(57)【要約】      （修正有）【課題】光切断法を用いて表面の三次元形状、又は、該三次元形状と表面の色で不要部を検出するから不要部の検出精度が高く、また、取り残しがないように回転刃の挿入角度を変えて各不要部をくり抜くから不要部だけを除去して、不要部除去後の歩留まりが良く、しかも、表面全域に亘る不要部を漏れなく検出することができる不要部除去装置及び不要部除去方法を提供する。【解決手段】六軸多関節ロボット１と、該ロボットの制御部と、光切断線を形成するスリット光照射部２と光切断線を撮影する撮像装置４と光切断線の画像データを三次元形状情報に変換する変換部と該三次元形状情報から不要部を検出する検出部と検出した不要部と任意の一点の三次元座標を算出する算出部とを備える装置、及び、前記三次元形状情報から不要部を検出し、検出した不要部から任意の一点に向けて不要部除去物を固定された回転刃７に押し付けて不要部を除去する方法。【選択図】図４
2018061489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸Aで不要部除去物を回転させて得られる不要部除去物側面A全周の不要部を除去する装置であって、該装置は、六軸多関節ロボットと該ロボットの制御部と、スリット光を照射する照射部と、該スリット光によって不要部除去物側面A全周に亘って形成される光切断線を撮影し画像データを取得する撮像部と、該画像データを送信する送信部と、送信された画像データを三次元形状情報に変換する変換部と、該三次元形状情報から不要部を検出する検出部と、該検出された不要部の位置の三次元座標PtAと不要部除去物の任意の一点の位置の三次元座標Pnとを算出する算出部と、算出されたPtAとPnをロボット制御部に送信する送信部と、固定された回転刃とを備え、該六軸多関節ロボットの作業アーム先端には保持具が装着されて不要部除去物を保持することができ、該ロボット制御部は六軸多関節ロボットの作業アームを作動させて保持した不要部除去物をスリット光照射部へ移動させると共に該作業アーム先端を回転させて保持した不要部除去物を、回転軸Aで360°以上回転させることができ、該照射部は、不要部除去物の回転軸Aとスリット光とが交差し、かつ、不要部除去物側面A全長に亘って光切断線が形成できる位置に配置されており、該撮像部は、スリット光と撮像装置の光軸とが±10〜50°の角度で交差する位置で、かつ、形成された光切断線の全長が撮影できる位置に配置されており、該ロボット制御部は作業アームを作動させて受信したPtAからPnへ向けて固定された回転刃に不要部除去物を押し付けて不要部を除去する不要部除去装置。
【請求項２】
前記回転軸Aに対して水平に90°回転させた回転軸Bで不要部除去物を回転させて得られる不要部除去物側面B全周の不要部を除去する装置であって、該装置は、請求項1記載の装置に加え、前記三次元座標PtAとPnの記憶部と該PtAと側面B全周の不要部の三次元座標PtBとを比較して、PtAとPtBとが一致しない不要部の三次元座標Ptbを抽出する抽出部とを備え、前記ロボット制御部は前記作業アームを作動させて、前記回転軸Aと直交する軸Bが回転軸となるように不要部除去物を保持し、スリット光照射部へ移動させると共に保持した不要部除去物を回転軸Bで360°以上回転させることができ、該ロボット制御部は、作業アームを作動させて受信したPtbからPnへ向けて固定された回転刃に不要部除去物を押し付けて不要部を除去する不要部除去装置。
【請求項３】
前記スリット光がレーザー光又は白色LED光である請求項1又は2記載の不要部除去装置。
【請求項４】
前記作業アーム先端の保持具が、不要部除去物を突き刺して保持する1以上の棒状物である、又は、不要部除去物の水平に対抗した2点を挟持して保持するクランプである請求項1乃至3いずれか記載の不要部除去装置。
【請求項５】
不要部除去前の複数の不要部除去物を固定して個別に送り出す装置と不要部除去後の不要部除去物を送り出す装置とを備えた請求項1乃至4いずれか記載の不要部除去装置。
【請求項６】
前記不要部除去物がジャガ芋であり、前記算出される任意の一点の位置の三次元座標が、ジャガ芋の中心部の三次元座標Poである請求項1乃至5いずれか記載の不要部除去装置。
【請求項７】
回転軸Aで不要部除去物を回転させて得られる不要部除去物側面A全周の不要部を除去する方法であって、該回転軸Aで不要部除去物を回転させながら、回転軸Aとスリット光とが交差するようにスリット光を照射して不要部除去物側面A全周に亘って光切断線を形成し、該スリット光と撮像装置の光軸とが±10〜50°の角度で交差する位置で不要部除去物側面A全周に亘る光切断線を撮影して得られる画像データから不要部除去物側面A全周の三次元形状情報を取得し、該三次元形状情報から不要部除去物側面A全周の不要部と不要部除去物の中心部とを検出し、検出した不要部の三次元座標PtAと任意の一点の三次元座標Pnとを算出し、PtAからPnへ向けて不要部除去物を固定された回転刃に押し付けて不要部除去物の不要部を除去する不要部除去物の不要部除去方法。
【請求項８】
