JP2002514988A - 表面へのラベル位置決め用改良型装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コンベアライン（２８）上を運ばれる箱（２４）を他のコンベアライン（３２）上を運ばれる包装材（３０）に位置合わせするシステムはその箱及び包装材のデジタル画像を供給する電子式カメラ（２０、２２）を有する。計算機（３６）は、箱を包装材に位置決めする機械的腕（３８）が、箱と包装材の元々の向き方に関係なしに、位置合わせを達成する為に充分な情報を、それらの画像から測定する。包装材コンベアの表面上で、包装材を取り外し可能に保持する負圧を維持する為に、真空だまり（４２）が包装材コンベアの下に配置されている。包装材コンベアはベルトの上面（３１）を背景にカメラ（２０）が視られるよう、包装材を動かす為の、可とう性があり、空気的に多孔質で、光透過性のあるコンベアベルト（３２）を有するが、ベルトは真空だまりの上方で、穴があり、光の透過性のある枠（４０）上に支持されている。包装材とベルトの上面と間の光学的コントラストを増大する為、ベルトの反対側の面を照らすように拡散光源（４６）も用意されている。

Description

【発明の詳細な説明】 表面へのラベル位置決め用改良型装置 本発明は、位置決め或いは位置合わせ装置、とりわけ表面へラベルを付ける為 の自動光学システムに関する。発明の背景 位置決め機械は一般に、順次現出する品物を、予め決められた相互の幾何学的 関係に沿い、即ち位置合わせをして、対応する順序の他の品物に、対応させる装 置と考える事が出来る。例えば、位置決め装置は箱にラベルを組対応させたり、 コンテナやボードや類似のものに撓みやすい包装用材料（即ち包装材）をかけた りするのに有用である。ここで使われている用語“ラベル”と“包装材”、これ らは時に互換性を持って使われるが、これらは情報やパターンが記述されたり、 印刷された薄板や注意書きに限定する意図はなく、もっと広い意味で、包装用板 材やその類似のものも含めて、特に希望するどんな可とう性、や剛性を持つもの でも良い、単に薄板材料として特定されている。 多くの目的の為に、コンテナやラベルのような対象を光学的に調べたり、ラベ ルを対応するコンテナと自動的に位置合わせをし、適切に位置合わせされたラベ ルを箱の表面に位置決めしたり、或いは逆にラベルに箱を位置決めしたりするの に使用出来る、多くの従来技術のシステムがある。例えば、米国特許第３，７７ ８，６１８号（Ｌａｓｃｏｗｓｋｉ）は、薄板が光を透過するコンベアベルトで 、その光路内へ運ばれ、光センサに検出されると、不透明フラップが薄板の先端 により動くようにされ、それでその先端の位置が検出されるようにして、コンベ ア上で通過する透明又は半透明薄板を検出する装置を示している。薄板の後端か らフラップが解除される事が光センサによる後端位置の検出となる。このシステ ムはフラップと組み合わされた先端、後端の部品の位置のみを検出しているので 、 得られる情報は非常に限定される。即ち、薄板の先端、後端がコンベアの動く方 向に直角でなかったり、薄板がコンベアに対しランダムに配置されると、光セン サから得られる情報は必ずしも完全でなく、曖昧であり、その情報に基ずく正確 な位置合わせをするには適切には役立たないだらう。 米国特許第４，７５０，０３５号（Ｃｈａｎｇ ｅｔ ａｌ．）は、光が、コ ンベア上を動く透明又は半透明のコンテナを通して照射され、そのコンテナーが ＣＣＤビデオカメラで捕らえられ、種々の角度を置いた位置からのコンテナの側 面全範囲の数多くの外観が提供されるような、コンテナの品質、清浄度等決定用 ビデオ検査装置を開示している。その後、同じコンテナの種々の外観は互いに比 較され、データ処理装置により欠陥パターンを解析する為の画像相関が取られ、 欠陥のあるコンテナは拒絶される。 米国特許第４，６８２，０２３号（Ｙｏｓｈｉｄａ）、同第４，９４３，７１ ３号（Ｙｏｓｈｉｄａ）、同第５，２１６，２３９号（Ｙｏｓｈｉｄａ）及び同 第５，０９５，２０４号（Ｎｏｖｉｎｉ）は、光を透過するコンテナの底部にあ る欠陥を検出する為に、光と、光センサやビデオカメラのような光に感ずる素子 と、を使う検査手段を示しているものとして興味深いものである。 位置合わせの情報は包装材及び／又は対象物をコンベアベルト内又は上で、予 め形成された凹みや巣型に落ち着かせることで予め決定出来るが、このような巣 型は必ず、システムを特定の形や寸法の包装材や対象物に限定させることになり 、それ故、システムは利用上の柔軟性に欠けることになる。更にこのような巣型 方式は巣型に良くはまり合わなかったり、向きが正しくなかった様な、誤ったは め合わせ品に関して、通常何ら情報をもたらさない。 