KR20230035357A - 움직이는 흐름에서 물체를 검사하기 위한 장치 및 이러한 장치를 포함하는 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방향(D)에서 이동하는 표면(3) 상에서 흐름(F)으로 이동하는 물체(2)를 검사하기 위한 장치(1)에 관한 것으로, 이 장치(1)는 상기 표면(3)의 조명 스트립(illuminated strip)(6), 광축(AO)을 갖는 검출 수단(7) 및 마지막으로 상기 검출 수단(7)에 의해 공급된 신호를 처리 및 평가하여 상기 움직이는 물체(2)의 존재를 탐지하고 이의 높이를 매핑하거나 그리고/또는 이의 부피를 결정하기 위한 수단(8)을 제공하는 조명 수단(4)을 포함한다. 이 장치(1)는, 광선(5)의 정중면(median plane, PM)과 상기 검출 수단(7)의 광축(AO)이 그들 사이에 소정의 각도(AP)를 가지는 점, 상기 검출 수단(7)에 의해 획득된 조명 스트립(6)의 이미지는 상기 수단(7)의 해상도의 적어도 3배와 동일한 폭을 갖는 점, 그리고 상기 조명 수단(4)은 상기 지지 표면(3)에서 생성된 상기 조명 스트립(6)이 2개의 대향하는 직선의 평행한 에지로 구분되며 상기 물체(2)의 색상에 관계없이 비조명 영역(6')에 대해 충분한 대비를 가지는 방식으로 구성되는 점을 특징으로 한다.

Description

움직이는 흐름에서 물체를 검사하기 위한 장치 및 이러한 장치를 포함하는 기계

본 발명은 이동 물체를 검사하는 분야에 관한 것으로서, 특히 예를 들어서 컨베이어 벨트 타입의 컨베이어 상에서 유동으로 움직이는 물체를 자동으로 분류하고 검사하는 기계 분야에 관한 것이다. 일반적으로 이러한 유형의 기계는 가정 쓰레기를 분류하는 데 사용되며 이러한 상황에서 사용되는 상기 컨베이어는 일반적으로 폭이 1 내지 3m이고 상기 이동 물체의 높이는 최대 약 300mm이다.

본 발명의 기술적 사상은 유리하게는, 그러나 배타적이지는 않게, 전술한 분야에서 구현될 수 있는 검사 장치, 뿐만 아니라 적어도 하나의 이러한 장치를 포함하는 기계 및 상기 장치를 실시하는 방법, 특히, 반사 또는 라디에이션(radiation)을 사용하는 통상의 검사 기술에 의해 인식될 수 없는 물체의 존재 및/또는 치수 또는 기하학적 특징을 검출하기 위한 것에 대한 것이다.

실제로, 라디에이션의 적용과 관련된 분류 및 검사 분야에서, 일부 물체는 그들이 배치된 컨베이어 벨트에서 이들을 구별될 수 있게 하는 어떠한 스펙트럼 형상(spectral shape)이나 특징을 가지고 있지 않기 때문에 검출기에 의해 인식될 수 없다. 근적외선 스펙트럼 영역(1,000 nm 이하 내지 2,500 nm)에서 이것은 예를 들어 카본 블랙, 금속 또는 불활성 물질 (예 : 유리, 흙 또는 석재)을 포함하는 검은 색 물체(black object)를 위한 경우이다. 가시 영역의 파장 범위 (400nm에서 800nm 사이)에서 색각(color vision) 시스템에 의해서 인식될 수 없는 물체는 대비를 나타내지 않거나 이들을 둘러싼 주변과 매우 낮은 대비를 나타내는 것들이다. 예를 들어, 검은색 컨베이어 벨트에서 검은색 또는 투명하고 무색의 물체는 탐지하기 어렵거나 심지어 탐지가 불가능하다.

그러나 가격, 견고성 및 신뢰성의 이유로 분류 기계의 대부분의 컨베이어는 검은색이다. 보다 구체적으로, 새로운 상태에서는 이들은 검은 색이며 일반적으로 이들을 청소하지 않기 때문에 사용 후 먼지로 인해 짙은 회색 또는 갈색이 된다.

따라서, 이러한 이동 물체들을 검출하고, 적절한 경우, 특징화하는 것이 컨베이어의 지지 평면 위에 위치하는 모든 재료 지점들을 매핑함으로써, 바람직하게는 이러한 평면에 대한 이들의 높이를 결정하는 것을 포함함으로써, 즉 상기 컨베이어의 상기 평면 위에 있는 모든 물체들의 모든 지점들의 지도에 의하여 제안되었다.

현재, 이러한 목적을 위해 산업적으로 사용되는 몇 가지 상이한 해결 수단은 다음과 같다:

비행 시간 측정(time-of-flight measurement);

스테레오 비전 카메라(stereovision cameras);

레이저 프로필로미터(profilometer)

첫 번째 해결 수단은 소정의 높이에 위치한 소스로부터 라디에이션 또는 초음파를 방출하는 것과, 방출기로의 파동의 반환 시간을 측정하는 것으로서 측정된 물체에서 파동이 리바운된 이후의 상기 반환 시간을 측정하는 것을 포함한다. 그 정밀도는 방출된 파동을 정확한 지점에 집중시키는 성능 및 반환 시간(return time)의 측정 정밀도와 직접 관련이 있다. 초점 제약(focusing constraint)은 이러한 해결 수단이 레이저 광과 스캐너를 사용하도록 유도(orientation)하며, 빛을 사용하려면 1mm 단위(order)의 해상도를 얻기 위해 피코 초를 측정할 수 있는 전자 장치가 필요하다. 따라서 이러한 해결 수단에는 매우 특정적이고 매우 비싸며 섬세한 전자 장치가 필요하다.

앞서 언급한 다른 두 가지 알려진 방법은 순전히 기하학적이다.

스테레오 비전(stereovision)에서, 시차(parallax)는 같은 방향을 실질적으로 향하고 있는 20 내지 30cm 간격으로 이격된 두개의 카메라 사이에서 사용된다. 인간의 시각(human vision)과 매우 유사한 방식으로, 두 카메라에 의해 보이는 동일한 지점의 측면 오프셋(lateral offset)은 두 카메라 각각에 대한 이 지점의 거리에 직접 연결된다. 이 해결 수단에는 두 대의 카메라와 일반적으로 제어되는 조명(lighting)이 필요하다. 두 이미지에서 물체의 특징 지점들의 위치들 사이의 대응을 확립하기 위해, 이미지 처리 소프트웨어에 의해 물체 분석이 수행되지만, 두 이미지 사이의 대응 지점을 명확하게 인식하고 찾을 수 있도록 레이저와 같은 구조화된 조명(structured lighting)을 추가하는 것이 종종 매우 유용하고 또는 심지어 필요하다.

레이저 프로필로미터를 사용하면, 이번에는 조명 방향과 검출 방향 사이에 시차가 또한 사용된다. 단일 카메라가 필요하고 따라서 이 해결 수단은 스테레오 비전보다 실질적으로 더 간단하다.

그럼에도 불구하고 이 두 기하학적 해결 수단의 공통적인 위험은 음영 및 마스킹의 효과와 관련이 있다: 양호한 검출을 위해, 고려된 물체 지점은 광원과 하나 이상의 관련 카메라(들)의 직접 보기(장애물이 없는 가시선(line of sight))에 있어야 한다. 분명히, 이 상태는 3 개 (스테레오 비전 카메라)보다 2 개의 가시선 (레이저 프로필로미터)로 더 잘 충족된다.

결과적으로, 레이저 프로필로미터가 선호되며 종종 검사 및 분류 분야에서 채용된다. 또한 마스킹의 위험과 높이 측정의 정밀도 사이에는 둘 다 시차와 함께 증가하기 때문에 절충안(compromise)이 존재한다는 것도 이해된다.

예로서, 문서 WO 2012/089185 및 WO 2019/043231은 매트 위에서 움직이는 물체의 높이의 프로파일을 측정하기 위한 레이저 프로필로미터의 사용을 개시한다. 이 문서는 조명이 충분히 강하면 심지어 검은 색 또는 투명한 물체조차도 상당하고 검출 가능한 신호를 반환한다는 원리를 사용한다. (대조적으로, 분명한 불투명 물체는 매우 강한 신호를 반환하여 센서를 포화시킨다.) 이것의 약 1mm의 일반적인 빔 직경으로 인해 시준 레이저(collimated laser)는 자연스럽게 이러한 조명을 제공한다.

