CN110446919B - 非破坏性检测方法和非破坏性检测装置 - Google Patents
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Abstract
预先准备表示当使未混入异物的被检测对象穿过传输高频信号时的传输线路(11)的周围空间产生的电磁场时得到的高频信号的S参数的实部和虚部的二维坐标中的各变化量之比的分布状态的直线的梯度，作为比较的基准。分析装置(13)对比较的基准与对异物的混入不明的被检测对象(20)同样地得到的高频信号的S参数的实部和虚部的二维坐标中的直线的梯度进行比较，当不同时，检测为该被检测对象(20)中含有异物。
Description
技术领域
本发明涉及非破坏性检测方法、非破坏性检测装置和非破坏性检测程序，特别涉及非破坏性地检测混入到食品等被检测对象的异物的非破坏性检测方法、非破坏性检测装置和非破坏性检测程序。
背景技术
当制造或收获食品时，食品中被混入金属片、塑料片、玻璃片、石头、土、毛发等本来不应该存在于该食品中的异物而制造出，当出现该食品的产品流通给消费者而被发现的事态时，制造商需要回收大量的产品而产生大额损失，同时该产品(以下，在本说明书中，为了方便，有时将食品产品也仅称作“食品”)的制造商的可靠性受到损害。因此，如何检测并排除混入到食品中的异物的质量管理在食品业界为极为重要的课题。因此，以往，已开发并应用使用基于人力的目测检查或光的色彩分选法以及融合金属探测器、X射线的高透射性和图像处理技术而成的X射线异物检测法等非破坏性检测法(例如参照专利文献1、2、3)。
其中，在使用红外线或近红外线、可见光线、紫外线等光的色彩分选法中，向作为对象的食品照射激光，受光部测定其反射光、透射光、散射光的强度，通过与基准值比较来检测异物。在此使用的基准值按照每个被检测对象而不同，因此，需要按照每个被检测对象预先准备基准值或标准曲线。因此，在该色彩分选法中，必须预先确定希望作为异物检测的对象，并且按照各个被检测对象预先生成基准值或标准曲线。而且，即使作为物体是相同的检测对象，在对象表面的颜色不同时光的吸收率不同，因此需要分别生成基准值或标准曲线。因此，在色彩分选法中，在检测对象不明的情况下，将其检测为异物极为困难。
此外，在专利文献1记载的非破坏性检测方法中公开有以下的方法：通过测定并比较向食品照射近红外波长区域的激光而得到的透射光或散射光的强度，非破坏性地检测埋没在食品内的金属以外的塑料等异物。在该非破坏性检测方法中，需要向被检测对象照射激光，因此，需要使用以下手段：使用透镜等光学部件来控制激光，或者通过机械控制将被检测对象移动到固定的光源下等。此外，在专利文献2中公开有以下的非破坏性检查方法：使用摄像机等拍摄作为被检测对象的食品，通过基于拍摄到的光的吸光度等的图像识别或目测，判定食品中是否混入毛发等非金属异物。该非破坏性检测方法与所述的各非破坏性检测方法相比，能够面性捕捉被检测对象，因此，能够大范围地检索存在于被检测对象表面的异物。
此外，在专利文献3中公开有使用X射线进行被检测对象的非破坏性检查的方法。X射线具有高物质透射性，因此，使用X射线的非破坏性检测方法是对于非破坏性检测被检测对象即埋没于食品内部的异物有效的方法。而且，以往公知有使用天线的基于电波的非破坏性检测装置(例如参照非专利文献1、2、专利文献4)。在该使用电波的非破坏性检测装置中，使用天线等向测定对象照射电波，测定其反射或透射，将其测定值与基准值比较来进行非破坏性检测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-233724号公报
专利文献2：日本特开2014-160013号公报
专利文献3：日本特开2013-130392号公报
专利文献4：日本特开2016-125840号公报
非专利文献
非专利文献1：Karim Mazouni et al.,″76.5GHz millimeter-wave radar forforeign objects debris detection on airport runways″,INTERNATIONAL JOURNAL OFMICROWAVE AND WIRELESS TECHNOLOGIES,vol.4,p.3(317-326),JUN 2012
非专利文献2：Armin Zeitler et al.,″Folded Reflectarrays With ShapedBeam Pattern for Foreign Object Debris Detection on Runways″,IEEETRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,vol.58,p.9(3065-3068),SEP 2010
发明内容
发明要解决的课题
在上述使用光的非破坏性检测方法中，在任何方法中，只要作为被检测对象的食品是小型且没有那么厚，而且由对光吸收不大的物质构成的食品，则由于光从食品对象的表面略微向内部侵入，因此，都有可能由于光源或装置的工夫或检测器的超高灵敏度化等，能够非破坏性地检测埋没于内部的异物。但是，在作为被检测对象的食品是例如损失大的水分丰富的食材、表皮厚的果物或蔬菜或者包装着而光不会透过的已包装食品等的情况下，不能检测埋没于其内部的异物。此外，对于例如浑浊或朦胧的被检测对象，基于光的异物检测困难。
