JP2010524065A - 平坦物を計数及び検知するための装置並びに方法 - Google Patents
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Abstract
平坦物(14)を計数及び検知するための本発明に係る装置(10)は、照明ビームプロファイル(24)を有する光源(15)、検知ビームプロファイル(30)を有する光センサ(18)、及び光センサ(18)に接続された評価ユニット(20)を含み、検知ビームプロファイル(30)は、検知領域で照明ビームプロファイル(24)と重なっている。検知領域において平坦物(14)の表面プロファイルの一部(33)が照明され、照明ビームプロファイル(24)によって少なくとも部分的に輪郭が縁取られる。光センサ(18)によって生成された検知信号が評価ユニット(20)に送信され、評価ユニット(20)は、検知信号から、検知領域内の平坦物の数量を判別する。
Description
本発明は、請求項1の前段部に記載したような、平坦物を計数及び検知するための装置、並びに、請求項9に記載したような、平坦物を計数及び検知するための方法に関する。
平坦物を計数するための装置(略して計数装置ともいう)は、平坦物の数量を測定するための周知の機器である。平坦物の予定の数量と測定された数量との間に齟齬が生じた場合、適切なエラー訂正を実施することもできる。このような計数装置には、平坦物の数量を、平坦物に接触することなく迅速に検知するために、光センサが使用されることが多い。
このような計数装置は、例えば、欧州特許出願公開第1661833号、及び、国際公開第2007012206号に開示されている。これらのうち国際公開第2007/012206号に開示された装置では、クランプ部に保持されて移送される平坦物に識別情報が付されており、平坦物が監視地点を通過して移送される間に、オプトエレクトロニクス機器により、この識別情報が監視される。この工程において、画像記録ユニットにより識別情報の画像が記録され、記録された画像は電子的に処理されて、この処理の結果、下流側の処理装置に対する制御信号が生成される。
従来の装置では、平坦物に対して、画像記録工程で検知される識別情報を付加する必要があり、また、画像記録工程は、多くの場合、周囲照明の影響を受ける。また、この方法では、完全に平坦になるように互いに重ねられた物品を計数することは不可能であるか、または、可能だとしても多額の費用を要する。
本発明は、平坦物を計数するための計数装置及び計数方法であって、平坦物の数量を、可能な限り費用を低減しつつ確実に測定する装置及び/または方法を提供することを目的とする。
本発明の目的は、請求項1に記載したような、平坦物の計数及び検知装置、並びに、請求項9に記載したような、平坦物の計数及び検知方法によって達成される。特に好ましい実施形態は、従属請求項に記載した特徴により提供される。
本発明に係る、平坦物、特に印刷物を計数及び検知するための装置は、光源、光センサ、及び光センサに接続された評価ユニットを有している。光源は、好適な実施形態ではレーザー光源からなり、ビーム整形光学系を有している。ビーム整形光学系は、例えば、光学レンズ(特に円筒レンズ)、絞り、または回折光学素子から構成され、射出光を所定の照明ビームプロファイルを有するように整形するものである。光は、この照明ビームプロファイル内に位置する物体に照射される。また、ビーム整形光学系によって、光源に関して、光源から空間中を直線状に延びる光軸が定められる。本発明において、この光軸は、照明ビームプロファイルのビーム中心軸をなすものでもあり、以下では、照明ビーム軸ともいう。
光センサは、好適な実施形態では複数の感光素子を備えた電子カメラからなり、検知ビームプロファイルを画定する検知光学系を備えている。検知ビームプロファイル内には、光センサで光を検知可能な全ての位置が含まれる。上述したカメラのような複数の感光素子を備えた光センサを使用する場合、光センサの検知ビームプロファイルは、個々の感光素子が備えるそれぞれの検知ビームプロファイルの組合せからなる。光センサの検知ビームプロファイルは、例えば、複数の感光素子のそれぞれを仮に小さな光源に置き換えることにより、可視化されて現れる範囲である。光源と同様に、光センサに対しても、検知光学系により光軸を定めることができる。本発明において、この光軸は、検知ビームプロファイルのビーム中心軸をなすものでもあり、以下では、検知ビーム軸ともいう。
