JP2010025636A - 異物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の検出能力を向上可能な異物検出装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 異物検出装置１は、検査光Ｌ１に対して透明な材料からなり、異物５が混在している可能性のある被検査物３が載置される搬送部１０と、被検査物３を含む搬送部１０上の被検査領域Ｓ１に対して検査光Ｌ１を照射する照射部２１と、照射部２１による検査光Ｌ１の照射に伴い、被検査領域Ｓ１から反射された反射光Ｒ１のスペクトルを測定する回折格子３１及びカメラ４１からなるラインセンサ４１Ａと、搬送部１０を挟んでラインセンサ４１Ａと反対側に位置しており、被検査領域Ｓ１を通過した検査光Ｌ１のうちラインセンサ４１Ａへ戻る光を減衰させる光減衰部５１と、ラインセンサ４１Ａにより測定された反射光のスペクトルを解析して異物５が混在しているか否かを判定する判定システム６１と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は異物検出装置に関する。

このような分野においては、異物の検出能力を向上させるための研究が進められており、異物の検出能力の向上のための様々な方法が報告されている。例えば、特許文献１には、被検査物の背面に位置して被検査物の表面色に対する補色をなした載置台と、被検査物を照射する照射装置と、被検査物を撮影するカラーカメラと、撮影した画像を処理し異物を認識する処理装置とを備える被検査物の表面検査装置及びその装置を用いた表面検査方法が開示されている。このように、特許文献１においては、異物の検出能力を向上させるため、被検査物の載置台を被検査物の表面色の補色とすることで、被検査物の撮影画面が周辺の背景色の中から浮き出たようにしている。
特開平９−３０４２９号公報

しかし、特許文献１に記載の被検査物の表面検査装置及び表面検査方法によれば、載置台の材料と反射率が近似する異物を検出することが困難である。すなわち、異物検出における載置台の影響を十分に抑制することができず、異物の検出能力を十分に向上することは困難である。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、異物の検出能力を向上可能な異物検出装置を提供することを課題とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る異物検出装置は、検査光に対して透明な材料からなり、異物が混在している可能性のある被検査物が載置される載置台と、被検査物を含む載置台上の被検査領域に対して検査光を照射する照射手段と、照射手段による検査光の照射に伴い、被検査領域から反射された反射光のスペクトルを測定するスペクトル測定手段と、載置台を挟んでスペクトル測定手段と反対側に位置しており、被検査領域を通過した検査光のうち前記スペクトル測定手段へ戻る光を減衰させる光減衰手段と、スペクトル測定手段により測定された反射光のスペクトルを解析して異物が混在しているか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る異物検出装置は、載置台上の被検査領域から反射された反射光のスペクトルを測定するスペクトル測定手段と、載置台を挟んでスペクトル測定手段と反対側に位置しており、被検査領域を透過した検査光を減衰させる光減衰手段を備えている。これにより、スペクトル測定時の背景となる載置台の被検査領域の部分の反射率を効果的に低下させ、背景の識別閾値を下げることができ、これに伴って、反射率が低い異物も識別することができる。従って、本発明に係る異物検出装置によれば、異物の検出能力を向上することができる。

また、光減衰手段は、その内面が照射手段により照射される検査光を吸収する材料で構成された箱状のものであり、光減衰手段の前記被検査領域に対面する部分にスリット状の開口部が設けられていることが好適である。このような構造を採用することにより、スリット状の開口部を通過して光減衰手段の内部に侵入した検査光は、光減衰手段の内部において乱反射を繰り返しながら吸収され、減衰される。従って、簡単な構成で載置台の被検査領域の部分の反射率を効果的に低下させて、背景の識別閾値を低下させることができる。

また、被検査領域は、第１被検査領域及び第２被検査領域からなり、照射手段は、第１被検査領域に対して載置台の上方から第１検査光を照射する第１照射手段と、第２被検査領域に対して載置台の下方から第２検査光を照射する第１照射手段とを有し、スペクトル測定手段は、載置台の上方に設けられており第１被検査領域から反射された反射光を測定する第１スペクトル測定手段と、載置台の下方に設けられており第２被検査領域から反射された反射光を測定する第２スペクトル測定手段とを有し、光減衰手段は、第１スペクトル測定手段及び第２測定手段それぞれに対して載置台を挟んで反対側に位置する第１光減衰手段及び第２光減衰手段を有することが好適である。これにより、載置台の表面及び裏面において同時に異物検出を行うことができ、異物検出の効率化を図ることができる。

