JP4474186B2 - 色識別装置 - Google Patents

Description

本発明は、色に基づいて対象物を検出するための色識別装置に関する。

対象物に３色の光を投射し、その反射光または透過光を受光することにより色に基づいて対象物を検出するために色識別装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

上記色識別装置においては、対象物に赤色の光、緑色の光および青色の光を順次投射し、反射光または透過光を受光し、赤色の光、緑色の光および青色の光の受光量に基づいて対象物の色に関する一致度が算出される。ここで、一致度とは、設定された色に対して対象物の色が近似している程度をいう。

検出すべき色の設定は、ティーチング処理により行われる。ティーチング処理では、検出したい色を有する対象物を検出領域に配置した状態で設定スイッチを押下することにより一致度の許容範囲が設定される。それにより、設定された許容範囲内の色を有する対象物を検出することができる。
特開２０００−１２１４４０号公報

しかしながら、ある色の対象物が検出されないように許容範囲を変更したい場合または別の色の対象物がさらに検出されるように許容範囲を変更したい場合がある。このような場合には、作業者が手動により許容範囲の設定を変更する必要がある。しかし、作業者により許容範囲の設定がばらつくため、常に最適な許容範囲を設定することが困難である。

本発明の目的は、労力および手間を要することなくかつ作業者によりばらつくことなく検出すべき色の範囲を容易に設定することができる色識別装置を提供することである。

本発明に係る色識別装置は、検出領域に光を投射し、帰還光を受光することにより基準色を有する対象物を検出する色識別装置であって、異なる複数の波長を有する光を投射する光源と、各波長の光に基づく帰還光を受光する受光素子と、受光素子により得られる各波長の光の受光量を複数の波長の光の受光量の総和が所定値となるように正規化し、所定値に対する正規化された各波長の光の受光量の比率を色情報として生成する情報生成手段と、初期の検出範囲設定時に、複数回にわたって情報生成手段により各波長の光ごとに生成される色情報に基づいて、検出すべき基準色に対応する各波長の光ごとの色情報の基準値を算出するとともに、基準値に対する色情報のばらつきに対応する値を各波長の光ごとに算出し、複数の波長の色について算出されたばらつきに対応する値を合計することにより許容誤差を算出し、所定値からの許容誤差の減算により一致度許容値を算出し、所定値と一致度許容値との間の範囲を検出範囲として設定し、検出範囲の補正時に、情報生成手段により生成される色情報および初期の検出範囲設定時に算出された基準値に基づいて対象物を検出可能な検出範囲を補正する検出範囲設定手段と、検出動作時に、情報生成手段により生成される色情報と初期の検出範囲設定時に算出された基準値との差を各波長の光ごとにそれぞれ算出し、算出された複数の波長の光についての差の合計を算出し、算出された差の合計を所定値から減算することにより一致度値を算出し、算出された一致度値および検出範囲設定手段により設定または補正された検出範囲に基づいて検出すべき対象物の検出状態を判定する判定手段とを備えたものである。

本発明に係る色識別装置においては、初期の検出範囲設定時には、複数回にわたって情報生成手段により各波長の光ごとに生成される色情報に基づいて、検出すべき基準色に対応する各波長の光ごとの色情報の基準値が算出されるとともに、基準値に対する色情報のばらつきに対応する値が各波長の光ごとに算出され、複数の波長の色について算出されたばらつきに対応する値が合計されることにより許容誤差が算出され、所定値からの許容誤差の減算により一致度許容値が算出され、所定値と一致度許容値との間の範囲が検出範囲として自動的に設定される。また、検出範囲の補正時には、情報生成手段により生成される色情報および初期の検出範囲設定時に算出された基準値に基づいて対象物を検出可能な検出範囲が自動的に補正される。検出動作時には、情報生成手段により生成される色情報と初期の検出範囲設定時に算出された基準値との差が各波長の光ごとにそれぞれ算出され、算出された複数の波長の光についての差の合計が算出され、算出された差の合計が所定値から減算されることにより一致度値が判定手段により算出され、算出された一致度値および検出範囲設定手段により設定または補正された検出範囲に基づいて検出すべき対象物の検出状態が判定手段により判定される。それにより、労力および手間を要することなくかつ作業者によりばらつくことなく検出すべき色範囲を容易に設定することができる。

検出範囲の補正は、検出範囲を拡大する検出範囲の追加補正を含み、検出範囲設定手段は、検出範囲の追加補正時に、情報生成手段により生成される追加すべき色に関する色情報および初期の検出範囲設定時に算出された基準値に基づいて対象物を検出可能な検出範囲を拡大してもよい。

この場合、情報生成手段により生成される追加すべき色に関する色情報および初期の検出範囲設定時に算出された基準値に基づいて対象物を検出可能な検出範囲が検出範囲設定手段により拡大される。それにより、労力および手間を要することなくかつ作業者によりばらつくことなく検出すべき色範囲を容易に拡大することができる。

検出範囲の補正は、検出範囲を縮小する検出範囲の排除補正を含み、検出範囲設定手段は、検出範囲の排除補正時に、情報生成手段により生成される排除すべき色に関する色情報および初期の検出範囲設定時に算出された基準値に基づいて対象物を検出可能な検出範囲を縮小してもよい。

