JPH05240617A - 物体の寸法を測定する方法および装置およびその方法を使用する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学電子センサーによって物体の３次元寸法
を検出する。 【構成】 物体（２）の像が測定センサー（８）上に投
影され、その寸法が電気光学的に検出されるようになさ
れており、その像の投影は測定されるべき寸法の方向
（１６）において行われ、前記投影方向に対して傾斜さ
れた方向（１１）において光学的模様（１４）が物体
（２）に照射され、物体上のこの模様の位置から寸法が
推測されることを原理とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の像が測定センサ
ー上に投影され、寸法は電気光学的手段によって検出さ
れるようになされた物体の寸法を測定する方法に関す
る。

【０００２】

【従来技術】知られている測定方法はほとんどの場合に
２つの寸法に制限されており、すなわち測定センサーは
ほとんどの場合に物体の２次元像を査定できるようにな
されている。しかしながら多くの場合、物体の３つの寸
法を検出して、その３次元でのサイズ、すなわち体積お
よび重力をそれぞれ査定することが望まれている。この
ような実際のサイズの検出は例えば分別手順において、
特に果実や農作物特にジャガイモに関して望まれてい
る。ジャガイモが等級別寸法の四角い開口を通して落下
されるようになされるこれまで使用されている分別方法
は、特に、与えられた状況の下で細長いジャガイモが球
形ジャガイモの２倍の体積を有していても同一寸法等級
に分別されてしまうので、満足できない。しかしながら
物体の３次元寸法を検出することは複雑で、或る種の場
合には例え多大の出費をしても不可能とされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は実質的な如何
なる出費の増大も伴わずに、特に単一の光学電子センサ
ーによって物体の３次元寸法を検出することを目的とす
るものである。検出データの査定の程度は使用される電
子装置およびソフトウェアーの程度に依存するだけであ
る。

【０００４】

【課題を達成するための手段】この目的は、前述した像
の投影が測定されるべき寸法の方向において行われ、物
体はこの投影方向に対して傾斜した方向において光学的
パターンが照射され、寸法は物体上のこのパターンの位
置から推測されるようになされることを特徴とする物体
の寸法を測定する方法によって達成される。前記投影方
向に直角な寸法が１つの同じセンサーにより、それ自体
は既知である方法によって検出でき、組み合わされた電
子装置によって査定されるのである。

【０００５】本発明はまた、物体の伸長が共通の像によ
り、そして共通の測定センサーによって物体の伸長が３
次元寸法において検出され、これらのサイズに応じてこ
の物体が分別されるようになされる方法の応用に関す
る。最後に、本発明はまたこの方法を実施する装置に関
する。この装置は投影光学装置と、光学的測定センサー
並びに物体に光学パターンを照射する装置と、を含み、
投影の方向は照射の方向に対して傾斜される。

【０００６】本発明は図面を参照して更に詳しく説明さ
れる。

【０００７】

【実施例】図１はジャガイモの分別装置を概略的に示し
ている。コンベヤベルト１上をジャガイモ２が右から左
へと測定領域３を通して運ばれ、このコンベヤベルトの
一端を越えて排出装置４へ運ばれる。比較的長いケーシ
ング５コンベヤベルト１の上方に配置されている。測定
領域３の上方には第１ミラー６がケーシング５内に備え
られており、これを経てコンベヤベルト上の測定領域の
像がカメラ７に投影されている。カメラ７においては、
一列のフォトダイオード８が水平方向に延在されてお
り、光学電子センサーとして働いている。このフォトダ
イオードに対する光の値は、それ自体は既知の方法によ
って周期的に走査され、測定領域に投影されたそれぞれ
の線が探査されて、場合に応じて査定され或いは査定の
ために保存すなわち記憶されることができるようになさ
れるのである。このケーシングは第２ミラー９を収容し
ている。このミラーを経て指向された光ビーム１１が光
源１０から測定領域３へ投影される。一方、この光ビー
ムはマスク１２を通過する。このマスクはスリット形の
開口１３を備えている。図１は細長いマスクの僅かな部
分のみ示している。実際には、その長さはコンベヤベル
ト１の幅にほぼ等しく、照射された縞模様がこの測定領
域においてジャガイモの分配され得るコンベヤベルトの
面積部分の全体に見られるようになされる。

