(57)【要約】粒状物の品質を分析するために粒状物を光学的に測定する装置が、輸送方向（１０７）に少なくとも１つの粒状物（１０１ｂ）をフィードするように構成された供給器（１０２）と、ラインに沿って前記粒状物（１０１ｂ）を照射するように構成された光源（１０５）と、前記粒状物の表面から反射光を検出するように構成された検出器（１０８）と、ラインに沿って粒状物の高さ断面を決定し、前記粒状物が移動するときの複数の決定された高さ断面に基づいて３次元表面幾何情報を決定するために、前記検出された反射光を分析するように構成された分析器（１１１）と、を具える。デバイス（２００）は、さらに、２次元画像を作成するのに使用される装置（２２０）と、３次元表面情報および同一粒状物の２次元画像に基づいて粒状物の品質を決定するように構成された分析器（１１１）と、を具える。【選択図】図６
2009536315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
穀物から粒状物（１０１）の品質を光学的に分析する装置（２００）であって、当該装置が、
光学測定用の少なくとも１つの粒状物（１０１）を具える粒状物サンプル（１０３）を供給するように構成された供給器（１０２）と、
光学測定用位置（１０４）で粒状物サンプル（１０３）の粒状物（１０１）の各々を照射し、前記照射光が各々の照射された粒状物（１０１）の表面と相互作用した後、前記照射光を検出するように構成された光学システム（１０５、１０８；２０５、２０８）と、
検出された照射光を受信し、当該照射光を処理して前記粒状物サンプル（１０３）の品質を決定するように構成された分析器（１１１）と、
を具え、
前記分析器（１１１）が、前記検出された照射光を処理して、粒状物サンプル（１０３）の粒子（１０１）の各々の３次元表面情報を作成するように、前記３次元表面情報を分析し品質を決定するように構成されることを特徴とする光学分析装置。
【請求項２】
光学システム（１０５、１０８；２０５、２０８）が、同一の粒状物（１０１）の各々に関する２次元画像情報を作成するように処理するために、照射光を照射し検出するように相対的に配置された構成要素（２０５、２０８）を具え、前記分析器（１１１）は、同一の粒状物（１０１）の前記２次元画像情報とともに前記３次元表面情報を分析し、品質を決定するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記分析器（１１１）が、２次元画像情報と、同一の粒状物（１０１）の表面の同一の物理領域からの３次元表面情報と、の比較を実行し、品質を決定するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記分析器（１１１）が、前記３次元表面情報を前記２次元画像情報にマッピングすることによって前記３次元表面情報および同一の粒状物（１０１ａ）の前記２次元画像情報を処理し、品質を決定するための分析用に組合わされたレリーフ画像（１１４）を作成するように構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
光学システム（１０５；１０８）が、
前記粒状物サンプル（１０３）の移動方向（１０７）を横切るライン（１０６）に沿って前記粒状物サンプル（１０３）を照射するように構成されるレーザ光源（１０５）と、
前記ライン（１０６）に沿って前記粒状物サンプル（１０３）の各粒状物（１０１ｂ）の表面から反射された照射光を検出するように構成された検出器（１０８）を含む検出手段と、
を具え、
前記分析器（１１１）が、検出された反射光を分析し、前記ライン（１０６）に沿って前記粒状物サンプル（１０３）の各粒状物（１０１ｂ）の高さ断面（１１２）を決定し、前記粒状物（１０１ｂ）が前記ライン（１０６）を通り移動方向（１０７）に移動するときに、粒状物（１０１ｂ）の複数の決定された前記高さ断面（１１２）に基づいた前記３次元表面情報を作成するように構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記分析器（１１１）が、各粒状物（１０１）の前記表面と平面（１０２）との距離を比較することによって、３次元表面情報としての高さ断面（１１２）を決定するように構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
穀物からの粒状物（１０１）の品質を光学分析する方法であって、
少なくとも１つの粒状物を具える粒状物サンプルを光学測定用位置に送るステップ（４０１）と、
前記光学測定用位置で前記粒状物サンプルを照射するステップ（４０２）と、
