JP2966107B2 - 寸法測定システム - Google Patents

寸法測定システム

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JP2966107B2
JP2966107B2 JP8536701A JP53670196A JP2966107B2 JP 2966107 B2 JP2966107 B2 JP 2966107B2 JP 8536701 A JP8536701 A JP 8536701A JP 53670196 A JP53670196 A JP 53670196A JP 2966107 B2 JP2966107 B2 JP 2966107B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、物体の寸法を決定する装置に関する。特
に、それは物体を収容するために必要とされる最小の寸
法のボックスを決定する寸法測定装置に関する。特に、
本発明は運転しているコンベア上の物体の寸法を正確に
決定するパッケージ分類および取扱い用の自動寸法測定
システムに関する。
従来技術の概要 輸送業界において、コストを削減し、取扱われるパッ
ケージ量を増加するために、自動パッケージ処理が強く
要望されている。これは、バーコードラベル付けによる
自動パッケージ識別と、ラベルを識別してパッケージの
経路を定めるスキャナによる自動分類によって行われ
る。典型的にパッケージ分類は、パッケージの寸法に基
づいて行われる。輸送業では、送料はパッケージの寸
法、重量および送り先と直接関連している。したがっ
て、正しいパッケージ寸法の効率的な決定は、スループ
ットおよび料金計算の両方にとって特に重要である。
パッケージの３次元表現を行う自動システムを提供す
るためにある改良が為されてきてはいるが、既知のシス
テムは複雑で高価である。パッケージ寸法を得るための
いくつかの既知のシステムが存在する。米国特許第5,19
3,120号明細書に記載されている１つのシステムは、測
定されるべき物体上にコリメードされた光のラインを投
射する光源を使用する。ビデオカメラを使用する映像シ
ステムは、物体のプロフィールが視覚化されることがで
きるように構成された光に関して角度を付けて物体を見
る。ビデオ信号は、物体の３次元表現量を光のラインに
基づいて計算するように処理される。
国際公開番号WO 94/27166に記載されている別のシス
テムは、ファン状の形態において反射され、反射鏡を使
用して平坦な表面に導かれるレーザービームを使用して
いる。レーザービームは高周波で発振され、元のビーム
と物体の表面から反射された光との間の位相差から物体
の高さが求められる。このシステムは、光ビームが物体
までの距離を往復するために要する時間を計算する。可
動式往復台に取付けられたシステムは、物体の上を通過
して、何回かの高さ測定後に、物体の大きさを決定す
る。
米国特許台4,758,093号明細書には、ホログラフレ走
査機構を使用する３次元測定システムが記載されてい
る。プロジェクタ対カメラおよび相対角度に基づいた三
角測量が表面座標を計算する基礎をなす。
物体の高さを決定する装置は、米国特許第4,929,843
号明細書に記載されている。このシステムは、コンベア
表面を横切ってラスター走査されるレーザビームを使用
して光の線条を生成する。限定された視野を有するテレ
ビジョンカメラは、光の線条の見掛け上の位置を物体の
高さに基づいて移動させる角度で物体を見る。
既知のシステムは、物体の高さを獲得し、または３次
元表現を実施するために使用されることができるが、両
システムは物体領域をある角度で見て、濾波および処理
が為されなければならない大きいアナログ信号を生成す
る。効率を高め、かつ寸法測定システムのコストを削減
するために、物品がコンベアで運ばれているときにその
物品を正確かつ高速に表現する安価で自動化された手段
を有することが望ましい。この目的は、処理される視覚
データ量を減少することによって達成されることができ
る。
発明の解決しようとする課題 本発明の目的は、移動しているコンベア上の３次元物
体を走査して、その高さを計算する寸法決定装置を提供
することであり、それによって、この物体を収容するこ
とのできるボックスを決定することをか可能にするもの
である。
課題解決のための手段 本発明は、移動しているコンベア上に載置されて移動
している物体の寸法を決定する装置において、コンベア
の移動方向に対して直交する垂直な平面に関して角度θ
をなして垂直方向に対して傾斜している平面において走
査ビームをコンベアを横切って移動させる手段を有し、
それによって走査ビームをコンベア上の物体と繰り返し
交差させ、垂直な平面に平行であり、かつ、ビームと対
応して移動するライン視野を有し、反射されたイメージ
を受取る検出手段と、イメージ検出手段によって受取ら
