JP6179752B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、錠剤、カプセル、米麦など穀類、アーモンドなどナッツ類、大豆など豆類、樹脂ペレット又はレーズンなど果菜類に係る粒状材料を連続的に移送させ、該粒状材料中の不良品又は異物の混入を検査領域において光学的に検査するための検査装置に関する。

従来、米粒や樹脂ペレットなどの粒状材料を検査領域に通過させ、受光手段によって適正光量範囲を外れている不良物を検査し、当該不良物をエア噴出装置等の分離手段によって正常物とは異なる経路に分離させる構成とする選別機が知られており、例えば、特許文献１に開示されたものがある。

特許文献１には、検査領域からの光を光軸方向に折り返して受光手段に導く光反射式の折り曲げ光路形成手段が備えられている。この光反射式の折り曲げ光路形成手段は、図８（特許文献１の図１６（イ）、（ロ）も参照のこと。）で示すように、検査領域からの光を反射する第１の光反射体１０Ａと、その第１の光反射体１０Ａにて反射した光を反射して受光手段５に導く第２の光反射体１１とを備え、前記第１の光反射体１０Ａの光反射面を凹面形状に形成し、前記第２の光反射面１１を平面形状又は凸面形状に形成して構成したものである。

以下、上記構成の作用を述べると、第１の光反射体１０Ａは光反射面を凹面形状に形成しているから、第１の光反射体１０Ａにて検査領域からの光が反射されると、検査領域における複数の単位受光対象範囲の夫々からの光は、凹面形状の光反射面にて検査領域の経路横幅方向の中央側に寄せ集めるように屈曲する状態で反射する。その結果、検査領域の像を縮小させる状態で光を反射させることになる。その第１の光反射体１０Ａにて反射した光を例えば光反射面を平面形状又は凸面形状に形成して構成されている第２の光反射体１１にて反射して受光手段５に導くことになる。

このように構成すると、検査領域における複数の単位受光対象範囲の夫々からの光を極力受光手段５の光軸方向に近い状態で第１の光反射体１０Ａにて反射させることで、検査領域の像を縮小した像を受光手段５にて受光できるように折り曲げ光路が形成されることになり、対象物移送手段にて検査領域を通過するように移送される粒状体群が搬送の乱れに起因して経路横幅方向と交差する方向に位置がずれることがあっても、隣接する別の列の単位受光対象範囲の受光量として誤って評価するおそれが少ないものにすることが可能となる。そして、第１の光反射体１０Ａを平面形状に構成するものに比べて、第２の光反射体１１の経路幅方向に沿う長さを短くして装置をコンパクト化させることが可能となるといった利点もある（図８参照）。

上記構成の折り曲げ光路形成手段にあっては、凹面鏡の反射面にて検査領域の光が、経路横幅方向の中央側に寄せ集めるように屈曲する状態で反射する。しかしながら、図７に示すように、検査領域Ｋに形成される読み取りラインＲは、符号Ｒ１で示される直線状であることが理想的であるが、実際には凹面鏡１１０による光反射面１１０ａの歪によって符号Ｒ２で示される円弧状となってしまう。すなわち、符号Ｒ２で示される円弧状のラインは、経路幅の中央部Ｃと左端Ｌ１及び右端Ｌ２とで検査位置がずれていることを示す。このような位置ずれは、光反射面１１０ａを二次元凹面反射鏡（横（水平）方向にのみ曲率を有する凹面反射鏡）に形成した場合であっても、光反射面１１０ａを三次元の球面反射鏡（横（水平）方向及び縦（垂直）方向に曲率を有する凹面鏡）に形成した場合であっても同様な現象が生じる。
この位置ずれは、凹面反射鏡によって検査領域を経路横幅方向の中央側に寄せ集めるように屈曲させ、本来の像よりも縮小して反射させることに起因すると考えられる。しかしながら、装置の小型化を実現するためには凹面反射鏡の採用は避けられず、位置ずれによる不良物の検出精度が劣る問題や、位置ずれによるエア噴出装置の作動遅れの問題を何らかの手段で解消する必要があった。