前記粒状物サンプルと相互作用した後の照射光を検出するステップ（４０３）と、
前記検出された照射光を分析して前記粒状物サンプルの品質を決定する分析ステップ（４０４）と、
を具え、
前記分析ステップが、前記検出された照射光を処理し、粒状物サンプルの各粒状物の３次元表面情報を作成する処理ステップと、前記３次元表面情報の分析から前記粒状物サンプルの品質を決定するステップ（４０６）と、を具えることを特徴とする光学分析方法。
【請求項８】
前記検出された照射光の処理ステップにおいて、さらに、同一の粒状物の各々の２次元画像情報が作成され、
前記粒状物サンプルの品質を決定するステップ（４０６）が、２次元画像情報と組合わせて３次元表面情報を分析するステップを具えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
穀類の品質分析のために、穀類や農作物の個々の粒状物を光学的に測定する装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な穀類や他の農作物の検査は、今日、商取引および取扱において穀物の品質を決定するために、世界中で行われている。このような検査は、大量の出荷物から選択された例示的サンプルを試験し、望まない粒状物および粒子の存在を判定することを目的とする。好ましくない粒状物および粒子はクラス分けされ、各クラスの量が決定される。各種粒状物を分類するために、サンプルつまり出荷物には、出荷物の金額および取扱に関連する重要な要素となる等級（グレード）が付与される。
【０００３】
今日、ほとんどの穀類検査は、自動化された工程で実施される。現在、粒状物の外表面特性をモニタすることによって、粒状物の品質を決定するために、光学測定方法が用いられている場合が多い。上記の測定方法は、通常、照射される粒状物に基づいており、従って、各々の粒状物の２次元（２Ｄ）画像が得られる。このような分析は、例えば、粒子の色、および／または、粒子の寸法および形状を決定するステップを具える。次いで、各粒状物をクラス分けして、異なる品質ごとに分類してもよい。粒状物の等級による分類およびクラス分けの方法の１つは米国特許出願公開番号２００５／００７４１４６に開示されている。
【０００４】
カキや、コーンなどの農作物の３次元（３Ｄ）光学的体積測定装置は、米国特許第６，３６９，４０１号に開示されている。この装置は、検査中、対象物の表面に衝突するレーザ放出に由来する変位データを作成するように互いに構成されたレーザおよび検出器を具える。分析器は、このデータを処理して、２次元（２Ｄ）画像由来の境界情報を一緒に用いて高さ情報を作成し、検査中の対象物の体積を計算する。これによって、体積にのみ基づいて粒状物を等級による分類およびクラス分けする。
【０００５】
従って、周知の方法及び装置を用いて、好ましくない粒状物および他の粒子を選別する。さらに、好ましくない粒状物および好ましくない粒子の相対発生頻度は、出荷物の価格の決定に使用してもよい。従来では、重量が、好ましい粒状物や粒子と好ましくない粒状物や粒子とを比較する要素であり、すなわち、様々な品質が重量測定して区別される。代替としては、好ましい粒状物や粒子と好ましくない粒状物や粒子との総量比を、出荷物の価格を決定するために使用してもよい。
【特許文献１】米国特許出願公開番号２００５／００７４１４６
【特許文献２】米国特許第６，３６９，４０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
様々な等級の粒状物の特定を改良することを可能にし、様々な等級の相対量の精密な測定をすることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特定の目的は、特に表面に基づいた品質要素など、様々な可視的な品質要素に関して粒状物を、均質に、迅速かつ精密に分析することである。さらなる本発明の目的は、従来の粒状物品質の視認評価における主観性を低減し、結果的に、粒状物分析工程において、よりよい決定を下すことを支援することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、特に、表面構造（幾何）などの外観形状に関する粒状物の欠陥の同定など、粒状物サンプルの視覚で識別できる欠陥を同定する際の精密性を改善することである。
【０００９】
以下の詳細な説明により明らかになる、上記の目的、利点、特性とともに他の目的、利点および特性は、請求項１に記載のように穀類の粒状物を光学的に測定し品質を分析する装置によって、本発明の第１の態様に従って得られ、請求項７に記載の方法によって本発明の第２の態様に従って得られる。
