JP2023051367A - 画像取得装置、検査装置および画像取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フレームを無駄にすることなく、光を照射する前後のフレームを良好に取得する。
【解決手段】所定のタイミングで対象物に光を照射する発光部と、前記対象物からの熱輻射を２次元的に受光する受光部と、前記受光部で受光した情報の内、前記受光部から順次読み出される方向に限定された限定領域の情報から、前記対象物の温度情報を２次元画像として取得する２次元画像取得部と、を備え、前記発光部が光を照射開始するタイミングは、Ｐ番目のフレームの前記限定領域の露光時間が終了した後、かつ、（Ｐ＋１）番目のフレームの前記限定領域の露光時間が開始する前であり、前記２次元画像取得部は、Ｐ番目のフレームと（Ｐ＋ｑ）番目（ｑ≧１）のフレームとを含む、少なくとも２フレームの前記限定領域の情報を取得する。
【選択図】図７

Description

本発明は、画像取得装置、検査装置および画像取得方法に関する。

従来、包装材に食品等の物品が封入され、シールして出来る包装体について、そのシール部分が正しく封止されているか否かを検査する包装体の検査装置がある。

特許文献１には、包装体の検査装置として、検査時において包装体を常時照明し、包装体の所定地点への進入を検知してから所定時間後に照射状態の包装体を撮像する技術が開示されている。

従来の検査装置では、ライン毎に露光時間差があり、ライン毎に順次読み出しを行うエリア受光部を用いて撮像している。しかしながら、このようなエリア受光部を用いた検査装置によれば、一部のラインの露光時間中にフラッシュのような発光時間の短い強い光が入射すると、発光時間の短い強い光が入射した一部のラインの領域が他のラインの領域よりも明るくなる（露光ムラ）、という問題がある。また、被写体である包装体が動いている場合には、画像が歪むという問題がある。

これに対し、検査精度を上げるために、光を照射していない状態と光を照射している状態とを撮像し、その比較結果から検査する方法がある。しかしながら、この方法によれば、使用する発光部や受光部（特に発光部や受光部が市販品の場合）に応じて、光を照射するタイミングと撮像するタイミングとの制御に工夫が必要である、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フレームを無駄にすることなく、光を照射する前後のフレームを良好に取得することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、所定のタイミングで対象物に光を照射する発光部と、前記対象物からの熱輻射を２次元的に受光する受光部と、前記受光部で受光した情報の内、前記受光部から順次読み出される方向に限定された限定領域の情報から、前記対象物の温度情報を２次元画像として取得する２次元画像取得部と、を備え、前記発光部が光を照射開始するタイミングは、Ｐ番目のフレームの前記限定領域の露光時間が終了した後、かつ、（Ｐ＋１）番目のフレームの前記限定領域の露光時間が開始する前であり、前記２次元画像取得部は、Ｐ番目のフレームと（Ｐ＋ｑ）番目（ｑ≧１）のフレームとを含む、少なくとも２フレームの前記限定領域の情報を取得する、ことを特徴とする。

本発明によれば、フレームを無駄にすることなく、光を照射する前後のフレームを良好に取得することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる検査装置の構成例を示す概略図である。 図２は、検査装置により検査される包装体の一例を示す図である。 図３は、包装材の構成例を示す図である。 図４は、制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 図５は、制御装置の機能を示す機能ブロック図である。 図６は、アルミニウムの吸収率を示すグラフである。 図７は、受光部の構成例を示す図である。 図８は、一般的な順次読み出し方式について説明する図である。 図９は、従来の問題を例示的に示す図である。 図１０は、受光部の限定領域外の露光時間内に光を照射した場合の一例を示す図である。 図１１は、受光部の限定領域外の露光時間内に光を照射した場合の別の一例を示す図である。 図１２は、発光部が光を照射する時間の一例を示す図である。 図１３は、発光部が光を照射する時間の別の一例を示す図である。 図１４は、停止している包装体を照射する場合のポイント型発光源の例を示す図である。 図１５は、停止している包装体を照射する場合のライン型発光源の例を示す図である。 図１６は、停止している包装体を照射する場合のエリア型発光源の例を示す図である。 図１７は、停止している包装体からの熱輻射を受光する場合のエリア型受光素子の例を示す図である。 図１８は、発光部と受光部との第１のレイアウト例を示す図である。 図１９は、発光部と受光部との第２のレイアウト例を示す図である。 図２０は、発光部と受光部との第３のレイアウト例を示す図である。 図２１は、良好な状態の位置と不良な状態の位置とにおける表面温度の変化例を示すグラフである。 図２２は、シール部の良否判定にかかる２次元画像の具体例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、画像取得装置、検査装置および画像取得方法の実施の形態を詳細に説明する。

