JP2015014527A - Abnormality detection device and abnormality detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検査対象物中に混在する異状を検出する異状検出装置及びこの異状検出装置による異状検出方法に関する。 The present invention relates to an abnormality detection device that detects an abnormality mixed in an inspection object and an abnormality detection method using the abnormality detection device.
従来から、加工ライン上を流れる検査対象物に混在する異物又は不良品の検知を目的として、検査対象物を撮像した後、その画像データを分析して異常の有無を判断する装置が知られている。例えば、特許文献1では、コンベア上を移動する検査対象物に対してUV光、可視光、又は赤外光を照射すると共にコンベア上方に配置したカメラで撮像し、画像処理によって混入異物を検出する方法が示されている。ここで、特許文献1の方法により、検査対象物を撮像して得られた異物又は不良品をスペクトル分析する場合には、物質毎の固有の吸収スペクトルが現れやすい近赤外の波長領域の光を用いて測定を行うことが好ましく、種々の方法が検討されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an apparatus for imaging an inspection object and analyzing the image data to determine whether there is an abnormality after detecting the foreign object or defective product mixed in the inspection object flowing on the processing line. Yes. For example, in
しかしながら、検査対象物が水分を多く含む物質である場合、近赤外光の波長領域、特に波長1350nm以上の波長域では水による吸収が大きくなり、他の物質に由来するピークが確認しづらくなる。したがって、近赤外光の波長領域の測定では異物又は不良品の検出が困難であった。 However, when the object to be inspected is a substance containing a large amount of water, absorption by water increases in the near-infrared wavelength region, particularly in the wavelength region of 1350 nm or more, and it is difficult to confirm peaks derived from other materials. . Therefore, it is difficult to detect foreign matters or defective products in the measurement of the wavelength region of near infrared light.
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、水分を多く含む物質が検査対象物である場合であっても異状の検出を行うことが可能な異状検出装置及びこの異状検出装置を用いた異状検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an abnormality detection device capable of detecting an abnormality even when a substance containing a large amount of water is a test object, and an abnormality using the abnormality detection device. An object is to provide a detection method.
上記目的を達成するため、本発明に係る異状検出装置は、水平面に対して傾斜し、水分を含有し流動性を有する検査対象物をその表面で移動させると共に表面とは逆側の裏面に拡散反射板が取り付けられた流路と、流路の照射領域上を移動する検査対象物に対して近赤外光を出射する光源部と、光源部からの近赤外光を照射された検査対象物からの光を分光して撮像し、スペクトルデータを出力する撮像部と、撮像部によって出力されたスペクトルデータに基づいて異状を検出する分析部と、を備え、流路は、照射領域が透光性を有する材料からなり、拡散反射板の反射面は流路の裏面と対向するように照射領域に取り付けられることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the abnormality detection device according to the present invention is inclined with respect to a horizontal plane, moves a test object containing moisture and fluidity on the surface, and diffuses on the back surface opposite to the surface. A flow path to which a reflector is attached, a light source unit that emits near-infrared light to an inspection object that moves on an irradiation area of the flow path, and an inspection target that is irradiated with near-infrared light from the light source unit An imaging unit that spectrally captures light from an object and outputs spectral data; and an analysis unit that detects an abnormality based on the spectral data output by the imaging unit. It is made of a material having optical properties, and is characterized in that the reflection surface of the diffuse reflection plate is attached to the irradiation region so as to face the back surface of the flow path.
また、本発明に係る異状検出方法は、水平面に対して傾斜し、水分を含有し流動性を有する検査対象物をその表面で移動させると共に表面とは逆側の裏面に拡散反射板が取り付けられ、流路の照射領域は透光性を有する材料からなり、拡散反射板の反射面が流路の裏面と対向するように照射領域に取り付けられた異状検出装置による異状検出方法であって、光源部から流路の照射領域上を移動する検査対象物に対して近赤外光を出射するステップと、光源部からの近赤外光を照射された検査対象物からの光を分光して撮像し、スペクトルデータを出力するステップと、スペクトルデータを出力するステップにおいて出力されたスペクトルデータに基づいて異状を検出するステップと、を備えることを特徴とする。 Further, the abnormality detection method according to the present invention is such that a test object that is inclined with respect to a horizontal plane, contains moisture and has fluidity is moved on the surface, and a diffuse reflector is attached to the back surface opposite to the surface. An abnormality detection method using an abnormality detection device attached to the irradiation region so that the irradiation region of the flow channel is made of a light-transmitting material and the reflection surface of the diffuse reflector is opposed to the back surface of the flow channel, A step of emitting near-infrared light to the inspection object moving on the irradiation area of the flow path from the section, and spectrally imaging the light from the inspection object irradiated with the near-infrared light from the light source section And outputting the spectrum data, and detecting an abnormality based on the spectrum data output in the step of outputting the spectrum data.