专利文献3记载的使用X射线的非破坏性检测方法对于由金属或密度高的物质构成的异物，能够比较容易地检测。但是，对于例如塑料片等由对X射线具有高透射性的物质构成的异物，由于异物的X射线图像与周边X射线图像几乎一体化，因此，其检测极为困难。
另一方面，电波不容易像光那样缩窄光束的范围，放射到空间的电波在被检测对象的制造现场等，位于周边的机械等金属类对反射的影响等增大。因此，在以往的基于电波的非破坏性检测装置中，为了识别周边等的影响与异物造成的影响，需要预先测定电波对希望检测的对象(异物)的特性而得到基准值。即，在该非破坏性检测装置中，必须预先调查电波对希望检测的异物的传播特性。
本发明正是鉴于以上几点而完成的，其目的在于提供一种非破坏性检测方法、非破坏性检测装置和非破坏性检测程序，能够容易地设定对象空间而不需要预先调查希望检测的异物的信息，并且不仅能够非破坏性地检测存在于被检测对象的表面的异物，而且能够非破坏性地检测埋没于水分丰富且吸收大的被检测对象内部的由金属构成的异物和塑料片等由非金属构成的异物。
此外，本发明的其他目的在于提供一种非破坏性检测方法、非破坏性检测装置和非破坏性检测程序，能够检测埋没于被检测对象内部的由金属构成的异物和由非金属构成的异物在被检测对象内的位置。
用于解决课题的手段
为了达到上述的目的，本发明的非破坏性检测方法的特征在于，包含：信号传输步骤，使传输线路传输高频信号，在所述传输线路外部的至少存在被检测对象的位置产生电磁场；基准值测定步骤，测定在所述传输线路中传输的所述高频信号，将最初的测定值作为基准值；测定步骤，测定所述被检测对象在所述传输线路上的位置进行了移动时在所述传输线路中传输的所述高频信号，得到从第2次起的测定值；以及梯度计算步骤，根据所述基准值与所述从第2次起的测定值之差，计算规定的二维坐标中的直线的梯度，所述基准值测定步骤以及所述测定步骤中的所述测定值、以及作为基准梯度的计算基础的所述高频信号的测定值是用复数表示的所述高频信号的S参数的实部和虚部的值，所述规定的二维坐标是以对所述实部和虚部进行运算而得到的相位和振幅的各变化量中的一方为纵轴、另一方为横轴时的二维坐标，所述非破坏性检测方法还包含判定步骤，在该判定步骤中，在预先确认不存在异物的已知的被检测对象的位置，使所述传输线路传输所述高频信号而产生所述传输线路的电磁场，将根据此时来自传输线路的高频信号的测定值事先计算出的所述规定的二维坐标中的直线的梯度作为所述基准梯度，比较该基准梯度与在所述梯度计算步骤中计算出的梯度，当所述计算出的梯度与所述基准梯度不同时，检测判定为所述被检测对象中有异物混入。
此外，为了达到上述目的，本发明的非破坏性检测装置的特征在于，具备：传输线路；发送接收单元，其通过产生高频信号并传输到所述传输线路，在所述传输线路外部的至少具有被检测对象的位置产生电磁场，接收从所述传输线路输出的所述高频信号；测定单元，其将对所述被检测对象在所述传输线路上的位置进行了移动时由所述发送接收单元接收到的所述高频信号进行测定而得到的测定值中的最初的测定值作为基准值，将从第2次起的测定值作为判定用测定值；以及梯度计算单元，其根据所述基准值与所述判定用测定值之差，计算规定的二维坐标中的直线的梯度，所述高频信号的测定值是用复数表示的所述高频信号的S参数的实部和虚部的值，所述规定的二维坐标是以对所述实部和虚部进行运算而得到的相位和振幅的变化量中的一方为纵轴、另一方为横轴时的二维坐标，所述非破坏性检测装置还具备判定单元，该判定单元在通过使所述传输线路传输所述高频信号而在所述传输线路外部产生的电磁场内，配置预先确认不存在异物的已知的被检测对象，存储根据此时来自传输线路的高频信号的测定值事先计算出的所述规定的二维坐标中的直线的梯度作为基准梯度，比较该基准梯度与由所述梯度计算单元计算出的梯度，当所述计算出的梯度与所述基准梯度不同时，检测判定为所述被检测对象中有异物混入。
此外，为了达到上述目的，本发明的另一非破坏性检测装置具备：第1传输线路，其被配置成长度方向相对于移动的被检测对象的移动方向呈直角；第2传输线路，其被配置成长度方向相对于所述被检测对象的移动方向倾斜，且相对于所述第1传输线路配置在所述被检测对象的移动方向的下游侧或上游侧；发送接收单元，其通过产生高频信号并传输到所述第1传输线路和第2传输线路，在所述第1传输线路和第2传输线路外部的至少具有所述被检测对象的位置产生电磁场，接收从所述第1传输线路和第2传输线路输出的所述高频信号；第1测定单元，其将测定如下高频信号而得到的第1测定值中的最初的第1测定值作为第1基准值，将从第2次起的第1测定值作为第1判定用测定值，该高频信号是所述被检测对象在所述传输线路上的位置进行了移动时从所述第1传输线路和第2传输线路中的配置在上游侧的一条传输线路输出并由所述发送接收单元接收到的高频信号；以及第1梯度计算单元，其根据所述第1基准值与所述第1判定用测定值之差，计算规定的二维坐标中的第1直线的梯度，所述高频信号的测定值是用复数表示的所述高频信号的S参数的实部和虚部的值，所述规定的二维坐标是以对所述实部和虚部进行运算而得到的相位和振幅的变化量中的一方为纵轴、另一方为横轴时的二维坐标，所述非破坏性检测装置还具备：第1判定单元，其在通过使所述第1传输线路传输所述高频信号而在所述第1传输线路外部产生的电磁场内，配置预先确认不存在异物的已知的被检测对象，存储根据此时来自第1传输线路的高频信号的测定值事先计算出的所述规定的二维坐标中的