JPH10507003A

JPH10507003A - 寸法測定システム

Info

Publication number: JPH10507003A
Application number: JP8536701A
Authority: JP
Inventors: アルバートウァーツ、; ジョン・イーロメイン、; デイビッド・エルマーティン、
Original assignee: アキュー − ソート・システムズ・インコーポレーテッド
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1998-07-07
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: DE69605792D1; JP2966107B2; AU5959696A; US6177999B1; DE69605792T2; ATE188029T1; EP0828990B1; US6775012B2; US20020001091A1; WO1996038708A1; US5661561A; ES2140099T3; US5969823A; EP0828990A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、運転しているコンベア上を移動している物体を収容するために必要とされるボックスの最小の寸法を決定する寸法測定システムを提供する。寸法測定システムは、反射鏡を備えたホイールによって移動される走査ビームを発生する光源から構成されている。その視野が運動している走査ビームを追跡するライン走査カメラは、走査ビームのイメージを受取り、走査された物体の３次元ボックス構造を計算するために処理された信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】寸法測定システム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５，１９３，１２０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。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。発明の要約本発明は、移動しているコンベア上を走行している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システムを提供する。寸法測定システムは、反射鏡を備えたホイールによって移動される走査ビームを発生する光源から構成されている。その視野もまた反射鏡を備えたホイールによって移動されるライン走査カメラが、走査ビームのイメージを受取り、走査された物体の３次元ボックス構造を計算するために処理される直列アナログ波形を出力する。複雑な曲線を有する物体にはさらに処理することが必要とされる。本発明の目的は、運転しているコンベアベルト上の３次元物体を走査して、この物体を収容することのできるボックスを計算する寸法測定システムを提供することである。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21ｃ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21ｃ′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ＣＣＤ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３６インチであり、それは１画素当り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（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た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、予備処理されると、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ＴＲ，ＲＢ，ＢＬおよびＬＴ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。は、それらが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、隣接する点；ＴとＴＲ、ＴＲとＲ、ＲとＲＢ等のそれぞれの間に１つづつ限定される８個のラインから成る。第２の８個のラインは、１つおきの点；ＴＲとＲＢ、ＲＢとＢＬ、ＢＬとＬＴ等や、ＴとＲ、ＲとＢ、ＢとＬ等の間に１つづつ限定される。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、決定されたラインであって、それが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たラインＢＬ−Ｌに平行な、誇張されたラインＡが計算される。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。ソフトウ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ＴＭＳ３２０Ｃ３０ＣＭＯＳ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12 6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度に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。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９７年５月１日【補正内容】明細書寸法測定システム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５，１９３，１２０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ＷＯ９４／２７１６６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。米国特許第４，７５８，０９３号明細書には、ホログラフ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。発明の要約本発明は、移動しているコンベア上を走行している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システムを提供する。寸法測定システムは、反射鏡を備えたホイールによって移動される走査ビームを発生する光源から構成されている。その視野もまた反射鏡を備えたホイールによって移動されるライン走査カメラが、走査ビームのイメージを受取り、走査された物体の３次元ボックス構造を計算するために処理される直列アナログ波形を出力する。複雑な曲線を有する物体にはさらに処理することが必要とされる。本発明の目的は、運転しているコンベアベルト上の３次元物体を走査して、この物体を収容することのできるボックスを計算する寸法測定システムを提供することである。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。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ＣＣＤ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た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【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９７年７月３０日【補正内容】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。は、それらが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。ソフトウ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ＴＭＳ３２０Ｃ３０ＣＭＯＳ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12 6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。請求の範囲１．走査ビーム21が物体14を繰り返し交差するように、コンベア12を通って延在する平面に関して角度θをなしている走査ビーム21をコンベア12を横切って移動させる手段22を有している、運転しているコンベア12上で移動している物体14の１以上の寸法を決定する装置15において、前記平面に平行であり、かつビーム21と対応して移動するライン視野42を有しており、その反射されたイメージ42ａ，42ｂ，42ｃを受取る検出手段と、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寸法決定装置15。２．検出手段は、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15。３．さらに、信号を受信し、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、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15。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３０４．８ｍｍ（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15。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15。６．検出手段は、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15。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15。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（１２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15。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．選択された地点でコンベア12を横切って移動するビーム21ａ，21ｂ，21ｃを導く手段と、移動するビーム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移動ビーム21ａ′，21ｂ′，21ｃ′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15。１１．前記平面に平行であり、かつ反射されたイメージ42ａ，42ｂ，42ｃがコンベア12で生じた場合には、検出手段が基準位置ｄ₀で反射されたイメージ42ａ，4 2ｂ，42ｃを受取るように整列されたライン視野42を導く手段を具備しており、前記検出手段が、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記載の装置15。１２．各イメージ点40ｂにおける物体14の高さｈは、公式：ｈ＝ｄ／（tan θ）を使用して計算される請求項１１記載の装置15。１３．前記導く手段および前記変換手段は、パラボラ表面26である請求項１０または１１記載の装置15。１４．前記導入手段および前記変換手段は、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。１５．前記導く手段および前記変換手段は、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15。１６．前記導く手段および前記変換手段は、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15。１７．前記検出手段は、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１１記載の装置15 。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（１２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15。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15 。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（１２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15。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ロメイン、ジョン・イーアメリカ合衆国、ペンシルバニア州 18017、ベスレヘム、ロード・ブライオン・ドライブ 3245 (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