れた反射されたイメージに基づいて物体に対する複数の
イメージ点の高さｈを計算する計算手段とを具備してい
ることを特徴とする。
このシステムの他の目的および利点は、ここに記載の
好ましい実施形態の詳細な説明から当業者に明らかにな
るであろう。
図面の簡単な説明 図１は、コンベアの上方に位置された寸法測定システ
ムの斜視図である。
図２は、図１のライン２−２に沿った断面図である。
図３は、図１のライン３−３に沿って見た図である。
図４は、図１のライン４−４に沿って見た図である。
図５は、オフセット距離が測定され方法、および物体
の高さが計算される方法を示した説明図である。
図６は、システムのブロック図である。
図７は、収容工程のフローチャートである。
図8Aは、収容工程において第１の４個の点がどのよう
にして決定されるかを示す。
図8Bは、収容工程において第２の４個の点がどのよう
にして決定されるかを示す。
図8Cは、収容工程においてボックス構造がどのように
してボックス形状に形成されるかを示す。
図8Dは、試験物体フェーズを示す。
図９は、寸法測定システムの別の実施形態の斜視図で
ある。
図10は、寸法測定システムの第２の別の実施形態の斜
視図である。
好ましい実施形態の説明 以下、図面を参照して好ましい実施形態を説明する。
各図面を通して同じ符号は同じ素子を表している。
図１において、本発明による寸法測定システム15が示
されている。寸法測定システム15は、物体14を運ぶコン
ベア部分12の上方に位置されている。寸法測定システム
15は、本体10およびパラボラ反射面26から構成されてい
る。寸法測定システムは、物体14を運ぶコンベア部分12
の上方のスタンド16に取付けられている。本体10は、通
常の手段によってシート状金属または鋳造プラスチック
から形成されたハウジング18に収容されている。寸法測
定システム15に含まれた素子を示すためにハウジング18
は一部分しか示されていない。
寸法測定システム15は、ハウジング18に取付けられた
レーザダイオードおよびレンズ装置20から構成されてい
る。レーザ装置20はコヒーレントなコリメートされたビ
ーム21を生成し、このビームが六面のマルチファセット
反射鏡を備えたホイール22に導かれる。反射鏡を備えた
ホイール22はモータ24によって駆動され、回転している
反射鏡ホイール22からビーム21が反射されるにつれて、
このビーム21が移動する。これは、図に21a,21bおよび2
1cで表されている一連の連続ビームを生成する。一連の
ビーム21a,21bおよび21cは高品質のパラボラ反射面26に
導かれ、この反射面26がこれら一連のビーム21a,21bお
よび21cを反射し、進行方向に対して垂直なコンベアベ
ルト表面13の走査画像を生成する。
図４に図示されているように、パラボラ反射面26は、
反射鏡ホイール22から平行なビーム21a′,21b′および2
1c′を生成し、コンベアベルト13にそれらを導くために
使用される。反射鏡ホイール22は、パラボラ反射面26の
焦点に位置されている。レーザビーム21が反射鏡ホイー
ル22からベルト13に直接移動される場合には、走査ビー
ムが点光源から放射し、隣接している物体からの影を互
いに投じる。走査ビームを上方からの平行なものにする
ことによって、影は生じない。
好ましい実施形態において、レーザダイオード／レン
ズ装置は、6.24mmの焦点距離を有する非球面ガラスレン
ズを備えた三菱35mW、690nmのレーザダイオードであ
る。図１を再度参照すると、モータ24およびモータ制御
回路25は、モータドリフトを最小にするように設計され
ている。好ましい実施形態において、モータ速度は一定
して533rpmである。
CCD（電荷結合素子）ライン走査カメラ30は、ハウジ
ング18に取付けられており、反射鏡ホイール22に向けら
れている。カメラ30は、ライン視野42を有している。反
射鏡ホイール22が回転するにしたがって、ライン視野42
は一連の走査ビーム21a,21bおよび21cと共に対応した位
置（42a,42bおよび42cで示されている）に向けられる。
カメラ30は、ハウジング18に取付けられた論理プロセッ
サ35に直列アナログ信号を出力する。
レーザ装置20、カメラ30、反射鏡ホイール22およびパ
ラボラ反射面26の幾何学的配置は、図２乃至４に詳細に
示されている。レーザ装置20およびカメラ30は、反射鏡
ホイール22の軸に平行な平面上に取付けられる。図３に
示されているように、レーザ装置20およびカメラ30は互
いに角度θだけオフセットされており、この角度はほぼ
５°である。θは、レーザビーム21の中心とカメラ30の
視野42の中心軸44との間の角度を測定することによって
規定される。
図２および４に示されているように、反射鏡ホイール
22はパラボラ反射面26を横切ってレーザビーム21を掃引
し、この掃引されたビーム21はほぼ90°にわたってパラ
