JP2019056655A

JP2019056655A - 検知装置

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Publication number: JP2019056655A
Application number: JP2017182096A
Authority: JP
Inventors: 純藤岡; Jun Fujioka; 正典和氣; Masanori Waki; 幸信中川; Yukinobu Nakagawa; 貴章田中; Takaaki Tanaka; 祥平前田; Shohei Maeda; 剛雄加藤; Takeo Kato; 弘喜日野; Hiroyoshi Hino; 啓資矢内; Keisuke Yauchi; 公人櫻井; Kimito Sakurai; 亮彦田内; Akihiko Tauchi
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: TWI795391B; TW201915478A; JP6705433B2; CN208091898U

Abstract

【課題】対象物の検知精度を高めることができる。【解決手段】実施形態に係る検知装置は、光源と、撮像部と、検知部と、筐体と、冷却部とを具備する。光源は、被照射体へ照射光を照射する。撮像部は、光源から照射された照射光を用いて被照射体を撮像する。検知部は、撮像部により撮像された被照射体の撮像画像から対象物に対応する色を抽出し、抽出した色を有する画像領域を抽出することにより対象物を検知する。筐体は、光源と撮像部と検知部とを内部に収容する。冷却部は、光源と撮像部と検知部とを冷却する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、検知装置に関する。

光源からの光が照射された被照射体としての物品を撮像することで物品に含まれる異物などの対象物の有無を検知する検知装置が知られている。

国際公開第２００７／０９６９５３号特開２０１６−４５１９４号公報特許４３５３７６６号公報

ところで、検知装置においては、被照射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。

本発明が解決しようとする課題は、被照射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。

実施形態に係る対象物の検知装置は、光源と、撮像部と、検知部と、筐体と、冷却部とを具備する。光源は、被照射体へ照射光を照射する。撮像部は、光源から照射された照射光を用いて被照射体を撮像する。検知部は、撮像部により撮像された被照射体の撮像画像から対象物に対応する色を抽出し、抽出した色を有する画像領域を抽出することにより対象物を検知する。筐体は、光源と撮像部と検知部とを内部に収容する。冷却部は、光源と撮像部と検知部とを冷却する。

本発明によれば、被照射体に含まれる対象物の検知精度を高めることができる。

第１の実施形態に係る検知装置の構成を示す図である。第１の実施形態に係る検知装置における各部の冷却の態様の一例を示す図である。従来技術に係る検知装置における各部の冷却の態様の一例を示す図である。第２の実施形態に係る検知装置の光源と撮像部との位置関係の一例を示す図である。従来技術に係る検知装置の光源と撮像部との位置関係の一例を示す図である。第２の実施形態に係る検知装置の光源と撮像部との位置関係の詳細の一例を説明するための図である。第２の実施形態に係る検知装置の光源の傾き角度の一例を説明するための図である。第２の実施形態に係る光源の分光分布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、光源と、撮像部と、検知部と、筐体と、冷却部とを具備する。光源は、被照射体へ照射光を照射する。撮像部は、光源から照射された照射光を用いて被照射体を撮像する。検知部は、撮像部により撮像された被照射体の撮像画像から、対象物に対応する色を抽出し、抽出した色を有する画像領域を抽出することにより対象物を検知する。筐体は、光源と撮像部と検知部とを内部に収容する。冷却部は、光源と撮像部と検知部とを冷却する。

また、以下に説明する実施形態に係る検知装置は、筐体に設けられ、光源および撮像部と被照射体との間に位置する、照射光を透過させるための透光性を有する窓部をさらに具備する。

また、以下に説明する実施形態に係る検知装置は、光源と光源から照射された光が反射する窓部の表面との鉛直方向の距離は、５０ｍｍ以下である。

［第１の実施形態］
（第１の実施形態に係る検知装置の構成）
図１は、第１の実施形態に係る検知装置の構成を示す図である。検知装置１は、光源１０、撮像部２０、検知部３０、電源部４０、冷却部５０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機構７０上を移動する、光源１０からの光が照射された被照射体８０を鉛直上方側から撮像することで、被照射体８０に含まれる若しくは被照射体８０に付着した対象物９０の有無を検知する検知装置である。