また、第１及び第２の検査光は、波長範囲９００ｎｍ〜２５００ｎｍに含まれる中心波長を有することが好適である。

本発明に係る異物検出装置によれば、異物検出率を向上することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る異物検出装置１の概略構成図である。図１に示すように、異物検出装置１は、搬送部（載置台）１０、照射部２１，２３、回折格子３１，３３、ラインセンサ４１Ａ，４３Ａ、光減衰部５１，５３及びパーソナルコンピュータ６０を備える。

搬送部１０は、異物（例えば、毛髪）５が混在している可能性のある被検査物（例えば、豆）３を載置して搬送する。具体的にはベルトコンベアであり、波長範囲９００ｎｍ〜２５００ｎｍに中心波長を有する近赤外線に対する透過率が非常に高い（例えば、９０％）透明な材料からなる。搬送部１０は、被検査物がその表面上に載置されるベルト部１０ａとベルト部１０ａの内面と接している２つのロール部（図示せず）とで構成されている。ロール部はモーター等の回転駆動装置と連結されており、ロール部が回転することによって、ベルト部１０ａが駆動して、ベルト部１０ａに載置されている被検査物３は図１に示すＡ方向（ｘ軸の正方向）に搬送される。ベルト部１０ａの幅は、後述する照射部２１，２３が照射可能な範囲内であり、且つ後述するラインセンサ４１Ａ，４３Ａが測定可能な範囲であることが好ましい。

照射部２１，２３、ラインセンサ４１Ａ，４３Ａ及び光減衰部５１，５３は、搬送部１０で搬送される被検査物３の搬送経路の途中に設置されている。照射部２１，２３は、被検査物３を含む搬送部１０上の被検査領域Ｓ１，Ｓ２に検査光を照射する。具体的に説明すると、照射部２１は、搬送部１０の上方に配置されており、搬送部１０の上方からベルト部１０ａの表面Ｐ１上の被検査領域Ｓ１に検査光Ｌ１を照射する。一方、照射部２３は搬送部１０の下方に配置されており、搬送部１０の下方からベルト部１０ａの表面Ｐ１上の被検査領域Ｓ２に検査光Ｌ２を照射する。なお、検査光Ｌ１及びＬ２は、波長範囲９００ｎｍ〜２５００ｎｍに中心波長を有する近赤外光であり、照射部２１及び２３は、検査光Ｌ１及びＬ２が互いに影響し合わない程度の距離をもって配置されている。

光減衰部５１，５３は、それぞれ搬送部１０を挟んでラインセンサ４１Ａ，４３Ａと反対側に配置されており、光減衰部５１は被検査領域Ｓ１を通った透過光Ｔ１を減衰させるものであり、光減衰部５３は被検査領域Ｓ２を通った透過光Ｔ２を減衰させるためのものである。

図２は、光減衰部５１，５３を上方から見た斜視図である。図２に示すように、光減衰部５１，５３は、その外形が一辺の長さＬ_ｄが１２０ｍｍの立方体の箱状をなしており、上面Ｐ２には中心線Ｌ_Ｃに沿って延在する幅Ｌωが１０ｍｍの長方形状のスリット部（スリット状の開口部）ＳＬが設けられている。なお、光減衰部５１，５３は、それぞれのスリット部ＳＬが被検査領域Ｓ１，Ｓ２に所定の距離をもって対面すると共に被検査領域Ｓ１，Ｓ２を覆うように配置されている。

また、光減衰部５１，５３は、その内面が検査光Ｌ１，Ｌ２に対して反射率の低い材料で構成されている。具体的に説明すると、内面の底面は表面が荒くなっている反射率２％の標準反射板で構成されており、その他の内面は黒色のアクリル板で構成されている。その黒色のアクリル板は、底面の構成する標準反射板より低い拡散反射率を有し、表面が鏡面となっている。また、基準反射板の製品例としてはLabspere社製スペクトル基準反射板、Sphere Optics社製ゼニス標準反射板などが挙げられる。

これにより、被検査領域Ｓ１，Ｓ２を通過し、光減衰部５１，５３のスリット部ＳＬを通過して立方体内に侵入した検査光Ｌ１，Ｌ２は、光減衰部５１，５３の内部で乱反射を繰り返しながら減衰される。

