JP6761569B2 - 物品選別装置 - Google Patents

Description

本発明は物品選別装置に関し、詳しくは判定手段が判断した品質および位置に基づいて搬送手段から所要の物品を排出する排出手段を備えた物品選別装置に関する。

従来、果菜等の物品を搬送する搬送手段と、搬送手段上の物品を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像に基づいて物品の品質および位置を認識する判定手段と、上記判定手段が判断した品質および位置に基づいて上記搬送手段から所要の物品を排出する排出手段とを備えた物品選別装置が知られている（特許文献１）。
この特許文献１の物品選別装置では、上記判定手段が撮影された画像から物品の外形を認識してその等級を判定するとともに、認識した外形から当該物品を取り上げるための取り上げ位置（ピックポイント）を認識するようになっている。

特開平７−２３７６２１号公報

しかしながら、上述したような果菜の一部分にのみ腐敗が発生し、当該腐敗部分が上記撮影手段から死角に位置していた場合、上記特許文献１の撮影手段では当該腐敗部分を撮影できず、判定手段はこれを認識することができなかった。
そこで、例えば特開平９−２８６５１５号公報のように搬送手段上の物品を回転させて、当該物品の全周を撮影することが考えられるが、真球形状でない略球状の物品が回転すると上記ピックポイントが変動することから、排出手段が果実を正確に取り上げることができないという問題が生じてしまう。
このような問題に鑑み、本発明は物品の全周から物品の品質を認識することができ、かつ排出手段が正確に当該物品を排出することが可能な物品選別装置を提供するものである。

すなわち請求項１の発明にかかる物品選別装置は、物品をランダムな状態で搬送する搬送手段と、搬送手段上の物品を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像に基づいて物品の品質および位置を認識する判定手段と、上記判定手段が判断した品質および位置に基づいて上記搬送手段から物品を排出する排出手段とを備えた物品選別装置において、
上記搬送手段によって搬送される物品を回転させる回転手段を設け、
上記回転手段が上記物品を回転させる回転区間と、物品が回転しない非回転区間とが入るように上記撮影手段による物品の撮影範囲が設定され、
上記排出手段は上記物品を上方から保持する保持部を有し、
上記判定手段は、上記回転区間を搬送される物品の画像から当該物品の品質を判定し、上記非回転区間を搬送される物品の画像から当該物品の位置を認識し、当該物品の位置に基づいて、上記保持部による当該物品の保持位置を認識することを特徴としている。

上記発明によれば、上記回転手段によって搬送手段上の物品を回転させることにより、撮影手段が物品の全周を撮影することができ、判定手段が確実に物品の品質を判定することができる。
また、撮影手段の撮影範囲に回転区間および非回転区間を設定したことで、当該非回転区間で物品の保持位置を正確に認識できるため、上記排出手段の保持部によって当該物品を正確に排出することができる。

本実施例にかかる物品選別装置の正面図 撮影手段による撮影範囲を説明する図

以下図示実施例について説明すると、図１は物品としてのミカンなどの果実１を選別する物品選別装置２を示しており、傷や発色不良、腐敗した部分のある果実１（以下、不良果とする）や、その大きさが所定の規格から外れた果実１（以下、格外果とする）を選別してこれを排出するものとなっている。
この物品選別装置２は、集果された果実１をランダムに供給する供給手段３と、果実１を大きさや糖度に基づいて選別する図示しない等階級選別装置との間に設けられており、上記等階級選別装置において果実１を等級分けする前に、予め上記不良果や格外果を排除するものとなっている。
そして上記物品選別装置２は、果実１を搬送する搬送手段４と、搬送手段４上の果実１を撮影する撮影手段５と、上記撮影手段５の撮影画像に基づいて果実１の品質および位置を認識する判定手段６と、上記判定手段６が判断した品質および位置に基づいて上記搬送手段４から上記不良果や格外果を排出する排出手段としての第１、第２ロボット７、８とを備え、これらは図示しない制御手段によって制御されるとともに、上記判定手段６については上記制御手段に組み込むことが可能となっている。

上記搬送手段４は、平行に設けられたチェーンコンベヤ１１と、当該チェーンコンベヤ１１の間に回転可能に設けられた複数のローラ１２とを備え、上記チェーンコンベヤ１１は両端に設けられたスプロケット１１ａの間に張設され、またモータ等の駆動手段１３によって駆動されるようになっている。
上記チェーンコンベヤ１１の搬送速度は上記スプロケット１１ａに設けられた図示しないエンコーダによって認識されるようになっており、また駆動手段１３を制御することで搬送速度を変更することが可能となっている。
図２に示すように、上記ローラ１２は搬送方向に対して直交する方向に設けられており、隣接するローラ１２とローラ１２との隙間に上記果実１が落下しないように入り込むようになっている。
上記構成により、ローラ１２が回転すると、これに接触する果実１がローラ１２の回転方向に対して逆方向に回転するようになっており、そのために上記ローラ１２の外周面に突起等の滑り止め手段を形成してもよい。