この場合、情報生成手段により生成される排除すべき色に関する色情報および初期の検出範囲設定時に算出された基準値に基づいて対象物を検出可能な検出範囲が検出範囲設定手段により縮小される。それにより、労力および手間を要することなくかつ作業者によりばらつくことなく検出すべき色範囲を容易に縮小することができる。

検出範囲設定手段は、複数回にわたって情報生成手段により各波長の光ごとに生成される色情報の最大値と基準値との差または最小値と基準値との差をばらつきに対応する値として各波長の光ごとに算出し、複数の波長の色について算出されたばらつきに対応する値の合計に所定の余裕度を付加することにより許容誤差を算出してもよい。

この場合、複数の波長の色について算出されたばらつきに対応する値の合計に対して所定の余裕度を付加することにより、対象物を検出するための検出範囲を自動的に設定することができる。

色識別装置は、検出範囲設定手段に検出範囲の設定動作を指令する１または複数のキーさらに備え、検出範囲設定手段は、１または複数のキーの操作に応答して検出範囲の設定動作を行ってもよい。

この場合、検出範囲設定手段への検出範囲の設定動作の指令が簡単なキー操作により行われる。それにより、作業者に労力および手間がかからない。

判定手段は、一致度値が、検出範囲設定手段により設定または補正された検出範囲内にある場合に、対象物を検出したことを示す信号を出力してもよい。

この場合、一致度値が検出範囲内にある場合に対象物を検出したことを示す信号が出力されるので、対象物が検出されたことを認識することができる。

色識別装置は、一致度値を表示する第１の表示部および一致度許容値を表示する第２の表示部をさらに備えてもよい。この場合、作業者は、一致度値および一致度許容値をそれぞれ第１の表示部および第２の表示部により容易に認識することができる。

本発明によれば、労力および手間を要することなくかつ作業者によりばらつくことなく検出すべき色範囲を容易に設定することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本実施の形態に係る色識別装置の模式図である。

本実施の形態に係る色識別装置１００は、センサへッド部１０、光ファイバケーブル２０、電線ケーブル３０、本体部４０および出力ケーブル５０を備える。本体部４０は、設定入力部４５および本体側表示部４６を備える。

図１に示すように、センサへッド部１０から延びる光ファイバケーブル２０および電線ケーブル３０は、本体部４０に接続される。本体部４０から延びる出力ケーブル５０は図示しない他の外部機器に接続される。

センサへッド部１０には投光光学系１１および受光光学系１２が設けられている。投光光学系１１から出射される光Ｌは対象物Ｗで反射されることにより、受光光学系１２に入射する。

設定入力部４５は、モードキー４ｄ、設定キー４ｅ、上キー４ｆおよび下キー４ｇを備える。また、本体側表示部４６は、複数の出力表示灯４ａおよび７セグメントＬＥＤ４ｂ，４ｃを備える。

モードキー４ｄは、使用者が動作モードを変更するために用いられる。設定キー４ｅ、上キー４ｆおよび下キー４ｇは、後述の初期ティーチング処理、追加ティーチング処理および排除ティーチング処理を行うときに用いられる。詳細については後述する。

出力表示灯４ａは、対象物Ｗの検出状態（検出および非検出）を点灯および非点灯により表示する。本実施の形態では、４種類の一致度許容値に対応する４つの検出状態が表示される。

７セグメントＬＥＤ４ｂは、例えば、後述の一致度をリアルタイムに表示する。また、７セグメントＬＥＤ４ｃは、例えば、後述の一致度許容値を表示する。

図２は本実施の形態に係る色識別装置１００の内部構成を示すブロック図である。

色識別装置１００のセンサへッド部１０は、投光光学系１１、受光光学系１２、受光素子１３および受光回路１４を備える。色識別装置１００の本体部４０は、投光制御部４１、複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、信号処理制御部４３、出力回路４４、設定入力部４５、本体側表示部４６および記憶部４７を備える。

投光制御部４１は複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの発光動作を制御する。具体的には、複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの各々の発光タイミングを示す投光タイミング信号ＳＴを複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃおよび信号処理制御部４３に出力する。

複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる。複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃにより発生される光Ｌは、光ファイバケーブル２０を通じてセンサへッド部１０の投光光学系１１に導かれる。光ファイバケーブル２０は単一の光ファイバを含む。投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの各々の発光色は異なる。本実施の形態では、投光素子４２ａは緑色の光を出射し、投光素子４２ｂは青色の光を出射し、投光素子４２ｃは赤色の光を出射する。

投光光学系１１および受光光学系１２は、例えば、レンズ等により構成されている。複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃにより発生される光Ｌは、光ファイバケーブル２０および投光光学系１１を通して外部に出射される。受光光学系１２においては、投光光学系１１により外部に出射された光Ｌのうち、対象物Ｗにより反射された光Ｌが入射する。

受光光学系１２に入射した光Ｌは、受光素子１３に導かれる。受光素子１３は受光量に対応する受光信号Ｓ１を生成する。

受光回路１４は、受光素子１３により生成された受光信号Ｓ１を増幅して電線ケーブル３０を通じて本体部４０の信号処理制御部４３へ伝送する。

信号処理制御部４３は、受光信号Ｓ１に対して所定の信号処理を行い、対象物Ｗの検出および非検出を示す検出信号Ｓ２を出力回路４４を介して外部へ出力する。信号処理制御部４３は、上記所定の信号処理として、後述の初期ティーチング処理、追加ティーチング処理、排除ティーチング処理および検出処理を行う。