ラインセンサ４１Ａ，４３Ａは、検査光Ｌ１、Ｌ２の照射に伴い、被検査領域Ｓ１，Ｓ２から反射された反射光Ｒ１，Ｒ２を受光して受光された光の強度を測定するものである。具体的には、図１に示すように、ラインセンサ４１Ａは、搬送部１０の上方に配置されて被検査領域Ｓ１から反射される反射光Ｒ１を受光するように設定されており、ラインセンサ４３Ａは、搬送部１０の下方に配置されて被検査領域Ｓ２から反射されて搬送部１０を透過した反射光Ｒ２を受光するように設定されている。ラインセンサ４１Ａ，４３Ａを配置する位置は、それぞれ被検査領域Ｓ１，Ｓ２から反射された反射光Ｒ１，Ｒ２の強度が十分に確保できる位置であれば特に限定されない。

また、ラインセンサ４１Ａ、４３Ａは撮像部（カメラ）４１，４３とその前段の回折格子３１，３３を含む。回折格子３１，３３は、被検査領域Ｓ１，Ｓ２からの反射光Ｒ１，Ｒ２を入力して反射光Ｒ１，Ｒ２を波長に応じてｘ軸方向に分光する。

カメラ４１，４３は、２次元の受光面により回折格子３１，３３により分光された反射光Ｒ１，Ｒ２を受光する。その２次元の受光面は、搬送方向と直交する方向（Ｙ軸方向）の各位置で搬送部１０のＹ軸方向の各位置からの反射光を受光し、搬送方向（Ｘ軸方向）の各位置で回折格子３１、３３により分光された各波長の光を受光する。

これにより、カメラ４１，４３の受光面を構成する各受光センサには被検査領域Ｓ１，Ｓ２中の所定の単位領域から反射された反射光Ｒ１，Ｒ２が波長に応じて分光されて入力される。従って、カメラ４１，４３の２次元の受光面には、ｙ軸方向には被検査領域Ｓ１，Ｓ２の位置情報が受光され、ｘ軸方向には位置情報ごとの波長に対応する光強度情報が受光される。このように、回折格子３１，３３は、被検査領域Ｓ１，Ｓ２から反射された反射光Ｒ１，Ｒ２を分光して、その分光された反射光Ｒ１，Ｒ２がカメラ４１，４３の各２次元の受光面により受光される。そのため、異物検出装置１においては、ラインセンサ４１Ａと、ラインセンサ４３Ａとがスペクトル測定手段として作用する。

カメラ４１，４３は、２次元の受光面による受光により発生する電荷をＡ／Ｄ変換器によってデジタル変換し、波長領域ごとに光強度の分布のデジタルデータを得る。このデジタルデータは、カメラ４１，４３のデータ出力端子からケーブルを通してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）６０に時系列的に伝送される。ＰＣ６０内には、測定された波長領域毎に反射光Ｒ１，Ｒ２の強度の分布をデータ処理及び画像処理を行う判定システム（判定部）６１が取り込まれている。この判定システム６１により、被検査領域Ｓ１，Ｓ２に異物が存在するか否かが判定される。

以下、判定システム６１により行われる異物が存在するか否かを判定する方法について具体的に説明する。判定システム６１はピクセル単位（受光素子のx軸の１ライン単位）に判定を行う。まず、被検査領域Ｓ１からの反射光Ｒ１の特定波長（波長λ_１とλ_２を含む予め決められた複数の波長）の反射率が全て背景閾値以下である部分を背景であると判断し、それ以外の部分を要識別領域（被検査物３または異物５）であると判定する。その後、要識別領域に対して複数の波長毎の反射率を演算し、被検査物３と異物５を判別する。

この演算方法の一例を、図３を用いて説明する。図３は、被検査領域Ｓ１からの反射光Ｒ１の特定波長λ_１とλ_２の強度分布を示す図である。被検査物３では波長λ_１の反射率が波長λ_２の反射率の２倍程度になるが、異物５ではその反射率は同程度となる。そこで、波長λ_１と波長λ_２の反射率の比が１．５を超えるピクセルでは被検査物３が検出されたと判定し、その比率が１．５以下の場合には異物５が検出されたと判定することで被検査物３及び異物５を判別する。なお、判定システム６１は、検出性能を更に向上させるため、特定エリア内に異物が検出されたと判定されるピクセルが複数個まとまって存在するときにのみ異物５が存在すると判定する。すなわち、例えば５×５の２５ピクセル内に異物５が検出されたと判定されるピクセルが３個以上まとまって存在する場合に異物５として認識する。この判定方法は、あくまで単純化した一例であり、ＰＣ６０に組み込まれた判定システム６１においては、更に複雑で識別能力の高い判定アルゴリズムが組み込まれていてもよい。