光源１０は、電源部４０から供給された電力により、光源１０の下方に配置された搬送機構７０上を移動する被照射体８０および対象物９０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。

撮像部２０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を有するカメラである。撮像部２０は、光源１０により照射された被照射体８０を撮像する。撮像部２０の撮像素子の画素数は、例えば５００万画素である。ただし、被照射体８０および対象物９０の大きさや要求される検知精度に応じて、撮像部２０の撮像素子の画素数は適宜変更してもよい。

そして、撮像部２０は、撮像した被照射体８０の画像を検知部３０へ出力する。なお、撮像部２０は、光源１０により照射された被照射体８０を撮像することができる位置であればどのように配置されてもよい。例えば、図１に示す例において、撮像部２０は、光源１０の上方や側方に配置されてもよい。

検知部３０は、撮像部２０からの入力画像を画像処理した結果から、被照射体８０に含まれる、または被照射体８０に付着した対象物９０の有無を検知する画像認識処理装置である。例えば、検知部３０は、撮像部２０からの入力画像から、対象物９０に対応する色を抽出し、抽出した色を有す画像領域を抽出することにより対象物９０の有無を検知する。

電源部４０は、光源１０、撮像部２０および検知部３０に対して駆動電力を供給する。

また、検知装置１は、光源１０、撮像部２０、検知部３０、電源部４０を収容する筐体２を有する。筐体２は、外光を遮断する素材で形成されている。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。また、筐体２には、光源１０、撮像部２０、検知部３０、電源部４０を収容する空間を区画する区画板２ｂを有してもよい。図１に示す例では、筐体２内の空間は、区画板２ｂにより、光源１０および撮像部２０を収容する第１の空間２ｂ−１と、検知部３０および電源部４０を収容する第２の空間２ｂ−２との２つの収容空間へ区画されている。

なお、筐体２は、区画板２ｂを有さず、光源１０、撮像部２０、検知部３０および電源部４０を１つの収容空間に収容するように構成してもよい。

さらに、筐体２には、光源１０および撮像部２０が、搬送機構７０側へ落下することを防止するため、光源１０および撮像部２０の搬送機構７０側に、可視光透過性を有する窓部２ａを備える。窓部２ａは、例えば樹脂製のパネルである。

また、検知装置１は、筐体２の外部に冷却部５０を有する。冷却部５０は、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。例えば、図１に示すように、冷却部５０は、筐体２の外側の１つの面、例えば側面に取り付けられ、筐体２内部の排熱、除湿および冷却を伴う筐体２内部の換気を行う。

被照射体８０は、例えば、食品、錠剤、農作物等である。被照射体８０は、容器に収容されている若しくは包装資材により包装されていてもよい。また、対象物９０は、例えば、被照射体８０の製造工程において被照射体８０に混入または付着する可能性がある異物である。

対象物９０を含む被照射体８０は、例えば、水平方向に移動可能に構成されたコンベアなどの搬送機構７０に載置される。搬送機構７０は、例えば、複数の被照射体８０を並置させることにより、複数の被照射体８０を連続的に光源１０および撮像部２０の下方に移動させることが可能となるように構成してもよい。

なお、検知装置１は、図１において図示を省略しているが、検知装置１の動作状況等の各種情報を出力するための出力部、検知装置１の動作指示等の各種指示を入力するための入力部、対象物９０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）等の内部記憶装置、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Disk）等の外部記憶装置を含む。

（検知装置における各部の冷却の態様）
図２は、第１の実施形態に係る検知装置における各部の冷却の態様の一例を示す図である。図３は、従来技術に係る検知装置における各部の冷却の態様の一例を示す図である。図２および図３を参照して、第１の実施形態およびに従来技術に係る検知装置の各部の冷却の態様を比較説明する。