本発明において、照明ビームプロファイルと検知ビームプロファイルは、互いに偏角をなして検知領域内で重なるように並べられる。好適な実施形態では、さらに、照明ビーム軸と検知ビーム軸は、一平面上に延在する。平坦物を計数するため、平坦物の表面プロファイルの少なくとも一部を検知領域内に置く必要がある。本発明において、平坦物の表面プロファイルの検知領域内に置かれた一部は、照明ビームによりその輪郭が少なくとも部分的に縁取られて、光センサによって検知される。光センサは、平坦物の表面プロファイルの、検知された一部についての情報を含む検知信号を生成することができる。この検知信号は、続いて評価ユニットに送信される。評価ユニットは、好ましくはコンピュータであり、検知信号から、検知時点における検知領域内の平坦物の数量を判別することができる。
特に好適な実施形態において、平坦物を計数及び検知するための装置は、移送装置を備えている。平坦物は、この移送装置によって、移送方向に沿って検知領域を通過するように移送され、例えば、欠落がないかどうかを監視するために、好ましくは、連続して計数される。この場合、照明ビーム軸は、好ましくは、平坦物の面法線に対して傾斜するように配置され、平坦物は、例えば、コンベアベルト上に配置されるか、または、クランプ部またはグリップ部に保持されて移送される。検知領域における照明ビームプロファイルは、ビーム整形光学系によって、好ましくは直線状の領域、特に、所謂照明線として形成され、平坦物の表面プロファイルの一部を所定の態様で照明する。この照明線は、好ましくは、移送方向に対して略平行に延びるものである。光センサとして機能するカメラは、平坦物を直下に臨み、その検知ビーム軸が、平坦物の面法線に対して僅かに傾斜し、かつ、移送方向に対して略直交するように配置される。検知光学系によって、検知ビームプロファイルは、光源により平坦物の表面に投射された照明線の画像がカメラの感光素子上に形成されるように画定される。
特に、検知領域内に平坦物の縁部が位置する場合には必ず、カメラにより記録された照明線の画像に、曲線化した照明線及び照明線のずれ(offset)が現れる。これは、平坦物の厚み及び平坦物同士の並べ方により、読み取られる表面プロファイルに高さの変動が生じるため、照明線が、凹凸を有する投射面上に投射されるからである。この画像情報は、検知信号として、電気的に接続されたコンピュータに送信される。次いで、コンピュータ上で実行可能な画像処理プログラムにより、投射された照明線の画像から、曲線及びずれを用いて、検知領域内の平坦物の数量を判別することができる。画像を記録している間の平坦物の移送を要因とする動きぼやけ(モーション・アーティファクト)の影響を可能な限り小さくするため、記録時間及び/または検知時間は、1つの平坦物がその厚み分だけ移動する時間よりも短いものである。
検知領域内の平坦物の数量は、平坦物の検知された表面プロファイルのみによって判別されるため、平坦物に識別情報を付加する必要はない。照明ビームプロファイル内の光、特に、検知領域における照明線中の光が周囲光よりも高い光強度を有するように、光源から光を発生させることにより、記録画像内に十分なコントラストが生じる。これによって、照明された表面プロファイルを確実に識別することができる。また、レーザー等の単色光源を使用する場合、光センサは、周囲光からの干渉をさらに低減するために、適切なフィルタ素子をさらに備えるものであってもよい。
本発明の特に好適な実施形態は、添付図面を参照して以下に詳述される。
図1に、本発明の好ましい一実施形態における、平坦物を計数及び検知するための装置(以下、略して計数装置ともいう)10と、この計数装置が備える移送装置12が模式的に示されている。平坦物14、具体的には、新聞、雑誌、小冊子等の印刷物は、移送装置12によって移送され、平坦物14の計数装置10は、光源16、光センサ18、及び、光センサ18に接続された評価ユニット20を有している。
光源16として、レーザーダイオードまたは気体レーザー等のレーザー光源、またはLED光源を使用することが好ましいが、白熱電球またはハロゲンランプのような従来の光源を使用することもできる。光源16は、ビーム整形光学系22を備えており、このビーム整形光学系は、所定の照明ビームプロファイル24を形成し、また、光源16の光軸を定めるものである。