Claims

【特許請求の範囲】１．選択された位置を通ってコンベア上で移動している物体とビームが交差するように、前記位置でコンベアを横切って反復的に移動する走査ビームを発生する手段と、移動しているビームと対応して移動するライン視野を有しており、ビームがコンベアを横切って移動するとき、この視野が複数の点で走査ビームの反射されたイメージを受取る検出手段と、受取られた反射イメージに基づいて各イメージ点におけるコンベアに関する物体の高さを計算する手段とを具備していることを特徴とする運転しているコンベア上で移動している物体の寸法を決定する装置。２．検出手段は、各イメージ点におけるコンベアに関する高さを表した信号を出力するライン走査カメラである請求項１記載の装置。３．さらに、信号を受信し、各イメージ点における高さの値を計算し、それによって高さデータを生成して、複数のイメージ点からのデータを記憶し、そのデータを比較して、前記選択された位置を通過した物体の３次元測定を行うプロセッサを具備している請求項２記載の装置。４．前記ライン走査カメラは、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、前記選択された位置を通過した物体がコンベアに関して１２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２記載の装置。５．レンズおよび検出器アレイの配置は、結果的にコンベアに関する被写界深度を３６インチ以上にしている請求項４記載の装置。６．検出手段は、各イメージ点における物体のコンベアに関する高さ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．さらに、出力電流を受取り、各イメージ点における高さを計算し、それによって高さデータを生成して、複数のイメージ点からのデータを記憶し、そのデータを比較して、前記選択された位置を通過した３次元物体を生成するプロセッサを具備している請求項６記載の装置。８．位置感応性検出器は、大きい被写界深度で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、前記選択された位置を通過した物体がコンベアに関して１２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６記載の装置。９．レンズおよび検出器アレイの配置は、結果的にコンベアに関する被写界深度を３６インチ以上にする請求項８記載の装置。１０．移動ビームを生成するように反射鏡ホイールに導かれる光ビームを発生する光源と、選択された位置およびコンベア表面に関する予め定められた角度でコンベアを横切って前記移動ビームを導く手段と、角度走査から実質的に平行な走査に光を変換する移動している光ビームの通路中の手段と、ライン視野を有する検出手段と、ライン視野が移動している光ビームと交差している状態で、前記予め定められた角度からオフセットされたコンベア表面に対する角度方向で移動している光ビームにライン視野を導く手段とを具備しており、前記検出手段が、信号を出力する移動ビームに沿った複数のイメージ点でイメージを受取り、信号を受信するプロセッサがビーム交差点のオフセット距離とイメージ点における物体の高さを計算し、点の軌跡からのデータを記憶し、一連の移動する走査からのデータを比較して、物体の３次元測定を行うことを特徴とする運転しているコンベア上の移動している物体の寸法を決定する装置。１１．物体の高さデータｈは、公式：ｈ＝ｄ／（tan θ）を使用して計算され、ここでθは固定角であり、ｄは前記コンベア位置を通過している物体が存在しない時のイメージ点からのライン視野内のオフセット距離である請求項１０記載の装置。１２．前記導く手段および前記変換手段は、選択された配置で取付けられたパラボラ表面である請求項１０記載の装置。１３．前記導く手段および前記変換手段は、選択された配置で取付けられたフレネルレンズである請求項１０記載の装置。１４．前記導く手段および前記変換手段は、選択された配置で取付けられたホログラフィックレンズである請求項１０記載の装置。１５．前記導く手段および前記変換手段は、選択された配置で取付けられたマルチファセットパラボラ表面である請求項１０記載の装置。１６．前記検出手段は、各イメージ点におけるコンベアに関する高さを表す信号を出力するライン走査カメラである請求項１０記載の装置。１７．前記ライン走査カメラは、大きい被写界深度で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、前記選択された位置を通過した物体がコンベアに関して１２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１６記載の装置。１８．検出手段は、各イメージ点における物体のコンベアに関する高さを表す電流を出力する位置感応性検出器である請求項１０記載の装置。１９．位置感応性検出器は、大きい被写界深度で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、前記選択された位置を通過した物体がコンベアに関して１２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１８記載の装置。