Pで交わる。CPU21は、交点Pを頂点とする頂点DPAの角度を、2つの角度θ1に二等分する直線LN1を特定する。本実施形態における直線ABと直線CDとは、請求項における長辺1組に相当し、本実施形態における直線LN1は、請求項における第1の二等分線に相当する。

0017

図3のステップS19の処理において、CPU21は、2つの長辺である直線ABと直線CDとが平行であると判定した場合には(ステップS19:YES)、直線ABと直線CDの中間線を直線LN1として特定する(ステップS23)。直線ABと直線CDとの中間線とは、四角形S1を構成するその他の2辺である直線BCと直線DAとのそれぞれの中点を結んだ直線である。

0018

CPU21は、ステップS21またはステップS23の処理によって直線LN1を算出すると、対向する2つの短辺である直線BCと直線DAとが平行であるか否かを判定する(ステップS25)。CPU21は、直線BCと直線DAとが平行でないと判定した場合には(ステップS25:NO)、2つの短辺を延長して交わる交点Qの角度を二等分する二等分線を、補正長方形S2を生成するために用いられる直線LN2として特定する(ステップS27)。CPU21は、直線ABと直線CDとの交点Pの二等分線である直線LN1と同じように、交点Qの角度を二等分する直線LN2を特定する。本実施形態における直線BCと直線DAとは、請求項における長辺1組に相当し、本実施形態における直線LN2は、請求項における第2の二等分線に相当する。

0019

ステップS25の処理において、CPU21は、2つの短辺である直線BCと直線DAとが平行であると判定した場合には(ステップS25:YES)、直線BCと直線DAとの中間線を直線LN2として特定する(ステップS29)。CPU21は、直線ABと直線CDとの中間線である直線LN1と同じように、直線BCと直線DAとの中間線である直線LN2を特定する。

0020

CPU21は、ステップS27またはステップS29の処理によって直線LN2を特定すると、特定した直線LN1と直線LN2との交点Oを特定する(ステップS31)。CPU21は、特定した交点Oが重心であり、かつ、重心である交点Oを通る直線LN1を中間線として基準長方形の四辺を有する図1に示す補正長方形S2を生成する(ステップS33)。

0021

図6は、生成された補正長方形S2と電極として抽出された四角形S1との比較図である。CPU21は、交点Oを通る直線LN1を中心線とする基準長方形の長辺と、交点Oを通ると共に直線LN1に直交する直線を中心線とする基準長方形の短辺と、によって構成される補正長方形S2を生成する。そのため、基準長方形と補正長方形S2とは、重心の位置や対角線の位置が異なるものの、同一の面積と四辺とを有する長方形である。CPU21は、補正長方形S2を生成すると、補正長方形S2の生成工程を終了する。

0022

CPU21は、補正長方形S2を生成すると、補正長方形S2と予め設定された基準長方形とを比較することで、補正長方形S2の基となる形状が認識された四角形S1が許容公差内の形状であるか否かの判定を行なう。

0023

A−2.補正長方形の評価:
本実施形態の補正長方形の生成工程によって生成された補正長方形S2と、比較例の生成工程によって生成された比較サンプルとしての補正長方形S22と、のそれぞれに対して、実際の電極の形状とのずれ量についての評価を行なった。

0024

図7は、比較例における複数のカメラのそれぞれが撮像する撮像範囲を示す概略図である。図7に示すように、比較例では、電極の形状として、4つの頂点AA,BB,CC,DDのそれぞれを含む撮像範囲CA11,CA12,CA13,CA14が撮像される。撮像画像に含まれる頂点のそれぞれは、直角の形状を示す画像のパターン画像PTが用いられるパターンマッチングが行われることで抽出される。

0025

図8は、パターン画像PTを用いたパターンマッチングによる頂点の抽出方法を示す説明図である。図8(A)には、図7に示す頂点AAの拡大図が示されている。また、図8(B)には、図7に示す頂点BBの拡大図が示されている。比較例のパターン画像PTを用いたパターンマッチングでは、図8(A)に示すように、抽出される頂点が鋭角または直角である場合には、頂点を抽出する一方の辺に、パターン画像PTの一方の辺を重複させることで、頂点AAを抽出している。一方で、図8(B)に示すように、抽出される頂点が鈍角である場合には、破線で示す交点の鈍角の頂点と、パターンマッチングによって形成された頂点BBと、のずれが大きくなるおそれがある。そのため、従来の比較例の頂点の特定方法では、撮像された電極の頂点と異なる点を頂点として抽出してしまうおそれがあった。

