【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品及び医薬品等の液体が充填された容器或いは袋等からなる密封包装体中の異物（液体に溶解せず有形固形物として混在し、微細形状を有するものも含む）の有無を検査する方法に関し、詳細には液体中に混在する異物の存在を確認すると共に気泡とを見分ける方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体中に含まれる気泡を異物として検査する方法として超音波を利用する方法は、超音波発信器と超音波受信器を備え発信した超音波が液体中を透過し受信された超音波が減少する量を電気信号に変換し検出する方式が開示されている（例えば特許文献１）。
更に、密閉した容器中の液体に含まれる異物を検出するには、容器を水槽内に位置せしめ同水槽内に超音波信号発生受信機を用いて固有音響インピーダンスの差を検出することにより内容物と異物とを判別する方法がなされている（例えば特許文献２）
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２８５８７号公報
【特許文献２】
実用新案登録第３０８２２８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記、特許文献１、２に記載されたように液体中に含まれる異物を検査する際には、異物に反射される超音波量の大きさ、或いは固有音響インピーダンスの差を調べる方法が用いられることが多かった。これらの方法は、超音波のデータの波形で言うと振幅の大きさ（反射波の大きさ）を検出し比較判断する手段である。
これら固有音響インピーダンスの差の大きさを測定し比較検出する方法では、異物や気泡に対する超音波の入射角度が一定であれば問題ないが、実際は異物や気泡に対する超音波の入射角度が一定とできないので、反射波の振幅が大きく変化し、固有音響インピーダンスの差の大きさを測定し比較検出する方法では、異物か、気泡かを判別することができないという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体が充填された密封包装体中に混在する異物を検査する方法において、異物に反射される超音波の位相情報を調べることによって異物と気泡を見分けることを特徴とする。
【０００６】
又、本発明の超音波による異物検査装置は、液体が充填された密封包装体を水槽内に貯留する水内に沈めた状態に配置されると共に、超音波装置に接続された超音波プローブも同じく水内に配置し、プローブから超音波を密封包装体の液体へ向けて発信し、反射される超音波を同じプローブにて受信し、超音波装置にて反射された超音波の位相情報を検出し、密封包装体の液体に含まれる異物と気泡との判断を行う事を特徴とする。
【０００７】
図２、図３は、超音波プローブから発信された超音波が密封包装体から反射されて同プローブに受信されたものを電気信号に変換されたグラフであり（Ａモード）、図２は水中の気泡からの反射波の始まりの位相が超音波の発信時の位相と反転していることを示しており、図３は水中に存在する針金片からの反射波の位相は非反転で同相であることを示していることに着目し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、我々が確認した範囲では、超音波が反射する境界面の固有音響インピーダンス（ρｃ）の大小の関係によって、反射波の位相が決まることになっているということである。水の中に気泡が存在する場合、ρｃが水（１，５２×１０６ｋｇ／ｍ２・ｓ）よりも極めて小さな気泡（０，０００４×１０６ｋｇ／ｍ２・ｓ ）の場合は、位相が反転して反射するが、ρｃが水よりも極めて大きな針金（４，５×１０６ｋｇ／ｍ２・ｓ ）の場合は、位相が非反転（同相）して反射するのである。
一般的に、超音波が媒質１（ρｃ１）から媒質２（ρｃ２）の界面に当たって反射する場合、
ρｃ１＞＞ρｃ２の場合は、位相は反転する
ρｃ１＜＜ρｃ２の場合は、位相は非反転であると言える。
表１に、我々が確認した媒質の固有音響インピーダンスと水中での異物判別の可能性についてのリストを記載する。
【０００９】
【表１】
【００１０】
超音波を異物検査の物差しとして採用するには、異物の大きさを勘案し、少なくとも波長が１００〜２００μｍ以下となる検出周波数が望ましく、超音波は水の中では周波数の２乗に比例して減衰するので、検出周波数は低いほうが良い。又、異物検査では、少なくとも１０ｍｍ進んだときの減衰率が６ｄＢ（＝１／２）は欲しいことなどから、検出周波数は１０〜２０ＭＨｚが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明の実施形態を具体的に説明し、その内容を詳細に開示する。
図１に示すように密封包装体２は、検査装置１０に設けた水槽１１内に貯留する水３内に沈めた状態に配置されると共に、超音波装置５に接続された超音波プローブ４も同じく水３内に配置される。プローブ４から超音波を密封包装体２の液体１へ向けて発信し、反射される超音波を同じプローブ４にて受信し、超音波装置５にて密封包装体２の液体１に含まれる異物Ｘからの反射を電気信号に変換し時系列信号として表示し異物か気泡かの判断を行う。
【００１２】
密封包装体２は、金属、ガラス、樹脂などからなるシリンジや、目薬、コンタクトレンズ洗浄液、輸液ボトルやバック、清涼飲料水、ドリンク剤等の容器であり、透明、不透明を問わず適用可能である。
【００１３】
同密封包装体２の内部に充填される液体１は、ブドウ糖、食塩水、蒸留水、お茶などのように固形物を含まない液体であれば良い。本発明は、液体１の中に含まれる有形の固形物を異物として取り扱う際に、微細な固形物と微細な気泡とを判別する方法に関するものである。
【００１４】
