JP2007033273A - 白色系食品の異物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 凹凸のある検出対象であっても高精度で以って異物検出を行うことができる白色系食品の異物検出装置を提供する。
【解決手段】 白色系食品２０に混入した有色異物を検出する白色系食品の異物検出装置において、前記白色系食品を搬送する搬送コンベア１０と、該搬送コンベアの上方に設置され前記食品の光学画像を撮像するカメラ１４と、該画像に対して２値化処理を含む画像処理を行い異物を検出する画像処理手段と、を備えた装置であって、前記搬送コンベア１０のうち前記食品２０が載置されるベルト面１０ａを白色光透過性材料で形成するとともに、前記搬送コンベア上の撮像領域Ａより上方に位置して前記撮像領域に向けて白色光を照射する第１の白色照明１６、１７と、該撮像領域に対して前記ベルト面の下方から白色光を照射する第２の白色照明１８と、を備えた構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、うどん、白米等の白色系食品の製造段階において、これらの食品に混入した有色異物を検出する白色系食品の異物検出装置に関する。

各種食品の製造工場では、食品の原料中に異物が混入している場合や製造段階にて異物が混入する場合があり、製品として販売するためにこれらの異物を除去することが求められている。従来は、作業員である人間が目視により異物の混入を検査していたが、手間がかかる上に精度上に問題があった。

そこで近年、自動化された食品の異物検出装置が種々提案、実用化されている。このような異物検出装置としては、電磁波を用いた装置、Ｘ線を用いた装置、可視光による画像処理を用いた装置等がある。電磁波を用いた装置は、異物が金属などの電磁波によって反応する物質の場合に用いられるため、食品そのものの黒変などの同一物質の異物には適応できない。また、Ｘ線を用いた装置は、Ｘ線を透過した場合に出現する白黒画像上で、色差による判定を行う装置であり、現在一般に使用されている装置では、鉄などの金属は色差が大きく判別が容易であるが、プラスチック、軟骨、或いは同一物質の変色部分などの色差は殆どなく、判定不可能であり、食品の異物検出には適していない。

一方、前記可視光による画像処理を用いた装置は、特許文献１（特開平５−２２３９５０号公報）、特許文献２（特開平２００１−２１４９９号公報）、特許文献３（特開平２００４−２４５６９５号公報）等に開示されている。
特許文献１は、パック食品に混入した毛髪を検出する装置であり、撮像装置により該食品の光学像を撮像し、撮像された光学像を２値化したデータから毛髪の形状を部分特徴として抽出し、この抽出データが一定以下の細さ、一定以上の長さをもった線状体であるか否かを判定することにより、毛髪を特定的に検出する構成である。

また、特許文献２には、酒粕や麺生地のような食品を一定厚の板状に形成して縦方向にローラ装置で送り、異物検出部にて食品の一方から光を照射して他方から透過光を取得して画像処理することによって異物を検出する装置の構成が記載されている。
また、特許文献３には、搬入コンベアと搬出コンベアの間に隙間を設け、コンベアの一側に検出対象を透過照明する手段と、該透過照明手段と前記コンベアを挟む位置に設けられたラインセンサとを備え、ラインセンサによるスキャニングにより得られた画像を２値化処理して検出対象中の異物を検出する装置が開示されている。
これらの装置のように、対象食品の光学像を取得して、得られた画像データを解析処理することにより、食品中に混入した様々な種類の異物を確実に検出することが可能である。

特開平５−２２３９５０号公報 特開平２００１−２１４９９号公報 特開平２００４−２４５６９５号公報

しかしながら、特許文献２に記載される装置では、板状に形成できる食品のみに検出対象が限定され、パック詰めされた冷凍うどん、冷凍ご飯、或いは餃子やシューマイなどのような成型品については適用できない。また、特許文献１では、これらの食品のようにその形状が一様ではなく、表面の凹凸が激しい検出対象の場合には、撮像した画像上に影のの部分が多く存在し、２値化処理により異物を検出しようとすると影の部分を異物と誤認識してしまう惧れがある。さらに、特許文献３に記載される装置では、光を透過する検出対象のみにしか適用できず、またこの装置においても表面に凹凸がある検出対象に適用した場合には影が生じてしまい、誤認知率が高く、検出精度が低下してしまうという問題があった。
従って、本発明は上記従来の技術の問題点に鑑み、凹凸のある検出対象であっても高精度で以って異物検出を行うことができる白色系食品の異物検出装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、白色系食品に混入した有色異物を検出する白色系食品の異物検出装置において、
前記白色系食品を搬送する搬送コンベアと、該搬送コンベアの上方に設置され前記食品の光学画像を撮像する撮像手段と、該画像に対して２値化処理を含む画像処理を行い異物を検出する画像処理手段と、を備えた装置であって、
前記搬送コンベアのうち前記食品が載置されるベルト面を白色光透過性材料で形成するとともに、前記搬送コンベア上の撮像領域より上方に位置して該撮像領域に向けて白色光を照射する第１の白色照明手段と、該撮像領域に対して前記ベルト面の下方から白色光を照射する第２の白色照明手段と、を備えたことを特徴とする。
またこのとき、前記第１の照明手段を２以上設けることが好ましい。