請求項8記載の方法によって不要部を除去した不要部除去物の不要部をさらに除去する方法であって、前記回転軸Aに対して水平に90°回転した回転軸Bで不要部除去物を回転させながら、該回転軸Bとスリット光とが交差するようにスリット光を照射して不要部除去物側面B全周に亘って光切断線を形成し、該スリット光と撮像装置の光軸とが±10〜50°の角度で交差する位置で不要部除去物側面B全周に亘る光切断線を撮影して得られる画像データから不要部除去物側面B全周の三次元形状情報を取得し、該三次元形状情報から不要部除去物側面B全周の不要部を検出し、検出した不要部除去物側面B全周の不要部の三次元座標PtBを算出し、該PtBと前記PtAとを比較してPtBとPtAとが一致しない不要部の三次元座標Ptbを抽出し、該Ptbから前記Pnに向けて不要部除去物を固定された回転刃を押し付けて不要部を除去する不要部除去物の不要部除去方法。
【請求項９】
前記スリット光がレーザー光又は白色LED光である請求項7又は8記載の不要部除去方法。
【請求項１０】
前記不要部除去物がジャガ芋であり、前記算出される任意の一点の位置の三次元座標が、ジャガ芋の中心部の三次元座標Poである請求項7乃至9いずれか記載の不要部除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャガ芋の芽や、野菜や果物の芯等の食用に適さない不要部を除去する装置及び除去方法に関する。詳しくは、光切断法を用いて表面の三次元形状又は、該三次元形状と表面の色で不要部を検出するから不要部の検出精度が高く、また、取り残しがないように回転刃の挿入角度を変えて各不要部をくり抜くから、不要部のみを除去して、不要部除去後の歩留まりが良く、しかも、表面全域に亘って漏れなく不要部を検出することができるから、例えば、ジャガ芋の芽のように表面全域に分布する不要部であっても、取りムラなく、全ての不要部を除去できる不要部除去装置及び不要部除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
芋や野菜、果物等(以下「不要部除去物」と言うことがある)を食用に供するには、芽や芯、腐れ部等の食用に適さない不要部を除去する前処理が不可欠であるが、芋や野菜、果物等は大きさや形、色等の個体差が大きく、また、腐れ部は各個体によって様々であるから、CCDカメラ等の検出装置を用いて自動的に全不要部を検出することは非常に困難である。
【０００３】
特に、ジャガ芋は、芽や変色部、腐れ部がジャガ芋表面の全域に亘ってランダムに分布しており、また、CCDカメラ等の検出装置を用いた検出方法であると、ジャガ芋の表面がでこぼこしているため、腐れ部なのか、芽による窪みなのか、単なる凹凸なのかの判別がつき難く、不要部の検出漏れが生じたり、不要部でない部分を不要部として検出したりするため検出精度が低いという問題がある。
【０００４】
また、自動的に不要部を除去しようとすれば、検出された全ての不要部対して固定された方向に回転刃等押し付けて除去することになるから、不要部が完全に取り切れず、取り残しが生じるという問題がある。
【０００５】
しかしながら、ジャガ芋の芽や芽の根元部分、緑色の変色部には天然毒素であるソラニンやチャコニンが含まれており、これらの天然毒素は吐き気や下痢、嘔吐、腹痛、頭痛、めまいなどの症状を引き起こすことがあることから、取り残しがあってはならない。
【０００６】
また、ジャガ芋を皮むき機で皮をむいた場合に窪みに皮が残っていると商品価値が下がるため窪み等に残る皮も完全に取り除かなければならない。
【０００７】
そこで、ジャガ芋の不要部の除去作業は専ら人の手によって除去しているのが現状である。
【０００８】
人の手による除去作業であれば、全不要部を検出したり、除去したりすることはできるが、処理できる量が限られたり、また、作業員の熟練度によって単位時間当たりの処理量が増減したりする。
【０００９】
また、短時間で不要部を完全に除去する必要があるため、不要部付近を大きくえぐり取る方法で除去されており、不要部を除去した後のジャガ芋の歩留まりが悪くなるといった問題がある。
【００１０】
そこで、例えジャガ芋の芽等のように不要部が表面全域に亘って分布している場合であっても、自動的に高速で、かつ、高精度に検出して全不要部を取り残しなく除去することができ、しかも、不要部除去後の歩留まりが良い装置の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−２５５４４７
【特許文献２】特開平９−３０８４７５
【特許文献３】特開平７−９５８７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１には、芋を回転させて不要部検出手段によって不要部を検出し、除去した後、芋を水平に90°回転させ、90°回転させた回転軸にてさらに回転して不要部を検出して除去する装置が記載されている。
【００１３】
しかしながら、特許文献1記載の装置であれば、不要部の検出手段がCCDカメラであるため、不要部の検出精度が低いという問題がある。
【００１４】
また、不要部を除去するカッターは固定されているから、検出された不要部に必ずしもカッターが対応するとは限らないし、不要部の位置に関わらず、水平にしかカッターを挿入できないから取り残しがあったり、取りムラが生じたりする虞がある。
【００１５】
特許文献2には、2台のカメラによってジャガ芋の不要部の位置を検出し、除去する装置が記載されているが、カメラによる検出では検出精度が低く、また、3.6°の微小幅ずつ回転させ、該微小幅の帯状の領域ごとに不要部を除去する方法であるため、360°に亘って除去するまでに非常に時間を要するといった問題がある。