直线的梯度作为基准梯度，比较该基准梯度与由所述第1梯度计算单元计算出的第1梯度，当所述计算出的第1直线的梯度与所述基准梯度不同时，检测判定为所述被检测对象中有异物混入；第2测定单元，其将测定如下高频信号而得到的第2测定值中的最初的第2测定值作为第2基准值，将从第2次起的第2测定值作为第2判定用测定值，该高频信号是从所述第1传输线路和第2传输线路中的配置在下游侧的另一条传输线路输出并由所述发送接收单元接收到的；第2梯度计算单元，其根据所述第2基准值与所述第2判定用测定值之差，计算所述规定的二维坐标中的第2直线的梯度；第2判定单元，其比较所述基准梯度与由所述第2梯度计算单元计算出的第2直线的梯度，当所述计算出的第2直线梯度与所述基准梯度不同时，检测判定为所述被检测对象中有异物混入；以及时间计测单元，其计测从所述第1判定单元检测判定为所述被检测对象中有异物混入的时刻到所述第2判定单元检测判定为所述被检测对象中有异物混入的时刻为止的时间，利用由所述时间计测单元计测出的时间，非破坏性检测混入到所述被检测对象的异物的位置。
此外，为了达到上述目的，本发明的另一种非破坏性检测装置具备：传输线路；发送接收单元，其通过产生在以最适合于检测被检测对象的异物的频率为中心的规定的频率范围内进行扫描的高频信号、或由位于所述频率范围内的最适合频率及其他多个频率成分构成的合成高频信号并传输到所述传输线路，在所述传输线路外部的至少具有被检测对象的位置产生与所述高频信号的多个频率相应的多个电磁场，接收从所述传输线路输出的所述高频信号；测定单元，其将测定由所述发送接收单元接收到的所述高频信号而得到的与所述高频信号的多个频率相应的多个测定值中的最初的多个测定值作为多个基准值，将从第2次起的多个测定值作为多个判定用测定值；以及梯度计算单元，其根据所述多个基准值与所述多个判定用测定值的每个频率之差，计算规定的二维坐标中的多个直线的梯度，所述高频信号的测定值是用复数表示的所述高频信号的S参数的实部和虚部的值，所述规定的二维坐标是以对所述实部和虚部进行运算而得到的相位和振幅的变化量中的一方为纵轴、另一方为横轴时的二维坐标，所述非破坏性检测装置还具备判定单元，该判定单元在通过使所述传输线路传输所述高频信号而在所述传输线路外部产生的电磁场内，配置预先确认不存在异物的已知的被检测对象，存储根据此时来自传输线路的高频信号的测定值事先计算出的所述规定的二维坐标中的直线的梯度作为基准梯度，分别比较该基准梯度与由所述梯度计算单元计算出的多个直线的梯度，当所述计算出的多个直线的梯度中的任意梯度与所述基准梯度不同时，检测判定为所述被检测对象中有异物混入。
发明效果
根据本发明，能够容易地设定对象空间而不需要预先调查希望检测的异物的信息，并且，不仅能够非破坏性地检测存在于被检测对象表面的异物，而且能够非破坏性地检测埋没于水分丰富且吸收大的被检测对象内部的由金属构成的异物和塑料片等由非金属构成的异物。
附图说明
图1是本发明的非破坏性检测装置的一个实施方式的框图。
图2是图1的动作说明用流程图。
图3是本发明的非破坏性检测装置的其他实施方式的动作说明用流程图。
图4是本发明的非破坏性检测装置的第1变形例的结构框图。
图5是图4的动作说明用流程图。
图6是本发明的非破坏性检测装置的第2变形例的动作说明用流程图。
图7是整个异物非破坏性检测过程的环状化引起的发送接收器和传输线路的漂移的去除方法说明用流程图。
图8是示出实证实验结果的一例的曲线图。
图9是检测实验中使用的入杯生蔬菜沙拉的容器的外观图。
图10是示出检测实验结果的一例的曲线图。
具体实施方式
首先，对本发明的非破坏性检测原理进行说明。
在本发明中，通过向传输线路输入并传输高频信号，使该传输线路的外部周围的空间产生电磁场，在将被检测对象接近该电磁场中时，与被检测对象的电气特性(具体而言是复介电常数)相应地，从传输线路输出的高频信号的用复数表示的实部(例如相位)的值和虚部(例如振幅)的值发生变化。在取从该传输线路输出的高频信号的实部和虚部中的一个值为横轴、另一个值为纵轴的二维坐标中，用与传输线路与被检测对象的相对位置或相对距离(即被检测对象的穿过电磁场量)相应地变化的直线，示出表示上述的实部和虚部的各变化量之比的值。此外，该直线的斜率即梯度与被检测对象的电气特性相应地变化，但如果电气特性恒定则不变化。另一方面，被检测对象的电气特性在未混入异物时和混入异物时不同。
因此，在本发明中，预先准备表示当使未混入异物的被检测对象穿过在传输线路的周围空间产生的电磁场时得到的用复数表示的高频信号的实部和虚部的二维坐标中的实部与虚部的各变化量之比的分布状态的直线的梯度，作为比较的基准，将其与表示对异物的混入不明的实际被检测对象同样地得到的高频信号的实部和虚部的二维坐标中的实部与虚部的各变化量之比的分布状态的直线的梯度进行比较，当不同时，检测为该被检测对象中含有异物。另外，在本说明书中，“变化量”意思是传输线路的输出高频信号相对于输入高频信号的变化量。
接着，说明本发明的实施方式。
图1示出本发明的非破坏性检测装置的一个实施方式的框图。在该图中，本实施方式的非破坏性检测装置10由传输线路11、发送接收器12以及分析装置13构成。传输线路11例如由微带线构成，在从其输入端子向输出端子传输例如微波波段的高频信号时，在外部周围的空间产生微波波段的电磁场。此外，发送接收器12例如由向量网络分析仪(VNA)构成，具备发送接收微波波段的高频信号的功能。分析装置13由计算机和显示装置等构成，具备以下的功能：测定在传输线路11中传输的高频信号的S参数(在本说明书中，具体而言是表示输出信号相对于输入信号的电压比的传递系数)，分析用复数表示的其实部(例如相位)的变化量和虚部(例如振幅)的变化量，得到被检测对象(本实施方式中为食品)的电气特性。
