JP2021025847A - Foreign matter inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異物検査装置に関し、特に、電磁波を使用して、検査対象物に混入した異物を検出する異物検査装置に関する。 The present invention relates to a foreign matter inspection device, and more particularly to a foreign matter inspection device that detects foreign matter mixed in an inspection object by using electromagnetic waves.
食料品や医薬品等を製造する事業者においては、製品に混入する異物を確実に排除することが極めて重要である。検査対象物である製品に混入して、目視で発見することが困難な異物であっても、金属や小石等、検査対象物との密度差が大きい異物は比較的容易に発見することができる。これに対して、プラスチック片や、虫、毛髪、糸等の、検査対象物との密度差が少ない異物や、検査対象物と類似の構成成分を有する異物は、発見が困難である。 It is extremely important for businesses that manufacture food products, pharmaceutical products, etc. to reliably eliminate foreign substances mixed in products. Even if it is a foreign substance that is mixed in the product to be inspected and difficult to detect visually, it is relatively easy to find a foreign substance such as metal or pebbles that has a large density difference from the object to be inspected. .. On the other hand, it is difficult to find foreign substances such as plastic pieces, insects, hair, threads, etc., which have a small density difference from the inspection object, and foreign substances having components similar to those of the inspection object.
国際公開第2014/132620号(特許文献1)には、毛髪等の繊維状物質の検出方法および装置が記載されている。この検出方法においては、検査対象物に、偏光方向が互いに直交する2つのテラヘルツ波を照射し、この2つのテラヘルツ波の透過率の差や、反射率の差に基づいて、毛髪等の繊維状物質の混入の有無を検出している。 International Publication No. 2014/132620 (Patent Document 1) describes a method and an apparatus for detecting fibrous substances such as hair. In this detection method, the inspection object is irradiated with two terahertz waves whose polarization directions are orthogonal to each other, and the fibrous form of hair or the like is based on the difference in transmittance and the difference in reflectance of the two terahertz waves. The presence or absence of contamination is detected.
しかしながら、特許文献1記載の検出方法においては、偏光方向が互いに直交する2つのテラヘルツ波に対する毛髪の吸収強度、又は反射強度の差に基づいて異物を検出しているので、毛髪等の繊維状物質の混入を検出することは可能であるが、その他の形状の異物の検出が困難である、という問題がある。
従って、本発明は、電磁波を使用して、毛髪等の繊維状物質以外の様々な形状を有する異物も検出することができる異物検査装置を提供することを目的としている。
However, in the detection method described in Patent Document 1, foreign substances are detected based on the difference in absorption intensity or reflection intensity of hair for two terahertz waves whose polarization directions are orthogonal to each other. Therefore, a fibrous substance such as hair is detected. Although it is possible to detect the contamination of foreign matter, there is a problem that it is difficult to detect foreign matter having other shapes.
Therefore, an object of the present invention is to provide a foreign matter inspection device capable of detecting foreign matter having various shapes other than fibrous substances such as hair by using electromagnetic waves.
上述した課題を解決するために、本発明は、電磁波を使用して、検査対象物に混入した異物を検出する異物検査装置であって、検査対象物に電磁波を照射するための電磁波発振器と、この電磁波発振器から照射され、検査対象物を透過した電磁波が入射する電磁波検出面を備えた電磁波検出器と、検査対象物と電磁波検出器の間に配置され、検査対象物を透過した電磁波の干渉を誘発する周期構造板と、電磁波検出器によって検出された電磁波に基づいて、検査対象物中の異物の有無を判定する演算処理器と、を有することを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an electromagnetic wave inspection device for detecting foreign matter mixed in an inspection object by using electromagnetic waves, and an electromagnetic wave oscillator for irradiating the inspection object with electromagnetic waves. Interference between an electromagnetic wave detector equipped with an electromagnetic wave detection surface that is irradiated from this electromagnetic wave oscillator and transmits electromagnetic waves that have passed through the inspection target, and electromagnetic waves that are placed between the inspection target and the electromagnetic wave detector and have passed through the inspection target. It is characterized by having a periodic structure plate that induces the above-mentioned, and an arithmetic processor that determines the presence or absence of foreign matter in the inspection object based on the electromagnetic wave detected by the electromagnetic wave detector.
このように構成された本発明においては、電磁波発振器によって、検査対象物に電磁波が照射され、照射された電磁波の少なくとも一部は検査対象物を透過する。検査対象物を透過した電磁波は、検査対象物と電磁波検出器の間に配置された周期構造板に入射し、周期構造板によって電磁波が透過されると共に干渉が誘発される。周期構造板によって干渉が誘発された電磁波は、電磁波検出器の電磁波検出面に入射する。演算処理器は、電磁波検出器によって検出された電磁波に基づいて、検査対象物中の異物の有無を判定する。 In the present invention configured as described above, the electromagnetic wave oscillator irradiates the inspection object with electromagnetic waves, and at least a part of the irradiated electromagnetic waves passes through the inspection target. The electromagnetic wave transmitted through the inspection object is incident on the periodic structure plate arranged between the inspection object and the electromagnetic wave detector, and the electromagnetic wave is transmitted by the periodic structure plate and interference is induced. The electromagnetic wave whose interference is induced by the periodic structure plate is incident on the electromagnetic wave detection surface of the electromagnetic wave detector. The arithmetic processor determines the presence or absence of foreign matter in the inspection object based on the electromagnetic wave detected by the electromagnetic wave detector.
電磁波を使用して検査対象物に混入した異物を検出するには、検査対象物に電磁波を透過させ、透過した電磁波を電磁波検出器によって検出することにより、異物の有無を判定することが考えられる。しかしながら、電磁波検出器によって検出される電磁波は、検査対象物に微小なプラスチック片等の異物が混入している場合においても、異物が混入していない場合と比較して大きな変化はなく、異物の混入を精度良く検出することは困難であった。 In order to detect foreign matter mixed in an inspection object using electromagnetic waves, it is conceivable to transmit the electromagnetic wave through the inspection object and detect the transmitted electromagnetic wave with an electromagnetic wave detector to determine the presence or absence of foreign matter. .. However, the electromagnetic waves detected by the electromagnetic wave detector do not change significantly even when a foreign substance such as a minute plastic piece is mixed in the inspection object as compared with the case where the foreign substance is not mixed, and the foreign substance is not mixed. It was difficult to detect contamination with high accuracy.
本件発明者が鋭意研究を重ねた結果、検査対象物と、電磁波検出器の電磁波検出面との間に周期構造板を配置することにより、異物の存在が強調されることが見出された。即ち、検査対象物に異物が混入していると、検査対象物を透過する電磁波に僅かな乱れが発生する。このように乱れが発生した電磁波が、検査対象物と電磁波検出面の間に配置された周期構造板に入射すると、電磁波に干渉が発生して異物の存在が強調される。上記のように構成された本発明によれば、検査対象物と電磁波検出器の間に、検査対象物を透過した電磁波を透過させると共に、電磁波の干渉を誘発する周期構造板が配置されているので、検査対象物に混入した異物の存在を強調することができ、精度良く異物を検出することができる。 As a result of diligent research by the present inventor, it was found that the presence of foreign matter is emphasized by arranging a periodic structural plate between the inspection object and the electromagnetic wave detection surface of the electromagnetic wave detector. That is, if a foreign substance is mixed in the inspection object, the electromagnetic wave transmitted through the inspection object is slightly disturbed. When the electromagnetic wave in which the turbulence is generated is incident on the periodic structure plate arranged between the inspection object and the electromagnetic wave detection surface, the electromagnetic wave interferes and the presence of foreign matter is emphasized. According to the present invention configured as described above, a periodic structure plate that transmits the electromagnetic wave transmitted through the inspection object and induces the interference of the electromagnetic wave is arranged between the inspection object and the electromagnetic wave detector. Therefore, the presence of foreign matter mixed in the inspection object can be emphasized, and the foreign matter can be detected with high accuracy.
本発明において、好ましくは、周期構造板は、多数の開口が一定のピッチで形成された薄板から形成されている。
このように構成された本発明によれば、多数の開口が一定のピッチで形成された薄板により周期構造板が形成されているので、各開口部を透過して回折した電磁波が互いに効果的に干渉を引き起こすことができると共に、精度の高い周期構造板を容易に作成することができる。
In the present invention, preferably, the periodic structure plate is formed of a thin plate in which a large number of openings are formed at a constant pitch.