【００１６】
加えて、カッターはガイドレールに沿って移動し、固定された角度で不要部に挿入されるから、不要部の取り残しが生じる虞もある。
【００１７】
特許文献3記載の装置は、不要部の検出手段がCCDカメラを用いて、色で検出するものであるため、検出精度が低く、また、除去手段のドリル部が固定されており、角度を変えることができないから不要部の取り残しが生じる虞がある。
【００１８】
本発明者らは前記諸問題を解決することを技術的課題とし、試行錯誤的な多くの試作、実験を重ねた結果、不要部の検出手段として光切断法を用い、表面の三次元形状によって不要部を検出すれば、高精度で不要部を検出でき、また、各不要部の位置によって、取り残しが出にくい角度で回転刃を挿入して不要部を除去すれば、周辺を大きくえぐり取らなくても不要部だけを完全に除去することができるため、不要部除去後の歩留まりが良くなるという刮目すべき知見を得て、前記技術的課題を達成したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記技術的課題は次のとおり、本発明によって解決できる。
【００２０】
本発明は、回転軸Aで不要部除去物を回転させて得られる不要部除去物側面A全周の不要部を除去する装置であって、該装置は、六軸多関節ロボットと該ロボットの制御部と、スリット光を照射する照射部と、該スリット光によって不要部除去物側面A全周に亘って形成される光切断線を撮影し画像データを取得する撮像部と、該画像データを送信する送信部と、送信された画像データを三次元形状情報に変換する変換部と、該三次元形状情報から不要部を検出する検出部と、該検出された不要部の位置の三次元座標PtAと不要部除去物の任意の一点の位置の三次元座標Pnとを算出する算出部と、算出されたPtAとPnをロボット制御部に送信する送信部と、 固定された回転刃とを備え、該六軸多関節ロボットの作業アーム先端には保持具が装着されて不要部除去物を保持することができ、該ロボット制御部は六軸多関節ロボットの作業アームを作動させて保持した不要部除去物をスリット光照射部へ移動させると共に該作業アーム先端を回転させて保持した不要部除去物を、回転軸Aで360°以上回転させることができ、該照射部は、不要部除去物の回転軸Aとスリット光とが交差し、かつ、不要部除去物側面A全長に亘って光切断線が形成できる位置に配置されており、該撮像部は、スリット光と撮像装置の光軸とが±10〜50°の角度で交差する位置で、かつ、形成された光切断線の全長が撮影できる位置に配置されており、該ロボット制御部は作業アームを作動させて受信したPtAからPnへ向けて固定された回転刃に不要部除去物を押し付けて不要部を除去する不要部除去装置である。
【００２１】
また、本発明は、前記回転軸Aに対して水平に90°回転させた回転軸Bで不要部除去物を回転させて得られる不要部除去物側面B全周の不要部を除去する装置であって、該装置は、請求項1記載の装置に加え、前記三次元座標PtAとPnの記憶部と該PtAと側面B全周の不要部の三次元座標PtBとを比較して、PtAとPtBとが一致しない不要部の三次元座標Ptbを抽出する抽出部とを備え、前記ロボット制御部は前記作業アームを作動させて、前記回転軸Aと直交する軸Bが回転軸となるように不要部除去物を保持し、スリット光照射部へ移動させると共に保持した不要部除去物を回転軸Bで360°以上回転させることができ、該ロボット制御部は、作業アームを作動させて受信したPtbからPnへ向けて固定された回転刃に不要部除去物を押し付けて不要部を除去する不要部除去装置である。
【００２２】
また、本発明は、前記スリット光がレーザー光又は白色LED光である請求項1又は2記載の不要部除去装置である。
【００２３】
また、本発明は、前記作業アーム先端の保持具が、不要部除去物を突き刺して保持する1以上の棒状物である、又は、不要部除去物の水平に対抗した2点を挟持して保持するクランプである請求項1乃至3いずれか記載の不要部除去装置である。
【００２４】
また、本発明は、不要部除去前の複数の不要部除去物を固定して個別に送り出す装置と不要部除去後の不要部除去物を送り出す装置とを備えた請求項1乃至4いずれか記載の不要部除去装置である。
【００２５】
また、本発明は、前記不要部除去物がジャガ芋であり、前記算出される任意の一点の位置の三次元座標が、ジャガ芋の中心部の三次元座標Poである請求項1乃至5いずれか記載の不要部除去装置である。
【００２６】
また、本発明は、回転軸Aで不要部除去物を回転させて得られる不要部除去物側面A全周の不要部を除去する方法であって、該回転軸Aで不要部除去物を回転させながら、回転軸Aとスリット光とが交差するようにスリット光を照射して不要部除去物側面A全周に亘って光切断線を形成し、該スリット光と撮像装置の光軸とが±10〜50°の角度で交差する位置で不要部除去物側面A全周に亘る光切断線を撮影して得られる画像データから不要部除去物側面A全周の三次元形状情報を取得し、該三次元形状情報から不要部除去物側面A全周の不要部と不要部除去物の中心部とを検出し、検出した不要部の三次元座標PtAと任意の一点の三次元座標Pnとを算出し、PtAからPnへ向けて不要部除去物を固定された回転刃に押し付けて不要部除去物の不要部を除去する不要部除去物の不要部除去方法である。