そして本実施例の搬送手段４には、当該搬送手段４上の果実１を回転させる回転手段としてのブレーキ板１４が設けられており、このブレーキ板１４の設けられた部分を回転区間Ａ、当該回転区間Ａの下流側に隣接するブレーキ板１４の設けられていない部分を非回転区間Ｂとする。
上記ブレーキ板１４は、上記果実１を搬送する搬送面側を移動するローラ１２の裏面側に接触するように設けられており、ローラ１２との間で摩擦力を発生させることでローラ１２を回転させるようになっている。
後に詳述するように、上記ブレーキ板１４の設けられた回転区間Ａは上記撮影手段５の撮影範囲に入っており、このため上記ローラ１２が回転して果実１が回転すると、その全周が順次上方を向き、上記撮影手段５によって撮影されるようになっている。
そして、上記ローラ１２がブレーキ板１４の設けられた回転区間Ａを通過して非回転区間Ｂに到達すると、ローラ１２は回転を停止して上記果実１の回転が停止し、その状態で上記撮影手段５が果実１を撮影するようになっている。
なお、上記回転手段としては、上記ブレーキ板１４の他、各ローラ１２にモータを設けてそれぞれ自転する構成としたり、上記ブレーキ板１４に代えてローラ１２との間で摩擦を生じさせるベルトコンベヤを設ける等、他の構成を有したものであってもよい。

上記撮影手段５は上記搬送手段４の上方に設けられており、従来公知のＣＣＤカメラを用いることができる。また上記撮影手段５に隣接して可視波長領域の光を照射する白色ＬＥＤ１５と、紫外波長領域の光を照射する紫外線ＬＥＤ１６とが設けられている。
上記撮影手段５は図２に示すように搬送手段４によって搬送される果実１を撮影する撮影範囲を有しており、搬送方向に直交する方向においては上記搬送手段４の幅全体を撮影し、搬送方向においては上記ブレーキ板１４の設けられた回転区間Ａおよび、その下流側に隣接した非回転区間Ｂの一部を撮影するようになっている。
上記白色ＬＥＤ１５および紫外線ＬＥＤ１６は例えば１００ｍｓｅｃの間隔で交互に発光し、撮影手段５はこの可視光が照射された果実１の画像と、紫外光が照射された果実１の画像とを交互に撮影して、撮影した画像を判定手段６に送信するようになっている。
これにより上記搬送手段４を搬送される果実１は、上記撮影手段５の撮影範囲を搬送される間に、可視光および紫外光のそれぞれが照射された状態で複数回撮影され、上記回転区間Ａでは回転することによりその全周が撮影され、一方上記非回転区間Ｂでは回転しない状態で撮影されるようになっている。
なお、上記撮影手段５としてはＣＭＯＳカメラを用いることも可能であり、また紫外線ＬＥＤ１６については、これに代えて近赤外線ＬＥＤと白色ＬＥＤとを組み合わせたり、紫外線ＬＥＤ、近赤外線ＬＥＤ、白色ＬＥＤを組み合わせて用いることも可能である。

上記判定手段６は、上記撮影手段５が撮影した画像から、各果実１についての品質および位置を判定し、この判定結果を用いて上記第１、第２ロボット７、８にその保持位置を送信するようになっている。
上述したように、撮影手段５は所定の間隔で果実１を撮影するが、上記回転区間Ａの果実１は回転しているため、撮影手段５によって撮影される毎に当該果実１の平面視形状が変化することとなる。従って、前後する画像から平面視形状を基に同一の果実１を認識することはできない。
そこで判定手段６は、先に撮影された画像から、従来公知の方法を用いて全ての果実１の平面視形状および中心位置を認識し、併せて上記中心位置の撮影範囲における座標値を認識する。
続いて判定手段６は、次に撮影された画像からすべての果実１の中心座標を認識し、前後する画像における果実１の中心座標同士の距離を算出し、これを上記搬送手段４の搬送速度と撮影間隔とから算出した搬送距離と比較する。
そして判定手段６は、上記果実１の中心座標同士の距離が上記搬送距離に一致もしくはおおよそ一致した場合に、対応した果実１が前後する画像における同一の果実１であると判定する。
その後果実１が非回転区間Ｂに移動すると、果実１は回転を停止するが、引き続き判定手段６は上記方法を用いて当該非回転区間Ｂを移動する果実１の中心位置を認識する。
そして果実１が撮影手段５の撮影範囲を通過すると、当該果実１は引き続き非回転区間Ｂを搬送されることとなり、判定手段６は上記搬送手段４の搬送速度に基づいて、各果実１が搬送手段４のどの位置に位置しているかを認識し続けるようになっている。
なお上記搬送手段４における各果実１の位置については、上記方法に加えて下記方法を加味することで、より正確に認識することができる。
第１の方法として、上記撮影手段５が撮影した果実１の画像から、判定手段６が当該果実１の色や大きさなどを認識し、前後する画像において同様の色や大きさを有する果実１を同一の果実１として認識させることができる。
第２の方法として、ライン状のレーザ光を上記撮影手段５の撮影範囲を搬送される果実１に照射し、果実１に沿って変形した上記レーザ光から上記判定手段６が当該果実の大きさを認識し、前後する画像において同様の大きさを有する果実１を同一の果実１として認識させることができる。