上記の異状検出装置及び異状検出方法によれば、光源部から近赤外光を照射する照射領域を水平面に対して傾斜する流路に設け、検査対象物が傾斜した流路の表面上を移動している状態でスペクトルデータを取得する構成としている。これにより、近赤外光が検査対象物の底側(流路の表面側)にまで到達するように検査対象物の厚さを調整することができ、水による吸収の影響を小さくした状態で検査対象物に係るスペクトルデータを得ることができるため、水分を含有し流動性を有する検査対象物であってもその中に含まれる異状を精度よく検出することができる。さらに、流路の照射領域について、透光性を有する材料からなる構成として、裏面側に拡散反射板を設ける構成とすることで、撮像部に入射する光量を大きくすることができる。さらに、裏面側に拡散反射板を設ける構成とすることで拡散反射板と検査対象物とが接触しない構成となり、拡散反射板の汚れも防止することができる。 According to the above-described abnormality detection device and abnormality detection method, the irradiation region for irradiating near infrared light from the light source unit is provided in the channel inclined with respect to the horizontal plane, and the inspection object moves on the surface of the inclined channel. In this state, the spectrum data is acquired. As a result, the thickness of the inspection object can be adjusted so that the near-infrared light reaches the bottom side (the surface side of the flow path) of the inspection object, and the influence of water absorption is reduced. Since spectrum data concerning the inspection object can be obtained, even if the inspection object contains water and has fluidity, it is possible to accurately detect abnormalities contained therein. Furthermore, with respect to the irradiation region of the flow path, the amount of light incident on the imaging unit can be increased by providing a diffuse reflection plate on the back side as a configuration made of a light-transmitting material. Further, by providing the diffuse reflector on the back side, the diffuse reflector and the inspection object do not come into contact with each other, and the diffuse reflector can be prevented from being stained.
ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、例えば、検査対象物と撮像部との間にNDフィルタを更に備える態様が挙げられる。 Here, as a configuration that effectively exhibits the above-described operation, for example, an aspect in which an ND filter is further provided between the inspection target and the imaging unit can be cited.
上記のようにNDフィルタを更に備える構成とすることで、例えば、NDフィルタを用いてバックグラウンドデータを取得してこれを用いて補正をすることができ、水による吸収が大きく拡散反射光の光量が少ない検査対象物を撮像した場合であってもそのスペクトルデータに含まれる小さな変化についても検出可能となり、異状検出精度が向上する。 With the configuration further including the ND filter as described above, for example, the background data can be acquired using the ND filter and can be corrected using the ND filter, and the amount of diffuse reflected light is greatly absorbed by water. Even when a small number of inspection objects are imaged, small changes included in the spectrum data can be detected, and abnormality detection accuracy is improved.
また、近赤外光は、1300nm〜2400nmの波長範囲の少なくとも一部を含む光である態様が挙げられる。 Moreover, the aspect which is at least one part of the wavelength range of 1300 nm-2400 nm is mentioned for near infrared light.
このように、水の吸収による影響が特に大きい1300nm〜2400nmの波長範囲に含まれる光を近赤外光として用いる場合であっても異状の検出を好適に行うことができる。 As described above, even when light included in a wavelength range of 1300 nm to 2400 nm that is particularly affected by water absorption is used as near-infrared light, abnormal detection can be suitably performed.