문서 WO 2012/089185는 특히, 퍼지 한계 및 가변 폭의 조명 스트립(illuminated strip, 피조사/조명된 스트립) 이미지의 생성과 함께, 레이저 광이 재료로 확산하는 것 및 재료의 표면 아래를 통과한 후 재료가 재출현(resurgence)하는 것을 사용하여, 이러한 광학 경로에 연결된 조명 스트립의 확장을 검출하는 거친 처리만을 허용한다. 이 작업은 조명된 표면의 높이에 관계없이 일정한 폭의 조명 스트립을 얻기 위해 시준 조명(collimated lighting)(따라서 레이저)을 사용해야하다는 점을 유의해야한다.

레이저를 사용하는 것의 알려진 단점은 눈부심의 위험과 기계 근처에서 움직이는 작업자의 눈을 손상시킬 위험을 피하기 위해 보호 조치 및 광학 예방 조치를 제공해야 한다는 것이다. 따라서 레이저 빔의 기계의 외부로의 어떠한 직접적 반동(rebounding)이라도 방지하기 위해 기계를 조심스럽게 덮어야 한다. 그러나 가정 쓰레기와 같은 불규칙하고(heteroclite) 다양한 유형의 물체를 분류할 때, 이것이 포장이든 산업적 기원을 가지고 있든, 캔, 금속 필름(metallized film), 노출된 외부 또는 내부 금속 코팅, 다양한 금속 부품 등 수많은 금속 표면이 존재한다. 이러한 금속 표면은 특히 페인팅된 표면을 제외하고 거의 완벽한 거울 역할을 한다.

그러나 움직이는 물체의 흐름 경로는 어떠한 걸림 위험이라도 피하기 위해 어떠한 장애물도 없이 일반적으로 30cm의 최소 높이를 유지해야 한다. 이 두 가지의 결합된 제약 조건으로 인해 레이저 빔이 외부 지점으로 반동하지 않는다고 보장하는 것이 거의 불가능하다.

이 문제는 라디에이션을 포함하기 위해 채용되는 해결 수단이 물체를 순환시키기 위해 수 미터 길이의 터널과 그리고, 심지어 기계 입구에서 배플(baffle)을 사용하는 X선 기계에서 발생하는 문제와 매우 유사하다. 이러한 해결 수단은 분명히 언급된 상황에 적용할 수 없다.

이 문제에 대해 때때로 제안되는 한 가지 해결 수단은 인간의 눈에 안전한 것으로 간주되는 적외선(IR) 레이저를 사용하는 것을 포함하는데, 그 이유는 이것이 인간의 감각의 영역을 벗어나기 때문이다. 그러나 화상의 위험은 여전히 남아 있으며 IR 레이저가 보이지 않기 때문에, 사람들이 주의를 기울이지 않으며 보호 조치를 채택하지 않는 경향이 있어 이것은 더욱 위험하다.

본 발명의 목적은 레이저 프로필로미터에 기초한 공지된 검사 수단의 단점을 해결하기 위한 해결 수단을 제안하기 위한 것이고, 한편 움직이는 물체, 특히 검고 및 어두운 물체를 위한 검출 및 검사의 측면에서 유사한 성능 능력을 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명의 제1 목적은 길이 방향으로 이동하는 평평한 지지 표면 상에서 실질적으로 단층 유동(monolayer flow)으로 움직이는 물체를 검사하기 위한 장치로서, 상기 장치는 한편으로는 지지 표면을 향하고 이 지지 표면과의 교차부가 조명 스트립으로 구성되고, 이동 방향에 가로질러 그리고 상기 지지 표면의 폭의 전부 또는 일부에 걸쳐 연장되는 중간 평면(정중면, median plane) 또는 축을 갖는 조명 빔을 제공하는 적어도 하나의 조명 수단과; 다른 한편으로는, 광학 축 또는 평면 및 획득장(acquisition field)을 갖는 적어도 하나의 검출 수단으로서, 이것의 치수는, 상기 이동 방향에 횡단하는 방향으로, 상기 조명 스트립의 치수와 기껏해야 동일하고, 그리고 또한, 상기 이동 방향으로, 상기 조명 스트립의 상류 및 하류에 위치된 지지 표면의 비조명 영역 및 적어도 상기 조명 스트립 또는 스트립 일부(portion)의 위에서, 그리고 선택적으로 상기 비조명 영역 위에서 연장되는 볼륨(volume)을 둘러싸도록(encompassing) 구성되는 적어도 하나의 검출 수단과, 그리고 마지막으로, 상기 움직이는 물체들의 존재를 검출하기 위한 관점(view)으로, 그리고 이들의 높이를 매핑하고 그리고/또는 이들의 외부 볼륨(volume, 부피)을 결정하는 관점으로, 상기 적어도 하나의 검출 수단에 의해 제공되는 신호 또는 데이터를 처리하고 평가하기 위한 수단을 포함하는데, 이들 물체는 바람직하게는 어둡거나 검은색이고, 하나 이상의 조명 빔(들)의 중간 평면 또는 축과 검출 수단의 광학 축 또는 평면은 그들 사이에 시차각이라고 불리는 0이 아닌 각도를 가지며, 그리고, 상기 적어도 하나의 검출 수단에 의해 획득된 조명 스트립의 이미지는 상기 수단의 해상도의 적어도 3배와 동일한, 바람직하게는 적어도 10배와 동일한 폭을 갖는다.

상기 장치는, 상기 적어도 하나의 조명 수단이, 상기 지지 표면에 생성된 조명 스트립(6)이 이동 방향에서 폭이 10mm보다 크고, 유리하게는 10mm와 30mm 사이의 범위를 갖고, 물체가 없는 경우, 이 조명 스트립의 이미지에서 명확한 한계를 형성하는 두 개의 대향하는 직선 평행 모서리에 의해 한계가 형성되고(delimited), 그리고 조명 스트립이 적용되는 이동 물체의 색상에 관계없이 검출 수단 및 처리 및 평가 수단에 의해 감지될 수 있도록 비조명 영역에 대해 충분한 대비를 갖도록 구성 및 배치되는 점과, 그리고 하나 또는 각각의 조명 빔은 비간섭성 광원(incoherent light source)으로부터 유래된 빔으로 구성된다는 점을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 적어도 하나의 이러한 장치를 포함하는 검사 및 분류 기계 및 지지 표면 상에서 유동으로 움직이는 물체를 검사하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명은 바람직한 실시예들에 관한 다음의 설명에 의해 더 잘 이해될 것이며, 이는 비제한적인 실시예들에 의해 제공되고, 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여 설명된다:
[도 1a] 본 발명에 따른 검사 장치의 바람직한 실시예의 측면도이며, 여기서 검출 수단(카메라)은 조명의 상류 및 낮은 위치에 있다;
[도 1b] 도 1a과 유사한 형태의 측면도이지만, 검출 수단(카메라)이 조명 수단의 상류 및 높은 위치에 위치하고, 이 때 조명 아래에 유지되고 있다;
[도 2] 도 1a에 도시된 장치의 사시도이다;
[도 3] 본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예의 사시도로서, 상기 검출 수단(카메라)이 상기 조명 수단의 하류에 위치하고, (지지 표면에 횡단하고 그리고 수직인 평면의 반대쪽에서) 이것(조명 수단)을 향하고 있다;
[도 4]는 이동 가능한 조명 수단을 사용하는 본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예의 사시도이다;
[도 5]는 상기 지지 평면 상에서 움직이는 직사각형 물체(rectangular object)와 상기 조명 스트립의 교차부(intersection)를 보여주는 사시도이다;
[도 6]은 도 5의 물체의 존재에 의해 조명 스트립의 이미지가 어떻게 수정되는지를 보여주는 카메라의 평면에서의 본 도면이다;
[도 7]은 도 6의 정보로부터 추론된 높이 프로파일을 보여준다;
[도 8a], [도 8b], [도 8c], [도 8d], [도 8e] 및 [도 8f]는 전체 물체가 본 발명에 따른 장치를 통해 순환할 때 [조명 스트립/축적된 높이 프로파일의 순간 이미지]의 쌍을 나타낸다.

도 1 내지 도 4는 길이 방향(D)으로 이동하는 평평한 지지 표면(3) 상에서 실질적으로 단층 유동(F)으로 이동하는 물체(2)를 검사하기 위한 장치의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한다.

이 장치(1)는 기본적으로 다음을 포함한다.