例えば包装材やラベルと箱のような対象物との間で、合理的で適切な位置合わ せを達成するには、包装材と対象物の、少なくとも二つの次元の、寸法、形及び 向きの詳細な知識を必要とする。包装材と対象物に関するかかる情報は、従来技 術で使われている様に、運搬手段の上を運ばれる包装材及び／又は対象物を視て 、 デジタル計算機での処理に適したデジタル化した画像を提供する電子式カメラの ような光学的視認手段で容易に供給され得る。しかしながら、従来技術の機械は 、それが一つ又は二つのカメラを使うと否とに拘わらず、多くの問題に遭遇する 。特に、人々が、検査用だけでなく、例えばラベルと箱との間の合理的で正確な 位置合わせもする為、適切なデータを用意したいと願う場合において然りである 。寸法、形及び向きに関するデータは、カメラによるようにして、ラベルと箱の 外形を測定することで屡々得る事が出来るが、ラベルや箱が運ばれるコンベアの 表面がラベルや箱と十分なコントラストがないと、カメラにも、カメラの出力を 処理する計算機にも、供給される情報が、不適切か不完全になるであらう。例え ば、もしラベルとコンベアベルトの色や反射係数が非常に近いと、ラベルやコン ベアベルト表面から反射される、非常に強い照明の使用は有効でないことになら う。何故ならばこの場合、信号／雑音比が非常に劣悪になり勝ちだからである。 それ故、本発明の主たる目的は従来技術の、上記で確認した問題を克服するよ うな位置決めシステムを提供するにある。なお本発明の他の目的は、コンベア表 面やその上に支持されたものを視るカメラが作り出す信号が最適になるようなシ ステムを提供することであり、かかる最適化が、カメラにより供給される信号の 信号雑音比を増大するために、コンベア表面とその上で運ばれるものとの間の光 学的コントラストを高めることにより達成されるようなシステムを提供すること にあり、そして、比較的安く、高速作動が可能であるようなシステムを提供する ことにある。 発明の概要 上記及びその他の目的を達成する為に、概略において、本発明は、ラベルの集 合の様な第一グループの順次現出する品物を、箱の集合の様な第二グループの品 物の、対応する列と、相互に位置合わせをして、組対応させる為の改良された装 置を提供する。本装置は、運搬手段上を運ばれて、順次現出するラベルと順次現 出する箱との、各々のデジタル画像を形成する為の一つ以上のカメラを含む、電 子式ビデオ手段を有している。そのデジタル画像から、各々のラベルと箱とが寸 法、形、向きに関して予め決められている品質基準に合致しているか、ラベルと 箱が互いに組対応しているかを測定する為に計算機手段が用意されている。計算 機の測定に反応して、元々の向きがどうあろうと関係なく、ラベルを箱の上に、 或るは逆に、箱をラベルの上に、適切な位置合わせをして、物理的に位置決めす る為にピックアップ手段が用意されている。 本発明の他の重要な一側面は、その一表面上をラベルを順次移動させる為の、 少なくとも一つの空気的に多孔質で光の透過性のあるコンベアベルトの形の運搬 手段を備えていることである。なお、そのベルト上にラベルを取り外し可能な様 に保持し続ける為の負圧を中に保っている真空だまりの上方で、穴の開いた、光 を透過する枠の上に、カメラの焦点面でもあるコンベアベルトが支持されている が、ラベルを、好ましくは拡散光で、後ろから照らす為に、そしてカメラから視 てラベルとベルトの間で高コントラストが得られるように、ベルトの他の表面を 照明する手段が用意されている。 図面の簡単な説明 本発明の性質と目的とをより充分に理解するために、本発明の原理を具体化す る装置を説明している、構成図であり一部断面されている付属図と関連して行わ れている次の詳細な説明が参照されるべきである。 図面の詳細な説明 図で示されるように、本発明の好ましい実施例は、商業的に入手出来るソニー のＸＣ−７７型モノクロＣＣＤカメラのような、一対の良く知られた電荷結合デ バイス（ＣＣＤ）ビデオカメラ２０及び２２から典型的に構成された電子式カメ ラ手段を有している。カメラ２２は、箱の列を動かそうとしている可とう性のコ ンベアベルト２８を含む運搬手段が支えている面２６を背景にして、箱２４（典 型的には、紙、金属、プラスチック及び類似材製の）を、好ましくは上方から、 視るように配備されている。同様に、ＣＣＤカメラ２０は、そのベルト上でラン ダムな向きを持っているかも知れない包装材の列を動かそうとしているコンベア ベルト３２を含む運搬手段が支えている面３１を背景にして、包装材３０（例え ば紙、プラスチック、金属箔、及び類似材の様な材料の比較的平らな薄板として 作られているが）を順次視るように配備されている。