次に判定手段６は、上記白色ＬＥＤ１５が照射されて撮影された果実１の画像から、果実１における傷の有無や発色具合を判定するとともに、当該果実１が格外果であるか否かを判定する。
上記果実１の傷の有無については従来公知の判定方法を用いることが可能であり、果実１が回転区間Ａを搬送される間に当該果実１の全周が撮影手段５によって撮影されることから、判定手段６は各果実１について傷の有無や発色の程度を確実に認識することができる。
格外果であるか否かについては、果実１の平面視画像における直径に基づいて認識することができ、果実１が回転することで各方向からの直径が測定されるため、そのうちの一枚でもその直径が所要の寸法に満たないもしくは超えた場合には、当該果実１を格外果として判定する。
また格外果であるか否かについては、その他にも、果実１に形成された傷の大きさや個数、白斑などの色抜けの程度に基づいて判定することができ、果実１が回転することで各方向からこれらの判定を行うことができる。

次に判定手段６は、上記紫外線ＬＥＤ１６を照射して撮影された果実１の画像から、果実１における腐敗部分の有無を判定する。
紫外光を照射して果実１の腐敗の有無を認識することについては、従来公知であるため詳細な説明は省略するが、果実１が回転区間Ａを搬送されることで当該果実１の全周が撮影手段５によって撮影されることから、判定手段６は各果実１について腐敗の有無を確実に認識することが可能となっている。
そして判定手段６は、上記可視光の照射された果実１にかかる傷の有無と、上記紫外光の照射された果実１にかかる腐敗の有無とについて、傷もしくは腐敗のいずれか一方でも認識された場合には、これを不良果として判定する。

上記第１、第２ロボット７、８は、従来公知の所謂パラレルリンク型ロボットとなっており、上部に設けられた基部より突出する複数のアーム７ａ、８ａと、複数のアーム７ａ、８ａの先端に設けられた吸着部７ｂ、８ｂとから構成され、これら第１、第２ロボット７、８の作業範囲内にはそれぞれ回収ボックス１７、１８が設けられている。
そして、上流側の第１ロボット７は搬送手段４を搬送される果実１のうち、上記傷や腐敗部分のある不良果を上記回収ボックス１７に排出し、下流側の第２ロボット８は上記格外果を回収ボックス１８に排出するようになっている。
上記吸着部７ｂ、８ｂは図示しない負圧発生手段に接続されており、上記果実１を上方から吸着保持するようになっており、このとき果実１の中心位置の上面を吸着保持することで、これを安定して保持することができる。
上記第１、第２ロボット７、８の作業範囲は上記撮影手段５による撮影範囲の下流側に設けられており、また第１、第２ロボット７、８の作業範囲を通過する搬送手段４は上記ブレーキ板１４の設けられていない非回転区間Ｂとなっている。
このような構成により、上記第１、第２ロボット７、８の作業範囲では果実１が回転しない状態で搬送され、上記吸着部７ｂ、８ｂによって回転しない状態の果実１を保持することが可能であり、その際上記判定手段６が認識した果実１の中心位置で吸着保持することから、これを安定して保持することができる。
なお上記第１、第２ロボット７、８については、パラレルリンク型ロボットの他、スカラー型ロボットや多関節型ロボットを用いることが可能であり、また上記吸着部７ｂ、８ｂを用いて果実１を吸着保持する構成の他、例えば吸引ノズルによって対象とする果実１を吸引する構成とし、吸引した果実１を吸引ノズルに連続して設けたパイプを介して上記回収ボックス１７、１８に回収するようにしてもよい。