水槽１１に貯留する水３内に密封包装体２と、超音波プローブ４を配置する理由は、超音波は空気中よりも水中の方が超音波の伝達速度が非常に大きいためであり、検出速度を向上させるためである。
【００１５】
超音波プローブ４と超音波装置５は、一体的に接続されており、適宜の検出周波数、好ましくは１０ＭＨｚの超音波を発信し、密封包装体２から反射する超音波を受信し、電気信号に変換するとともに、反射波の位相と発信波の位相を比較し、反射波の位相が反転位相か、同相の位相かを判別することにより、異物が気泡であるか金属のようなものであるかを簡単に区別する事が出来るものである。
【００１６】
超音波プローブ４は、超音波のパルス信号を発信するとともに、時系列的に反射されてくる反射波を受信できる構成のものであれば適用可能であり、パルス反射法による超音波の送受信１回で一直線上の情報が得られる走査線（ラスター）方式を用いても良い。走査線を密封包装体２の全体にスキャンして固有音響インピーダンスによる超音波画像を作成し、位相情報と組み合わせることにより、気泡の位置情報など詳細な情報が得られることも可能となるであろう。
超音波装置５は、電気信号に変換されている超音波信号の位相情報を調べるとともに、発信信号の位相情報と比較する判定回路を有する。これら判定回路等の制御回路に就いては何ら特定されるものではなく適宜必要に応じて採用すればよい。
【００１７】
図４は、本発明方法による異物検査の手順をブロック図にて示している。Ｓ１では密封包装体２が検査装置１０の水槽１１の水３中にセットされる。勿論、密封包装体２は停止していても良いし移動していても可能であり、超音波プローブ４から発信される超音波と同期が取れれば可能である。
Ｓ２では密封包装体２を回転させるなどして遠心力等で中の液体１をかき回し異物を包装体２の中央に集める。このようなステップを組み入れることにより、液体１中に混在する異物を捉えやすくなり、検出精度が向上する。特に微細な気泡は、包装体２の壁面に付着している場合が多くそのような場合でもかき回すことにより中央に集められ、見逃すことが少なくなる。
【００１８】
Ｓ３では、超音波プローブ４から発信周波数１０ＭＨｚの超音波の１個のパルス信号を発信する。Ｓ４では、各界面からの反射超音波を同じ超音波プローブ４で受信する。反射波は受信する時間差で何からの反射波か判別可能である。Ｓ５では、受信した反射超音波を電気信号に変換し超音波装置５に送信する。
【００１９】
Ｓ６の超音波装置５では、受信した反射超音波の電気信号から受信超音波の位相は発信超音波の位相と同じであるか、否かを判定する。判定手段は特に制限されるものではなく公知の手段が適用可能であり適宜に行われる。引き続いてＳ７では、位相が同じであれば金属などの異物からの反射と判断し、Ｓ８では、反転位相であれば気泡からの反射と判断する。
【００２０】
Ｓ９では、検査終了であればＳ１０に進み、密封包装体２が検査装置から外される。また検査終了でない場合は、再度Ｓ３に戻り超音波を発信し繰り返し検査を行う
【００２１】
【発明の効果】
密封包装体の液中に金属等の微細固形物の異物と気泡が混在しても、異物と気泡とを判別することが可能となる。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実現する異物検査装置の説明図である。
【図２】水中に混在する気泡へ向けて発信した超音波の検出信号を示す線図である。
【図３】水中に混在する針金に向けて発信した超音波の検出信号を示す線図である。
【図４】本発明による異物検査の簡単なブロック図である。
【符号の説明】
１ 液体
２ 密封包装体
３ 水
４ 超音波プローブ
５ 超音波装置
Ｂ 壁面
Ｘ 異物[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention detects the presence or absence of foreign substances (including fine particles) which are not dissolved in liquid but are mixed as tangible solids and contained in a sealed package consisting of containers or bags filled with liquids such as foods and pharmaceuticals. More specifically, the present invention relates to a method for checking the presence of foreign matter mixed in a liquid and distinguishing it from bubbles.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a method of using ultrasonic waves as a method of inspecting air bubbles contained in a liquid as a foreign substance includes an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver, and the transmitted ultrasonic waves pass through the liquid and are received. A method of converting a decreasing amount into an electric signal and detecting the electric signal is disclosed (for example, Patent Document 1).
