KR20140145163A - 광학식 입상물 선별기 - Google Patents

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Abstract

인간의 눈에 가까운 RGB 의 삼차원 색 공간 정보를 이용하여 감도 설정을 용이하게 할 수 있고, 게다가, 신호 처리를 대폭 간략화할 수 있는 광학식 입상물 선별기를 제공한다. 판별 수단은, 입상물의 R, G 및 B 의 광의 각 파장 성분을 삼차원 색 공간 상에 데이터를 작성하는 삼차원 색 분포 데이터 작성부와, 마하라노비스 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 양품 클러스터 영역과, 불량품 클러스터 영역으로 나누는 마하라노비스 거리 경계면 작성부와, 양품 클러스터 영역 및 불량품 클러스터 영역의 각 중심 위치를 구하여, 각 중심 위치간의 거리가 가장 멀어지는 유클리드 거리로 산출된 경계면을 설정하는 유클리드 거리 경계면 작성부와, 마하라노비스 거리로 산출된 경계면과 유클리드 거리로 산출된 경계면의 교선을 구하여, 그 교선을 분리 대상물로 할지의 여부를 결정하는 판별 임계값으로서 결정하는 임계값 결정부를 구비하였다.

Description

광학식 입상물 선별기{OPTICAL TYPE GRANULE SORTING MACHINE}
본 발명은 쌀, 보리 등의 곡립이나 수지 펠릿 등의 입상물을 양품과 불량품으로 선별하거나, 입상물에 혼입되는 이물질을 분풍에 의해 불어 날려 제거하거나 하는 광학식 입상물 선별기에 관한 것이다.
종래, 입상물의 우량·불량의 판별 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로, 원료를 이송하는 이송 수단과, 그 이송 수단에 의해 이송된 원료에 복수 파장의 광을 조사하는 광원부와, 상기 원료로부터의 반사광 및/또는 투과광을 촬상하는 촬상부를 갖는 광학 검출 수단과, 그 광학 검출 수단이 촬상한 촬상 데이터에 있어서의 2 파장의 농도값과, 미리 정한 상기 2 파장의 농도값에 있어서의 임계값 영역을 비교하여 상기 원료를 판별하는 판별 수단을 구비한 광학식 판별 장치가 있다 (특허문헌 1). 그리고, 이 광학식 판별 장치에 있어서는, 상기 판별 수단이, 상기 임계값 영역을 설정함에 있어서, 상기 이송 수단에 의해 이송한 판별해야 할 원료 샘플로부터 반사광 및/또는 투과광을 상기 촬상부에서 촬상하고, 상기 판정 수단이 그 촬상 데이터에 있어서의 임의의 2 파장의 각 농도값을 이차원 그래프 상에 묘화하고, 그 이차원 그래프 상에 묘화한 각 농도값의 화소 전부를 대상으로, 이 중 상이한 2 점의 화소를 직경으로 하는 2 점간 원 안에 당해 2 점의 화소 이외의 화소가 있는지의 여부를 판정하고, 그 판정에 따라 상기 2 점간 원 안에 당해 2 점의 화소 이외의 화소가 없는 경우에만 당해 2 점 화소를 접속선으로 연결하여, 이들 각 접속선의 접합에 의해 묘화된 폐쇄 영역을 상기 임계값 영역으로 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
특허문헌 1 에 개시된 광학식 판별 장치에 의하면, 판별 수단에 의해 설정되는 임계값 영역의 외형이, 판별 영역을 포함하지 않도록 정확하게 특정되기 때문에, 당해 임계값 영역에 따라 원료를 판별할 수 있고, 또, 당해 판별에 기초하는 선별도 정확해지는 작용·효과가 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1 에 개시된 광학식 판별 장치에 있어서는, 방대하고 복잡한 정보 (특허문헌 1 의 촬상부가 되는 CCD 카메라는, 적색, 녹색 및 청색의 각 색이 8 비트 256 가지로 식별할 수 있기 때문에, 삼차원의 RGB 색 공간 정보로는 합계 16,777,216 가지의 색 차이를 특정할 수 있게 된다) 를 간략화하기 위해, CCD 카메라로 취득한 적색, 녹색 및 청색의 각 색의 농도값을, 적색 (X 축)-녹색 (Y 축), 녹색 (X 축)-청색 (Y 축) 및 적색 (X 축)-청색 (Y 축) 의 각 이차원 그래프 상에 그 농도값을 플롯하여, 3 개의 이차원 그래프에 의해 삼차원의 RGB 색 공간 정보를 파악하는 것이다.
이와 같은 삼차원의 RGB 색 공간 정보를 이차원 그래프에 의해 파악하는 것은, 신호 알고리즘이 매우 심플하여, 방대하고 복잡한 정보를 취급할 때에는 유리하다. 그러나, 이차원 그래프에 의한 이차원 평면의 정보 관찰이기 때문에, 감도 설정이 제한된다는 문제가 있다. 또, RGB 색 공간 정보를 모두 동시에 취급할 수 없어, 효율적이라고는 할 수 없는 문제가 있었다.