【０００８】前記パターンの一部は図３に更に詳しく示
されている。ダイヤモンド１２の各々の開口１３、すな
わち測定領域における後壁ベルトもしくはジャガイモ２
の上の光の縞の各々は段階的に形成された３つの部分１
４ａ，１４ｂおよび１４ｃを含み、これらは長さが等し
いが幅が増大されている。更に、縞１４における真っ直
ぐな前端縁はこの縞模様の長手方向に対して、すなわち
コンベヤベルト１の横断方向に対して４５°傾斜されて
いる。しかしながらこれ以外の傾斜を選択することもで
きる。軸線すなわち光ビーム１１の入射方向は、図１に
光学軸線１６として示されており且つコンベヤベルトに
対して直角とされている投影方向に対して或る角度、例
えば２０°〜３０°だけ傾斜されている。コンベヤベル
ト上に、測定領域におけるジャガイモ上に、およびジャ
ガイモ上に現れた光の縞模様の上に投影された光の縞模
様の像は、カメラ７内のセンサー８上に投影される。コ
ンベヤベルト上の測定領域とカメラ７との間の光路が比
較的長いので、コンベヤベルトすなわち測定領域３の全
幅がセンサー８に投影されることができる。

【０００９】概略的な方法で図１はセンサー８と装置の
電気系統１５との間の接続を示している。この電子装置
の出力１６は排出装置４に接続されており、そこにおい
て排出シリンダー１７のための圧縮空気を制御するバル
ブに作用している。これらのシリンダーのピストンロッ
ド１８はそれぞれ移動可能に取り付けられているフィン
ガー１９に作用している。長さがコンベヤベルトの幅に
ほぼ等しい排出装置４は一連の排出フィンガー１９を備
えている。図１によれば、それらの排出フィンガーの１
つは組み合わされているピストンロッドによって丁度持
ち上げられていて、ジャガイモをそのフィンガーの上を
滑り落として排出するようになされている。

【００１０】既に注目したように、図１に示されたこの
装置は３つの寸法の検出を可能にするものであり、従っ
てジャガイモの実際の形状およびサイズを検出可能にし
ている。カメラ７に投影されたジャガイモの部分は垂直
投影での輪郭の検出を可能にする。ジャガイモの高さ、
すなわち厚さは説明した光の縞模様によって検出され
る。図２を参照すれば、この高さの検出原理が非常に単
純化した物体２０によって説明されている。照射ビーム
１１が傾斜して入射することによって縞模様の当る表面
が高くなるほど、上述から分かるように縞模様はいっそ
う図１また図２における右へ変位される。コンベヤベル
トすなわち高さ０においてはこれらの縞は最も左側に位
置され、観察面１６’よりも完全に外側に位置してい
る。この状態がレベル０に相当する。次の少し高いレベ
ル２１では、光の縞１４は少し右側に位置され、狭い幅
部分１４ａが観察面１６’の面積部分に位置している。
図２において、矢印１１’は光ビーム１１の入射方向を
示しており、これは縞模様の横方向の変位に対応してい
る。物体２０の次に高いレベル２２では縞１４は更に右
側へ変位して現れ、中央部分１４ｂが観察面１６’の面
積部分に位置している。最も高いレベル２３では、縞１
４は更に右側へ変位して現れ、最も大きな部分１４ｃが
観察面１６’の面積部分に位置するようになされてい
る。光の縞１４の位置から、すなわちコンベヤベルト１
上の初期位置に関する変位から、物体の決定された部分
の高さは推測できるのであり、また、コンピュータによ
ってそれらの変位量従って決定点における高さを検出す
るのには多くの異なる方法が可能である。