【００２７】
また、本発明は、請求項8記載の方法によって不要部を除去した不要部除去物の不要部をさらに除去する方法であって、前記回転軸Aに対して水平に90°回転した回転軸Bで不要部除去物を回転させながら、該回転軸Bとスリット光とが交差するようにスリット光を照射して不要部除去物側面B全周に亘って光切断線を形成し、該スリット光と撮像装置の光軸とが±10〜50°の角度で交差する位置で不要部除去物側面B全周に亘る光切断線を撮影して得られる画像データから不要部除去物側面B全周の三次元形状情報を取得し、該三次元形状情報から不要部除去物側面B全周の不要部を検出し、検出した不要部除去物側面B全周の不要部の三次元座標PtBを算出し、該PtBと前記PtAとを比較してPtBとPtAとが一致しない三次元座標Ptbを抽出し、該Ptbから前記Pnに向けて不要部除去物を固定された回転刃を押し付けて不要部を除去する不要部除去物の不要部除去方法である。
【００２８】
また、本発明は、前記スリット光がレーザー光又は白色LED光である請求項7又は8記載の不要部除去方法である。
【００２９】
また、本発明は、前記不要部除去物がジャガ芋であり、前記算出される任意の一点の位置の三次元座標が、ジャガ芋の中心部の三次元座標Poである請求項7乃至9いずれか記載の不要部除去方法である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、不要部除去物を360°以上回転させながらスリット光を照射して側面全周に亘って光切断線を形成し、該光切断線から不要部除去物側面全周の三次元形状情報を取得して、表面の窪みやでっぱりによって不要部を検出するから不要部の検出精度が非常に高い。
【００３１】
また、スリット光にレーザー光を用いれば、不要部除去物表面のわずかな凹凸の三次元形状情報が得られるため、より高い精度で不要部を検出できる。
【００３２】
また、スリット光を白色LED光にすれば、不要除去物表面の三次元形状情報に加えて、色情報も得られるため、変色部や腐れ部をさらに高精度で検出することができる。
【００３３】
また、三次元形状情報を取得するから、不要部の三次元座標を算出でき、不要部の位置を三次元空間上にマッピングすることができる。
【００３４】
また、三次元形状情報から、不要部除去物における不要部以外の任意の一点の位置の三次元座標も算出することができる。
【００３５】
六軸多関節ロボットはロボット制御部が受信した三次元座標の2点を結ぶように直線的に作動させることができるから、表面の不要部の三次元座標から任意の一点の三次元座標に向けて固定された回転刃に不要部除去物を押し付けることで、不要部をくり抜いて除去することができる。
【００３６】
例えば、ジャガ芋の不要部を除去する場合には、任意の一点をジャガ芋の中心部とすれば、ジャガ芋表面の全域に存在する芽等の各不要部から中心部に向かって回転刃を挿入することができ、ジャガ芋内部の芽も効率よく除去することができる。
【００３７】
また、表面の不要部から中心部へ回転刃を挿入することで、皮むき機で表面の皮を除去した場合に生じる窪みに残留する皮(皮残り)も効率よく取り除くことができる。
【００３８】
キャベツ等の芯を除去する場合にも任意の一点を中心部とすれば、表面に存在する芯から中心部に向かって回転刃を挿入することができるので、精度良く芯を除去することができる。
【００３９】
リンゴやナシの芯を除去する場合であれば、ヘタ部とヘタの反対側に位置する尻部のどちらか一方を不要部、もう一方を任意の一点とすれば、ヘタ部と尻部とを結ぶように芯を除去することができ、精度よく芯を除去することができる。
【００４０】
また、本発明によれば、不要部除去物の側面全周(側面A全周)の不要部を除去した後、先に回転させた回転軸(回転軸A)と水平に90°回転させた軸を回転軸(回転軸B)として回転させながら、側面全周(側面B 全周)に光切断線を形成し、三次元形状情報を得て不要部を検出して、除去することができるから、不要部除去物表面の全域に亘って漏れなく検出、除去することができ、不要部の取り残しが生じない。
【００４１】
また、回転軸Aで回転させた場合の側面A全周の不要部と回転軸Bで回転させた場合の側面B全周の不要部を三次元空間上にマッピングして比較し、三次元空間上の位置が一致しない不要部のみを抽出して除去することができるから、先に除去した側面A全周の不要部と同一の不要部を再度くり抜くことがなく、効率良く全不要部を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る装置の全体図である。
【図２】作業アーム先端の不要部除去物保持具の一例である。
【図３】不要部除去物側面A及び側面B及び各側面に形成させる光切断線を現した図である。
【図４】光切断線の撮影の状態を現した図である。
【図５】照射部と撮像部の位置を示した図である。
【図６】大量に不要部除去物の不要部を除去する装置の一例である。
【図７】不要部から中心に向かって回転刃を挿入する状態を示した図である。
【図８】図7の回転刃の挿入部を拡大した図である。
【図９】ジャガ芋の不要部を除去する際のフロー図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明における六軸多関節ロボットは特に限定されるものではないが、作業アーム(1)先端に不要部除去物(10)の保持具が装着されている。