한편으로는, 지지 표면(3)을 향하고 이 지지 표면(3)과의 교차부가 조명 스트립(6)으로 구성되고, 이동 방향(D)에 가로질러 그리고 상기 지지 표면(3)의 폭의 전부 또는 일부에 걸쳐 연장되는 중간 평면(정중면, median plane) 또는 축(PM)을 갖는 조명 빔(5)을 제공하는 적어도 하나의 조명 수단(4)과,

다른 한편으로는, 광학 축 또는 평면(AO) 및 획득장(acquisition field)(7')을 갖는 적어도 하나의 검출 수단(7)으로서, 이것의 치수는, 상기 이동 방향(D)을 가로지르는 방향으로, 상기 조명 스트립(6)의 치수와 기껏해야 동일하고, 그리고 또한, 상기 이동 방향(D)으로, 상기 조명 스트립 또는 일부(6)의 상류 및 하류에 위치된 지지 표면(3)의 비조명 영역(6') 및 적어도 상기 조명 스트립(6)의 위에서, 그리고 선택적으로 상기 비조명 영역(6') 위에서 연장되는 볼륨(volume)을 둘러싸도록(encompassing) 구성되는 적어도 하나의 검출 수단(7)과,

그리고 마지막으로, 상기 움직이는 물체(2)들의 존재를 검출하기 위한 관점으로, 그리고 이들의 높이를 매핑하고 그리고/또는 이들의 외부 볼륨을 결정하는 관점으로 상기 적어도 하나의 검출 수단(7)에 의해 제공되는 신호 또는 데이터를 처리하고 평가하기 위한 수단(8)을 포함한다.

하나 이상의 조명 빔(들)(5)의 축 또는 중간 평면(PM)과 하나 이상의 검출 수단(들)(7)의 광학 축 또는 평면(AO)은 이들 사이에 시차각이라고 하는 0이 아닌 각도(AP)를 갖는다. 또한, 상기 적어도 하나의 검출 수단(7)에 의해 획득된 조명 스트립(6)의 이미지는 상기 수단(7)의 해상도의 3배와 적어도 동일한 폭을 가지며, 바람직하게는 이 해상도의 적어도 10배이다.

용어 "해상도(resolution)의 n배"는 본 명세서에서 구성요소 또는 기본 검출 유닛의 크기(dimension)의 n배에 대응하는 폭 값(width value)을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 예를 들어, 카메라 또는 유사한 영상 획득 수단과 같은 매트릭스 검출 수단의 경우, 스트립(6)의 이미지의 폭은 적어도 3 픽셀(적어도 3개의 픽셀 열(row of pixel)에 의해 형성된 스트립)일 것이다.

어쨌든, 실제로, 지지 표면(3) 상의 조명 스트립(6)의 폭, 즉 두 개의 인접한 에지(9, 9')를 분리하는 거리는, 이들 각각에 의해 개별적으로 제공되는 정보를 유리하게 사용할 수 있도록 하기 위해 이들 두 에지를 용이하게 차별화하고 명확하게 구별할 수 있을 만큼 충분해야 한다. 본 발명자들은, 다양한 시험에 의해, 이동 지지 표면(3) 상에 형성된 조명 스트립(6)의 폭이 이동 방향(D)에서 10mm 초과, 유리하게는 10mm 내지 30mm 사이, 바람직하게는 약 20mm 대(order)에 있어야 한다는 것을 결정할 수 있었다. 그 부품의 폭이 클수록 충분한 대비(contrast)를 갖기 위해 팽창된 조명 전력이 필요하다.

따라서, 본 발명에 따르면, 상기 적어도 하나의 조명 수단(4)은 지지 표면(3) 상에 생성된 조명 스트립(6)이 이동 방향(D)의 폭이 10mm보다 크고, 유리하게는 10mm 내지 30mm 사이의 범위에 있고, 물체(2)가 없는 경우, 이 조명 스트립(6)의 이미지에서 명확한 한계(clear limit)를 형성하는 두 개의 대향하는 직선 평행 에지(9, 9')에 의해 한계가 지어지고, 조명 스트립(6)이 적용되는 이동 물체(2)의 색상에 관계없이 검출 수단(7) 및 처리 및 평가 수단(8)에 의해 인식(감지)될 수 있도록 비 조명 영역(6')에 대해 충분한 대비를 갖도록 구성 및 배치된다. 또한, 하나 또는 각각의 조명 빔(5)은 비간섭성 광원(4')으로부터 기원하는 빔으로 이루어진다. 따라서, 본 발명의 구성에 의해, 레이저 프로필로미터를 구현하는 것과 관련된 단점 및 위험을 극복하는 것이 가능하며, 동시에 이동 물체(2), 또한 특히 검고, 어둡고 투명한 물체에 대해, 이를 검출하고 맵핑하는 측면에서 유사한 성능 능력을 제공할 수 있다.

어두운 또는 검은 물체의 개념은 흰색 참조 물체 (예 : 흰색 세라믹 또는 흰색 사무용 용지)의 반사율의 백분율로 표현된 반사율 임계값(reflectance threshold) 미만의 광도(luminosity)에 의해 특징지어질 수 있다. 일반적인 값은 사람의 눈으로 검은색으로 인식되는 물체의 경우 2%에서 10% 사이의 반사율(reflectance)이다.

전술한 바와 같이, 조명 스트립(조명된 스트립, 피조사 스트립, illuminated strip)(6)의 측방향 경계(lateral delimitation) 및 그의 광도는 그것이 한정하는 영역이 2개의 명확한 선형 한계(clear linear limit)(9, 9')를 갖도록 하고, 그 너머로 광 강도가 예를 들어 적어도 50%, 유리하게는 적어도 60% 내지 80%만큼 갑자기 떨어지도록 하는 것이 유리하다. 2 내지 5의 계수에 의한 이러한 대비는 조명된 물체(2)와, 심지어 어둡거나 검은 것, 및 지지 표면(컨베이어)의 조명되지 않은 부분(일반적으로 검은색, 갈색 또는 어두운 회색) 사이의 명확한 구별(clear distinction)을 허용하기에 충분하다.

상기 컨베이어로부터 (지지 표면으로부터 소정의 거리에서) 그리고 따라서 초점 (횡단 초점 라인(transverse focusing line))으로부터 상향으로 이동할 때, 조명 영역이 넓어진다 : 그러나, 그 한계는 분명히 남아 있고 조명 스트립(6)의 이미지에서 명확하게 식별 가능하다. 따라서 장치(1)는 대략 10cm의 높이까지 효율을 유지하며, 이는 일반적으로 존재 검출과 심지어 높이 측정에 대해서도 충분함 이상인데, 그 이유는 컨베이어 상에서 순환하는 물체(2)의 99%가 본 발명의 바람직한 적용예(가정 및 산업 폐기물의 처리)의 상황에서 10cm 미만의 높이이기 때문이다.

본 기술분야의 통상의 기술자는 이것이 레이저의 경우에 하나의 라인 대신에 2개의 검출 라인들(9 및 9')을 갖는 구조화된 조명(structured lighting)의 유형이라고 똑같이 생각할 수 있다: 2개의 "라인들"은 고도로 조명된 영역(조명 스트립)과 외부(특히 측방향으로 바로 인접하고 조명되지 않는 스트립) 사이의 선형 경계들 또는 에지들에 의해 형성된다. 따라서 제공되는 정보는 반사된 레이저 빔의 사용으로 인한 정보보다 더 실질적이다 (수집된 정보의 두 배).

본 기술분야의 통상의 기술자는 또한, 이동 지지 표면(3)의 폭 및 수단(4 및 7)의 치수/성능 능력 특징에 따라, 장치(1)가 물체(2)를 검사할 목적으로 이러한 폭의 전체를 인지할 수 있도록 하나 이상의 조명 수단(들)(4) 및/또는 하나 이상의 검출 수단(7)을 각각 나란히 배열되게, 포함할 수 있다는 것을 이해한다. 어쨌든, 하나 또는 각각의 획득 수단(7)의 획득장은 위에서 설명된 바와 같이, 방향(D)으로 조명 스트립(6)의 범위에 완전히 포함된다.

유리하게는, 시차각(parallax angle, AP)은 10° 초과, 바람직하게는 10° 및 50° 사이의 범위이며, 조명 수단(4) 및 검출 수단(7)은 지지 표면(3)에 수직이고 조명 스트립(6)에 평행한 평면(PP)의 동일한 측면에 위치하거나 위치하지 않을 수 있다(도 1 내지 4 참조).

물론, 검출 수단(7)은 여러 개 또는 심지어 많은 구성 요소로 구성될 수 있으며, 그것의 신호들은 이들이 수단(8)에 의해 사용되기 전에 통합된다.

그러나, 유리하게는, 장치(1)는 단일 검출 수단(7)을 포함한다.

하나 또는 각각의 검출 수단(7)은 바람직하게는 매트릭스 카메라(matrix camera)로 구성되고, 검출 수단(7) 및/또는 처리 및 평가 수단(8)에 사용되는 조명 스트립(6)의 표현(representation)은 유리하게는 라인(LP)으로 구성되고, 이는 바람직하게는, 상기 조명 스트립(6)에 의해 영향을 받는(impacted) 물체(2)가 없는 경우에, 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이, 처리 및 평가 수단(8)에 의해 분석되고 검출 수단(7)에 의해 제공되는 이미지의 하부에서 연장된다.

