JP7035933B2

JP7035933B2 - 検知装置

Info

Publication number: JP7035933B2
Application number: JP2018177339A
Authority: JP
Inventors: 純藤岡; 正典和氣; 康弘服部; 志郎越智; 幸信中川
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: TW202012882A; JP2020044275A; TWI803684B; CN210514111U

Description

本発明の実施形態は、検知装置に関する。

従来、光源から照射される光を用いて搬送部により搬送される被搬送体を撮像して、被搬送体に含まれる異物などの対象物を検知する検知装置が知られている。

また、検知装置には、２つの撮像部を有し、一方の撮像部で上方から被搬送体の表面を撮像し、他方の撮像部で下方から被搬送体の裏面を撮像するものがある。

特許第４３０８３１８号公報

ところで、検知装置においては、被搬送体に含まれる対象物の検知精度を高めることが求められる。

上記したような２つの撮像部で被搬送体を撮像する検知装置の場合、被搬送体の裏面を撮像する撮像部を被搬送体の下方に配置することから、たとえば、撮像部を保護するために撮像部の前面に配置される前面窓が被搬送体からの剥離物などで汚れ、撮像精度が低下し、この結果、検知精度が低下することがある。

本発明が解決しようとする課題は、被搬送体に含まれる対象物の検知精度を高めることができる検知装置を提供することである。

実施形態に係る検知装置は、搬送部と、第１光源と、第１撮像部と、第１前面窓と、第２光源と、第２撮像部と、第２前面窓と、補正板と、検知部とを具備する。搬送部は、長体状の被搬送体を所定の搬送方向に搬送するとともに搬送端部から放出する。第１光源は、搬送部によって搬送される被搬送体へ向けて上方から光を照射する。第１撮像部は、第１光源から照射される光を用いて被搬送体の表面を撮像する。第１前面窓は、第１撮像部の前面に配置され、光を透過する。第２光源は、搬送部の搬送端部から放出される被搬送体へ向けて下方から光を照射する。第２撮像部は、平面視において搬送部の下方に配置され、第２光源から照射される光を用いて被搬送体の裏面を撮像する。第２前面窓は、平面視において搬送部の下方における第２撮像部の前面に配置され、光を透過する。補正板は、第２光源に対して向かい合うように配置され、受光量を補正する。検知部は、第１撮像部および第２撮像部によって撮像された被搬送体のそれぞれの撮像画像から対象物に対応する色を抽出し、抽出した色を含む画像領域を抽出して対象物を検知する。

本発明によれば、被搬送体に含まれる対象物の検知精度を高めることができる。

実施形態に係る検知装置の全体構成を示す図である。実施形態に係る検知装置の制御系の一例を示す図である。

以下に説明する実施形態に係る検知装置は、搬送部と、第１光源と、第１撮像部と、第１前面窓と、第２光源と、第２撮像部と、第２前面窓と、補正板と、検知部とを具備する。搬送部は、長体状の被搬送体を所定の搬送方向に搬送するとともに搬送端部から放出する。第１光源は、搬送部によって搬送される被搬送体へ向けて上方から光を照射する。第１撮像部は、第１光源から照射される光を用いて被搬送体の表面を撮像する。第１前面窓は、第１撮像部の前面に配置され、光を透過する。第２光源は、搬送部の搬送端部から放出される被搬送体へ向けて下方から光を照射する。第２撮像部は、平面視において搬送部の下方に配置され、第２光源から照射される光を用いて被搬送体の裏面を撮像する。第２前面窓は、平面視において搬送部の下方における第２撮像部の前面に配置され、光を透過する。補正板は、第２光源に対して向かい合うように配置され、受光量を補正する。検知部は、第１撮像部および第２撮像部によって撮像された被搬送体のそれぞれの撮像画像から対象物に対応する色を抽出し、抽出した色を含む画像領域を抽出して対象物を検知する。

また、以下に説明する実施形態に係る検知装置は、搬送部は、被搬送体を、搬送方向に対して長手方向が平行となるように搬送し、かつ、１０ｍ／ｍｉｎ以上の搬送速度で搬送する。

（検知装置の全体構成）
図１は、実施形態に係る検知装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、検知装置１は、搬送部３と、第１光源１１と、第１撮像部２１と、第１前面窓２ａと、第２光源１２と、第２撮像部２２と、第２前面窓４ａと、補正板１２１と、検知部３０（図２参照）と、電源部４０（図２参照）とを有する。