【００４４】
保持具は不要部除去物(10)に突き刺して保持する棒状物(1a)であってもよいし、水平に対抗した2点を挟持するクランプであっても良い。
【００４５】
ロボット制御部(6)は、六軸多関節ロボットの作業アーム(1)を作動させて、先端に不要部除去物(10)を保持したままスリット光(21)の照射部まで移動させ、作業アーム(1)の先端を回転させて、保持した不要部除去物(10)を回転させることができる。
【００４６】
不要部除去物(10)の回転軸は保持具が棒状物である場合には、棒状物(1a)が突出している方向であり、また、保持具がクランプ部である場合には水平に挟持した2点をつなぐ軸に直交する軸が回転軸になる。
【００４７】
スリット光照射部へ移動した不要部除去物(10)の側面に回転軸と交差するようにスリット光(21)を照射し、不要部除去物側面の全長に亘ってスリット光(21)の反射光である光切断線(3)を形成させる。
【００４８】
光切断線(3)は、回転軸と直交するスリット光(21)が不要除去物表面で反射して得られるものが最も好ましいが、回転軸と直交するスリット光の長手方向軸(22)がなす角度を0°とした場合に、±2.5°以内のずれであれば回転軸と交差するスリット光(21)が反射した光切断線(3)でも良い。
【００４９】
光切断線(3)は、スリット光の長手方向軸(22)と撮像装置(4)の光軸(41)となす角(8)が±10〜50°で交差する位置から撮影することが好ましく、また、より好ましくは±20〜45°で交差する位置から撮影することである(図5)。
【００５０】
±50°よりも大きい角度で交差する位置から撮影するとわずかな凹凸に対して光切断線(3)が歪んで、浅い窪みであっても不要部として検出する一方、窪みの深い位置のスリット光の反射光が撮像装置で観察できない領域(オクル―ジョン領域)が増えて、深い窪みを検出できない虞があり、また、±10°よりも小さい角度であると、浅い窪みを検出できないからである。
【００５１】
不要部除去物(10)側面に光切断線(3)を形成した後、不要部除去物(10)を回転させ、0.1〜1.0°毎に360°以上を撮影して側面全周の画像データを取得する。
【００５２】
この回転軸を「回転軸A」、及び、画像データが取得された全周の側面を「側面A全周」という(図3)。
【００５３】
不要部除去物(10)を回転させる速度は0.5〜5回転／秒が好ましい。0.5回転／秒よりも遅ければ作業効率が悪く、また、5回転／秒よりも早ければ作業アーム先端の保持具が不要部除去物(10)を保持しきれず撮影の途中で落下する虞があるからである。
【００５４】
取得した側面A全周の画像データはコンピュータ(5)に送信され側面A全周の三次元形状情報に変換された後、コンピュータ(5)が予め設定した基準値を超える窪み部やでっぱり部を不要部(11)として検出する。
【００５５】
スリット光に白色LEDを用いた場合には、三次元形状情報と色情報とを併せて不要部(11)を検出することもできる。
【００５６】
検出された不要部(11)の位置はコンピュータ(5) によって三次元座標PtAが算出されて保存される。
【００５７】
不要部の三次元座標PtAは三次元空間上にマッピングすることもできる。
【００５８】
不要部(11)の三次元座標PtAは不要部除去物(10)によって1つの場合もあるし、複数の場合もある。
【００５９】
不要部除去物(10)の三次元形状情報から予め設定した任意の一点の三次元座標Pnを取得し保存する。
【００６０】
設定する任意の一点は回転刃(7)の挿入角度を決定するから、不要部除去物(10)によって、効率よく除去できる角度に回転刃(7)を挿入できるように適宜決定することができる。
【００６１】
任意の一点は、不要部除去物の内部の一点(Pi)であっても表面部の一点（Ps）であっても良い。
【００６２】
ジャガ芋の芽のような不要部(11)を除去する場合であれば三次元形状情報から、表面の複数の不要部(11)の位置の三次元座標PtAと中心部の位置の三次元座標Poを算出し保存するとよい。
【００６３】
キャベツや玉ねぎの芯の場合であれば、表面に見える芯の位置の三次元座標PtAと中心部の一点Poの位置の三次元座標を算出するとよい。
【００６４】
中心部の三次元座標Poを算出する手段としては、例えば、三次元形状情報から不要部除去物の水平方向及び垂直方向全長の半分で回転軸上にある点を中心部の三次元座標Poとすることができる。
【００６５】
リンゴやナシのように、ヘタ部とヘタ部の反対に位置する尻部とを結ぶ線でくり抜いて芯を除去する場合には、該窪みの一方をPtAとし、中心部の位置の三次元座標をPoとして算出して保存してもよいし、ヘタ部の窪みと尻部の窪みの各三次元座標を算出し、どちらか一方の三次元座標をPtA、もう一方の三次元座標をPsとして算出して保存してもよい。
【００６６】
保存した不要部(11)の三次元座標PtAと任意の一点の三次元座標Pnはロボット制御部(6)へ送信される。
【００６７】
作業アーム(1)の作業範囲内には回転刃(7)が固定されている。
【００６８】
回転刃(7)は除去する不要部(11)の大きさによって適宜変更すればよいが、直径5mm以上の回転刃であることが好ましい。
【００６９】