【００１０】
本発明の有利な実施例の手段によって、個々の粒状物の２次元画像および３次元表面情報（幾何情報）を同一の１又はそれ以上の個々の粒子について得ることができる装置が提供される。さらに、この装置は、分析中のサンプルを構成する穀類および粒状物の品質を評価するために、２次元画像と組合わせて３次元情報を使用する。この３次元情報は、例えば、粒子にある不規則な形状やクラックなどの欠陥を検出して、各々の粒状物をクラス分けするために使用できる粒状物の体積を決定し、あるいは、粒状物のサンプルの粒状物の各種等級の体積パーセントを決定することに特に適している。
【００１１】
同一粒状物に関する空間的に配置された３次元および２次元情報を分析し、穀類および／または各々の粒状物の品質を決定することは、迅速かつ直接的に装置で行うことができる。
【００１２】
本実施例の手段によって、本装置は、少なくとも１つの粒状物の３次元表面情報を精密に決定することができる。この３次元表面情報は、同一粒状物の２次元画像にマップされてもよく、サンプルが抽出される粒状物および／または穀類の品質を評価するのに用いられる特徴を決定するために、組合わせて使用されてもよい。各粒状物の特徴を決定するこれらは、単独で使用されてもよく、望ましい品質を決定するために他の測定方法の特徴と組合わせてもよい。
【００１３】
換言すると、光源と組合わせて検出器を用いることによって、サンプルの各粒状物の高さがどのように変化するか測定し、詳細な表面構造の情報を得る。２次元画像情報と組合わせたこの情報は、粒状物の欠陥をより精密にクラス分けおよび／または検出するためにも使用できる。従って、装置は、農産出荷物の品質をより効率的にかつ精密に評価するツールを開示している。
【００１４】
一実施例によれば、分析器は、少なくとも１つの穀類サンプルである粒状物の体積測定値に関連した品質を決定するように構成されている。決定された高さによって、各粒状物の非常に精密な体積が計算される。各粒状物は、その体積に基づいて特別の品質に分類される。付加的にまたは代替として、粒状物サンプルまたは粒状物の全出荷物は、例えば、好ましい粒状物の体積は好ましくない粒状物の体積と関連している場合、特定の品質に分類される。
【００１５】
分析器は、品質を決定するように構成されてもよく、品質の決定は、各々の粒状物および／またはサンプルを、クラス分けすることおよび／またはその欠陥を特定することを具える。決定された３次元表面情報は、粒状物の異常な形状または好ましくない形状を特定するのに使用されてもよく、当該３次元表面情報は、単独でまたは２次元画像情報と組合わせて、好ましくない形状に関連する欠陥を同定するために使用される。さらに、決定された３次元表面情報は、特定の等級に属するように個々の粒状物をクラス分けするのに使用できる。
【００１６】
検討中の欠陥は、ひびが入ったもの、割れたもの、または不規則な形状の粒状物、天候被害、皮の残り（ｓｋｉｎ  ｒｅｍａｉｎｄｅｒ）、発芽した種子、カビによる病気および／または真菌による病気、粗い表面またはこれらの組合せでもよい。
【００１７】
検出器は、サンプルが供給されるコンベアベルト面によって提供される平面に垂直でない角度をなして構成される画像取得手段を具えてもよい。これによって、画像取得手段は、画像の様々な列における表面に対応する様々な高さを観察することができる。さらに、分析器は、粒状物表面からの距離と、平面からの距離と、を比較することによって、高さ断面を決定するように構成されてもよい。
【００１８】
しかしながら、光学的測定値は、あらゆる種類の光感受性測定値でもよい。この検出器は、画像を記録する必要はないが、所定位置で光強度を記録できるか、または、発散する反射光と比較した直接反射光など、複数の特性の中の数種の平均を記録できる。この画像取得手段は、例えば、ＣＭＯＳカメラなどのデジタルカメラであってもよい。
【００１９】
３次元測定用の光源は、レーザ光源を具えてもよい。これによって、照射されるセクションとサンプルの残りの部分との間の重要なコントラスト差を得る。従って、サンプルの精密な高さ測定は、高解像度で行うことができる。実用的には、レーザ光源は、平面に光を放出するように構成され、好ましくは、この平面は、粒状物サンプルが供給される平面と、この平面の粒状物サンプルの移動方向と、の両方に垂直である。従って、高さ断面は、多くの粒子は、粒子と粒子が並んだ状態であるので、各々の粒子サンプルの断面にわたり同時に決定されることができる。
【００２０】