本発明によれば、白色系食品に対して上方及び下方から白色光を照射する構成としたため、食品に影が生じることが殆どなく、画像処理を行う際に影を異物として誤認知することを防止でき、複雑な形状を有する食品であっても高精度の異物検出が可能となる。下方からの照明は、ベルト面を白色光透過性材料で形成することにより可能となる。このベルト面下方に配置した第２の白色照明手段によって下方から白色光を照射し、食品を透過させることにより食品の凹凸により生じる影の発生を防ぎ、異物検出の精度をより一層向上させることができる。
また、照明手段として白色光を照射する構成としたため、装置を安価にすることができる。特に、前記第１の白色照明手段及び前記第２の白色照明手段として蛍光灯を用いることが好適であり、これにより取り扱いが容易で且つ低コストの装置を提供することが可能である。
尚、前記有色異物とは、白色以外の色を有する異物をいう。

さらに、前記撮像手段が前記撮像領域を通る鉛直方向上に設けられるとともに、該撮像領域を挟んで前記鉛直方向下方に前記第２の白色照明手段が設けられることを特徴とする。このように、前記撮像領域の鉛直上方に撮像手段を設置することにより、精度の高い画像を取得でき、また前記第２の白色照明手段を前記撮像領域の鉛直下方に設置することにより、良好な照明効果が得られる。
勿論、前記撮像手段が、前記撮像領域を通る鉛直方向に対して所定角度だけ傾斜させて設けられるとともに、前記第２の白色照明手段が、前記撮像領域を挟んで前記撮像手段と対向する位置に前記鉛直方向より傾斜させて設けられる構成とすることも可能である。
また、前記搬送コンベアの回転内部に、前記第２の白色照明手段を設けたことを特徴とする。これにより装置の小型化が図れ、また搬送コンベアに下方照明用の隙間を形成して照明する場合に比べて搬送コンベアを複数設置する必要がなく、装置を簡素化することができる。

さらに、前記撮像領域の近傍に、前記食品から発生した蒸気を吸引する蒸気吸引手段を設けたことを特徴とし、これにより、加熱調理直後の食品から発生する湯気により撮像手段のレンズが曇ったり、撮像画像が不鮮明になることを防止する。
さらにまた、前記第１の白色照明手段が、前記食品から離れた位置に設置された光源に接続され、前記撮像領域に向けて配設された光ファイバーからなることを特徴とする。これにより、搬送される食品の一部が照明手段に接触して破損する事故を防止し、また照明手段からの熱により食品の鮮度を損ねることを防止できる。

以上説明したように本発明によれば、白色系食品に対して上方及び下方の両方向から白色光を照射する構成としたため、複雑な形状を有する食品であっても影が生じることが殆どなく、画像処理を行う際に影を異物として誤認知することを防止でき、高精度の異物検出が可能となる。また、照明手段として蛍光灯などの白色光を照射する構成としたため、装置を安価にすることができる。
このように、従来の上方照明に加えて、本発明では食品に対して下方から白色光を照射する第２の白色照明手段を設けたため、より一層精度の高い異物検出が可能となる。また白色光透過性のコンベアベルトを用いるようにしたため、簡単に下方照明を行うことが可能となる。
さらに、撮像領域の鉛直上方に撮像手段を設置することにより、精度の高い画像を取得でき、また前記第２の白色照明手段を前記撮像領域の鉛直下方に設置することにより、良好な照明効果が得られる。