ボラ反射面26を照射する。パラボラ反射面26は、レーザ
ビーム21を反射して一連の平行なビーム21a′,21b′お
よび21c′を発生させる。
カメラの視野42は、レーザビーム21と同じ平面におい
て整列され、反射鏡ホイール22に導かれる。図２に示さ
れているように、視野42の中心軸44はコンベア表面に対
して垂直になるようにパラボラ反射面26によって反射さ
れる。パラボラ反射面26による反射後の平行なレーザビ
ーム21′の角度は、カメラの視野42の中心軸44からθの
ままである。
所定の点における物体14の高さは、角度θを使用して
三角測量で測定される。コンベアの上方におけるレーザ
ビーム21′と垂直なカメラの視野42との間のオフセット
角θは、レーザビームがコンベア表面と垂直に交差する
交差点40aとレーザビーム21が物体14を照射した時の映
像点40bとの間に水平オフセットｄを生成する。図５に
示されているように、オフセットｄはカメラ30の線形視
野42によって捕捉される。交差点40aと映像点40bとが同
じ場合、すなわち物体が存在しない場合、イメージはCC
D線形アレイの一方の端部d0に位置するように方向付け
られる。物体が走査ビーム21の下方を移動していくにし
たがって、映像点40bはコンベアベルト上のそのディス
クリートな点での物体の高さに基づいてCCDアレイの他
方の端部に向かって移動される。以下、d0からの距離で
あるオフセットｄの計算をさらに詳細に示す。
カメラ30の出力は、図６に示されているA/D（アナロ
グデジタル）変換器32の入力に供給される。A/D出力
は、レーザスポットの位置に対応した２進デジタルパル
スである。
好ましい実施形態において、ライン走査カメラ30は、
ダルサ（Dalsa）モデルCL−C3である。レンズは、170mm
の焦点距離を有する。被写界深度が914.4mm（36イン
チ）を越える状態に焦点を維持するために、CCDアレイ
はレンズを通った中間平面に関する角度で傾斜されてい
る。傾斜角度は、シャインプフルーグ条件を使用して決
定される。角度は、レンズの焦点距離と物体の平面角度
とに依存している。物体の平面角度はレンズに向かって
投射される。レンズの中間平面は、物体平面の延長線と
交差するように延長される。同様に、イメージ平面のラ
インは、同じ点で交差するように延長される。３つのラ
インが交差するために、イメージ平面は角度を付けられ
なければならない。３つの延長線の交差する角度がシャ
インプフルーグ角度である。角度的な関係は、コンベア
上の物体と、反射された光路と、レンズおよびCCDアレ
イとの間の空間的な関係および方向によって得られる。
したがって、CCDアレイは、物体サンプル点がCCDアレイ
の活性領域上に結像されるように少しオフセットされな
ければならない。シャインプフルーグ条件の使用は、被
写界深度全体に対する小さい反射レーザスポットサイズ
を可能にする。
CCDアレイは512個の画素を含んでいる。最大走査高は
914.4mm（36インチ）であり、それは１画素当り1.778mm
（0.07インチ）の解像度が得られる。カメラ30は、画素
を積分し、その積分後にクロックアウトするのに28乃至
55マイクロ秒を必要とする。28マイクロ秒は信号をクロ
ックアウトする最小時間である。
カメラ制御回路は、画素クロックおよびサイクルクロ
ックから構成されている。サイクルクロックは、積分時
間を制御し、画素クロックは画素がクロックアウトされ
る速度を制御する。サイクルクロックは、走査ゼロ（コ
ンベアベルト端）からスタートしてコンベアベルト面を
横切って移動する（6.35mm（0.25インチ）の増分で）に
つれて、240のパルスを生じる（１走査ごとに）ように
走査と同期される。直列データ流の入力を可能にするよ
うに、画素クロックがA/D変換器と同期される。
図６には、寸法測定システム15のブロック図が示され
ている。平行な光を出力し、かつ反射光を受取るために
必要な素子については上述されている。
カメラ30が反射光を受取った後、CCD感光画素は、露
光の強度に比例した電荷を累積する。出力は、電圧が反
射光の強度に比例するアナログ波形である。レーザース
ポットは、ガウス分布によりモデル化されることができ
る。それはその後プロセッサ35に入力される。
プロセッサ35は、カメラ30からアナログ信号を受取っ
てデジタル信号を出力するA/D変換器32から構成されて
いる。変換器は、カメラ30からのアナログ波形をデジタ
ル化するめに固定レベルの比較回路を使用する。A/D処
理の第１段階では、入来した信号が濾波されて望ましく
ない雑音を除去され、増幅される。次の段階は、可変利
得を与えられる。最後の段階において、２進出力パルス
を生成するA/D変換が行われる。
論理回路板34は、A/D変換器32から２進信号を受取
る。この信号は、カメラ30におけるCCDアレイによって
検出された反射イメージ点に対応した単一パルスであ
