JP7287625B2 - Contaminant inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、異物検査装置に関し、特に、電磁波を使用して、検査対象物に混入した異物を検出する異物検査装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a foreign matter inspection device, and more particularly to a foreign matter inspection device that uses electromagnetic waves to detect foreign matter mixed in an inspection object.
食料品や医薬品等を製造する事業者においては、製品に混入する異物を確実に排除することが極めて重要である。検査対象物である製品に混入して、目視で発見することが困難な異物であっても、金属や小石等、検査対象物との密度差が大きい異物は比較的容易に発見することができる。これに対して、プラスチック片や、虫、毛髪、糸等の、検査対象物との密度差が少ない異物や、検査対象物と類似の構成成分を有する異物は、発見が困難である。 It is extremely important for business operators who manufacture foodstuffs, pharmaceuticals, etc., to reliably remove foreign matter from products. Even if it is difficult to visually detect foreign matter that is mixed in the product to be inspected, it is relatively easy to find foreign matter that has a large density difference from the inspection object, such as metals and pebbles. . On the other hand, it is difficult to detect foreign substances such as plastic pieces, insects, hairs, threads, etc., which have a small difference in density from the inspection object, and foreign substances having similar constituents to the inspection object.
国際公開第２０１４／１３２６２０号（特許文献１）には、毛髪等の繊維状物質の検出方法および装置が記載されている。この検出方法においては、検査対象物に、偏光方向が互いに直交する２つのテラヘルツ波を照射し、この２つのテラヘルツ波の透過率の差や、反射率の差に基づいて、毛髪等の繊維状物質の混入の有無を検出している。 International Publication No. 2014/132620 (Patent Document 1) describes a method and apparatus for detecting fibrous substances such as hair. In this detection method, an object to be inspected is irradiated with two terahertz waves whose polarization directions are orthogonal to each other. Detects the presence or absence of contamination by substances.
しかしながら、特許文献１記載の検出方法においては、偏光方向が互いに直交する２つのテラヘルツ波に対する毛髪の吸収強度、又は反射強度の差に基づいて異物を検出しているので、毛髪等の繊維状物質の混入を検出することは可能であるが、その他の形状の異物の検出が困難である、という問題がある。
従って、本発明は、電磁波を使用して、毛髪等の繊維状物質以外の様々な形状を有する異物も検出することができる異物検査装置を提供することを目的としている。
However, in the detection method described in Patent Document 1, foreign matter is detected based on the difference in the absorption intensity or reflection intensity of hair with respect to two terahertz waves whose polarization directions are orthogonal to each other. However, it is difficult to detect foreign matter of other shapes.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a foreign matter inspection apparatus capable of detecting foreign matter having various shapes other than fibrous substances such as hair, using electromagnetic waves.
上述した課題を解決するために、本発明は、電磁波を使用して、検査対象物に混入した異物を検出する異物検査装置であって、波長約０．１ｍｍ乃至約１０ｍｍの範囲の単一の波長の電磁波を検査対象物に照射するための電磁波発振器と、この電磁波発振器から照射され、検査対象物を透過した電磁波が入射する電磁波検出面を備えた電磁波検出器と、検査対象物と電磁波検出器の間に配置され、検査対象物を透過した電磁波を透過させることにより、電磁波を回折させ、回折させた電磁波の干渉を誘発する周期構造板と、電磁波検出器によって検出された電磁波に基づいて、検査対象物中の異物の有無を判定する演算処理器と、を有することを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a foreign matter inspection apparatus that uses electromagnetic waves to detect foreign matter mixed in an object to be inspected, wherein a single An electromagnetic wave oscillator for irradiating an object to be inspected with an electromagnetic wave of a wavelength , an electromagnetic wave detector provided with an electromagnetic wave detection surface on which the electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave oscillator and transmitted through the object to be inspected enters, the object to be inspected and the electromagnetic wave Based on the electromagnetic wave detected by the electromagnetic wave detector, the periodic structure plate is placed between the detectors and diffracts the electromagnetic wave by transmitting the electromagnetic wave that has passed through the inspection object and induces interference of the diffracted electromagnetic wave. and a processor for determining the presence or absence of foreign matter in the inspection object.
このように構成された本発明においては、電磁波発振器によって、検査対象物に電磁波が照射され、照射された電磁波の少なくとも一部は検査対象物を透過する。検査対象物を透過した電磁波は、検査対象物と電磁波検出器の間に配置された周期構造板に入射し、周期構造板によって電磁波が透過されると共に干渉が誘発される。周期構造板によって干渉が誘発された電磁波は、電磁波検出器の電磁波検出面に入射する。演算処理器は、電磁波検出器によって検出された電磁波に基づいて、検査対象物中の異物の有無を判定する。 In the present invention configured as described above, the electromagnetic wave oscillator irradiates the object to be inspected with electromagnetic waves, and at least part of the radiated electromagnetic waves penetrate the object to be inspected. The electromagnetic waves that have passed through the object to be inspected are incident on a periodic structure plate disposed between the object to be inspected and the electromagnetic wave detector, and the periodic structure plate transmits the electromagnetic waves and induces interference. The electromagnetic wave whose interference is induced by the periodic structure plate is incident on the electromagnetic wave detection surface of the electromagnetic wave detector. The arithmetic processor determines the presence or absence of foreign matter in the inspection object based on the electromagnetic waves detected by the electromagnetic wave detector.