回転刃の形状は特に限定されるものではなく、ドリル状の刃、筒形刃、ホールソウ等を例示することができる。
【００７０】
回転刃の回転速度は、回転刃の直径によって適宜変更することができるが、60〜5000rpmの範囲で変更することが好ましい。
【００７１】
回転刃(7)は、常時回転するようにすればよいのはもちろんのこと、カメラが撮影を開始すると同時に回転するようにしてもよいし，コンピュータ(5)からロボット制御部(6)へ三次元座標が送信されると同時に回転するようにコンピュータが指令するようにしてもよい。
また、不要部除去物を押し付けたときに回転刃(7)にかかる圧力によって回転するように圧力センサーを備えた回転刃(7)でもよい。
【００７２】
コンピュータ(5)から三次元座標PtAとPnを受信したロボット制御部(6)は作業アーム(1)を作動させて不要部(11)の三次元座標である各PtAから任意の一点の三次元座標Pnへ向けて回転刃に押し付けるようにして不要部(11)を除去する。
【００７３】
不要部のくり抜き動作は、回転刃(7)の先端が三次元座標PtAからPnへ到達した際に終了するようにしても良いし、回転刃(7)に予め設定した時間押し付けた後、押しつけを停止するようにしてもよい。
【００７４】
ロボット制御部(6)は、作業アーム(1)を作動させて、受信した不要部(11)の全ての三次元座標PtAからPnに向けて回転刃(7)を押し付けて不要部(11)を除去した後に、不要部除去物(10)を所定の位置に戻して作業アーム先端の保持具から不要部除去物の保持を解除する。
【００７５】
保持を解除された不要部除去物(10)は側面A全周の不要部が取り除かれている。
【００７６】
野菜や果物の芯等不要部が1つであれば、該除去作業によって取り除くことができるがジャガ芋の不要部のように、光切断線(3a)が形成されない部分にも不要部が存在するような場合は第2の除去作業を行う。
【００７７】
第2の除去作業は前記除去作業(以下「第1の除去作業」と言う)に準じて行われる。
【００７８】
まず、側面A全周の不要部(11)が取り除かれ、保持が解除された不要部除去物(10)を、第1の除去作業で保持した方向と水平に90°回転させた位置で保持する。
【００７９】
保持する方向を水平に90°回転させることで、第1の除去作業時の回転軸Aと直交する回転軸Bで回転させて光切断線(3b)を形成することができる。
【００８０】
回転軸Bで不要部除去物(10)を回転させ、第1の除去作業と同様にスリット光(21)を照射することにより、光切断線(3b)を形成し、該光切断線(3b)を撮影することで、側面全周の画像データを取得する。
【００８１】
回転軸Bで回転させて得られる側面全周を側面B全周という(図3)。
【００８２】
検出された側面B全周の不要部(11)の位置はコンピュータ(5) によって三次元座標PtBが算出されて保存される。
【００８３】
また、不要部の三次元座標PtBは三次元空間上にマッピングすることもできる。
【００８４】
三次元座標PtAとPtBは、例えば、三次元空間上にPtAとPtBをマッピングすることで比較することができる。
PtAとPtBを三次元空間上にマッピングし、位置が一致する不要部は除き、一致しない不要部のみを抽出することもできる。
【００８５】
この抽出工程行うことにより、第2の除去作業は第1の除去作業によって除去された不要部を再度除去するといった作業の重複を避けることができる。
【００８６】
三次元座標PtAとPtBを比較して抽出された側面B全周の不要部の三次元座標Ptbと第1の除去作業で設定した任意の一点の三次元座標Pnとがロボット制御部(6)に送信され、ロボット制御部(6)は作業アーム(1)を作動させて各三次元座標PtbからPnへ向けて回転刃(7)に押し付けるようにして抽出された全ての不要部を除去し、不要部除去物(10)を所定の位置に戻し、作業アーム先端の保持具の保持を解除する。
【００８７】
第2の除去作業により側面B全周の不要部を除去することができるから、第1と第2の除去作業によって、不要部除去物表面の全域において漏れなく不要部(11)を除去することができる。
【００８８】
第1の除去作業と第2の除去作業は同一の六軸多関節ロボットで行っても良いし、第1の除去作業と第2の除去作業を別々の六軸多関節ロボットで行ってもよい。
【００８９】
さらに、複数の不要部除去物(10)を一つずつパケット (80)に固定してコンベア(85)で作業アーム(1)の作業範囲内に運ぶ装置及び／又は不要部(11)が除去され、保持具から解除された不要部除去物(10)を送り出すコンベア(85)を備えた装置とすれば短時間で大量に不要部を除去することができる(図6)。
【実施例】
【００９０】
本発明に係る除去装置及び除去方法の実施の形態を以下に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９１】
＜実施の形態１：ジャガ芋の芽の除去＞
(第1の除去作業)
自動皮むき機で皮が除かれたジャガ芋は処理前水槽(82)に集められた後、パケット(80)内に1つずつ入れられて固定され、コンベア(85)で突き刺し位置へ移動させる。
パケット(80)内のジャガ芋の方向は特に限定されない。
【００９２】
作業アーム(1)先端には先のとがった長さ約6cmの棒が3本配置されており(1a)、ロボット制御部(6)が作業アーム(1)を作動させて先端の保持具(1a)を突き刺し位置に移動させるとパケット(80)内のジャガ芋(10)が押し当てシリンダ(81)に押し出されて、棒(1a)に突き刺さる。