特開２００６−２３４７４４

本発明は上記問題点にかんがみ、装置の小型化を実現することと、検査位置のずれを解消して選別精度の向上を図ることとを可能とする撮像装置を提供することを技術的課題とする。

上記課題を解決するため本発明は、粒状材料を連続的に移送させる移送手段と、該移送手段から落下する粒状材料を検査領域においてその良・否を光学的に検査する検査部と、該検査部の検査の結果、良品に対して噴風を行わずにそのまま落下させて回収する一方、不良品に対して噴風を行って前記粒状材料から排除させて回収するエジェクターノズルと、を備えた検査装置であって、
前記検査部は、前記粒状材料の落下軌跡の前後を挟んで光学像を結像する撮像素子を備えた撮像装置と、光源と、バックグラウンドとを箱体内に内装した構成であり、
前記検査領域に形成される読み取りラインの中央部と両端部とにおいて、前記粒状材料の検査位置にずれが生じた場合に、前記エジェクターノズルのエア噴出の作動遅れを不要とするよう、
前記撮像装置には、複数の光反射体によって前記検査領域からの光を折り返して反射させる撮像光学系が備えられ、該撮像光学系の複数の光反射体のうち少なくとも一対の光反射体を凹面形状に形成する、という技術的手段を講じた。

また、請求項２記載の発明は、前記撮像光学系を、検査領域からの光を折り返して反射させる第１の光反射体と、該第１の光反射体にて反射した光を反射する第２の光反射体と、該第２の光反射体にて反射した光を反射する第３の光反射体と、該第３の光反射体にて反射した光を前記撮像素子に導く第４の光反射体とを備えて構成し、前記第１及び第３の光反射体の光反射面を凹面形状に形成し、前記第２及び第４の光反射体の光反射面を平面形状に形成したものである。

さらに、請求項３記載の発明は、前記第１及び第３の光反射体を、上下方向に一対で並設可能となるよう、それぞれを凹面鏡支持部材に支持させたものである。

そして、前記複数の光反射体の全てを凹面形状に形成したり、前記複数の光反射体のうち前記検査領域からの光を最初に反射させる光反射体と、前記撮像素子に導く最後の光反射体とを凹面形状に形成したりすることが可能である。

請求項１記載の発明によれば、粒状材料を連続的に移送させる移送手段と、該移送手段から落下する粒状材料を検査領域においてその良・否を光学的に検査する検査部と、該検査部の検査の結果、良品に対して噴風を行わずにそのまま落下させて回収する一方、不良品に対して噴風を行って前記粒状材料から排除させて回収するエジェクターノズルと、を備えた検査装置であって、前記検査部は、前記粒状材料の落下軌跡の前後を挟んで光学像を結像する撮像素子を備えた撮像装置と、光源と、バックグラウンドとを箱体内に内装した構成であり、前記検査領域に形成される読み取りラインの中央部と両端部とにおいて、前記粒状材料の検査位置にずれが生じた場合に、前記エジェクターノズルのエア噴出の作動遅れを不要とするよう、前記撮像装置には、複数の光反射体によって前記検査領域からの光を折り返して反射させる撮像光学系が備えられ、該撮像光学系の複数の光反射体のうち少なくとも一対の光反射体を凹面形状に形成することで、円弧状読み取りラインを上に凸の円弧と下に凸の円弧とで相殺させて、位置ずれが生じることのない直線状の読み取りラインを形成することができる。これにより、凹面反射鏡の採用により装置の小型化を実現しつつ、かつ、位置ずれによる不良物の検出精度が劣る問題を解消することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、凹面反射鏡と平面反射鏡とを組み合わせて撮像光学系を形成したものであり、撮像素子においては位置ずれが生じることのない直線状の読み取りラインを形成し、かつ、凹面反射鏡と平面反射鏡との併用により製造コストを安価にすることができる。