また、信号処理制御部４３は、入力される受光信号Ｓ１および使用者による設定入力部４５の操作に基づいて所定の情報を本体側表示部４６に表示させる。

記憶部４７は、後述の初期ティーチング処理により算出された一致度許容値等を記憶する。この初期ティーチング処理による一致度許容値は、後述の追加ティーチング処理または排除ティーチング処理により更新される。なお、上記の一致度許容値により定められる対象物Ｗの検出範囲については後述する。

次に、色識別装置１００内に設けられる投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃについて説明する。

図３は、センサヘッド部１０内部における複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの配置を示す模式的断面図である。

図３において、ホルダ９には、投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、投光レンズ３および２つのダイクロイックミラー５ａ，５ｂが配設されている。投光レンズ３の前方には光ファイバケーブル２０が取り付けられる。

投光素子４２ｃはその光軸Ｌｃが投光レンズ３の光軸Ｌｘと平行となり、かつ、ダイクロイックミラー５ａ，５ｂによる光の屈折を考慮してややずれるように配置されている。投光素子４２ｂはその光軸Ｌｂが投光レンズ３の光軸Ｌｘに対して略垂直に交差するように配置されている。投光素子４２ａはその光軸Ｌａが投光レンズ３の光軸Ｌｘに対して０度よりも大きく９０度よりも小さい角度(鋭角)で交差するように配置されている。投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの光軸Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは同一平面上に配置される。それにより、センサへッド部１０そのものの薄型化が可能となる。

ダイクロイックミラー５ａ，５ｂはそれぞれ特定の波長域の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。本実施の形態では、ダイクロイックミラー５ａは、投光素子４２ａの発光波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。また、ダイクロイックミラー５ｂは、投光素子４２ｂの発光波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。

ダイクロイックミラー５ｂは、投光素子４２ｃから出射された光を透過して投光レンズ３に導き、かつ投光素子４２ｂから出射された光を反射して投光レンズ３に導くように配置されている。また、ダイクロイックミラー５ａは、ダイクロイックミラー５ｂを透過した投光素子４２ｃからの光およびダイクロイックミラー５ｂで反射された投光素子４２ｂからの光を透過して投光レンズ３に導き、かつ投光素子４２ａから出射された光を反射して投光レンズ３に導くように配置されている。

投光素子４２ａからダイクロイックミラー５ａまでの光路長およびダイクロイックミラー５ａから投光レンズ３までの光路長の合計と、投光素子４２ｂからダイクロイックミラー５ｂまでの光路長およびダイクロイックミラー５ｂから投光レンズ３までの光路長の合計と、投光素子４２ｃから投光レンズ３までの光路長とは、光の波長を考慮してほぼ等しく設定されている。

投光レンズ３は、投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの光を光ファイバケーブル２０の一方の端部に集光するように配置されている。光ファイバケーブル２０は、投光レンズ３により集光された光Ｌを図２のセンサへッド部１０の投光光学系１１に導く。これにより、センサへッド部１０の投光光学系１１から対象物Ｗへ投光レンズ３により集光された光Ｌが出射される。

投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、図２の投光制御部４１により制御される発光タイミングに応じて、時分割で順に点灯される。

投光素子４２ａが点灯された場合には、投光素子４２ａから出射された緑色の光がダイクロイックミラー５ａで反射され、投光レンズ３および図２の光ファイバケーブル２０によりセンサへッド部１０の投光光学系１１に導かれ、検出領域に投射される。

投光素子４２ｂが点灯された場合には、投光素子４２ｂから出射された青色の光がダイクロイックミラー５ｂで反射され、反射された光がダイクロイックミラー５ａを透過し、投光レンズ３および図２の光ファイバケーブル２０によりセンサへッド部１０の投光光学系１１に導かれ、検出領域に投射される。

投光素子４２ｃが点灯された場合には、投光素子４２ｃから出射された赤色の光がダイクロイックミラー５ｂおよびダイクロイックミラー５ａを透過し、投光レンズ３および図２の光ファイバケーブル２０によりセンサへッド部１０の投光光学系１１に導かれ、検出領域に投射される。

検出領域に対象物Ｗが存在する場合、対象物Ｗから反射する光Ｌが受光光学系１２を介して受光素子１３に導かれる。受光素子１３により受光される赤色の光の受光量、緑色の光の受光量および青色の光の受光量に基づいて対象物Ｗの色が検出される。

ここで、図２の信号処理制御部４３による信号処理について説明する。

信号処理制御部４３による所定の信号処理は、投光制御部４１から与えられる投光タイミング信号ＳＴに基づいて行われる。

例えば、投光制御部４１は、初めに投光素子４２ａを発光させる。この場合、他の投光素子４２ｂ，４２ｃは発光しない。この時点において、受光素子１３には緑色の光Ｌが入射する。受光素子１３は入射される緑色の光Ｌを検出し、受光信号Ｓ１を生成する。

ここで、信号処理制御部４３には、投光制御部４１から投光素子４２ａを発光させる投光タイミング信号ＳＴが入力されるとともに、受光素子１３により生成された受光信号Ｓ１が受光回路１４から入力される。これにより、投光制御部４１は、対象物Ｗに緑色の光Ｌが投射された場合の反射光の受光量を得ることができる。