ここで、図１は実施の形態にかかる検査装置１の構成例を示す概略図、図２は検査装置１により検査される包装体５０の一例を示す図である。検査装置１は、画像取得装置として機能する。検査装置１は、検査の対象物である包装体５０について適正にシールされているかについての検査を行い、異常のある包装体５０を生産ラインから排除するものである。

まず、包装体５０について説明する。

図２に示すように、包装体５０は、袋状の包装材５１の内部に、物品（例えば、カレーやスープなどの食品など）を収容したものである。図２に示す包装体５０は、包装材５１同士の接着により、袋状の開口部を封止する。

包装体５０の包装材５１には、単層プラスチックフィルム、表面加工が施された単層プラスチックフィルム、または、それらを複数積層したプラスチックフィルムなどが用いられている。表面加工には、防湿性を付与するためのコーティングや、ガスバリア性を付与するためのアルミニウム、シリカ、アルミナ等の蒸着などがある。

さらには、包装体５０の包装材５１としては、上述のフィルムに対してアルミニウム箔５１ｂ（図３参照）をラミネートしたフィルムが用いられている。アルミニウム箔５１ｂをラミネートした包装材５１は、高いガスバリア性、防湿性が要求される用途に用いられる。特に、アルミニウム箔５１ｂをラミネートした包装材５１は、レトルト食品の包装容器であって、いわゆるレトルトパウチと呼ばれるものである。

図３は、包装材５１の構成例を示す図である。図３に示す包装材５１は、レトルトパウチ用の包装材５１の構成例を示すものである。図３に示す包装材５１は、表面からポリエステル（ＰＥＴ）フィルム５１ａ、アルミニウム箔５１ｂ、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルム５１ｃの順に積層されている。図３に示す包装材５１のようにアルミニウム箔やアルミニウム蒸着フィルムなどをラミネートしたフィルムは、目視による透過性が悪く、包装材５１の内部に収容した物品の目視での確認は困難である。

図２に示す包装体５０において、包装材５１同士を接着して袋状の開口部を封止した部分をシール部５２と呼ぶ。シール部５２は、加熱したバーを封止したい部分に押し当てることで熱圧着するヒートシールや、封止したい部分を超音波振動と加圧により溶融して接合する超音波シールなどによって形成する。

ここで、包装体５０の製造工程を簡単に説明する。包装体５０は、図示しない充填手段（充填機）により、物品（例えば、カレーやスープなどの食品など）などが袋状の包装材５１に充填された後、シール部５２で封止されて製造される。

このような製造工程において、検査装置１は、シール部５２で封止された包装体５０に対し、しっかり密封されて物品の漏洩が起きないことを確認するため、シール検査を実施する。シール検査では、シール部５２が良好な状態か、不良な状態かを判定する。不良な状態には、例えば、噛み込み、ピンホール、シワ、貫通などと呼ばれる状態がある。具体的には、噛み込みはシール部５２に物品を噛み込んでいる不良、ピンホールはシール部５２に穴が開いている不良、シワはシール部５２に折りシワや重なりシワが発生している不良、貫通はシール部５２に物品が外部へ漏洩してしまうような通り道ができている不良、などである。

次に、検査装置１について詳述する。

図１に示すように、検査装置１は、搬送ユニット２と、画像取得装置３と、制御装置４と、を備えている。

画像取得装置３は、搬送ユニット２に対して下方に配置された発光部３１と、搬送ユニット２に対して上方に配置された受光部３２と、を備える。

搬送ユニット２は、第１搬送部２１と第２搬送部２２とを備える。第１搬送部２１および第２搬送部２２は、無端状のベルトを回転駆動することで、ベルト上の包装体５０を搬送する。第１搬送部２１は、画像取得装置３の配置位置に対して、包装体５０の搬送方向Ｘの上流側に配置される。第２搬送部２２は、画像取得装置３の配置位置に対して、包装体５０の搬送方向Ｘの下流側に配置される。搬送ユニット２は、第１搬送部２１と第２搬送部２２との間に、発光部３１と受光部３２との間の空間となる隙間Ｏを形成する。隙間Ｏである第１搬送部２１と第２搬送部２２との間の距離は、第１搬送部２１から第２搬送部２２への受け渡しに影響を与えない距離である。このような構成により、搬送ユニット２は、発光部３１と受光部３２との間の空間に、包装体５０を搬送する。

画像取得装置３は、搬送ユニット２により搬送された包装体５０のシール部５２の２次元温度情報を、画像として取得する。

発光部３１は、搬送ユニット２により搬送された包装体５０のシール部５２全体に対し、２次元的に光を照射する。なお、発光部３１は、第１搬送部２１と第２搬送部２２との隙間Ｏにおいて、搬送ユニット２により搬送されている包装体５０に対して光を照射してもよいし、搬送ユニット２上で一旦停止した状態の包装体５０に対して光を照射してもよい。