電磁波を使用して検査対象物に混入した異物を検出するには、検査対象物に電磁波を透過させ、透過した電磁波を電磁波検出器によって検出することにより、異物の有無を判定することが考えられる。しかしながら、電磁波検出器によって検出される電磁波は、検査対象物に微小なプラスチック片等の異物が混入している場合においても、異物が混入していない場合と比較して大きな変化はなく、異物の混入を精度良く検出することは困難であった。 In order to detect foreign matter mixed in an object to be inspected using electromagnetic waves, it is conceivable to determine the presence or absence of foreign matter by transmitting electromagnetic waves through the object to be inspected and detecting the transmitted electromagnetic waves with an electromagnetic wave detector. . However, the electromagnetic wave detected by the electromagnetic wave detector does not change significantly even when foreign matter such as a small piece of plastic is mixed in the inspection object, compared to the case where the foreign matter is not mixed. It was difficult to detect contamination with high accuracy.
本件発明者が鋭意研究を重ねた結果、検査対象物と、電磁波検出器の電磁波検出面との間に周期構造板を配置することにより、異物の存在が強調されることが見出された。即ち、検査対象物に異物が混入していると、検査対象物を透過する電磁波に僅かな乱れが発生する。このように乱れが発生した電磁波が、検査対象物と電磁波検出面の間に配置された周期構造板に入射すると、電磁波に干渉が発生して異物の存在が強調される。上記のように構成された本発明によれば、検査対象物と電磁波検出器の間に、検査対象物を透過した電磁波を透過させると共に、電磁波の干渉を誘発する周期構造板が配置されているので、検査対象物に混入した異物の存在を強調することができ、精度良く異物を検出することができる。 As a result of extensive research by the inventors of the present invention, it was found that the presence of foreign matter is emphasized by arranging a periodic structure plate between the inspection object and the electromagnetic wave detection surface of the electromagnetic wave detector. That is, if foreign matter is mixed in the inspection object, a slight disturbance occurs in the electromagnetic waves that pass through the inspection object. When such distorted electromagnetic waves are incident on the periodic structure plate disposed between the object to be inspected and the electromagnetic wave detection surface, interference occurs in the electromagnetic waves and the presence of the foreign matter is emphasized. According to the present invention configured as described above, the periodic structure plate is arranged between the inspection object and the electromagnetic wave detector for transmitting the electromagnetic wave that has passed through the inspection object and for inducing the interference of the electromagnetic wave. Therefore, it is possible to emphasize the existence of the foreign matter mixed in the inspection object, and to detect the foreign matter with high accuracy.
本発明において、好ましくは、周期構造板は、多数の開口が一定のピッチで形成された薄板から形成されている。
このように構成された本発明によれば、多数の開口が一定のピッチで形成された薄板により周期構造板が形成されているので、各開口部を透過して回折した電磁波が互いに効果的に干渉を引き起こすことができると共に、精度の高い周期構造板を容易に作成することができる。
In the present invention, the periodic structure plate is preferably formed from a thin plate having a large number of openings formed at a constant pitch.
According to the present invention configured as described above, since the periodic structure plate is formed of a thin plate in which a large number of openings are formed at a constant pitch, the electromagnetic waves transmitted and diffracted through the openings are mutually effective. Interference can be caused, and a highly accurate periodic structure plate can be easily produced.
本発明において、好ましくは、周期構造板に形成された開口のピッチは、電磁波発振器が照射する電磁波の波長の１倍乃至１００倍の長さを有する。
このように構成された本発明によれば、周期構造板の開口のピッチが電磁波の波長の１倍乃至１００倍に形成されているので、電磁波の干渉を効果的に引き起こすことができ、異物の存在を強調することができる。
In the present invention, the pitch of the openings formed in the periodic structure plate is preferably 1 to 100 times the wavelength of the electromagnetic wave emitted by the electromagnetic wave oscillator.
According to the present invention configured as described above, since the pitch of the openings of the periodic structure plate is formed to be 1 to 100 times the wavelength of the electromagnetic waves, the interference of the electromagnetic waves can be effectively caused, and foreign matter can be prevented. Existence can be emphasized.
本発明において、好ましくは、周期構造板は、導電性材料で構成されている。
このように構成された本発明によれば、周期構造板が導電性材料で構成されているので、周期構造板の非開口部上において電磁波の透過率が低くなることにより、周期構造板の開口部と非開口部における電磁波の透過強度の比を高めて、干渉を効果的に誘発することができる。
In the present invention, the periodic structure plate is preferably made of a conductive material.
According to the present invention configured as described above, since the periodic structure plate is made of a conductive material, the transmittance of the electromagnetic wave is lowered on the non-opening portion of the periodic structure plate. Interference can be effectively induced by increasing the ratio of the transmission intensity of electromagnetic waves in the opening and the non-opening.
本発明において、好ましくは、周期構造板と、電磁波検出器の電磁波検出面との間の距離は、電磁波発振器が照射する電磁波の波長の４倍以下である。
本件発明者の研究によれば、周期構造板により誘発された干渉の影響は、周期構造板から電磁波の波長の４倍程度離れると低下し始め、周期構造板を配置した効果が減少する。上記のように構成された本発明によれば、周期構造板と電磁波検出面の間の距離が、電磁波の波長の４倍以下に設定されているので、電磁波検出器によって、異物の存在が強調された電磁波を検出することができ、精度良く異物を検出することができる。
In the present invention, preferably, the distance between the periodic structure plate and the electromagnetic wave detection surface of the electromagnetic wave detector is four times or less the wavelength of the electromagnetic wave emitted by the electromagnetic wave oscillator.