協働する検出器は、２又はそれ以上のユニットを具え、各々の粒状物の様々な領域から反射光を検出するように構成されている。このことは、粒状物サンプルが供給される平面に対して非垂直的角度である場合に、特に有利である。このような場合、粒子の一部は、検出器に対して不明瞭であり、２又はそれ以上のユニットは、粒状物サンプルの全体から高さ断面の情報を得るのを支援する。
【００２１】
供給器（フィーダ）はコンベアを具える。この供給器は、実質的な直線において連続的に移動している間、粒状物サンプルを移動させる必要はないが、ほとんどの場合、従来のコンベアベルトは、この目的のために使用できるので有利である。この供給器は、追加的または代替として、重力に従ってサンプルを光学測定位置に送るように傾斜面を具える。
【００２２】
実施例によると、２次元画像を得るための検出器は、粒状物サンプルの２次元平面図を得るように相対的に配置される。実用上、分析器は、２次元平面図および並べられた３次元画像情報を処理するように構成され、粒子サンプルの品質を決定する。２次元平面図の使用によって、計算に関してより単純に、３次元高さ情報をコロケーション（並置）し、装置による分析が効率化される。付加的または代替として２次元画像を分析器で使用して粒状物サンプル中の粒状物からの異物を区別する。この情報は、それ自体が穀類の品質を決定するのに分析器で使用され、粒状物として特定された異物に対して、３次元情報を用いたさらなる分析を制限するように使用される。逆に、３次元高さ情報は、分析中のサンプル内に粒子と異物とを区別するように使用できる。通常、石や柄など異物は、粒状物に対して同様の大きさの平面図の画像を作成する。しかしながら、このような異物は、粒状物の高さよりも高さが大幅に異なる傾向がある。
【００２３】
装置は、穀類の価格を決定する基準として使用される品質を決定するように構成される。穀類の価格は、通常、サンプル中の好ましいまたは特定の粒状物の相対体積によって決定される。
【００２４】
この装置は、追加的または代替として、同様の外径および視覚特性の粒状物を選別するように構成される。次いで、これらの外径および視覚特性は、この装置において使用され、粒状物を後に扱いやすいように、同様の外径特性の粒状物に分類する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下の記載において、本願の一部を構成する図面であって、本発明がどのように実施されるかを例示する実施例が示された添付の図面を参照されたい。他の実施例を利用し、構造的変形および機能的変形を、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施例による装置を使用するために、各粒状物１０１の３次元表面特性を光学測定する構成を示しており、構成全体を符号１００とする。構成１００は、小麦、大麦、他の穀類、ルピナス、豆（ｂｅａｎｓ）、豆類（ｐｕｌｓｅｓ）、大豆、コーヒーおよび米などの穀類または他の農作物のいずれの種類を光学的に測定する装置に使用することができる。
【００２７】
装置は、少なくとも１つの粒状物１０１を具える粒状物サンプル１０３を光学測定用平面１０４に供給するように構成されたコンベアベルトなどの供給器（フィーダ）１０２を具える。供給器１０２は、アレンジした状態で粒状物１０１を供給するように構成される。好ましくは、粒状物１０１は、狭い間隔の平行な列で供給されており、近接する粒状物１０１は、光学的測定方法で簡単に分けられる。この供給器１０２は、供給器１０２に所望の状態で各々の粒状物１０１を配置するホッパー（図示せず）と接続するように構成されてもよい。供給器１０２の移動方向は、矢印１０７によって示されている。移動方向１０７は、光学測定器用スポット１０４を通過する粒状物１０１の移動方向である。
【００２８】
さらに、このような構成は、粒状物１０１が光学装置用スポット１０４を通過するときに、粒状物サンプルの移動方向１０７を横切るライン１０６に沿って、粒状物サンプル１０３の粒状物１０１の各々を照射するように構成された光源１０５を具える。この光源１０５は、好ましくは、平面に光を放出するレーザである。このレーザ光源１０５は、取られるべき安全手段が最も小さい低出力レーザでもよい。このレーザ光源１０５は、非常に明確な照射ライン１０６を提供し、明りょうな反射光が生じ、この反射光が記録され、容易に変換されて、反射光が生じたところの粒状物１０１表面の精密な位置を決定することができる。
【００２９】
