A／特集／クボタ 99.11.16 10:34 AM ページ 35 機器組み込みに適したラインセンサカメラデジタル方式「DS-1000」の活用法株式会社クボタ電子技術センター北野紳一・園田秀二クボタコンプス株式会社小林弘嗣・松田美奈子 1. 開発の経緯ラインセンサ素子の動向は、大きな市場であるスキャナやコピーの撮像素子として、より高速・機器組み込み用として、他のラインセンサカメラにないユニークな特長を持つ。以下、本稿ではこのDS-1000の概要・特長をご紹介する。高画素の方向に進んでいるが、ラインセンサカメラを検査装置などに組み込んで使用する場合、必ずしも満足できるカメラが市場に供給されているわけではない。 2. 米の異物選別機「米奉行」への搭載「米奉行」は、米の中に含まれる被害米（虫なそうしたなか、当社が開発したモノクロデジタどの被害によって変色した米）や石、ガラスなどルラインセンサカメラ「DS-1000」は、クボタの製を取り除く装置で、精米工場などで使用される品である米の異物選別機「米奉行」（写真1）に搭（写真2）。1機につき3t/hの処理能力。ユニット連結載することを目的に設計・開発されたものである。方式になっており、写真1は4連結されたタイプで、 12t/hの処理能力がある。写真2 選別後の米の良品／不良品 2.1 選別の仕組み図1に選別の仕組みを示す。ホッパから振動フィーダに供給された米は、平面シュータを流れ（写真3）、シュータ下部で一層に整列する。この面状の米がセンシング部を通過するときに、前後の写真1 米の異物選別機「米奉行」ラインセンサカメラDS-1000が異物を感知し、異物 November 1999︱ 35 A／特集／クボタ 99.11.16 10:34 AM ページ 36 に対応したエアノズルにタイミングを合わせて排除信号を出し、異物を排除する。センシングポイントには、背景に米と同じ明るさの反射板があり、米が流れたときと流れていないときは、カメラの出力は米の明るさを出力する。米より明るい、あるいは暗い異物が流れたときにそれを異物と判断し排除する（図3）。図1 選別の仕組み図3 センシングの原理センシングポイントでの米のスピードは約3m/s。幅250mmの平面シュータを1,024画素のCCDラインセンサで監視し、縦0.6×横0.25mmの分解能で、米 1粒あたり50∼100回のセンシングを行う。3t/hで処理しているため、米粒に換算すると1時間に1億5千万粒の米を選別していることになる。 2.3 「米奉行」の応用米奉行は白米、玄米、もち米の選別ができ、そ写真3 米の流れの他の農産物への適用として各種穀物類や豆類にも展開している。また工業原料、材料への展開として、プラスチックペレットやチップ部品への適 2.2 センシングの原理用を検討している。平面シュータのすぐ下にラインセンサカメラが前後に2個配置され、面状に流れる米の表側と裏側を監視している（図2）。 3. DS-1000の概要と特長 3.1 概要外観を写真4に示す。DS-1000は最大走査周波数 10kHzの1,024画素モノクロデジタルラインセンサカメラで、画像データの出力は8ビット、10MHzのデジタル出力になっており、信号の劣化を気にすることなく画像データの取り込みが行える。また、機器組み込み用として設計されており、とくに検査装置などに組み込まれるカメラとして、以下の特長を有している。なお、表1にDS-1000の仕様を示す。図2 センシング方法 36 ︱eizojoho industrial A／特集／クボタ 99.11.16 10:34 AM ページ 37 る。そこで、DS-1000では特殊な照明を必要としないよう、感度の高いカメラとして設計し、 100V/lx・secを実現している。また、感度とノイズレベルはトレードオフになるが、デジタル出力方式を採用し、ノイズレベル2LSB以下を実現した。 dデジタル出力方式 DS-1000は外部からの基準クロックと走査信号により制御され、8ビットのデジタルデータと同期クロック、同期信号が出力される。これらの回路は CCDラインセンサや入出力コネクタと同一の基板写真4 デジタルラインセンサカメラDS-1000 上に実装されており、コンパクトかつ低コストを実現している。仕様 DS-1000 画素数使用センサデータ速度走査周波数感度感度不均一性 A/D分解能 A/D変換直線性ノイズレベル偶奇のばらつきレンズマウント外形寸法動作温度デジタル入力電圧デジタル出力電圧アナログ出力信号電源入力 1,024画素（14μmピッチ）ラインCCDセンサ最大10MHz 最大10kHz 100V/lx・sec 最大10％ 8ビット ±1/2LSB以下 2LSB以下 2LSB以下 Cマウント W120×H120×D36.5mm 0∼45℃ クロック（最大10MHz）、スタート信号データ（8ビット）、クロック、同期信号ビデオ出力、同期信号 +5V、±15V 表1 DS-1000の仕様表2に入出力の内容を示す。クロック、データ信号などのインタフェイスはすべてRS422となっている。したがって、本ラインセンサカメラは機器組み込み用として開発されたが、市販のデジタルカメラ対応PC入力ボード（利用可能な機種についてはお問い合わせください）での画像入力も可能となっている。また、デジタル信号出力のほかにモニタのためのアナログ出力、同期出力機能も備えている。信号名属性内容 CKIN IN DS-1000を制御するための基準クロック入力 STIN IN 走査信号 DATA7..0 OUT イメージ出力信号 CKOUT OUT 上記出力データに対するクロック信号 SYNCOUT OUT 有効画素開始を示す同期出力 +5V IN 制御系電源 +/-15V IN アナログ系電源表2 DS-1000のインタフェイス 3.2 特長 a光軸方向にコンパクトな設計装置に組み込む場合、どうしても光軸方向の距 f低コスト離が長くなり、装置全体の寸法が大きくなりがちエリアセンサカメラの価格の低下は目を見張るである。そこで、DS-1000では光軸方向の距離をでものがあるが、ラインカメラは総生産台数が少なきるだけ短くできるように、カメラ本体を薄く設いこともあり、価格も高価である。DS-1000では、計した（奥行き36.5mm）。機器組み込み用に必要な箇所以外において、可能な限りのコストダウンを図り、デジタル出力であ s高感度・低ノイズ設計りながら178,000円という低価格を実現した。工場のラインに設置される場合は照度の高い照明を施すことはさほど困難ではないが、機器組み込みの場合は種々の条件から問題になる場合があ g信頼性の高い実績 DS-1000は平成10年4月発売以来、「米奉行」への November 1999︱ 37 A／特集／クボタ 99.11.16 10:34 AM ページ 38 搭載を中心に、延べ500台以上販売し、高い実績と信頼性を持っている。 4. おわりに当社では、モノクロラインセンサカメラDS-1000 のほかに、3CCDデジタルラインセンサカメラ「DL-1024-3」（写真5）も製品化している。クボタ、クボタコンプスの戦略としては、カメラを搭載した検査装置、製造装置の開発を今後とも継続し、それに必要なカメラを順次開発していく考えである。写真5 3CCDデジタルラインセンサカメラDL-1024-3 今回ご紹介したDS-1000は、ラインカメラを必要としているすべてのユーザに満足いただける製品というわけではない。しかし、対象としているもののスペックさえあえば、非常に使いやすいセンサとしてユーザにご提供できることと確信している。 38 ︱eizojoho industrial ☆クボタコンプス! 3 06-6232-0611 6 06-6232-0619 ☆!クボタ電子技術センター 3 03-3245-3595 6 03-3245-3592