바람직하게는, 하나 또는 각각의 조명 수단(4)은 세장형 구조(constitution)를 가지며 이동 방향(D)에 가로질러 배열된 적어도 하나의 비간섭성 광원(4'), 및 심지어 이러한 유형의 복수의 가로질러 정렬된 소스(source)들을 포함한다. 또한, 이것은 지지 표면(3) 상에 조명 스트립(6)을 생성하기 위해 광원(4')에 의해 방출된 라디에이션을 집속(집중)시키는 적어도 하나의 요소(4'')를 포함한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 제1 구성 변형예에 따라, 하나 또는 각각의 조명 수단(4)은 스트립(6) 상에 영구적인 조명을 제공하고, 이동 방향(D)으로 가로질러 연장되는 직선 필라멘트 형태의 적어도 하나의 광원(4')(예: 할로겐 램프) 및 부분적으로 원통형-타원형 단면을 갖는 반사기(reflector)의 형태로 집속 요소(focusing element)(4'')를 포함하고, 필라멘트(4 ')는 반사기(4 '')의 가상 타원(virtual ellipse)의 초점 중 하나에 배치되고 다른 초점은 지지 표면(3) 근처에 위치한다.

도 4에 도시된 제2 구성 변형예에 따르면, 하나 또는 각각의 조명 수단(4)은 조명 스트립(6) 위에 조명 스캐닝을 제공하고, 예를 들어, 부분적으로 타원형 단면을 갖는 반사기의 형태로, 집속 요소(4'')와 연결되게, 예를 들어, 필라멘트의 형태로, 고정 광원(4')을 포함하며, 상기 조명 수단(4)은 이동 가능한 전송 요소(transmission element)(4''')를 더 포함하며, 예를 들어 소스(4')로부터 기원하고 지지 표면(3)에 집속되는 조명을 적용하여 가로지르는 스캐닝(transverse scanning)에 의해 조명 스트립(6)을 생성하도록 한다.

장치(1)의 신뢰성 있는 작동을 위해 충분한 기하학적 및 광도 특징을 나타내는 조명 스트립(6)을 생성하는 것은, 하나 또는 각각의 조명 수단(4)의 구성요소를 구성하고 및 장착하는 상황 내에서, 특히 소스(4')로부터 기원하는 비간섭성 및 다방향 라디에이션radiation을 집속시키는 것과 관련하여 그리고 스트립 상에 직선 및 똑바른 에지(9, 9')를 얻기 위한 목적으로 특정 포인트 및 기준을 고려하는 것이 필요하다. 후자 또는 오히려 후자의 이미지는 이론적으로 카메라(7)에 의해 획득된 이미지에서 3열의 픽셀에 대응하는 최소 치수로 폭방향으로 제한될 수 있지만, 실제로는 적어도 10열의 픽셀의 폭을 가지며, 물리적으로 하나 이상의 수십 밀리미터의 폭을 가지며, 바람직하게는 적어도 20 mm 이상의 폭을 가진다.

따라서, 포커싱 블러(focusing blur, 초점 흐려짐)의 문제와 관련하여, 조명 스트립(6)은, 컨베이어의 진행 방향(D)에 평행한 조명 스트립의 치수에서, 연관된 원통형-타원형 반사기(4'')의 가상 타원의 제1 초점에 위치하는 소스 램프(4')의 필라멘트의 확대 이미지라는 점에 유의해야 한다. 이 필라멘트가 초점에 비해 중심에서 벗어나면 이미지가 흐려진다.

또한, 이러한 유형의 램프의 경우, 컨베이어를 가로 지르는 치수에서 볼 수 있는 필라멘트는 지지부에 의해 지지되는 데이지 체인(daisy chain) (필라멘트 당 5 내지 7)의 모양을 취한다. 이 모양은 특히 이것이 가열되어 따라서 팽창될 때 구부러지고 초점에서 멀어진다. 따라서 필라멘트의 다양한 부분에 의해 생성된 이미지는 실질적으로 흐려진다.

마지막으로, 또한 상기 하나 또는 각각의 반사기(4)의 2개의 횡방향 에지가 평평한 시트임을 주목해야 한다. 이들은 조명 스트립(6)에 수직으로 위치하며 필라멘트(4')에서 받은 광선(ray)을 이 스트립으로 되돌린다. 따라서 본 기술분야의 통상의 기술자는 그 설계(강성 부분) 및 그것의 완벽하게 수직인 부착에 특별한 주의가 주어질 필요가 있음을 이해할 것이다.

타원형 또는 원통형-타원형 반사기(4)의 구조로 인해, 수단(4)에 의해 방출되는 조명 빔(5)은 다음과 같은, 지지 표면(3)에 두 개의 상호 겹치는 조명 영역을 제공하는 두 개의 별개의 누적 부분(cumulative part)으로 구성된다:

- 고밀도를 나타내는 물체(2)의 진행 또는 이동 방향(D)에 초점을 맞춘 조명 영역 : 이것은 원통형-타원형 반사기(4 '')를 통과하는 광선에 의해 제공되며, 사용되는 할로겐 튜브의 필라멘트의 확대 이미지에 대응한다. 이동 가능한 평평한 지지 표면(3)에 대응하는 컨베이어 또는 벨트를 횡단하는 방향으로, 상기 빔은 전체 폭에 걸쳐 있게 된다;

- 사용되는 할로겐 램프(4')의 필라멘트의 직결선(direct line)에 도달하는 광선에 연결된, 선행 영역(preceding zone)의 주변의 직접 조명 영역. 이 부분의 최대 밀도는 이전 것의 밀도의 1 % 미만이다. 카메라(7)의 적절한 감도 조정을 통해, 이 조명 구성 요소는 이전 집속된 부분(preceding focused part)에 비해 간과될 수 있다.

본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있는 조명 수단(4)은 물질을 분류하기 위해 반사된 라디에이션의 스펙트럼 조성의 사용과 관련하여 문헌 EP 1243350 및 EP 3423202(근적외선 분광법)에서 이미 언급되었다. 따라서 본 발명에 따른 검사 장치(1)는 이들 문헌에 기재되어 있고 출원인이 이미 시판하고 있는 기계의 유형으로 더 낮은 비용으로 통합될 수 있는데, 그 이유는 조명 수단(4)이 실시되는 두 개의 별개의 검출 수단에 공통될 수 있기 때문이며, 유리하게는 수집된 신호는 동일한 처리 및 평가 수단(8)에 의해 사용될 수 있기 때문이다.

본 발명의 또 다른 목적은 길이 방향(D)으로 이동하는 평평한 지지 표면(3) 상에서 실질적으로 단층 유동(F)으로 이동하는 물체(2)를 검사하는 방법이다.

이 방법은 장치(1)를 실시하여 수행되는데, 상기 장치는, 한편으로는, 지지 표면(3)을 향하고 이 지지 표면(3)과의 교차부가 조명 스트립(6)으로 구성되고, 이동 방향(D)에 가로질러 그리고 실질적으로 상기 지지 표면(3)의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 중간 평면(정중면, median plane) 또는 축(PM)을 갖는 조명 빔(5)을 제공하는 적어도 하나의 조명 수단(4)과, 다른 한편으로는, 광학 축 또는 평면(AO) 및 획득장(acquisition field)(7')을 갖는 적어도 하나의 검출 수단(7)으로서, 적어도 상기 조명 스트립(6), 상기 조명 스트립(6)을 따라서 각측(either side)에 위치된 지지 표면(3)의 비조명 영역(6') 및 적어도 상기 조명 스트립(6)의 위에서, 그리고 선택적으로 상기 비조명 영역(6') 위에서 연장되는 볼륨(volume)을 둘러싸도록(encompassing) 구성되는 적어도 하나의 검출 수단(7)과, 그리고 마지막으로, 상기 움직이는 물체(2)들의 존재를 검출하기 위한 관점으로, 그리고 이들의 높이를 매핑하고 그리고/또는 이들의 외부 볼륨을 결정하는 관점으로 상기 적어도 하나의 검출 수단(7)에 의해 제공되는 신호 또는 데이터를 처리하고 평가하기 위한 수단(8)을 포함한다.