る。スキャナから出力されたLVAL（カメラがその画素を
クロックアウトしていることを示す信号）が高く設定さ
れた場合、その前縁はレーザースポットパルスまでの距
離を測定する開始点として使用される。２個の12ビッ
ト、60MHzのカウンタがLVAL信号の立上りエッジでスタ
ートする。第１のカウンタは、レーザービームイメージ
点40bを示すレーザースポットパルスの前縁で停止さ
れ、メモリに記憶され、また第２のカウンタは信号の立
下りエッジで停止され、メモリに記憶される。プロセッ
サ35はエッジ値の間の差を計算し、これがレーザービー
ムイメージ点40bの中心を表す。この数は、レーザービ
ームイメージ点40bがコンベア交差点40aから離れている
距離ｄに変換される。この距離ｄおよび角度θを使用し
て、ボックスの高さが計算される。
高さｈは簡単な三角方程式： ｈ＝d/tanθ （式 １） を使用して論理回路板34によって計算される。
この関係は、１つの工程で距離へのカウンタの変換に
よりグループ化されることができる。各点に対してこれ
を行うことによって、中心カウントが高さに直接変換さ
れることができる。検索表を生成することによって、処
理時に装置の間で生じたどのような変化でも較正される
ことができる。
距離ｄが測定されるたびに、高さｈがそのディスクリ
ートな点で計算される。ビームイメージ点は、好ましく
は0.25インチのインターバルでコンベア12を横切って走
査が進行しているときに、その測定が行われる。これに
よって、１走査画像ごとに240個のディスクリートなサ
ンプルイメージ点が生成される。タコメータ37がコンベ
アベルト速度を測定し、走査周波数に基づいて走査間の
距離が計算される。
各サンプルイメージ点は、x,y,z成分からなる。ｘ成
分は、タコメータパルスをカウントすることによって得
られたディスクリートな0.0625インチの増分での距離で
ある。ｙ成分は、コンベアの走査ゼロの側部からのディ
スクリートな0.25インチの増分での距離である。ｚ成分
は、レーザー・カメラの相互作用によって測定された時
のベルトからパラボラ反射面への0.0625インチの増分で
の物体の高さｈである。
図７のフロー図に示されているように、データは、獲
得される（ステップ50）と、ボックスの構造を限定する
ために処理される。走査が終了した後、240個のサンプ
ル点からのデータがソフトウェア中の予備プロセッサ機
能に供給される（ステップ51）。予備プロセッサの目的
は、カメラからの生の高さデータを0.07インチの増分に
変換し、較正された収差をデータから除去することであ
る。例えば、サンプルイメージ点の数５が平均より常に
２カウント大きい場合、サンプル５に含まれているデー
タは２カウントだけ低下される。
予備プロセッサがデータを正規化してしまうと、それ
はラン・レングスエンコーダモジュールに供給される
（ステップ52）。ラン・レングスエンコーダは、240個
のディスクリートな高さサンプルを取って、全体的な走
査画像を多数のラインセグメントに変換する。ラインセ
グメントは、同一走査線上に存在する類似したゼロでな
い高さを有する隣接したサンプルイメージ点のグループ
から構成されている。各ラインセグメントは、コンベア
ベルト上のその開始位置、長さおよび高さによって限定
される。ラインセグメントはもはやディスクリートなも
のではなく、それらの成分はそれらを形成しているディ
スクリートな点の平均である。フロー図に示されている
ように、データが得られ、予備処理された後に、ライン
セグメントは収集フェーズに送られる。データ収集フェ
ーズ中、入来したラインセグメントは前に採取されたラ
インセグメントに対するそれらの位置にしたがって特定
のボックス構造に割当てられる。
収集フェーズ（ステップ53）中、個々のラインセグメ
ントは、１以上の物体の情報を含んでいてもよい。第２
の物体のデータが前に採取されたデータ中の傾向により
明らかである場合、ラインセグメントは２つのラインセ
グメントに分割され、正常に割当てられる。ラインセグ
メントが分割されることができない場合、それは最も近
く整合するボックス構造に通常割当てられ、したがって
このボックス構造が１以上の物体の情報を含むものとな
り、後で分割フェーズ（ステップ54）および検査物体フ
ェーズ（ステップ64）がこの余分な情報を取除かなけれ
ばならない。
特定のデータ収集期間中、ボックス構造がラインセグ
メントを１つも受取らず、現在の走査線中に物体が存在
しないことを示した場合、そのボックス構造は分割フェ
ーズに送られる。
分割フェーズ（ステップ54）中、ソフトウェアはボッ
クス構造によって限定されたイメージの外側エッジを検
査する。分割モジュールがボックス構造に含まれている
ラインセグメントの勾配の急激な変化を認識した場合、
モジュールはこのボックス構造を多数のボックス構造に
解体する。これらの各ボックス構造は、勾配が誤って解