検知装置１は、検知装置１の鉛直下方に配置された搬送部３に搬送され搬送方向Ｄ（第１搬送方向Ｄ１）に移動する被搬送体Ｗに対して第１光源１１から光を照射し、第１光源１１から光が照射された被搬送体Ｗを上方から撮像することで、被搬送体Ｗの表面となる上面に含まれる、または被搬送体Ｗの表面となる上面に付着した異物などの対象物Ｆ（対象物Ｆ１）の有無を検知する。

また、検知装置１は、搬送部３の搬送端部３ａから放出されて搬送方向Ｄ（第２搬送方向Ｄ２）に移動する被搬送体Ｗに対して第２光源１２から光を照射し、第２光源１２から光が照射された被搬送体Ｗを下方から撮像することで、被搬送体Ｗの裏面となる下面に含まれる、または被搬送体Ｗの裏面となる下面に付着した異物などの対象物Ｆ（対象物Ｆ２）の有無を検知する。

また、検知装置１は、第１筐体２を有する。第１筐体２は、搬送部３の直上に配置され、例えば矩形箱状であり、第１光源１１および第１撮像部２１を収容する。第１筐体２は、外光を遮断する素材で形成される。第１筐体２は、例えば、外部から内部へ水などの洗浄液が進入することを防止するための密閉構造とすることができる。なお、第１筐体２は、第１筐体２の内部に複数の空間を形成するように、区画板によって適宜区画されてもよい。

また、第１筐体２は、第１光源１１および第１撮像部２１が搬送部３側へ落下することを防止するため、または第１光源１１および第１撮像部２１を保護するため、第１光源１１および第１撮像部２１の前面となる搬送部３側に、光を透過する第１前面窓２ａが配置される。第１前面窓２ａは、透明性を有する樹脂製のパネルである。

また、検知装置１は、第２筐体４を有する。第２筐体４は、搬送部３の直下に配置され、例えば矩形箱状であり、少なくとも第２撮像部２２を収容する。第２筐体４は、第１筐体２と同様、外光を遮断する素材で形成され、例えば、外部から内部へ水などの洗浄液が進入することを防止するための密閉構造とすることができる。なお、第２筐体４においても、第２筐体４の内部に複数の空間を形成するように、区画板によって適宜区画されてもよい。

また、第２筐体４は、第２撮像部２２を保護するため、第２撮像部２２の前面となる第２筐体４における搬送部３による第１搬送方向Ｄ１の下流側となる側面に、光を透過する第２前面窓４ａが配置される。第２前面窓４ａは、平面視において搬送部３の下方における第２撮像部２２の前面に配置される。

第２前面窓４ａは、第１前面窓２ａと同様、透明性を有する樹脂製のパネルである。なお、第２筐体４は、第２撮像部２２の他、例えば、検知部３０（図２参照）を構成する、後述する画像処理コントローラ３１を収容する。

搬送部３は、例えば、２つのローラ間にベルトが掛け回されたベルトコンベアである。搬送部３がベルトコンベアの場合、循環するベルトのベルト面により搬送部３における搬送面が形成される。このような搬送部３は、ベルトの進行方向に伴い、被搬送体Ｗを第１搬送方向Ｄ１（例えば、水平方向）に搬送する。搬送部３を構成する、循環するベルトは、例えば白色である。

また、搬送部３は、第１搬送方向Ｄ１の終端部である搬送端部３ａから被搬送体Ｗを放出する。搬送端部３ａから放出された被搬送体Ｗは、第２搬送方向Ｄ２となる搬送部３の前方かつ下方へ向けて放物線を描きながら移動（落下）する。

第１光源１１は、電源部４０（図２参照）から供給された電力により、第１光源１１の下方に配置された搬送部３の搬送面上を第１搬送方向Ｄ１に移動する被搬送体Ｗおよび対象物Ｆ１へ、例えば３５０～７８０ｎｍの波長域の光を照射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）を含む可視光照射ユニットである。

第１撮像部２１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を有するカメラである。第１撮像部２１は、第１光源１１により照射された光を用いて被搬送体Ｗを撮像する。第１撮像部２１は、第１光源１１により照射された光の反射光を撮像する。