【００９３】
ロボット制御部(6)は作業アーム(1)を作動させ、スリット光照射部へジャガ芋(10)を移動させると、撮像装置(4)がトリガー信号を送り、コンピュータ(5)がレーザープロジェクタ(2)からスリット光(21)を照射させると共に撮像装置(4)を作動させてジャガ芋(10)側面A 全体に形成された光切断線(3a)の撮影を開始する。
【００９４】
光切断線(3a)は、ジャガ芋(10)を0.5°回転する毎に撮影し、360°以上撮影する。撮影した側面A全周の画像データはイーサネット(登録商標)で接続されたコンピューター(5)に送信される。
【００９５】
スリット光(21)の照射にはレーザープロジェクタLDC90660HFLW‐mf−A（竹中オプトニック株式会社製）を使用する。
レーザープロジェクタ(2)はスリット光の長手方向軸(22)がジャガ芋(10)の回転軸Aと直交する位置で、かつ、ジャガ芋(10)の回転軸からレーザープロジェクタ(2)との距離(9)が約300mmの位置に配置されている。
【００９６】
光切断線の撮影にはレンズにML−U3514MP9（株式会社モリテックス社製）を装着したカメラFD500GE（竹中システム機器株式会社製）を用いる。
【００９７】
撮像装置のカメラ(4)は、カメラの光軸(41)とスリット光の長手方向軸（22）とがなす角(8)は20°であり、かつ、レーザープロジェクタ(2)の真下に配置されている。
【００９８】
コンピュータ(5)は送られた画像データを三次元形状情報に変換し、保存する。
保存された三次元形状情報から、局所的に陥没した部分を不要部(11)として検出し、検出した不要部(11)の全ての三次元座標PtAを算出し、三次元空間上に各不要部(11)をマッピングする。
【００９９】
また、得られた三次元形状情報から、ジャガ芋の水平方向及び垂直方向の長さの半分で、回転軸上の一点を当該ジャガ芋の中心部として三次元座標Poを算出する。
【０１００】
算出した三次元座標PtAとPoは、コンピューター(5)から、ロボット制御部(6)に送信され、また、コンピューター(5)は回転刃(7)を回転させる信号を送信する。
【０１０１】
三次元座標を受信したロボット制御部(6)は、ジャガ芋(10)を保持した作業アーム(1)を作動させ、各三次元座標PtAからPoへ向けて10回転／秒(600rpm)で回転する直径約10mmのドリル状の回転刃に0.2秒間押し付けて不要部を除去する。
【０１０２】
各不要部(11)からジャガ芋中心部(Po)へ向けて回転刃(7)を挿入することで、自動皮むき機で皮をむいた際に生じる芽の窪みの皮残りも併せて除去することができる(図8)。
【０１０３】
各三次元座標PtAからPoへ向けて回転刃(7)を押し付けて不要部(11)を除去した後、ロボット制御部(6)は作業アーム(1)を作動させて、棒（1a）を突き刺したときと同じ向きでジャガ芋(10)パケット(80)に戻し、棒(1a)を引き抜く。
【０１０４】
(第2の除去作業)
ロボット制御部（6）は作業アーム(1)を作動させて、第1の除去作業で棒(1a)を突き刺した軸Aに直交する軸Bで棒(1a)を同一のジャガ芋に突き刺して保持し、スリット光照射部へジャガ芋を移動させ、第1の除去作業と同様にしてスリット光を照射し光切断線(3b)を形成する。
【０１０５】
第2の除去作業における光切断線(3b)は第1の除去作業で形成した光切断線(3a)と直交する向きに形成される(図3)。
【０１０６】
第1の除去作業における回転軸Aと直交する回転軸Bで回転させて、ジャガ芋(10)の側面B全周に亘る光切断線(3b)を撮像装置のカメラ（4）で撮影して、第1の除去作業と同様にして側面B全周の芽等の不要部(11)を検出し、三次元座標PtBを算出し、三次元空間上にマッピングする。
【０１０７】
マッピングされた側面B全周の不要部は第1の除去作業時に保存された不要部と比較し、三次元空間上の位置が重ならない不要部のみ抽出する。
【０１０８】
コンピュータ(5)は抽出した不要部の三次元座標Ptbと第1の除去作業で算出したジャガ芋の中心部の三次元座標Poをロボット制御部(6)に送信し、また、回転刃(7)を回転させる。
【０１０９】
ロボット制御部(6)は、作業アーム(1)を作動させて抽出した三次元座標Ptbから中心部の三次元座標Poに向けて10回転／秒(600rpm)で回転する直径約10mmの回転刃に0.2秒間押し付けて不要部を除去する。
【０１１０】
Ptbの全三次元座標からPoへ向けて回転刃(7)を押し付けて除去した後、ロボット制御部(6)は、作業アーム(1)を作動させて、ジャガ芋(10)をパケット(80)に戻して棒（1a）を引き抜く。
【０１１１】
全不要部(11)が除去されたジャガ芋(10)は、コンベア(85)によって移動し、パケットが解除され処理後水槽(84)へ集められる。
【０１１２】
該第1及び第2の除去作業よれば、平均10個の不要部があるジャガ芋を1時間当たり約120個処理することができる。
【０１１３】
また、深さ約5mmの芽を25個有するジャガ芋に対し、直径約10mmの回転刃を600rpmで0.2秒挿入する際の挿入角度の比較を行ったところ、各芽からジャガ芋中心部に向かって挿入した際は25個全ての芽の周りの皮残りが除去できたが、水平に挿入した場合(71)では3箇所の芽について、回転刃の挿入が浅くなって、芽の周囲に残存する皮を完全に除去することができなかった(図7・図8)。