さらに、請求項３記載の発明によれば、前記第１及び第３の光反射体を、上下方向に一対で並設可能となるよう、それぞれを凹面鏡支持部材に支持させることで、個々の光反射体を単独で組み付けるよりも、組立作業性を一段と向上させることができる。

本発明の撮像装置が適用される検査装置の概略縦断面図である。 本発明の撮像装置が適用されるカメラの撮像光学系を示す概略図である。 撮像光学系の光反射体の反射作用を示す模式図である。 撮像光学系の別の実施例を示す概略図である。 二枚の凹面鏡に連続して反射させたときの反射作用を示す模式図である。 撮像光学系の他の実施例を示す概略図である。 検査領域Ｋに形成される読み取りラインを示す模式図である。 従来の折り曲げ光路形成手段を示す概略図である。

本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の撮像装置が適用される粒状材料の検査装置の概略縦断面図である。

図１に示すように、粒状材料の検査装置１は、機枠２内に、水平位置から約６０度の角度で傾斜して配置した移送手段としてのシュート３と、穀粒などの粒状材料を貯留するための貯留タンク４と、貯留タンク４からの粒状材料をシュート３に搬送するための振動フィーダ５と、シュート３下端から落下する粒状材料の落下軌跡の前後を挟んで設けられる検査部６と、さらに下方に設けたエジェクターノズル７と、該エジェクターノズル７下方において前記シュート３と同傾斜線上にあり、エジェクターノズル７からの噴風を受けずにそのまま落下軌跡の粒状材料を受ける良品回収樋８と、該良品回収樋８に並設され、エジェクターノズル７からの噴風を受けて正常な粒状材料から不良品を回収するための不良品回収樋９と、エジェクターノズル７からの噴風を受け損（そこ）ねて、周囲の部材に当たって跳ね返った不良品を回収するための補助不良品回収樋１０とが備えられている。

検査部６ａ，６ｂは、それぞれ箱体１１ａ，１１ｂにより囲繞されて形成されている。そして、粒状材料の落下軌跡の前側にある箱体１１ａには、本発明の撮像装置が適用された可視光用のＣＣＤ固体撮像素子及び近赤外光用のＮＩＲ固体撮像素子が内装されたカメラ１２と、蛍光灯、ＬＥＤ等からなる可視光源１３ａ，１３ｂと、ハロゲンランプ、ＬＥＤ等からなる近赤外光源１４ａと、検査部６ｂの対向用バックグラウンド１５ａとが内装されている。一方、粒状材料の流下軌跡の後側にある箱体１１ｂには、本発明の撮像装置が適用された可視光用のＣＣＤ固体撮像素子及び近赤外光用のＮＩＲ固体撮像素子が内装されたカメラ１２ｂと、蛍光灯、ＬＥＤ等からなる可視光源１３ｃ，１３ｄと、ハロゲンランプ、ＬＥＤ等からなる近赤外光源１４ｂと、検査部６ａの対向用バックグラウンド１５ｂとが内装されている。そして、箱体１１ａ，１１ｂの粒状材料の落下軌跡側には、透明ガラスからなる窓部材１６ａ，１６ｂが嵌め込まれており、両窓部材１６ａ，１６ｂで囲まれる近辺が検査領域Ｋとなる。

前記エジェクターノズル７には、図外のエアコンプレッサからの空気がサブタンク１７、配管１８、電磁弁１９を介してエア管２０から供給される。前記サブタンク１７はエアコンプレッサからの空気をいったん貯留するものであり、該サブタンク１７を設けることでエジェクターノズル７から消費されるエア量が多い場合であっても、エア不足に陥るおそれがない。

機枠２の前方の傾斜壁には、エアシリンダ２１によって上下方向に回動可能な前面ドア２２が設けられ、これにより、清掃等のメンテナンス作業を容易に行うことが可能である一方、該前面ドア２２の下方には、タッチパネルからなる操作盤及びモニタが兼用された液晶ディスプレイ２３が設けられており、オペレータの目の高さ位置に液晶ディスプレイ２３を配設することで機械操作を容易に行い得て、操作性の向上を図ることができる。