釈された場合に元のボックス構造を再構成するためのタ
グ情報を含んでいる。このデータは全てデータ減少ユニ
ットに送られる。
データ減少ユニットフェーズ（ステップ56）中、較正
されたボックス構造イメージのエッジに接しない全ての
ラインセグメントは削除される。これは、終点が前また
は次の走査ラインセグメントの終点に接しない、または
それを越えない任意のラインセグメントを削除すること
によって達成される。これは、収容フェーズ中の処理時
間を短縮する。
収容フェーズ（ステップ58）は、イメージ化された物
体を最小のボックス構造内に収容する。物体を収容する
ために、第１の辺の角度方向が決定されなければなら
ず、その後、内部面積が最小化され、かつラインセグメ
ントを全て含むように２つの直交する辺と、対向した平
行な辺とが計算される。第１の辺の角度方向を決定する
ために、ボックス構造を含むラインセグメントデータか
ら点が限定される。
図8Aに示されているように、Ｔ点は、ボックス構造に
おける第１のラインセグメントの始点であり、最小の
［ｘ］値を有する。Ｂ点は最後のラインセグメントの終
点である。Ｒ点は走査ゼロの点に最も近いラインセグメ
ントの始点であり、すなわち最小の［ｙ］値を有する。
Ｌ点は、走査ゼロの点から最も遠いラインセグメントの
終点であり、すなわち最大の［ｙ］値を有する。
これらの４点T,R.BおよびＬが決定された後、ライン
セグメントが計算される。基準として、ボックス構造の
中心が最大および最小のｘおよびｙ値の間の中間点とし
て選択される。
図8Bに示されているように、ラインセグメント▲
▼，▲▼，▲▼および▲▼は、それらばボ
ックス構造を限定する個々のラインセグメントを全て収
容するまで中心から接線方向に移動される。計算された
接線の各ラインがボックス構造のラインセグメントに接
する最後のサンプル点は、４個の新しい点;TR,RB,BLお
よびLTを限定する。
収容フェーズの最終部分は、それ自身の角度方向をそ
れぞれ有する16個のラインの、８個の点による限定を伴
う。第１のエリアは、ＴとTR、TRとＲ、ＲとRB等の隣接
する点のそれぞれの間で限定される８個のラインから成
る。第２の８個のラインは、TRとRB、RBとBL、BLとLT等
や、ＴとＲ、ＲとＢ、ＢとＬ等の１つおきの点の間で限
定される。
計算された各ラインは、コンベアの幅および走行する
長さに関する角度を限定する。例えば、図8Cに示されて
いる点BLとＬによって限定されるラインに関して、ライ
ンBL−Ｌに平行な誇張されたラインＡが計算され、それ
はサンプル点に接するまでボックス構造の外側から内に
向かって移動される。ラインＡに平行なラインＢが計算
され、Ａに対向する辺から内に向かって移動される。ラ
インA,Bに垂直な２個の付加的なラインＣおよびＤが計
算され、ボックス構造をボックス形状に形成するように
内に向かって移動される。この操作は、上述のように計
算された16個のラインのそれぞれに対して行われる。ボ
ックス構造を収容する計算された最小面積は、次のフェ
ーズに出力される。
エッジ点の全ておよびボックスを限定するライン内の
面積に基づいてボックス構造の面積を計算することによ
って検査が行われる。２つの面積がほぼ等しい（ステッ
プ59）場合、ボックスは終了され、そうでなければボッ
クスは再処理フェーズに送られる。
再処理フェーズ（ステップ60）中、隣接したセグメン
トに類似していない（ステップ62）無関係のラインセグ
メントは、それらが隣接したデータと整合するまで調節
される。ボックス構造は収容フェーズに戻される。ボッ
クス構造が前に再処理フェーズを経ている場合、それは
検査物体フェーズに送られる。
検査物体フェーズ（ステップ64）はデータを試験し、
走査された物体のシルエット画像を再生する。図8Dに示
されているように、このフェーズに到達したボックス構
造は、不規則的に成形された物体、別の物体に接してい
る物体、或は標準的なプロセスが正確にそれらを収容す
ることができないやり方で配置された物体のものであ
る。このフェーズのプロセスによって、タイヤや、別個
の物体が接した状態で複雑な構造をなしているものが適
切に収容されることが可能になる。
この方法の検査物体フェーズ（ステップ64）は、ボッ
クス構造の輪郭を生成し、これら輪郭を試験してコーナ
ーを探す。凹んだコーナー、およびボックス構造中に入
りこんでいるコーナーが認識される。コーナーはボック
スの辺を形成するように結ばれ、マッチした凹んだコー
ナーは、それらが満足する多数のボックス構造に分割さ
れるように結ばれる。新しい個々のボックス構造は、可
能な限り小さい方形内に収容される。
プロセスの最終的なステップは、ボックスデータが表
示され、周辺装置に送信される終了フェーズである（ス
テップ66）。
当業者は、収容プロセスが、既知のパラメータが存在
する特定の適用に調節されることが可能であることを認