図２に示すように、第１の実施形態において、検知装置１の筐体２の側面に設けられた冷却部５０により外部から取り込まれて冷却された空気が、筐体２内部を循環する。また、冷却部５０により、筐体２内部の空気が、筐体２の内部から外部へと排出される。

一方、図３に示すように、従来技術において、検知装置１Ｚの筐体２Ｚの一方の側面に設けられた給気口２ｃを通して、外気が筐体２Ｚ内部へ取り込まれる。また、検知装置１Ｚの筐体２Ｚの他方の側面に設けられた排気口２ｄを通して、筐体２Ｚ内部の空気が筐体２Ｚ外部へ排出される。給気口２ｃおよび排気口２ｄは、空気の流れを促すプロペラファンを有する。

ここで、図３に示すような従来技術においては、検知装置１Ｚの筐体２Ｚ内部の空気の温度は、光源１０、撮像部２０、検知部３０、電源部４０の駆動による上昇の影響のみならず、外気の温度変動にも依存することになるため、光源１０の照度が変動して所定範囲に収まらず、安定しない。このため、光源１０により照射された被照射体８０を撮像部２０により撮像した撮像画像も明度および色度が安定せず、その結果、検知部３０による対象物９０の検出精度が低下する。

すなわち、第１の実施形態に係る検知装置１と、従来技術に係る検知装置１Ｚとを比較すると、検知装置１Ｚは、給気口２ｃおよび排気口２ｄを有することから、筐体２Ｚを密閉構造とできず、検知装置１Ｚの外表面を洗浄する際に水が筐体２Ｚ内部へ侵入し、収容機器類の故障が発生する場合がある。また、検知装置１Ｚは、検知装置１Ｚの外気の高湿により、光源１０が有するＬＥＤ内のＡｇがイオン化してマイグレーションし、短絡する場合がある。また、検知装置１Ｚは、検知装置１Ｚの外気温度の変動に伴い、外気の温度変動に依存して光源１０の照度が安定せず、対象物９０の検出精度が低下する。

一方、第１の実施形態に係る検知装置１は、光源１０と、撮像部２０と、検知部３０と、筐体２と、冷却部５０とを具備する。光源１０は、対象物９０を含む被照射体８０へ照射光を照射する。撮像部２０は、光源１０から照射された照射光を用いて被照射体８０を撮像する。検知部３０は、撮像部２０により撮像された被照射体８０の撮像画像から、対象物９０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することにより対象物９０を検知する。筐体２は、光源１０と撮像部２０と検知部３０とを内部に収容する。冷却部５０は、光源１０と撮像部２０と検知部３０とを冷却する。第１の実施形態に係る検知装置１は、給気口２ｃおよび排気口２ｄを設けず、冷却部５０により筐体２内部の温度および湿度の管理を行うことから筐体２を密閉構造とでき、検知装置１の外表面を洗浄する際に水が筐体２内部へ侵入することを防止できる。また、検知装置１は、冷却部５０により筐体２内部の温度および湿度の管理を行うため、検知装置１の外気の温度や湿度に起因する光源１０の故障を回避するとともに、外気の温度変動に関わらず光源１０の照度を安定化でき、対象物９０の検出精度の低下を抑制し、安定化を図ることができる。

なお、上記した第１の実施形態では、検知部３０による対象物９０の検知は可視光の色抽出に基づくものとしたが、これに限定されず、例えば、紫外光や赤外光の検知に基づいて対象物９０を検知するように構成してもよい。

また、例えば、上記した第１の実施形態では、筐体２内部に、光源１０、撮像部２０、検知部３０、電源部４０が収容されるとしたが、これに限定されず、筐体２内部には少なくとも光源１０および撮像部２０が収容され、検知部３０、電源部４０およびその他の機器は、筐体２の外部に配置され、ケーブルを介して、光源１０および撮像部２０と接続されるように構成してもよい。