According to the present invention configured in this way, since the periodic structure plate is formed by thin plates in which a large number of openings are formed at a constant pitch, the electromagnetic waves diffracted through the openings are effective for each other. Interference can be caused, and a highly accurate periodic structure plate can be easily produced.
本発明において、好ましくは、周期構造板に形成された開口のピッチは、電磁波発振器が照射する電磁波の波長の1倍乃至100倍の長さを有する。
このように構成された本発明によれば、周期構造板の開口のピッチが電磁波の波長の1倍乃至100倍に形成されているので、電磁波の干渉を効果的に引き起こすことができ、異物の存在を強調することができる。
In the present invention, preferably, the pitch of the openings formed in the periodic structure plate has a length of 1 to 100 times the wavelength of the electromagnetic wave emitted by the electromagnetic wave oscillator.
According to the present invention configured in this way, since the opening pitch of the periodic structure plate is formed to be 1 to 100 times the wavelength of the electromagnetic wave, it is possible to effectively cause the interference of the electromagnetic wave, and the foreign matter can be introduced. The existence can be emphasized.
本発明において、好ましくは、周期構造板は、導電性材料で構成されている。
このように構成された本発明によれば、周期構造板が導電性材料で構成されているので、周期構造板の非開口部上において電磁波の透過率が低くなることにより、周期構造板の開口部と非開口部における電磁波の透過強度の比を高めて、干渉を効果的に誘発することができる。
In the present invention, preferably, the periodic structure plate is made of a conductive material.
According to the present invention configured in this way, since the periodic structure plate is made of a conductive material, the transmittance of electromagnetic waves is lowered on the non-opening portion of the periodic structure plate, so that the opening of the periodic structure plate is increased. Interference can be effectively induced by increasing the ratio of the transmission intensity of electromagnetic waves between the portion and the non-open portion.
本発明において、好ましくは、周期構造板と、電磁波検出器の電磁波検出面との間の距離は、電磁波発振器が照射する電磁波の波長の4倍以下である。
本件発明者の研究によれば、周期構造板により誘発された干渉の影響は、周期構造板から電磁波の波長の4倍程度離れると低下し始め、周期構造板を配置した効果が減少する。上記のように構成された本発明によれば、周期構造板と電磁波検出面の間の距離が、電磁波の波長の4倍以下に設定されているので、電磁波検出器によって、異物の存在が強調された電磁波を検出することができ、精度良く異物を検出することができる。
In the present invention, preferably, the distance between the periodic structure plate and the electromagnetic wave detection surface of the electromagnetic wave detector is four times or less the wavelength of the electromagnetic wave emitted by the electromagnetic wave oscillator.
According to the research of the present inventor, the influence of the interference induced by the periodic structure plate starts to decrease when the distance from the periodic structure plate is about four times the wavelength of the electromagnetic wave, and the effect of arranging the periodic structure plate decreases. According to the present invention configured as described above, since the distance between the periodic structure plate and the electromagnetic wave detection surface is set to 4 times or less the wavelength of the electromagnetic wave, the presence of foreign matter is emphasized by the electromagnetic wave detector. The electromagnetic waves generated can be detected, and foreign matter can be detected with high accuracy.
本発明において、好ましくは、電磁波発振器が照射する電磁波は、約0.1mm乃至約10mmの波長を有する。
このように構成された本発明においては、電磁波発振器が波長約0.1mm乃至約10mmの電磁波を照射するので、一般的な食料品を適度に透過し、検査対象物を食料品としたとき、異物を効果的に検出することができる。
In the present invention, preferably, the electromagnetic wave emitted by the electromagnetic wave oscillator has a wavelength of about 0.1 mm to about 10 mm.
In the present invention configured as described above, since the electromagnetic wave oscillator irradiates an electromagnetic wave having a wavelength of about 0.1 mm to about 10 mm, when a general food product is appropriately transmitted and the inspection target is a food product, Foreign matter can be detected effectively.
本発明の異物検査装置によれば、電磁波を使用して、様々な形状を有する異物を検出することができる。 According to the foreign matter inspection device of the present invention, foreign matter having various shapes can be detected by using electromagnetic waves.
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図1は、本発明の実施形態による異物検査装置の側面図である。図2は、周期構造板を部分的に拡大して示す平面図である。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a side view of a foreign matter inspection device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the periodic structure plate in a partially enlarged manner.
本実施形態の異物検査装置1は、図1に示すように、検査対象物Aに電磁波を照射するための電磁波発振器2と、検査対象物Aを載置するためのトレイ4と、検査対象物Aを透過した電磁波が入射する電磁波検出器6と、検査対象物Aと電磁波検出器6の間に配置された周期構造板8と、検査対象物A中の異物の有無を判定する演算処理器10と、を有する。本実施形態の異物検査装置1は、任意の食品等に混入した異物の検出に適用することが可能であるが、検査対象物Aの例として、食卓塩、片栗粉、うま味調味料、グラニュー糖、粉末スープ等の粉体製品(結晶、造粒品)、乾燥パセリ、ホウレンソウ、パスタ糖等の各種原料、菓子類、冷凍食品等を挙げることができる。また、検査対象物Aとしては、含有する液体の水分量が少なく、形状が概ね均一でばらつきの少ないものが好適である。 As shown in FIG. 1, the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment includes an electromagnetic wave oscillator 2 for irradiating the inspection object A with an electromagnetic wave, a tray 4 for placing the inspection object A, and an inspection object. An electromagnetic wave detector 6 in which an electromagnetic wave transmitted through A is incident, a periodic structure plate 8 arranged between the inspection object A and the electromagnetic wave detector 6, and an arithmetic processor for determining the presence or absence of foreign matter in the inspection object A. 10 and. The foreign matter inspection device 1 of the present embodiment can be applied to detect foreign matter mixed in any food or the like, and examples of the inspection target A include table salt, kataguri powder, umami seasoning, granulated sugar, and the like. Examples include powder products (crystals, granulated products) such as powdered soup, various raw materials such as dried parsley, spinach, and pasta sugar, confectionery, and frozen foods. Further, as the inspection object A, a liquid having a small amount of water, a substantially uniform shape, and little variation is preferable.
電磁波発振器2は、その上面に設けられた電磁波射出面2aから上方に向けて電磁波を射出するように構成されている。本実施形態においては、電磁波発振器2は、波長λ=約3mm、周波数f=約0.1THzのコヒーレントな(干渉する性質を有する)サブテラヘルツ電磁波を射出するように構成されている。また、本実施形態においては、電磁波発振器2は、電磁波を連続波として射出するように構成されている。電磁波発振器2として、任意の波長の電磁波を射出する発振器を使用することができるが、好ましくは波長約0.1mm乃至約10mmの電磁波を射出する発振器を使用する。使用する電磁波の波長は、検査対象物Aに対する透過性、検査対象物Aの厚さ、検出しようとしている異物の大きさに応じて設定するのが良い。なお、一例として、サブテラヘルツ電磁波を射出する発振器には、インパットダイオードを使用したTERASENSE社製の「IMPATT Diode 100GHz」を使用することができる。また、電磁波発振器2は、検査対象物Aが配置された範囲全体に、十分な強度でほぼ均一なサブテラヘルツ電磁波を射出できるように構成されているのが良い。 The electromagnetic wave oscillator 2 is configured to emit electromagnetic waves upward from the electromagnetic wave emitting surface 2a provided on the upper surface thereof. In the present embodiment, the electromagnetic wave oscillator 2 is configured to emit a coherent (interfering property) subterahertz electromagnetic wave having a wavelength λ = about 3 mm and a frequency f = about 0.1 THz. Further, in the present embodiment, the electromagnetic wave oscillator 2 is configured to emit an electromagnetic wave as a continuous wave. As the electromagnetic wave oscillator 2, an oscillator that emits an electromagnetic wave having an arbitrary wavelength can be used, but an oscillator that emits an electromagnetic wave having a wavelength of about 0.1 mm to about 10 mm is preferably used. The wavelength of the electromagnetic wave to be used is preferably set according to the permeability to the inspection object A, the thickness of the inspection object A, and the size of the foreign matter to be detected. As an example, "IMPATT Diode 100 GHz" manufactured by TERASEENSE using an impat diode can be used for the oscillator that emits the sub-terahertz electromagnetic wave. Further, the electromagnetic wave oscillator 2 is preferably configured so as to be able to emit a substantially uniform sub-terahertz electromagnetic wave with sufficient strength over the entire range in which the inspection object A is arranged.