続いて、投光制御部４１は、投光素子４２ｂを発光させる。この場合、他の投光素子４２ａ，４２ｃは発光しない。この時点において、受光素子１３には青色の光Ｌが入射する。受光素子１３は入射される青色の光Ｌを検出し、受光信号Ｓ１を生成する。

上記と同様に、信号処理制御部４３には、投光制御部４１から投光素子４２ｂを発光させる投光タイミング信号ＳＴが入力されるとともに、受光素子１３により生成された受光信号Ｓ１が受光回路１４から入力される。これにより、投光制御部４１は、対象物Ｗに青色の光Ｌが投射された場合の反射光の受光量を得ることができる。

さらに、投光制御部４１は、投光素子４２ｃを発光させる。この場合、他の投光素子４２ａ，４２ｂは発光しない。この時点において、受光素子１３には赤色の光Ｌが入射する。受光素子１３は入射される赤色の光Ｌを検出し、受光信号Ｓ１を生成する。

上記と同様に、信号処理制御部４３には、投光制御部４１から投光素子４２ｃを発光させる投光タイミング信号ＳＴが入力されるとともに、受光素子１３により生成された受光信号Ｓ１が受光回路１４から入力される。これにより、投光制御部４１は、対象物Ｗに赤色の光Ｌが投射された場合の反射光の受光量を得ることができる。

対象物Ｗから反射して得られる３色の反射光の受光量を比較すると対象物Ｗの色を判別することができる。これは、対象物Ｗに入射する光Ｌの波長が異なると、対象物Ｗから反射される光Ｌの光量が異なるためである。

信号処理制御部４３は、受光素子１３に入射される３色の受光量に基づいて、対象物Ｗの色を判別するため、各色についての受光量の比率を算出する。以下、この受光量の比率を受光量比率と呼ぶ。受光量比率については後述する。

図４は本実施の形態に係る色識別装置１００の追加ティーチング処理により定められる対象物Ｗの検出範囲を示す説明図であり、図５は本実施の形態に係る色識別装置１００の排除ティーチング処理により定められる対象物Ｗの検出範囲を示す説明図である。

ここで、初期ティーチング処理とは、対象物Ｗの検出のための基準となる色に対応する後述の基準値および検出のための許容幅を定める後述の一致度許容値を算出するための処理である。

追加ティーチング処理とは、初期ティーチング処理により設定された基準値を変更せずに一致度許容値を変更することにより検出範囲を大きくするための処理である。また、排除ティーチング処理とは、初期ティーチング処理により設定された基準値を変更せずに一致度許容値を変更することにより検出範囲を小さくするための処理である。

以下、初期ティーチング処理に用いられる対象物Ｗを基準対象物と呼び、追加ティーチング処理および排除ティーチング処理に用いられる対象物Ｗを補正対象物と呼び、検出処理において実際に検出される対象物Ｗを検出対象物と呼ぶ。

ここで、初期ティーチング処理による対象物Ｗの検出範囲の設定について説明する。

本実施の形態においては、初期ティーチング処理により基準対象物の受光量比率のサンプリングが所定回数繰り返され、赤色の光、緑色の光および青色の光（以下、３色の光と呼ぶ）のそれぞれについて対象物Ｗの受光量比率の最大値および最小値が算出される。

上記の受光量比率とは、３色の光の受光量の総和に対する各色の受光量の比率をいう。この場合、３色の光の受光量の総和が所定値（以下、正規化最大値と呼ぶ）となるように各色の受光量が正規化される。ここでは、正規化最大値を例えば１０００とする。

算出された受光量比率の最大値および最小値より３色の光のそれぞれについて基準値が算出される。ここでは、受光量比率の最大値および受光量比率の最小値の中間値を基準値とする。

例えば算出された赤色（Ｒ）の上記基準値を５２２、緑色（Ｇ）の基準値を３３６、青色（Ｂ）の基準値を１４２とする。なお、本実施の形態では、受光量比率の最大値および受光量比率の最小値の中間値を基準値としているが、これに限定されず、所定回数行われるサンプリングにより算出される複数の受光量比率の平均値を基準値としてもよい。

次に、受光量比率の基準値と最大値との差または受光量比率の基準値と最小値との差が３色の光のそれぞれについて算出される。例えば算出された赤色の上記差を１００、緑色の差を５０、青色の差を５０とする。

算出された上記３つの差をそれぞれ加算することによって差の合計が検出の許容誤差として算出される。この場合、許容誤差は２００となる。

そして、許容誤差を正規化最大値から差し引くことにより、一致度許容値が算出される。この場合、上記より許容誤差は２００であるが、余裕を確保することにより許容誤差を例えば２５０としてもよい。したがって、一致度許容値は１０００−２５０により算出される７５０となる。ここで、一致度許容値とは、基準対象物と同一の色を有するとみなすしきい値のことである。色むら等により検出対象物が基準対象物と僅かに異なる色を有する場合に、その検出対象物を基準対象物と同一の色を有するとみなして検出することができる。

正規化最大値と一致度許容値との間の範囲が初期ティーチング処理による検出対象物の初期の検出範囲となる。すなわち、後述の検出処理により算出される検出対象物の一致度が正規化最大値（１０００）と一致度許容値（７５０）とにより設定される初期の検出範囲内にある場合に、その検出対象物が検出される。