以下、異物検出装置１の動作を説明する。

搬送部１０へ被検査物３の供給が開始されると、照射部２１，２３から検査光Ｌ１，Ｌ２が発せられ、被検査領域Ｓ１，Ｓ２に検査光Ｌ１，Ｌ２が照射される。検査光Ｌ１，Ｌ２の照射により被検査領域Ｓ１，Ｓ２から反射光Ｒ１，Ｒ２が発生し、各反射光は回折格子３１，３３により波長に応じてｘ軸方向に分光されてカメラ４１，４３の２次元の受光面により受光される。

一方、被検査領域Ｓ１，Ｓ２を通過した透過光Ｔ１，Ｔ２は光減衰部５１，５３により減衰される。カメラ４１，４３の２次元の受光面による受光により発生する電荷はＡ／Ｄ変換器によってデジタル変換され、波長領域ごとに光強度の分布のデジタルデータが得られる。このデジタルデータは、カメラ４１，４３のデータ出力端子からケーブルを通してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）６０に時系列的に伝送され、ＰＣ６０内に取り込まれている判定システム（判定部）６１より、上述した判定方法で異物５が存在するか否かが判定される。

本実施形態に係る異物検出装置１は、搬送部１０の被検査領域Ｓ１から反射された反射光Ｒ１を分光する回折格子３１及び分光された反射光Ｒ１を受光するカメラ４１からなるラインセンサ４１Ａと、搬送部１０の被検査領域Ｓ２から反射された反射光Ｒ２を分光する回折格子３３及び分光された反射光Ｒ２を受光するカメラ４３からなるラインセンサ４３Ａとを備える。また、搬送部１０を挟んでラインセンサ４１Ａ（ラインセンサ４３Ａ）と反対側に位置しており、被検査領域Ｓ１（被検査領域Ｓ２）を透過した透過光Ｔ１（透過光Ｔ２）のうちラインセンサ４１Ａ（ラインセンサ４３Ａ）に戻る光を減衰させる光減衰部５１（光減衰部５３）を備えている。

分光分析から異物を判別する場合に、異物５の検出能力を向上させるためには、背景となる搬送部１０の材料がいかなる材料からなる異物５とも異なる反射特性を有することが好ましい。本発明においては、このような構成を採用するこれにより、スペクトル測定時における被検査領域Ｓ１，Ｓ２の背景の反射率を効果的に低下させ、背景の識別閾値を下げることができる。そのため、背景といかなる材料からなる異物５との反射特性の差別化を図ることができ、反射率が低い異物も識別することができる。従って、本発明に係る異物検出装置によれば、異物の検出能力を向上することができる。

また、光減衰部５１，５３は、その内面が照射手段により照射される光を吸収する材料で構成された箱状のものであり、光減衰部５１，５３の被検査領域Ｓ１，Ｓ２に所定の距離をもって対面する部分にスリット部ＳＬが設けられている。これにより、スリット部ＳＬを通過して光減衰部５１，５３の内部に侵入した透過光Ｔ１，Ｔ２は、光減衰部５１，５３の内部において乱反射を繰り返しながら吸収されて減衰される。そのため、簡単な構成で被検査領域Ｓ１，Ｓ２の搬送部１０の部分の反射率を効果的に低下させて、背景の識別閾値を低下させることができる。

図４は、光減衰部５１，５３の異物検出装置１の異物の検出能力の向上に対する寄与を説明するための図である。スペクトルＳＰ１は、異物検出装置１の搬送部１０上の被検査領域Ｓ１に異物を載置せずに、回折格子３１及びカメラ４１を用いて測定した被検査領域Ｓ１のスペクトルである。スペクトルＳＰ１から、光減衰部５１を設けることで背景の反射率が十分に低下することが分かる。

スペクトルＳＰ２、ＳＰ３は異物検査装置１を用いて測定した２％標準反射板からの反射スペクトルである。また、スペクトルＳＰ４、ＳＰ５は異物検査装置１を用いて測定した反射率の低い石の反射スペクトルである。２％標準反射板を用いても、標準反射板表面の汚れなどの影響を受けてＳＰ２の様に比較的高い反射率を示す事もあれば、ＳＰ３の様に本来の反射率に近い値を示す事もあり、ある程度のバラツキがある。反射率の低い石もＳＰ４の様に比較的高い反射率を示す石もあれば、ＳＰ５の様に２％標準反射板と同程度の反射率を示す石もある。