トレイ4は、検査対象物Aを載置するための平板状の部材であり、電磁波発振器2の上方に、電磁波射出面2aと平行に配置されている。本実施形態においては、トレイ4の上面と電磁波射出面2aとの間の距離D1は、検査対象物Aに照射される電磁波の波長に相当する約3mmに設定されている。トレイ4は、電磁波発振器2から射出された電磁波を透過しやすい、ポリエチレン等の材質で形成するのが良く、また、透過させる電磁波に乱れを与えないように、均質な材料で、均一な厚さに構成されていることが好ましい。さらに、トレイ4の上面と電磁波射出面2aとの間の距離D1は離れている方が、検査対象物A全体に電磁波を均一な強度で照射しやすく有利であるが、離れすぎると電磁波の強度が低下してしまう。従って、トレイ4の上面と電磁波射出面2aとの間の距離D1は、検査対象物Aが載置されている範囲全体に亘って1μW以上、好ましくは15μW以上の電磁波の強度が得られるように設定するのが良い。なお、検査対象物Aがトレイ4を用いることなく電磁波発振器2の上方に配置可能なものである場合には、トレイ4を省略することができる。また、トレイ4に代えてベルトコンベア(図示せず)を設け、これにより検査対象物Aを連続的に移送するように本発明を構成することもできる。 The tray 4 is a flat plate-shaped member on which the inspection object A is placed, and is arranged above the electromagnetic wave oscillator 2 and parallel to the electromagnetic wave emitting surface 2a. In the present embodiment, the distance D 1 between the upper surface of the tray 4 and the electromagnetic wave emitting surface 2a is set to about 3 mm, which corresponds to the wavelength of the electromagnetic wave applied to the inspection object A. The tray 4 is preferably made of a material such as polyethylene that easily transmits the electromagnetic waves emitted from the electromagnetic wave oscillator 2, and is made of a homogeneous material and has a uniform thickness so as not to disturb the transmitted electromagnetic waves. It is preferable that it is configured in. Further, it is advantageous that the distance D 1 between the upper surface of the tray 4 and the electromagnetic wave emitting surface 2a is far, because it is easy to irradiate the entire inspection object A with the electromagnetic wave with a uniform intensity. The strength is reduced. Therefore, the distance D 1 between the upper surface of the tray 4 and the electromagnetic wave emitting surface 2a is such that an electromagnetic wave intensity of 1 μW or more, preferably 15 μW or more can be obtained over the entire range on which the inspection object A is placed. It is better to set it to. If the inspection object A can be arranged above the electromagnetic wave oscillator 2 without using the tray 4, the tray 4 can be omitted. Further, the present invention can be configured so that a belt conveyor (not shown) is provided in place of the tray 4 to continuously transfer the inspection object A.
電磁波検出器6は、トレイ4に載置された検査対象物Aの上方に配置され、検査対象物Aを透過した電磁波を検出するように構成されている。具体的には、電磁波検出器6は、その下面に設けられた電磁波検出面6aに電磁波が入射するように配置されており、電磁波検出面6aは、電磁波発振器2の電磁波射出面2a、及びトレイ4と平行に配置されている。また、電磁波検出器6の電磁波検出面6a上には多数の検出素子(図示せず)が配列されており、電磁波検出器6は、電磁波検出面6a上に入射した電磁波の強度分布を検出可能なエリアセンサとして構成されている。さらに、本実施形態においては、トレイ4の上面と電磁波検出面6aとの間の距離D2は、検査対象物Aに照射される電磁波の波長の約2倍に相当する約6mmに設定されている。なお、一例として、電磁波を検出する検出器には、ショットキーバリアダイオードを用いたテラヘルツ検出器を使用することができる。また、トレイ4の上面と電磁波検出面6aとの間の距離D2は、電磁波の波長の約1倍乃至約8倍に設定するのが良い。 The electromagnetic wave detector 6 is arranged above the inspection object A placed on the tray 4 and is configured to detect the electromagnetic wave transmitted through the inspection object A. Specifically, the electromagnetic wave detector 6 is arranged so that the electromagnetic wave is incident on the electromagnetic wave detection surface 6a provided on the lower surface thereof, and the electromagnetic wave detection surface 6a is the electromagnetic wave emission surface 2a of the electromagnetic wave oscillator 2 and the tray. It is arranged parallel to 4. Further, a large number of detection elements (not shown) are arranged on the electromagnetic wave detection surface 6a of the electromagnetic wave detector 6, and the electromagnetic wave detector 6 can detect the intensity distribution of the electromagnetic wave incident on the electromagnetic wave detection surface 6a. It is configured as an area sensor. Further, in the present embodiment, the distance D 2 between the upper surface of the tray 4 and the electromagnetic wave detection surface 6a is set to about 6 mm, which corresponds to about twice the wavelength of the electromagnetic wave irradiated to the inspection object A. There is. As an example, a terahertz detector using a Schottky barrier diode can be used as a detector for detecting electromagnetic waves. Further, the distance D 2 between the upper surface of the tray 4 and the electromagnetic wave detection surface 6a is preferably set to about 1 to about 8 times the wavelength of the electromagnetic wave.
周期構造板8は、検査対象物Aを透過した電磁波を透過させると共に、電磁波の干渉を誘発するように、検査対象物Aと電磁波検出器6の間に配置されている。また、周期構造板8は、電磁波検出器6の電磁波検出面6a、及びトレイ4と平行に配置されている。さらに、本実施形態においては、トレイ4の上面と周期構造板8の下面との間の距離D3は、検査対象物Aに照射される電磁波の約一波長に相当する約3mmに設定されている。さらに、周期構造板8の下面と電磁波検出面6aの間の距離D4も、電磁波の約一波長に相当する約3mmに設定されている。なお、トレイ4の上面と周期構造板8の下面との間の距離D3は、電磁波の波長の約1倍乃至約4倍で、検査対象物Aと周期構造板8が接触しないように設定し、周期構造板8の下面と電磁波検出面6aの間の距離D4は、電磁波の波長の約1倍乃至約4倍に設定するのが良い。 The periodic structure plate 8 is arranged between the inspection object A and the electromagnetic wave detector 6 so as to transmit the electromagnetic wave transmitted through the inspection object A and induce the interference of the electromagnetic wave. Further, the periodic structure plate 8 is arranged in parallel with the electromagnetic wave detection surface 6a of the electromagnetic wave detector 6 and the tray 4. Further, in the present embodiment, the distance D 3 between the upper surface of the tray 4 and the lower surface of the periodic structure plate 8 is set to about 3 mm, which corresponds to about one wavelength of the electromagnetic wave radiated to the inspection object A. There is. Further, the distance D 4 between the lower surface of the periodic structure plate 8 and the electromagnetic wave detection surface 6a is also set to about 3 mm, which corresponds to about one wavelength of the electromagnetic wave. The distance D 3 between the upper surface of the tray 4 and the lower surface of the periodic structure plate 8 is set to be about 1 to 4 times the wavelength of the electromagnetic wave so that the inspection object A and the periodic structure plate 8 do not come into contact with each other. However, the distance D 4 between the lower surface of the periodic structure plate 8 and the electromagnetic wave detection surface 6a is preferably set to about 1 to about 4 times the wavelength of the electromagnetic wave.