이 장치(1)는 광학 축 또는 평면(AO) 및 조명 빔(5)의 중간 평면 또는 축(PM)이 이들 사이에 시차각이라고 하는 0이 아닌 각도(AP)를 갖도록 구성되며, 상기 방법은 한편으로는, 상기 수단(7)의 해상도의 3배와 적어도 동일한 폭을 갖는 상기 적어도 하나의 검출 수단(7)에 의해 획득된 조명 스트립(6)의 이미지, 및 다른 한편으로는, 조명 스트립(6)이 적용되는 이동 물체(2)의 색상에 관계없이 처리 및 평가 수단(8)에 의해 사용 가능하고 검출 수단(7)에 의해 감지될 수 있도록 비조명 영역(6')에 대해 충분한 대비를 가지며, 이동 방향의 폭(D)이 10mm보다 크고, 유리하게는 10mm 내지 30mm 사이인, 이미지에서 상호 구별될 수 있는 2개의 대향하는 직선 평행 에지(9, 9')에 의해 한계가 지워지는 지지 표면(3) 상의 조명 스트립(6)을 제공하는 것을 포함하고, 상기 또는 각각의 조명 빔(5)은 비간섭성 광원(4')으로부터 기원하는 빔으로 구성된다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 조명 스트립(6)의 이미지로부터, 처리 및 평가 수단(8)에 의해 실행되는 적어도 하나의 적절한 데이터 처리 프로그램에 의해, 이동 지지 표면(3)에 대한 고도를 나타내는 적어도 하나의 프로파일 라인(LP)을 추출하고, 이 프로파일 라인을 물체의 존재를 위한 최소 임계값과 비교하고, 적절한 경우, 이 프로파일 라인을 사용하여 피검사대상 물체(2)의 높이를 포인트별(point-by-point)로 결정하는 것이 가능해질 수 있다.

다른 특징에 따르면, 또한, 물체(2)의 연속적인 프로파일 라인들(LP)의 휘도(luminance)를 분석하고, 상기 물체(2)를 어두운 물체 또는 선명한(투명한) 물체(clear object)로 분류하기 위해 이를 사용하는 것이 가능해질 수 있다.

마지막으로, 또한, 겉보기 형상(apparent shape)을 재구성하기 위해 그리고/또는 그 부피를 컴퓨팅하기 위해 시간에 걸쳐 동일한 물체(2)의 연속적인 프로파일 라인들을 누적하는 것이 가능할 수 있다.

유리하게는, 처리 및 평가 수단(8)에 의해 적용된 프로파일 검출 프로그램은 조명 스트립(6)의 이미지에 수직인 각 라인을 따라 검출된 휘도 백분위수(percentile)에 대한 검색을 구현(실행)할 수 있고, 이어서 프로파일 라인을 임계치화(thresholding) 하기 위한 동작(연산)을 수행할 수 있다.

대안적인 실시예와 관련하여, 처리 및 평가 수단(8)은 2개의 한계, 즉 존재하는 물체(2)와 조명 스트립(6)의 높고 낮은 교차부, 다시 말해서, 상기 조명 스트립(6)의 이미지의 두 에지(9 및 9')를 찾고 사용하기 위한 2개의 프로파일 검출 작동(연산)을 실시할 수 있다.

따라서, 상기 방법은 예를 들어, 이동 방향의 조명 스트립의 제1 에지와 같은 제1 각도(α)에 의해 정의된 상한(LH)을 따르는 제1 프로파일, 및 예를 들어 이동 방향의 조명 스트립의 제2 에지와 같은 제2 각도(α2)에 의해 정의된 하한(LB)을 따르는 제2 프로파일을 결정하는 것을 포함할 수 있고, 이 두 한계(LH, LB)는 물체(2)에 투사된 조명 스트립(6)의 전술한 두 개의 에지(9, 9 ')에 대응하고 피검사 물체(2)의 움직임에 따라 시간적으로 오프셋된다.

바람직하게는, 전술한 2개의 작동(연산)들은 별개이고 개별적으로 구현되며, 2개의 프로파일들은 서로 독립적으로 결정된다.

또한 바람직하게는, 전술한 방법은 상기와 같은 검사 장치(1)를 실행한다.

마지막으로, 본 발명은 또한 예를 들어 상기 물체(2)를 위한 이동 지지 표면(3)을 제공하는 컨베이어 벨트 타입의 컨베이어 상에서 실질적으로 단층 흐름(F)으로 이동하는 물체(2)를 자동으로 검사 및 분류하기 위한 기계에 관한 것으로서, 상기 기계는 이것이 상기 컨베이어 위에 장착되어 앞서 설명한 바와 같은 적어도 하나의 검사 장치(1)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 공통 조명 수단(4) 및 적어도 2개의 별개의 검출 수단(7), 또는 공통 검출 수단(7) 및 적어도 2개의 별개의 조명 수단(4)을 포함하거나, 또는 심지어 각각이 조명 수단(4) 및 검출 수단(7)을 포함하고 이동 방향(D)을 가로 질러 나란히 배열되는 적어도 2개의 별개의 모듈에 대응하는 수개의(적어도 2개의) 장치(1)가 제공될 수 있다.

본 발명의 다양한 대안적 실시예의 보다 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 제공된다.

먼저, 도 1a를 참조하면, 조명 수단(4)은 소스(4'), 즉 집속된 반사기(focused reflector)(4'') 및 이하에서는 "할로겐 반사기"라고 호칭되는 할로겐 튜브(4')를 갖는 조명 도구(fitting)(4)로 도시되며, 이는 검사할 물체(2)를 이송하는 컨베이어(3)의 표면의 좁은 조명 스트립(6)에 광 에너지를 집중시킨다. 광선은 움직이는 평평한 이송 지지 표면(3)에 대한 수직부에 대한 평균 각도 α로 도달하며, 빔(5)은 끝각(extreme angle) α1 및 α2에 의해서 한계가 정해진다. 이 경우 매트릭스 카메라(7)는 스트립(6)의 형태로 조명 영역의 상류에 배치되고 수평 (컨베이어의 평평한 표면)에 대한 (그의 광축(AO)의)평균 각도 β로 컨베이어쪽으로 향하게 된다. 이것의 시야(field of view) 또는 획득 볼륨(acquisition volume, VA)의 하단과 상단은 각도 β1과 β2에 대응한다.

레이저 프로필로미터와 비교할 때, 주요한 차이점은 조명이 방향(α)에서 단지 집중될 뿐만 아니라, 또한 조명이 α1로부터 α2까지의 범위의 전체 각도 섹터를 채운다는 사실에 있다. 이 조명 스트립(6)의 폭은 이것의 적용 표면(컨베이어 표면 또는 물체의 표면)의 (컨베이어 위) 가변 높이에 따라 다르지만 이것의 두 개의 한계(9 및 9')는 앞서 언급한 높이 범위에서 카메라(7)로 명확하게 검출할 수 있고 선명하게 유지된다.

집속된 조명(집중된 조명)에 의해 조명된 이 조명 스트립(6)은 매트릭스 카메라(7)와 기능적으로 결합되어 컨베이어 상에 존재하고 상기 조명 스트립을 통과하는 모든 물체(2), 심지어 검고, 어둡고 스펙트럼적으로 불활성 물체를 검출하고 매핑할 수 있는 삼각 측량 시스템(triangulation system)을 형성한다.

이러한 장치(1)는 비용 및 통합 측면에서 몇 가지 장점이 있다 : 장치 당 하나의 카메라, 특정 조명이 없고 커버링 비용 없음 (레이저 소스가 없기 때문임).

마지막으로, 본 명세서에 도시되지는 않았지만, 상기 기계는 장치(1)의 검출 수단(7)에 더하여, 방향 검출 평면 α에 배치된 또 다른 검출기를, 2개의 반사기(4'') 사이에 포함할 수 있어서, 전술한 문헌 EP 1243350에 기재된 바와 같이, 조명과 동일 평면이고 수직부에서 경사지는 검출 시스템을 형성한다.

장치(1)의 평균 시차(mean parallax)는 두 시선 사이의 차이 또는 이 경우 각도 AP = π/ 2 - α -β에 의해 제공된다. 이 각도가 클수록 높이 측정이 더 정확하지만 겉보기 물체(2)의 모양에 따라 마스킹 위험이 더 극대화된다.

유리하게는, α를 위하여 선택된 값은 0 내지 30°범위에 있고, 그리고 β를 위하여 선택된 값은 30 내지 75°의 범위이다.

도 1a는 30°에 가까운 값 β ("낮은 상류(low upstream)" 위치)을 도시하고, 도 1b는 β 가 75°에 가까운 "높은 상류" 위치를 보여준다.

장치(1)의 몇몇 다른 바람직한 실시예들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 상이한 기하학적 배열을 사용한다.

따라서, 두 개의 가능한 위치들이 카메라에 대해 고려될 수 있고, 도 2 및 도 3에 사시도로서 도시되어 있다.