識するであろう。例えば、長方形のボックス形状の物体
だけが走査されることが分かっている場合、エッジ点の
全てに基づいたボックス構造の面積は、ラインが規定す
るボックスの面積にほぼ等しくなければならないため、
ステップ59で行われた比較は高度な等しさに関する近似
計算に基づいて行われることができる。さらに、走査さ
れている全ての品物が均一の高さを有していることが分
かっているが、異なる品物が著しく異なった高さを有し
ている場合、ステップ54の分離フェーズは、同じ走査の
セット内において発生する２個のボックス構造の存在を
決定する１つの方法としてラインセグメントの高さの均
一性における変化を探すように構成されてもよい。
ソフトフェアはまた反射鏡ホイールファセットにおけ
るオフセットと、反射鏡ホイールとコンベアの表面との
間の不均一な距離のために生じる測定された高さにおけ
る変化とを補正する。図４に示されているように、走査
ビーム長21aは、走査ビーム長21bより大きい。この長さ
の差は、ソフトウェア中にプログラムされた簡単な三角
関数に従う。
論理回路板34上のメモリは、関連データおよび頻繁に
使用されるプログラムコードの一部分を記憶するように
十分に大きい。好ましい実施形態において、４個の256K
×32SRAMモジュールが搭載されている。ソフトウェアを
実行する好ましいプロセッサは、テキサス・インスツル
メンツTMS320C30 CMOSデジタル信号処理集積回路であ
る。
エラーカウントは、サンプルが多数の転移のために除
去されなければならなかった回数を記録するように保持
される。測定の品質もまた記録される。１から99までの
スケールは、寸法が正確である信頼レベルを示す。寸法
に関して疑念がある場合、それは低い数を割当てられ
る。この数は、寸法が請求書の作成に使用される程十分
に正確であるか否かを決定するためのしきい値として使
用されることができる。
好ましい実施形態はパラボラ反射面26を使用している
が、別の実施形態は図９に示されているようにレーザー
ビームをコリメートするために透過ホログラム126を使
用することが可能である。フレネルレンズはまた、互い
にほぼ平行であるように走査における個々のレーザービ
ームをコリメートして、屈折させるために使用されるこ
とができる。
平行な走査を近似するための２個のフラット反射鏡で
パラボラ反射面26を置換することもできる。走査画像は
３つの部分に分割される。中央部分は、反射鏡ホイール
からコンベアの中央部分に対する直接走査である。中央
部分の幅は限定されているため、影付けは最小化され
る。他の２つの走査部分がコンベアの外側部分をカバー
する。２個のフラット反射鏡は、回転している反射鏡ホ
イールの上方で傾斜している。ほぼ平行な走査では、光
が反射鏡に向かって上方に進行し、その後コンベアのほ
うへ下方に反射される。フラット反射鏡は、パラボラの
外側領域を近似しており、中心部分が反射鏡ホイールか
らの直接走査画像によって置換される。この装置におい
て、付加的な反射鏡および分割された走査のために発生
した距離および角度変化を補正するために、ソフトウェ
アはさらに複雑になることが要求される。
平行な走査を近似するためにマルチファセットパラボ
ラ面によってパラボラ面26を置換することもできる。走
査はディスクリートな部分に分割される。光は反射鏡セ
グメントに向かって上方に進行し、その後ほぼ平行な走
査でコンベアへ下方に反射される。反射鏡ファセット
は、真のパラボラ面を近似している。この装置におい
て、付加的な反射鏡のために生じた距離および角度変化
を補正するために、ソフトウェアはさらに複雑になるこ
とが要求される。この別の実施形態において、走査ごと
に479個のサンプルが獲得される。
走査中１以上の物体が存在する可能性がない場合に
は、反射面は不要である。図10に示されているように、
本体10が正確さを全く損なわずに単独で使用されてもよ
い。システムの下方における物体が一時に１個である場
合には、影付けは生じ得ない。この状況において、平行
な走査は不要であり、そのままの角走査が好ましい実施
形態となる。外部光学系は不要であり、システムのコス
トおよび寸法を減少することができる。
好ましい実施形態において、ライン走査カメラを使用
しているが、別の実施形態ではPSD（位置感応性検出
器）を使用することができる。PSDは、反射されたレー
ザースポットが検出される箇所に関する電流を出力す
る。出力電流は、係数となる輝度情報なしに位置を示す
ため、出力の処理が簡単化される。
本発明は好ましい実施形態との関連で説明されている
が、当業者は、以下の請求の範囲に大要を示された本発
明の技術的範囲内にある他の変形を認識するであろう。