図４に示すように、正規化最大値を基準として初期ティーチング処理により初期の検出範囲が設定されている。ここで、後述の追加ティーチング処理により検出対象物の初期の検出範囲が拡大される場合を説明する。

上述したように、初期ティーチング処理により設定された検出対象物の赤色の基準値を５２２、緑色の基準値を３３６、青色の基準値を１４２とする。

追加ティーチング処理により補正対象物の受光量比率のサンプリングが所定回数繰り返され、３色の光のそれぞれについて補正対象物の受光量比率の最大値および最小値が算出される。

算出された受光量比率の最大値および最小値より３色の光のそれぞれについて受光量比率の中間値が算出される。例えば算出された赤色の中間値を３０２、緑色の中間値を４１６、青色の中間値を２８２とする。

続いて、初期ティーチング処理により設定された基準値（Ｒ＝５２２，Ｇ＝３３６，Ｂ＝１４２）と上記中間値（Ｒ＝３０２，Ｇ＝４１６，Ｂ＝２８２）との差が３色の光のそれぞれについて絶対値により算出される。この場合、赤色の上記差が２２０、緑色の差が８０、青色の差が１４０となる。

次に、３色の光についての上記差をそれぞれ加算することによって差の合計が色違い合計差として算出される。この場合、色違い合計差は４４０となる。

次に、正規化最大値１０００から色違い合計差４４０を差し引くことにより一致度許容値が更新される。この場合、更新された一致度許容値は５６０となる。この一致度許容値５６０が、図４に示す余裕を確保する前の追加更新一致度許容値である。

一方、追加ティーチング処理においても、初期ティーチング処理と同様に、受光量比率の中間値と最大値との差または受光量比率の中間値と最小値との差が３色の光のそれぞれについて存在する。したがって、上記の更新された一致度許容値にさらに余裕を確保する必要がある。例えば赤色の上記差を１０、緑色の差を１０、青色の差を１０とする。

上記３つの差をそれぞれ加算することによって差の合計が許容誤差として算出される。この場合、許容誤差は３０となる。

そして、許容誤差を更新された一致度許容値から差し引くことにより、図４に示す余裕を確保した後の追加更新一致度許容値が算出される。この場合、許容誤差は３０であるが、十分な余裕を確保するために５０としてもよい。したがって、更新された一致度許容値は５６０−５０により算出される５１０となる。

正規化最大値および追加ティーチング処理により更新された一致度許容値により定められる範囲が検出対象物の新たな検出範囲となる。すなわち、後述の検出処理により算出される検出対象物の一致度が正規化最大値（１０００）と更新された一致度許容値（５１０）との間の新たな検出範囲内にある場合に、所望の検出対象物が検出される。

図５に示すように、正規化最大値を基準として初期ティーチング処理により初期の検出範囲が設定されている。ここで、後述の排除ティーチング処理により検出対象物の初期の検出範囲が縮小される場合を説明する。

上述したように、初期ティーチング処理により設定された検出対象物の赤色の基準値を５２２、緑色の基準値を３３６、青色の基準値を１４２とする。

排除ティーチング処理により補正対象物の受光量比率のサンプリングが所定回数繰り返され、３色の光のそれぞれについて補正対象物の受光量比率の最大値および最小値が算出される。

算出された受光量比率の最大値および最小値より３色の光のそれぞれについて受光量比率の中間値が算出される。例えば算出された赤色の中間値を４９７、緑色の中間値を３１１、青色の中間値を１９２とする。

続いて、初期ティーチング処理により設定された基準値（Ｒ＝５２２，Ｇ＝３３６，Ｂ＝１４２）と上記中間値（Ｒ＝４９７，Ｇ＝３１１，Ｂ＝１９２）との差が３色の光のそれぞれについて絶対値により算出される。この場合、赤色の上記差が２５、緑色の差が２５、青色の差が５０となる。

次に、上記の３色の光についての上記差をそれぞれ加算することによって差の合計が色違い合計差として算出される。この場合、色違い合計差は１００となる。

次に、正規化最大値１０００から色違い合計差１００を差し引くことにより一致度許容値が更新される。この場合、更新された一致度許容値は９００となる。この一致度許容値９００が、図５に示す余裕を確保する前の排除更新一致度許容値である。

一方、排除ティーチング処理においても、初期ティーチング処理と同様に、受光量比率の中間値と最大値との差または受光量比率の中間値と最小値との差が３色の光のそれぞれについて存在する。したがって、更新された一致度許容値にさらに余裕を確保する必要がある。例えば赤色の上記差を１０、緑色の差を１０、青色の差を１０とする。

上記３つの差をそれぞれ加算することによって差の合計が許容誤差として算出される。この場合、許容誤差は３０となる。

そして、許容誤差を更新された一致度許容値に加算することにより、図５に示す余裕を確保した後の排除更新一致度許容値が算出される。この場合、許容誤差は３０であるが、十分な余裕を確保するために５０としてもよい。したがって、更新された一致度許容値は９００＋５０により算出される９５０となる。

正規化最大値および排除ティーチング処理により更新された一致度許容値により定められる範囲が検出対象物の新たな検出範囲となる。すなわち、後述の検出処理により算出される検出対象物の一致度が正規化最大値（１０００）と更新された一致度許容値（９５０）との間の新たな検出範囲内にある場合に、所望の検出対象物が検出される。