接下来，还参照图2的流程图，对本实施方式的非破坏性检测装置10的动作进行说明。首先，发送接收器12产生微波波段的高频信号并供给到传输线路11的输入端子。传输线路11根据设计值传播供给到输入端子的高频信号，并从其输出端子输出。发送接收器12接收从传输线路11输出的高频信号(以上步骤S1)。
传输线路11在传输高频信号时，在其外部周围的空间产生电磁场分布。此时，在将食品样品等被检测对象20接近传输线路11时，与传输线路11上的电磁场分布和被检测对象20的电气特性相应地，从传输线路11输出的高频信号衰减，其用复数表示的实部(例如相位)的值和虚部(例如振幅)的值与没有被检测对象20时相比发生变化。
分析装置13被从发送接收器12供给发送接收器12接收到的传输线路11的输出高频信号，计算最初供给的高频信号的S参数，分析该S参数的实部与虚部的值的相关关系(它们之比)作为基准值(步骤S2、S3)。接下来，移动被检测对象20，并且与上述同样地，发送接收器12接收在传输线路11中传输的高频信号(步骤S4)。分析装置13被供给发送接收器12第2次接收到的传输线路11的输出高频信号，计算该高频信号的S参数的实部与虚部的值(测定值)(步骤S5)，根据与在步骤S3中设定的基准值之差计算梯度(步骤S6)。
即，当被检测对象20在传输线路11上的电磁场分布内向穿过被检测对象20的电磁场量变化的方向移动时，与其相应地，从传输线路11向发送接收器12输出的高频信号的S参数的实部和虚部的值(测定值)与被检测对象20移动前相比发生变化。因此，分析装置13求出表示设X轴和Y轴中的一方为实部的变化量、另一方为虚部的变化量的二维坐标所示的这些变化量之比的分布状态的直线的梯度(上述的步骤S6)。由此，能够排除温度或湿度等周边环境的影响引起的装置类的漂移的影响，此外，能够使用没有异物的状态的被检测对象(食品等)的测定值作为基准值，因此，即使是埋没于损失大的食品等的异物也能够高灵敏度地检测。但是，在作为被检测对象的食品与异物的物性大幅度不同的情况下，不进行该差分处理，仅仅使用测定值本身就能够容易地检测异物。
接下来，分析装置13对于不存在异物的被检测对象，将用同样的方法预先求出并存储的比较用的基准梯度与上述计算出的梯度进行比较，判定被检测对象20中是否混入异物(步骤S7)。在此，上述的实部的变化量和虚部的变化量的各测定值与被检测对象20穿过传输线路11上的电磁场分布的电磁场量相应地变化，但只要被检测对象20的电气特性相同，则由多次测定的各测定值(S参数的实部和虚部)表示的变化量之比无论被检测对象20本身的大小或形状如何，都分布在同一梯度的相同直线上。另一方面，上述比较用的基准梯度是表示对已确认不存在异物的已知的被检测对象与上述同样地测定而得到的实部的变化量和虚部的变化量之比的分布的直线的梯度。
与之相对，在被检测对象20的表面或内部混入异物的情况下，被检测对象20的电气特性与不存在异物的被检测对象20的电气特性不同，因此，在原理上，表示测定出的实部的变化量与虚部的变化量之比的分布的直线的梯度与上述比较用的基准梯度不同。因而，分析装置13在步骤S7中判定表示由上述被检测对象20的测定值表示的变化量之比的分布的直线的梯度是否与比较用的基准梯度不同，在不同的情况下，能够得到存在异物的检测结果。根据步骤S7的判定，当判定为不存在异物时，返回到步骤S4～S7的处理，同样地进行基于下一个测定值的异物判定。然后，根据步骤S7的判定，当判定为存在异物时，结束非破坏性检测处理(步骤S8)。
这样，根据本实施方式，将表示基于不存在异物的被检测对象接近传输线路11时的测定值的传输线路11的输出高频信号的实部与虚部的各变化量之比的分布的直线的梯度作为比较基准，与表示基于异物的混入不明的被检测对象20接近传输线路11时的测定值的传输线路11的输出高频信号的实部与虚部的各变化量之比的分布的直线的梯度进行比较，因此，不需要预先调查假设混入的异物的信息，即使不生成现有技术中必需的基于每种异物的信息的标准曲线，也能够非破坏性地检测被检测对象20有无混入异物。
此外，即使是被包装用薄膜或塑料、纸张、塑料瓶或纸板等覆盖的状态的被检测对象，在未开封的状态下也能够检测有无混入异物。此外，根据本实施方式，能够与被检测对象的表面、埋没于内部的状态等异物的存在位置或状态、大小或形状无关地检测异物。此外，根据本实施方式，即使是埋没于蔬菜等水分丰富且吸收大的食品中的由相对于X射线具有高透射性的物质构成的异物(例如塑料片等)，也能够非破坏性地检测。
而且，在利用电波的非破坏性检测装置中，必须预先调查电波相对于希望检测的异物的传播特性，但根据本实施方式的非破坏性检测装置10，使得检测由在传输线路11的周围空间产生的电磁场分布确定的检测范围空间内的电气特性(复介电常数)的变化，因此，不需要调查在以往的使用电波的非破坏性检测装置中必需的每种异物的电波传播特性，能够得到对象空间的电气特性的相对变化。而且，根据本实施方式的非破坏性检测装置10，使用传输线路11作为传感器，因此，能够限定检测对象空间，因此，能够容易地避免在使用天线的以往的使用电波的非破坏性检测装置中成为问题的多路径或来自周边的反射引起的信息分离这样的问题。