なお、本実施形態においては、トレイ4の下側に電磁波発振器2を配置し、トレイ4の上側に周期構造板8及び電磁波検出器6を配置している。これに対して、変形例として、トレイ4の上側に下方に向けて電磁波を射出するように電磁波発振器2を配置し、トレイ4の下側に周期構造板8を配置し、さらにその下側に電磁波検出器6を配置することもできる。この場合には、トレイ4の下側の面に近接して周期構造板8及び電磁波検出器6を配置することが可能であり、トレイ4の下面から電磁波の波長の1倍以下の距離に、周期構造板8及び/又は電磁波検出器6を配置することもできる。 In the present embodiment, the electromagnetic wave oscillator 2 is arranged on the lower side of the tray 4, and the periodic structure plate 8 and the electromagnetic wave detector 6 are arranged on the upper side of the tray 4. On the other hand, as a modification, an electromagnetic wave oscillator 2 is arranged above the tray 4 so as to emit an electromagnetic wave downward, a periodic structure plate 8 is arranged below the tray 4, and further below the tray 4. An electromagnetic wave detector 6 can also be arranged. In this case, the periodic structure plate 8 and the electromagnetic wave detector 6 can be arranged close to the lower surface of the tray 4, and the distance from the lower surface of the tray 4 is not more than 1 times the wavelength of the electromagnetic wave. A periodic structure plate 8 and / or an electromagnetic wave detector 6 can also be arranged.
図2に示すように、本実施形態においては、周期構造板8として、金属製の薄板に多数の開口を一定のピッチで形成したものが使用されている。具体的には、周期構造板8は、厚さ約0.1mmの薄板に、一辺約5mmの正方形の開口8aが一定のピッチP=約6mmで多数形成された薄板部材により構成されている。なお、本実施形態においては、周期構造板8はニッケル製であり、開口8aのピッチPは、電磁波の波長の約2倍である。好ましくは、周期構造板8に形成する開口8aのピッチPは、電磁波発振器2が照射する電磁波の波長の1倍乃至100倍の長さに設定する。 As shown in FIG. 2, in the present embodiment, as the periodic structure plate 8, a thin metal plate in which a large number of openings are formed at a constant pitch is used. Specifically, the periodic structure plate 8 is composed of a thin plate member having a thickness of about 0.1 mm and a large number of square openings 8a having a side of about 5 mm formed at a constant pitch P = about 6 mm. In the present embodiment, the periodic structure plate 8 is made of nickel, and the pitch P of the opening 8a is about twice the wavelength of the electromagnetic wave. Preferably, the pitch P of the opening 8a formed in the periodic structure plate 8 is set to have a length of 1 to 100 times the wavelength of the electromagnetic wave emitted by the electromagnetic wave oscillator 2.
また、周期構造板8は金属以外の材料で構成することも可能であるが、好ましくは、周期構造板8は、導電性の金属、特に好ましくはニッケル、金等で構成する。さらに、薄板に設ける開口の形状は正方形の他、長方形や円形等、任意の形状にすることができる。或いは、薄板に多数の開口を形成したものではなく、金属等の素線を編むことにより形成された、平織の網状の部材により周期構造板8を構成することもできる。また、本実施形態においては、周期構造板8は縦方向及び横方向の二方向の周期構造を有し、格子状に形成されているが、周期構造は一方向であっても良い。例えば、金属板に細長いスリットを等間隔に多数形成することにより、縞状の周期構造板を形成することもできる。また、検査対象物Aの上方から電磁波を照射するように本発明を構成した場合には、周期構造板8を、検査対象物Aを載置するためのトレイ4やベルトコンベアのベルト(図示せず)と一体化して形成することもできる。 Further, the periodic structure plate 8 can be made of a material other than metal, but preferably, the periodic structure plate 8 is made of a conductive metal, particularly preferably nickel, gold or the like. Further, the shape of the opening provided in the thin plate can be any shape such as a rectangle or a circle as well as a square. Alternatively, the periodic structure plate 8 can be formed of a plain weave net-like member formed by knitting a wire such as metal, instead of forming a large number of openings in the thin plate. Further, in the present embodiment, the periodic structure plate 8 has a periodic structure in two directions in the vertical direction and the horizontal direction and is formed in a grid pattern, but the periodic structure may be in one direction. For example, a striped periodic structure plate can be formed by forming a large number of elongated slits at equal intervals in the metal plate. Further, when the present invention is configured to irradiate electromagnetic waves from above the inspection object A, the periodic structure plate 8 is mounted on the tray 4 for placing the inspection object A or the belt of the belt conveyor (shown in the figure). It can also be formed integrally with.
検査対象物Aと電磁波検出器6の間に周期構造板8を配置することにより、検査対象物Aを透過した電磁波が周期構造板8に入射する。周期構造板8に入射した電磁波は、その各開口8aを透過して回折し、回折した電磁波が互いに干渉を引き起こす。即ち、周期構造板8上の各開口8aの部分と、非開口部との電磁波の透過強度の比が高くなり、効果的に電磁波の干渉が誘発される。この干渉が誘発された電磁波が電磁波検出器6の電磁波検出面6aに入射する。また、検査対象物A内に異物が混入していると、この異物が検査対象物Aを透過する電磁波に僅かな乱れを発生させる。このように、乱れを含む電磁波が周期構造板8に入射すると、異物による乱れの影響が強調され、異物による乱れが電磁波検出器6によって検出されやすくなる。 By arranging the periodic structure plate 8 between the inspection object A and the electromagnetic wave detector 6, the electromagnetic wave transmitted through the inspection object A is incident on the periodic structure plate 8. The electromagnetic waves incident on the periodic structure plate 8 pass through each of the openings 8a and are diffracted, and the diffracted electromagnetic waves cause interference with each other. That is, the ratio of the transmission intensity of the electromagnetic wave between the portion of each opening 8a on the periodic structure plate 8 and the non-opening portion becomes high, and the interference of the electromagnetic wave is effectively induced. The electromagnetic wave in which this interference is induced is incident on the electromagnetic wave detection surface 6a of the electromagnetic wave detector 6. Further, when a foreign substance is mixed in the inspection object A, the foreign substance causes a slight disturbance in the electromagnetic wave transmitted through the inspection object A. In this way, when an electromagnetic wave including turbulence is incident on the periodic structure plate 8, the influence of the turbulence caused by the foreign matter is emphasized, and the turbulence caused by the foreign matter is easily detected by the electromagnetic wave detector 6.
図1に示すように、演算処理器10は、電磁波検出器6によって検出された電磁波に基づいて、検査対象物A中の異物の有無を判定するように構成された演算装置である。具体的には、演算処理器10は、電磁波検出器6から入力された検出信号を処理するマイクロプロセッサ、メモリ、インターフェイス回路、これらを作動させるソフトウェア等から構成されている。演算処理器10は、電磁波検出器6から入力された信号を処理して、検査対象物Aに異物が混入していると判断した場合には、異物が混入している旨の表示、及び/又は警告音によって、異物が混入している旨を報知するように構成されている。 As shown in FIG. 1, the arithmetic processor 10 is an arithmetic unit configured to determine the presence or absence of foreign matter in the inspection object A based on the electromagnetic waves detected by the electromagnetic wave detector 6. Specifically, the arithmetic processor 10 is composed of a microprocessor that processes a detection signal input from the electromagnetic wave detector 6, a memory, an interface circuit, software that operates them, and the like. When the arithmetic processor 10 processes the signal input from the electromagnetic wave detector 6 and determines that foreign matter is mixed in the inspection object A, it displays that foreign matter is mixed and /. Alternatively, a warning sound is configured to notify that a foreign substance is mixed.
具体的には、演算処理器10には、異物が混入していない検査対象物Aを透過した電磁波が電磁波検出器6に入射した際の電磁波の強度が記憶されており、記憶されている電磁波の強度と、検査すべき検査対象物Aを透過した電磁波の強度との相違に基づいて、異物の有無が判定される。なお、異物が混入していない検査対象物Aを透過した電磁波の強度は、同種の検査対象物Aについて複数回測定し、その平均値を演算処理器10に記憶しておくのが良い。また、異物の有無の判定の詳細については後述する。 Specifically, the arithmetic processor 10 stores the intensity of the electromagnetic wave when the electromagnetic wave transmitted through the inspection object A containing no foreign matter is incident on the electromagnetic wave detector 6, and the stored electromagnetic wave is stored. The presence or absence of foreign matter is determined based on the difference between the intensity of the electromagnetic wave and the intensity of the electromagnetic wave transmitted through the inspection object A to be inspected. It is preferable that the intensity of the electromagnetic wave transmitted through the inspection object A containing no foreign matter is measured a plurality of times for the same type of inspection object A, and the average value thereof is stored in the arithmetic processor 10. The details of determining the presence or absence of foreign matter will be described later.