According to research by the present inventor, the effect of interference induced by the periodic structure plate begins to decrease when the distance from the periodic structure plate is about four times the wavelength of the electromagnetic wave, and the effect of arranging the periodic structure plate decreases. According to the present invention configured as described above, since the distance between the periodic structure plate and the electromagnetic wave detection surface is set to be four times or less the wavelength of the electromagnetic wave, the electromagnetic wave detector emphasizes the presence of foreign matter. The emitted electromagnetic wave can be detected, and a foreign object can be detected with high accuracy.
本発明において、好ましくは、電磁波発振器が照射する電磁波は、約０．１ｍｍ乃至約１０ｍｍの波長を有する。
このように構成された本発明においては、電磁波発振器が波長約０．１ｍｍ乃至約１０ｍｍの電磁波を照射するので、一般的な食料品を適度に透過し、検査対象物を食料品としたとき、異物を効果的に検出することができる。
In the present invention, the electromagnetic wave emitted by the electromagnetic wave oscillator preferably has a wavelength of approximately 0.1 mm to approximately 10 mm.
In the present invention configured as described above, since the electromagnetic wave oscillator irradiates an electromagnetic wave having a wavelength of about 0.1 mm to about 10 mm, the electromagnetic wave can be transmitted through ordinary foodstuffs appropriately. Foreign matter can be effectively detected.
本発明の異物検査装置によれば、電磁波を使用して、様々な形状を有する異物を検出することができる。 According to the foreign matter inspection apparatus of the present invention, foreign matter having various shapes can be detected using electromagnetic waves.
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態による異物検査装置の側面図である。図２は、周期構造板を部分的に拡大して示す平面図である。
Preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a side view of a foreign matter inspection device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a partially enlarged periodic structure plate.
本実施形態の異物検査装置１は、図１に示すように、検査対象物Ａに電磁波を照射するための電磁波発振器２と、検査対象物Ａを載置するためのトレイ４と、検査対象物Ａを透過した電磁波が入射する電磁波検出器６と、検査対象物Ａと電磁波検出器６の間に配置された周期構造板８と、検査対象物Ａ中の異物の有無を判定する演算処理器１０と、を有する。本実施形態の異物検査装置１は、任意の食品等に混入した異物の検出に適用することが可能であるが、検査対象物Ａの例として、食卓塩、片栗粉、うま味調味料、グラニュー糖、粉末スープ等の粉体製品（結晶、造粒品）、乾燥パセリ、ホウレンソウ、パスタ糖等の各種原料、菓子類、冷凍食品等を挙げることができる。また、検査対象物Ａとしては、含有する液体の水分量が少なく、形状が概ね均一でばらつきの少ないものが好適である。
As shown in FIG. 1, the foreign matter inspection apparatus 1 of this embodiment includes an
電磁波発振器２は、その上面に設けられた電磁波射出面２ａから上方に向けて電磁波を射出するように構成されている。本実施形態においては、電磁波発振器２は、波長λ＝約３ｍｍ、周波数ｆ＝約０．１ＴＨｚのコヒーレントな（干渉する性質を有する）サブテラヘルツ電磁波を射出するように構成されている。また、本実施形態においては、電磁波発振器２は、電磁波を連続波として射出するように構成されている。電磁波発振器２として、任意の波長の電磁波を射出する発振器を使用することができるが、好ましくは波長約０．１ｍｍ乃至約１０ｍｍの電磁波を射出する発振器を使用する。使用する電磁波の波長は、検査対象物Ａに対する透過性、検査対象物Ａの厚さ、検出しようとしている異物の大きさに応じて設定するのが良い。なお、一例として、サブテラヘルツ電磁波を射出する発振器には、インパットダイオードを使用したＴＥＲＡＳＥＮＳＥ社製の「ＩＭＰＡＴＴ Ｄｉｏｄｅ １００ＧＨｚ」を使用することができる。また、電磁波発振器２は、検査対象物Ａが配置された範囲全体に、十分な強度でほぼ均一なサブテラヘルツ電磁波を射出できるように構成されているのが良い。
The
トレイ４は、検査対象物Ａを載置するための平板状の部材であり、電磁波発振器２の上方に、電磁波射出面２ａと平行に配置されている。本実施形態においては、トレイ４の上面と電磁波射出面２ａとの間の距離Ｄ1は、検査対象物Ａに照射される電磁波の波長に相当する約３ｍｍに設定されている。トレイ４は、電磁波発振器２から射出された電磁波を透過しやすい、ポリエチレン等の材質で形成するのが良く、また、透過させる電磁波に乱れを与えないように、均質な材料で、均一な厚さに構成されていることが好ましい。さらに、トレイ４の上面と電磁波射出面２ａとの間の距離Ｄ1は離れている方が、検査対象物Ａ全体に電磁波を均一な強度で照射しやすく有利であるが、離れすぎると電磁波の強度が低下してしまう。従って、トレイ４の上面と電磁波射出面２ａとの間の距離Ｄ1は、検査対象物Ａが載置されている範囲全体に亘って１μＷ以上、好ましくは１５μＷ以上の電磁波の強度が得られるように設定するのが良い。なお、検査対象物Ａがトレイ４を用いることなく電磁波発振器２の上方に配置可能なものである場合には、トレイ４を省略することができる。また、トレイ４に代えてベルトコンベア（図示せず）を設け、これにより検査対象物Ａを連続的に移送するように本発明を構成することもできる。