次に、信号処理制御部４３による初期ティーチング処理、追加ティーチング処理、排除ティーチング処理および検出処理についてフローチャートを用いて説明する。なお、初期ティーチング処理および追加ティーチング処理は、検出したい色を有する補正対象物を検出領域に配置した状態で行う。また、排除ティーチング処理は、検出されるべきでない色を有する補正対象物を検出領域に配置した状態で行う。

図６および図７は信号処理制御部４３による初期ティーチング処理を示すフローチャートである。なお、初期ティーチング処理は、設定入力部４５の設定キー４ｅが押下された場合に開始される。

図６に示すように、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量比率の最大値および最小値を初期設定する（ステップＳ１）。本実施の形態においては、例えば、３色の光の受光量比率の最大値は０に設定され、最小値は１０００に初期設定される。

次に、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量の読み込みを行う（ステップＳ２）。次に、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量比率をそれぞれ算出する（ステップＳ３）。

ここで、以下の信号処理制御部４３によるステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０の処理は、３色の光のそれぞれについて行われる。

続いて、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率が最大値よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ４）。算出された受光量比率が最大値よりも大きい場合、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率を新たな最大値とする（ステップＳ５）。その後、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率が最小値よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ６）。

ステップＳ４において算出された受光量比率が最大値以下の場合、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率が最小値よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ６）。算出された受光量比率が最小値よりも小さい場合、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率を新たな最小値とする（ステップＳ７）。その後、信号処理制御部４３は、受光量比率のサンプリングを所定回数繰り返したか否かを判別する（ステップＳ８）。

ステップＳ６において算出された受光量比率が最小値以上の場合、信号処理制御部４３は、受光量比率のサンプリングを所定回数繰り返したか否かを判別する（ステップＳ８）。受光量比率のサンプリングを所定回数繰り返していない場合、信号処理制御部４３は、ステップＳ２の処理に戻り、ステップＳ２〜Ｓ８の処理を繰り返す。

受光量比率のサンプリングを所定回数繰り返した場合、信号処理制御部４３は、受光量比率の基準値をそれぞれ算出する（ステップＳ９）。

次に、信号処理制御部４３は、算出された基準値と上記最大値との差または算出された基準値と上記最小値との差をそれぞれ算出する（図７のステップＳ１０）。

次に、信号処理制御部４３は、算出された３色の光のそれぞれの差を加算し、許容誤差として算出する（ステップＳ１１）。

次に、信号処理制御部４３は、算出された許容誤差を正規化最大値から減算し、一致度許容値として算出する（ステップＳ１２）。その後、初期ティーチング処理が終了する。

図８および図９は信号処理制御部４３による追加ティーチング処理を示すフローチャートである。なお、追加ティーチング処理は、設定入力部４５の設定キー４ｅおよび下キー４ｇが押下された場合に開始される。

図８に示すように、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量比率の最大値および最小値を初期設定する（ステップＳ２１）。

次に、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量の読み込みを行う（ステップＳ２２）。次に、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量比率をそれぞれ算出する（ステップＳ２３）。

ここで、以下の信号処理制御部４３によるステップＳ２４，Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ２７，Ｓ２９，Ｓ３０の処理は、３色の光のそれぞれについて行われる。

続いて、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率が最大値よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ２４）。算出された受光量比率が最大値よりも大きい場合、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率を新たな最大値とする（ステップＳ２５）。その後、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率が最小値よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ２６）。

ステップＳ２４において算出された受光量比率が最大値以下の場合、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率が最小値よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ２６）。算出された受光量比率が最小値よりも小さい場合、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率を新たな最小値とする（ステップＳ２７）。その後、信号処理制御部４３は、受光量比率のサンプリングを所定回数繰り返したか否かを判別する（ステップＳ２８）。

ステップＳ２６において算出された受光量比率が最小値以上の場合、信号処理制御部４３は、受光量比率のサンプリングを所定回数繰り返したか否かを判別する（ステップＳ２８）。受光量比率のサンプリングを所定回数繰り返していない場合、信号処理制御部４３は、ステップＳ２２の処理に戻り、ステップＳ２２〜Ｓ２８の処理を繰り返す。

受光量比率のサンプリングを所定回数繰り返した場合、信号処理制御部４３は、中間値をそれぞれ算出する（図９のステップＳ２９）。

次に、信号処理制御部４３は、初期ティーチング処理により算出された基準値と中間値との差をそれぞれ算出する（ステップＳ３０）。

次に、信号処理制御部４３は、算出された３色の光のそれぞれの差を加算し、色違い合計差として算出する（ステップＳ３１）。

次に、信号処理制御部４３は、正規化最大値から色違い合計差および追加ティーチング処理による許容誤差を減算し、一致度許容値を更新する（ステップＳ３２）。その後、追加ティーチング処理が終了する。

図１０および図１１は信号処理制御部４３による排除ティーチング処理を示すフローチャートである。なお、排除ティーチング処理は、設定入力部４５の設定キー４ｅおよび上キー４ｆが押下された場合に開始される。

図１０に示すように、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量比率の最大値および最小値を初期設定する（ステップＳ４１）。

次に、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量の読み込みを行う（ステップＳ４２）。次に、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量比率をそれぞれ算出する（ステップＳ４３）。

