JPH05506923A - ビデオ検査照明配列装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ビデオ検査照明配列装置 主皿Ω宣１ 本願は、１９８７年ｉｏ月９日に出願された米国特許出１１Ｎｏ、１０７，２６ ５の包装継続として１９８９年４月７日に出願された係属中の米国特許出１ｉＮ ｏ。

３３６．６４２および１９８９年９月１９日に出願された係属中の米国特許出願 Ｎｏ、４０９．１４８の一部継続出願であり、その内容は、参考としてここに含 まれる。

本願は、ビデオ検査技術に関し、さらに詳しくは一般に一連の同一形状の物品の 検査システムに関する。

本発明は、容器またはその構成部材の検査に適用することができる。しかしなが ら、本発明は、全ゆる検査環境または機械観察システム（ｍａｃｈｉｎｅ　ｖｉ ｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ）のようなより広い応用が可能である。

機械観察システムは、ロボット組立システムの領域、品賀管理の助けとなる検査 システムのｗＩ域において、工業上重要な地位を確保している。典型的な観察シ ステムは、標本を照らす照明システムおよび標本から反射する光を感知するカメ ラを有している。典型的なシステムにおいては、標本から反射し、カメラに受け 入れられた光からデジタル化した画像が形成される。このデジタル化された画像 データは、ロボットの腕のコントロール、標本の識別または特定の標準に従った 標本の許容性の決定に利用される。

曲面状の表面を有する標本または内部に区画を有する標本を検査する際に問題が 生じる。従来の照明システムは、さまざまな角度が標本上で光源の鏡像またはカ メラレンズからの反射光を生じるような画像を得るには有効でない。その結果、 現在のシステムでは、かかる物品の検査は最善の場合でも不完全であり、最悪の 場合は不可能である。

本発明は、上述の諸問題を克服し、さまざまな等肩線を有し、内部区画を存する 標本の正確な検査を可能にする、新規で、かつ改善されたビデオ検査システムを 提供しようとするものである。

発■Ω！１ 本発明によれば、方向性を有する複数の光発生素子を有するビデオ検査照明装置 が提供される。それぞれの電子光発生素子を内側部と外側部を有する三次元配列 に固定する手段が準備される。前記各光発生素子は、前記内側部に取付けられ、 関連する照明領域に向けられる。取付は手段の一領域に、開口部が定められる。

照明配列の外側部に固定されたビデオカメラは、カメラから開口部を通じて、一 般的には前記配列の内側部へ延びるレンズを有している。該配列の光発生素子の 少なくとも一部に電流パルスを供給する装置が設けられ、これにより照明領域内 に配置された関連標本の照明が達成される。

本発明のより限定されたＭ探によれば、ビデオカメラからの画像データを受け入 れる手段および該画像データを許容標本を表わすデータと比較する手段が提供さ れる。

本発明のさらに限定された態様によれば、ビデオカメラから得られた画像データ を第１および第２のシグナルプロセッサ（ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ。

ｒ）へ伝達する手段が提供される。前記第４のシグナルプロセッサは、第１の選 択されたゲインレベルを存し、第２のシグナルプロセッサは、前記第１のデータ プロセッサとは異なる第２のシグナルゲインレベルを有している。前記第１およ び第２のシグナルプロセッサから得られたデータは、引き続き独立して特定のゲ インレベルにおいて得られたデータ下の標本の許容性を表わすデータと比較され る。

本発明の効果の１つは、変化する等肩線を有する物品の工学的な照明およびビデ オ検査を可能にするシステムを提供することである。

本発明の他の効果は、目標とする標本の選択された部分を、該部分を横切る照明 レベルに従って分離することを可能にするシステムを提供することである。

本発明のさらに他の効果は、単一の標本の種々の部分から得られた種々の強度レ ベルの画像を同時に比較して、あらかじめ選択した標準に従い、該標本の許容性 を独立して決定することを可能にするシステムを提供することである。

本発明の他の効果は、この明細書を読み、理解すれば、当業者に明確になるであ ろう。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による標本のビデオ検査のための、照明、データ採取、採取さ れたデータの解析システムの断面図である。

第２図は、第１図のシステムに関連する標本’（ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ）の照明の 詳細を示す図である。