【００１１】高さの正確な検出に関して、図３は光の縞
模様の長手方向に沿って並べられた光の縞１４を示して
いる。観察面１６，１６’での輝度をセンサー８によっ
てコンベヤベルト１を横断方向に走査することによっ
て、縞模様における光の部分および陰の部分が周期的に
検出される。更に縞模様が図２に示すようにコンベヤベ
ルト上の縞模様に対してジャガイモの視認できる上側に
て横方向に変位している場合は、上記周期的な信号はこ
の高さに応じた或る値だけ位相変位を生じ、また図３に
示すようにこの位相差は幾つかの周期となる。光の縞１
４の部分１４ａ，１４ｂおよび１４ｃによって積分周期
における位相差が決定され、また前端縁１４ｄの位置に
よって１周期における位相差が決定される。この検出が
狭い部分１４ａ、中央部分１４ｂ、或いは大きな部分１
４ｃにおいて行われたかどうかは、走査した縞の幅か或
いは光の部分と陰の部分との間のパルス比率を決定する
ことによって容易に決定できる。この構造はこの例にお
いては３つの範囲における粗い測定を可能にし、或いは
これより少ないか多くの段階的な範囲における粗い測定
を可能にするのである。更に、正確な位相、すなわち検
出の間の照射領域への進入の正確な時間が決定され、こ
れにより物体の正確な高さがセンサーによって与えられ
る分解能に応じて決定できるのである。この場合におい
ては、この正確な分解能は例えば８つのそれぞれの段階
を含み、このことはいわば３つの部分１４ａ，１４ｂお
よび１４ｃにより定められた測定範囲が“８つ、すなわ
ちオクターブ”に分割され、これにおいて再び述べるが
８つの値が検出できるということである。

【００１２】同様に、既に更に小さな高さを安全且つ正
確に検出することを意図されているならば、縞１４の狭
い端部１４ａを高さ０のレベルにて観察面１６’の面積
部分に位置させることができる。

【００１３】図４は或る測定信号の生じ得る状態の例を
示している。この検出が狭い縞の部分１４ａで行われた
ならば、インパルス１４ａ’はその持続時間が単位長さ
に相当するとみなされる。このインパルスの立ち上がり
縁は縞の正確な位置を示す。この縞模様の位置、すなわ
ち物体の検出された部分の高さはそのインパルスの持続
時間およびインパルス開始の正確な時間から推測するこ
とができる。他のインパルス１４ｃ’は３単位の持続時
間を有し、それ故にこれは縞模様の部分１４ｃにおける
検出に対応するのであり、再び述べるが縞模様の正確な
位置すなわち検出箇所の高さはこの時間もしくはインパ
ルスの立ち上がりの位相から推測することができるので
ある。他のインパルス１４ｂ’は２単位の持続時間を有
し、それ故に縞模様の中央部分１４ｂに対応する。

【００１４】ダイオード列８に於ける照射値の走査、す
なわちコンベヤベルト１上の測定領域３に沿う走査は高
い頻度で行われ、例えば１ｍｍ程度のインターバルにて
行われ、測定領域における全てのジャガイモがモニター
できるようになされる。この手順において検出された全
ての値は保存すなわち記憶され、その後に行われる査定
に使用されるようになされる。すなわち、平面上での各
ジャガイモの形状およびそのジャガイモの検出箇所にお
ける高さを決定するのに使用される。最大検出高さはし
かる後に信号で出力され、ジャガイモのサイズによる等
級別分別に使用される。しかしながらマイクロプロセッ
サーによって更に計算を行ってそのジャガイモの体積や
特に重力中心を決定することも可能である。大体の重量
の決定は（ジャガイモの下側はモニターできない）排出
装置４による排出のための正確な時間を設定するのに十
分である。各ジャガイモの分別によれば、強すぎたり弱
すぎる排出インパルスが発生したり或いはまったく発生
しないかにより、ジャガイモは異なる場所へ配送されて
このようにして分別されるのである。マイクロプロセッ
サーはここで排出動作の時間および強さを決定し、また
勿論のことながら同様に１本または複数の排出フィンガ
ーが作動されるようになす。決定したジャガイモに関す
る正確な値の検出および保存は、例え複数のジャガイモ
が同時に測定領域３に存在したとしても特に問題となら
ないことが見いだされている。２つのジャガイモが測定
領域３にて直接に隣接している場合に多少の困難さが生
じる。この場合、２つのジャガイモは１つとみなされて
しまう。この難点は縞１４の傾斜によって生じ得る。理
解されるところは、上述した周期的な検出信号のかなり
の位相変位は縞模様が横方向に変位されたときに発生
し、このことはその変位の間に、すなわちより高い立ち
上がりの間に周波数変化が生じること、すなわち物体の
立ち上がったフランクの場合に周波数が増大し、また物
体の下がったフランクの場合に周波数が低下することで
ある。図３の矢印２４および２５は模様が下方へ向けて
変位した場合、すなわち高さが低下した場合を示してお
り、縞の前端縁の検出の間の一時的な距離はモニターさ
れた物体の下がったフランク上での逆方向の変位の場合
よりも大きい（矢印２４）のである。従ってこのように
して物体のフランクの傾斜値およびその感じ（センス）
を決定することが可能となるのである。更に、例えばジ
ャガイモをモニターする場合には、平坦部すなわち縞の
検出によって得た周波数の変化が小さいかゼロである部
分に生じた立ち上がりの値のみ検出することが可能であ
る。ここで、隣接するジャガイモがモニターされている
間に周波数が突然に小さな値から大きな値へ飛んだなら
ば、２つの隣接するジャガイモが測定されていることと
推測でき、その測定信号はそれ相応に保存され処理され
ることができる。