上記構成を有する物品選別装置２の動作を説明すると、まずコンテナ等に収容された選別前の果実１が、上記搬送手段４の上流側に設けられた供給手段３によって供給され、これにより複数の果実１が上記搬送手段４上にランダムに供給される。
上記果実１は搬送手段４を構成するローラ１２とローラ１２との隙間に入り込むため、その後果実１は当該入り込んだ隙間から上流側や下流側に隣接するローラ１２とローラ１２との隙間へと移動しにくくなる。
上記搬送手段４によって搬送される果実１は、その後上記撮影手段５による撮影範囲内に進入し、上記白色ＬＥＤ１５および紫外線ＬＥＤ１６が交互に照射されながら上記撮影手段５によって所定の間隔で撮影される。

そして上記撮影手段５の撮影範囲には、上記搬送手段４に設けられた回転手段としてのブレーキ板１４によって果実１が回転する回転区間Ａと、当該回転区間Ａの下流側に位置して果実１が回転しないようにされた非回転区間Ｂとが設定されている。
このため、上記回転区間Ａを搬送される間、各果実１はその全周が上記撮影手段５によって撮影されることとなり、判定手段６は全ての果実１について不良果であるか格外果であるかを判定し、各果実１ごとにその判定結果を記憶する。
そして上記果実１が回転区間Ａから非回転区間Ｂに移動すると、果実１は回転を停止するため、判定手段６は各果実１の中心位置を認識することが可能となり、当該中心位置を上記第１、第２ロボット７、８による吸着位置として記憶する。

上記撮影手段５の撮影範囲を通過した果実１は、果実１がローラ１２によって回転しない上記非回転区間Ｂをそのまま搬送され、これにより果実１は上記判定手段６が非回転区間Ｂで認識した姿勢を維持して、これらの作業範囲に進入するようになっている。
第１ロボット７は、その作業範囲に傷や腐敗部分が存在する不良果が進入すると、上記吸着部７ｂによって当該不良果を吸着保持し、これを回収ボックス１７に排出する。
その際、上記果実１は回転しておらず、上記中心位置が変動しないことから、第１ロボット７は、上記判定手段６が認識した果実１の中心位置および搬送手段４の搬送速度に基づいて、上記吸着部７ｂを果実１の中心位置に移動させることで、当該果実１を確実に吸着保持することが可能となっている。
これと同様、第２ロボット８は格外果を吸着保持してこれを回収ボックス１８に排出するようになっており、このような格外果については、例えば飲料等に加工するために上記不良果とは別に回収されるようになっている。
このような構成に対し、果実１がローラ１２によって回転した状態で第１、第２ロボット７、８の作業範囲に進入すると、果実１がスリップしたり、その不定形な形状によって搬送手段４の搬送方向に対して斜めに移動してしまうなどの予測不能な挙動をすることから、これを上記第１、第２ロボット７、８によって吸着保持できない場合が生じてしまう。
そして、不良果や格外果と判定されなかった果実１については、その後等階級選別装置まで搬送され、大きさや糖度等に基づいて等級分けされるようになっている。

なお、上記実施例では上記撮影手段５が搬送手段４の直上に設けられ、上記果実１を直上から撮影しているが、例えば搬送手段４を挟んで両側に撮影手段５を設けて、これらの撮影手段５によって斜め上方から果実１を撮影することで、回転する果実１の側面を両側から撮影することができ、より高精度に果実１の形状や傷の有無等を認識することができる。
また上記実施例と異なり、格外果についても上記不良果と同様に処分してしまう場合には、第２ロボット８を省略して格外果と不良果とを一台のロボットによって排出することができる。また格外果と不良果とを複数のロボットによって排出するようにしてもよい。
さらに、上記実施例では物品として果実１を挙げているが、その他の略球形を有した物品であってもよい。また球形に限らず、例えば筒状の物品の側面の全周からその品質を判定することも可能である。

１ 果実（物品） ２ 物品選別装置
４ 搬送手段 ５ 撮影手段
６ 判定手段 ７，８ 第１、第２ロボット（排出手段）
Ａ 回転区間 Ｂ 非回転区間

Claims (2)

1. 物品をランダムな状態で搬送する搬送手段と、搬送手段上の物品を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像に基づいて物品の品質および位置を認識する判定手段と、上記判定手段が判断した品質および位置に基づいて上記搬送手段から物品を排出する排出手段とを備えた物品選別装置において、
   上記搬送手段によって搬送される物品を回転させる回転手段を設け、
   上記回転手段が上記物品を回転させる回転区間と、物品が回転しない非回転区間とが入るように上記撮影手段による物品の撮影範囲が設定され、
   上記排出手段は上記物品を上方から保持する保持部を有し、
   上記判定手段は、上記回転区間を搬送される物品の画像から当該物品の品質を判定し、上記非回転区間を搬送される物品の画像から当該物品の位置を認識し、当該物品の位置に基づいて、上記保持部による当該物品の保持位置を認識することを特徴とする物品選別装置。
2. 上記搬送手段の上流側に複数の物品を当該搬送手段上にランダムに供給する供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の物品選別装置。

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