第３図は、表面にリブを有する物品またはその類似物を照明するために取付けら れる照明装置の他の実施１Ｍ様の断面図である。

第４図は、第１図および第３図の装置に用いられる三次元照明配列の好ましい構 造の透視図である。

しい　の−′　な創 図面により本発明を説明するが、図面は本発明の好ましい実施ｍ欅を示すもので 、本発明を限定するものではない、第１図は、カメラモジュールＢ、照明ユニッ トＣ１標本りおよびプロセッシングシステムＥを含むビデオ検査システムＡの説 明図である。

好ましい実施態様において、標本りは、コンベアベルトまたはコンベア手段工２ により照明領域１０に搬入される。標本りが照明領域１０の中に存在することは 、光学検知器として図示される位置センサ１４または他の適当な追跡機構により 決定される。第１図において、標本りは飲料容器１６として図示されており、図 示されたシステムは飲料容器に対して特に有利である。

照明ユニットＣは、方向性を有する複数の電子光発生素子１８からなり、好まし い実施Ｂ欅において、前記素子は固層発光ダイオードまたはその類似物である。

前記複数の光発生素子１日は配列２０を形成する。前記光発生素子１８は、サー キットボードまたは取付は手段２２により配列２０の内側部に向けて固定される 。

取付は手段２２は、三次元照明配列を形成する。この三次元照明配列は、角度の ついた垂直部２２ａと概ねこれに垂直な部分２２ｂを有し、′ｆｉ者の向きは、 単一の長軸またはカメラモジュールＢの光学中心線との関係により定められる。

前記配置２０の特別な構造は、第４図により図示され、詳述される。

標本の工学的な照明は、一般に素子の全部または一部を活性化する持続時間を制 御すること、素子の全部または一部に供給する電流の大きさを制御すること、ま たは前記配列の発光素子の全部または一部を選択的に作動することにより達成さ れる。これらの要素は、種々の標本に対して照明条件を調節または同調する手段 を有する。好ましい実施態様においては、発光ダイオードのバンクスイッチング （ｂａｎｋ　ｓｗｔｔｃｈｉｎｇ）が用いられる。すなわち、特定の照明期間に 選択されたそれぞれの発光素子の列（ｂ　ａ　ｎ　ｋ）を作動させる。これは、 人間によってあらかじめ選択されたデータプロセッシングシステムＥのソフトウ ェアコントロールにより、または適当なフィードバックアルゴリズムに従い、自 動的なチューニングを行うことにより達成される。

観察領域１０に標本りが存在することは、位置センサ１４によって検知され、デ ータプロセッシングシステム已に送られる。これは、選択された素子１日に、順 に、単一の短い持続時間、高電流パルスを２６として図示された通路を通じて印 加することになる。このようにして作動した素子１８から生じた光は、次に好ま しくは開口部２８を有するアーチ型の光拡散器または手段２６を通過する。光は 前記光拡散プレート２６を通過することによって均一にされ、次いで照明領域１ ０に配置された標本りに当てられる。標本りから反射した光は次にレンズ部３２ に受け入れられる。その後、カメラモジュールＢのビデオカメラ手段３４の中に 配置された感光素子に当てられる。

カメラモジュールＢには１個のカメラが図示されているが、同一の光学的中心線 に沿って検知できる複数のカメラ手段を用いることもできる。これは、カメラモ ジュールＢと標本りとの間のビーム・スプリッタ配置により達成できる。このよ うなカメラの二重の配置により、標本の種々の部分の独立した分析を可能にし、 フィードバックプロセスにおける画像の整列（ａｌｔｇｎｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｎ ｔｍａｇｅ）が可能になる。

図示された実施１１様においては、レンズ部３２は三次元配列２０の内部、およ び同様にアーチ形の光拡散器２６の内部に延びている。前記レンズ部３２は、好 ましくは焦点深度の広い広角または１魚眼”レンズを有している。この配置は、 標本へ伝達する光の量を最大にし、前記光が標本へ到る角度を最適にし、得られ た映像の一体性を改良することに役立つ。

当業者に理解できるように、このようにしてビデオカメラ手段に露光された光は 、照明された対象物を表わす画像データを作る。画像データは、ビデオカメラ手 段３４から連結部３６を経由してデータプロセッシングシステム已に伝達される 上述の方法により連結部３６を経由した映像データは、前記標本りの内部の突出 した部分の全てを表現するデータを含んでいる。しかしながら、現在の技術では 、標本りの部分の種々の照明部分を強度水準を変化させて行ない、かくして全標 本上に強度の広いスイングを行い、画像の許容性を表わすデータを迅速に抽出す ることは困難である。特に、例えばリム状部４０は、例えば標本りの底部４２よ りも全体的に強度を増加させて光が当てられていることが理解できよう。本発明 は、標本上の強度の幅広いスイングにもかかわらず、このような細かい部分の完 全な分析を可能とするシステムを提供する。