另外，作为与本实施方式的非破坏性检测装置10类似的其他非破坏性检测装置，具有本申请人公开的专利文献(日本特开2015-161597号公报)记载的装置。根据该专利文献记载的水分量测定装置，根据向被检测对象照射电磁波而得到的电磁波的振幅和相位的变化量非破坏性地估计物质的水分量，因此，对于检测对象的水分量已知的多种物质，分别预先求出将电磁波的振幅与相位的变化量的关系线性近似而得到的直线的斜率，进而使用干燥重量法等其他方法求出表示该直线的斜率与水分量的关系的标准曲线。然后，水分量测定装置求出表示照射水分量未知的被检测对象而得到的电磁波的振幅与相位的变化量的关系的直线的斜率，通过判定符合多个标准曲线中的哪个标准曲线，估计被检测对象的水分量。
与之相对，根据本实施方式的非破坏性检测装置10，如上所述，预先准备表示使未混入异物的被检测对象穿过在传输线路的周围空间产生的电磁场时得到的高频信号的S参数的实部和虚部的二维坐标中的各变化量之比的分布状态的直线的梯度，作为比较的基准，将其与对异物的混入不明的实际的被检测对象同样地得到的高频信号的S参数的实部和虚部的二维坐标中的直线的梯度进行比较，当不同时，检测为该被检测对象中含有异物。因此，根据本实施方式的非破坏性检测装置，与上述水分量测定装置不同，具有不需要生成基于每种异物的信息的标准曲线这样的特有效果。
但是，在上述的实施方式中，移动被检测对象20在传输线路11上的位置，根据基于从传输线路11上的电磁场分布接受的被检测对象20的电磁场量变化的在传输线路11中传输的高频信号的测定值，求出表示用复数表示的高频信号的实部的变化量与虚部的变化量之比的分布的直线的梯度。一边使被检测对象20在传输线路11上移动一边进行测定的理由在于，使处于传输线路11上的空间内的电磁场的被检测对象的穿过量发生变化。即，不使被检测对象移动而仅仅放置在传输线路11上，即使进行多次测定，仅使多次的测定点与二维坐标的相同坐标位置重合，也不能得到直线的梯度。但是，在使被检测对象20在传输线路11上移动时，从传输线路11输出的用复数表示的高频信号的实部和虚部的值发生变化，因此，能够得到表示这些变化量之比的分布状态的直线的梯度。
与之相对，在接下来说明的本发明的其他实施方式中，仅仅将被检测对象放置在传输线路上而不移动，保持这样进行测定。本实施方式的结构与图1的框图所示的结构几乎相同，但与图1的发送接收器12不同，在本实施方式中，发送接收器发送在最适合于检测被检测对象的异物的频率和以该最适合频率为中心例如10％～20％左右的规定频率范围内进行扫描的高频信号，并在传输线路中传输，或者发送由位于该频率范围内的最适合频率及其他多个频率成分构成的合成高频信号，并在传输线路中传输。
还参照图3的流程图，对本实施方式进行说明。传输线路在其外部周围产生与从上述发送接收器供给的高频信号的最适合频率及其附近的多个频率成分分别对应的电磁场分布，按照最适合频率及其附近的多个频率成分，输出表示与针对相同被检测对象的不同的多个电气特性相应的变化量的高频信号。发送接收器接收来自该传输线路的高频信号(步骤S11)。由该发送接收器接收的高频信号是按照最适合频率及其附近的多个频率成分表示与针对相同被检测对象的不同的多个电气特性相应的变化量的、实部与虚部的各变化量彼此不同的信号。由此，分析装置计算该高频信号的每个频率的各S参数(步骤S12)，根据表示其实部和虚部的各值的不同的多个测定点的数据，得到与图1所示的一个实施方式几乎同样的多个直线的梯度的基准值(步骤S13)。
接下来，与上述同样地，发送接收器接收在传输线路中传输的高频信号(步骤S14)。分析装置13被供给发送接收器新接收到的第2次的传输线路的输出高频信号，计算该高频信号的每个频率的S参数(步骤S15)，根据表示其实部和虚部的各值的不同的多个测定点的数据，计算基于与在步骤S13中设定的多个基准值之差而得到的多个直线的梯度(步骤S16)。由此，分析装置13求出表示设X轴和Y轴中的一方为实部的变化量、另一方为虚部的变化量的二维坐标所示的这些变化量之比的分布状态的多个直线的梯度。分析装置比较这多条直线的梯度与预先从未混入异物已知的被检测对象同样地求出并存储的比较用的单一基准梯度，当多条直线的梯度全部与基准梯度相同时，判定为被检测对象中未混入异物(步骤S17)，再次返回到步骤S14的处理。另一方面，在步骤S17中上述多条直线的梯度中的任意梯度与基准梯度不同时，判定为被检测对象中混入异物，结束被检测对象的异物混入的非破坏性检测处理(步骤S18)。
因此，在本实施方式中，不将被检测对象从传输线路上移动，就能够进行混入到被检测对象的异物的非破坏性检测。另外，本实施方式不仅能够适用于异物的非破坏性检测，而且能够适用于非破坏性计测水分量或糖度等的品质等使用传输线路作为传感器的全部品质检查技术。
接下来，在本发明的非破坏性检测装置中，对除了被检测对象的表面或内部混入的异物的非破坏性检测之外，还检测异物的位置的2个变形例进行说明。图4示出本发明的非破坏性检测装置的第1变形例的结构框图。如该图所示，第1变形例的非破坏性检测装置30由传输线路11a、11b、发送接收器12a、12b以及分析装置15构成。即，该变形例的非破坏性检测装置30是设置有2组图1的非破坏性检测装置10中的传输线路11和发送接收器12的结构。传输线路11a被配置成其长度方向相对于带传输机25的移动方向呈直角。传输线路11b相对于带传输机25的移动方向，配置在传输线路11a的下游侧且其长度方向倾斜。被检测对象20载置于带传输机25，按照已知的固定速度移动传输线路11a、11b的存在电磁场分布的上方位置。