作動中、ＣＣＤカメラ２０ は、次々と供給される包装材３０のデジタル画像に対応する電子信号を供給し、 同様にカメラ２２は、コンベヤベルト２８により次々と供給されるの箱２４の画 像に関する信号を供給する。かかる信号は、好ましくは、コンベアベルトの支持 表面を背景にして、参照用の固定枠に関して、視認された、或いは撮影された、 各包装材及び箱の、寸法、形及び向きに関するデータを含んでいる。 カメラからのデジタル画像信号を、電子計算機36に供給する為の手段がリード 線３４の形で用意されているが、計算機は、好ましくは、各信号列で特定された 各箱と包装材が、寸法、形、向きに関し予め決められた品質基準に合致するか否 かを測定し、箱と包装材が相互に組対応されるかを決定し、箱の対応する包装材 への位置決めを実現させる命令を伝えるよう、良く知られている仕方でプログラ ムされている。計算機３６は汎用デジタル計算機でも、専用デジタル計算機でも 、アナログ計算機や専用布線回路でさえも良い事は理解されるであろう。箱２４ の中で計算機が承認したものを取り上げ、対応する、計算機が承認した包装材の 上に、箱や包装材の元々の向きに関係なく位置決めする手段は、カメラからのデ ジタル情報に基づく計算機３６からの計算機コマンドにより作動する可動腕３８ の機構の形で配備されている。腕３８の機構による箱の取り上げ動作は（箱材料 の性質によって）真空、接着、磁界、或いは類似の作動力で達成されて良い。少 なくとも、ベルト３２は、平らな包装材３０をベルト上で比較的固定的だが取り 外し可能な位置に取り外し可能に保持するようポンプ４３で中の負圧が保たれて いる真空だまり４２の上方で、支持枠４０の上面上に摺動するように乗ってい る可とう性の網または空気的に多孔質なベルトとして用意されている。この目的 の為に、典型的には、ベルト３２には、直径が約１／８から１／４インチが典型 的である、ベルトの長手方向の相対する両面間に伸びる複数の穴を用意すること が出来るが、この穴はベルト３２の外表面３１の大気圧と真空だまり４２の減圧 された圧力の間の空気連通路として役立つのである。同様に、枠４０も通気型の 網状体或いは格子として用意され、例えば、その中を通過して、真空だまり４２ と穴４４の間をガスが通過出来るような、例えば直径１／２インチの、大きな穴 或いは孔４５を複数有する、本質的に剛性ある材料の薄板として形成される。ベ ルト２８もベルト３２と同じように形成する事は出来るが、もしそのベルト上を 運ばれる箱或いは他の対象物が、少なくともカメラ２２で視ている間は定まった 位置に留まりやすい程比較的充分重いならば、ベルト２８は多孔質にする必要は なく、対応する真空だまりも用意する必要はない。 包装材３０と表面３１との間の十分な光学的コントラストを本発明で提供する 為に、多孔質コンベアベルト３２は、ガラス、ポリエステル、ポリスチレン、ポ リカーボネイト、及び類似材の様な光の透過性のある繊維で強化された、可とう 性があり、光の透過性のあるウレタンのような、光の透過する（即ち半透明か透 明の）材料で形成するようにしている。同様に、支持と、真空だまり４２内の真 空がベルトを通して空気を引く事が出来る為の通気と、両機構を提供する枠或い は格子４０を、ベルト３２は必ず横切って走らねばならないので、ベルト３２上 に出来るの格子４０の影を避けるか制限する為に、格子４０は、透明な或いは半 透明度の高いプラスチックかガラス材で、好ましくは、ポリテトラフルオルエチ レンか、他の、摩擦係数の非常に低い材料で形成される。格子４０の滑りやすい 特性は、望ましいが、必ずしも必要ではない。複数の長い電気ランプ４６、典型 的には蛍光灯、として示されている光源が、光を透過するベルト３２及び光を透 過する支持格子４０と組み合わされているが、これはベルト３２を背後から照ら すために真空だまり４２の中に配置されている。光学的散乱又は分散手段、典型 的には光を透過し、すりガラス状かオパール状の乳白色の、プラスチック又はガ ラスの層又は拡散板４８が、ランプ４６とベルト３２の間、好ましくは枠４０の 下に、配置される。 作動時は、箱２４と、箱と位置合わせされ、箱に使われようとしている包装材 ３０の各々の列は、矢印で示される、各カメラ２０と２２でそれぞれ視認され得 る方向に、各コンベアベルト２８と３２に沿って運ばれる。コンベアベルト上の 各包装材やラベルの間隔も向きも重要ではない、何故ならば包装材や箱の正確な 位置、寸法、向きはカメラ２０と２２とで測定されるからである。一旦後者が包 装材及びラベルの各一つを視ると、包装材と箱の寸法、形、向きに関する光学的 情報はデジタル化され計算機３６に供給され、アーム３８での箱２４の取り上げ の時期と、適切に位置合わせした箱の位置決めの制御に使われる。