ここで、以下の信号処理制御部４３によるステップＳ４４，Ｓ４５，Ｓ４６，Ｓ４７，Ｓ４９，Ｓ５０の処理は、３色の光のそれぞれについて行われる。

続いて、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率が最大値よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ４４）。算出された受光量比率が最大値よりも大きい場合、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率を新たな最大値とする（ステップＳ４５）。その後、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率が最小値よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ４６）。

ステップＳ４４において算出された受光量比率が最大値以下の場合、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率が最小値よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ４６）。算出された受光量比率が最小値よりも小さい場合、信号処理制御部４３は、算出された受光量比率を新たな最小値とする（ステップＳ４７）。その後、信号処理制御部４３は、受光量比率のサンプリングを所定回数繰り返したか否かを判別する（ステップＳ４８）。

ステップＳ４６において算出された受光量比率が最小値以上の場合、信号処理制御部４３は、受光量比率のサンプリングを所定回数繰り返したか否かを判別する（ステップＳ４８）。受光量比率のサンプリングが所定回数繰り返されていない場合、信号処理制御部４３は、ステップＳ４２の処理に戻り、ステップＳ４２〜Ｓ４８の処理を繰り返す。

受光量比率のサンプリングが所定回数繰り返された場合、信号処理制御部４３は、中間値をそれぞれ算出する（図１１のステップＳ４９）。

次に、信号処理制御部４３は、初期ティーチング処理により算出された基準値と中間値との差をそれぞれ算出する（ステップＳ５０）。

次に、信号処理制御部４３は、算出された３色の光のそれぞれの差を加算し、色違い合計差として算出する（ステップＳ５１）。

次に、信号処理制御部４３は、正規化最大値から色違い合計差を減算し、排除ティーチング処理による許容誤差を加算することにより一致度許容値を更新する（ステップＳ５２）。その後、排除ティーチング処理が終了する。

図１２は信号処理制御部４３による検出処理を示すフローチャートである。初期設定では、検出信号Ｓ２は非検出状態となっている。

図１２に示すように、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量の読み込みを行う（ステップＳ６１）。

次に、信号処理制御部４３は、３色の光の受光量比率をそれぞれ算出する（ステップＳ６２）。

次に、信号処理制御部４３は、初期ティーチング処理により算出された基準値と算出された受光量比率との差を３色の光のそれぞれについて算出する（ステップＳ６３）。

次に、信号処理制御部４３は、算出された３色の光のそれぞれの差を加算し、差の合計を算出する（ステップＳ６４）。

次に、信号処理制御部４３は、算出された差の合計を正規化最大値から減算し、減算結果を一致度として算出する（ステップＳ６５）。

次に、信号処理制御部４３は、算出された一致度が一致度許容値以上か否かを判別する（ステップＳ６６）。

算出された一致度が一致度許容値以上である場合、信号処理制御部４３は、検出信号Ｓ２を検出状態にする（ステップＳ６７）。その後、検出処理が終了する。

ステップＳ６６において、算出された一致度が一致度許容値以上でない場合、信号処理制御部４３は、検出処理を終了する。

このように、本実施の形態においては、初期ティーチング処理、追加ティーチング処理および排除ティーチング処理を行うことにより検出対象物を検出するための色範囲を自動的に設定することができる。それにより、検出対象物を検出するための色範囲を高精度に設定することができるとともに、作業者に労力および手間もかからない。また、手動で色範囲を設定する必要がないので、作業者によりばらつくことなく最適な色範囲を設定することができる。

また、本実施の形態においては、初期ティーチング処理、追加ティーチング処理または排除ティーチング処理を検出動作中に行うことができる。それにより、検出動作中に新たな検出範囲を変更することができる。例えば、色識別装置１００が稼動している状態で、検出したい検出対象物を検出しないという誤動作が発生した場合、検出動作を中止することなくこの検出対象物に対して追加ティーチング処理を行うことにより、検出対象物を検出するための色範囲を即座に設定することができる。

本実施の形態においては、投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃが光源に相当し、受光量比率が色情報に相当し、信号処理制御部４３が情報生成手段、検出範囲設定手段および判定手段に相当し、設定キー４ｅ、上キー４ｆおよび下キー４ｇがキーに相当し、７セグメントＬＥＤ４ｂが第１の表示部に相当し、７セグメントＬＥＤ４ｃが第２の表示部に相当する。

なお、初期ティーチング処理において、受光量比率の最大値または最小値と基準値との差を算出することとしているが、これに限定されるものではなく、受光量比率の最大値または最小値に対する基準値の比率を算出してもよい。

また、検出対象物を検出するために３色の光の受光量比率を用いたが、これに限定されるものではなく、３色の光の受光量比率とともに受光量を用いて検出対象物を検出することにより、より精度の高い検出対象物の検出を実現することができる。例えば、白色と黒色や白色と灰色のような３色の光の受光量比率が同じ場合に、受光量により検出対象物の検出を行うことができる。

また、光源として３つの投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃを用いているが、これに限定されず、２つの投光素子または４つ以上の投光素子を用いてもよい。

また、３つの投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃを用いて光を出射しているが、これに限定されず、複数の波長を含む白色光を出射する投光素子を用いて、検出対象物からの反射光または透過光の波長スペクトルを複数色の光（例えば、赤、緑、青の３色）に分割して受光してもよい。