도 2는 "낮은 상류" 위치(카메라의 시축(axis of sight)과 수직부 사이의 각도가 중요한 구성)를 보여준다. 이 위치는 도 1a에 또한 도시된 것이다. 이 경우 수평 방향으로 카메라의 이동 자유도를 유지할 수 있으며 이 변형예는 고도 측정을 위한 우수한 정확도를 나타낸다. 그러나, 그것은 또한 물체 마스킹 효과(상류 물체는 조명된 스트립(6) 상의 물체를 가릴 수 있음)를 만들어 낼 수 있다.

도 1b는 "높은 상류" 위치의 예를 도시한다: 이 경우 카메라(7)는 조명 수단(4) 바로 아래에 가능한 한 근접하여 설치된다. 따라서 시차가 최소화되고, 이것은 전술한 구성에 비해 감소된 마스킹의 효과를 감소시키는 장점이 있지만, 전술한 구성에 비해 감소된 고도 정확도를 감소시킨다.

도 1과 2는 조명 수단이 가로지르는 방향으로 서로 이격된 두 개의 할로겐 반사기(4 '+ 4'')로 구성되어 있음을 보여준다. 이러한 가능한 구성이 반드시 필요한 것은 아니며 장치(1)의 작동은 컨베이어(3)의 전체 폭을 덮는 연속 열의 인접한 반사기(contiguous reflector)(4 '+ 4'')와 동일할 것이다. 실제로, 시차 (각도 AP)가 충분하면, 카메라(7)의 시야(field of view)(VA)는 전체적으로 반사기(4)의 하한 아래에 위치하며 반사기들과 간섭하지 않는다.

도 3은 수직 방향에서의 카메라(7)의 가능한 자유도로, 후방(흐름(F)의 이동 방향(D)과 반대 방향으로)으로 바라보는 높은 구성에 대응하는 "하류" 위치라고 불리는 위치의 예를 도시한다. 이 구성적인 변형예는 물체가 컨베이어 끝에서 떨어지기 시작하기 때문에 물체(2) 사이의 마스킹 효과가 감소하지만 컨베이어 끝 바로 아래에 위치한 폐기물 배출 시스템으로 인한 오염(soiling)에 더 많이 노출되는 것을 경험한다.

마지막으로, 도 4는 도 1 내지 도 3의 고정된 조명 수단과 동일한 특징을 가지는 이동가능한 조명 수단(4)을 이용한 구성을 도시한다. 이러한 유형의 조명은 예를 들어 문서 WO 2013/115650에 기재되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 백열등(incandescent lamp), 예를 들어, 할로겐 램프를 포함하는 소스(4')로부터의 라디에이션은 수렴 반사기(convergent reflector )(4'')에 의하여 또는 렌즈에 의해 집속되고, 회전하는 거울(4''')로 투사되고, 이것은 항상 집속된 빛을 기본 직사각형 영역(elementary rectangular zone)으로 보내고, 이는 움직이는 평평한 지지 표면(3) 상의 조명 스트립(6)을 스캔한다. 이 스트립은 램프(4')의 조명 빔을 반환하는 거울면의 한계에 의해 자연스럽게 구분된다. 도 4의 장치(1)의 올바른 작동을 위해, 에지(9 및 9')에서 최대 대비를 갖는 것이 바람직하다. 이 조건은 램프(6)로부터 기원하는 수렴 빔(5)이 거울면의 상부 및 하부 에지들과 교차하는 경우에 충족된다. 따라서 조명된 스트립의 2개의 명확한 한계(clear limit)가 얻어지며, 전술한 해결 수단에서와 같이 이들이 도 1 내지 도 3의 변형예들에 의해 얻어진 스트립의 것들보다 실질적으로 더 멀리 떨어져 있는 경우에도 마찬가지이다.

물체(2)가 없는 경우, 조명 스트립(6)은 카메라(7)의 이미지에서 수평 스트립으로 나타난다. 이 스트립이 상기 이미지의 아래쪽 절반에서 보이도록 카메라의 시야(VA)를 조정해야 한다.

더욱이, 그리고 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 방식으로, 카메라(7)의 노출 시간 및/또는 다이어프램은 조명 라인 및 무광택 검정색 물체 상에 포화되지 않도록 조정된다. 빛의 강도(light intensity) 범위를 카메라의 감도 역학에 맞게 조정하기 위해 대물 렌즈에 필터를 추가할 수도 있다.

물체(2)가 통과할 때, 상기 이미지에서 조명 스트립(6)의 묘사 위치(the position of the depiction)는 도 5에 도시된 바와 같이 수정된다 (방향 Y는 컨베이어(3)의 이동 지지 표면의 진행 또는 이동 방향(D)을 나타냄).

측정된 이미지에서, 유용한 수집된 데이터는 도 6에 표시된 형태이다.

제1 프로파일 검출 프로그램(예를 들어, 이미지 분할 기법 사용)은 최대 신호의 위치를 컬럼별(column-by-column)로 검색한다. 이 최대값은 일반적으로 조명 스트립(6)과 물체(2)의 교차 영역에 위치한다.

이 처리를 보다 안정적으로 만들기 위해, 그리고 위에서 언급한 바와 같이, 최대값을 위한 이 검색은 컬럼별 백분위수 검색으로 대체될 수 있다. 실제로 최대 값은 다양한 현상 (카메라의 센서의 데드 픽셀, 이미지의 밝은 지점 등)에 의해 방해받을 위험을 가지고 있다. 조명된 스트립(6)이 (예를 들어, 레이저 빔과 비교하여) 상대적으로 넓고 이미지의 적어도 여러 개의 넓은 픽셀들에서 측정가능하기 때문에, 높은 백분위수의 사용은 이러한 타입의 측정 바이어스(measurement bias)가 극복될 수 있게 한다. 이 백분위수를 위한 타게팅된 값은 80%에서 100% 사이이다(100%는 최대값에 해당). 따라서 이 첫 번째 프로그램에 의해 컴퓨팅(계산된) 프로파일 라인은 이미지에 컬럼이 있는 만큼 많은 요소를 포함하는 벡터에 대응한다. 이 벡터의 값은 픽셀 숫자로 표현되며, 그리고 간단한 기하학적 모델링은 이 숫자가 컨베이어(3)의 지지 표면의 레벨에 비해 가능한 물체의 고도에 실질적으로 비례한다는 것을 보여준다. 그런 다음 이 프로파일 라인의 임계치화(thresholding) 작업이 수행되어 물체(2)를 지지 표면(3)의 나머지 부분으로부터 격리한다. 일단 처리되면, 프로파일 신호(프로파일 라인 LP)는 도 7에 도시된 형상을 취한다.

이 다이어그램에서, 실선은 이미지에서 측정된 프로파일 라인을 나타내고 파선은 물체(2)가 검출된 것으로 간주되는 임계값의 위치를 나타낸다.

본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려져 있는 삼각측량 계산(computation)은, 도 1a의 각도 및 카메라(7), 조명 수단(4)과 컨베이어(3)의 지지 표면 사이의 거리로부터, 이 지점에서의 물체(2)의 높이를 결정한다. 이 높이는 픽셀로 표현되는 스트립의 수직 위치에 실질적으로 비례하며 물체가 없는 경우(제로 라인) 이 스트립의 위치로부터 계산된다.

최소 검출 가능한 높이는 이론적으로 제로 라인에 대한 적어도 하나의 픽셀의 오프셋에 대응하고, 신뢰할 수 있는 최소값이 2개의 오프셋 픽셀을 위해 얻어진다. 바람직한 실시예에서, 이것은 사용되는 검출 수단(7)/카메라의 해상도의 함수로서 1 내지 3 mm이다.

처리 및 평가 수단(8)에 의해 구현된 전술한 계산 프로그램(computation program)에 의해 수행된 연산의 결과에 의해, 미리 정의된 임계값 위의 고도를 갖는 모든 물체(2)가 구별될 수 있다.

따라서 장치(1)에 의해 제공되는 제1 서비스는 최소 높이를 갖는 임의의 물체(2)의 존재를 검출하는 것이다.