［第２の実施形態］
（検知装置の光源と撮像部との位置関係）
光源１０から被照射体８０へ照射される光が窓部２ａで反射して、撮像部２０の撮像素子による撮像画像においてハレーションが発生する場合がある。ハレーションにより、被照射体８０を撮像部２０により撮像した撮像画像の明度および色度が変化し、その結果、検知部３０による対象物９０の誤検知が発生する等の検出精度が低下する場合がある。第２の実施形態に係る検知装置１Ａは、このハレーションを発生させず、検知部３０による対象物９０の検出精度の低下を抑制する検知装置である。

以下の第２の実施形態の説明では、第１の実施形態と同一の構成および処理については、図示および説明を省略する。図４は、第２の実施形態に係る検知装置の光源と撮像部との位置関係の一例を示す図である。図５は、従来技術に係る検知装置の光源と撮像部との位置関係の一例を示す図である。

図４に示すように、第２の実施形態に係る検知装置１Ａが有する光源１０は、光源１０と窓部２ａとの鉛直方向の距離がＹ１となるように、窓部２ａに対して鉛直方向により接近して配置される。Ｙ１は、例えば５０ｍｍ以下である。このため、図４に示すように、光源１０が照射した光が窓部２ａの表面で正反射した反射光が撮像部２０に至らず、撮像部２０により撮像された撮像画像にハレーションは発生しない。

これに対し、図５に示すように、従来技術に係る検知装置１Ｚが有する光源１０は、光源１０と窓部２ａとの鉛直方向の距離がＹである。このため、図５に示すように、光源１０が照射した光が窓部２ａの表面で正反射した反射光が撮像部２０に至り、撮像部２０により撮像された撮像画像にハレーションが発生する。なお、Ｙは、前述のＹ１との間に、Ｙ１＜Ｙの大小関係を有する。

（第２の実施形態に係る検知装置の光源と撮像部との位置関係の詳細）
次に、第２の実施形態において、検知装置１Ａが有する光源１０と窓部２ａとの鉛直方向の距離Ｙ１を５０ｍｍ以下である根拠について説明する。図６は、第２の実施形態に係る検知装置の光源と撮像部との位置関係の詳細の一例を説明するための図である。図７は、第２の実施形態に係る検知装置の光源の傾き角度の一例を説明するための図である。

なお、図６に示すＸは、検知装置１Ａが有する光源１０と撮像部２０との水平方向の距離を示す。また、図６に示すＹ１は、検知装置１Ａが有する光源１０と窓部２ａとの鉛直方向の距離を示す。また、図６に示すＹ２は、検知装置１Ａが有する撮像部２０と窓部２ａとの鉛直方向の距離を示す。また、図７に示すθは、検知装置１Ａが有する光源１０の鉛直方向下向きに対する反時計回りの傾き角度を示す。

ここで、Ｙ１およびＹ２は、次の条件１および条件２の各条件を満たす。条件１は、条件２よりも優先される条件である。

条件１：Ｙ１＜Ｙ２・・・（１）
Ｙ１≧Ｙ２であると、光源１０から照射される光が窓部２ａで反射してハレーションが発生する場合を示すことから、ハレーションが発生しない条件として、上記（１）式とする。

条件２：５０ｍｍ≦Ｘ≦１５０ｍｍ・・・（２）
５０ｍｍ≦Ｙ２≦１５０ｍｍ・・・（３）
−５°≦θ≦４５°・・・（４）
ただし、検知装置１Ａが有する撮像部２０の鉛直方向下向きに対する反時計回りの傾き角度は、０°で固定とする。

ここで、上記（１）式の条件のもと、上記（２）式について検討する。Ｘ＜５０ｍｍのとき、光源１０が、撮像部２０の撮像範囲に入り、撮像部２０の影になる。また、上記（１）式の条件のもと、１５０ｍｍ＜Ｘのとき、光源１０の照射エリア外も照明され、撮像部２０が窓部２ａによる光源１０の反射光を検知してしまう。