さらに、構成１００は、照射ライン１０６に沿って粒状物サンプル１０３の各々の粒状物表面から、点線１０９として示される反射光を検出するように構成された検出器１０８を具える。この検出器１０８は、デジタルカメラなどの画像取得手段でもよい。このカメラ１０８は、図２に示されるように、供給器１０２に関連して角度αをつけて構成される。供給器１０２の上における様々な高さＨでの光の反射光は、カメラ画像の様々な列で撮像される。
【００３０】
提供される分析器１１１は、図３に示されるように高さ断面１１２を決定するために、反射光１０９を処理するように構成される。この高さ断面１１２は、粒状物サンプル１０３の品質を決定するのに使用される３次元表面情報の基礎として分析器１１１で使用され、これについては以下で詳述する。
【００３１】
従って、基準面１０２の上の粒状物の高さＨは、以下の式（１）によって計算される。
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【００３２】
ここで、Ｈは、測定点での実際の高さであり、ΔＨは、供給器１０２のレーザポイント（使用の際、測定用の基準面を形成する）と、測定ポイントと、の間の画像におけるピクセル距離であり、ｒｅｓは、画像の解像度である。
【００３３】
カメラ１０８によって検出される画像は、図３に示される。この画像は、分析器１１１によって使用され、式（１）を用いてサンプル１０３の１又はそれ以上の各々の粒状物１０１（ここでは５個、１ａ〜ｅ）の断面高さ１１２（または幾何表面）を計算する。高さ断面１１２は、個々の粒子１０１が光学測定用スポット１０４を通過して移動するので、各粒状物１０１ａの複数の異なる断面について計算される。図３の高さ断面１１２は、わずかに離れた複数の粒状物１０１ａ〜ｄの断面（ｃｏｎｔｏｕｒ）を示す。途中で曲線が入るこの直線は、粒状物の供給器１０２などの基準面を示す。各粒状物１０１の表面のポイントでの反射光と、基準面（ここでは供給器１０２）と、の距離１１３は、式（１）に導入される項ΔＨを構成する。
【００３４】
分析器１１１は、本発明の実施例において、図４に示されるように、１又はそれ以上の粒状物１０１ａの３次元表面画像１１４を作成するように構成されており、例えば、３次元表面画像１１４は、個々の粒状物１０１ａが光学測定位置１０４を通過し、連続的な画像がカメラ１０８によって得られる際に得られた複数の決定された高さ断面１１２に基づいている。上述のように、幾何表面の特徴は、容易に同定され、図８〜９で参照し後述するように、粒状物の欠陥は、明確に識別される。代替としてまたは付加的に、各粒状物１０１ａの３次元表面情報は、３次元空間（例えば、デカルト座標または極座標）に位置座標として分析器１１１に記憶される。
【００３５】
従って、分析器１１１は、作成された３次元表面情報に基づいて少なくとも１つの粒状物の品質を決定する。この分析器１１１は、さらに、米国特許第６，３６９，４０１号に開示されていて当分野で周知なように、各粒状物１０１の体積を計算するように構成されている。この体積は、寸法によって粒状物を分類するために使用される。さらに、この体積は、粒状物の特定等級の相対体積を得るのに使用されてもよいが、本実施例において、等級は、同一の粒状物１０１の２次元画像に対してマッピングされるか、あるいは、当該２次元画像と並置される３次元表面情報（幾何情報）を用いて決定される。この相対体積によって、粒状物サンプル１０３の全体積に関連する特定等級の体積の測定値を得られる。この分析器１１１は、穀類粒状物の通常形状および視覚的外観とは実質的に異なる砂利やほこりなどの異物を同定するために構成されることができる。このような同定は、例えば、周知の画像認識技術を用いることによってサンプルの２次元画像を処理することによってなされる。代替としては、３次元高さ情報は、この点に関して用いてもよい。異物の高さは、粒状物１０１の高さよりも極端に大きいか小さい傾向がある。例えば、１つの異物の異なる部分の複数の高さ断面１１２から得られる平均最大高さに基づいて、高さ識別を行うための分析器１１１を配置することによって、粒状物の位置が決定され、品質を決定するために分析される必要があるのは、対応する部分のみである。
【００３６】