このことを達成するために、好ましい実験態様では類似の形態をとる接続部３６ から受けた画像データは、それぞれ手段４４および４６で表わされる第１および 第２のシグナルプロセッサへ送られる。それぞれのシグナルプロセッサは、好ま しくはアナログ−デジタル（”Ａ／Ｄ”〕変換器を有している。したがって、単 一の光学中心線に沿って少なくとも１つのカメラから得られた画像データは、４ ４および４６の両方のシグナルプロセッサに伝送される。

第４および第２のシグナルプロセッサ４４．４６の第１および第２のＡ／Ｄ変換 器はそれぞれ定められた特異なゲイン特性を有しており、これにより画像データ の種々の区分をとらえ、解析することができる。プロセッシング素子５０からプ ロセッシング素子５２ヘデータを伝送するために、フィードフォワードライン４ 日を設けることもまた有利である。このようなデータは、プロセッシング素子５ ２による解析のために位置を定める整列データを含むことができる。

好ましい実施！Ｓ欅において、第１および第２のＡ／Ｄ変換器の出力は、それぞ れ第１および第２のデータプロセッシング素子に伝送される。このような２つの データプロセッシング素子を使用することにより、高速平行画像解析ができる。

各プロセッシング素子５０および５２は、取得され、デジタル化されたイメージ データと、許容される標本および許容されない標本を表わすデータとを比較する 。

それぞれのデータプロセッシング素子においてその標本が許容されないと決定さ れた場合には、このデータはコンベア装置１２上の下流点で、前記標本を照明領 域から除去するシステムに用いることができる。

第１図の照明ユニットＣによる、飲料容器１６として図示された標本りの照明は 、第２図を参照すればさらに明瞭に理解される。図から、標本りに入る光が標本 の全ての部分に与えられていることがわかる。照明は、光発生素子１８（第１図 ）から直接的におよび光発生素子１日から標本の壁、側面および底からの内部反 射を経由して間接的に行われる１図を参照すれば、上述したように光の重要な部 分は、標本の糧々の部分からレンズ部分３２へ反射することがわかる。このシス テムは、そのデータからその標本の許容性を決定するのに充分な全標本のデータ を内部から得る手段を与えることができる。

第３図は、リブ状またはカーブ状の延長部を存する一般には平面状の標本の検査 に特に好適な本発明の実施！！様の１つを示すものである。第３図において、類 似の構造部分の数字による表示は、第１図と同様である。

第３図の実施態様において、照明ユニッ）Ｃは、方向性を有する、好ましくは固 層発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる光発生素子１８の配列を存している。取付 は手段２２は、第１図と同様な２２ａおよび２２ｂの部分に加えて、一般にビデ オカメラ手段３４の長袖と平行に配置された部分２２ｃを有している。第３図に 示す照明配列の構造によれば、個々の素子１８からの光が、食品の缶詰の端部５ ６として図示されている標本りからビデオカメラ３４のレンズ部分３２へ反射す る角度が増加させることができる。第１図の実施態様の場合と同様に、標本りと 光発生素子１８の配列との間にアーチ状の拡散器２６を配！することにより標本 により均一な露光ができる。

第３図の実施態様において、第１図の実施態様と異なりレンズ部３２は、アーチ 状の拡散器のほうへ延びるのみで、前記拡散器の内部には延びていない、拡散器 ２６によって定義される開口部６０の大きさは、標本上の反射を最小にし、配列 から適用される利用可能な照明を最大にするために、最小の大きさにすることが 有利である。これは、ビンホールレンズアレシジメントを用いることにより達成 される。カメラ３４は、取付はブラケット６２によりこの位置に固定される。

図に示すように、開口部６０のサイズを最小にする上で、円錐状レンズアレンジ メントを用いることが好ましい。

第３図の構造は、図に示していないが、第１図に示すようなデータブロセ７シン グシステムＥ、コンベア装置１２および位置センサ１４を有する場合に有利に適 用することができる。