図１の符号２４は不良品受口であり、符号２５は良品受口であり、符号２６は補助不良品受口であり、符号２７はサンプル取出部である。

図２は本発明の撮像装置が適用されるカメラの光学系を示す概略図である。

図２に示すように、カメラ１２は、複数の光反射体２８，２９，３０，３１よって検査領域からの光を折り返して反射させる撮像光学系３２と、この撮像光学系３２によって導かれた材料の光学像を結像する撮像素子３３，３４とから主要部が構成される。撮像素子３３は、光学像のうちの可視光成分の波長の光を特異的に結像するＣＣＤ固体撮像素子であり、撮像素子３４は、光学像のうちの近赤外光成分の波長の光を特異的に結像するＮＩＲ固体撮像素子である。そして、光反射体３１と撮像素子３３，３４との間には、ダイクロイックミラー３５を配設する。これにより、撮像光学系３２よって導かれる可視光成分からなる光学像はダイクロイックミラー３５により屈曲され、レンズ３６によりＣＣＤ固体撮像素子３３の結像面３３ａに像を結像させ、一方で、撮像光学系３２によって導かれる近赤外光成分からなる光学像はダイクロイックミラー３５により透過され、レンズ３７によりＮＩＲ固体撮像素子３４の結像面３４ａに像を結像させることができる。

以下、撮像光学系３２について詳述する。図２に示す光反射体２８は放物面ミラーからなる凹面鏡、光反射体２９は平面反射鏡、光反射体３０は放物面ミラーからなる凹面鏡、光反射体３１は平面反射鏡にそれぞれ形成されている。そして、前記凹面鏡からなる光反射体２８及び凹面鏡からなる光反射体３０は、上下方向（カメラ１２の筐体内部における上下方向）に一対で並設可能となるよう、凹面鏡支持部材３９に取り付けられている。このように、光反射体２８及び３０を上下方向に一対で並設すると、個々の光反射体２８，３０を単独で組み付けるよりも、組立作業性を一段と向上させることができる。

次に、上記構成の作用を述べる。図３は撮像光学系の光反射体の反射作用を示す模式図である。

図２及び図３において、検査領域Ｋからの光が窓部材１６を介して入射角度φ１をもって入射すると、まず、光反射体（凹面鏡）２８により一定の角度φ２をもって反射される。このとき、検査領域Ｋの経路横幅方向の中央側に寄せ集めるように屈曲する状態で縮小して反射される。

次に、光反射体（平面反射鏡）２９では一定の角度φ３をもって縮小することなく単純に反射される。この場合（凹面鏡と平面反射鏡とに順次反射させた場合）、従来と同様、検査領域Ｋに形成される読み取りラインは、円弧状（図３の符号Ｒ２参照。上に凸の円弧状。）となる。

さらに、光反射体（凹面鏡）３０により一定の角度φ４をもって反射させると、再び検査領域Ｋの経路横幅方向の中央側に寄せ集めるように屈曲する状態で縮小して反射される。この場合（一枚目の凹面鏡と平面反射鏡と二枚目の凹面鏡とに順次反射させたとき）、図３を参照すれば、検査領域Ｋに形成される読み取りラインは、符号Ｒ３で示される下に凸の円弧状の傾向を示す。しかしながら、一枚目の凹面鏡と二枚目の凹面鏡とを組み合わせると、上に凸の円弧状読み取りライン（符号Ｒ２、一枚目の凹面鏡２８の作用。）と下に凸の円弧状読み取りライン（符号Ｒ３、二枚目の凹面鏡３０の作用。）とが光学的に相殺されるものとなる。すなわち、撮像素子３３，３４に入射される際は、実質的に図３のＲ１で示す直線状の読み取りラインで認識されることになる。