0026

比較例では、図7に示すように、パターン画像PTを用いたパターンマッチングによって、4つの頂点AA,BB,CC,DDを抽出した後、当該4つの頂点を結んだ四角形S11が特定される。その後、特定された四角形S11の重心Gが特定され、特定された重心Gを通り、2つの対向する長辺である直線(AA)(BB)の勾配と直線(CC)(DD)の勾配との平均の勾配を有する直線LN3が特定される。その後、重心Gを重心とすると共に直線LN3を長辺の中心線として基準長方形と同じ形状を有する長方形が、比較例の補正長方形S22として生成される。

0027

図9は、実施形態の補正長方形S2と比較例の補正長方形S22との評価を示すグラフである。図9には、実施形態の補正長方形S2と実際の電極の形状とのずれ量M1と、比較例の補正長方形S22と実際の電極の形状のずれ量M2と、が示されている。実施形態のずれ量M1と比較例のずれ量M2とのいずれも、複数のサンプルによって評価されているため、ずれ量としての一定の幅を持っている。図9に示すように、実施形態の補正長方形の生成工程によって生成された補正長方形S2は、比較例の生成工程によって生成された補正長方形S22よりも、実際の電極の形状に対するずれ量が小さい。

0028

以上説明したように、本実施形態の補正長方形の生成方法では、図3のステップS21の処理において、直線ABと直線CDとが平行でないと判定された場合には、2つの長辺を延長して交わる交点Pの角度を二等分する二等分線が、直線LN1として特定される。また、ステップS22の処理において、直線BCと直線DAとが平行でないと判定された場合には、2つの短辺を延長して交わる交点Qの角度を二等分する二等分線が直線LN2として特定される。特定された直線LN1と直線LN2との交点Oが特定され、特定された交点Oを中心とする補正長方形S2が生成される。そのため、本実施形態の補正長方形の生成方法では、触媒層を電解質膜に塗工する電極の製造の速度を上げても、電極を検査するために生成される補正長方形S2は、実際の電極の形状とずれ量が少ない。これにより、触媒層を塗工する塗工速度を上昇させても、電極に対して精度の高い検査が行なわれ、検査時の許容公差を小さくしても、製造される電極の歩留まりを向上させることができる。

0029

また、本実施形態の補正長方形の生成方法では、図3のステップS13からステップS17までの処理において、撮像画像に基づいて燃料電池の電極の四角形状としての4辺が抽出され、抽出された四辺の交点が四角形S1の4つの頂点として抽出される。そのため、本実施形態の補正長方形の生成方法では、従来の四角形S1の4つの頂点をパターンマッチングによって抽出する方法と比較して、撮像された電極の形状に、より近い四角形を抽出できる。よって、四角形S1を基に生成される補正長方形S2は、製造された電極の形状により近く、製造される電極の歩留まりをより向上させることができる。また、本実施形態における補正長方形の生成方法では、四角形S1の四辺を抽出すれば、4つの頂点が抽出されるため、比較例のように4つの頂点のそれぞれを撮像する必要がなく、電極の形状を撮像するカメラCBの台数を少なくすることができる。

0030

B.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

0031

上記実施形態では、触媒層が塗工された電極を撮像するために、3つのカメラCBとしての第1カメラC1と第2カメラC2と第3カメラC3とが用いられたが、撮像するカメラや撮像範囲については、種々変形可能である。カメラは、四角形の4つの辺を抽出できる範囲を撮像すればよく、2台以下であっても、4台以上であってもよい。また、複数のカメラの撮像範囲が重複していてもよい。

0032

上記実施形態では、抽出された2つの対向する長辺についての直線LN1が特定された後に、2つの対向する短辺についての直線LN2が特定されたが、短辺を基に特定される直線LN2が特定された後に、長辺を基に特定される直線LN1が特定されてもよい。

0033

上記実施形態では、補正長方形S2は、対向する短辺と対向する長辺とのそれぞれの辺の長さが異なる長方形であったが、全ての辺の長さが同じ正方形であってもよい。この場合に、図3のステップS33の処理において、交点Oを重心として、直線LN1を中間線とする補正長方形が生成されたが、対向する短辺に基づいて特定された直線LN2を中間線とする補正長方形が作成されてもよい。

0034

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

0035

10…判定システム
20…制御装置
21…CPU
22…ROM
23…RAM
24…記憶部
25…インターフェース
A,A1,AA,B,BB,C,D,DPA…頂点
AB,(AA)(BB),BC,CD,(CC)(DD),DA,LN1,LN2,LN3…直線
CB…カメラ
C1…第1カメラ
C2…第2カメラ
C3…第3カメラ
CA1,CA2,CA3,CA11,…撮像範囲
G…重心
M1…実施形態のずれ量
M2…比較例のずれ量
O,P,Q…交点
PT…パターン画像
S1,S11…四角形
S2,S22…補正長方形

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