このような状況で被検査領域Ｓ１、Ｓ２の背景に２％標準反射板を使用すると、ＳＰ４の様に比較的高い反射率を示す石は識別できても、ＳＰ５の様に２％標準反射板と同程度の反射率を示す石は背景との識別が困難となる。異物検査装置１に示す様に被検査領域Ｓ１，Ｓ２の背景に光減衰部５１，５３を設ける事により、ＳＰ５の様な反射率の極めて低い石も背景との識別が可能となり、十分に検出できるようになる。

また、異物検出装置１は、搬送部１０の上方に第１スペクトル測定手段として作用をする回折格子３１及びカメラ４１を有し、搬送部１０の下方に第２スペクトル測定手段として作用をする回折格子３３及びカメラ４３を有する。また、異物検出装置１は、搬送部１０を挟んで回折格子３１及びカメラ４１の反対側に位置する第１光減衰部５１を有し、搬送部１０を挟んで回折格子３３及びカメラ４３の反対側に位置する第２光減衰部５３を有する。これにより、搬送部１０の表面及び裏面において同時に異物検出を行うことができ、異物検出の効率化を図ることができる。

また、回折格子３１及びカメラ４１と、回折格子３３とカメラ４３とがスペクトル測定手段として用いられるため、波長可変フィルターを用いる方式等に比べて、波長分解特性に優れ、異物の検出感度が向上する。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、本実施形態において、光減衰部５１，５３は箱状の立方体になっているが、これに限定される必要はなく、他の形状を有するものであってもよい。

また、本実施形態のおいては、搬送部としてベルトコンベヤが用いられているが、ターンテーブルなどであってもよい。また、スペクトル測定部として回折格子３１，３３及び複数のラインセンサからなる２次元の受光面を有するカメラ４１，４３が採用されているが、波長可変フィルターとエリアセンサ等からなる通常の２次元の受光面を有するカメラで構成されるものであってもよい。

本実施形態に係る異物検出装置の概略構成図である。 図１の光減衰部を上方から見た斜視図である。 図１の異物検出装置の判定システムにより行われる異物の判定方法を説明するための図である。 図１の光減衰部の異物検出装置の異物の検出能力の向上に対する寄与を説明するための図である

符号の説明

１…異物検出装置、３…被検査物、５…異物、１０…搬送部、２１，２３…照射部、３１，３３…回折格子、４１Ａ，４３Ａ…ラインセンサ、４１，４３…カメラ、５１，５３…光減衰部、６１…判定システム、Ｓ１，Ｓ２…被検査領域、Ｌ１，Ｌ２…検査光、ＳＬ…スリット部。

Claims (4)

1. 検査光に対して透明な材料からなり、異物が混在している可能性のある被検査物が載置される載置台と、
   前記被検査物を含む前記載置台上の被検査領域に対して前記検査光を照射する照射手段と、
   前記照射手段による前記検査光の照射に伴い、前記被検査領域から反射された反射光のスペクトルを測定するスペクトル測定手段と、
   前記載置台を挟んで前記スペクトル測定手段と反対側に位置しており、前記被検査領域を通過した前記検査光のうち前記スペクトル測定手段へ戻る光を減衰させる光減衰手段と、
   前記スペクトル測定手段により測定された前記反射光のスペクトルを解析して前記異物が混在しているか否かを判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする異物検出装置。
2. 前記光減衰手段は、その内面が前記照射手段により照射される前記検査光を吸収する材料で構成された箱状のものであり、前記光減衰手段の前記被検査領域に対面する部分にスリット状の開口部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の異物検出装置。
3. 前記被検査領域は、第１被検査領域及び第２被検査領域からなり、
   前記照射手段は、前記第１被検査領域に対して前記載置台の上方から第１検査光を照射する第１照射手段と、前記第２被検査領域に対して前記載置台の下方から第２検査光を照射する第１照射手段とを有し、
   前記スペクトル測定手段は、前記載置台の上方に設けられており前記第１被検査領域から反射された反射光を測定する第１スペクトル測定手段と、前記載置台の下方に設けられており前記第２被検査領域から反射された反射光を測定する第２スペクトル測定手段とを有し、
   前記光減衰手段は、前記第１スペクトル測定手段及び前記第２測定手段それぞれに対して前記載置台を挟んで反対側に位置する第１光減衰手段及び第２光減衰手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の異物検出装置。
4. 前記第１及び第２の検査光は、波長範囲９００ｎｍ〜２５００ｎｍに含まれる中心波長を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の異物検出装置。
   

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