また、搬送コンベアの回転内部に第２の白色照明手段を設ける構成により、装置の小型化、簡素化が図れる。
さらに、撮像領域の近傍に、食品から発生した湯気を吸引する蒸気吸引手段を設けることにより、撮像手段のレンズが曇ったり、撮像画像が不鮮明になることを防止する。
さらにまた、第１の白色照明手段が、光源に接続された光ファイバーにて構成することにより、搬送される食品の一部が照明手段に接触して破損する事故を防止し、また照明手段からの熱により食品の鮮度低下を防止できる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施例の検出対象（ワーク）は白色系食品であり、例えば白米、うどん、シュウマイ、餃子等が挙げられ、これらのワークは冷凍状態、常温状態の何れであっても良い。検出する異物としては、食品の変質、変色物、毛髪、プラスチック片、金属等の有色異物が挙げられる。
図１は本発明の実施例１に係る異物検出装置の全体構成を示す概略正面図、図２は図１に示した異物検出装置の側断面図、図３は本発明の実施例１を模式的に示した図、図４は本発明の実施例２に係る異物検出装置の概略を示す側断面図である。

図１乃至図３は本実施例１に係る白色系食品の異物検出装置であり、該異物検出装置は、ワーク２０を搬送する搬送コンベア１０と、該搬送コンベア１０に載置されたワーク２０の画像を撮像するカメラ１４と、該ワーク２０に白色光を照射する第１の白色照明１６、１７と、第２の白色照明１８と、を主要構成とする。
前記搬送コンベア１０はコンベア取り付け架台１２上に載置され、互いに離間して設けられた駆動ローラ１０ｂ間に適度なベルトテンションを持ってコンベアベルト１０ａが架け亘され、前記駆動ローラ１０ｂの少なくとも何れかが不図示の駆動装置に連結されており、該駆動ローラ１０ｂが回転することにより前記コンベアベルト１０ａが移動する構造である。この搬送コンベア１０は、複数の搬送コンベア１０が直列状に配置されるようにしても良く、またその搬送経路は直線経路、曲部を有する経路、曲線経路等何れでも良い。該コンベアベルト１０ａは、白色光の少なくとも一部を透過する光透過性材料で形成される。

前記カメラ１４は、前記ワーク２０の光学画像を撮像する装置であり、前記搬送コンベア１０の鉛直上方に、該コンベア１０から離間して対向配置され、該コンベア１０上の撮像領域Ａに向けて設置されている。該カメラ１４は、その側方に位置する筐体１３内に収納された画像処理装置（不図示）に接続され、撮像された画像は該画像処理装置にて処理される。
また、前記カメラ１４は移動可能に設けられていることが好ましい。例えば該カメラ１４を上下動自在とする。該カメラ１４は、撮像領域Ａに搬送されてきたワーク２０の画像をスキャニングして画像信号を得るラインセンサであることが好ましい。
前記画像処理装置では、前記カメラ１４によって撮像された光学画像が入力され、得られた画像は予めワーク種類毎に設定された２値化の閾値に基づき２値化処理され、異物の有無の判定が行われる。

前記白色照明１６、１７、１８は白色光を照射する装置であり、照明制御装置（不図示）を収納した筐体１５に支持される。該白色照明には周知の蛍光灯、ハロゲンランプ等が用いられるが、本実施例では取り扱いが容易で安価な蛍光灯が好適である。尚、白色光とは様々な波長が含まれる光をいう。また、前記第１の白色照明としてハロゲンランプを照射位置から所定距離だけ離して設置し、該ハロゲンランプから照射位置まで光ファイバーを延設するようにしても良い。これにより、ワーク２０の一部がランプに接触して破損する事故を防止し、またランプからの熱によりワーク２０の鮮度低下を防止できる。
前記第１の白色照明１６、１７は、１又は複数設けることができるが、本実施例では２の白色照明を用いている。該第１の白色照明１６、１７は搬送コンベア１０に対してカメラ１４の設置側、即ち上方に位置させ、撮像領域Ａが視野範囲となるように設置する。このとき、該第１の白色照明は鉛直下方に向けて設置することが好ましいが、照射した光が反射光となるように斜方照明として設置しても良い（図３参照）。第１の白色照明を２以上設ける場合には、撮像領域Ａを挟んで対照位置からワーク２０を照射すると良い。