The
電磁波検出器６は、トレイ４に載置された検査対象物Ａの上方に配置され、検査対象物Ａを透過した電磁波を検出するように構成されている。具体的には、電磁波検出器６は、その下面に設けられた電磁波検出面６ａに電磁波が入射するように配置されており、電磁波検出面６ａは、電磁波発振器２の電磁波射出面２ａ、及びトレイ４と平行に配置されている。また、電磁波検出器６の電磁波検出面６ａ上には多数の検出素子（図示せず）が配列されており、電磁波検出器６は、電磁波検出面６ａ上に入射した電磁波の強度分布を検出可能なエリアセンサとして構成されている。さらに、本実施形態においては、トレイ４の上面と電磁波検出面６ａとの間の距離Ｄ2は、検査対象物Ａに照射される電磁波の波長の約２倍に相当する約６ｍｍに設定されている。なお、一例として、電磁波を検出する検出器には、ショットキーバリアダイオードを用いたテラヘルツ検出器を使用することができる。また、トレイ４の上面と電磁波検出面６ａとの間の距離Ｄ2は、電磁波の波長の約１倍乃至約８倍に設定するのが良い。
The
周期構造板８は、検査対象物Ａを透過した電磁波を透過させると共に、電磁波の干渉を誘発するように、検査対象物Ａと電磁波検出器６の間に配置されている。また、周期構造板８は、電磁波検出器６の電磁波検出面６ａ、及びトレイ４と平行に配置されている。さらに、本実施形態においては、トレイ４の上面と周期構造板８の下面との間の距離Ｄ3は、検査対象物Ａに照射される電磁波の約一波長に相当する約３ｍｍに設定されている。さらに、周期構造板８の下面と電磁波検出面６ａの間の距離Ｄ4も、電磁波の約一波長に相当する約３ｍｍに設定されている。なお、トレイ４の上面と周期構造板８の下面との間の距離Ｄ3は、電磁波の波長の約１倍乃至約４倍で、検査対象物Ａと周期構造板８が接触しないように設定し、周期構造板８の下面と電磁波検出面６ａの間の距離Ｄ4は、電磁波の波長の約１倍乃至約４倍に設定するのが良い。
The
なお、本実施形態においては、トレイ４の下側に電磁波発振器２を配置し、トレイ４の上側に周期構造板８及び電磁波検出器６を配置している。これに対して、変形例として、トレイ４の上側に下方に向けて電磁波を射出するように電磁波発振器２を配置し、トレイ４の下側に周期構造板８を配置し、さらにその下側に電磁波検出器６を配置することもできる。この場合には、トレイ４の下側の面に近接して周期構造板８及び電磁波検出器６を配置することが可能であり、トレイ４の下面から電磁波の波長の１倍以下の距離に、周期構造板８及び／又は電磁波検出器６を配置することもできる。
In this embodiment, the
図２に示すように、本実施形態においては、周期構造板８として、金属製の薄板に多数の開口を一定のピッチで形成したものが使用されている。具体的には、周期構造板８は、厚さ約０．１ｍｍの薄板に、一辺約５ｍｍの正方形の開口８ａが一定のピッチＰ＝約６ｍｍで多数形成された薄板部材により構成されている。なお、本実施形態においては、周期構造板８はニッケル製であり、開口８ａのピッチＰは、電磁波の波長の約２倍である。好ましくは、周期構造板８に形成する開口８ａのピッチＰは、電磁波発振器２が照射する電磁波の波長の１倍乃至１００倍の長さに設定する。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, as the
また、周期構造板８は金属以外の材料で構成することも可能であるが、好ましくは、周期構造板８は、導電性の金属、特に好ましくはニッケル、金等で構成する。さらに、薄板に設ける開口の形状は正方形の他、長方形や円形等、任意の形状にすることができる。或いは、薄板に多数の開口を形成したものではなく、金属等の素線を編むことにより形成された、平織の網状の部材により周期構造板８を構成することもできる。また、本実施形態においては、周期構造板８は縦方向及び横方向の二方向の周期構造を有し、格子状に形成されているが、周期構造は一方向であっても良い。例えば、金属板に細長いスリットを等間隔に多数形成することにより、縞状の周期構造板を形成することもできる。また、検査対象物Ａの上方から電磁波を照射するように本発明を構成した場合には、周期構造板８を、検査対象物Ａを載置するためのトレイ４やベルトコンベアのベルト（図示せず）と一体化して形成することもできる。
Also, the
検査対象物Ａと電磁波検出器６の間に周期構造板８を配置することにより、検査対象物Ａを透過した電磁波が周期構造板８に入射する。周期構造板８に入射した電磁波は、その各開口８ａを透過して回折し、回折した電磁波が互いに干渉を引き起こす。即ち、周期構造板８上の各開口８ａの部分と、非開口部との電磁波の透過強度の比が高くなり、効果的に電磁波の干渉が誘発される。この干渉が誘発された電磁波が電磁波検出器６の電磁波検出面６ａに入射する。また、検査対象物Ａ内に異物が混入していると、この異物が検査対象物Ａを透過する電磁波に僅かな乱れを発生させる。このように、乱れを含む電磁波が周期構造板８に入射すると、異物による乱れの影響が強調され、異物による乱れが電磁波検出器６によって検出されやすくなる。
By arranging the
図１に示すように、演算処理器１０は、電磁波検出器６によって検出された電磁波に基づいて、検査対象物Ａ中の異物の有無を判定するように構成された演算装置である。具体的には、演算処理器１０は、電磁波検出器６から入力された検出信号を処理するマイクロプロセッサ、メモリ、インターフェイス回路、これらを作動させるソフトウェア等から構成されている。演算処理器１０は、電磁波検出器６から入力された信号を処理して、検査対象物Ａに異物が混入していると判断した場合には、異物が混入している旨の表示、及び／又は警告音によって、異物が混入している旨を報知するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
具体的には、演算処理器１０には、異物が混入していない検査対象物Ａを透過した電磁波が電磁波検出器６に入射した際の電磁波の強度が記憶されており、記憶されている電磁波の強度と、検査すべき検査対象物Ａを透過した電磁波の強度との相違に基づいて、異物の有無が判定される。なお、異物が混入していない検査対象物Ａを透過した電磁波の強度は、同種の検査対象物Ａについて複数回測定し、その平均値を演算処理器１０に記憶しておくのが良い。また、異物の有無の判定の詳細については後述する。
Specifically, the
次に、本発明の実施形態による異物検査装置１の作用を説明する。
まず、異物の混入を検査すべき検査対象物Ａをトレイ４の上に載せ、検査の準備をする。検査対象物Ａはトレイ４の上に概ね均一に配置するのが良く、また、配置される検査対象物Ａの厚さは、予め設定された既定値となるようにするのが良い。次いで、トレイ４を電磁波発振器２の上方の所定の位置にセットした後、電磁波発振器２を作動させ、検査対象物Ａに電磁波を照射する。検査対象物Ａを透過した電磁波は、周期構造板８を透過すると共に、周期構造板８によって干渉が誘発され、周期構造板８の上方に配置された電磁波検出器６によって検出される。
Next, operation of the foreign matter inspection apparatus 1 according to the embodiment of the present invention will be described.