일본 공개특허공보 2009-119410호
상기 문제점을 감안하여 본 발명은 인간의 눈에 가까운 RGB 의 삼차원 색 공간 정보를 유효하게 이용하여 감도 설정을 용이하게 실시함과 함께, 신호 처리를 대폭 간략화할 수 있는 광학식 입상물 선별기를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 양품, 불량품 및 이물질을 함유하는 입상물을 연속적인 흐름이 되도록 이송하는 이송 수단과, 그 이송 수단에 의해 이송된 상기 입상물을 검사하는 검사 수단과, 그 검사 수단에 의해 검사된 입상물의 각각의 색 정보에 기초하여 분리 대상물로 할지의 여부를 판별하는 판별 수단과, 그 판별 수단에 의해 판별된 분리 대상물을 연속적인 흐름으로부터 배제하는 배제 수단을 구비한 광학식 입상물 선별기로서,
상기 검사 수단은, 상기 입상물에 광을 조명하는 조명부와, 상기 입상물을 투과한 광 또는 상기 입상물로부터 반사된 광을 검지하는 광 검지부를 구비하는 한편,
상기 판별 수단은, 상기 광 검지부에 의해 검지한 상기 입상물의 R, G 및 B 의 광의 각 파장 성분을 삼차원 색 공간 상에 플롯하여 입상물 샘플의 삼차원 색 분포 데이터를 작성하는 삼차원 색 분포 데이터 작성부와, 그 삼차원 색 분포 데이터 작성부에 의해 작성된 삼차원 색 분포 데이터에 마하라노비스 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 양품을 많이 포함하는 제 1 양품 클러스터 영역과, 불량품 및 이물질을 많이 함유하는 제 1 불량품 클러스터 영역으로 나누는 마하라노비스 거리 경계면 작성부와, 그 마하라노비스 거리 경계면 작성부에 의해 형성된 제 1 양품 클러스터 영역 및 제 1 불량품 클러스터 영역의 각 중심 위치를 구함과 함께, 당해 각 중심 위치간의 거리가 가장 멀어지는 유클리드 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 제 2 양품 클러스터 영역과, 제 2 불량품 클러스터 영역으로 나누는 유클리드 거리 경계면 작성부와, 상기 마하라노비스 거리로 산출된 경계면과 상기 유클리드 거리로 산출된 경계면의 교선을 구하여, 그 교선을 분리 대상물로 할지의 여부를 결정하는 판별 임계값으로서 결정하는 임계값 결정부를 구비한다는 기술적 수단을 강구하였다.
이로써, 판별 수단에서는, 삼차원 색 분포 데이터 작성부에 있어서, 입상물의 R, G 및 B 의 광의 각 파장 성분을 삼차원 색 공간 상에 플롯하여 입상물 샘플의 삼차원 색 분포 전체를 1 개의 클러스터 영역으로 간주해 둔다. 이어서, 마하라노비스 거리 경계면 작성부에 있어서, 삼차원 색 분포 전체에 마하라노비스 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 입상물 샘플을 대부분이 양품을 포함하는 제 1 양품 클러스터 영역과, 대부분이 불량품 및 이물질을 함유하는 제 1 불량품 클러스터 영역의 개략 2 개의 클러스터로 분할되게 된다. 또한, 유클리드 거리 경계면 작성부에 있어서, 신규 형성된 제 1 양품 클러스터 영역 및 신규 형성된 제 1 불량품 클러스터 영역의 각 중심 위치를 구함과 함께, 각 중심 위치간의 거리가 가장 멀어지는 유클리드 거리로 산출된 경계면을 삼차원 색 분포 전체에 설정하여, 대부분이 양품을 포함하는 제 2 양품 클러스터 영역과, 대부분이 불량품 및 이물질을 함유하는 제 2 불량품 클러스터 영역의 2 개의 영역으로 나누어 전술과는 상이한 개략 2 개의 클러스터로 분할되게 된다. 그리고, 임계값 결정부에 있어서, 상기 마하라노비스 거리의 경계면과 상기 유클리드 거리의 경계면의 교선을 구하여, 그 교선 자체를 분리 대상물로 할지의 여부를 결정하는 임계값으로 한다. 즉, 삼차원 색 공간 상에 플롯한 입상물 샘플을, 마하라노비스 거리 경계면에 의해 대략적으로 제 1 양품 클러스터 영역과 제 1 불량품 클러스터 영역으로 분리하고, 이어서, 유클리드 거리 경계면에 의해 감도 유효 범위가 넓은 경계면을 탐색하여 제 2 클러스터 영역과 제 2 클러스터 영역으로 분리하고, 나아가서는, 임계값 결정부에 의해, 상기 마하라노비스 거리의 경계면과 상기 유클리드 거리의 경계면의 교선 자체를 임계값으로서 구하면, 이차원 색 공간 상에 있어서의 임계값을 산출할 수 있어, 조작자에게 있어서는 인간의 눈에 가까운 RGB 의 삼차원 색 공간 정보를 유효하게 이용하여 감도 설정을 용이하게 실시할 수 있어, 신호 처리도 대폭 간략화한 광학식 입상물 선별기를 제공할 수 있다.
그리고, 청구항 2 에 의하면, 양품, 불량품 및 이물질을 함유하는 입상물을 연속적인 흐름이 되도록 이송하는 이송 수단과, 그 이송 수단에 의해 이송된 상기 입상물을 검사하는 검사 수단과, 그 검사 수단에 의해 검사된 입상물의 각각의 색 정보에 기초하여 분리 대상물로 할지의 여부를 판별하는 판별 수단과, 그 판별 수단에 의해 판별된 분리 대상물을 연속적인 흐름으로부터 배제하는 배제 수단을 구비한 광학식 입상물 선별기로서,
상기 검사 수단은, 상기 입상물에 광을 조명하는 조명부와, 상기 입상물을 투과한 광 또는 상기 입상물로부터 반사된 광을 검지하는 광 검지부를 구비하는 한편,
상기 판별 수단은, 상기 광 검지부에 의해 검지한 상기 입상물의 R, G 및 B 의 광의 각 파장 성분을 삼차원 색 공간 상에 플롯하여 입상물 샘플의 삼차원 색 분포 데이터를 작성하는 삼차원 색 분포 데이터 작성부와, 작업자가 미리 준비한 양품, 불량품 및 이물질의 각각의 샘플을 이송 수단에 흘려, 상기 광 검지부에 의해 상기 각 샘플이 검지되어 삼차원 색 분포 데이터가 작성됨과 함께, 화상 상에 당해 샘플이 표시되었을 때 육안에 의해 양품, 불량품 및 이물질 중 어느 것으로 유별하여 삼차원 색 분포 데이터와 대응시켜 학습을 실시하는 학습·기억부와, 그 학습·기억부에 의해 작성된 삼차원 색 분포 데이터에 마하라노비스 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 양품을 많이 포함하는 제 1 양품 클러스터 영역과, 불량품 및 이물질을 많이 함유하는 제 1 불량품 클러스터 영역으로 나누는 마하라노비스 거리 경계면 작성부와, 그 마하라노비스 거리 경계면 작성부에 의해 형성된 제 1 양품 클러스터 영역 및 제 1 불량품 클러스터 영역의 각 중심 위치를 구함과 함께, 당해 각 중심 위치간의 거리가 가장 멀어지는 유클리드 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 양품을 많이 포함하는 제 2 양품 클러스터 영역과, 불량품 및 이물질을 많이 함유하는 제 2 불량품 클러스터 영역으로 나누는 유클리드 거리 경계면 작성부와, 상기 마하라노비스 거리로 산출된 경계면과 상기 유클리드 거리로 산출된 경계면의 교선을 구하여, 그 교선을 분리 대상물로 할지의 여부를 결정하는 판별 임계값으로서 결정하는 임계값 결정부와, 원료를 상기 이송 수단에 흘려 선별 동작을 실시했을 때, 상기 삼차원 색 분포 데이터 상에 작성된 데이터가 상기 임계값 결정부에서 결정한 임계값에 속하지 않는다고 판단된 경우, 당해 입상물을 분리 대상물로 간주하는 양품/불량품 판별부를 구비한다는 기술적 수단을 강구하였다.