本発明によれば、水分を多く含む物質が検査対象物である場合であっても異状の検出を行うことが可能な異状検出装置及びこの異状検出装置を用いた検出方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is a case where the substance containing much moisture is a test subject, the abnormality detection apparatus which can detect abnormality, and the detection method using this abnormality detection apparatus are provided.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本発明の実施形態である異状検出装置100について図1を用いて説明する。異状検出装置100は、流路10上を移動する流動性を有する検査対象物1に混入した異物や検査対象物1の変質等の異状の有無を検査する装置である。本実施形態に係る異状検出装置100の検査対象物1としては、食品等の原材料や製品等であって水分を多く含有し流動性を有するものが挙げられる。このような検査対象物としては、例えば、フルーツコンポート、はちみつ、ジャム等を挙げられ、液体と固体とが混合したような構成であってもよい。また、異状検出装置100による検出対象としては、毛髪等の生体由来物や、製造装置等に由来する金属及び夾雑物等の異物が挙げられる。また、検査対象物1の変質等の異状も異状検出装置100による検出対象となる。異状検出装置100は、測定光を検査対象物1に対して照射することにより得られる拡散反射光のスペクトルを測定し、そのスペクトルに基づいて検査対象物1に付着した異物及び変質等(以下、異物及び変質を併せて「異状」という)を検出する。このため、異状検出装置100は、光源部20、撮像部30、及び分析部40を備える。また、光源部20からの光を撮像部30に入射させるための拡散反射板50が検査対象物1の流路10の裏面側に取り付けられる。
An
流路10は、水平面に対して傾斜した第1流路11と第1流路11の下流側に連続して設けられた第1流路11よりも傾斜角が緩やかな第2流路12とを含んで構成される。傾斜した流路10上を検査対象物1が移動することで、流路10上を移動する検査対象物1の厚みが調整される。例えば、第2流路12が水平面であって、第2流路12における検査対象物1の移動速度が1分あたり1mである場合に、第1流路11の傾斜を変更して第1流路11における検査対象物1の移動速度を1分あたり5mとなるようにしたとする。この場合、第1流路11を移動する間は検査対象物1の厚みを第2流路12移動時と比較して1/5とすることができる。傾斜角と移動速度との関係は、検査対象物1の粘性にも大きく影響するため、検査対象物1の種類に応じてその対応関係を事前に求めることが好ましい。
The
光源部20は、一定の波長帯域を有する測定光を、流路10上の所定の照射領域A1へ向けて照射する。光源部20が照射する測定光の波長範囲は、検査対象物1や、検出対象となる検査対象物1に付着した異物及び変質等の異状に応じて適宜選択される。測定光として近赤外光を用いる場合、具体的には、波長範囲が800nm〜2500nmの光が好適に用いられるが、近赤外光に代えて可視光を測定光として用いることも可能である。また、スーパーコンティニューム(SC)光を発生する光源(SC光源)を光源部20として用いることもできる。
The light source unit 20 irradiates measurement light having a certain wavelength band toward a predetermined irradiation region A1 on the
照射領域A1とは、検査対象物1が移動する流路10のうち第1流路11の表面の一部の領域である。この照射領域A1は、検査対象物1の移動方向(図1のy軸方向)に対して垂直な幅方向(x軸方向)に延び、第1流路11の一方の端から他方の端までを覆うライン状に延びる領域である。そして、照射領域A1の延在方向に垂直な方向(y軸方向)における照射領域A1の幅は本実施形態では10mm以下とされる。(照射領域の幅は10mm以上であってもよいが、熱の影響を受けやすくなる。)
The irradiation area A1 is a partial area on the surface of the