また、初期ティーチング処理、追加ティーチング処理または排除ティーチング処理の設定は、設定入力部４５の各キーの操作に限らず、外部からの信号により行ってもよい。

また、３つの投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃをセンサヘッド部１０内に設けてもよい。この場合、光ファイバケーブル２０を設ける必要がなく、電線ケーブル３０を共通的に用いることができる。

さらに、本発明をセンサヘッド部１０と本体部４０とが分離された分離型の色識別装置１００に適用しているが、これに限定されるものではなく、本発明はセンサヘッド部と本体部とが一体化された一体型の色識別装置にも適用することができる。

本発明に係る色識別装置は、色に基づいて対象物を検出するために利用することができる。

本実施の形態に係る色識別装置の模式図である。 本実施の形態に係る色識別装置の内部構成を示すブロック図である。 センサヘッド部内部における複数の投光素子の配置を示す模式的断面図である。 本実施の形態に係る色識別装置の追加ティーチング処理により定められる対象物の検出範囲を示す説明図である。 本実施の形態に係る色識別装置の排除ティーチング処理により定められる対象物の検出範囲を示す説明図である。 信号処理制御部による初期ティーチング処理を示すフローチャートである。 信号処理制御部による初期ティーチング処理を示すフローチャートである。 信号処理制御部による追加ティーチング処理を示すフローチャートである。 信号処理制御部による追加ティーチング処理を示すフローチャートである。 信号処理制御部による排除ティーチング処理を示すフローチャートである。 信号処理制御部による排除ティーチング処理を示すフローチャートである。 信号処理制御部による検出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

４ｂ，４ｃ ７セグメントＬＥＤ
４ｅ 設定キー
４ｆ 上キー
４ｇ 下キー
１０ センサヘッド部
１１ 投光光学系
１３ 受光素子
４０ 本体部
４１ 投光制御部
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 投光素子
４３ 信号処理制御部
４５ 設定入力部
１００ 色識別装置
Ｗ 対象物

Claims (7)

1. 検出領域に光を投射し、帰還光を受光することにより基準色を有する対象物を検出する色識別装置であって、
   異なる複数の波長を有する光を投射する光源と、
   各波長の光に基づく帰還光を受光する受光素子と、
   前記受光素子により得られる各波長の光の受光量を前記複数の波長の光の受光量の総和が所定値となるように正規化し、前記所定値に対する正規化された各波長の光の受光量の比率を色情報として生成する情報生成手段と、
   初期の検出範囲設定時に、複数回にわたって前記情報生成手段により各波長の光ごとに生成される色情報に基づいて、検出すべき基準色に対応する各波長の光ごとの色情報の基準値を算出するとともに、前記基準値に対する色情報のばらつきに対応する値を各波長の光ごとに算出し、前記複数の波長の色について算出されたばらつきに対応する値を合計することにより許容誤差を算出し、前記所定値からの前記許容誤差の減算により一致度許容値を算出し、前記所定値と前記一致度許容値との間の範囲を検出範囲として設定し、検出範囲の補正時に、前記情報生成手段により生成される色情報および初期の検出範囲設定時に算出された基準値に基づいて対象物を検出可能な前記検出範囲を補正する検出範囲設定手段と、
   検出動作時に、前記情報生成手段により生成される色情報と前記初期の検出範囲設定時に算出された基準値との差を各波長の光ごとにそれぞれ算出し、算出された複数の波長の光についての差の合計を算出し、算出された差の合計を前記所定値から減算することにより一致度値を算出し、算出された一致度値および前記検出範囲設定手段により設定または補正された検出範囲に基づいて検出すべき対象物の検出状態を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする色識別装置。
2. 前記検出範囲の補正は、検出範囲を拡大する検出範囲の追加補正を含み、
   前記検出範囲設定手段は、前記検出範囲の追加補正時に、前記情報生成手段により生成される追加すべき色に関する色情報および初期の検出範囲設定時に算出された基準値に基づいて対象物を検出可能な前記検出範囲を拡大することを特徴とする請求項１記載の色識別装置。
3. 前記検出範囲の補正は、検出範囲を縮小する検出範囲の排除補正を含み、
   前記検出範囲設定手段は、前記検出範囲の排除補正時に、前記情報生成手段により生成される排除すべき色に関する色情報および初期の検出範囲設定時に算出された基準値に基づいて対象物を検出可能な前記検出範囲を縮小することを特徴とする請求項１記載の色識別装置。
4. 前記検出範囲設定手段は、複数回にわたって前記情報生成手段により各波長の光ごとに生成される色情報の最大値と基準値との差または最小値と基準値との差を前記ばらつきに対応する値として各波長の光ごとに算出し、前記複数の波長の色について算出されたばらつきに対応する値の合計に所定の余裕度を付加することにより前記許容誤差を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の色識別装置。
5. 前記検出範囲設定手段に前記検出範囲の設定動作を指令する１または複数のキーさらに備え、
   前記検出範囲設定手段は、前記１または複数のキーの操作に応答して前記検出範囲の設定動作を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の色識別装置。
6. 前記判定手段は、
   前記一致度値が、前記検出範囲設定手段により設定または補正された検出範囲内にある場合に、対象物を検出したことを示す信号を出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の色識別装置。
7. 前記一致度値を表示する第１の表示部および前記一致度許容値を表示する第２の表示部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の色識別装置。

Images