次に、本発明の実施形態による異物検査装置1の作用を説明する。
まず、異物の混入を検査すべき検査対象物Aをトレイ4の上に載せ、検査の準備をする。検査対象物Aはトレイ4の上に概ね均一に配置するのが良く、また、配置される検査対象物Aの厚さは、予め設定された既定値となるようにするのが良い。次いで、トレイ4を電磁波発振器2の上方の所定の位置にセットした後、電磁波発振器2を作動させ、検査対象物Aに電磁波を照射する。検査対象物Aを透過した電磁波は、周期構造板8を透過すると共に、周期構造板8によって干渉が誘発され、周期構造板8の上方に配置された電磁波検出器6によって検出される。
Next, the operation of the foreign matter inspection device 1 according to the embodiment of the present invention will be described.
First, the inspection object A to be inspected for foreign matter is placed on the tray 4 to prepare for the inspection. The inspection object A is preferably arranged substantially uniformly on the tray 4, and the thickness of the inspection object A to be arranged is preferably set to a preset default value. Next, after setting the tray 4 at a predetermined position above the electromagnetic wave oscillator 2, the electromagnetic wave oscillator 2 is operated to irradiate the inspection object A with electromagnetic waves. The electromagnetic wave transmitted through the inspection object A passes through the periodic structure plate 8 and is induced to interfere with the periodic structure plate 8 and is detected by the electromagnetic wave detector 6 arranged above the periodic structure plate 8.
演算処理器10は、電磁波検出器6から入力された検出信号に基づいて、電磁波検出面6a上の各検出素子(図示せず)が検出した電磁波の検出強度I1を計算する。一方、演算処理器10には、異物が混入していない検査対象物Aに電磁波を照射したときに検出された検出信号に基づく、各検出素子(図示せず)によって検出された電磁波の基準強度IRが記憶されている。演算処理器10は、これらの検出強度I1、及び基準強度IRに基づいて下記数式(1)により平均二乗誤差(NMSE: Normalized Mean Square Error)を計算し、この平均二乗誤差が所定の閾値Eth1よりも大きい場合に、検査対象物Aに異物が混入していると判定する。
The arithmetic processor 10 calculates the detection intensity I 1 of the electromagnetic wave detected by each detection element (not shown) on the electromagnetic wave detection surface 6a based on the detection signal input from the electromagnetic wave detector 6. On the other hand, the arithmetic processor 10 has a reference intensity of electromagnetic waves detected by each detection element (not shown) based on a detection signal detected when the inspection object A containing no foreign matter is irradiated with electromagnetic waves. I R is remembered. The arithmetic processing device 10, the detection intensity I 1, and the mean square error by the following equation (1) based on the reference intensity I R (NMSE: Normalized Mean Square Error) is calculated, and the mean square error is the predetermined threshold value When it is larger than E th1, it is determined that foreign matter is mixed in the inspection object A.
即ち、数式(1)の分母は、エリアセンサを構成する電磁波検出器6の各画素(各検出素子)が検出した基準強度IRの二乗を、全画素について合計することにより計算される。また、数式(1)の分子は、同一の画素において検出された検出強度I1と基準強度IRの差を二乗し、その値を全画素について合計することにより計算される。なお、本実施形態では、数式(1)において、全画素の強度に基づいて平均二乗誤差を計算しているが、一部の画素又は一つの画素の強度に基づいて平均二乗誤差を計算し、その値を所定の閾値Eth2と比較して、検査対象物Aに異物が混入しているか否かを判定するように本発明を構成することもできる。或いは、検出強度I1の値が大きい1つ又は複数の画素を選択し、その画素について平均二乗誤差を計算し、その値を所定の閾値Eth3と比較して検査対象物Aに異物が混入しているか否かを判定するように本発明を構成することもできる。 That is, the denominator of Equation (1) is the square of the reference intensity I R of each pixel of the electromagnetic wave detector 6 that constitute the area sensor (the detecting elements) is detected, is calculated by summing all the pixels. Also, the numerator of Equation (1) is the difference between the detected intensity I 1 and the reference intensity I R detected in the same pixel squared is calculated by summing all the pixels that value. In the present embodiment, in the mathematical formula (1), the mean square error is calculated based on the strength of all pixels, but the mean square error is calculated based on the strength of some pixels or one pixel. The present invention can also be configured to compare the value with a predetermined threshold value E th2 to determine whether or not foreign matter is mixed in the inspection object A. Alternatively, one or a plurality of pixels having a large detection intensity I 1 value are selected, the mean square error is calculated for the pixels, and the value is compared with a predetermined threshold value E th3 to allow foreign matter to enter the inspection object A. The present invention can also be configured to determine whether or not this is done.
次に、図3乃至図10を参照して、本発明の実施形態による異物検査装置の効果を電磁界解析によるシミュレーション結果に基づいて説明する。
図3は、本発明の実施形態による異物検査装置において、電磁波が照射されたときの電場強度分布を側面から見た図である。図4は、比較例として、周期構造板を配置していない場合における電場強度分布を側面から見た図である。
Next, with reference to FIGS. 3 to 10, the effect of the foreign matter inspection apparatus according to the embodiment of the present invention will be described based on the simulation result by electromagnetic field analysis.
FIG. 3 is a side view of the electric field intensity distribution when an electromagnetic wave is irradiated in the foreign matter inspection device according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a side view of the electric field intensity distribution when the periodic structure plate is not arranged as a comparative example.
図3は、本実施形態の異物検査装置1において、電磁波が照射されたときの電場強度分布を側面から見たシミュレーション結果である。図3の(a)欄は検査対象物Aに異物がない場合のシミュレーション結果を示し、(b)欄は異物がある場合のシミュレーション結果を示している。なお、図3の(a)(b)は、電磁波発振器2が、一辺40mmの正方形の電磁波射出面2aから100GHzの連続波を射出した場合のシミュレーション結果を示している。また、電磁波発振器2は、幅20mmのガウシアン分布を有する電磁波を射出しているものとしてシミュレーションを行った。 FIG. 3 is a simulation result of the electric field intensity distribution when the electromagnetic wave is irradiated in the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment as viewed from the side surface. The column (a) of FIG. 3 shows the simulation result when there is no foreign matter in the inspection object A, and the column (b) shows the simulation result when there is a foreign matter. Note that FIGS. 3A and 3B show simulation results when the electromagnetic wave oscillator 2 emits a continuous wave of 100 GHz from a square electromagnetic wave emitting surface 2a having a side of 40 mm. Further, the simulation was performed assuming that the electromagnetic wave oscillator 2 emits an electromagnetic wave having a Gaussian distribution having a width of 20 mm.
さらに、図3の(b)において、異物Cは電磁波射出面2aの上方3mm(トレイ4までの距離D1=3mmに相当)に位置し、周期構造板8は異物の上方3mm(トレイ4からの距離D3=3mmに相当)に配置されているものとして計算を行った。また、周期構造板8は、図2に示したように、一辺5mmの正方形の開口がピッチ6mmで縦横に形成された厚さ0.1mmの金属板として形成されているものとして計算を行った。さらに、異物Cは、一辺1mmの正方形であり、ポリスチレン樹脂(PS)を想定して、屈折率1.5、導電率0.0199として計算を行った(電磁波が射出される空間は、屈折率1.0、導電率0とした)。一方、図3の(a)については、異物Cが配置されていないことを除き、図3の(b)と同一の条件で計算を行った。 Further, in FIG. 3B, the foreign matter C is located 3 mm above the electromagnetic wave emitting surface 2a (corresponding to the distance D 1 = 3 mm to the tray 4), and the periodic structure plate 8 is 3 mm above the foreign matter (from the tray 4). The calculation was performed assuming that they are arranged at the distance D 3 = 3 mm. Further, as shown in FIG. 2, the periodic structure plate 8 is calculated assuming that a square opening having a side of 5 mm is formed as a metal plate having a pitch of 6 mm and a thickness of 0.1 mm. .. Further, the foreign matter C is a square having a side of 1 mm, and is calculated assuming a polystyrene resin (PS) as having a refractive index of 1.5 and a conductivity of 0.0199 (the space where electromagnetic waves are emitted has a refractive index. 1.0, conductivity 0). On the other hand, with respect to FIG. 3A, the calculation was performed under the same conditions as in FIG. 3B, except that the foreign matter C was not arranged.