第１撮像部２１の撮像素子の画素数は、例えば５００万画素である。ただし、被搬送体Ｗおよび対象物Ｆ１の大きさや要求される検知精度に応じて、第１撮像部２１の撮像素子の画素数を適宜変更してもよい。また、第１撮像部２１は、撮像した被搬送体Ｗの画像を検知部３０（図２参照）へ出力する。

第２光源１２は、搬送部３の搬送端部３ａの前方かつ下方に配置される。第２光源１２は、電源部４０（図２参照）から供給された電力により、搬送部３の搬送端部３ａから放出され第２搬送方向Ｄ２に移動（落下）する被搬送体Ｗおよび対象物Ｆ２へ、第１光源１１と同様、例えば３５０～７８０ｎｍの波長域の光を照射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）を含む可視光照射ユニットである。

第２撮像部２２は、平面視において搬送部３の下方に配置される。第２撮像部２２の撮像レンズは、搬送部３の前方かつ斜め上方を向いている。

第２撮像部２２は、第１撮像部２１と同様、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を有するカメラである。第２撮像部２２は、第２光源１２により照射された光を用いて被搬送体Ｗを撮像する。第２撮像部２２は、第２光源１２により照射された光の反射光を撮像する。

第２撮像部２２の撮像素子の画素数は、例えば５００万画素である。ただし、被搬送体Ｗおよび対象物Ｆ２の大きさや要求される検知精度に応じて、第２撮像部２２の撮像素子の画素数を適宜変更してもよい。

補正板１２１は、搬送部３の前方において第２光源１２に対して向かい合うように配置される。また、補正板１２１は、第２撮像部２２の撮像レンズに対して板面が向かい合うように配置される。補正板１２１は、第２光源１２からの光の受光量を補正する白色反射板であり、テフロン（登録商標）製であることが好ましい。

ただし、本実施形態では、搬送部３の色、具体的には循環するベルトが白色で、補正板１２１が白色反射板であるが、これに限定されるものではない。搬送部３の色と補正板１２１の色は、被搬送体Ｗに混入または付着する可能性がある異物が第１撮像部２１および第２撮像部２２により撮像されて検知できる色であれば、どのような色であってもよい。また、搬送部３の色と補正板１２１の色が異なっていてもよい。

被搬送体Ｗは、例えば、食品、錠剤、農作物などである。被搬送体Ｗは、長体状であり、搬送方向Ｄにおける前面、後面および左右の側面が曲面となる形状を有する。このため、被搬送体Ｗは、表面および裏面の２つの面を撮像することで、前面、後面および左右の側面を撮像することができる。対象物Ｆは、例えば、被搬送体Ｗの製造工程において被搬送体Ｗに混入または付着する可能性がある異物である。

なお、図１には、被搬送体Ｗが「食品」の場合の検知工程を例示している。この場合、搬送部３の上流側において、冷凍または半冷凍された被搬送体Ｗが前段搬送部５から搬送され、排出機６から搬送部３へ排出される。排出された被搬送体Ｗは、搬送部３によって搬送される間に表面が撮像され、搬送端部３ａから放出され、空中を飛んでいる間に裏面が撮像される。

搬送端部３ａから放出された被搬送体Ｗは、収容部７内に着地して、例えば、収容されるか、または後段装置へ搬送される。

搬送部３は、被搬送体Ｗを、第１搬送方向Ｄ１に対して長手方向が平行となるように搬送する。これにより、長体状の被搬送体Ｗが第１搬送方向Ｄ１に転がるのを抑えることができる。

また、搬送部３は、被搬送体Ｗを１０ｍ／ｍｉｎ以上の搬送速度で搬送する。搬送部３は、被搬送体Ｗを４０ｍ／ｍｉｎで搬送することが好ましい。これにより、被搬送体Ｗを搬送端部３ａから適切な飛距離で放出することができ、第２撮像部２２による撮像時間の確保や着地による被搬送体Ｗの損傷の低減が可能となる。

また、搬送部３は、複数の被搬送体Ｗを第１搬送方向Ｄ１に並べて搬送することにより、複数の被搬送体Ｗを連続的に第１光源１１および第１撮像部２１の下方に移動させることができるように構成される。

検知装置１は、検知装置１の動作状況などの各種情報を出力するための出力部、検知装置１の動作指示などの各種指示を入力するための入力部、対象物Ｆに対応する色の範囲に関する情報や、検知装置１の各部の動作を制御するプログラムやパラメータを記憶する記憶部を有する。記憶部は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの内部記憶装置、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Disk）などの外部記憶装置を含む。