제2 프로파일 검출 프로그램의 구현이 (바람직하게는 제1 프로그램에 더하여) 제공될 수 있는데, 이는 2개의 한계, 즉 존재하는 물체(2)와 조명 스트립의 높고 낮은 교차부를 검색하기 위한 것이다. 이러한 추가 정보는 일정량의 중복성(redundancy)을 제공하고, 따라서 피검사 물체(2)의 형상에 대한 보다 정확한 진단을 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1a에서, 다음으로 각도 α1에 의해 정의된 상한 LH를 따라가고, 그리고 각도 α2에 의해 정의된 하한 LB의 이동에 의해 프로파일을 동등하게 결정할 수 있고, 이들 2개의 한계(상한, 하한)는 물체(2)에 투사된 조명 스트립(6)의 에지(9, 9')에 대응한다. 따라서 피검사 물체(2)의 이동에 따른 시간에 따라 오프셋되는 두 개의 프로파일이 얻어진다. 독립적으로 계산된 두 개의 프로파일이 있으면 평균 정확도가 높아진다. 또한, 각 한계에서 물체(2)의 진입 및 퇴장 시간이 상이하다. 이 경우, 물체의 수직 부분(판지 상자의 에지)을 보다 용이하게 측정하거나, 관심 물체의 상류에 위치한 물체에 의한 어떠한 마스킹 효과도 피할 수 있다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 또한, 조명 스트립(조명된 스트립)의 2 개의 하한과 상한의 이러한 이중 검출은 또한 동일한 각도 α1 및 α 2로 수행될 수 있다.

또한, 저장된 프로파일 라인에 대응하는 픽셀들의 강도(또는 휘도)의 함수로서, 피검사 물체들(2) 중에서 2개의 별개의 클래스들을 구별하는 것을 고려하는 것도 가능하다: 즉, 미리 정의된 임계값 아래의 휘도 프로파일 라인의 픽셀들을 포함하는 어두운 클래스(상기 정의 참조) 및, 이러한 동일한 임계값 위의 휘도 프로파일 라인의 픽셀을 포함하는 선명한 클래스(clear class).

실제로, 선명한 물체(투명한 물체, clear object)의 픽셀은 높은 값을 갖는 반면, 어두운 물체의 픽셀은 낮은 값을 갖는다. 따라서 선명한 물체와 어두운 물체 사이의 구별은 위에서 설명한 2 개의 임계치화 작업(연산)(고도에 작용하는 물체를 검출하기 위한 첫 번째와 픽셀의 강도에 작용하는 선명한 물체와 어두운 물체 사이의 구별을 위한 두 번째)을 통해 가능하다. 밝은 스폿이 있는 어두운 물체는 잠재적으로 이러한 유형의 처리에서 선명한 물체로 보일 수 있다는 점에 유의해야 한다.

본 발명자들은 전술한 장치 및 기계의 프로토타입을 위한 동작 시험을 완료하였고, 도 8a 내지 도 8f의 예로서 도시되어 있는 이들 시험의 결과는 이동 물체(2), 이 경우 병(bottle)의 거의 완전한 높이 프로파일이 얻어질 수 있음을 보여준다.

이러한 도면들은 측정된 프로파일의 일시적 축적(temporal accumulation)을 형성하는 과정을 보여준다. 시간 축은 도면에서 위에서 아래로 가상으로 표시된다(도면의 상부의 이미지는 아래에 있는 것 이전에 촬영된 것과 대응함). 카메라에 의해 저장된 각 시퀀스의 마지막 이미지가 이 도면의 왼쪽 부분에 표시된다. 프로파일 라인의 해석은 다음 이미지에 겹쳐진다.

- 회색 선은 물체의 검출을 트리거하기 위한 임계값 아래의 프로파일 라인에 대응한다:

- 흰색으로 표시된 이러한 라인 부분은 물체 검출 임계값을 초과하는 위치에 대응한다.

도 8a 내지 도 8f의 각각의 우측 부분은 대략 20개의 연속적인 시간 측정에 걸쳐 그와 같이 계산되고 축적된 릴리프(relief)를 도시한다. 릴리프는 이 도면에서 픽셀로 표시된다.

획득된 최종 프로파일 (도 8f)에서, 유일하게 누락된 표면 요소들은 검출 수단(7)/카메라 및 조명 수단(4)/할로겐 램프 + 반사기 어셈블리에 의해 직선으로서 동시에 보이지 않는 점들이다 (예 : 돌출된 것들 (병의 저면)).

높이의 완전한 프로파일(이미지에서 물체의 모든 위치 X, Y에 대한 Z 값)을 제공하면 맵(map)이 피검사 물체(2)의 외부 볼륨으로 재구성되도록 할 수 있다. 따라서 이것의 볼륨을 계산할 수 있다.

이것은 또한 두 개의 접촉 물체(2) 사이의 "골짜기(valley)"가 프로파일에서 식별될 수 있게 한다: 그리고 나서 적절한 프로그램은 인접한 물체들의 그룹을 개별 물체(2)로 나누는 것을 돕기 위해 로컬 최소 높이(local minimum height)를 검색할 수 있다.

물론, 본 발명은 첨부된 도면에서 도시되고 기술된 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 변형은, 특히 다양한 요소의 형성의 관점에서 또는 기술적 균등물의 대체에 의하여, 본 발명의 보호 범위를 반드시 벗어나지 않으면서도 가능하다.

Claims (17)