接下来，还参照图5的流程图，对该变形例的非破坏性检测装置30的动作进行说明。另外，在图5中，对与图2相同的处理步骤标注相同标号并省略其说明。首先，分析装置15根据从发送接收器12a发送、在传输线路11a中传输并由发送接收器12a接收后供给到分析装置15的高频信号，计算在传输线路11a中传输的高频信号的S参数，基于与在图5的步骤S3中设定的基准值之差计算梯度(图5的步骤S5、S6)。分析装置15求出表示设X轴和Y轴中的一方为实部的变化量、另一方为虚部的变化量的二维坐标所示的这些变化量之比的分布状态的直线的梯度(上述的步骤S6)，与使用传输线路11a用与上述同样的方法从未混入异物的被检测对象预先求出并存储的比较用的基准梯度比较，判定被检测对象20中是否混入异物(图5的步骤S7)。
在图5的步骤S7中表示被检测对象20的测定值所示的变化量之比的分布的直线的梯度与比较用的第1基准梯度不同而判定为存在异物的情况下，分析装置15进行以下的动作。首先，分析装置15开始测定时间(步骤S21)。接下来，分析装置15根据从发送接收器12b发送、在传输线路11b中传输并由发送接收器12b接收后供给到分析装置15的最初的高频信号，计算在传输线路11b中传输的高频信号的S参数(以上步骤S22、S23)。接下来，分析装置15分析该S参数的实部与虚部的值的相关关系(它们之比)作为第2基准值(步骤S24)。
接着，从发送接收器12b发送的高频信号在传输线路11b中传输并由发送接收器12b接收，进而被输入到分析装置15(步骤S25)。分析装置15计算在步骤S25中接收到的在传输线路11b中传输的第2次的高频信号的S参数(步骤S26)，基于该S参数的实部和虚部的值的相关关系与第2基准值之差计算梯度(步骤S27)。即，分析装置15在步骤S27中，求出在设X轴和Y轴中的一方为实部的变化量、另一方为虚部的变化量的二维坐标中，连接第2基准值表示的测定点与表示在步骤S26中计算出的S参数的实部和虚部的值之比的测定点的直线的梯度。
接下来，分析装置15比较在步骤S27中计算出的梯度与所述比较用的基准梯度，判定被检测对象20中是否混入异物(步骤S28)。在步骤S28中，如果在步骤S27中计算出的梯度与基准梯度几乎一致则分析装置15判定为无异物，返回步骤S25的处理，再次返回到是否混入异物的处理。另一方面，在步骤S28中上述计算出的梯度与基准梯度不同时，分析装置15判定为有异物，计算从在步骤S21中开始测定时间到步骤S28的判定时刻为止的经过时间(步骤29)。
带传输机25的速度是已知的固定速度，此外，传输线路11a被配置成长度方向相对于带传输机25的移动方向呈直角，并且，传输线路11b配置在传输线路11a的下游侧且其长度方向相对于上述移动方向倾斜，因此，分析装置15根据上述经过时间计算混入到被检测对象20的异物的位置(步骤S30)。即，根据经过时间的长短相对于传输线路11a、11b在带传输机25的移动方向上的中心位置间的距离的规定移动时间的偏离，可知异物的位置。之后，结束异物位置检测处理(步骤S31)。另外，设带传输机25的移动方向为与上述例子相反的方向，使用倾斜配置的传输线路11b和在传输线路11b的下游侧呈直角地配置的传输线路11a，通过与上述同样的处理，也能够检测异物位置。
接下来，对使用时域测定来检测异物的位置的第2变形例进行说明。该第2变形例的结构与图1的结构同样，分析装置13的分析算法与图1的实施方式不同。还参照图6的流程图，说明第2变形例的非破坏性检测装置的动作。另外，对与图2的流程图相同的处理步骤标注相同的标号并省略其说明。分析装置13在步骤S7中判定为有异物时，接下来，通过步骤S4等，进行从在频域中得到的波形以数学方式转换成时域的波形来计测的时域计测，检测在频域中未知的在传输线路11上的被检测对象20内存在异物时出现的不匹配的位置和大小。
即，分析装置13由VNA构成，通过计算不仅包含传输线路11的输入信号和输出信号而且包含反射后供给到发送接收器12的反射信号的S参数，测定发送接收器12中发送接收的高频信号的时间响应，由此，根据判定为传输线路11上有异物的被检测对象20内具有异物的部位与没有异物的部位的时间响应的差异，计算距离(步骤S41)。接下来，分析装置13基于根据高频信号的响应的差异计算出的距离，确定被检测对象20内具有异物的部位的位置(步骤S42)。另外，通过用分析装置13分析使用基于数字扫描的高速扫描而得到的测定值，能够高速地确定异物存在于传输线路11上的被检测对象20的哪个位置。
接下来，与图7的流程图一起，说明整个异物非破坏性检测过程的环状化引起的发送接收器和传输线路的漂移的去除方法。在长时间执行上述的图2、图3、图5以及图6所示的各流程图的异物检测方法时，因周边环境等的影响，有可能出现发送接收器和传输线路的漂移的影响。为了维持检测灵敏度较高，优选定期地得到基准值。因此，通过定期地环状化反复执行N次(N是期望的自然数)上述图2、图3、图5或图6所示的流程图的异物检测处理，每隔N次再次设定基准值(图7的步骤S51～S53)。由此，能够维持检测灵敏度较高。