Furthermore, in order to detect foreign substances contained in the liquid in the sealed container, the container is positioned in a water tank, and the difference in the specific acoustic impedance is detected by using an ultrasonic signal generation receiver in the water tank. (For example, Patent Document 2)
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-28587 [Patent Document 2]
Japanese Utility Model Registration No. 3082285
[Problems to be solved by the invention]
When inspecting a foreign substance contained in a liquid as described in Patent Documents 1 and 2 described above, a method of examining the magnitude of the amount of ultrasonic waves reflected by the foreign substance or the difference in intrinsic acoustic impedance is used. There were many things. These methods are means for detecting and comparing and judging the magnitude of the amplitude (magnitude of the reflected wave) in the waveform of the ultrasonic data.
In the method of measuring and comparing the magnitude of the difference between the intrinsic acoustic impedances, there is no problem as long as the incident angle of the ultrasonic wave to the foreign matter or the bubble is constant, but in practice, the incident angle of the ultrasonic wave to the foreign matter or the bubble cannot be fixed. Therefore, the amplitude of the reflected wave greatly changes, and the method of measuring and comparing the magnitude of the difference between the specific acoustic impedances has a problem that it is not possible to determine whether it is a foreign substance or a bubble.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, in a method for inspecting foreign substances mixed in a sealed package filled with liquid, is characterized in that foreign substances are distinguished from bubbles by examining phase information of ultrasonic waves reflected by the foreign substances.
[0006]
Further, the ultrasonic inspection device of the present invention is arranged such that the hermetically sealed package filled with liquid is immersed in the water stored in the water tank, and the ultrasonic probe connected to the ultrasonic device is also provided. Also placed in water, the probe transmits ultrasonic waves toward the liquid in the sealed package, receives the reflected ultrasonic waves with the same probe, and obtains the phase information of the ultrasonic waves reflected by the ultrasonic device. It is characterized by detecting and judging foreign matter and bubbles contained in the liquid of the sealed package.
[0007]
2 and 3 are graphs in which ultrasonic waves transmitted from an ultrasonic probe are reflected from a sealed package and received by the probe and converted into electric signals (A mode). FIG. 3 shows that the phase of the start of the reflected wave from the bubble is inverted from the phase at the time of transmission of the ultrasonic wave, and FIG. 3 shows that the phase of the reflected wave from the wire piece existing in the water is non-inverted and in phase. By paying attention to the fact that the present invention is present, the present invention has been completed.
[0008]
That is, within the range confirmed by us, the phase of the reflected wave is determined by the magnitude relationship of the specific acoustic impedance (ρc) of the boundary surface where the ultrasonic wave is reflected. If there are air bubbles in the water, when ρc is water (1,52 × 10 6 kg / m 2 · s) very small bubbles than (0,0004 × 10 6 kg / m 2 · s) is The phase is inverted and reflected, but in the case of a wire (4.5 × 10 6 kg / m 2 · s) whose ρc is much larger than water, the phase is non-inverted (in-phase) and reflected.
In general, when an ultrasonic wave is reflected from an interface between the medium 1 (ρc1) and the medium 2 (ρc2),
In the case of ρc1 >> ρc2, the phase is inverted. In the case of ρc1 << ρc2, the phase is non-inverted.
Table 1 provides a list of the intrinsic acoustic impedance of the media we have identified and the possibility of foreign matter discrimination in water.
[0009]
[Table 1]
[0010]
In order to adopt ultrasonic waves as a ruler for foreign substance inspection, considering the size of foreign substances, it is desirable that the detection frequency is at least a wavelength of 100 to 200 μm or less, and ultrasonic waves are proportional to the square of the frequency in water. Since the frequency is attenuated, the lower the detection frequency, the better. In the foreign substance inspection, the detection frequency is desirably 10 to 20 MHz because, for example, an attenuation rate of 6 dB (= 1/2) at the time of at least 10 mm advance is desired.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to examples, and the details thereof will be disclosed.
As shown in FIG. 1, the hermetically sealed package 2 is disposed so as to be submerged in water 3 stored in a water tank 11 provided in the inspection device 10, and the ultrasonic probe 4 connected to the ultrasonic device 5 is also provided. Also placed in the water 3. Ultrasonic waves are transmitted from the probe 4 toward the liquid 1 in the sealed package 2, and the reflected ultrasonic waves are received by the same probe 4, and foreign matter contained in the liquid 1 in the sealed package 2 is received by the ultrasonic device 5. The reflection from X is converted into an electric signal, displayed as a time-series signal, and it is determined whether it is a foreign substance or a bubble.