分析器１１１は、クラックした、割れた、壊れたまたはクリーブした粒状物など、各々の粒状物１０１の欠陥を同定するように構成されてもよい。これらの欠陥は、例えば、３次元表面画像１１４または同等の３次元高さ情報を単独で、または各々の粒状物の２次元視覚情報と組合わせて用い、これを「通常」すなわち粒状物の所望の３次元表面情報と比べることで同定される。例えば、検出するのが困難な半分になった粒子は、図５に示されるように、ここでは、決定された３次元表面画像１１４を用いて容易に特定される。半分になった粒状物は、損傷部分が供給器１０２と接するように配置されることが多い。２次元画像を単独で使用すると、画像が粒状物の影響を受けなかった部分である場合、粒状物が半分にされたことを検出することができない可能性が高い。しかしながら、図５に示されるように、３次元表面情報は、未損傷の粒状物の高さ断面よりも大幅に低い高さ断面を示す。この検出された高さ断面１１２は、実線で図５に示されており、一方、未損傷粒状物の高さ断面１１２’は、破線で示される。従って、高さ断面１１２で示されるように、３次元表面情報は、半分の粒状物を容易に検出するのに使用され得る。このような半分の粒状物は、大豆やエンドウを分析するときにしばしば生じることがある。
【００３７】
さらに、分析器１１１は、粒状物に損傷があるかどうか検出するように構成されてもよい。例えば、３次元表面画像１１４は、霜による損傷を特定するために使用され、粒状物はより薄く、表面はより粗い。さらに、幾何情報を用いて、分析器１１１は、皮を剥いだ粒状物の皮の残りを同定するように構成されてもよい。さらに、このような情報を、異常な形状の発芽した粒状物を検出するのに用いることができる。カビや真菌の病気は、このような欠陥のある粒状物がより粗い表面を有し、正常な粒状物と比べて変色を示すので、このような分析器１１１によって同定される。
【００３８】
分析器１１１は、高さ断面、３次元表面および３次元画像（例えば、３次元と２次元を組合わせたもの）、ならびに品質を決定するタスクを実行する１又はそれ以上のユニットを具える。
【００３９】
ここで図６を参照すると、本発明による装置２００が示されており、この装置は穀類や穀物の粒状物を分析するために２次元画像および３次元表面情報を組合わせる操作を行う。この装置２００は、図１に示されるように、供給器１０２を具える。供給器１０２は、少なくとも１つの粒状物１０１を具える粒状物サンプル１０３を光学測定用の第１の位置１０４ａに供給し、さらに、光学測定用の第２の位置１０４ｂに供給するように構成される。これらの位置１０４ａおよび１０４ｂは、ともに光学測定用の位置１０４を構成する。光学測定用の第１の位置１０４ａでの設定（セットアップ）は、ここでは粒状物１０１ａとして示されている、粒状物サンプル１０３の１又はそれ以上の粒状物１０１の各々の２次元面画像を得るようになされる。光学測定用の第２の位置１０４ｂでの設定は、図１〜４に関して上述したように、ここでは粒状物１０１ｂとして示されている、粒状物サンプル１０３の１又はそれ以上の粒状物１０１の各々の３次元表面情報を得るようになされる。従って、光学測定用の第２の位置１０４ｂに関する装置２００は、光学測定用の第２の位置１０４ｂを通過する粒状物１０１ｂの各々の高さ断面１１２を決定するために、レーザ光源１０５と、供給器１０２に対して角度αで配置された検出器１０８と、を具える。光学測定用の第１の位置１０４ａおよび第２の位置１０４ｂは、既知の距離ｄで離間しており、従って、異なる設定で同一の粒子（例えば１０１ｂ）の測定値は、設定間で粒状物１０３の移動速度は周知であるので、容易に組み合わせることができる。代替として、供給器１０２は、光学測定用位置２０４ｂ，２０４ａに逆から粒状サンプル１０３を供給するように構成されてもよい。
【００４０】
本発明の装置２００は、光学測定用の第１の位置１０４ａで、粒状物１０１の２次元画像の作成に使用される構成２２０を具える。この構成２２０は、ここでは粒状物１０１ａとして示されている粒状物サンプル１０３の１又はそれ以上の各々の粒状物を照射する光源２０５を具える。この光源２０５は、白熱電球、発光ダイオード（ＬＥＤ）または撮像条件を改善するような粒状物サンプル１０３を照射する他の種類の照射源でもよい。光源２０５は、好ましくは、異なる角度から同時に粒状物サンプルの１又はそれ以上の粒状物１０１を照射する２つのユニット２０５ａ、２０５ｂを具え、これによって、例えば、粒状物サンプル１０３の各々の粒状物１０１への均等な照射がなされる。この装置２００は、光学測定用の第１の位置１０４ａに関し、粒状物サンプル１０３の粒状物１０１ａの２次元平面図を撮像するカメラ１０８を具える。このカメラ２０８は、供給器１０２の上で連続的速度で、粒状物サンプル１０３のスキャンを可能にするラインカメラでもよい。代替として、カメラ２０８は、粒状物サンプル１０３の各々の粒状物１０１ａの２次元画像を得ることのできるどのようなデジタルカメラでもよい。なお、視覚的に分けることのできる複数の粒状物の各々は、単一の２次元画像において記録される。
【００４１】