이로써, 양품과 불량품의 색이 근사한 입상물 (예를 들어, 현미에서는, 양품이 되는 정현미와 불량품이 되는 유백립이나, 양품이 되는 정현미와 불량품이 되는 다미 등) 이어도, 애매한 화상 처리 상의 고안이 아니라, 삼차원 색 분포 데이터와 화상 상에 표시된 샘플을 작업자가 육안에 의해 학습·관련짓기를 실시하기 때문에, 양품과 불량품의 선별을 확실하게 실시하여, 고성능의 선별을 실시할 수 있어 매우 실용성이 높은 것이 된다.
도 1 은 본 발명의 광학식 입상물 선별기의 전체를 나타내는 사시도이다.
도 2 는 동 선별기의 내부 구조를 나타내는 개략 종단면도이다.
도 3 은 동 선별기의 카메라로부터 얻어지는 신호를 처리하는 신호 처리 수단의 블록도이다.
도 4 는 도 3 의 신호 처리부와 CPU 및 메모리를 개념적으로 설명한 블록도이다.
도 5 는 신호 처리부의 작업 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 6 은 양품 샘플 및 불량품 샘플의 삼차원 색 공간 상에 있어서의 RGB 상관도이다.
도 7 은 양품 샘플 및 불량품 샘플의 최적 이차원 표시면에 있어서의 RGB 상관도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 은 본 발명의 광학식 입상물 선별기의 전체를 나타내는 사시도이고, 도 2 는 동 선별기의 내부 구조를 나타내는 개략 종단면도이고, 도 3 은 동 선별기의 카메라로부터 얻어지는 신호를 처리하는 신호 처리 수단의 블록도이며, 도 4 는 도 3 에 나타내는 신호 처리부 및 CPU/메모리의 내부 구성을 나타내는 개념도이다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 광학식 입상물 선별기 (1) 는, 거의 사다리꼴 상의 기계 프레임 (2) 내에, 복수의 1 차 선별부 (3A) (도 1 에서는 좌단으로부터 3 개째까지의 선별부) 와, 복수의 2 차 선별부 (3B) (도 1 에서는 우단으로부터 2 개째까지의 선별부) 를 병설하여 배치되어 있고, 각각의 선별부 (3A, 3B) 에는 종래 기술과 동일한 구성 부품이 배치되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 복수의 1 차 선별부 (3A) 와 복수의 2 차 선별부 (3B) 를 병설한 구성으로 하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 복수의 1 차 선별부와 단일의 2 차 선별부와 단일의 3 차 선별부를 병설한 구성 등, 여러 가지 바리에이션을 설정할 수 있다.
다음으로, 도 2 를 참조하여 상기 1 차 선별부 (3A) 의 각 구성 부품에 대하여 설명한다. 1 차 선별부 (3A) 는, 수평 위치로부터 약 60 도의 각도로 경사지게 배치한 이송 수단으로서의 슈트 (4) 와, 곡립 등의 입상물을 저류시키기 위한 저류 탱크 (5) 와, 저류 탱크 (5) 로부터의 입상물을 슈트 (4) 에 반송하기 위한 진동 피더 (6) 와, 슈트 (4) 하단으로부터 낙하되는 입상물의 낙하 궤적의 상하를 사이에 두고 형성되는 광학 검출부 (7 (7a, 7b)) 와, 더욱 하방에 형성한 이젝터 노즐 (8) 과, 그 이젝터 노즐 (8) 하방에 있어서 상기 슈트 (4) 와 동 경사선 상에 있고, 이젝터 노즐 (8) 로부터의 분풍을 받지 않고 그대로 낙하 궤적의 입상물을 받는 양품 회수통 (9) 과, 그 양품 회수통 (9) 에 병설되어, 이젝터 노즐 (8) 로부터의 분풍을 받아 정상적인 입상물로부터 불량립을 회수하기 위한 불량품 회수통 (10) 과, 이젝터 노즐 (8) 로부터의 분풍을 받지 못하여, 주위의 부재에 닿아 튀어오른 불량립을 회수하기 위한 보조 불량품 회수통 (11) 이 구비되어 있다.
상기 1 차 선별부 (3A) 에 있어서는, 상기 슈트 (4) 의 형상을, 입상물을 광폭으로 띠상으로 활주시키기 위해 홈부가 없는 평판 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 슈트 (4) 로부터의 입상물의 일류를 방지하기 위해, 또한, 선별 대상의 입상물이 슈트 (4) 를 활주 중에 저면으로부터 부상하는 것을 방지하기 위해, 저면으로부터 소정 간격을 두고 슈트 커버 (4a) 를 형성해도 된다.
진동 피더 (6) 는, 지지부 (6b) 상에 피더 트로프 (6a) 가 지지되어 있어, 전자 구동 코일 (6c) 등의 진동 장치를 작동시킴으로써 입상물을 슈트 (4) 에 공급할 수 있는 구성이다.