さらに、図２を参照して説明すると、光反射体（凹面反射鏡）３０で反射された光は、光反射体（平面反射鏡）３１により一定の角度φ５をもって縮小することなく単純に反射され、ダイクロイックミラー３５に入射される。ダイクロイックミラー３５に入射された光は、可視光成分からなる光学像が９０°屈曲され、レンズ３６によりＣＣＤ固体撮像素子３３の結像面３３ａに像を結像される一方、近赤外光成分からなる光学像は透過され、レンズ３７によりＮＩＲ固体撮像素子３４の結像面３４ａに像を結像される。そして、ＣＣＤ固体撮像素子３３の結像面３３ａ及びＮＩＲ固体撮像素子３４の結像面３４ａにおいては、位置ずれが生じることのない直線状の読み取りラインを形成することができる。

図４は撮像光学系の別の実施例を示す概略図である。図４に示す実施例は、光反射体２８，２９，３０，３１の全てに放物面ミラーからなる凹面鏡を採用した例である。図５は二枚の凹面鏡に連続して反射させたときの反射作用を示す模式図である。図５（Ａ）は、一枚の凹面鏡により検査領域Ｋの粒状物の反射光を経路横幅方向の中央に集め、上方に屈曲させる際の下に凸の読み取りラインが固体撮像素子に結像される様子を示す作用図、図５（Ｂ）は、一枚の凹面鏡により検査領域Ｋの粒状物の反射光を経路横幅方向の中央に集め、下方に屈曲させる際の上に凸の読み取りラインが固体撮像素子に結像される様子を示す作用図、図３（Ｃ）は、２枚の凹面鏡を用いたときの反射作用を示す模式図である。

図４及び図５（Ｃ）を参照し撮像光学系の光反射体の反射作用を説明する。図４及び図５（Ｃ）において、検査領域Ｋからの光が窓部材１６を介して入射角度φ１をもって入射すると、まず、光反射体（凹面鏡）２８により一定の角度φ２をもって反射される。このとき、検査領域Ｋの経路横幅方向の中央側に寄せ集めるように屈曲する状態で縮小して反射される。

次に、光反射体（凹面鏡）２９においても、一定の角度φ３をもって経路横幅方向の中央側に寄せ集めるように屈曲する状態で縮小して反射される。この場合、検査領域Ｋに形成される読み取りラインは、一枚目の凹面鏡２８と二枚目の凹面鏡２９とを組み合わせると、図３と同様、上に凸の円弧状読み取りラインと下に凸の円弧状読み取りラインとが光学的に相殺されるものとなり、撮像素子３３，３４に入射される際は、実質的に直線状の読み取りラインで認識されることになる。

さらに、図４を参照して説明すると、光反射体（凹面反射鏡）２９で反射された光は、同様に光反射体（凹面反射鏡）３０により一定の角度φ４をもって反射され、さらに、光反射体（凹面反射鏡）３１により一定の角度φ５をもって反射された後にダイクロイックミラー３５に入射される。ダイクロイックミラー３５に入射された光は、可視光成分からなる光学像が９０°屈曲され、レンズ３６によりＣＣＤ固体撮像素子３３の結像面３３ａに像を結像される一方、近赤外光成分からなる光学像は透過され、レンズ３７によりＮＩＲ固体撮像素子３４の結像面３４ａに像を結像される。そして、ＣＣＤ固体撮像素子３３の結像面３３ａ及びＮＩＲ固体撮像素子３４の結像面３４ａにおいては、位置ずれが生じることのない直線状の読み取りラインを形成することができる。上記の例であれば、より直線性の高い読み取りラインを形成することができる一方、全ての光反射体に凹面反射鏡を用いるため、製造コスト高となる点に難点がある。

図６は撮像光学系の他の実施例を示す概略図である。図６に示す実施例は、窓部材１６から入射される最初の光反射体２８と、撮像素子に導く最後の光反射体３１とに放物面ミラーからなる凹面鏡を採用した例である。この例であっても図２と同様の作用・効果が期待できるが、凹面鏡からなる光反射体を並設できないため、組立作業性に難点がある。