ここで、第1流路11のうち、照射領域A1となる領域は、少なくとも光透過性を有する材質とされる。このような材質としては、例えば石英ガラスが挙げられる。さらに、第1流路11の表面(検査対象物1が載置される面)とは逆側の第1流路の裏面には、拡散反射板50が、その反射面が第1流路の裏面と対向するように取り付けられる。
Here, the area | region used as irradiation area | region A1 among the
また、拡散反射板50が取り付けられた第1流路11は、拡散反射板50が取り付けられた下流側領域11Aが軸11Bを中心に下方へ回動可能な構成とすることもできる。この場合、下流側領域11A上の検査対象物1を下方へ落とすことで流路10上から除去することが可能となる。この下流側領域11Aの回動は、後述の分析部40による分析結果に基づいて行われることが好ましい。このような構成とすることで、異状が検出された検査対象物1を流路10から容易に除去することが可能となる。異状が検出された検査対象物1を下方に排出する下流側領域11Aを流路10上に設ける場合、異状を検出した地点(撮像部30による撮像を行う領域)のすぐ近傍で排出することが望ましい。これは流路上での検査対象物1の移動速度が一定であったとしても、異状を示す部分(又は物質)の大きさ又は形状によっては、その移動速度が検査対象物1とは異なる場合がある。移動速度が異なる場合、撮像部30による撮像を行う領域からの距離が大きくなると、その距離に比例して、異状を示す部分の位置の特定が困難になり、確実に排出することが難しくなる。そのため、照射領域A1の近傍で異状を示す部分を除去することが好ましく、本実施形態に係る異状検出装置100の下流側領域11Aのように照射領域A1を含む構成とすることもできる。
Moreover, the
なお、図1では、説明のために第1流路11の下流側の軸11Bよりも下側が回動可能な構成とされているが、例えば第1流路11全体を回動可能とする構成としてもよい。その場合に、第1流路11の下端側で異状検出に係る測定をすることが好ましいが、上流側で異状検出に係る測定を行い、上流側を回動可能とする構成としてもよい。また、分析部40がスペクトル分析の結果異状を検出した後に分析部40からの指示に基づいて下流側領域11Aが可動するまでには、0.01秒程度のタイムラグが生じると考えられる。したがって、検査対象物の移動速度を考慮して、下流側領域11A(回動する領域)の位置を設定する必要がある。
In FIG. 1, for the sake of explanation, the lower side of the
光源部20は、光を出射する光源と、光源からの光を1次元のライン状の照射領域A1に対して出射する照射部とを含んで構成される。光源部20からSC光を出射する場合、光源は種光源及び非線形媒質を備え、種光源から出射される光を非線形媒質に入力し、非線形媒質中における非線形光学効果によりスペクトルを広帯域に広げてSC光を出力する。また、照射部としては、例えばシリンドリカルレンズが好適に用いられる。 The light source unit 20 includes a light source that emits light and an irradiation unit that emits light from the light source to the one-dimensional line-shaped irradiation region A1. When the SC light is emitted from the light source unit 20, the light source includes a seed light source and a nonlinear medium. The light emitted from the seed light source is input to the nonlinear medium, and the spectrum is broadened to a wide band by the nonlinear optical effect in the nonlinear medium. Output light. In addition, for example, a cylindrical lens is preferably used as the irradiation unit.