フロントページの続き (72)発明者 マーティン、 デイビッド・エル アメリカ合衆国、ニュージャージー州 08628、ウエスト・トレントン、センテ ィック・ドライブ 611 (56)参考文献 特開 昭53−143257（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−110789（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−195514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−108208（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−23209（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】移動しているコンベア（12）上に載置され
    て移動している物体（14）の寸法を決定する装置（15）
    において、 コンベア（12）の移動方向に対して直交する垂直な平面
    に関して角度θをなして垂直方向に対して傾斜している
    平面において走査ビーム（21）をコンベア（12）を横切
    って移動させる手段（22）を有し、それによって走査ビ
    ーム（21）をコンベア（12）上の物体（14）と繰り返し
    交差させ、 前記垂直な平面に平行であり、かつ、ビーム（21）と対
    応して移動するライン視野（42）を有し、反射されたイ
    メージ（42a,42b,42c）を受取るイメージ検出手段（3
    0）と、 イメージ検出手段（30）によって受取られた反射された
    イメージ（42a,42b,42c）に基づいて物体（14）に対す
    る複数のイメージ点（40b）の高さ（ｈ）を計算する計
    算手段（35）とを具備していることを特徴とするコンベ
    ア（12）上の物体（14）の寸法決定装置。
  2. 【請求項２】イメージ検出手段（30）は、各イメージ点
    （40b）におけるコンベア（12）に関する物体（14）の
    高さｈを表す信号を出力するライン走査カメラ（30）で
    ある請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】さらに、信号を受信し、各イメージ点（40
    b）における高さｈの値を計算し、それによって高さデ
    ータを生成し、複数のイメージ点（40b）からのデータ
    を記憶し、この高さデータに基づいて物体（14）の３次
    元寸法の測定値を決定するプロセッサ（35）を具備して
    いることを特徴とする請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】前記ライン走査カメラ（30）は、大きい被
    写界深度にわたって焦点を維持するためにシャインプフ
    ルーグ条件を使用し、 前記ライン走査カメラ（30）はレンズおよび検出器アレ
    イを有し、 前記レンズおよび検出器アレイは互いに関して、および
    選択された地点で限定されたイメージ平面に関して固定
    した角度関係で取付けられ、 前記レンズおよび検出器アレイは、前記選択された地点
    を通過した物体（14）がコンベア（12）に関して304.8m
    m（12インチ）以上の被写界深度にわたって焦点を結ぶ
    ような前記角度関係を有している請求項２記載の装置。
  5. 【請求項５】レンズおよび検出器アレイの配置は、結果
    的にコンベア（12）に関する被写界深度を914.4mm（36
    インチ）以上にしている請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】イメージ検出手段（30）は、各イメージ点
    （40b）におけるコンベア（12）に関する物体（14）の
    高さｈを表す電流を出力する位置感応性検出器である請
    求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】さらに、出力電流を受取り、各イメージ点
    （40b）における高さｈの値を計算し、それによって高
    さデータを生成して、複数のイメージ点（40b）からの
    データを記憶し、この高さデータに基づいて物体（14）
    の３次元寸法の測定値を決定するプロセッサ（35）を具
    備していることを特徴とする請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】位置感応性検出器は、大きい被写界深度に
    わたって焦点を維持するためにシャインプフルーグ条件
    を使用し、 前記位置感応性検出器はレンズおよび検出器アレイを有
    し、 前記レンズおよび検出器アレイは互いに関して、および
    前記選択された地点で限定されたイメージ平面に関して
    固定した角度関係で取付けられ、 前記レンズおよび検出器アレイは、前記選択された地点