第１および第２の設定の各々からの画像情報は、粒状物サンプル１０３の品質を決定するために、分析器１１１で組合わされる。従って、両方の測定値からの情報は、分析を改善するために使用される。
【００４２】
２次元画像は、通常、２次元画像において観察されるように、粒状物１０１の色と形に基づいて、様々な等級に粒状物１０１を分類するために使用することができる。次いで、３次元表面情報は、２次元画像によって実行される分析を改善するために、粒状物１０１の欠陥または異常形状を特定するための補助として使用することができる。
【００４３】
図７〜９を参照すると、分析を改良するために測定値を組合わせることができる状況が示されている。図７ａにおいて、２次元画像で観察されるように、示されている２つの粒状物２０１は、互いに接触するように配置されている。これらの粒状物２０１を分離するためにこの２次元画像を用いることは、困難である。しかしながら、３次元表面情報と２次元画像を組合わせる場合、粒状物２０１の分離は、容易に達成される。図７ｂに示されるように、この３次元表面情報は、高さ断面２１２における凹部２３０を示し、このことは、高さ断面２１２が２つの粒状物２０１から得られたことを示唆している。従って、２次元画像は、２つの粒状物２０１を示す２つの部分に分割されるべきことを確定するために３次元表面情報を使用できる。
【００４４】
図８および図９では、図６の装置と同様の装置を用いて得られた実際のデータが示されており、２次元画像で検出されるのが難しい各々の粒状物の不規則性を検出するためにどのように３次元情報が使用されるか例示している。これらの図において、３次元表面情報に関連した寸法は、ｍｍ単位のＺ軸、画像のピクセル数単位の（２次元画像のライン方向において）Ｘ軸である。図８ａでは、変形した粒状物の２次元画像８０１が示されている。このような変形は、画像８０１においては検出することは困難である。しかしながら、図８ａに引かれたライン８０３に沿って得られた３次元高さ断面８０２を用いて、傾斜面８０４が検出可能である。このような３次元高さ断面８０２は、図８ｄの高さ断面８０５に示されるような正常の粒状物から得られる高さ断面と大きく異なる。この高さ断面８０５は、正常の粒状物の２次元画像８０７である図８ｃに引かれたライン８０６に沿って得られる。なお、図８ａおよび図８ｃの２次元画像は極めて似ているが、変形８０４は、図８ｂおよび図８ｄに含まれる３次元表面情報の比較することによって明らかになる。
【００４５】
図８ｅにおいて、発芽した粒状物の２次元画像８０８が示されている。このような発芽は、図８ｇに示される正常の粒状物の２次元画像８０９と比べて、２次元画像で検出するのは困難である。しかしながら、３次元高さ断面８１０を用いると、粒状物の断面における不規則な凹部８１１が検出される。これは、図８ｈに示される正常粒状物の高さ断面８１２と明らかに異なる。従って、３次元表面情報を用いて、図８ｅの画像８０８の発芽した粒状物が検出され、正しく分類される。
【００４６】
次いで図９を参照すると、図９ａにおいて、昆虫が傷つけた粒状物である２次元画像９０１が示されている。変色面を有する粒状物の２次元画像９０２と比較すると、２次元画像９０１と９０２とを比較することによって、昆虫が傷つけた粒子をクラス分けすることは極めて難しい。しかしながら、ライン９０４に沿って得られた３次元表面断面９０３と、ライン９０６に沿って得られた通常の粒子の断面９０５と、の比較は、検出（特定）を容易にする。凹部９０７は、昆虫が傷つけた粒状物の画像９０１の黒点に対応する断面９０３において検出可能であり、一方、変色した粒状物の画像９０２に対応する断面９０５の領域９０８においては、観察されない。しかしながら、発芽した粒状物の画像８０８に対応する３次元高さ断面８１０と、昆虫が傷つけた粒状物の３次元高さ断面９０３と、を比較すると、双方に、各々凹部８１１および９０７が存在することが明らかになる。２次元画像８０８および９０１の各々を比較すると、発芽した粒状物と昆虫が傷つけた粒状物と、の違いは明確になる。２次元画像は、撮影された対象が、実際に、粒状物または異物であるか、あるいはそうでないかを決定するために使用することができる。従って、２次元画像および３次元表面情報の双方に基づいた分析は、検出および表面欠陥のクラス分けを改善するために使用され、分析器１１１によって行われるクラス分けの品質をより確かなものとする。
【００４７】