代わって、も し計算機により判定されたデータが、箱と包装材が予め設定した限界を越えて組 み合わせ不可であるか、箱か包装材が何か予め設定された基準に合致出来ず、欠 陥があることを示したら、組み合わせ不可だったり欠陥のある品物は廃棄される 。ランプ４６、拡散板４８により供給される拡散式の背後からの照明、枠４０の 光の透過性は、全て、比較的高強度で均一な背景光を提供するのに役立つか、或 いはベルト３２の上面３１に対して輝くことになる。本発明の基本的狙いは包装 材とその背景との間のコントラストを高めることにあるから、コントラストは、 照射強度差に比例する信号を供給するカメラを使って、前述した様に、包装材と 背景との間の発光放射の強度差増大以外の仕方で改善され得ることは心に留めて おかれるべきである。或る場合は、多くの既知のカメラのスペクトラム感度を利 用出来るし、スペクトラムの違いによりコントラストを高めることが出来る。例 えば、包装材３０が特定の波長のバンドや色の光を良く透過する場合は、異なっ た色をベルト３２に供給することが出来る（例えば、ランプ４６の放出スペクト ラムを変えたり、拡散板４８に着色する事によるように、ベルト３２とランプ４ ６の間にカラーフイルターを介在させることにより）。 ここに含まれる発明の範囲から離れずその範囲内で上記装置に或る種の変更を 加えることは可能であり、上記記述に含まれたり、図で示されていることは全て 、本発明の説明する為のもので、本発明をそれらに限定する意図のものでないと 解釈されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ソルバーグ，ハルヴァード，エッチ. アメリカ合衆国．08560 ニュージャーシ イ，タイタスヴィル，リヴァー ドライヴ 30 (72)発明者 ディヴァレリオ，ジョン アメリカ合衆国．19083 ペンシルヴァニ ア，ハヴァータウン，オークモント アヴ ェニュー 2100

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．可動型運搬手段上で順次現出する第一の集合の品物を、現出する第二の集合 の品物の列の対応するものに位置合わせするシステムで、第一の集合の品物と 第二の集合の品物の各々のデジタル化された画像を形成する手段と、前記第一 の集合の品物を前記運搬手段の表面上に取り外し可能に保持する為の負圧を維 持する為に前記運搬手段の隣に配置された真空だまりと、前記デジタル化され た画像からかかる位置合わせ達成の為に充分な情報を判定する為の計算機手段 と、前記の品物の元々の向き方に関係なく、前記計算手段による前記判定に応 じて、前記第一の集合の品物に関して、前記位置合わせをして、前記第二の集 合の品物を物理的に位置決めする手段とを有するシステムにおいて、 前記運搬手段が、前記ベルトの一つの表面を背景に、前記ビデオ手段で視る 為に、前記第一の集合の前記品物を動かす為の可とう性があり、空気的に多孔 質で、光の透過性のあるコンベアベルトと、 前記真空だまりの上方で、前記枠手段に対して動く為に前記ベルトを支える 為の、穴付きの枠手段と、 前記ビデオ手段により視る間、前記ベルトの前記一つの表面を背景に、前記 第一の集合の前記品物を背後照明する為に、前記ベルトの前記反対側の表面を 照明する為の手段と を有することを改良の特徴とする運搬手段。 ２．請求項１記載の運搬手段において、前記ベルトの孔が断面でおよそ１／８イ ンチから１／４インチの範囲の寸法であることを改良の特徴とする運搬手段。 ３．請求項１記載の運搬手段において、前記ベルトが繊維強化プラスチック材料 で形成されていることを改良の特徴とする運搬手段。 ４．請求項１記載の運搬手段において、前記ベルトが可とう性のある網で形成さ れていることを改良の特徴とする運搬手段。 ５．請求項１記載の運搬手段において、前記枠手段が光の透過性のある材料で形 成されていることを改良の特徴とする運搬手段。 ６．請求項５記載の運搬手段において、前記枠手段の前記材料が、前記ベルトを して、前記枠手段を横切って容易に摺動することを可能にする程充分に低い摩 擦係数を有することを改良の特徴とする運搬手段。 ７．請求項１記載の運搬手段において、前記照明手段により提供される照明が拡 散的であることを改良の特徴とする運搬手段。 ８．請求項７記載の運搬手段において、前記真空だまり内に配置された光源手段 を有し、前記拡散照明が前記ベルトと前記光源手段との間に配置された光を透 過させ、光の拡散作用のある薄板で提供されることを改良の特徴とする運搬手 段。