광학 검출부 (7a, 7b) 는, 각각 상체 (箱體) (12a, 12b) 에 의해 둘러 싸여 형성되어 있다. 곡립의 낙하 궤적의 상측에 있는 상체 (12a) 에는, 가시광용의 CCD 카메라 (13a) 와, 근적외광용의 NIR 카메라 (14) 와, 형광등 등으로 이루어지는 가시광원 (15a, 15b) 과, 할로겐 램프 등으로 이루어지는 근적외광원 (16a) 과, 광학 검출부 (7b) 의 대향용 백그라운드 (17a) 가 내장되어 있다.
한편, 곡립의 유하 궤적의 하측에 있는 상체 (12b) 에는, 가시광용의 CCD 카메라 (13b) 와, 형광등 등으로 이루어지는 가시광원 (15c, 15d) 과, 할로겐 램프 등으로 이루어지는 근적외광원 (16b) 과, 광학 검출부 (7a) 의 대향용 백그라운드 (17b, 17c) 가 내장되어 있다. 그리고, 상체 (12a, 12b) 의 곡립의 낙하 궤적 측에는, 투명 유리로 이루어지는 창 부재 (18a, 18b) 가 끼워 넣어져 있다.
상기 이젝터 노즐 (8) 에는, 도면 외의 에어 컴프레서로부터의 공기가 서브 탱크 (19), 에어관 (20), 전자 밸브 (21) 를 통하여 튜브 (22) 로부터 공급된다. 상기 서브 탱크 (19) 는 에어 컴프레서로부터의 공기를 일단 저류시키는 것으로, 그 서브 탱크 (19) 를 형성함으로써 이젝터 노즐 (8) 로부터 소비되는 에어량이 많은 경우에도 에어 부족에 빠질 우려가 없다.
기계 프레임 (2) 의 전방의 경사벽에는, 에어 실린더 (23) 에 의해 상하 방향으로 회전 운동 가능한 전면 (前面) 도어 (24) 가 형성되고, 이로써, 청소 등의 메인터넌스 작업을 용이하게 실시할 수 있는 한편, 그 전면 도어 (24) 의 하방에는, 터치 패널로 이루어지는 조작반 및 모니터가 겸용된 액정 디스플레이 (25) 및 전원 스위치 (26) 가 형성되어 있고, 이로써, 오퍼레이터의 눈 높이 위치에 액정 디스플레이 (25) 및 전원 스위치 (26) 를 배치 형성함으로써 기계 조작을 용이하게 실시할 수 있는 구성으로 되어 있다.
다음으로, 2 차 선별부 (3B) 의 구성을 설명한다. 상기 1 차 선별부 (3A) 와 상이한 점으로서, 슈트 (4) 의 형상을 들 수 있으며, 2 차 선별부 (3B) 용의 슈트 (4) 는 곡립을 복수열상으로 분할한 상태에서 활주시키기 위한 복수의 홈부가 형성되어 있다. 그 홈부의 단면 형상으로는, U 자상의 것, V 자상의 것, 요자상의 것 등, 적절히 채용할 수 있다. 그 나머지 구성은 상기 1 차 선별부 (3A) 와 거의 동일한 구성이다. 도 2 의 부호 27 은 불량품 수구 (受口) 이며, 부호 28 은 양품 수구이며, 부호 29 는 보조 불량품 수구이며, 부호 30 은 샘플 취출부이다.
또한, 도 3 및 도 4 를 참조하여 신호 처리 수단의 구성을 설명한다. 상기 가시광용의 CCD 카메라 (13a, 13b) 및 NIR 카메라 (14) 는, 카메라로 취득한 화상을 2 치화 처리하기 위한 신호 처리부 (31) 에 전기적으로 접속함과 함께, 그 신호 처리부 (31) 로부터는 2 치화 처리한 화상을 격납하여 필요한 처리를 가하는 CPU 및 메모리부 (32) 에 전기적으로 접속한다. 그리고, CPU 및 메모리부 (32) 에는, 상기 액정 디스플레이 (25) 가 전기적으로 접속되어 있다.
도 4 를 참조하면, 상기 신호 처리부 (31) 는, 화상 데이터를 일시적으로 격납하는 화상 데이터 취득 기구 (33) 와, 취득한 화상 데이터에 대하여 양품으로 할지 불량품으로 할지를 결정하는 임계값 데이터를 격납하는 임계값 데이터 격납 메모리 (34) 와, 취득한 화상 데이터를 2 치화 처리하기 위한 2 치화 계산 기구 (35) 와, 양품인지 불량품인지를 판별하는 양품/불량품 판별 기구 (36) 를 구비하고 있다. 한편, 상기 CPU 및 메모리부 (32) 는, 상기 화상 데이터 취득 기구 (33) 로부터의 데이터를 필요에 따라 격납하기 위한 화상 데이터 격납 메모리 (37) 와, 그 화상 데이터 격납 메모리 (37) 에 격납된 화상 데이터에 기초하여 본 발명의 요부가 되는 처리를 실시할 수 있도록, 임계값을 계산하는 임계값 데이터 계산 기구 (38) 와, 상기 액정 디스플레이 (25) 의 터치 조작의 신호를 수신하거나, 처리 후의 화상 데이터를 모니터에 출력하거나 하기 위한 조작 신호 수신 기구 (39) 를 구비하고 있다.
상기 신호 처리부 (31) 내의 양품/불량품 판별 기구 (36) 로부터는, 이젝터 구동 회로 (40) 이 전기적으로 접속되고, 그 이젝터 구동 회로 (40) 에는, 그 구동 회로 (40) 의 신호에 기초하여 상기 이젝터 노즐 (8) 로부터 공기를 분사시키는 전자 밸브 (21) 가 전기적으로 접속되어 있다.
상기 구성의 광학식 입상물 선별기의 작용에 대하여 상세히 설명한다.