【００１５】図５はマスク１２の、すなわち縞模様の他
の実施例を示している。この場合、縞１４”は段階的に
形成されておらず、幅が徐々に変化されている。ここで
は、高さは縞の幅から直接に、すなわち対称とする箇所
の光の部分と陰の部分とのパルス比率から直接に推測さ
れる。しかしながらこの場合は更に積分周期の位相差に
まず粗い分別を行い、後において細かい分別を行うこと
が有利である。検出された縞の幅や検出された光の部分
と陰の部分とのパルス比率が積分周期すなわち“オクタ
ーブ”によって位相差を決定するのであり、細かい分別
は走査の間に縞模様の部分に進入する正確な時間によっ
て行われる。

【００１６】図５による縞模様の場合には、これらの縞
の傾斜は周波数変化の検出、すなわち物体のフランク傾
斜の検出、および／または高い分解能が必要でないなら
ば不要である。

【００１７】本発明はジャガイモの保存装置を参照して
説明されたが、あらゆる種類の物体が同様の方法でテス
トでき、これらの物体がコンベヤベルトの上でまたは或
る状態に保持されて測定装置の下を通過されるようにな
されることが理解されよう。

【００１８】上述した縞もようの照射に加えて一定の背
景光を与えるのが有利であると見いだされている。この
ようにして縞模様の完全な陰の中に与えられるジャガイ
モの輪郭が正確にモニターされないようなことが回避さ
れる。

【００１９】説明した測定装置に不動の光学部材を有す
る実施例は、特に簡単で信頼性も高い。しかしながら更
に測定領域の像を回転もしくは振動するミラーによって
周期的に適当なトランスデューサー例えばフォトダイオ
ードに指向させて、これによりそのトランスデューサー
のデータを査定するようになすことも可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明による物体の寸法
を測定する技術は比較的簡単に３次元的な寸法測定を可
能にするので、従来の２次元的な測定によっては不可能
とされた物体の３次元的サイズに基づく分別を可能に
し、特に果実などの農作物の分別作業を自動化すること
も可能となる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の１つの実施例を示す概略
図。