第４図に、取付は手段２２の好適な組立構造物の透視図を示す、この透視図は、 第１図、第３図に示す切断図では不可能な視覚化を容易にする０図から、取付は 装置は、図に示すように連結された長方形部分と梯形部分の連続から構成される 。

前記梯形部分は、方向性のある光発生素子１８を直接取付けたプリント回路ｌｆ Ｅ板で構成することが好ましい、第４図に示された構成技術に加えて、フレキシ ブル回路基板材料の使用のような他の技術も同様に利用できる。このような回路 基板は、与えられた構造に適合するように特別に処理したり、成形またはロール させた照明配列を得ることができる。

本発明を好ましい実施態様に基づいて記述したが、この明細書を読み、理解する ことにより、改良、置換が他人によって考えられることは明らかである。このよ うな全ての改良および変更は、関連する特許請求の範囲またはそれと均等の範囲 に入る限り、本発明に含まれるものである。

Ａ］ ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ 閑際調査報告

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．方向性を有する複数の光発生素子と、内側部分と外側部分とに明確に区別さ れた取付け手段であって、複数の光発生素子は関連する照明領域に向けて該取付 け手段の内側部分に固定される、前記複数の光発生素子のそれぞれを三次元発光 配列に固定する取付け手段と、前記取付け手段に設けられた開口部と、レンズに 受容した光から画像データを生じるビデオカメラ手段と、前記内側部分が前記開 口部を通って広がるように三次元発光配列の内側部分にレンズを固定する固定手 段と、 関連する標本の照明のために関連する照明領域を照明する前記配列中の選択され た光発生素子のそれぞれに選択された値の電流のパルスを同時に供給する手段と を有する照明ビデオ検査装置。
2. ２．前記配列の光発生素子の一部に、単一の電流パルスを与えることによる関連 照明領域の照明の結果として得られるビデオカメラ手段からの画像を受けるデー タプロセッサ手段と、 前記データプロセッサ手段中に含まれる、画像データを許容画像データの範囲を 表わすデータとを比較する手段と、 前記比較手段の出力により関連する標本の許容性を決定する手段とをさらに有す る請求の範囲１記載の照明ビデオ検査装置。
3. ３．電流パルスを与える光発生素子配列中の選択された光発生素子を形放する光 発生素子を選択的に変化させる手段をさらに有する請求の範囲２記載の照明ビデ オ検査装置。
4. ４．光発生素子から関連する照明領域へ伝達される光を選択的に均質化し、第２ の開口部となるアーチ形の光拡散手段と、レンズが少なくとも第２の開口部に延 びるように、三次元照明配列と関連する照明領域の間に前記光拡散手段を固定す る手段をさらに有する請求の範囲２記載の照明ビデオ検査装置。
5. ５．ビデオカメラ手段により生じた画像データは、二次元配列の各画素の強度値 を表わすアナログデータを含み、さらに第１の選択されたシグナルゲインレベル を有する第１のシグナルプロセッサと、第１の選択されたシグナルゲインレベル とは異なる第２のシグナルゲインレベルを有する第２のシグナルプロセッサとを 有するデータプロセッサ手段と、 第１の画像データを第１のシグナルプロセッサに伝送して第１の処理された画像 データを得る伝送手段と、 第２の画像データを第２のシグナルプロセッサに伝送して第２の処理された画像 データを得る伝送手段と、 関連する標本の第１部分の許容される画像データの範囲を代表するデータを第１ の処理画像データと相互に関連させる第１の相関関係手段を含む比較手段と、関 連する標本の第１部分から特別に定められた関連標本の第２部分の許容される画 像データを表わすデータと第２の処理画像データを相互に関連させる第２の相関 関係手段を含む比較手段とを有する請求の範囲４記載の照明ビデオ検査装置。
6. ６．第１と第２の比較手段は、それぞれ第１と第２のプロセッサ要素を有し、さ らにデータプロセッサ手段は第１および第２のプロセッサ要素を同時に作動する 手段を有する請求の範囲５記載の照明ビデオ検査装置。
7. ７．第１のシグナルプロセッサは第１のアナログーデジタルコンバータを、第２ のシグナルプロセッサは第２のアナログーデジタルコンバータを有し、これによ り第１および第２の処理シグナルはそれぞれ第１および第２のデジタル化された シグナルを有する請求の範囲６記載の照明ビデオ検査装置。