然而，在被检测对象的食品的厚度或宽度大的情况下，有时混入到食品的异物位于从传输线路偏离的位置，在该情况下，难以进行异物的非破坏性检测。因此，作为针对该问题的对策，以中间夹着作为被检测对象的食品且如上下、左右等那样分离对置的方式配置传输线路。由此，即使异物存在于距离从一条传输线路偏离的位置，由于与异物位置的距离接近另一条传输线路，因此通过另一条传输线路也能够高灵敏度地检测异物。此外，当食品在圆筒形等筒状的管等的内部通过的情况下，使用柔软的材料，通过印刷技术等生成传输线路，按照这些管的内部形状来配置传输线路，由此，能够高灵敏度地检测混入到在管内部流通的食品的异物。
接下来，对本实施方式的非破坏性检测装置10的实证实验结果进行说明。首先，为了实证异物检测的原理，准备2种电气特性已知且大小不同的陶瓷样品进行了原理实证实验。根据本实施方式的原理，只要电气特性相同，则无论被检测对象的大小或外形如何，在表示高频信号的实部与虚部的各值之比的二维坐标中，测定值(高频信号的实部和虚部的值)都应该分布在相同直线上。因此，使用粒径为1.5mm、3mm、5mm的氧化铝样品和粒径为3mm、5mm的氧化锆样品。
图8是示出上述的实证实验结果的曲线图。在该图中，横轴表示根据接收高频信号的实部的值通过运算而计算出的相位的变化量(单位rad)，纵轴表示根据接收高频信号的虚部的值通过运算而计算出的振幅的变化量(单位dB)。此外，在图8中，纵轴的两列数值和横轴的两行数值均是接近曲线图的内侧数值是氧化铝样品的数值，外侧数值是氧化锆样品的数值。在图8所示的二维坐标的曲线图中可确认，氧化铝样品的相位变化量与振幅变化量之比分布在I所示的直线上，氧化锆样品的相位变化量与振幅变化量之比分布在II所示的直线上。此外，还可确认电气特性彼此不同的氧化铝样品和氧化锆样品的上述直线I、II的梯度是与电气特性相应的不同值。
接下来，对检测到实际上混入到食品中的异物的例子进行说明。被检测对象是在便利店或超市等销售的图9中示出容器外观的入杯生蔬菜沙拉。在该沙拉中从外部不能视觉辨认的位置放入异物，隔着入杯生蔬菜沙拉的容器进行了本实施方式的异物的检测实验。图10是示出该实验结果的曲线图。在该图中，横轴表示根据接收高频信号的实部的值通过运算而计算出的相位的变化量(单位rad)，纵轴表示根据接收高频信号的虚部的值通过运算而计算出的振幅的变化量(单位dB)。
在图10中，圆圈记号的多个测定点排列的直线III表示未混入异物的入杯生蔬菜沙拉的特性，方形记号的多个测定点排列的直线IV表示作为异物混入小石子的入杯生蔬菜沙拉的特性，×记号的多个测定点排列的直线V表示作为异物混入玻璃的入杯生蔬菜沙拉的特性。根据图10可知，混入异物的食品(入杯生蔬菜沙拉)的特性的直线IV、V与未混入异物的食品的特性的直线III梯度不同，因此，能够隔着容器非破坏性地检测有无混入异物。同样地，可确认还能够检测食品中混入的虫。
综上，根据本实施方式或变形例的非破坏性检测装置，也可以适用于工业产品或其制造材料、农产品或食品那样的不定形样品，即使隔着容器也能够非破坏性地实时检测异物。
另外，本发明还包含使作为分析装置的计算机执行图2、图3、图5、图6以及图7的各流程图中执行的非破坏性检测方法中的、至少一个以上的非破坏性检测方法的处理步骤的非破坏性检测程序。该非破坏性检测程序可以从记录介质再生并加载到计算机的执行用内存，也可以发布到通信网络而下载到计算机。
标号说明
10、30：非破坏性检测装置；
11、11a、11b：传输线路；
12、12a、12b：发送接收器；
13、15：分析装置；
20：被检测对象；
25：皮带传输机。
Claims (5)
1.一种非破坏性检测方法，其特征在于，该非破坏性检测方法包含：
信号传输步骤，使传输线路传输高频信号，在所述传输线路外部的至少存在被检测对象的位置产生电磁场；
基准值测定步骤，测定在所述传输线路中传输的所述高频信号，将最初的测定值作为基准值；
测定步骤，测定所述被检测对象在所述传输线路上的位置进行了移动时在所述传输线路中传输的所述高频信号，得到从第2次起的测定值；以及
梯度计算步骤，根据所述基准值与所述从第2次起的测定值之差，计算规定的二维坐标中的直线的梯度，
所述基准值测定步骤以及所述测定步骤中的所述测定值、以及作为基准梯度的计算基础的所述高频信号的测定值是用复数表示的所述高频信号的S参数的实部和虚部的值，
所述规定的二维坐标是以对所述实部和虚部进行运算而得到的相位和振幅的各变化量中的一方为纵轴、另一方为横轴时的二维坐标，
所述非破坏性检测方法还包含判定步骤，在该判定步骤中，在预先确认不存在异物的已知的被检测对象的位置，使所述传输线路传输所述高频信号而产生所述传输线路的电磁场，将根据此时来自传输线路的高频信号的测定值事先计算出的所述规定的二维坐标中的直线的梯度作为所述基准梯度，比较该基准梯度与在所述梯度计算步骤中计算出的梯度，当所述计算出的梯度与所述基准梯度不同时，检测判定为所述被检测对象中有异物混入。
2.一种非破坏性检测装置，其特征在于，该非破坏性检测装置具备：
传输线路；
发送接收单元，其通过产生高频信号并传输到所述传输线路，在所述传输线路外部的至少具有被检测对象的位置产生电磁场，接收从所述传输线路输出的所述高频信号；
测定单元，其将对所述被检测对象在所述传输线路上的位置进行了移动时由所述发送接收单元接收到的所述高频信号进行测定而得到的测定值中的最初的测定值作为基准值，将从第2次起的测定值作为判定用测定值；以及
梯度计算单元，其根据所述基准值与所述判定用测定值之差，计算规定的二维坐标中的直线的梯度，