도 5 는 신호 처리부의 작업 순서를 나타내는 흐름도이며, 이 도 5 중, 단계 101 부터 103 까지는, 작업자가 미리 준비한 양품, 불량품 및 이물질의 각각의 샘플을 슈트에 흘린 후, 양품, 불량품 및 이물질에 관련된 각 삼차원 색채 분포 패턴을 선별기에 학습시키는 양품 패턴/불량품 패턴 학습 공정이며, 단계 104 부터 108 까지는, 상기 양품 패턴과 불량품 패턴의 경계가 되는 임계값을 자동적으로 산출하는 임계값 산출 공정이며, 단계 109 는, 상기 임계값 산출 공정에서 산출된 임계값을 작업자가 미세 조정하는 임계값 결정 공정이다.
(양품 패턴/불량품 패턴 학습 공정)
이 패턴 학습 공정에 있어서는, 선별 전의 준비 작업이므로, 이젝터 노즐 (8) 은 작동시키지 않는다. 작업이 개시되면, 먼저, 단계 101 에 있어서, 숙련 된 작업자가 미리 골라내어 준비한 양품 샘플을 저류 탱크 (5) 로부터 슈트 (4) 상에 흘림과 함께, 슈트 (4) 하단으로부터 낙하외는 양품 샘플을 CCD 카메라 (13a, 13b), NIR 카메라 (14) 에 의해 촬상한다. 다음으로, CCD 카메라 (13a, 13b) 및 NIR 카메라 (14) 에 의해 촬상된 양품 샘플의 다수의 화상 데이터는, 화상 데이터 취득 기구 (33) 를 거쳐 화상 데이터 격납 메모리 (37) 에 입력되고, 당해 화상은 액정 디스플레이 (25) 의 모니터에 표시되게 된다. 양품 샘플의 화상 데이터 취득이 종료되면, 다음으로, 숙련된 작업자가 미리 골라내어 준비한 불량품 샘플 (이물질 샘플을 포함한다) 에 대하여, 상기 서술과 동일한 작업을 실시하여 불량품 샘플 (이물질 샘플을 포함한다) 의 화상 데이터의 취득을 실시한다.
이어서, 단계 102 로 진행하여, 액정 디스플레이 (25) 상에 표시된 샘플에 대해, 재차 작업자의 육안에 의해 양품으로 해야할 것, 불량품으로 해야할 것, 이물질로 해야할 것을 화상 상에서 지정한다. 이어서, 단계 103 으로 진행하여, 지정된 양품 샘플 화상을 1 개의 영역으로 간주함과 함께, 불량품 샘플 화상도 1 개의 영역으로 간주하여, 이것을 삼차원 색 공간 (실시예에서는, R, G, B 각 축의 색 공간) 상에 다수 플롯하여 간다. 이로써, 도 6 에서 나타내는 바와 같은 RGB 색 공간 상에서의 집합체가 순차적으로 형성되어 간다.
(임계값 산출 공정)
단계 104 로 진행되면, 양품에 관련된 도트 (도 6 의 흑색의 점) 로 형성되는 양품 클러스터 (51) (집합체) 와 불량품에 관련된 도트 (도 6 의 회색의 점) 로 형성되는 불량품 클러스터 (52) (집합체) 로 크게 분류가 이루어지고 (도 6 참조), 단계 105 에서는, 양품 클러스터 (51)/불량품 클러스터 (52) 의 클러스터 마다의 다변량 데이터의 통계량이 산출된다.
이 통계량의 산출은, 중심 벡터나 분산 공분산 행렬의 연산에 의해 실시하면 된다. 예를 들어, 중심 벡터의 연산식은,
[수학식 1]
Figure pct00001
단, S : 샘플수
상기 (1) 식에 의해 나타낸다. 또, 분산 공분산 행렬의 연산식은,
[수학식 2]
Figure pct00002

상기 (2) 식에 의해 나타낸다. 다음으로, 양품/불량품의 클러스터 마다의 중심 벡터로부터의 마하라노비스 평방 거리를 구한다. 여기서, 마하라노비스 평방 거리는, 다변량 데이터값의 함수가 되고 있어, 마하라노비스 평방 거리의 연산식은,
[수학식 3]
Figure pct00003
단, m : 클러스터의 인덱스
A : 분산 공분산 행렬
αm : 클러스터 m 의 중심 벡터
상기 (3) 식에 의해 나타낸다. 다음으로, 각 클러스터간의 경계면을 구한다 (단계 106). 이 경계면을 결정할 때에는, 마하라노비스 평방 거리가 최소가 되는 클러스터로 다변량 데이터의 값을 분류하여, 다변량 공간 내의 모든 다변량 데이터의 값에 대하여 속하는 클러스터를 결정한다. 그리고, 도 6 의 부호 m 으로 나타내는 경계면이 결정되게 된다.
다음으로, 양품 클러스터 (51) 와 불량품 클러스터 (52) 의 중심간 거리가 가장 멀어지는 유클리드 거리를 선택하여, 감도 유효 범위가 넓은 경계면을 탐색한다 (단계 107). 이 때, 양품 클러스터의 중심 벡터를 P (Xp1, Xp2, Xp3, … Xpn), 불량품 클러스터의 중심 벡터를 Q (Xq1, Xq2, Xq3, … Xqn) 로 하면, 이 사이의 유클리드 평방 거리는,
[수학식 4]
Figure pct00004

상기 (4) 식에 의해 나타낸다. 다음으로, 각 클러스터간의 경계면을 구한다 (단계 107). 이 경계면을 결정할 때에는, 유클리드 평방 거리가 최대가 되는 클러스터로 다변량 데이터의 값을 분류하여, 도 6 의 부호 u 로 나타내는 경계면이 결정되게 된다.