光源部20から出力された近赤外光L1は、照射領域A1上に載置された検査対象物1により拡散反射される。そして、その一部が、拡散反射光L2として撮像部30に入射する。また、検査対象物1を透過した光は、照射領域A1から第1流路11を透過し拡散反射板50により拡散反射され、その一部が拡散反射光L2として撮像部30に入射する。
The near-infrared light L1 output from the light source unit 20 is diffusely reflected by the
撮像部30は、ハイパースペクトル画像を取得するハイパースペクトルセンサとしての機能を有する。ハイパースペクトル画像とは、一画素がN個の波長データにより構成されている画像であり、画素毎にそれぞれ複数の波長に対応した反射強度データからなるスペクトル情報が含まれている。すなわち、ハイパースペクトル画像は、画像を構成する画素毎に、それぞれ複数波長の強度データを持つという特徴から、画像としての二次元的要素と、スペクトルデータとしての要素をあわせ持った三次元的構成のデータである。なお、本実施形態では、ハイパースペクトル画像とは、1画素あたり少なくとも5つの波長帯域における強度データを保有している画素によって構成された画像のことをいう。
The
撮像部30は、カメラレンズ31と、スリット32と、分光器33と、受光部34と、を備える。この撮像部30は、その視野領域30Sが検査対象物1の移動方向に対して垂直な方向(x軸方向)に延びている。撮像部30の視野領域30Sは、第1流路11の表面の照射領域A1に含まれるライン状の領域であって、スリット32を通過した拡散反射光L2が受光部23上に像を結ぶ領域である。
The
スリット32は、照射領域A1の延在方向(x軸方向)と平行な方向に開口が設けられる。撮像部30のスリット32に入射した拡散反射光L2は、分光器33へ入射する。分光器33は、スリット32の延在方向と垂直、すなわち照射領域A1の延在方向に垂直な方向(y軸方向)に拡散反射光L2を分光する。
The
受光部34は、複数の受光素子が2次元に配列された受光面23を備え、各受光素子が分光器33により分光された光を受光する。これにより、複数の受光素子が第1流路11上の幅方向(x軸方向)に沿った各位置で反射した拡散反射光L2の各波長の光をそれぞれ受光することとなる。各受光素子は、受光した光の強度に応じた信号を位置と波長とからなる二次元平面状の一点に関する情報として出力する。この受光部34の受光素子から出力される信号が、ハイパースペクトル画像に係る画像データとして、撮像部30から分析部40に送られる。
The
なお、撮像部30と検査対象物1との間にNDフィルタ38をさらに備える構成としてもよい。ND(Neutral Density)フィルタ38とは、レンズに入る光の量を光の波長に関係なく所定の割合で減少させるフィルタである。NDフィルタを用いることで、検査対象物1からの光量が不十分であったとしても、より高精度に検出することができる。この点については後述する。
In addition, it is good also as a structure further equipped with the
分析部40は、入力された信号により拡散反射光L2のスペクトルを得て、この得られたスペクトルに基づいて検査を行う。検査対象物1に含まれる異物を検出する場合は、次のような原理で検査を行う。異物は、光源部20から出力される測定光(本実施形態では近赤外光)の波長範囲において吸収帯域を有する。そこで、検査対象物1により拡散反射した拡散反射光L2によるハイパースペクトル画像において画素毎に含まれて複数の強度データにより構成されるスペクトル情報を参照し、異物に由来する特定の吸収ピークを検出することにより、異物を検出する。また、検査対象物1に含まれる水分や糖分の量を測定する場合は、次のような原理で検査を行う。例えば、糖分は波長1500nm付近と波長2100nm付近に吸収ピークを有するので、検査対象物1中に糖分が含まれる場合は、これらの波長の前後少なくとも100nmの範囲の近赤外光を照射し、拡散反射光L2のスペクトルを分析することで、食品中の糖分に由来するピークを検出することができる。糖分に由来するピークの位置や強度から、糖分の種類やその含有量を求めることができ、検査対象物1の異状を検出したり、品質を評価したりすることができる。そして、この分析部40による分析の結果は、例えば分析部40に接続されるモニタや、プリンタ等に出力することによって、この異状検出装置100のオペレータに通知される。
The
この分析部40は、CPU(Central Processing Unit)、主記憶装置であるRAM(RandomAccess Memory)及びROM(Read Only Memory)、検出ユニット等の他の機器との間の通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。そして、これらの構成要素が動作することにより、分析部40としての機能が発揮される。その分析部40による分析処理の概要やその具体的な手法については後述する。
The
上記の異状検出装置100を用いた異状検出方法としては、流動性を有する検査対象物1を第1流路11の上流側に投入することで、検査対象物1は、第1流路11の傾斜に沿って、上流側から下流側に移動し、さらに第2流路12へ移動する。このとき、光源部20から検査対象物1が移動する第1流路11上の照射領域A1に対して近赤外光L1を照射することで、検査対象物1による拡散反射光や、検査対象物1の透過光のうち拡散反射板50において拡散反射された光が撮像部30のカメラレンズ31に入射し、スリット32、分光器33により分光された後に、複数の受光素子によって受光される。これにより、受光部34の受光素子から出力される信号が、ハイパースペクトル画像に係る画像データとして、撮像部30から分析部40に送られて、分析部40において検査対象物1における異状の有無を検出する。
As an abnormality detection method using the above-described
ここで、異状検出装置100による検査対象物1が水分を含有し流動性を有するものであるため、近赤外光を照射した場合には水による吸収の影響が大きくなり、検査対象物1のスペクトルデータを得ることができないことが考えられる。そこで、検査対象物1の画像を取得するために近赤外光を照射する照射領域A1を水平面に対して傾斜する第1流路11に設け、検査対象物1が傾斜した流路の表面上を移動している状態でスペクトル画像を取得する構成としている。これにより、近赤外光が検査対象物1の底側(第1流路11の表面側)にまで到達するように検査対象物1の厚さを調整することができ、水による吸収の影響を小さくした状態で検査対象物に係るスペクトルデータを得ることができるため、水分を含有し流動性を有する検査対象物であってもその中に含まれる異状を精度よく検出することができる。また、異状検出装置100では、検査対象物1の厚さの調整は、検査対象物1の粘度に応じて第1流路11の傾斜角を変更することで対応できるため、容易に調整をすることができる。
Here, since the