ここで図１０において、粒状物サンプルの品質を光学的に決定する方法が記述されている。粒状物サンプルは光学測定用の装置の供給器に供給される。供給器は粒状物サンプルを光学測定用位置に送り（ステップ４０１）、ここで、粒状物サンプルが光学測定用位置を通過するときに粒状物サンプルの移動方向を横切る線に沿って、光源が粒状物を照射する（ステップ４０２）。検出器は、照射されたラインに沿って粒状物サンプルの表面からの反射光を検出し（ステップ４０３）、分析器は照射されたラインに沿って少なくとも１つの粒状物の高さ断面を決定するために反射光を分析する（ステップ４０４）。照射ステップ４０２、検出ステップ４０３および分析ステップ４０４は、粒状物が光学測定用位置を通過するときに繰り返され、粒状物全体の３次元高さ断面（表面の輪郭マップ）を決定し（ステップ４０５）、粒状物全体の３次元高さ断面は、粒状物の異なる部分の照射されたラインに沿った複数の高さ断面に基づいているか、または、当該高さ断面から構成される。
【００４８】
次いで、分析器は、粒状物全体の高さ断面の形状における決定された３次元表面情報に基づいて、粒状物サンプルの品質を決定できる（ステップ４０６）。
【００４９】
使用者の観点から、測定のプロセスは、以下のように記載される。装置の使用者は、粒状物サンプルを、光学測定用装置に接続されたホッパーに挿入する。使用者は、必要なサンプル情報を入力し、測定されるべき品質要素を選択する。分析器が始動し、装置が上述したステップを実行したら、結果が使用者に表示されるか、および／または、メモリに記憶される。続いて、手動でサンプル収集カップを用いるか、または、自動的に機械によってサンプルが除去される。
【００５０】
装置の較正は、図１１に示されるように、投影された光ビームが供給器１０２を横切る供給器１０２両端の基準プレート５０２を調節することによって、有利に行われる。供給器１０２の平面が基準面５０２と並ぶ場合、検出器１０８によって決定された高さ断面１１２および分析器１１１は直線を構成し、これによって、整列するための単純で正確な方法が提供される。
【００５１】
なお、本明細書に記載される好適な実施例は、限定を意味するものではなく、添付の特許請求の範囲によって規定される保護対象の範囲内において、多くの代替実施例が存在し得る。例えば、第２のカメラは、照射されたラインを観察するために構成されてもよい。第２のカメラは、第１のカメラとは逆の位置に配置されてもよい。従って、第１のカメラと第２のカメラを合わせて、粒状物の高さ断面全体を観察することができる。１つのカメラのみを使用する場合、粒子の一部が不明瞭になることもある。従って、２つのカメラを使用することによって、より精密な３次元表面画像を得ることができる。
【００５２】
さらに、他の代替の実施例によると、粒状物の３次元表面情報は、粒状物全体を照射しつつ、異なる角度から粒状物を観察するように配置された２又はそれ以上のデジタルカメラによって得られる。２又はそれ以上のデジタルカメラによって得られた粒状物の画像は、次いで、３次元形状を決定するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
本発明の上記目的、利点および特徴ならびに追加的な目的、利点および特性は、本発明の例示的であり、限定する趣旨ではない詳細な説明に加え、添付の図面を参照することでさらに理解されるであろう。
【図１】図１は、本発明の一実施例による装置における光学的分析用構成を示す。
【図２】図２は、図１の構成を用いた粒状物サンプルの高さ断面の実施を示す。
【図３】図３は、本発明によって得られる粒状物サンプルの高さ断面を示す。
【図４】図４は、本発明による粒状物サンプルの３次元の外観を示す。
【図５】図５は、粒状物の半分および粒状物の全体の高さ断面の差を示す。
【図６】図６は、サンプルの３次元および２次元情報を組合わせて得るための図１および図２の構成を組み込んだ本発明の装置の概略図である。
【図７】図７は、図６の構成を用いて、分析するのに特に望ましいサンプルデータを示す。
【図８−１】図８は、図６の構成を用いて、分析するのに特に望ましいサンプルデータを示す。
【図８−２】図８は、図６の構成を用いて、分析するのに特に望ましいサンプルデータを示す。
【図９】図９は、図６の構成を用いて、分析するのに特に望ましいサンプルデータを示す。
【図１０】図１０は、本発明の例示的な装置を使用する方法におけるステップの概略図を示す。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例の装置における較正用装置を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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