前記第２の白色照明１８は、コンベアベルト１０ａの回転内部に設けられ、ベルト上に載置されたワーク２０に向けて下方から白色光を照射するように設置されている。該第２の白色照明１８にて照射された白色光は前記コンベアベルト１０ａを透過し、さらに前記ワーク２０を透過照明するようになっている。
本実施例のように、前記搬送コンベア１０の回転内部に第２の白色照明１８を設置することにより、装置の小型化、簡素化が図れる。
これらの白色照明１６、１７、１８は特に上記した配置構成に限定されるものではなく、撮像領域Ａに対して上方及び下方から白色光を照射する構成であればよく、照射によりワーク２０に影が生じないように夫々の白色照明の位置を設定する。
尚、本実施例において、前記第２の白色照明１８を設けない構成とすることもでき、この場合、前記第１の白色照明１６、１７のみにより白色光を照射する。

ここで、発明者らが異物検出実験を行った結果として、代表的な検出対象に対する白色照明の好適な構成を記載する。
冷凍うどん、生餃子、冷凍ご飯については、澱粉質がα化しているため、光が透過した。従って、これらの光透過性食品については斜方照明と透過照明の両方を用いることにより、精度の高い異物検出が可能であった。しかし冷凍ご飯に関しては、斜方照明のみを用いる条件でも検出可能であった。これは、米粒が小さいため影の出来方が小さく、透過照明が無くても判定できるためである。
油で揚げる前のコロッケ等の光不透過性食品については、斜方照明のみを用いて異物検出が可能であった。

次に、具体的な動作フローの一例を説明する。尚、以下の説明において検出対象とするワークは、冷凍うどん、冷凍ご飯などの袋詰めするために平板塊状に凍結した食品とし、一食のために袋詰めする前段階の大きさを単位とする。固体表面はうどん形状、ご飯粒形状が露出していて、凹凸が存在する。判定したい異物は、加工過程で全体固体の表面に付着するもので、食品表面でも中に入ったうどん、米単体の表面に付着するものを対象としない。さらに食品内部に混入している異物も対象としない。ここでいう異物とは、一食単位に盛られた後に凍結した固まりに付着する異物である。異物の材質としては、特に食品の変質、変色物とする。

まず、搬送ベルト１０上に所定間隔で載置されたワーク２０は、ベルト上を所定速度で移送される。撮像領域Ａに到達したワーク２０は、白色照明１６、１７、１８から光を照射されながら、前記カメラ１４により光学画像を撮像される。
前記カメラ１４としては１ライン画素数が５０００のラインセンサを用い、有効画素数を確保するために、ラインセンサ（画素数５０００）×Ｎ数（食品の固まりが通過する間に測定できる回数）の画素数からなる画像データを得る。本フローでは、取り込み時間間隔を０．４ｍｓｅｃ、ラインスピードを２３ｍ／ｍｉｎ、データ取り込み距離間隔を１５３μｍとした。このとき、コンベア搬送方向に１食品が存在し、２０ｃｍ幅を一度に判定しようとした場合、相当する画素数として
５０００×（２００／０．１５３）＝６５３５９４７
となり、従来の画素数の６５０万に相当する画素数となる。

前記カメラ１４により取得した光学画像は、前記画像処理装置に送られ、該画像処理装置にてＡ／Ｄ変換手段によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、ワーク種類毎に予め設定された２値化の閾値に基づき２値化処理され、得られた２値化画像から異物の有無が判定される。
本フローでは、ワーク全体の面積を一度に解析せず、ワーク搬送方向に直角に細い帯状面積を設置し、その部分を判定している。その帯を連続して移動させていって、一食単位の固まり全体を判定する方法とした。これにより一時には小さな面積を判定していくことができ、分解能が上がり、その結果直径が０．１ｍｍまでの異物が検出できる。これより小さな異物を判定する場合には分解能を上げることにより可能となるが、コストが上昇するため適宜その分解能を設定すると良い。
また前記解析速度は、全体を一度に解析するより多くの時間が必要とされるが、判定速度を上げることで対応可能である。１ラインのデータの取り込み時間を０．４ｍｓｅｃとし、この条件では帯状面積の流れ方向の幅として、０．１５３μｍとなる。ワークのラインスピードとして２３ｍ／ｍｉｎに対応できた。