また、上記（１）式の条件のもと、上記（３）式について検討する。Ｙ２＜５０ｍｍのとき、撮像部２０が、光源１０の照射範囲に入り、撮像部２０が光源１０の影になる。また、１５０ｍｍ＜Ｙ２のとき、撮像部２０に光源１０が映り込み、誤検知のおそれがある。

また、上記（１）式の条件のもと、上記（４）式について検討する。θ＜−５°のとき、光源１０が照射エリア外を照明することとなる。また、４５°＜θのときも、光源１０が照射エリア外を照明することとなる。

以上から、次の（５）式が、光源１０から照射される光が窓部２ａで反射せず、ハレーションが発生しないＹ１の条件となる。
Ｙ１≦５０ｍｍ・・・（５）
他方、Ｙ１＞５０ｍｍであると、光源１０から照射される光が窓部２ａで反射し、ハレーションが発生する。

（光源および窓部における反射光の分光分布）
図８を用いて、第２の実施形態に係る検知装置１Ａの光源１０から照射された光および光源１０から照射された光が窓部２ａにおいて反射した反射光の分光分布について説明する。図８は、第２の実施形態に係る光源の分光分布の一例を示す図である。

図８に示すように、光源１０は、例えば波長４５０ｎｍ付近に第１のピーク波長を有し、波長５４０ｎｍ付近に第２のピークを有する、約４３０ｎｍ〜８００ｎｍの波長域の光を照射する。すなわち、撮像部２０は、被照射体８０の表面で反射した反射光を受光することとなる。

ところが、従来技術に係る検知装置１Ｚは、同じ分光分布を有する光源１０を用いた場合、光源１０の光が、窓部２ａの表面で反射した反射光と混合されることにより、可視光の概ね全波長領域で反射光の影響を受けて、撮像部２０により被照射体８０を撮像する際にハレーションが発生することになる。ハレーションが発生した被照射体８０の撮像画像を異物検知に用いると、対象物９０の誤検知につながる。

一方、第２の実施形態に係る検知装置１Ａは、光源１０と、撮像部２０と、検知部３０と、筐体２と、窓部２ａとを具備する。窓部２ａは、筐体２に設けられ、光源１０および撮像部２０と被照射体８０との間に位置し、照射光を透過させるための透光性を有する。第２の実施形態に係る検知装置１Ａでは、光源１０と窓部２ａとの距離を５０ｍｍ以下とするため、撮像部２０が被照射体８０を撮像した撮像画像にハレーションが発生せず、対象物９０を誤検知せず、安定した異物検知ができる。よって、第２の実施形態に係る検知装置１Ａによれば、対象物９０の検知精度を高めることができる。

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。

１，１Ａ，１Ｚ検知装置
２，２Ｚ筐体
２ａ窓部
２ｂ区画板
２ｂ−１第１の空間
２ｂ−２第２の空間
２ｃ給気口
２ｄ排気口
１０光源
２０撮像部
３０検知部
４０電源部
５０冷却部
７０搬送機構
８０被照射体
９０対象物

Claims

被照射体へ照射光を照射するための光源と；
前記光源から照射された照射光を用いて前記被照射体を撮像するための撮像部と；
前記撮像部により撮像された前記被照射体の撮像画像から対象物に対応する色を抽出し、抽出した色を有する画像領域を抽出することにより前記対象物を検知するための検知部と；
前記光源と前記撮像部と前記検知部とを内部に収容するための筐体と；
前記光源と前記撮像部と前記検知部とを冷却するための冷却部と；
を具備する、検知装置。
前記筐体に設けられ、前記光源および前記撮像部と前記被照射体との間に位置する、前記照射光を透過させるための透光性を有する窓部；
をさらに具備する、請求項１に記載の検知装置。
前記光源と前記光源から照射された光が反射する前記窓部の表面との鉛直方向の距離は、５０ｍｍ以下である、
請求項２に記載の検知装置。