8. ８．関連する標本に単一の、強い、短い印加時間の光のパルスを与える照明手段 と、 関連標本から反射した後にレンズ部に入る光のパルスを受けて画像データを生じ る、レンズ部を有するビデオカメラ手段と、それぞれに特別に定められた第１お よび第２のゲインレベルを有する第１および第２のシグナルプロセッサ手段と、 第１および第２のシグナルプロセッサヘ、画像データの少なくとも一部を伝送し て、それぞれ第１および第２の処理シグナルを得る伝送手段と、受信したシグナ ルデータを許容標本を代表するデータと比較してその許容性を決定する第１およ び第２のプロセッサ手段と、第１および第２の処理シグナルをそれぞれ第１およ び第２のデータプロセッサに伝送する手段とを有する照明ビデオ検査装置。
9. ９．第１と第２のデータプロセッサの比較を同時に行う手段を有する請求の範囲 ８記載の照明ビデオ検査装置。
10. １０．ビデオカメラ手段は、関連する反射光強度を表わすグレイスケールレベル を有する画素の二次元配列で表わすデータとして画像データを作成する手段を有 する請求の範囲９に記載の照明ビデオ検査装置。
11. １１．第１および第２の処理シグナルにより関連標本の画像をデジタル化するア ナログーデジタルコンバータを有する第１および第２のシグナルプロセッサ手段 と、 それぞれの第１処理シグナルを許容される標本を表わすデジタル化したデータと 比較する手段をそれぞれ有する第１および第２のデータプロセッサとを有する請 求の範囲１０に記載の照明ビデオ検査装置。
12. １２．照明手段は、方向性を有する複数の電子式光発生素子と、内側部分と外側 部分を区分し、前記複数の光発生素子のそれぞれを関連標本を一般に指向するよ うに該内側部分に固定するとともに、複数の光発生素子の各素子を三次元照明配 列に固定する取付け手段とを有する請求の範囲１１に記載の照明ビデオ検査装置 。
13. １３．一般に外面部分から取付け装置の開口部へ延びるようにレンズを固定する 固定手段を有する請求の範囲１２に記載の照明ビデオ検査装置。
14. １４．取付け手段によって定められる内側部分にレンズが開口部を透して延びる ようにレンズを固定する手段をさらに有する請求の範囲１２に記載の照明ビデオ 検査装置。
15. １５．方向性を有する複数の光発生素子、前記複数の光発生素子のそれぞれを三 次元発光配列に固定する取付け手段であって、該取付け手段は内側部分と外側部 分に区分されており、複数の光発生素子は関連する照明領域に向けて該取付け手 段の内側部分に固定されている取付け手段、および前記取付け手段に設けられた 開口部を有する照明配列と、 レンズ部を有するビデオカメラ手段と、レンズ部が開口部を通って延び、内側部 分に終わるようにビデオカメラ手段を照明配列との相関関係において固定する手 段と、一連の関連する標本の列を関連する照明領域へ送る搬送手段と、該一連の 関連標本のそれぞれが照明領域に存在することを決定する手段と、関連する標本 を照明するために複数の光発注素子に選択的に電流を供給する手段と、 照明された関連標本からレンズ弁への反射光を受けてビデオカメラ手段により作 られた画像データを送る伝送手段と、それぞれが特定のゲインレベルを有し、第 １および第２のアナログーデジタル変換手段へ画像データを送り、これによって 第１および第２のデジタル化画像データ部を形成する伝送手段と、 第１のゲインレベルにおいて処理されたデジタル化データに対応して標本の許容 性を表わすデータと第１のデジタル画像データとを比較する第１の比較手段と、 第２のゲインレベルにおいて処理されたデジタル化データに対応して標本の許容 性を代表するデータと第２のデジタル画像データとを比較する第２の比較手段を 有する照明ビデオ検査装置。
16. １６．第１と第２の比較手段は独立したデータプロセッサを有する請求の範囲１ ５に記載の照明ビデオ検査装置。
17. １７．第１および第２の比較手段の少なくとも１つの出力によって一連の関連す る標本のそれぞれの許容性を決定する手段を有する請求の範囲１６に記載の照明 ビデオ検査装置。
18. １８．配列中の選択された光発生素子に電流のパルスを加えることにより選択的 に光発生素子を変える手段を有する請求の範囲２に記載の照明ビデオ検査装置。