JP2020044250A

JP2020044250A - 検知装置

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Publication number: JP2020044250A
Application number: JP2018177149A
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: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】被照射体に含まれる対象物の検知精度を高める。【解決手段】実施形態に係る検知装置は、光源と、撮像部と、前面窓と、検知部とを具備する。光源は、被照射体へ光を照射する。撮像部は、画角が３９度以下に設定されたレンズを有し、光源から照射される光を用いて被照射体を撮像する。前面窓は、撮像部の前面に配置され、光を透過する。検知部は、撮像部によって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、抽出した色を含む画像領域を抽出して対象物を検知する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、検知装置に関する。

従来、光源から光を照射した被照射体を撮像して被照射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。

特許第４３０８３１８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。

実施形態に係る検知装置は、光源と、撮像部と、前面窓と、検知部とを具備する。光源は、被照射体へ光を照射する。撮像部は、画角が３９度以下に設定されたレンズを有し、光源から照射される光を用いて被照射体を撮像する。前面窓は、撮像部の前面に配置され、光を透過する。検知部は、撮像部によって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。

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。レンズの画角を示す図である。画角と検知範囲の関係を示す図である。本例および比較例の画角における検知範囲を示す図である。

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、前面窓と、検知部とを具備する。光源は、被照射体へ光を照射する。撮像部は、画角が３９度以下に設定されたレンズを有し、光源から照射される光を用いて被照射体を撮像する。前面窓は、撮像部の前面に配置され、光を透過する。検知部は、撮像部によって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、レンズの画角が２０度以上に設定される。

（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、光源１０と、撮像部２０と、前面窓２ａと、検知部３０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機構７０上を移動し、光源１０からの光が照射された被照射体８０を鉛直上方から撮像することで、被照射体８０に含まれるまたは被照射体８０に付着した異物などの対象物９０の有無を検知する。

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、レンズ２１（図３参照）を有し、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。撮像部２０は、光源１０により照射された光を用いて被照射体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を適宜変更してもよい。

また、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。検知部３０は、例えば、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、抽出した色を有する画像領域を抽出して対象物９０の有無を検知する。なお、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、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。なお、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。

また、検知装置１は、例えば、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。なお、筐体２は、光源１０、撮像部２０、検知部３０、電源部４０を収容する各空間が区画板によって適宜区画されてもよい。

また、筐体２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の前面となる搬送機構７０側に、光を透過する前面窓２ａが配置される。前面窓２ａは、透明性を有する樹脂製のパネルである。

なお、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と接続されてもよい。

また、検知装置１は、筐体２の外部に送風機５０を有する。送風機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、送風機５０は、筐体２の外側の面（例えば、上面）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、農作物などである。被照射体８０は、容器に収容されているかまた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を搬送方向に並べて搬送することにより、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されてもよい。

なお、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）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、撮像部２０からの入力画像（画像認識系信号Ｓ１１）に基づいて、例えば、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して対象物９０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６０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、光源１０、撮像部２０、検知部３０（画像処理コントローラ３１およびＰＬＣ３２）、送風機５０および表示操作部６０へ電圧Ｖ１を供給する。なお、制御電源４２は、光源１０に対する電圧Ｖ２を、光源電源４３を介して供給する。

ここで、撮像部２０によって光源１０からの光で照射された被照射体８０を撮像する場合、レンズ２１（図３参照）のレンズ焦点距離ｆの違いにより撮像範囲が狭まり、すなわち、検知範囲が狭まる（制限される）ことがある。本実施形態では、レンズ２１の画角θを設定することで、撮像範囲が狭まるのを抑えることができる。

（レンズの画角）
図３は、レンズの画角を示す図である。図４は、画角と検知範囲の関係を示す図である。図５（ａ）は、本例の画角における検知範囲を示す図である。図５（ｂ）は、比較例の画角における検知範囲を示す図である。なお、図５（ａ）には、レンズ２１の画角θが３９度の場合を示し、図５（ｂ）には、レンズ２１の画角θが５５度の場合を示している。