First, an inspection object A to be inspected for inclusion of foreign matter is placed on the
演算処理器１０は、電磁波検出器６から入力された検出信号に基づいて、電磁波検出面６ａ上の各検出素子（図示せず）が検出した電磁波の検出強度Ｉ1を計算する。一方、演算処理器１０には、異物が混入していない検査対象物Ａに電磁波を照射したときに検出された検出信号に基づく、各検出素子（図示せず）によって検出された電磁波の基準強度ＩRが記憶されている。演算処理器１０は、これらの検出強度Ｉ1、及び基準強度ＩRに基づいて下記数式（１）により平均二乗誤差（NMSE: Normalized Mean Square Error）を計算し、この平均二乗誤差が所定の閾値Ｅth1よりも大きい場合に、検査対象物Ａに異物が混入していると判定する。
即ち、数式（１）の分母は、エリアセンサを構成する電磁波検出器６の各画素（各検出素子）が検出した基準強度ＩRの二乗を、全画素について合計することにより計算される。また、数式（１）の分子は、同一の画素において検出された検出強度Ｉ1と基準強度ＩRの差を二乗し、その値を全画素について合計することにより計算される。なお、本実施形態では、数式（１）において、全画素の強度に基づいて平均二乗誤差を計算しているが、一部の画素又は一つの画素の強度に基づいて平均二乗誤差を計算し、その値を所定の閾値Ｅth2と比較して、検査対象物Ａに異物が混入しているか否かを判定するように本発明を構成することもできる。或いは、検出強度Ｉ1の値が大きい１つ又は複数の画素を選択し、その画素について平均二乗誤差を計算し、その値を所定の閾値Ｅth3と比較して検査対象物Ａに異物が混入しているか否かを判定するように本発明を構成することもできる。
That is, the denominator of Equation (1) is calculated by summing the squares of the reference intensity I R detected by each pixel (each detection element) of the
次に、図３乃至図１０を参照して、本発明の実施形態による異物検査装置の効果を電磁界解析によるシミュレーション結果に基づいて説明する。
図３は、本発明の実施形態による異物検査装置において、電磁波が照射されたときの電場強度分布を側面から見た図である。図４は、比較例として、周期構造板を配置していない場合における電場強度分布を側面から見た図である。
Next, with reference to FIGS. 3 to 10, the effect of the foreign matter inspection apparatus according to the embodiment of the present invention will be described based on simulation results by electromagnetic field analysis.
FIG. 3 is a side view of the electric field intensity distribution when an electromagnetic wave is irradiated in the foreign substance inspection apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a side view of the electric field intensity distribution in the case where the periodic structure plate is not arranged as a comparative example.
図３は、本実施形態の異物検査装置１において、電磁波が照射されたときの電場強度分布を側面から見たシミュレーション結果である。図３の（ａ）欄は検査対象物Ａに異物がない場合のシミュレーション結果を示し、（ｂ）欄は異物がある場合のシミュレーション結果を示している。なお、図３の（ａ）（ｂ）は、電磁波発振器２が、一辺４０ｍｍの正方形の電磁波射出面２ａから１００ＧＨｚの連続波を射出した場合のシミュレーション結果を示している。また、電磁波発振器２は、幅２０ｍｍのガウシアン分布を有する電磁波を射出しているものとしてシミュレーションを行った。
FIG. 3 is a side view simulation result of the electric field intensity distribution when electromagnetic waves are irradiated in the foreign substance inspection apparatus 1 of the present embodiment. Column (a) in FIG. 3 shows the simulation results when there is no foreign matter on the inspection object A, and column (b) shows the simulation results when there is foreign matter. In addition, (a) and (b) of FIG. 3 show simulation results when the
さらに、図３の（ｂ）において、異物Ｃは電磁波射出面２ａの上方３ｍｍ（トレイ４までの距離Ｄ1＝３ｍｍに相当）に位置し、周期構造板８は異物の上方３ｍｍ（トレイ４からの距離Ｄ3＝３ｍｍに相当）に配置されているものとして計算を行った。また、周期構造板８は、図２に示したように、一辺５ｍｍの正方形の開口がピッチ６ｍｍで縦横に形成された厚さ０．１ｍｍの金属板として形成されているものとして計算を行った。さらに、異物Ｃは、一辺１ｍｍの正方形であり、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）を想定して、屈折率１．５、導電率０．０１９９として計算を行った（電磁波が射出される空間は、屈折率１．０、導電率０とした）。一方、図３の（ａ）については、異物Ｃが配置されていないことを除き、図３の（ｂ）と同一の条件で計算を行った。
Further, in FIG. 3B, the foreign object C is located 3 mm above the electromagnetic
次に、図４は、比較例として、周期構造板８が配置されていない空間に電磁波が射出された場合の電場強度分布のシミュレーション結果である。計算条件は、周期構造板８が配置されていないことを除き、図３の（ｂ）と同一である。
Next, FIG. 4 shows, as a comparative example, a simulation result of electric field intensity distribution when electromagnetic waves are emitted into a space in which the
図３の（ｂ）欄と、図４の電場強度分布を比較すると、電場内に周期構造板８を配置した場合には、電磁波の干渉により、電場強度分布が複雑になることが分かる。また、図３の（ａ）欄と（ｂ）欄の電場強度分布を比較すると、異物Ｃを配置することによる電場の変化が、周期構造板８の上方まで及んでいることがわかる。一方、比較例である図４の電場強度分布では、異物Ｃを配置したことによる電場強度分布の乱れは、異物Ｃの近傍に止まっており、上方の空間まで及んでいないことがわかる。このように、周期構造板８を配置することにより、異物Ｃが存在することによる電場の乱れが増強されていることがわかる。