図1に示す例では、平坦物14は、移送方向Tに沿って移送され、光源14は、移送方向に対して側方に配置される。光源16の照明ビームプロファイル24は、断面(ビーム断面ともいう)が少なくとも部分的に直線状であり、好ましくは、全体が線状、特に好ましくは直線状である。ここで、ビーム断面は、光源16の光軸(以下、照明ビーム軸26ともいう)に直交する断面である。以下、線状の、好ましくは直線状のビーム断面のことを、照明線ともいう。この例では、線状の断面を備えた照明ビームプロファイル24は、ほぼ一平面内に延在するものである。
このように、ビーム断面を引き伸ばして線状とすることは、例えば、円筒レンズ、絞り、または回折素子を備えた周知のビーム整形光学系22によって実現することができる。照明ビームプロファイル24内は、少なくとも後述する検知領域において、光強度(light intensity)が周囲光よりも高いことが好ましい。加えて、光源16は、レーザー、単色LED、または、フィルターを備えた従来の光源等により発生するような、単色光を発生するものであることが好ましい。これによって、光源16で発生した光が平坦物14上で散乱され、光センサ18によって検知されたときに、光強度及びスペクトル範囲の両方に基づいて、光源16の光を周囲光から識別することが可能となり、ひいては、平坦物14の検知及び計数の信頼性を向上させることができる。
本実施形態における計数装置10では、光センサ18として、複数の感光素子を備えた電子カメラ(例えばCCDカメラ)が使用される。光センサ18は、カメラの対物レンズからなる検知光学系28を備えており、この検知光学系は、検知ビームプロファイル30を画定し、また、光センサ18の光軸を定めるものである。以下、光センサ18の光軸を検知ビーム軸32ともいう。光センサ18は、平坦物14の上方に配置され、平坦物14上に投射された照明線の画像が、検知光学系28によって光センサ18の感光素子上に形成される。すなわち、光源16からの照明ビームプロファイル24と光センサ18の検知ビームプロファイル30は、検知領域内で偏角を有して重なるように配置されており、検知領域内には、計数のための、平坦物14の表面プロファイルの一部33が、少なくとも1つ配置される。この表面プロファイルの一部33は、検知領域内に配置されてそこで照明され、所定の照明ビームプロファイル24により、その輪郭が少なくとも部分的に縁取られる。
ここで、照明ビーム軸26と検知ビーム軸32がなす散乱角αは、好ましくは10°以上180°未満であり、特に好ましくは30°以上40°以下である。このように設定するため、図1及び図3に示す配置例のように、光源16を、照明線の長手軸が移送方向Tと略平行となるように、平坦物14の側方に配置することができる。平坦物14を計数するための検知を実施する場合、照明線は、好ましくは平坦物14の縁部を横切って延在し、さらに、折り畳まれた平坦物14の場合には、平坦物14の折り曲げ部34を横切って延在することが好ましい。
光センサ18は、平坦物14の上方または側方のいずれに配置するものであってもよい。また、図示された光源16と光センサ18の位置を交換することもできる。平坦物14の上方に配置する場合、検知ビーム軸32または照明ビーム軸26は、好ましくは平坦物14の面法線に対して傾斜し、かつ、移送方向Tに対して直交するように配置される。
計数装置10の基本原理は、次のようなものである。予め形状が設定された直線状の照明線を、平坦物14の表面プロファイルの一部33に投射する。このとき、この表面プロファイルの一部33には、平坦物14の厚み及び平坦物同士の並べ方の一方または両方を要因とする凹凸が存在しており、偏角を用いて検知することにより、平坦物の表面プロファイル中の高さ変動を、光センサ18によって取得された照明線の画像中の曲線及びずれとして確定することができる。
平坦物14の表面プロファイルの、照明されて光センサ18により検知された一部33は、光センサ18としてカメラを使用する本実施形態では、画像として記録される。この画像情報は、例えばコンピュータである評価ユニット20に、電気接続を介して検知信号として送信される。