그리고, 상기 마하라노비스 거리를 최소로 하는 경계면의 평면 m 의 방정식은 하기 (5) 식으로 나타내고, 상기 유클리드 거리를 최대로 하는 경계면의 평면 u 의 방정식은 하기 (6) 식으로 나타내면,
[수학식 5]
Figure pct00005

[수학식 6]
Figure pct00006

도 6 에 나타내는 바와 같은 2 개의 특징적인 평면 m 과 평면 u 가 얻어지게 된다. 그리고, 도 6 의 상관도를 회전시켜, 이들 상이한 2 개의 평면 m 과 평면 u 가 교차되어 선분으로 보이는 위치에 시선 방향 (시선 벡터) 을 일치시킨다 (도 5 의 단계 108). 이로써, 삼차원 색 공간으로부터 이차원 색 공간으로 차원을 감소시킨 최적의 임계값이 구해지기 때문에, 신호 처리를 대폭 간략화하고, 게다가, 조작자가 사용하기 쉬운 광학식 입상물 선별기를 제공할 수 있다.
상기 (5) 식의 평면 m 과 상기 (6) 식의 평면 u 가 교차된 선분 L (도 6 참조) 을 구하려면,
[수학식 7]
Figure pct00007
단, A : 교선 L 을 지나는 점
e : 교선의 방향 벡터
t : 매개 변수
식 (7) 로 구할 수 있다. 그리고, 2 개의 평면 m, 평면 u 의 법선 벡터의 외적 계산에 의해, 교선의 방향 벡터 e 를 구하면,
[수학식 8]
Figure pct00008
여기서,
Xe ＝ b1c2 - c1b2
Ye ＝ c1a2 - a1c2
Ze ＝ a1b2 - b1a2
로 한다.
식 (8) 이 된다. 그리고, 교선 L 이 지나는 점 P 는
[수학식 9]
Ze ≠ 0 일때,
((d1b2 - d2b1)/Ze, (d1a2 - d2a1)/(-Ze), 0),
Ye ≠ 0 일때,
((d1c2 - d2c1)/(-Ye), 0, (d1a2 - d2a1)/Ye),
Xe ≠ 0 일때,
(0, ((d1c2 - d2c1)/Xe, (d1b2 - d2b1)/(-Xe)),
Xe ＝ 0, Ye ＝ 0, Ze = 0 일때,
교선은 없다 (2 평면은 평행이다). … (9)
식 (9) 가 된다. 이상과 같이 교선 L 이 구해지면, 교선 L 상에 시점을 두는 최적 이차원 표시면에 있어서의 RGB 상관도로 변환시킬 수 있게 된다 (도 7 참조).
(임계값 결정 공정)
상기 서술한 바와 같이 도 7 의 이차원 공간 상에서의 교선 L 에 기초하여, 작업자는 양품과 불량품의 판별 임계값을 결정하게 된다 (도 5 의 단계 109). 이로써, 도 6 의 삼차원 색 공간으로부터 도 7 의 이차원 색 공간으로 차원을 감소시킨 최적의 임계값을 구할 수 있게 되어, 신호 처리를 대폭 간략화하고, 게다가, 조작자에게 있어서는 최적의 임계값을 설정하기 쉬워, 사용하기 쉬운 광학식 입상물 선별기의 제공이 가능해진다. 이상이 광학식 입상물 선별기를 본격 가동하기 전의 임계값 설정 작업이다.
(선별 작업)
상기 임계값 설정 작업 후에는, 원료의 지정 (곡립인지 입상물인지, 곡립의 품종 등), 유량 (목표 유량의 설정) 의 조정, 선별물의 감도 (피선별물로부터 이물질 (유리, 돌) 이나, 착색립 (불량립, 백태미, 약간 검은 쌀 등) 을 선별·제거 대상으로 할지의 여부) 의 조정, 이젝터의 지연 시간의 조정 등을 실시하고, 그 후, 저류 탱크 (5) 에 원료를 공급하고, 터치 패널로 이루어지는 조작반의 선별 스위치를 선택한다. 이로써, 선별 작업 개시의 프로그램이 개시되어, 도 4 의 임계값 격납 메모리 (34) 로부터 상기 서술한 바와 같이 설정된 양품인지 불량품인지를 판정하는 임계값이 판독 입력된다. 그리고, CPU 및 메모리부 (32) 에 의해 임계값을 기준으로 양품인지 불량품인지가 판정되게 된다.
이 상태에서 진동 피더 (6) 를 기동시키면, 저류 탱크 (5) 에 공급되어 있는 원료가 슈트 (4) 상에 공급되고, 그 슈트 (4) 하단으로부터 원료가 낙하되어 광학 검출부 (7a, 7b) 에서 검출되게 된다.
이 때, 광학 검출부 (7a, 7b) 간을 유하하는 원료는, 그 화상이 CCD 카메라 (13a, 13b), NIR 카메라 (14) 에 의해 촬상되고, 이 촬상 데이터는 화상 데이터 취득 기구 (33) 를 거쳐 화상 데이터 격납 메모리 (37) 에 1 차적으로 기억된다. 그리고, 원료는, 상기 양품 패턴/불량품 패턴 학습 공정 및 임계값 산출 공정에서 서술한 바와 같이, 삼차원 색 공간 상에서 플롯한 후, 이차원 색 공간 상으로 변환된다. 즉, 선별·판정하고자 하는 입상물로는, 도 7 의 입상물 A 또는 입상물 B 가 되게 된다.
한편, 임계값 데이터 격납 메모리 (34) 에 격납된 현재의 임계값을 모식적으로 나타내면, 도 7 의 교선 L 이며, 도 7 상에서는, 교선 L 이 경계선이 되고, 경계선 L 보다 상방이 양품 영역을 나타내고, 경계선 L 보다 하방이 불량품 영역을 나타내고 있다.
도 7 에 있어서, 가령 입상물 A 가 경계선 L 보다 상방의 양품 영역에 들어가면, 도 4 의 양품/불량품 판별 기구 (36) 가 「입상물 A 는 양품」이라고 판정하여, 이젝터 구동 회로 (41) 로부터는 제거 신호를 발하지 않고, 양품으로서 양품 수구 (9) (도 2 참조) 에 회수된다. 한편, 입상물 B 가 경계선 L 보다 하방의 불량품 영역에 들어가면, 도 4 의 양품/불량품 판별 기구 (36) 가 「입상물 B 는 불량품」이라고 판정하므로, 이젝터 구동 회로 (41) 로부터는 제거 신호를 전자 밸브 (21) 에 발신하고, 이젝터 노즐 (8) 로부터 고압 에어의 분풍에 의해 유하 중인 원료로부터 제거되어, 불량품으로서 불량품 수구 (27) (도 2 참조) 로부터 회수되게 된다.