Comparing the electric field strength distribution in FIG. 3 with the electric field strength distribution in FIG. 4, it can be seen that the electric field strength distribution becomes complicated due to the interference of electromagnetic waves when the
次に、図５乃至図８を参照して、周期構造板８の上方の各位置において検出される電場強度分布を説明する。
図５は、本発明の実施形態による異物検査装置において、図３のＬ1断面における電場強度分布を示す図である。図６は、本発明の実施形態による異物検査装置において、図３のＬ2断面における電場強度分布を示す図である。図７は、本発明の実施形態による異物検査装置において、図３のＬ3断面における電場強度分布を示す図である。図８は、比較例として、図４のＬ1断面における電場強度分布を示す図である。
Next, the electric field intensity distribution detected at each position above the
FIG. 5 is a diagram showing the electric field intensity distribution in the L1 cross section of FIG. 3 in the foreign matter inspection apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing the electric field intensity distribution in the L2 cross section of FIG. 3 in the particle inspection apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the electric field intensity distribution in the L3 cross section of FIG . 3 in the foreign matter inspection apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing the electric field strength distribution in the L1 section of FIG. 4 as a comparative example.
図５の（ａ）欄は、図３の（ａ）欄のＬ1断面における電場強度分布を示す図であり、図５の（ｂ）欄は、図３の（ｂ）欄のＬ1断面における電場強度分布を示す図である。なお、図３のＬ1断面は、本実施形態の異物検査装置１において、電磁波検出器６の電磁波検出面６ａが配置されている位置に相当し、トレイ４の上方６ｍｍ（電磁波射出面２ａの上方９ｍｍ）に位置する。図５に示すように、異物Ｃが存在する場合を示している（ｂ）欄の電場強度分布では、異物Ｃが存在しない（ａ）欄の分布に比べ、中央付近における電場強度が高く、また、電場強度が高い領域が広くなっている。このため、図５の（ａ）欄に示す電場における各点の電場強度を基準強度ＩRとし、（ｂ）欄の電場における各点の電場強度を検出強度Ｉ1とすれば、両者の相違に基づいて、異物Ｃの存在を検出することが可能になる。
Column (a) of FIG. 5 is a diagram showing the electric field strength distribution in the L 1 cross section of column (a) of FIG. 3, and column (b) of FIG . It is a figure which shows the electric field strength distribution in. 3 corresponds to the position where the electromagnetic
次に、図６は、図３のＬ2断面における電場強度分布を示しており、（ａ）欄は図３の（ａ）欄のＬ2断面、（ｂ）欄は、図３の（ｂ）欄のＬ2断面における電場強度分布を夫々示している。なお、図３のＬ2断面は、本実施形態の異物検査装置１において、トレイ４の上方１２ｍｍ（電磁波射出面２ａの上方１５ｍｍ）の位置に相当する。図６に示すように、異物Ｃが存在する場合を示す（ｂ）欄の電場強度分布では、異物Ｃが存在しない（ａ）欄の分布に比べ、中央付近に存在する電場強度が高い点が僅かに大きくなっている。このため、図６の（ａ）欄に示す電場強度と、（ｂ）欄の電場強度の相違に基づいて、異物Ｃの存在を検出できる可能性がある。
Next, FIG . 6 shows the electric field intensity distribution in the L 2 cross section of FIG. ) shows the electric field intensity distribution in the L 2 cross section. 3 corresponds to a
さらに、図７は、図３のＬ3断面における電場強度分布を示しており、（ａ）欄は図３の（ａ）欄のＬ3断面、（ｂ）欄は、図３の（ｂ）欄のＬ3断面における電場強度分布を夫々示している。なお、図３のＬ3断面は、本実施形態の異物検査装置１において、トレイ４の上方１８ｍｍ（電磁波射出面２ａの上方２１ｍｍ）の位置に相当する。図７に示すように、異物Ｃが存在する場合を示す（ｂ）欄の電場強度分布と、異物Ｃが存在しない（ａ）欄の分布はほぼ同一であり、Ｌ3断面における電場強度分布に基づいて、異物Ｃの存在を検出することは困難である。
Furthermore, FIG . 7 shows the electric field intensity distribution in the L 3 cross section of FIG. The electric field strength distribution in the L3 section of the column is shown, respectively. 3 corresponds to a
図８は、比較例として、周期構造板８が配置されていない場合の電場強度分布を示すものである。図８の（ｂ）欄は、図４のＬ1断面における電場強度分布を示しており、（ａ）欄は図４のシミュレーションにおいて、異物Ｃが配置されていない場合のＬ1断面における電場強度分布を示している。なお、図４のＬ1断面は、本実施形態の異物検査装置１における電磁波検出器６の配置位置と同一であり、トレイ４の上方６ｍｍ（電磁波射出面２ａの上方９ｍｍ）に位置する。図８の（ａ）欄と（ｂ）欄の電場強度分布は、ほぼ同一であり、この電場強度分布に基づいて異物Ｃを検出することは困難である。なお、周期構造板８が配置されていない場合の電場強度分布は、図６、図７に夫々対応するトレイ４の上方１２ｍｍ、１８ｍｍの位置においても、異物Ｃが存在する場合と存在しない場合でほぼ同一となり、これらに基づいて異物Ｃを検出することは困難であった。