次に、図4は、比較例として、周期構造板8が配置されていない空間に電磁波が射出された場合の電場強度分布のシミュレーション結果である。計算条件は、周期構造板8が配置されていないことを除き、図3の(b)と同一である。 Next, FIG. 4 shows, as a comparative example, a simulation result of the electric field intensity distribution when an electromagnetic wave is emitted into a space where the periodic structure plate 8 is not arranged. The calculation conditions are the same as those in FIG. 3 (b) except that the periodic structure plate 8 is not arranged.
図3の(b)欄と、図4の電場強度分布を比較すると、電場内に周期構造板8を配置した場合には、電磁波の干渉により、電場強度分布が複雑になることが分かる。また、図3の(a)欄と(b)欄の電場強度分布を比較すると、異物Cを配置することによる電場の変化が、周期構造板8の上方まで及んでいることがわかる。一方、比較例である図4の電場強度分布では、異物Cを配置したことによる電場強度分布の乱れは、異物Cの近傍に止まっており、上方の空間まで及んでいないことがわかる。このように、周期構造板8を配置することにより、異物Cが存在することによる電場の乱れが増強されていることがわかる。 Comparing the column (b) of FIG. 3 with the electric field intensity distribution of FIG. 4, it can be seen that when the periodic structure plate 8 is arranged in the electric field, the electric field intensity distribution becomes complicated due to the interference of electromagnetic waves. Further, comparing the electric field intensity distributions in columns (a) and (b) of FIG. 3, it can be seen that the change in the electric field due to the arrangement of the foreign matter C extends to the upper part of the periodic structure plate 8. On the other hand, in the electric field intensity distribution of FIG. 4 which is a comparative example, it can be seen that the disturbance of the electric field intensity distribution due to the arrangement of the foreign matter C remains in the vicinity of the foreign matter C and does not extend to the space above. It can be seen that by arranging the periodic structure plate 8 in this way, the disturbance of the electric field due to the presence of the foreign matter C is enhanced.
次に、図5乃至図8を参照して、周期構造板8の上方の各位置において検出される電場強度分布を説明する。
図5は、本発明の実施形態による異物検査装置において、図3のL1断面における電場強度分布を示す図である。図6は、本発明の実施形態による異物検査装置において、図3のL2断面における電場強度分布を示す図である。図7は、本発明の実施形態による異物検査装置において、図3のL3断面における電場強度分布を示す図である。図8は、比較例として、図4のL1断面における電場強度分布を示す図である。
Next, the electric field intensity distribution detected at each position above the periodic structure plate 8 will be described with reference to FIGS. 5 to 8.
FIG. 5 is a diagram showing an electric field intensity distribution in the L 1 cross section of FIG. 3 in the foreign matter inspection device according to the embodiment of the present invention. 6, the foreign substance inspection apparatus according to an embodiment of the present invention, showing an electric field intensity distribution in the L 2 cross-section of FIG. 7, the foreign substance inspection apparatus according to an embodiment of the present invention, showing an electric field intensity distribution in the L 3 the cross-section of FIG. FIG. 8 is a diagram showing an electric field intensity distribution in the L 1 cross section of FIG. 4 as a comparative example.
図5の(a)欄は、図3の(a)欄のL1断面における電場強度分布を示す図であり、図5の(b)欄は、図3の(b)欄のL1断面における電場強度分布を示す図である。なお、図3のL1断面は、本実施形態の異物検査装置1において、電磁波検出器6の電磁波検出面6aが配置されている位置に相当し、トレイ4の上方6mm(電磁波射出面2aの上方9mm)に位置する。図5に示すように、異物Cが存在する場合を示している(b)欄の電場強度分布では、異物Cが存在しない(a)欄の分布に比べ、中央付近における電場強度が高く、また、電場強度が高い領域が広くなっている。このため、図5の(a)欄に示す電場における各点の電場強度を基準強度IRとし、(b)欄の電場における各点の電場強度を検出強度I1とすれば、両者の相違に基づいて、異物Cの存在を検出することが可能になる。 The column (a) of FIG. 5 is a diagram showing the electric field intensity distribution in the L 1 cross section of the column (a) of FIG. 3, and the column (b) of FIG. 5 is the L 1 cross section of the column (b) of FIG. It is a figure which shows the electric field intensity distribution in. The L 1 cross section of FIG. 3 corresponds to the position where the electromagnetic wave detection surface 6a of the electromagnetic wave detector 6 is arranged in the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment, and is 6 mm above the tray 4 (the electromagnetic wave emission surface 2a). It is located 9 mm above. As shown in FIG. 5, the electric field intensity distribution in the column (b) showing the case where the foreign matter C is present has a higher electric field intensity near the center than the distribution in the column (a) where the foreign matter C is not present. , The area where the electric field strength is high is wide. Therefore, a reference intensity I R of an electric field intensity of each point in the field shown in row (a) of FIG. 5, if the detection intensity I 1 of an electric field intensity of each point in the electric field of the row (b), both the difference It becomes possible to detect the presence of the foreign matter C based on the above.
次に、図6は、図3のL2断面における電場強度分布を示しており、(a)欄は図3の(a)欄のL2断面、(b)欄は、図3の(b)欄のL2断面における電場強度分布を夫々示している。なお、図3のL2断面は、本実施形態の異物検査装置1において、トレイ4の上方12mm(電磁波射出面2aの上方15mm)の位置に相当する。図6に示すように、異物Cが存在する場合を示す(b)欄の電場強度分布では、異物Cが存在しない(a)欄の分布に比べ、中央付近に存在する電場強度が高い点が僅かに大きくなっている。このため、図6の(a)欄に示す電場強度と、(b)欄の電場強度の相違に基づいて、異物Cの存在を検出できる可能性がある。 Next, FIG. 6 shows the electric field intensity distribution in the L 2 cross section of FIG. 3, the column (a) is the L 2 cross section of the column (a) of FIG. 3, and the column (b) is the column (b) of FIG. The electric field intensity distribution in the L 2 cross section of column) is shown. The L 2 cross section of FIG. 3 corresponds to a position 12 mm above the tray 4 (15 mm above the electromagnetic wave emitting surface 2a) in the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 6, in the electric field intensity distribution in the column (b) showing the case where the foreign matter C is present, the point that the electric field intensity existing near the center is higher than the distribution in the column (a) where the foreign matter C is not present is It is slightly larger. Therefore, there is a possibility that the presence of the foreign matter C can be detected based on the difference between the electric field strength shown in the column (a) and the electric field strength in the column (b) of FIG.
さらに、図7は、図3のL3断面における電場強度分布を示しており、(a)欄は図3の(a)欄のL3断面、(b)欄は、図3の(b)欄のL3断面における電場強度分布を夫々示している。なお、図3のL3断面は、本実施形態の異物検査装置1において、トレイ4の上方18mm(電磁波射出面2aの上方21mm)の位置に相当する。図7に示すように、異物Cが存在する場合を示す(b)欄の電場強度分布と、異物Cが存在しない(a)欄の分布はほぼ同一であり、L3断面における電場強度分布に基づいて、異物Cの存在を検出することは困難である。 Further, FIG. 7 shows the electric field intensity distribution in the L 3 cross section of FIG. 3, the column (a) is the L 3 cross section of the column (a) of FIG. 3, and the column (b) is the column (b) of FIG. show respectively the electric field intensity distribution in the L 3 cross-section of the column. The L 3 cross section of FIG. 3 corresponds to a position 18 mm above the tray 4 (21 mm above the electromagnetic wave emitting surface 2a) in the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 7, the electric field intensity distribution in the shown row (b) if the foreign object C is present, no foreign matter C is (a) column distribution is almost the same, the electric field intensity distribution in the L 3 section Based on this, it is difficult to detect the presence of foreign matter C.