検知装置１は、上記したように、検知部３０と、電源部４０とを有する（いずれも、図２参照）。検知部３０は、第１撮像部２１および第２撮像部２２からの入力画像を画像処理した結果から、被搬送体Ｗに含まれる、または被搬送体Ｗに付着した対象物Ｆ１，Ｆ２の有無を検知する画像認識処理装置である。

検知部３０は、例えば、第１撮像部２１および第２撮像部２２からの入力画像から、対象物Ｆ１，Ｆ２に対応する色を抽出し、抽出した色を有する画像領域を抽出して対象物Ｆ１，Ｆ２の有無を検知する。検知部３０の更なる構成については、図２を用いて後述する。

電源部４０は、第１光源１１、第１撮像部２１、第２光源１２、第２撮像部２２および検知部３０に対して駆動電力を供給する。電源部４０の更なる構成については、図２を用いて後述する。

なお、検知装置１は、例えば、第１筐体２および第２筐体４のそれぞれの外部に、防水性を有する屋外盤用クーラーなどのための冷却機構である送風機を有してもよい。送風機は、第１筐体２および第２筐体４のそれぞれの内部の排熱、除湿および冷却を伴う換気を行う。

（検知装置の制御系）
図２は、実施形態に係る検知装置の制御系の一例を示す図である。図２に示すように、検知装置１の制御系において、検知部３０は、例えば、画像処理コントローラ３１と、ＰＬＣ（Programmable logic controller）３２とを有する。

画像処理コントローラ３１は、第１撮像部２１および第２撮像部２２のそれぞれからの入力画像（画像認識系信号Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ）に基づいて、例えば、被搬送体Ｗの表面および裏面の対象物Ｆ１，Ｆ２（図１参照）に対応する色を抽出し、抽出した色を有する画像領域を抽出して対象物Ｆ１，Ｆ２の有無を検知する。

ＰＬＣ３２は、上記したように、検知装置１の動作状況などの各種情報を出力するための出力部、検知装置１の動作指示などの各種指示を入力するための入力部、対象物Ｆ１，Ｆ２に対応する色の範囲に関する情報や、検知装置１の各部の動作を制御するプログラムやパラメータを記憶する記憶部を有する制御装置である。

ＰＬＣ３２は、画像処理コントローラ３１からの検知結果（画像認識系信号Ｓ１２）が入力されると、検知結果に基づいた制御信号Ｓ２１を、例えば、タッチパネルなどの表示操作部５０へ出力する。また、ＰＬＣ３２は、外部装置へ向けた入出力信号Ｓ２２を出力する他、各制御信号Ｓ２３を出力する。

電源部４０は、例えば、１次側電源４１と、制御電源４２と、光源電源４３とを有する。１次側電源４１は、制御電源４２の電圧供給源であり、制御電源４２と配線接続されている。制御電源４２は、制御対象となる各機器、すなわち、第１光源１１、第１撮像部２１、第２光源１２、第２撮像部２２、検知部３０（画像処理コントローラ３１およびＰＬＣ３２）、および表示操作部５０へ電圧Ｖ１を供給する。

なお、制御電源４２は、第１光源１１および第２光源１２に対する各電圧Ｖ２を、光源電源４３を介して供給する。

以上説明したように、実施形態に係る検知装置１は、搬送部３と、第１光源１１と、第１撮像部２１と、第１前面窓２ａと、第２光源１２と、第２撮像部２２と、第２前面窓４ａと、補正板１２１と、検知部３０とを具備する。搬送部３は、長体状の被搬送体Ｗを所定の搬送方向Ｄ（Ｄ１）に搬送するとともに搬送端部３ａから放出する。第１光源１１は、搬送部３によって搬送される被搬送体Ｗへ向けて上方から光を照射する。第１撮像部２１は、第１光源１１から照射される光を用いて被搬送体Ｗの表面を撮像する。第１前面窓２ａは、第１撮像部２１の前面に配置され、光を透過する。第２光源１２は、搬送部３の搬送端部３ａから放出される被搬送体Ｗへ向けて下方から光を照射する。第２撮像部２２は、平面視において搬送部３の下方に配置され、第２光源１２から照射される光を用いて被搬送体Ｗの裏面を撮像する。第２前面窓４ａは、平面視において搬送部３の下方における第２撮像部２２の前面に配置され、光を透過する。補正板１２１は、第２光源１２に対して向かい合うように配置され、受光量を補正する。検知部３０は、第１撮像部２１および第２撮像部２２によって撮像された被搬送体Ｗのそれぞれの撮像画像から対象物Ｆ（Ｆ１，Ｆ２）に対応する色を抽出し、抽出した色を含む画像領域を抽出して対象物Ｆ１，Ｆ２を検知する。