[0012]
The hermetically sealed package 2 is a syringe made of metal, glass, resin, or the like, a container for eye drops, a contact lens cleaning solution, an infusion bottle or bag, a soft drink, a drink, and the like, and is applicable regardless of transparency or opacity. .
[0013]
The liquid 1 to be filled into the hermetically sealed package 2 may be a liquid that does not contain a solid such as glucose, saline, distilled water, tea, and the like. The present invention relates to a method for distinguishing between fine solids and fine air bubbles when handling a tangible solid contained in the liquid 1 as a foreign substance.
[0014]
The reason why the hermetically sealed package 2 and the ultrasonic probe 4 are arranged in the water 3 stored in the water tank 11 is that ultrasonic waves are transmitted at a much higher speed in water than in air, and are detected. This is to improve speed.
[0015]
The ultrasonic probe 4 and the ultrasonic device 5 are integrally connected, transmit an ultrasonic wave of an appropriate detection frequency, preferably 10 MHz, receive the ultrasonic wave reflected from the sealed package 2, and convert the ultrasonic wave into an electric signal. In addition to the conversion, the phase of the reflected wave is compared with the phase of the transmitted wave, and it is determined whether the phase of the reflected wave is inverted or in-phase, so that the foreign matter is a bubble or a metal-like substance. Can be easily distinguished.
[0016]
The ultrasonic probe 4 is applicable as long as it can transmit a pulse signal of an ultrasonic wave and can receive a reflected wave reflected in time series. For example, a scanning line (raster) method that can obtain information on a straight line may be used. By scanning a scanning line over the entire hermetically sealed package 2 to create an ultrasonic image based on the specific acoustic impedance and combining it with the phase information, detailed information such as bubble position information may be obtained. .
The ultrasonic device 5 has a determination circuit that checks the phase information of the ultrasonic signal converted into the electric signal and compares the phase information with the phase information of the transmission signal. The control circuits such as these determination circuits are not specified at all, and may be appropriately adopted as needed.
[0017]
FIG. 4 is a block diagram showing a procedure for inspecting foreign matter according to the method of the present invention. In S1, the sealed package 2 is set in the water 3 of the water tank 11 of the inspection device 10. Needless to say, the sealed package 2 may be stopped or moved, and may be synchronized with the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic probe 4.
In S2, the liquid 1 inside is agitated by centrifugal force or the like by rotating the hermetically sealed package 2 to collect foreign matter in the center of the package 2. By incorporating such steps, foreign substances mixed in the liquid 1 can be easily captured, and detection accuracy can be improved. In particular, fine air bubbles often adhere to the wall surface of the package 2, and even in such a case, the air bubbles are collected at the center by stirring, so that the air bubbles are rarely overlooked.
[0018]
In S3, one pulse signal of an ultrasonic wave having a transmission frequency of 10 MHz is transmitted from the ultrasonic probe 4. In S4, the reflected ultrasonic waves from each interface are received by the same ultrasonic probe 4. The reflected wave can be distinguished from the reflected wave based on the time difference of reception. In S5, the received reflected ultrasonic wave is converted into an electric signal and transmitted to the ultrasonic device 5.
[0019]
The ultrasonic device 5 in S6 determines whether the phase of the received ultrasonic wave is the same as the phase of the transmitted ultrasonic wave based on the received electric signal of the reflected ultrasonic wave. The determination means is not particularly limited, and a known means can be applied and is appropriately performed. Subsequently, in S7, if the phases are the same, it is determined that the reflection is from a foreign substance such as a metal. In S8, if the phase is the reverse phase, it is determined that the reflection is from a bubble.
[0020]
In S9, if the inspection is completed, the process proceeds to S10, and the sealed package 2 is removed from the inspection device. If the inspection is not completed, the flow returns to S3 to transmit the ultrasonic wave to perform the inspection repeatedly.
【The invention's effect】
Even if foreign matter of fine solid matter such as metal and bubbles are mixed in the liquid of the sealed package, it is possible to distinguish the foreign matter and bubbles.
[0022]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of a foreign matter inspection apparatus for realizing the method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a detection signal of an ultrasonic wave transmitted toward bubbles mixed in water.
FIG. 3 is a diagram showing a detection signal of an ultrasonic wave transmitted toward a wire mixed in water.
FIG. 4 is a simple block diagram of a foreign substance inspection according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid 2 Sealing package 3 Water 4 Ultrasonic probe 5 Ultrasonic device B Wall surface X Foreign matter