또한, 도 6 및 도 7 에 있어서의 양품 클러스터를 불량품 클러스터로 간주하고, 불량품 클러스터를 양품 클러스터로 간주하여 반대로 설정해도 된다. 통상적으로 불량품은 양품에 비해 원료에 대한 점유 비율은 매우 작기 때문에, 이젝터 노즐 (8) 로부터의 고압 에어의 분사에 의해, 선별·제거가 가능해진다. 그러나, 양품이 불량품에 비해 원료에 대한 점유 비율이 매우 적은 경우에는, 양품의 입상물을 불량품으로 간주하여 이젝터 노즐 (8) 로부터 고압 에어의 분풍에 의해, 선별·제거하는 편이 선별 효율이 양호하다. 이것은 이른바 「역타 (逆打)」라고 칭하며, 종래부터 색채 선별기에 그 제어 기구가 장착되어 있는 것으로, 원료 입상물 중의 불량립 혼입률 등을 고려하여 작업자가 적절히 설정할 수 있는 것이다. 도 6 및 도 7 에 있어서의 양품 클러스터를 불량품 클러스터로 간주하고, 불량품 클러스터를 양품 클러스터로 간주하는 것도, 임계값 데이터 격납 메모리 (34) 의 데이터를 다시 쓰는 것만으로 용이하게 설정할 수 있다. 작업자가 「역타」를 설정한 경우에는, 양품이 이젝터 노즐 (8) 로부터의 고압 에어의 분풍을 받아, 불량품 수구 (27) 에 회수되는 한편, 불량품은 이젝터 노즐 (8) 로부터의 고압 에어의 분풍을 받지 않고, 그대로 양품 수구 (9) 에 회수되게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 입상물의 각각의 색 정보에 기초하여 분리 대상물로 할지의 여부를 판별하는 판별 수단이, 삼차원 색 분포 데이터 작성부와, 마하라노비스 거리 경계면 작성부와, 유클리드 거리 경계면 작성부와, 임계값 결정부를 구비하고 있는 것으로부터, 삼차원 색 분포 데이터 작성부에 있어서, 입상물의 R, G 및 B 의 광의 각 파장 성분을 삼차원 색 공간 상에 플롯하여 입상물 샘플의 삼차원 색 분포 전체를 작성하고, 이어서, 마하라노비스 거리 경계면 작성부에 있어서, 마하라노비스 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 양품 클러스터 영역과, 불량품 클러스터 영역의 개략 2 개의 클러스터로 분할하고, 또한, 유클리드 거리 경계면 작성부에 있어서, 양품 클러스터 영역 및 불량품 클러스터 영역의 각 중심 위치를 구함과 함께, 각 중심 위치간의 거리가 가장 멀어지는 유클리드 거리로 산출된 경계면을 삼차원 색 분포 전체에 설정하여, 임계값 결정부에 있어서, 상기 마하라노비스 거리의 경계면과 상기 유클리드 거리의 경계면의 교선을 구하여, 그 교선을 분리 대상물로 할지의 여부를 결정하는 임계값으로 하는 것이다. 따라서, 삼차원 색 공간 상에 플롯한 입상물 샘플을, 마하라노비스 거리 경계면에 의해 대략적으로 양품 클러스터 영역과 불량품 클러스터 영역으로 분리하고, 이어서, 유클리드 거리 경계면에 의해 감도 유효 범위가 넓은 경계면을 탐색하고, 나아가서는, 임계값 결정부에 의해 이차원 색 공간 상에 있어서의 임계값을 산출할 수 있어, 조작자에게 있어서는 인간의 눈에 가까운 RGB 의 삼차원 색 공간 정보를 유효하게 이용하여 감도 설정을 용이하게 실시할 수 있어, 신호 처리도 대폭 간략화한 광학식 입상물 선별기를 제공할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 색채 선별기는, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지의 설계 변경이 가능하다. 예를 들어, 이송 수단으로서 슈트를 채용하고 있지만, 이 슈트는 상하 2 단, 상하 3 단 등 복수 단 구성이어도 상관없고, 이송 수단으로서 벨트 컨베이어 등으로 구성해도 된다. 또, 분리 대상물을 연속한 흐름으로부터 배제하는 배제 수단으로서, 고압 에어를 분사하는 고속 에어식 이젝터 노즐을 채용하고 있지만, 이 고속 이젝터 노즐 대신에 분리 대상물을 연속한 흐름으로부터 배제하는 에어 실린더 등의 푸시식 이젝터 수단이어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 인간의 눈에 가까운 RGB 의 삼차원 색 공간 정보를 유효하게 이용하여 감도 설정을 용이하게 할 수 있고, 게다가, 신호 처리를 대폭 간략화할 수 있는, 신규하고 또한 유용한 광학식 입상물 선별기인 것은 분명하다.
산업상 이용가능성
본 발명은 쌀·맥류·콩류·너트류 등의 곡립, 펠릿·비즈 등의 수지편, 의약품, 광석류, 모래알 등의 미세한 물품, 그 밖의 입상물로 이루어지는 원료를 양품과 불량품으로 선별하거나, 원료에 혼입되는 이물질 등을 배제하거나 하는 광학식 입상물 선별기에 적용할 수 있다.