図8は、比較例として、周期構造板8が配置されていない場合の電場強度分布を示すものである。図8の(b)欄は、図4のL1断面における電場強度分布を示しており、(a)欄は図4のシミュレーションにおいて、異物Cが配置されていない場合のL1断面における電場強度分布を示している。なお、図4のL1断面は、本実施形態の異物検査装置1における電磁波検出器6の配置位置と同一であり、トレイ4の上方6mm(電磁波射出面2aの上方9mm)に位置する。図8の(a)欄と(b)欄の電場強度分布は、ほぼ同一であり、この電場強度分布に基づいて異物Cを検出することは困難である。なお、周期構造板8が配置されていない場合の電場強度分布は、図6、図7に夫々対応するトレイ4の上方12mm、18mmの位置においても、異物Cが存在する場合と存在しない場合でほぼ同一となり、これらに基づいて異物Cを検出することは困難であった。 FIG. 8 shows, as a comparative example, the electric field intensity distribution when the periodic structure plate 8 is not arranged. (B) column of Figure 8 shows an electric field intensity distribution in the L 1 section of FIG. 4, the electric field strength in the L 1 a cross section in the case (a) column in the simulation of FIG. 4, the foreign matter C is not disposed It shows the distribution. The L 1 cross section of FIG. 4 is the same as the arrangement position of the electromagnetic wave detector 6 in the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment, and is located 6 mm above the tray 4 (9 mm above the electromagnetic wave emitting surface 2a). The electric field intensity distributions in columns (a) and (b) of FIG. 8 are almost the same, and it is difficult to detect the foreign matter C based on this electric field intensity distribution. The electric field intensity distribution when the periodic structure plate 8 is not arranged is the case where the foreign matter C is present and the case where the foreign matter C is not present even at the positions 12 mm and 18 mm above the tray 4 corresponding to FIGS. 6 and 7, respectively. It became almost the same, and it was difficult to detect the foreign matter C based on these.
次に、図9及び図10を参照して、電場強度分布の検出位置と平均二乗誤差の関係を説明する。
図9は、図5乃至図7に示したシミュレーションについて、電磁波検出面6aの位置と、検出された全画素の電場強度に基づいて計算された平均二乗誤差との関係を示すグラフである。図10は、図5乃至図7に示したシミュレーションについて、電磁波検出面6aの位置と、検出された電場強度の局所的な二乗誤差の最大値との関係を示すグラフである。
Next, the relationship between the detection position of the electric field intensity distribution and the mean square error will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the position of the electromagnetic wave detection surface 6a and the mean square error calculated based on the detected electric field strength of all the pixels in the simulations shown in FIGS. 5 to 7. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the position of the electromagnetic wave detection surface 6a and the maximum value of the local square error of the detected electric field strength in the simulations shown in FIGS. 5 to 7.
図9は、横軸をトレイ4からの距離とし、縦軸を数式(1)によって計算された平均二乗誤差NMSEとしたグラフである。図9において、横軸の6mmは、図3におけるL1断面に相当し、12mmはL2断面、18mmはL3断面に夫々相当する。図9に示すように、平均二乗誤差の値は、電磁波検出面6aの位置がトレイ4から離れるほど小さくなっている。即ち、トレイ4から離れた位置では、異物が混入していない検査対象物Aについて測定された基準強度IRと、異物が混入している検査対象物Aについて測定された検出強度I1の差が小さくなり、異物を検出することが困難となる。 FIG. 9 is a graph in which the horizontal axis is the distance from the tray 4 and the vertical axis is the mean square error NMSE calculated by the mathematical formula (1). In FIG. 9, 6 mm on the horizontal axis corresponds to the L 1 cross section in FIG. 3, 12 mm corresponds to the L 2 cross section, and 18 mm corresponds to the L 3 cross section, respectively. As shown in FIG. 9, the value of the mean square error becomes smaller as the position of the electromagnetic wave detection surface 6a moves away from the tray 4. That is, at a position away from the tray 4, the difference between the reference intensity I R measured for the inspection object A containing no foreign matter and the detection intensity I 1 measured for the inspection object A containing foreign matter. Becomes smaller, making it difficult to detect foreign matter.
図9に示す結果から、トレイ4からの距離が約15mm以下の位置であれば十分な精度で異物を検出可能であることが読み取れ、この位置は、トレイ4からの距離で電磁波の波長の約5倍、周期構造板8からの距離で電磁波の波長の約4倍に相当する。また、トレイ4からの距離が近いほど平均二乗誤差の値が大きくなり、高精度で異物を検出することが可能となるが、検査対象物A自体の厚みがあるため、電磁波検出面6aをトレイ4(検査対象物Aの下面)に近接させるには限界がある。このため、トレイ4(検査対象物Aの下面)から電磁波検出面6aまでの距離は電磁波の波長の約2倍以上、周期構造板8から電磁波検出面6aまでの距離は電磁波の波長の約1倍以上に設定することが好ましい。一方、検査対象物Aを載置するトレイやコンベアの下側に周期構造板8及び電磁波検出器6を配置するように異物検査装置1が構成されている場合には、電磁波の波長の1倍以下の至近距離に周期構造板8及び電磁波検出器6を配置することができる。 From the results shown in FIG. 9, it can be read that foreign matter can be detected with sufficient accuracy if the distance from the tray 4 is about 15 mm or less, and this position is about the wavelength of the electromagnetic wave at the distance from the tray 4. The distance from the periodic structure plate 8 is 5 times, which corresponds to about 4 times the wavelength of the electromagnetic wave. Further, the closer the distance from the tray 4, the larger the value of the mean square error, and it is possible to detect foreign matter with high accuracy. However, since the inspection object A itself is thick, the electromagnetic wave detection surface 6a is trayed. There is a limit to the proximity to 4 (the lower surface of the inspection object A). Therefore, the distance from the tray 4 (the lower surface of the inspection object A) to the electromagnetic wave detection surface 6a is about twice or more the wavelength of the electromagnetic wave, and the distance from the periodic structure plate 8 to the electromagnetic wave detection surface 6a is about 1 of the wavelength of the electromagnetic wave. It is preferable to set it to twice or more. On the other hand, when the foreign matter inspection device 1 is configured so that the periodic structure plate 8 and the electromagnetic wave detector 6 are arranged under the tray or conveyor on which the inspection object A is placed, the wavelength of the electromagnetic wave is once. The periodic structure plate 8 and the electromagnetic wave detector 6 can be arranged at the following close distances.
図10は、横軸をトレイ4からの距離とし、縦軸を局所的なNMSEとしたグラフである。図10において、横軸の6mmは、図3におけるL1断面に相当し、12mmはL2断面、18mmはL3断面に夫々相当する。図10における局所的NMSE最大値は、異物が混入している検査対象物Aについて測定された検出強度と異物が混入していない検査対象物Aについて測定された基準強度について同一画素ごとに二乗誤差を計算した値の最大値である。即ち、局所的NMSE最大値は、下記数式(2)に示すように、ある点(画素)における検出強度I1と、その点(画素)における基準強度IR1の差の二乗を当該基準強度IR1の二乗で除した値の中の最大値である。
FIG. 10 is a graph in which the horizontal axis is the distance from the tray 4 and the vertical axis is the local NMSE. In FIG. 10, 6 mm on the horizontal axis corresponds to the L 1 cross section in FIG. 3, 12 mm corresponds to the L 2 cross section, and 18 mm corresponds to the L 3 cross section, respectively. The local NMSE maximum value in FIG. 10 is a square error for each pixel with respect to the detection intensity measured for the inspection object A containing foreign matter and the reference intensity measured for the inspection object A containing no foreign matter. Is the maximum value calculated for. That is, as shown in the following mathematical formula (2), the local NMSE maximum value is the square of the difference between the detection intensity I 1 at a certain point (pixel) and the reference intensity I R1 at that point (pixel). It is the maximum value among the values divided by the square of R1.
図10に示すように、局所的NMSE最大値は、電磁波検出面6aの位置がトレイ4から離れるほど小さくなっている。即ち、トレイ4から離れた位置では、異物が混入している検査対象物Aについて測定された検出強度I1と、異物が混入していない検査対象物Aについて測定された基準強度IR1との差が少なくなり、二乗誤差の最大値も小さくなるため異物を検出することが困難となる。 As shown in FIG. 10, the local NMSE maximum value becomes smaller as the position of the electromagnetic wave detection surface 6a is separated from the tray 4. That is, at a position away from the tray 4, the detection intensity I 1 measured for the inspection object A in which foreign matter is mixed and the reference strength I R1 measured for the inspection object A in which foreign matter is not mixed. Since the difference becomes small and the maximum value of the square error becomes small, it becomes difficult to detect foreign matter.