    を通過した物体（14）がコンベア12に関して304.8mm（1
    2インチ）以上の被写界深度で焦点を結ぶような前記角
    度関係を有している請求項６記載の装置。
  9. 【請求項９】レンズおよび検出器アレイの配置は、結果
    的にコンベア（12）に関する被写界深度を914.4mm（36
    インチ）以上にしている請求項８記載の装置15。
  10. 【請求項１０】選択された地点にコンベア（12）を横切
    って走査ビーム（21a,21b,21c）を導く手段と、 走査ビーム（21a,21b,21c）の通路中にあり、角度走査
    からの光を実質的に平行な走査ビーム（21a′,21b′,21
    c′）に変換する手段（26）とをさらに具備しているこ
    とを特徴とする請求項１記載の装置。
  11. 【請求項１１】反射されたイメージ（42a,42b,42c）が
    コンベア（12）で生成されるときイメージ検出手段（3
    0）が基準位置（d0）で反射されたイメージ（42a,42b,4
    2c）を受取るように前記垂直な平面に平行に整列された
    ライン視野（42）を形成する手段を具備しており、 前記イメージ検出手段（30）が、移動するビーム（21a,
    21b,21c）に沿った複数のイメージ点（40b）を検出し、
    イメージ点（40b）に対応した信号を出力し、 信号を受信するプロセッサ35は、各イメージ点（40b）
    が基準位置（d0）からオフセットされた距離ｄと、各イ
    メージ点（40b）における物体の高さｈとを計算し、複
    数のイメージ点（40b）からのデータを記憶し、この高
    さデータに基づいて物体（14）の３次元測定値を決定す
    ることを特徴とする請求項１または10記載の装置。
  12. 【請求項１２】各イメージ点（40b）における物体（1
    4）の高さｈは、式： ｈ＝d/（tan θ） を使用して計算される請求項11記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記走査ビームを導く手段および前記平
    行な走査ビームに変換する手段は、パラボラ表面（26）
    である請求項10または11記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記走査ビームを導く手段および前記平
    行な走査ビームに変換する手段は、フレネルレンズであ
    ることを特徴とする請求項10または11記載の装置。
  15. 【請求項１５】前記走査ビームを導く手段および前記平
    行な走査ビームに変換する手段は、ホログラフレンズ
    （126）である請求項10または11記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記走査ビームを導く手段および前記平
    行な走査ビームに変換する手段は、マルチファセットパ
    ラボラ表面である請求項10または11記載の装置。
  17. 【請求項１７】前記イメージ検出手段（30）は、各イメ
    ージ点（40b）におけるコンベア（12）に関する物体（1
    4）の高さ（ｈ）を表す信号を出力するライン走査カメ
    ラ（30）である請求項11記載の装置。
  18. 【請求項１８】前記ライン走査カメラ（30）は、大きい
    被写界深度にわたって焦点を維持するためにシャインプ
    フルーグ条件を使用し、 前記ライン走査カメラ（30）はレンズおよび検出器アレ
    イを有し、 前記レンズおよび検出器アレイは互いに関して固定した
    関係で取付けられ、 前記レンズおよび検出器アレイは、前記選択された地点
    を通過した物体（14）がコンベア12に関して304.8mm（1
    2インチ）以上の被写界深度で焦点を結ぶように選択さ
    れた配置を有している請求項17記載の装置。
  19. 【請求項１９】検出手段は、各イメージ点（40b）にお
    ける物体のコンベア（12）に関する物体（14）の高さ
    （ｈ）を表す電流を出力する位置感応性検出器である請
    求項11記載の装置。
  20. 【請求項２０】位置感応性検出器は、大きい被写界深度
    にわたって焦点を維持するためにシャインプフルーグ条
    件を使用し、 前記位置感応性検出器はレンズおよび検出器アレイを有
    し、 前記レンズおよび検出器アレイは互いに関して固定した
    関係で取付けられ、 前記レンズおよび検出器アレイは、前記選択された地点
    を通過した物体（14）がコンベア12に関して304.8mm（1
    2インチ）以上の被写界深度で焦点を結ぶように選択さ
    れた配置を有している請求項15記載の装置。
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