所述高频信号的测定值是用复数表示的所述高频信号的S参数的实部和虚部的值，所述规定的二维坐标是以对所述实部和虚部进行运算而得到的相位和振幅的变化量中的一方为纵轴、另一方为横轴时的二维坐标，
所述非破坏性检测装置还具备判定单元，该判定单元在通过使所述传输线路传输所述高频信号而在所述传输线路外部产生的电磁场内，配置预先确认不存在异物的已知的被检测对象，存储根据此时来自传输线路的高频信号的测定值事先计算出的所述规定的二维坐标中的直线的梯度作为基准梯度，比较该基准梯度与由所述梯度计算单元计算出的梯度，当所述计算出的梯度与所述基准梯度不同时，检测判定为所述被检测对象中有异物混入。
3.根据权利要求2所述的非破坏性检测装置，其特征在于，
所述非破坏性检测装置还具备位置确定单元，该位置确定单元测定由所述判定单元检测判定为有异物混入的所述被检测对象配置在所述传输线路的电磁场内时的、该传输线路中发送接收的所述高频信号的时间响应，根据时间响应的差异，确定所述异物在所述被检测对象内的位置。
4.一种非破坏性检测装置，其特征在于，该非破坏性检测装置具备：
第1传输线路，其被配置成长度方向相对于移动的被检测对象的移动方向呈直角；
第2传输线路，其被配置成长度方向相对于所述被检测对象的移动方向倾斜，且相对于所述第1传输线路配置在所述被检测对象的移动方向的下游侧或上游侧；
发送接收单元，其通过产生高频信号并传输到所述第1传输线路和第2传输线路，在所述第1传输线路和第2传输线路外部的至少具有所述被检测对象的位置产生电磁场，接收从所述第1传输线路和第2传输线路输出的所述高频信号；
第1测定单元，其将测定如下高频信号而得到的第1测定值中的最初的第1测定值作为第1基准值，将从第2次起的第1测定值作为第1判定用测定值，该高频信号是所述被检测对象在所述传输线路上的位置进行了移动时从所述第1传输线路和第2传输线路中的配置在上游侧的一条传输线路输出并由所述发送接收单元接收到的高频信号；以及
第1梯度计算单元，其根据所述第1基准值与所述第1判定用测定值之差，计算规定的二维坐标中的第1直线的梯度，
所述高频信号的测定值是用复数表示的所述高频信号的S参数的实部和虚部的值，所述规定的二维坐标是以对所述实部和虚部进行运算而得到的相位和振幅的变化量中的一方为纵轴、另一方为横轴时的二维坐标，
所述非破坏性检测装置还具备：
第1判定单元，其在通过使所述第1传输线路传输所述高频信号而在所述第1传输线路外部产生的电磁场内，配置预先确认不存在异物的已知的被检测对象，存储根据此时来自第1传输线路的高频信号的测定值事先计算出的所述规定的二维坐标中的直线的梯度作为基准梯度，比较该基准梯度与由所述第1梯度计算单元计算出的第1梯度，当所述计算出的第1直线的梯度与所述基准梯度不同时，检测判定为所述被检测对象中有异物混入；
第2测定单元，其将测定如下高频信号而得到的第2测定值中的最初的第2测定值作为第2基准值，将从第2次起的第2测定值作为第2判定用测定值，该高频信号是从所述第1传输线路和第2传输线路中的配置在下游侧的另一条传输线路输出并由所述发送接收单元接收到的；
第2梯度计算单元，其根据所述第2基准值与所述第2判定用测定值之差，计算所述规定的二维坐标中的第2直线的梯度；
第2判定单元，其比较所述基准梯度与由所述第2梯度计算单元计算出的第2直线的梯度，当所述计算出的第2直线梯度与所述基准梯度不同时，检测判定为所述被检测对象中有异物混入；以及
时间计测单元，其计测从所述第1判定单元检测判定为所述被检测对象中有异物混入的时刻到所述第2判定单元检测判定为所述被检测对象中有异物混入的时刻为止的时间，
利用由所述时间计测单元计测出的时间，非破坏性检测混入到所述被检测对象的异物的位置。
5.一种非破坏性检测装置，其特征在于，该非破坏性检测装置具备：
传输线路；
发送接收单元，其通过产生在以最适合于检测被检测对象的异物的频率为中心的规定的频率范围内进行扫描的高频信号、或由位于所述频率范围内的最适合频率及其他多个频率成分构成的合成高频信号并传输到所述传输线路，在所述传输线路外部的至少具有被检测对象的位置产生与所述高频信号的多个频率相应的多个电磁场，接收从所述传输线路输出的所述高频信号；
测定单元，其将测定由所述发送接收单元接收到的所述高频信号而得到的与所述高频信号的多个频率相应的多个测定值中的最初的多个测定值作为多个基准值，将从第2次起的多个测定值作为多个判定用测定值；以及
梯度计算单元，其根据所述多个基准值与所述多个判定用测定值的每个频率之差，计算规定的二维坐标中的多个直线的梯度，
所述高频信号的测定值是用复数表示的所述高频信号的S参数的实部和虚部的值，所述规定的二维坐标是以对所述实部和虚部进行运算而得到的相位和振幅的变化量中的一方为纵轴、另一方为横轴时的二维坐标，
所述非破坏性检测装置还具备判定单元，该判定单元在通过使所述传输线路传输所述高频信号而在所述传输线路外部产生的电磁场内，配置预先确认不存在异物的已知的被检测对象，存储根据此时来自传输线路的高频信号的测定值事先计算出的所述规定的二维坐标中的直线的梯度作为基准梯度，分别比较该基准梯度与由所述梯度计算单元计算出的多个直线的梯度，当所述计算出的多个直线的梯度中的任意梯度与所述基准梯度不同时，检测判定为所述被检测对象中有异物混入。
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