図10に示す結果からも、トレイ4からの距離が約15mm以下の位置であれば十分な精度で異物を検出可能であることが読み取れ、この位置は、トレイ4からの距離で電磁波の波長の約5倍、周期構造板8からの距離で電磁波の波長の約4倍に相当する。また、上記のように、トレイ4(検査対象物Aの下面)から電磁波検出面6aまでの距離は電磁波の波長の約2倍以上、周期構造板8から電磁波検出面6aまでの距離は電磁波の波長の約1倍以上に設定することが好ましいと考えられる。また、周期構造板8及び電磁波検出器6がトレイやコンベアの下側に配置されている場合には、電磁波の波長の1倍以下の至近距離に周期構造板8及び電磁波検出器6を配置することができる。 From the results shown in FIG. 10, it can be read that foreign matter can be detected with sufficient accuracy if the distance from the tray 4 is about 15 mm or less, and this position is the distance from the tray 4 and the wavelength of the electromagnetic wave. The distance from the periodic structure plate 8 is about 5 times, which corresponds to about 4 times the wavelength of the electromagnetic wave. Further, as described above, the distance from the tray 4 (the lower surface of the inspection object A) to the electromagnetic wave detection surface 6a is about twice or more the wavelength of the electromagnetic wave, and the distance from the periodic structure plate 8 to the electromagnetic wave detection surface 6a is the electromagnetic wave. It is considered preferable to set the wavelength to about 1 times or more. When the periodic structure plate 8 and the electromagnetic wave detector 6 are arranged under the tray or the conveyor, the periodic structure plate 8 and the electromagnetic wave detector 6 are arranged at a close distance of 1 times or less the wavelength of the electromagnetic wave. be able to.
本発明の実施形態の異物検査装置1によれば、検査対象物Aと電磁波検出器6の間に、検査対象物Aを透過した電磁波を透過させると共に、電磁波の干渉を誘発する周期構造板8が配置されているので、検査対象物Aに混入した異物の存在を強調することができ、精度良く異物を検出することができる。 According to the foreign matter inspection device 1 of the embodiment of the present invention, the periodic structure plate 8 that transmits the electromagnetic wave transmitted through the inspection object A and induces the interference of the electromagnetic wave between the inspection object A and the electromagnetic wave detector 6. Is arranged, the presence of foreign matter mixed in the inspection object A can be emphasized, and the foreign matter can be detected with high accuracy.
また、本実施形態の異物検査装置1によれば、多数の開口8aが一定のピッチPで形成された薄板により周期構造板8が形成されている(図2)ので、効果的に電磁波の干渉を引き起こすことができると共に、精度の高い周期構造板8を容易に作成することができる。 Further, according to the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment, since the periodic structure plate 8 is formed by a thin plate in which a large number of openings 8a are formed at a constant pitch P (FIG. 2), electromagnetic wave interference is effective. And the periodic structure plate 8 with high accuracy can be easily produced.
さらに、本実施形態の異物検査装置1によれば、周期構造板8の開口8aのピッチPが電磁波の波長の約2倍に形成されているので、電磁波の干渉を効果的に引き起こすことができ、異物の存在を強調することができる。 Further, according to the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment, since the pitch P of the opening 8a of the periodic structure plate 8 is formed to be about twice the wavelength of the electromagnetic wave, the interference of the electromagnetic wave can be effectively caused. , The presence of foreign matter can be emphasized.
また、本実施形態の異物検査装置1によれば、周期構造板8が導電性材料であるニッケルで構成されているので、周期構造板8上において電磁波の透過率が低くなるため、干渉を効果的に誘発することができる。 Further, according to the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment, since the periodic structure plate 8 is made of nickel which is a conductive material, the transmittance of electromagnetic waves on the periodic structure plate 8 becomes low, so that interference is effective. Can be triggered.
さらに、本実施形態の異物検査装置1によれば、周期構造板8と電磁波検出面6aの間の距離が、電磁波の一波長分に設定されているので、電磁波検出器6によって、異物の存在が強調された電磁波を検出することができ、精度良く異物を検出することができる。 Further, according to the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment, since the distance between the periodic structure plate 8 and the electromagnetic wave detection surface 6a is set to one wavelength of the electromagnetic wave, the presence of foreign matter is present by the electromagnetic wave detector 6. Electromagnetic waves with emphasized can be detected, and foreign matter can be detected with high accuracy.
また、本実施形態の異物検査装置1によれば、電磁波発振器2が波長約3mmの電磁波を照射するので、一般的な食料品を適度に透過し、検査対象物Aを食料品としたとき、異物を効果的に検出することができる。 Further, according to the foreign matter inspection device 1 of the present embodiment, since the electromagnetic wave oscillator 2 irradiates an electromagnetic wave having a wavelength of about 3 mm, when a general food product is appropriately transmitted and the inspection target A is a food product, Foreign matter can be detected effectively.
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、電磁波発振器の電磁波射出面から2次元的に、面状に電磁波が射出され、トレイに載せられた検査対象物Aを透過した電磁波が、エリアセンサとして機能する電磁波検出器によって検出されていた。これに対して、変形例として、電磁波が線状に射出されるように電磁波発振器を構成すると共に、これに対向するようにラインセンサとして機能する電磁波検出器を配置し、電磁波発振器と電磁波検出器の間をベルトコンベア(図示せず)に載せられた検査対象物Aが通過するように本発明を構成することもできる。この変形例によれば、多量の検査対象物Aをベルトコンベアで移送しながら、連続的に異物の有無を検査することができる。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, various modifications can be made to the above-described embodiment. In particular, in the above-described embodiment, the electromagnetic wave is two-dimensionally emitted from the electromagnetic wave emitting surface of the electromagnetic wave oscillator, and the electromagnetic wave transmitted through the inspection object A placed on the tray functions as an area sensor. It was detected by the detector. On the other hand, as a modification, an electromagnetic wave oscillator is configured so that electromagnetic waves are emitted linearly, and an electromagnetic wave detector that functions as a line sensor is arranged so as to face the electromagnetic wave oscillator and the electromagnetic wave detector. The present invention can also be configured such that the inspection object A mounted on a belt conveyor (not shown) passes between the spaces. According to this modification, it is possible to continuously inspect the presence or absence of foreign matter while transferring a large amount of the inspection object A by the belt conveyor.
1 異物検査装置
2 電磁波発振器
2a 電磁波射出面
4 トレイ
6 電磁波検出器
6a 電磁波検出面
8 周期構造板
8a 開口
10 演算処理器
1 Foreign matter inspection device 2 Electromagnetic wave oscillator 2a Electromagnetic wave emission surface 4 Tray 6 Electromagnetic wave detector 6a Electromagnetic wave detection surface 8 Periodic structure plate 8a Opening 10 Arithmetic processor
Claims (6)
検査対象物に電磁波を照射するための電磁波発振器と、
この電磁波発振器から照射され、上記検査対象物を透過した電磁波が入射する電磁波検出面を備えた電磁波検出器と、
上記検査対象物と上記電磁波検出器の間に配置され、上記検査対象物を透過した電磁波を透過させると共に、電磁波の干渉を誘発する周期構造板と、
上記電磁波検出器によって検出された電磁波に基づいて、上記検査対象物中の異物の有無を判定する演算処理器と、
を有することを特徴とする異物検査装置。 A foreign matter inspection device that uses electromagnetic waves to detect foreign matter mixed in the inspection object.
An electromagnetic wave oscillator for irradiating an object to be inspected with electromagnetic waves,
An electromagnetic wave detector equipped with an electromagnetic wave detection surface that is irradiated from this electromagnetic wave oscillator and transmits electromagnetic waves that have passed through the inspection object.
A periodic structure plate that is placed between the inspection object and the electromagnetic wave detector to transmit the electromagnetic waves that have passed through the inspection object and induce the interference of the electromagnetic waves.
An arithmetic processor that determines the presence or absence of foreign matter in the inspection object based on the electromagnetic waves detected by the electromagnetic wave detector.
A foreign matter inspection device characterized by having.
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