【図２】測定原理を図解する概略図。

【図３】光学的な模様の一例を示す図面。

【図４】測定信号の幾つかの例を示す図面。

【図５】光学的な模様の第２の例を示す図面。

【符号の説明】

１ コンベヤベルト ２ ジャガイモすなわち物体 ３ 測定領域 ４ 排出装置 ５ ケーシング ６ 第１ミラー ７ カメラ ８ フォトダイオード列 ９ 第２ミラー １０ 光源 １１ 光ビーム １２ マスク １３ スリット形開口 １４，１４” 光の縞 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 縞の部分 １４ａ’，１４ｂ’，１４ｃ’ インパルス １６ 出力 １７ 排出シリンダー １８ ピストンロッド １９ フィンガー ２０ 物体 ２４，２５ 矢印 ４４ 高さ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の寸法を測定する方法であって、前
   記物体の像が測定センサー上に投影され、前記寸法が電
   気光学的手段によって検出されるようになされており、
   前記像の投影は測定されるべき寸法の方向において行わ
   れ、前記物体には前記投影方向に対して傾斜された方向
   において光学的模様が照射され、前記物体上の前記模様
   の位置から寸法が推測されるようになされることを特徴
   とする物体の寸法を測定する方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された方法であって、前
   記投影方向を横断する前記物体の２つの寸法が前記像か
   ら同様にして推測されるようになされることを特徴とす
   る物体の寸法を測定する方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載された方法であって、前
   記物体が縞模様を照射されるようになされることを特徴
   とする物体の寸法を測定する方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載された方法であって、前
   記物体の前記像が特に１線ずつ周期的に走査されるよう
   になされることを特徴とする物体の寸法を測定する方
   法。
5. 【請求項５】 請求項３に記載された方法であって、前
   記縞の幅が変化可能であり、１方向に連続してすなわち
   徐々に増大されるようになされることを特徴とする物体
   の寸法を測定する方法。
6. 【請求項６】 請求項３に記載された方法であって、前
   記縞が前記投影方法に対して傾斜されていることを特徴
   とする物体の寸法を測定する方法。
7. 【請求項７】 請求項５に記載された方法であって、前
   記寸法が走査手順での与えられた時間における縞の検出
   された幅および位置から推測されるようになされること
   を特徴とする物体の寸法を検出する方法。
8. 【請求項８】 請求項４に記載された方法であって、物
   体全体の前記一線ずつの走査によって見いだされた１つ
   もしくは複数の寸法に関する値の全てが記憶され、例え
   ば最大伸長、その体積または重力中心位置のような前記
   物体のサイズがそれから推測されるようになされること
   を特徴とする物体の寸法を測定する方法。
9. 【請求項９】 請求項３に記載された方法であって、前
   記物体表面の傾斜が前記物体の像における縞の相互距離
   から推測されるようになされることを特徴とする物体の
   寸法を測定する方法。
10. 【請求項１０】 請求項１に記載された方法の使用法で
    あって、共通の像により、また、共通の測定センサーに
    よって物体の伸長が３つの寸法において検出され、これ
    らのサイズに応じて前記物体が分別されるようになされ
    ることを特徴とする使用法。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載された使用法であっ
    て、前記物体が測定領域を通してコンベヤベルト上で運
    ばれ、その終端で分別されるようになされることを特徴
    とする使用法。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載された使用法であっ
    て、前記物体の重力中心が決定され、これによって例え
    ば前記物体の排出のような分別手順における場所および
    時が決定されるようになされることを特徴とする使用
    法。
13. 【請求項１３】 請求項１１に記載された使用法であっ
    て、前記物体がそのサイズに応じて排出されるようにな
    されることを特徴とする使用法。
14. 【請求項１４】 物体の寸法を測定する装置であって、
    投影光学装置（６，７）と、光学的測定センサー（８）
    並びに物体（２）に光学パターン（１４）を照射する装
    置と、前記投影の方向（１１）が前記照射の方向（１
    ６）に対して傾斜していることと、を包含することを特
    徴とする測定装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４に記載された装置であっ
    て、前記照射装置が照射光路（１１）に前記パターンを
    有するマスク（１２）を備えていることを特徴とする測
    定装置。
16. 【請求項１６】 請求項１４に記載された装置であっ
    て、前記物体の前記像を一線づつ走査するためのフォト
    ダイオード列（８）がセンサーとして備えられているこ
    とを特徴とする測定装置。
17. 【請求項１７】 請求項１４に記載された装置であっ
    て、コンベヤベルト（１）が備えられ、この上で物体は
    測定領域を通して運ばれるようになされていることを特
    徴とする測定装置。
18. 【請求項１８】 請求項１４に記載された装置であっ
    て、分別装置（４）が備えられ、前記センサーによって
    電子装置（１５）を介して制御されることを特徴とする
    測定装置。
19. 【請求項１９】 請求項１８に記載された装置であっ
    て、前記分別装置（４）が枢動可能な１列の排出フィン
    ガー（１９）を含み、これらのフィンガーが個々に動作
    可能で且つ制御可能な強さを備えていることを特徴とす
    る測定装置。