評価ユニット20では、適切なコンピュータプログラム、特に画像処理プログラムを使用して、検知信号から表面プロファイルの一部33についての適切な情報を抽出し、検出された曲線、エッジ、及びずれから、平坦物14の特定の数量を判別する。
本実施形態における計数装置により読み取られる表面プロファイルは、図1及び図3に、符号Aが付された破線で示されている。図1において、平坦物14は、計数装置10に付属する移送手段36を用いて移送される。移送手段は、クランプ部として構成されており、この例では、各移送手段36が、それぞれ2つの平坦物14を保持している。その際、移送方向Tに関して前方の平坦物14が、後方の平坦物14よりも深く、移送手段36のクランプ口内に挿入されており、後方の平坦物14は、前方の平坦物14上に不完全に重ねられた状態で配置されている。
さらに、図1に示すように、各移送手段36自体を、光センサ18とは別のセンサ38によって検知することもでき、このセンサ38は、例えば光バリアとして構成される。移送手段36がセンサ38の監視領域を通過する間に、センサ38は、トリガ信号を生成して評価ユニット20に送信する。そして、移送手段36の移送速度を考慮することにより、特定の時点に検知された平坦物14の数量を、それぞれ、特定の移送手段に対応させることができる。対応させた数量を、その移送手段36に保持する予定の数量と比較することにより、平坦物の移送手段36へのロード時または移送時にエラーが発生したかどうかを判別することが可能となる。これによって、例えば、下流の処理装置で適当な制御信号を発生させることができる。
数量の対応付けに使用されるセンサ38の例が、さらに、図2に示されている。センサ38は、移送方向Tに関して計数装置10の上流側及び下流側のいずれにも配置することができる。図2に示す移送装置12の場合、2つの平坦物14のそれぞれが、グリップ部として構成された移送手段36に、互いに完全に重ねられた状態で保持されている。
図3に、移送手段36としてコンベアベルトを備えた別の移送装置12が示されている。平坦物14は、折り曲げ部34を移送方向Tに関して前方に向け、うろこ状に重ねられて移送手段36上に配置された状態で、計数装置10の検知領域を通過するように移送される。図3にも、上述した例と同様に、計数装置10により読み取られる平坦物の表面プロファイルAが、破線で示されている。
本実施形態における計数装置10は、図4に示すように、グリップ部として構成された移送手段36により懸架される状態で移送される個別の平坦物14、または、互いに不完全に重ねられた平坦物14を計数するために使用することもできる。
光センサ18を、その検知ビーム軸32が平坦物14の折り曲げ部34の長手軸に沿って並ぶように配置した場合、図5a〜図5eに示したような抽出画像が得られる。この例では、光源16の照明ビーム軸26は、上方から、折り曲げ部34のカメラ側の把持されていない部分上に延びており、有利には、平坦物14の側面40に対して少なくとも略平行に延びるものである。この場合でも、照明ビーム軸26と検知ビーム軸32が張る平面は、移送方向Tに対して直交する。
図5a〜図5eには、説明のために、照明線が照射された表面プロファイルの一部33を破線で示したのに加えて、抽出画像中に、読み取りが実施された平坦物14の側面もそれぞれ示されている。これらの例示的な抽出画像に示すように、グリップ部またはクランプ部により懸架方式で移送される平坦物14は、個別に(図5a)、2つ1組で(図5b、図5c、図5e)、または、複数、例えば3つを同時に(図5d)、移送及び計数することができる。
平坦物14を互いにずらして配列する場合(図5c及び図5d)だけでなく、図5b及び図5eに示すように、平坦物14が互いに完全に重ねられている場合でも、検知及び計数することができる。これは、図5a〜図5dに示すような、複数頁を備える折り畳まれた平坦物14の場合も、図5eに示すような、折り畳まれていない単葉の平坦物14の場合も同様である。また、折り畳まれていない単葉の平坦物14が、1つのグリップ部またはクランプ部に複数葉まとめて保持されている場合、計数の信頼性を向上するために、例えばエアーブローを用いて平坦物同士を少なくとも部分的にバラバラに広げることにより、平坦物同士を互いに離隔させることもできる。