以上のように、複数の光反射体２８，２９，３０，３１のうち少なくとも一対の光反射体２８、３０を凹面形状に形成することで、凹面鏡に特有の円弧状読み取りラインが、上に凸の円弧と下に凸の円弧とで相殺され、位置ずれが生じることのない直線状の読み取りラインを形成することができる。これにより、これにより、位置ずれによる不良物の検出精度が劣る問題を解消することができ、ひいては、位置ずれによるエア噴出装置の作動遅れの問題を解消することができる。

なお、本発明の撮像装置は、上記実施の形態に限らず、種々の設計変更が可能である。

本発明は、錠剤、カプセル、米麦などの穀類、樹脂ペレット又は果物などの材料を連続的に移送させ、材料中の不良品又は異物の混入を検査するための撮像装置に適用することができる。

１ 検査装置
２ 機枠
３ シュート
４ 貯留タンク
５ 振動フィーダ
６ 検査部
７ エジェクターノズル
８ 良品回収樋
９ 不良品回収樋
１０ 補助不良品回収樋
１１ 箱体
１２ カメラ（撮像装置）
１３ 可視光源
１４ 近赤外光源
１５ バックグラウンド
１６ 窓部材
１７ サブタンク
１８ 配管
１９ 電磁弁
２０ エア管
２１ エアシリンダ
２２ 前面ドア
２３ 液晶ディスプレイ
２４ 不良品受口
２５ 良品受口
２６ 補助不良品受口
２７ サンプル取出部
２８ 光反射体（凹面鏡）
２９ 光反射体（平面鏡）
３０ 光反射体（凹面鏡）
３１ 光反射体（平面鏡）
３２ 撮像光学系
３３ 撮像素子（ＣＣＤ固体撮像素子）
３４ 撮像素子（ＮＩＲ固体撮像素子）
３５ ダイクロイックミラー
３６ レンズ
３７ レンズ
３９ 凹面鏡支持部材

Claims (5)

1. 粒状材料を連続的に移送させる移送手段と、該移送手段から落下する粒状材料を検査領域においてその良・否を光学的に検査する検査部と、該検査部の検査の結果、良品に対して噴風を行わずにそのまま落下させて回収する一方、不良品に対して噴風を行って前記粒状材料から排除させて回収するエジェクターノズルと、を備えた検査装置であって、
   前記検査部は、前記粒状材料の落下軌跡の前後を挟んで光学像を結像する撮像素子を備えた撮像装置と、光源と、バックグラウンドとを箱体内に内装した構成であり、
   前記検査領域に形成される読み取りラインの中央部と両端部とにおいて、前記粒状材料の検査位置にずれが生じた場合に、前記エジェクターノズルのエア噴出の作動遅れを不要とするよう、
   前記撮像装置には、複数の光反射体によって前記検査領域からの光を折り返して反射させる撮像光学系が備えられ、該撮像光学系の複数の光反射体のうち少なくとも一対の光反射体を凹面形状に形成されていることを特徴とする検査装置。
2. 前記撮像光学系は、検査領域からの光を折り返して反射させる第１の光反射体と、該第１の光反射体にて反射した光を反射する第２の光反射体と、該第２の光反射体にて反射した光を反射する第３の光反射体と、該第３の光反射体にて反射した光を前記撮像素子に導く第４の光反射体とを備えて構成され、前記第１及び第３の光反射体の光反射面を凹面形状に形成し、前記第２及び第４の光反射体の光反射面を平面形状に形成してなる請求項１記載の検査装置。
3. 前記第１及び第３の光反射体は、上下方向に一対で並設可能となるよう、それぞれを凹面鏡支持部材に支持させてなる請求項２記載の検査装置。
4. 前記撮像光学系は、前記複数の光反射体の全てを凹面形状に形成してなる請求項１記載の検査装置。
5. 前記撮像光学系は、前記複数の光反射体のうち前記検査領域からの光を最初に反射させる光反射体と、前記撮像素子に導く最後の光反射体とを凹面形状に形成してなる請求項１記載の検査装置。

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