また、検査対象物1の異状の検出をするためには、水による吸収の影響をより小さくすることが好ましいが、検査対象物1には水が含まれていることから影響を除去することは困難であることから、撮像部30に入射する光の量を大きくするための構成が望まれる。そこで、異状検出装置100では、第1流路11の裏面側に、全測定波長範囲において高い反射率を有する拡散反射板50を設ける構成とした。さらに、異状検出装置100では、拡散反射板50と撮像部30とを結ぶ領域であって検査対象物1の撮像を行う領域、すなわち、光源部20からの近赤外光を照射する照射領域A1を測定光である近赤外光に対して透光性を有する材料からなる構成とした。撮像部30に入射する光の量を大きくするためには、例えば、撮像部30における拡散反射光の撮像においてバックグラウンドとなる第1流路11の表面を拡散反射板にすることが望ましいが、この構成とすると拡散反射板の反射面が検査対象物と接触するために汚れやすく反射率が低下すると考えられる。したがって、上記のように裏面側に拡散反射板50を設ける構成とすることで、第1流路11表面を拡散反射板にした場合と同じ反射率が得られ、且つ、拡散反射板の汚れも防止することができる。さらに、第1流路11の表面が汚れた場合の清掃も容易となり測定精度を容易に維持することができる。
Further, in order to detect an abnormality in the
そして、上記の構成は、1300nm〜2400nmの波長範囲の少なくとも一部を含む光を近赤外光として用いるときに特に好適に用いられる。すなわち、水の吸収の影響が大きい上記の波長範囲に含まれる光を測定光とする場合に、本実施形態に係る異状検出装置100は上記の作用をより効果的に奏することができる。
And said structure is used especially suitably when using the light containing at least one part of a wavelength range of 1300 nm-2400 nm as near-infrared light. That is, when the light included in the wavelength range having a large influence of water absorption is used as measurement light, the
また、検査対象物1の異状を検出する構成としては、検査対象物1の一方側から近赤外光を出射し、検査対象物1を透過した光を他方側で受光する透過系で測定する方法も考えられる。ただし、透過系を採用した場合には、近赤外光が検査対象物1を透過しなかった場合には、撮像部側では黒い物体が撮像されることとなる。ここで、検査対象物1に例えば果肉の塊等の近赤外光を透過しづらい物質が含まれている場合、測定の結果近赤外光を透過しない物体が検査対象物1に含まれていたとしても、それが正常品に含まれているものなのか、異状を示すものであるかの識別ができないため、異状検出の精度としては十分ではなくなる。これに対して本実施形態に係る異状検出装置100では、近赤外光を照射することによる検査対象物1からの拡散反射光を撮像部30で受光する構成とすることで、近赤外光を透過しづらい物質が含まれていたとしても拡散反射光を撮像部30で得ることができるため、スペクトルの解析によって異状か否かの識別を行うことが可能となる。
Moreover, as a structure which detects the abnormality of the
次に、異状検出装置100を用いた測定における測定精度の向上を目的としたセットアップについて説明する。本実施形態に係る異状検出装置100において検査対象物に係るスペクトルデータを安定して取得するためには、検査対象物1について撮像したスペクトルデータの補正を行う必要がある。その方法としては、遮光した状態で撮影したスペクトルデータを反射率0%とし、拡散反射板を撮影したスペクトルデータを反射率100%として換算するように以下の式により補正を行う方法が挙げられる。
Data=[Data(real)−Data(dark)]/[Data(white)−Data(dark)]
(反射率として%表示にする場合には上式に100をかける)
Data(dark):遮光時の受光強度
Data(white):拡散反射板を撮影した際の受光強度
Data(real):検査対象物を撮影した際の受光強度
Next, a setup for the purpose of improving measurement accuracy in measurement using the
Data = [Data (real) −Data (dark)] / [Data (white) −Data (dark)]
(If the reflectance is displayed in%, multiply 100 by the above formula)
Data (dark): Received light intensity when shaded
Data (white): Received light intensity when photographing a diffuse reflector
Data (real): Received light intensity when photographing the inspection object
上記の補正を行うことで、各受光素子から出力される反射率はData(white)を撮影した場合でも白飛びしないように調整することができる。一方で、上記の補正を行った場合には検査対象物1を測定した場合、液体部分の特に水による吸収の影響で、撮像部30において得られる検査対象物1の反射率は低くなるために、撮像部30のダイナミックレンジを有効に使うことができない場合がある。具体的には、例えば検査対象物の反射率の最大値が10%程度しか得られないような場合もある。上記のように検査対象物を測定した場合の反射率の最大値が低い場合には異状の検出が困難となることが考えられる。
By performing the correction described above, the reflectance output from each light receiving element can be adjusted so as not to be blown out even when Data (white) is photographed. On the other hand, when the above-described correction is performed, when the