移送装置12により検知領域を通じて連続して移送される平坦物14を、連続して計数する場合、画像の光学的品質を向上し、それによって計数の信頼性を向上させるため、光センサ18として機能するカメラは、1つの平坦物14がその厚み分だけ検知領域内を移動する時間よりも短い時間、好ましくは非常に短い時間内に、画像を記録することが好ましい。
さらに、上述したように、光源16の光強度を周囲光よりも増大させるか、または、光源16から射出される光の波長に合わせたフィルターを光センサ18に適用することにより、計数の信頼性を向上させることができる。加えて、照明ビーム軸26と検知ビーム軸32との間の散乱角αを増大させることによって、照明された表面プロファイルの一部33の画像中の、曲線、エッジ、及びずれを拡大することができる。
本実施形態における平坦物14を計数するための装置10及び方法により、装置の費用を低減しつつ、平坦物14の様々な移送方式の大部分に対して適切かつ信頼性の高い方法で、平坦物14を計数することが可能になる。平坦物14は、検知及び計数を行う間に移送することができる。その際、移送速度の絶対値は、移送によって記録画像中に生じる動きぼやけ(モーション・アーティファクト)にかかわらず計数を確実に行うことが可能な最短の記録時間に基づいて、限定される。
また、照明ビームプロファイル24及び検知ビームプロファイル30を、特定の要件に応じて変形してもよい。例えば、平坦物14の表面に投射されて光センサ18により検知される照明線を、複数の照明線、または、時間変動するパターンをなす複数の照明線とすることができる。ここで重要なのは、所定の照明ビームプロファイル24によって、平坦物14の検知領域内に配置される表面プロファイルの一部33の輪郭が、少なくとも部分的に縁取られることである。
平坦物14を計数して数量の不良を判別することに加えて、光センサ18によって検知された照明線の画像を用いて、変形した平坦物14及び不備がある平坦物の一方または両方を検出することも可能である。表面プロファイル中の高さ変動を、予想される変動と比較することにより、このような平坦物14が有する偏差に基づいて、変形及び不備に関する判断を下すことができる。このため、例えば、評価ユニット20において、検知信号と予想信号との比較動作が実施される。この結果、偏差が所定の許容範囲を超えた場合、評価ユニット20は、所定のエラー処理手順を始動させる信号を生成する。特に、変形した平坦物14及び不備がある平坦物の一方または両方を排出するための信号を、移送方向Tに関して計数装置10の下流側にある処理装置に対して送信することができる。勿論、この方法を用いて、様々な種類の平坦物14を、例えば厚みの差異に基づいて検出し、その結果に基づいて平坦物の流れを分岐させることによって、平坦物を仕分けることもできる。
Claims (13)
- 光源(16)、検知ビームプロファイル(30)を画定する検知光学系(28)を備えた光センサ(18)、及び前記光センサ(18)に接続された評価ユニット(20)を有し、平坦物(14)、特に印刷物を計数及び検知するための装置であって、前記光源(16)は、検知領域内で前記検知ビームプロファイル(30)と重なる照明ビームプロファイル(24)を形成するビーム整形光学系(22)を備えており、前記照明ビームプロファイル(24)が前記検知ビームプロファイル(30)に対して偏角をなすように配列することにより、前記検知領域内に配置されて前記照明ビームプロファイル(24)により少なくとも部分的に輪郭が縁取られた、前記平坦物(14)の表面プロファイルの一部(33)を、前記光センサ(18)を用いて検知することができ、かつ、前記光センサ(18)により生成され、検知された前記表面プロファイルの一部(33)についての情報を含む検知信号から、前記評価ユニット(20)によって、前記検知領域内の前記平坦物(14)の数量を判別することが可能であることを特徴とする装置。