【０１１４】
(実施の形態２：キャベツの芯の除去)
作業アーム(1)先端の棒(1a) がキャベツの芯と直交する軸で突き刺さるようにキャベツの向きをそろえてパケット(80)に入れて移動させる。
突き刺し位置に到達したキャベツは押し当てシリンダに押し出されて、先端の棒(1a)に突き刺さり、作業アーム先端に保持される。
【０１１５】
光切断線(3)はレーザープロジェクタ(2)の光軸とカメラの光軸とがなす角(8)が20°の位置から撮影する。
【０１１６】
ジャガ芋と同様に側面全周の三次元形状情報を取得し、葉の軸が集結している丸いでっぱり部を検出し、三次元座標PtAを算出し、三次元空間上にマッピングする。
【０１１７】
また、三次元形状情報より、キャベツの水平方向及び垂直方向の長さの半分で、回転軸上の一点を当該キャベツの中心部として三次元座標Poを算出する。
【０１１８】
算出した三次元座標PtAとPoは、コンピューター(5)から、ロボット制御部(6)に送信され、また、コンピューター(5)は回転刃(7)を回転させる。
【０１１９】
三次元座標を受信したロボット制御部(6)はキャベツを保持した作業アームを作動させ、三次元座標PtAからPoへ向けて50回転／秒（3000rpm)で回転する直径約3cmのドリル状の回転刃に0.3秒間押し付けて芯を除去する。
【０１２０】
芯を除去した後、ロボット制御部(6)は、作業アーム(1)を作動させて、キャベツをパケット(80)に戻して棒（1a）を引き抜く。
【０１２１】
芯が除去されたキャベツは、コンベアによって移動しパケット(80)が解除されて回収される。
【０１２２】
(実施の形態3：リンゴの芯の除去)
【０１２３】
パケット内にリンゴの向きを同一にして1個ずつ入れて移動させる。
ロボット制御部(6)は、先端がクランプである作業アーム(1)を作動させて、リンゴのヘタ部と反対側の尻部を結ぶ軸と直交する軸上の2点をクランプで挟持して、同様にてヘタ部と尻部を含む側面の三次元形状情報を得て、直径が10mm以上で5mm以上窪んでいる箇所を2か所検出し、三次元空間上にマッピングする。
【０１２４】
なお、窪みが3か所以上検出される場合には、中心部の位置の三次元座標Poを三次元空間上にマッピングし、中心部を通る直線上の2つの窪みを抽出すれば、ヘタ部と尻部を確実に抽出できる。
【０１２５】
該算出した二つの三次元座標の一方をPtA、他方をPsとしてロボット制御部(6)に送信し、該三次元座標を受信したロボット制御部(6)は、作業アーム(1)を作動させてPtAからPsに向けて、直径10mmで、50回転／秒（3000rpm)で回転する回転刃(7)にPtAからPsに到達するまで押し付けて芯をくり抜く。
【０１２６】
芯が除去されたリンゴは、コンベア上でクランプが解除されて集められる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明によれば、光切断法を用いて表面の三次元形状、又は、該三次元形状と表面の色で不要部を検出するから不要部の検出精度が高く、また、取り残しがないように回転刃の挿入角度を変えて各不要部をくり抜くから、不要部だけを除去して、不要部除去後の歩留まりが良く、表面全域に亘って不要部を漏れなく検出することができる。
したがって、本発明は産業上の利用可能性の高い発明である。
【符号の説明】
【０１２８】
１        六軸多関節ロボットの作業アーム
１a       保持具の例
２        スリット光照射部(レーザープロジェクタ)
３        光切断線
３a       回転軸Aで回転させるときの光切断線
３b       回転軸Bで回転させるときの光切断線
４        撮像部(カメラ)
５        コンピュータ
６        ロボット制御部
７        回転刃
８        スリット光長手方向軸とカメラの光軸とがなす角度
１０      ジャガ芋又は不要部除去物
１１      不要部
２１      スリット光
２２      スリット光長手方向軸
４１      カメラの光軸
７１      挿入角度が固定された回転刃の例
８０      パケット
８１      押出し当てシリンダ
８２      処理前水槽
８４      処理後水槽
８５      コンベア
【図１】
2018061489.tif 000003
【図２】
2018061489.tif 000004
【図３】
2018061489.tif 000005
【図４】
2018061489.tif 000006
【図５】
2018061489.tif 000007
【図６】
2018061489.tif 000008
【図７】
2018061489.tif 000009
【図８】
2018061489.tif 000010
【図９】
2018061489.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月12日(2017.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2018061489.tif 000012