そこで、上記の補正を行うためのData(white)を取得する際に、拡散反射板を直接撮影するのではなく、10%透過のNDフィルタを拡散反射板との間に配置して拡散反射板を撮影し、その際に得られた受光素子からの出力が反射率100%相当となるように補正を行うこと方法が有効となる。より具体的には、10%透過のNDフィルタを透過して撮影した際の受光素子からの出力が撮像部30による出力のフルスケールに対して80〜90%となるように光源20からの光量を調整することで、暗い検査対象物を撮影する場合であっても80〜90%の出力が得られるようになり、撮像部30の機能を十分に活用して測定データのS/N比を向上させて検出率を上げることができる。なお、検査対象物を撮像した際の明るさ(受光部において各受光素子が受光する光の強度)は、検査対象物の粘度による厚さの影響、及び、検査対象物の吸収特性の影響を受ける。したがって、検査対象物ごとに最適なNDフィルタの透過率は変化する。NDフィルタを用いる場合には、検査対象物をNDフィルタ無しで一度測定した後に、その最大反射率から最適なNDフィルタの透過率を選択することが好ましい方法である。
Therefore, when acquiring Data (white) for performing the above correction, instead of directly photographing the diffuse reflector, a 10% transmission ND filter is disposed between the diffuse reflector and the diffuse reflector. It is effective to perform a correction so that the output from the light receiving element obtained at that time is equivalent to a reflectance of 100%. More specifically, the amount of light from the light source 20 is such that the output from the light receiving element is 80 to 90% with respect to the full scale of the output by the
ここで、図1の異状検出装置100を用いて評価を行った結果の一例を示す。図1では、検査対象物をマーマレードとし、異状を示す部分(異物)としてプラスチックとした。図1では、全波長域に亘って97%程度の反射率を有する拡散反射板を反射面が上面となるように配置し、その上に透光性を有する材料からなる照射領域に相当する石英ガラスを載置し、その上に検査対象物又は異物を載置して、光源部20から1100nm〜2200nmの波長域の近赤外光を照射してそのスペクトルを撮像部30において取得した。また、データの補正には、上記の補正方法を用い、検査対象物を置かずに石英ガラス越しに拡散反射板を測定した際の受光素子からの出力を反射率100%とし、レンズに蓋をして遮光した状態での受光素子からの出力を反射率0%とするように、補正した。
Here, an example of the result of evaluation using the
図2では、異物となるプラスチックの反射率、1.5mm厚のマーマレードの反射率、及びプラスチックの上に1.5mm厚のマーマレードを塗布した場合の反射率を示している。図2の結果によれば、波長1750nm付近にプラスチック特有の吸収ピークが確認できるが、1.5mm厚のマーマレードを塗布したプラスチックを撮像した場合でもこの吸収ピークを確認することができた。すなわち、その厚さが1.5mm程度であれば、マーマレードの中にプラスチックが含まれている場合にその吸収スペクトルを検出することができ、すなわち、マーマレード中のプラスチックを異物として検出することが可能である。 FIG. 2 shows the reflectance of a plastic that becomes a foreign substance, the reflectance of a 1.5 mm thick marmalade, and the reflectance when a 1.5 mm thick marmalade is applied on the plastic. According to the result of FIG. 2, an absorption peak peculiar to plastics can be confirmed in the vicinity of a wavelength of 1750 nm, but this absorption peak can be confirmed even when an image of a plastic coated with a 1.5 mm thick marmalade is taken. That is, if the thickness is about 1.5 mm, the absorption spectrum can be detected when plastic is contained in the marmalade, that is, the plastic in the marmalade can be detected as a foreign substance. It is.
次に、マーマレードの厚さを変えた場合の反射スペクトルの形状変化について検討した結果を図3に示す。図3では、マーマレードの厚さを6mmにした場合の反射スペクトルを記載している。図3においても、プラスチックのみ、マーマレードのみ、プラスチックにマーマレードを塗布したもの、の3つについて示している。図3の結果によれば、波長1400nm以上の領域において、マーマレード由来の吸収が大きすぎるために1750nm付近でのプラスチックによる吸収ピークを検出することができなくなっている。これは主にマーマレード中の水分による吸収が原因であり、マーマレード以外の水を含む液体を測定した場合でも同じような現象が現れる。 Next, FIG. 3 shows the result of studying the shape change of the reflection spectrum when the thickness of the marmalade is changed. FIG. 3 shows the reflection spectrum when the thickness of the marmalade is 6 mm. FIG. 3 also shows three types: plastic only, marmalade only, and plastic coated marmalade. According to the result of FIG. 3, in the region of wavelength 1400 nm or more, the absorption due to plastic near 1750 nm cannot be detected because the absorption derived from marmalade is too large. This is mainly due to absorption by water in the marmalade, and the same phenomenon appears even when a liquid containing water other than marmalade is measured.