- 前記照明ビームプロファイル(24)は、前記検知領域内における前記光源(16)の光軸(32)に直交する断面が、少なくとも部分的に直線状であり、好ましくは、全体が線状、特に好ましくは直線状であって、照明線を形成することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記光源(16)の光軸(26)と前記光センサ(18)の光軸(32)は、約10°以上180°未満、好ましくは30°以上40°以下、の角度をなすことを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 前記光源(16)の光軸(26)と前記光センサ(18)の光軸(32)のいずれか一方または両方は、前記平坦物(14)の面法線に対して傾斜するように配置されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記平坦物(14)は、移送装置(12)により移送方向(T)に沿って移送され、前記光センサ(18)の光軸(32)は、前記移送方向(T)に略直交し、前記照明ビームプロファイル(24)の前記断面の長手軸は、前記移送方向(T)に略平行に延びることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の装置。
- センサ(38)をさらに備えており、特定の時点に関連して判別された前記平坦物の数量をそれぞれの前記移送手段(36)に対応させることができるように、前記移送装置(12)の移送手段(36)が前記センサ(38)の監視領域を通過したときに、前記センサ(38)がトリガ信号を生成することを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記光センサ(18)は、1つの前記平坦物(14)がその厚み分だけ前記検知領域内を移動する時間よりも短い記録時間、好ましくは非常に短い記録時間で画像を記録するカメラ、好ましくは電子カメラ、特に好ましくはCCDまたはCMOSカメラであることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の装置。
- 前記光源(16)の前記照明ビームプロファイル(24)内の光強度は、前記検知領域内において周囲光の光強度よりも高く、前記光源(16)は、好ましくは単色光を発生し、特に好ましくはレーザー光源として構成されることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の装置。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の平坦物を計数及び検知するための装置(10)を使用して、平坦物、特に印刷物を計数及び検知するための方法であって、前記検知領域内に配置され、かつ、前記照明ビームプロファイル(24)により少なくとも部分的に輪郭が縁取られた、前記平坦物の表面プロファイルの一部(33)を、前記照明ビームプロファイル(24)を前記検知ビームプロファイル(30)に対して偏角をなすように配列することによって、前記光センサ(18)を用いて検知し、前記検知領域内の前記平坦物(14)の数量を、前記光センサ(18)により生成され、かつ、検知された前記表面プロファイルの一部(33)についての情報を含む検知信号から、前記光センサに接続された前記評価ユニット(20)によって判別することを特徴とする方法。
- 前記平坦物の表面プロファイルの一部を検知する間、前記検知領域内に前記平坦物(14)の縁部が配置されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記平坦物を計数及び検知するための装置(10)が備える移送装置(12)の移送手段(36)、特にクランプ部、グリップ部、及び/またはコンベアベルトを使用して、前記平坦物(14)は、うろこ状に互いに部分的に重ねられた状態、または、互いに完全に重ねられた状態で、前記平坦物を計数及び検知するための装置(10)に対して相対的に、移送方向(T)に沿って前記検知領域内に個別に移送されることを特徴とする請求項9または10に記載の方法。
- 前記移送手段(36)のうちの1つが、前記平坦物を計数及び検知するための装置(10)がさらに備えるセンサ(38)の監視領域を通過する間に、特定の一時点に関連して判別された前記平坦物の数量を、前記移送手段(36)のうちの1つに正確に対応させることができるように、トリガ信号が生成されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記平坦物の数量は、前記光センサ(18)によって記録された画像から、前記評価ユニットで実行される画像処理プログラムによって判別されることを特徴とする請求項9から12のいずれか1項に記載の方法。
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