FIG. 8 shows, as a comparative example, the electric field intensity distribution when the
次に、図９及び図１０を参照して、電場強度分布の検出位置と平均二乗誤差の関係を説明する。
図９は、図５乃至図７に示したシミュレーションについて、電磁波検出面６ａの位置と、検出された全画素の電場強度に基づいて計算された平均二乗誤差との関係を示すグラフである。図１０は、図５乃至図７に示したシミュレーションについて、電磁波検出面６ａの位置と、検出された電場強度の局所的な二乗誤差の最大値との関係を示すグラフである。
Next, the relationship between the detected position of the electric field intensity distribution and the mean square error will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the position of the electromagnetic
図９は、横軸をトレイ４からの距離とし、縦軸を数式（１）によって計算された平均二乗誤差ＮＭＳＥとしたグラフである。図９において、横軸の６ｍｍは、図３におけるＬ1断面に相当し、１２ｍｍはＬ2断面、１８ｍｍはＬ3断面に夫々相当する。図９に示すように、平均二乗誤差の値は、電磁波検出面６ａの位置がトレイ４から離れるほど小さくなっている。即ち、トレイ４から離れた位置では、異物が混入していない検査対象物Ａについて測定された基準強度ＩRと、異物が混入している検査対象物Ａについて測定された検出強度Ｉ1の差が小さくなり、異物を検出することが困難となる。
FIG. 9 is a graph in which the horizontal axis is the distance from the
図９に示す結果から、トレイ４からの距離が約１５ｍｍ以下の位置であれば十分な精度で異物を検出可能であることが読み取れ、この位置は、トレイ４からの距離で電磁波の波長の約５倍、周期構造板８からの距離で電磁波の波長の約４倍に相当する。また、トレイ４からの距離が近いほど平均二乗誤差の値が大きくなり、高精度で異物を検出することが可能となるが、検査対象物Ａ自体の厚みがあるため、電磁波検出面６ａをトレイ４（検査対象物Ａの下面）に近接させるには限界がある。このため、トレイ４（検査対象物Ａの下面）から電磁波検出面６ａまでの距離は電磁波の波長の約２倍以上、周期構造板８から電磁波検出面６ａまでの距離は電磁波の波長の約１倍以上に設定することが好ましい。一方、検査対象物Ａを載置するトレイやコンベアの下側に周期構造板８及び電磁波検出器６を配置するように異物検査装置１が構成されている場合には、電磁波の波長の１倍以下の至近距離に周期構造板８及び電磁波検出器６を配置することができる。
From the results shown in FIG. 9, it can be read that a foreign object can be detected with sufficient accuracy if the distance from the
図１０は、横軸をトレイ４からの距離とし、縦軸を局所的なＮＭＳＥとしたグラフである。図１０において、横軸の６ｍｍは、図３におけるＬ1断面に相当し、１２ｍｍはＬ2断面、１８ｍｍはＬ3断面に夫々相当する。図１０における局所的ＮＭＳＥ最大値は、異物が混入している検査対象物Ａについて測定された検出強度と異物が混入していない検査対象物Ａについて測定された基準強度について同一画素ごとに二乗誤差を計算した値の最大値である。即ち、局所的ＮＭＳＥ最大値は、下記数式（２）に示すように、ある点（画素）における検出強度Ｉ1と、その点（画素）における基準強度ＩR1の差の二乗を当該基準強度ＩR1の二乗で除した値の中の最大値である。
図１０に示すように、局所的ＮＭＳＥ最大値は、電磁波検出面６ａの位置がトレイ４から離れるほど小さくなっている。即ち、トレイ４から離れた位置では、異物が混入している検査対象物Ａについて測定された検出強度Ｉ1と、異物が混入していない検査対象物Ａについて測定された基準強度ＩR1との差が少なくなり、二乗誤差の最大値も小さくなるため異物を検出することが困難となる。
As shown in FIG. 10 , the local NMSE maximum value becomes smaller as the position of the electromagnetic
図１０に示す結果からも、トレイ４からの距離が約１５ｍｍ以下の位置であれば十分な精度で異物を検出可能であることが読み取れ、この位置は、トレイ４からの距離で電磁波の波長の約５倍、周期構造板８からの距離で電磁波の波長の約４倍に相当する。また、上記のように、トレイ４（検査対象物Ａの下面）から電磁波検出面６ａまでの距離は電磁波の波長の約２倍以上、周期構造板８から電磁波検出面６ａまでの距離は電磁波の波長の約１倍以上に設定することが好ましいと考えられる。また、周期構造板８及び電磁波検出器６がトレイやコンベアの下側に配置されている場合には、電磁波の波長の１倍以下の至近距離に周期構造板８及び電磁波検出器６を配置することができる。
From the results shown in FIG. 10, it can be read that a foreign object can be detected with sufficient accuracy if the distance from the
本発明の実施形態の異物検査装置１によれば、検査対象物Ａと電磁波検出器６の間に、検査対象物Ａを透過した電磁波を透過させると共に、電磁波の干渉を誘発する周期構造板８が配置されているので、検査対象物Ａに混入した異物の存在を強調することができ、精度良く異物を検出することができる。
According to the foreign matter inspection apparatus 1 of the embodiment of the present invention, the
また、本実施形態の異物検査装置１によれば、多数の開口８ａが一定のピッチＰで形成された薄板により周期構造板８が形成されている（図２）ので、効果的に電磁波の干渉を引き起こすことができると共に、精度の高い周期構造板８を容易に作成することができる。
Further, according to the foreign matter inspection apparatus 1 of the present embodiment, the
さらに、本実施形態の異物検査装置１によれば、周期構造板８の開口８ａのピッチＰが電磁波の波長の約２倍に形成されているので、電磁波の干渉を効果的に引き起こすことができ、異物の存在を強調することができる。
Furthermore, according to the foreign matter inspection apparatus 1 of the present embodiment, the pitch P of the
また、本実施形態の異物検査装置１によれば、周期構造板８が導電性材料であるニッケルで構成されているので、周期構造板８上において電磁波の透過率が低くなるため、干渉を効果的に誘発することができる。
Further, according to the foreign matter inspection apparatus 1 of the present embodiment, since the
さらに、本実施形態の異物検査装置１によれば、周期構造板８と電磁波検出面６ａの間の距離が、電磁波の一波長分に設定されているので、電磁波検出器６によって、異物の存在が強調された電磁波を検出することができ、精度良く異物を検出することができる。