このように、光に対して大きな吸収を持つ水分を含む液体中から異物を検出するためには、液体の層厚を小さくして測定することが必要であることが確認された。これに対して、本実施形態に係る異状検出装置100では、傾斜した第1流路11上を移動させることで検査対象物の厚さを制御する構成を有することで、検査対象物の厚さを異物の検出が可能な厚さまで小さくすることができ、その結果、水分を多く含む液体であってもその中の異状を検出することが可能となる。
As described above, it was confirmed that in order to detect a foreign substance from a liquid containing water that has a large absorption with respect to light, it is necessary to measure with a reduced liquid layer thickness. In contrast, the
図4では、NDフィルタを用いて補正を行った場合の結果を示す。図4では図2に結果を示した測定と同様に、1.5mm厚のマーマレードを検査対象物とした場合の反射率を示している。さらに、図4では、1.5mm厚のマーマレードをプラスチックに塗布した試料について、50%透過のNDフィルタを用いたData(White)を用いて補正を行った後の反射スペクトル(太線)を追加している。50%NDフィルタを使用した状態で光量調整を行った結果100%に相当する光量が約2倍になり、NDフィルタを使用しなかった場合と比較して、見かけ上の反射率が約2倍となっている。そのため、マーマレード越しに測定したプラスチックの吸収ピーク(波長1750nm付近の凹み)についてもより見やすくなった。このようにNDフィルタを使用した場合、マーマレードの厚さが増した場合、例えば、4〜5mm程度の厚さになった場合でもマーマレード中の異物を検出することが可能となる。 FIG. 4 shows the result when correction is performed using an ND filter. FIG. 4 shows the reflectance when a 1.5 mm-thick marmalade is used as the inspection object, similarly to the measurement whose result is shown in FIG. Furthermore, in FIG. 4, a reflection spectrum (thick line) after correction using Data (White) using a 50% transmission ND filter is added to a sample in which 1.5 mm thick marmalade is applied to plastic. ing. As a result of adjusting the amount of light with the 50% ND filter used, the amount of light corresponding to 100% is approximately doubled, and the apparent reflectance is approximately twice that of the case where the ND filter is not used. It has become. Therefore, it became easier to see the absorption peak of the plastic measured through the marmalade (indentation near the wavelength of 1750 nm). When the ND filter is used in this way, it is possible to detect foreign matters in the marmalade even when the thickness of the marmalade increases, for example, when the thickness is about 4 to 5 mm.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず種々の変更をすることができる。例えば、上記実施形態ではSC光源を用いる構成について説明したが、光源の種類は特に限定されない。また、上記実施形態ではハイパースペクトル画像を取得する構成について説明したが、ハイパースペクトル画像に限定されず、スペクトルデータを取得可能な装置であれば特に限定されない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be made. For example, in the above embodiment, the configuration using the SC light source has been described, but the type of the light source is not particularly limited. Moreover, although the said embodiment demonstrated the structure which acquires a hyperspectral image, it is not limited to a hyperspectral image, If it is an apparatus which can acquire spectral data, it will not specifically limit.
3…検査対象物、10…流路、11…第1流路、20…光源部、30…撮像部、38…NDフィルタ、40…分析部、50…拡散反射板、100…異状検出装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Test object, 10 ... Flow path, 11 ... 1st flow path, 20 ... Light source part, 30 ... Imaging part, 38 ... ND filter, 40 ... Analysis part, 50 ... Diffuse reflector, 100 ... Abnormality detection apparatus.
Claims (4)
前記流路の照射領域上を移動する前記検査対象物に対して近赤外光を出射する光源部と、
前記光源部からの前記近赤外光を照射された前記検査対象物からの光を分光して撮像し、スペクトルデータを出力する撮像部と、
前記撮像部によって出力された前記スペクトルデータに基づいて異状を検出する分析部と、
を備え、
前記流路は、前記照射領域が透光性を有する材料からなり、
前記拡散反射板の反射面は前記流路の前記裏面と対向するように前記照射領域に取り付けられる異状検出装置。 A flow path that is inclined with respect to a horizontal plane, contains moisture and has a fluidity to be moved on the surface thereof, and a diffusion reflector is attached to the back surface opposite to the surface.
A light source unit that emits near-infrared light to the inspection object moving on the irradiation region of the flow path;
An imaging unit that spectrally captures and images light from the inspection object irradiated with the near-infrared light from the light source unit, and outputs spectral data;
An analysis unit for detecting an abnormality based on the spectrum data output by the imaging unit;
With
The flow path is made of a material in which the irradiation region has translucency,
The abnormality detection apparatus attached to the said irradiation area so that the reflective surface of the said diffused reflection plate may oppose the said back surface of the said flow path.
光源部から前記流路の前記照射領域上を移動する前記検査対象物に対して近赤外光を出射するステップと、
前記光源部からの前記近赤外光を照射された前記検査対象物からの光を分光して撮像し、スペクトルデータを出力するステップと、
前記スペクトルデータを出力するステップにおいて出力された前記スペクトルデータに基づいて異状を検出するステップと、
を備える異状検出方法。
An inspection object that is inclined with respect to a horizontal plane, contains moisture, and has fluidity is moved on the surface, and a diffuse reflector is attached to the back surface opposite to the surface, and the irradiation area of the flow path is translucent. An abnormality detection method by an abnormality detection device attached to the irradiation region so that the reflection surface of the diffuse reflector is opposed to the back surface of the flow path,
Emitting near-infrared light to the inspection object moving on the irradiation area of the flow path from a light source unit;
Spectrally imaging the light from the inspection object irradiated with the near-infrared light from the light source unit, and outputting spectral data;
Detecting abnormalities based on the spectral data output in the step of outputting the spectral data;
An abnormality detection method comprising:
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