このときの照明方法は、前記第１の白色照明１６、１７による上方照明と、前記第２の白色照明１８による下方からの透過照明により行う。本フローでは、これらの照明１６、１７に加えて前記照明１８を透過照明として用い、測定を行った結果、ワーク２０に生じる影を異物と認識する誤認知数の率を０．１％以下とすることができた。
前記画像処理装置による検出結果は、搬送コンベア１０の後流側に配置されるはね出し装置（不図示）に信号として送られ、異物が検出されたワーク２０については、搬送コンベア１０から除去する。
このように本実施例によれば、従来人手によって行っていた異物検査を自動的に判定できるようになり、人の目による判定では見逃してしまっていた異物をも検出可能となり、高精度で且つ一定水準を保つことのできる異物検出が可能となる。
また、従来の異物検出装置では、複雑な形状を有する検出対象に対しては影が生じてしまうため異物の誤認知が発生していたが、本実施例によれば複数の白色照明を利用しているため、誤認知の発生を防止することができる。

また、上記したフローに基づき各種ワークを対象として測定を行った結果、下記表１が得られた。

このように、白色系食品を検出対象とすると、本実施例の異物検出装置によって有色の異物を検出でき、特に、毛髪、或いは食品の変色、変質物等の黒色系異物を高精度で検出できることが明らかとなった。

図４に本発明の実施例２に係る異物検出装置を示す概略正面図を示す。以下の図４に示した実施例２において、上記した実施例１と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
図４に示される異物検出装置は、炊き上がり直後のご飯等のように加熱調理直後のワーク２０に対して好適に適用でき、ワーク２０から立ち昇る湯気によって撮像精度が低下しないように、前記ワーク２０の側方に吸引ノズル３３と、該吸引ノズル３３に連結されたブロワ３４を設けた構成としている。
前記吸引ノズル３３は、撮像領域Ａの近傍に設けられ、搬送コンベア１０にて搬送されてくるワーク２０から発生する湯気を吸い込み、ブロア３４により外気へ排出する構成となっている。
このように、湯気を撮像領域Ａから除去する構成とすることにより、カメラ１４のレンズが曇ったり、湯気により画像精度が低下することを防止し、高精度の異物検出が可能となる。

本発明は、複雑な形状を有する検出対象であっても異物の誤認知を最小限に抑え、高精度な異物検出が可能であるため、ご飯、うどん、餃子、シュウマイ等の白色系食品全般に適用することが可能である。

本発明の実施例１に係る異物検出装置の全体構成を示す概略正面図である。 図１に示した異物検出装置の側断面図である。 本発明の実施例１を模式的に示した図である。 本発明の実施例２に係る異物検出装置の概略を示す側断面図である。

符号の説明

１０ 搬送コンベア
１０ａ 光透過性コンベアベルト
１０ｂ 駆動ローラ
１２ コンベア取付架台
１４ カメラ
１６、１７ 第１の白色照明
１８ 第２の白色照明
２０ ワーク（白色系食品）
３３ 吸引ノズル
３４ ブロア
Ａ 撮像領域

Claims (6)

1. 白色系食品に混入した有色異物を検出する白色系食品の異物検出装置において、
   前記白色系食品を搬送する搬送コンベアと、該搬送コンベアの上方に設置され前記食品の光学画像を撮像する撮像手段と、該画像に対して２値化処理を含む画像処理を行い異物を検出する画像処理手段と、を備えた装置であって、
   前記搬送コンベアのうち前記食品が載置されるベルト面を白色光透過性材料で形成するとともに、前記搬送コンベア上の撮像領域より上方に位置して該撮像領域に向けて白色光を照射する第１の白色照明手段と、該撮像領域に対して前記ベルト面の下方から白色光を照射する第２の白色照明手段と、を備えたことを特徴とする白色系食品の異物検出装置。
2. 前記第１の白色照明手段及び前記第２の白色照明手段が蛍光灯であることを特徴とする請求項１記載の白色系食品の異物検出装置。
3. 前記撮像手段が前記撮像領域を通る鉛直方向上に設けられるとともに、該撮像領域を挟んで前記鉛直方向下方に前記第２の白色照明手段が設けられることを特徴とする請求項１記載の白色系食品の異物検出装置。
4. 前記搬送コンベアの回転内部に、前記第２の白色照明手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の白色系食品の異物検出装置。
5. 前記撮像領域の近傍に、前記食品から発生した蒸気を吸引する蒸気吸引手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の白色系食品の異物検出装置。
6. 前記第１の白色照明手段が、前記食品から離れた位置に設置された光源に接続され、前記撮像領域に向けて配設された光ファイバーからなることを特徴とする請求項１記載の白色系食品の異物検出装置。

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