Furthermore, according to the foreign matter inspection apparatus 1 of the present embodiment, the distance between the
また、本実施形態の異物検査装置１によれば、電磁波発振器２が波長約３ｍｍの電磁波を照射するので、一般的な食料品を適度に透過し、検査対象物Ａを食料品としたとき、異物を効果的に検出することができる。
Further, according to the foreign matter inspection apparatus 1 of the present embodiment, since the
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、電磁波発振器の電磁波射出面から２次元的に、面状に電磁波が射出され、トレイに載せられた検査対象物Ａを透過した電磁波が、エリアセンサとして機能する電磁波検出器によって検出されていた。これに対して、変形例として、電磁波が線状に射出されるように電磁波発振器を構成すると共に、これに対向するようにラインセンサとして機能する電磁波検出器を配置し、電磁波発振器と電磁波検出器の間をベルトコンベア（図示せず）に載せられた検査対象物Ａが通過するように本発明を構成することもできる。この変形例によれば、多量の検査対象物Ａをベルトコンベアで移送しながら、連続的に異物の有無を検査することができる。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, various modifications can be made to the above-described embodiments. In particular, in the above-described embodiment, an electromagnetic wave is emitted two-dimensionally and planarly from the electromagnetic wave emission surface of the electromagnetic wave oscillator, and the electromagnetic wave transmitted through the inspection object A placed on the tray is an electromagnetic wave that functions as an area sensor. detected by the detector. On the other hand, as a modification, an electromagnetic wave oscillator is configured to emit electromagnetic waves in a line, and an electromagnetic wave detector functioning as a line sensor is arranged so as to face the electromagnetic wave oscillator and the electromagnetic wave detector. The present invention can also be constructed such that an inspection object A placed on a belt conveyor (not shown) passes between the . According to this modified example, the presence or absence of foreign matter can be continuously inspected while transporting a large amount of inspection objects A by the belt conveyor.
１ 異物検査装置
２ 電磁波発振器
２ａ 電磁波射出面
４ トレイ
６ 電磁波検出器
６ａ 電磁波検出面
８ 周期構造板
８ａ 開口
１０ 演算処理器
REFERENCE SIGNS LIST 1 foreign
Claims (5)
波長約０．１ｍｍ乃至約１０ｍｍの範囲の単一の波長の電磁波を検査対象物に照射するための電磁波発振器と、
この電磁波発振器から照射され、上記検査対象物を透過した電磁波が入射する電磁波検出面を備えた電磁波検出器と、
上記検査対象物と上記電磁波検出器の間に配置され、上記検査対象物を透過した電磁波を透過させることにより、電磁波を回折させ、回折させた電磁波の干渉を誘発する周期構造板と、
上記電磁波検出器によって検出された電磁波に基づいて、上記検査対象物中の異物の有無を判定する演算処理器と、
を有することを特徴とする異物検査装置。 A foreign matter inspection device that detects foreign matter mixed in an inspection object using electromagnetic waves,
an electromagnetic wave oscillator for irradiating an object to be inspected with an electromagnetic wave having a single wavelength within a wavelength range of approximately 0.1 mm to approximately 10 mm ;
an electromagnetic wave detector having an electromagnetic wave detection surface on which electromagnetic waves emitted from the electromagnetic wave oscillator and transmitted through the inspection object are incident;
a periodic structure plate disposed between the inspection object and the electromagnetic wave detector, which transmits an electromagnetic wave transmitted through the inspection object , thereby diffracting the electromagnetic wave and inducing interference of the diffracted electromagnetic wave;
an arithmetic processor that determines the presence or absence of foreign matter in the inspection object based on the electromagnetic wave detected by the electromagnetic wave detector;
A foreign matter inspection device comprising:
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