1 : 광학식 입상물 선별기
2 : 기계 프레임
3A : 1 차 선별부
3B : 2 차 선별부
4 : 슈트
5 : 저류 탱크
6 : 진동 피더
7 : 광학 검출부
8 : 이젝터 노즐
9 : 양품 회수통
10 : 불량품 회수통
11 : 보조 불량품 회수통
12 : 상체
13 : CCD 카메라
14 : NIR 카메라
15 : 가시광원
16 : 근적외광원
17 : 백그라운드
18 : 창 부재
19 : 서브 탱크
20 : 에어관
21 : 전자 밸브
22 : 튜브
23 : 에어 실린더
24 : 전면 도어
25 : 액정 디스플레이
26 : 전원 스위치
27 : 불량품 수구
28 : 양품 수구
29 : 보조 불량품 수구
30 : 샘플 취출부
31 : 신호 처리부
32 : CPU 및 메모리부
33 : 화상 데이터 취득 기구
34 : 임계값 데이터 격납 메모리
35 : 2 치화 계산 기구
36 : 양품/불량품 판별 기구
37 : 화상 데이터 격납 메모리
38 : 임계값 데이터 계산 기구
39 : 조작 신호 수신 기구
40 : 이젝터 구동 회로
51 : 양품 클러스터
52 : 불량품 클러스터

Claims (2)

  1. 양품, 불량품 및 이물질을 함유하는 입상물을 연속적인 흐름이 되도록 이송하는 이송 수단과, 그 이송 수단에 의해 이송된 상기 입상물을 검사하는 검사 수단과, 그 검사 수단에 의해 검사된 입상물의 각각의 색 정보에 기초하여 분리 대상물로 할지의 여부를 판별하는 판별 수단과, 그 판별 수단에 의해 판별된 분리 대상물을 연속적인 흐름으로부터 배제하는 배제 수단을 구비한 광학식 입상물 선별기로서,
    상기 검사 수단은, 상기 입상물에 광을 조명하는 조명부와, 상기 입상물을 투과한 광 또는 상기 입상물로부터 반사된 광을 검지하는 광 검지부를 구비하는 한편,
    상기 판별 수단은, 상기 광 검지부에 의해 검지한 상기 입상물의 R, G 및 B 의 광의 각 파장 성분을 삼차원 색 공간 상에 플롯하여 입상물 샘플의 삼차원 색 분포 데이터를 작성하는 삼차원 색 분포 데이터 작성부와,
    그 삼차원 색 분포 데이터 작성부에 의해 작성된 삼차원 색 분포 데이터에 마하라노비스 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 양품을 많이 포함하는 제 1 양품 클러스터 영역과, 불량품 및 이물질을 많이 함유하는 제 1 불량품 클러스터 영역으로 나누는 마하라노비스 거리 경계면 작성부와,
    그 마하라노비스 거리 경계면 작성부에 의해 형성된 제 1 양품 클러스터 영역 및 제 1 불량품 클러스터 영역의 각 중심 위치를 구함과 함께, 당해 각 중심 위치간의 거리가 가장 멀어지는 유클리드 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 제 2 양품 클러스터 영역과, 제 2 불량품 클러스터 영역으로 나누는 유클리드 거리 경계면 작성부와,
    상기 마하라노비스 거리로 산출된 경계면과 상기 유클리드 거리로 산출된 경계면의 교선을 구하여, 그 교선을 분리 대상물로 할지의 여부를 결정하는 판별 임계값으로서 결정하는 임계값 결정부를 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 입상물 선별기.
  2. 양품, 불량품 및 이물질을 함유하는 입상물을 연속적인 흐름이 되도록 이송하는 이송 수단과, 그 이송 수단에 의해 이송된 상기 입상물을 검사하는 검사 수단과, 그 검사 수단에 의해 검사된 입상물의 각각의 색 정보에 기초하여 분리 대상물로 할지의 여부를 판별하는 판별 수단과, 그 판별 수단에 의해 판별된 분리 대상물을 연속적인 흐름으로부터 배제하는 배제 수단을 구비한 광학식 입상물 선별기로서,
    상기 검사 수단은, 상기 입상물에 광을 조명하는 조명부와, 상기 입상물을 투과한 광 또는 상기 입상물로부터 반사된 광을 검지하는 광 검지부를 구비하는 한편,
    상기 판별 수단은, 상기 광 검지부에 의해 검지한 상기 입상물의 R, G 및 B 의 광의 각 파장 성분을 삼차원 색 공간 상에 플롯하여 입상물 샘플의 삼차원 색 분포 데이터를 작성하는 삼차원 색 분포 데이터 작성부와,
    작업자가 미리 준비한 양품, 불량품 및 이물질의 각각의 샘플을 이송 수단에 흘려, 상기 광 검지부에 의해 상기 각 샘플이 검지되어 삼차원 색 분포 데이터가 작성됨과 함께, 화상 상에 당해 샘플이 표시되었을 때 육안에 의해 양품, 불량품 및 이물질 중 어느 것으로 유별하여 삼차원 색 분포 데이터와 대응시켜 학습을 실시하는 학습·기억부와,
    그 학습·기억부에 의해 작성된 삼차원 색 분포 데이터에 마하라노비스 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 양품을 많이 포함하는 제 1 양품 클러스터 영역과, 불량품 및 이물질을 많이 함유하는 제 1 불량품 클러스터 영역으로 나누는 마하라노비스 거리 경계면 작성부와,
    그 마하라노비스 거리 경계면 작성부에 의해 형성된 제 1 양품 클러스터 영역 및 제 1 불량품 클러스터 영역의 각 중심 위치를 구함과 함께, 당해 각 중심 위치간의 거리가 가장 멀어지는 유클리드 거리로 산출된 경계면을 설정하여, 양품을 많이 포함하는 제 2 양품 클러스터 영역과, 불량품 및 이물질을 많이 함유하는 제 2 불량품 클러스터 영역으로 나누는 유클리드 거리 경계면 작성부와,
    상기 마하라노비스 거리로 산출된 경계면과 상기 유클리드 거리로 산출된 경계면의 교선을 구하여, 그 교선을 분리 대상물로 할지의 여부를 결정하는 판별 임계값으로서 결정하는 임계값 결정부와,
    원료를 상기 이송 수단에 흘려 선별 동작을 실시했을 때, 상기 삼차원 색 분포 데이터 상에 작성된 데이터가 상기 임계값 결정부에서 결정한 임계값에 속하지 않는다고 판단된 경우, 당해 입상물을 분리 대상물로 간주하는 양품/불량품 판별부를 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 입상물 선별기.
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