図３に示すように、例えば、被写体１００を撮像範囲に収める場合、レンズ２１の画角θは、レンズ焦点距離ｆ、およびフィルム面において被写体が写る領域のサイズ（フレームサイズ）ｘを用いて、下記の数式（１）、（２）から求められる。なお、この場合、光源１０は、３５０〜７８０ｎｍの波長域のＬＥＤ光源とし、撮像部２０は、５００万画素、レンズ焦点距離ｆが８ｍｍのものとする。

図４に示すように、レンズ２１の画角θは、３９度以下に設定され、好ましくは、３９度である。また、レンズ２１の画角θは、２０度以上であることが好ましい。すなわち、レンズ２１の画角θは、２０度以上３９度以下（２０°≦θ≦３９°）に設定される。

また、レンズ２１は、レンズ焦点距離ｆが１２ｍｍに設定される。例えば、レンズ焦点距離ｆが１２ｍｍのものを用いることで、レンズ２１の画角θが３９度となる。このように、例えば、レンズ２１の画角θが３９度である場合、図５（ａ）に示すように、検知範囲が１００パーセントとなり、検知範囲（撮像範囲）内に影が発生しない。

なお、図４に示すように、例えば、レンズ２１の画角θが５５度の場合は、検知範囲が８０パーセントに狭まり、検知範囲（撮像範囲）内には影が発生する。この場合、図５（ｂ）に示すように、検知範囲の例えば四隅Ａに暗部、すなわち、影が発生する。また、図４に示すように、レンズ２１の画角θが９３度の場合は、検知範囲が６０パーセントに狭まり、検知範囲（撮像範囲）内には影が発生する。このことから、レンズ２１の画角θは３９度以下に設定される。

一方、レンズ２１の画角θは２０度以上に設定される。レンズ２１の画角θが２０度未満の場合、レンズ２１の画角θが３９度よりも大きくなる場合のように、検知範囲内に影が発生することはない。しかしながら、レンズ２１の画角θを２０度未満とすることで、レンズ焦点距離ｆが大きくなることとなるため、筐体２が大型化することとなり、好ましくない。よって、レンズ２１の画角θは２０度以上に設定される。

以上説明したように、実施形態に係る検知装置１は、光源１０と、撮像部２０と、前面窓２ａと、検知部３０とを具備する。光源１０は、被照射体８０へ光を照射する。撮像部２０は、画角θが３９度以下に設定されたレンズ２１を有し、光源から照射される光を用いて被照射体を撮像する。前面窓は、撮像部の前面に配置され、光を透過する。検知部は、撮像部によって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、抽出した色を含む画像領域を抽出して対象物を検知する。

レンズ２１の画角θが３９度以下であることで、撮像画像における被照射体８０の明るさが均一となり、撮像画像中から影がなくなる。すなわち、撮像画像中の各ポジションで色味を均一化させることができる。また、レンズ２１の画角θが３９度以下であることで、レンズ焦点距離ｆの違いにより撮像範囲が狭まるのを抑えることができる。以上のことから、撮像部２０による撮像精度を向上させることができ、被照射体８０に含まれる対象物９０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、レンズ２１の前記画角が２０度以上に設定される。レンズ２１の画角θが２０度以上３９度以下であることで、撮像画像における被照射体８０の明るさが均一となり、撮像画像中から影がなくなり、上記同様、撮像部２０による撮像精度を向上させることができ、検知精度を高めることができる。

なお、上記した実施形態では、検知部３０による対象物９０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９０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前面窓
１０光源
２０撮像部
２１レンズ
３０検知部
８０被照射体
９０対象物
θ 画角

Claims

被照射体へ光を照射する光源と；
画角が３９度以下に設定されたレンズを有し、前記光源から照射される光を用いて前記被照射体を撮像する撮像部と；
前記撮像部の前面に配置され、光を透過する前面窓と；
前記撮像部によって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。
前記レンズの前記画角が２０度以上に設定される、
請求項１に記載の検知装置。