1. 길이 방향(D)으로 이동하는 평평한 지지 표면(3)에서 실질적으로 단층 유동(F)으로 이동하는 물체(2)를 검사하기 위한 장치(1)로서,
   상기 장치(1)는 한편으로는, 상기 지지 표면(3)을 향하고 이 지지 표면(3)과의 교차부가 조명 스트립(6)으로 구성되고, 이동 방향(D)에 가로질러 그리고 상기 지지 표면(3)의 폭의 전부 또는 일부에 걸쳐 연장되는 중간 평면(정중면, median plane) 또는 축(PM)을 갖는 조명 빔(5)을 제공하는 적어도 하나의 조명 수단(4)과,
   다른 한편으로는, 광학 축 또는 평면(AO) 및 획득장(acquisition field)(7')을 갖는 적어도 하나의 검출 수단(7)으로서, 이것의 치수는, 상기 이동 방향(D)을 가로지르는 방향으로, 상기 조명 스트립(6)의 치수와 기껏해야 동일하고, 그리고 또한, 상기 이동 방향(D)으로, 상기 조명 스트립(6)의 상류 및 하류에 위치된 상기 지지 표면(3)의 비조명 영역(6') 및 적어도 상기 조명 스트립 또는 스트립 일부(portion)(6)의 위에서, 그리고 선택적으로 상기 비조명 영역(6') 위에서 연장되는 볼륨(volume)을 둘러싸도록(encompassing) 구성되는 적어도 하나의 검출 수단(7)과,
   그리고 마지막으로, 상기 이동하는 물체(2)들의 존재를 검출하기 위한 관점(view)으로, 그리고 이들의 높이를 매핑하고 그리고/또는 이들의 외부 볼륨을 결정하는 관점으로 상기 적어도 하나의 검출 수단(7)에 의해 제공되는 신호 또는 데이터를 처리하고 평가하기 위한 수단(8)을 포함하고,
   이들 물체들은 바람직하게는 어둡거나 검은색이고, 하나 이상의 상기 조명 빔(들)(5)의 중간 평면 또는 축(PM)과 상기 검출 수단(7)의 광학 축 또는 평면(AO)은 그들 사이에 시차각(parallax angle)이라고 불리는 0이 아닌 각도(AP)를 가지며, 그리고, 상기 적어도 하나의 검출 수단(7)에 의해 획득된 조명 스트립(6)의 이미지는 상기 수단의 해상도의 적어도 3배와 동일한, 바람직하게는 적어도 10배와 동일한 폭을 갖고,
   상기 장치(1)는, 상기 적어도 하나의 조명 수단(4)이 상기 지지 표면(3) 상에 생성된 조명 스트립(6)이 상기 이동 방향(D)에서 폭이 10mm보다 크고, 유리하게는 10mm 내지 30mm 사이의 범위에 있고, 물체(2)가 없는 경우, 이러한 조명 스트립(6)의 이미지에서 명확한 한계(clear limit)를 형성하는 두 개의 대향하는 직선 평행 에지(9, 9')에 의해 한계가 지어지고, 상기 비조명 영역(6')에 대해 충분한 대비를 가져서, 상기 조명 스트립(6)이 적용되는 상기 이동하는 물체(2)의 색상에 관계없이 상기 검출 수단(7) 및 상기 처리 및 평가 수단(8)에 의해 인식될 수 있게 되도록 구성 및 배치된다는 점과, 하나 또는 각각의 조명 빔(5)이 비간섭성 광원(4')으로부터 기원한 빔으로 구성된다는 점을 특징으로 하는, 장치.
2. 제1항에 있어서,
   이동하는 상기 지지 표면(3)에 형성된 조명 스트립(6)은 폭이, 상기 이동 방향(D)으로, 약 20 mm 대인 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 시차각(AP)이 10°보다 크고, 유리하게는 10°와 50° 사이의 범위이고,
   상기 조명 수단(4) 및 검출 수단(7)은 상기 조명 스트립(6)에 평행하고 그리고 상기 지지 표면(3)에 수직인 평면(PP)의 동일한 부분에 위치되거나 위치되지 않을 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   단일 또는 각각의 상기 검출 수단(7)은 매트릭스 카메라이고, 상기 검출 수단(7) 및/또는 상기 처리 및 평가 수단(8)에 사용되는 상기 조명 스트립(6)의 표현(representation)은 유리하게는 열(row, LP)로 구성되고, 바람직하게는 상기 조명 스트립(6)에 의해 영향을 받는 물체(2)가 없는 경우, 상기 검출 수단(7)에 의해 제공되고 상기 처리 및 평가 수단(8)에 의해 분석된 이미지의 하부에서 연장되는 것을 특징으로 하는 것을 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   하나 또는 각각의 상기 조명 수단(4)은, 한편으로는, 세장형 구성을 가지며 상기 이동 방향(D)을 가로질러 배열된 적어도 하나의 비간섭성 광원(4')을 포함하고, 다른 한편으로는, 상기 지지 표면(3)에 상기 조명 스트립(6)을 생성하기 위해 하나 또는 여러 개의 이러한 광원(4')(들)에 의해 방출된 라디에이션을 집속(집중)시키는 적어도 하나의 요소(4'')를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   하나 또는 각각의 상기 조명 수단(4)은 상기 스트립(6)에 영구적인 조명을 제공하고, 상기 이동 방향(D)을 가로질러 연장하는 직선 필라멘트 형태의 적어도 하나의 광원(4') 및 부분적으로 원통형-타원형 단면(partially cylindrical-elliptical section)을 갖는 반사기(reflector) 형태의 집속 요소(focusing element)(4'')를 포함하고,
   상기 필라멘트(4 ')는 상기 반사기(4 '')의 가상 타원(virtual ellipse)의 초점 중 하나에 배치되고 다른 초점은 상기 지지 표면(3)의 근처에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   하나 또는 각각의 상기 조명 수단(4)은 상기 조명 스트립(6) 위에 조명 스캐닝을 제공하고, 고정된 광원(4')을 필라멘트의 형태로, 예를 들어, 집속 요소(4'')와 연결되고, 예를 들어 부분적인 타원형 단면을 갖는 반사기의 형태로, 포함하며,
   상기 조명 수단(4)은 이동 가능한 전송 요소(4''')를 더 포함하며, 예를 들어 상기 소스(즉, 광원, 4')로부터 기원하고 상기 지지 표면(3)에 집속되는(즉, 초점 맞추는) 조명을 적용하여 가로지르는 스캐닝에 의해 상기 조명 스트립(6)을 생성하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 물체(2)를 위한 이동 지지 표면(3)을 제공하는, 예를 들어서, 컨베이어 벨트 타입과 같은 컨베이어 상에서 실질적으로 단층 유동(F)으로 이동하는 상기 물체(2)를 자동으로 검사하고 분류하는 기계로서,
   또한, 상기 기계는, 상기 기계가, 컨베이어 위에 장착되어, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검사장치(1)를 포함하고, 적절하다면, 공통 조명 수단(4) 및 적어도 2개의 별개의 검출 수단(7), 또는 공통 검출 수단(7) 및 적어도 2개의 별개의 조명 수단(4)을 포함하거나, 또는 그렇지 않으면 각각이 조명 수단(4) 및 검출 수단(7)을 포함하고 이동 방향(D)을 가로질러 나란히 배열되는 적어도 2개의 별개의 모듈에 대응하는 복수의 장치(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계.
9. 장치(1)에 의하여 구현되는, 길이방향 이동 방향(D)에서 이동하는 평평한 지지 표면(3) 상에서 실질적으로 단층 유동(F)으로 이동하는 물체(2)를 검사하는 방법으로서,
   상기 장치(1)는,
   한편으로는, 상기 지지 표면(3)을 향하고 이 지지 표면(3)과의 교차부가 조명 스트립(6)으로 구성되고, 상기 이동 방향(D)에 가로질러 그리고 실질적으로 상기 지지 표면(3)의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 중간 평면(정중면, median plane) 또는 축(PM)을 갖는 조명 빔(5)을 제공하는 적어도 하나의 조명 수단(4)과,
   다른 한편으로는, 광학 축 또는 평면(AO) 및 획득 영역 또는 장(acquisition zone or field)(7')을 갖는 적어도 하나의 검출 수단(7)으로서, 적어도 상기 조명 스트립(6), 상기 조명 스트립(6)을 따라서 각측(either side)에 위치된 상기 지지 표면(3)의 비조명 영역(6') 및 적어도 상기 조명 스트립(6)의 위에서, 그리고 선택적으로 상기 비조명 영역(6') 위에서 연장되는 볼륨(volume)을 둘러싸도록(encompassing) 구성되는 적어도 하나의 검출 수단(7)과,
   그리고 마지막으로, 상기 이동하는 물체(2)들의 존재를 검출하기 위한 관점으로, 그리고 이들의 높이를 매핑하고 그리고/또는 이들의 외부 볼륨을 결정하는 관점으로 상기 적어도 하나의 검출 수단(7)에 의해 제공되는 신호 또는 데이터를 처리하고 평가하기 위한 수단(8)을 포함하고,
   이들 물체들은 바람직하게는 어둡거나 검은색이고,
   상기 장치는, 상기 광학 축 또는 평면(AO) 및 상기 조명 빔(5)의 중간 평면 또는 축(PM)이 이들 사이에 시차각이라고 하는 0이 아닌 각도(AP)를 갖도록 구성되며,
   상기 방법은, 한편으로는, 상기 수단(7)의 해상도의 3배와 적어도 동일한 폭을 갖는 상기 적어도 하나의 검출 수단(7)에 의해 획득된 조명 스트립(6)의 이미지, 및 다른 한편으로는, 조명 스트립(6)이 적용되는 이동하는 물체(2)의 색상에 관계없이 상기 처리 및 평가 수단(8)에 의해 사용 가능하고 상기 검출 수단(7)에 의해 감지될 수 있도록 상기 비조명 영역(6')에 대해 충분한 대비를 가지며, 상기 이동 방향(D)에서의 폭(D)이 10mm보다 크고, 유리하게는 10mm 내지 30mm 사이인, 이미지에서 상호 구별될 수 있는 2개의 대향하는 직선 평행 에지(9, 9')에 의해 한계가 지워지는 지지 표면(3) 상의 조명 스트립(6)을 제공하는 것을 포함하고,
   하나 또는 각각의 상기 조명 빔(5)은 비간섭성 광원(4')으로부터 기원하는 빔으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 조명 스트립(6)의 이미지로부터, 상기 처리 및 평가 수단(8)에 의해 실행되는 적어도 하나의 적절한 데이터 처리 프로그램에 의해, 이동하는 상기 지지 표면(3)에 대한 고도를 나타내는 적어도 하나의 프로파일 라인(LP)을 추출하고, 그리고, 이 프로파일 라인을 물체의 존재를 위한 최소 임계값과 비교하고, 적절한 경우, 이 프로파일 라인을 사용하여 피검사 물체(2)의 높이를 포인트별(point-by-point)로 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 방법은 물체(2)의 연속적인 프로파일 라인(LP)의 휘도를 분석하고, 이를 이용하여 상기 물체(2)를 어두운 물체 또는 투명한 물체로 분류하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 방법은, 겉보기 형상을 재구성하고 그리고/또는 그 부피(volume)를 계산(computing)하기 위해 시간에 걸쳐 동일한 물체(2)의 연속적인 프로파일 라인들을 축적하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 및 평가 수단(8)에 의해 적용된 프로파일 검출 프로그램은 상기 조명 스트립(6)의 이미지에 수직인 각 라인을 따라 검출된 휘도 백분위수에 대한 검색을 실시하고, 이어서 상기 프로파일 라인을 임계치화하는 작동(연산)을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 및 평가 수단(8)은 2개의 한계(limit), 즉 존재하는 상기 물체(2)와 상기 조명 스트립(6)의 높고 낮은 교차부를 찾고 이용하기 위하여, 2개의 프로파일 검출 작동(연산)을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 방법은, 제1 각도(α1)에 의해 정의된 상한(LH)에 따르는 제1 프로파일 및 제2 각도(α2)에 의해 정의된 하한(LB)에 따르는 제2 프로파일을 결정하는 것을 포함하고, 이들 2개의 한계(LH, LB)는 물체(2) 상에 투사된 조명 스트립(6)의 두 에지(9, 9')에 대응하고, 그리고 피검사 물체(2)의 움직임에 따라 시간적으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 두 작동(연산)은 구별되고 별도로 수행되며, 상기 두 프로파일은 서로 독립적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검사 장치(1)를 실행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
    

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