実施形態に係る検知装置１は、被搬送体Ｗを下方から撮像する、すなわち、被搬送体Ｗの裏面を撮像する第２撮像部２２、および第２撮像部２２の前面において第２撮像部２２を保護する第２前面窓４ａが、搬送部３の搬送端部３ａから放出される被搬送体Ｗの直下に位置しないことから、例えば、被搬送体Ｗから剥離したカスなどが第２前面窓４ａに付着することがない。このため、第２前面窓４ａの汚れを抑えることができる、これにより、第２撮像部２２による撮像精度の低下を抑えることができ、この結果、被搬送体Ｗに含まれる対象物Ｆ（Ｆ２）の検知精度を高めることができる。

また、第２撮像部２２が、搬送部３から放出された被搬送体Ｗを、第２搬送方向Ｄ２の後方における斜め下方から撮像することで、空中を飛んでいる被搬送体Ｗの裏面に対して向かい合うような位置から被搬送体Ｗを撮像することができる。これにより、被搬送体Ｗの裏面全体をくまなく撮像することができ、これによっても、被搬送体Ｗに含まれる対象物Ｆ２の検知精度を高めることができる。

また、実施形態に係る検知装置１は、搬送部３は、被搬送体Ｗを、搬送方向Ｄ（Ｄ１）に対して長手方向が平行となるように搬送し、かつ、１０ｍ／ｍｉｎ以上の搬送速度で搬送する。

搬送方向Ｄ（第１搬送方向Ｄ１）に対して長手方向が平行となるように被搬送体Ｗを搬送することで、被搬送体Ｗが長尺状であっても搬送中に搬送方向Ｄ（第１搬送方向Ｄ１）に転がらないため、搬送部３による被搬送体Ｗの搬送が安定する。また、１０ｍ／ｍｉｎ以上の搬送速度で被搬送体Ｗを搬送することで、被搬送体Ｗを搬送端部３ａから適切な飛距離で放出することができ、また、第２撮像部２２による撮像時間を確保することができる。

なお、上記した実施形態では、検知部３０による対象物Ｆ（Ｆ１，Ｆ２）の検知が可視光の色抽出に基づいたものであるが、これに限定されず、例えば、紫外線や赤外線の検知に基づいて対象物Ｆ（Ｆ１，Ｆ２）を検知するものに適用することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１検知装置
２ａ第１前面窓
４ａ第２前面窓
３搬送部
１１第１光源
１２第２光源
２１第１撮像部
２２第２撮像部
３０検知部
１２１補正板
Ｆ対象物
Ｗ被搬送体

Claims

長体状の被搬送体を所定の搬送方向に搬送するとともに搬送端部から放出する搬送部と；
前記搬送部によって搬送される前記被搬送体へ向けて上方から光を照射する第１光源と；
前記第１光源から照射される光を用いて前記被搬送体の表面を撮像する第１撮像部と；
前記第１撮像部の前面に配置され、光を透過する第１前面窓と；
前記搬送部の前記搬送端部から放出される前記被搬送体へ向けて下方から光を照射する第２光源と；
平面視において前記搬送部の下方に配置され、前記第２光源から照射される光を用いて前記被搬送体の裏面を撮像する第２撮像部と；
平面視において前記搬送部の下方における前記第２撮像部の前面に配置され、光を透過する第２前面窓と；
前記第２光源に対して向かい合うように配置され、受光量を補正する補正板と；
前記第１撮像部および前記第２撮像部によって撮像された前記被搬送体のそれぞれの撮像画像から対象物に対応する色を抽出し、抽出した色を含む画像領域を抽出して前記対象物を検知する検知部と；
を具備する、検知装置。
前記搬送部は、前記被搬送体を、前記搬送方向に対して長手方向が平行となるように搬送し、かつ、１０ｍ／ｍｉｎ以上の搬送速度で搬送する、請求項１に記載の検知装置。