受光部３２は、発光部３１からの光照射に伴い、包装体５０のシール部５２全体からの熱輻射を２次元的に受光する。

次に、制御装置４について説明する。制御装置４は、検査装置１の全体を制御する。ここで、図４は制御装置４のハードウェア構成を示すブロック図である。図４に示すように、制御装置４は、ＣＰＵ４１（Central Processing Unit）４１や、ＲＯＭ（Read Only Memory）４２、ＲＡＭ（Random Access Memory）４３、ＨＤＤ４４等を備えている。制御装置４は、ＲＯＭ４２やＨＤＤ４４に予め記憶されているプログラムに従って、ＲＡＭ４３をワークメモリとして用いて、搬送ユニット２、画像取得装置３の各部を駆動制御する。制御装置４として、例えば、パーソナルコンピュータ（ディスクトップ、ノートパソコン）を用いることができる。

本実施形態の制御装置４で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施形態の制御装置４で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施形態の制御装置４で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

制御装置４は、画像取得装置３で撮影した２次元画像に基づいて、包装体５０のシール部５２が良好か不良かの判定を行う。

次に、制御装置４の機能について説明する。

図５は、制御装置４の機能を示す機能ブロック図である。図５に示すように、制御装置４は、ＣＰＵ４１がプログラムに従って動作することにより、制御部４０１、２次元画像取得部４０２、良否判定部４０３として機能する。

制御部４０１は、画像取得装置３の発光部３１の発光および受光部３２の受光を制御する。また、制御部４０１は、搬送ユニット２の第１搬送部２１および第２搬送部２２の駆動を制御する。

２次元画像取得部４０２は、受光部３２により２次元的に受光した熱輻射情報から、包装体５０のシール部５２の２次元温度情報を画像として取得する。つまり、２次元画像取得部４０２は、光情報を温度情報に変換し、温度画像を取得する。サーモグラフィー（熱画像）とも言う。なお、２次元画像取得部４０２は、受光部３２を非冷却型マイクロボロメータとした赤外線カメラに備えられるものであってもよい。

次に、発光部３１および受光部３２について詳述する。

上述したように、包装体５０の包装材５１には、アルミニウム蒸着フィルムやアルミニウム箔をラミネートしたフィルムが用いられており、少なくともアルミニウムが含まれている。そこで、本実施形態の検査装置１の発光部３１は、包装体５０のシール部５２の一方側に、少なくともアルミニウムが光吸収する波長を持つ光を照射する。包装材５１のアルミニウム箔５１ｂ（図３参照）は、発光部３１が照射した光を吸収し、光エネルギーを熱エネルギーに変換する。包装材５１のアルミニウム箔５１ｂで発生した熱は、各層の表面間および各層中を伝わり、包装材５１の表面に到達する。そして、包装材５１は、表面から熱輻射による光を放射する。この光放射は、いわゆるプランク放射則に基づくスペクトルで放射され、受光部３２で受光される。受光部３２は、熱輻射情報を２次元的に受光する。

図６は、アルミニウムの吸収率を示すグラフである。アルミニウムは、図６に示す吸収スペクトルを持つ。図６に示すように、アルミニウムは、０．７８μｍ～１．０μｍの近赤外線の吸収率のピークにおいて、効果的に光吸収を生じる。また、アルミニウムは、紫外線（０．３８μｍ以下）や可視光線（０．３８μｍ～０．７８μｍ）においても高い吸収率を持つ。なお、アルミニウムは、１μｍ以上の波長では吸収率が低下する。したがって、発光部３１は、少なくとも紫外線、可視光線、近赤外線のいずれかの光を照射することが望ましい。そこで、本実施形態の発光部３１は、少なくとも紫外線、可視光線、近赤外線を含む光を照射することができるハロゲンランプを適用する。ハロゲンランプは、一般的に、可視光線より長い波長の光を照射でき、非常にブロードな発光スペクトルを有する。ハロゲンランプは、ランプの温度に依存するが、特に近赤外線より長い波長を持つ光を多く含んでいる（例えば、５０％以上含む）。

なお、発光部３１は、ハロゲンランプに限るものではなく、紫外線、可視光線、近赤外線の光を照射することができるキセノンランプを適用してもよい。一般的に、キセノンランプは、紫外線、可視光線、近赤外線に渡りブロードな発光スペクトルを持ち、かつ、近赤外線に複数のシャープな発光スペクトルを有する。キセノンランプは、近赤外線より長い波長をほとんど含んでいない（例えば、５％以下）。このような近赤外線より長い波長の光は熱線とも呼ばれ、周囲の部材を温めてしまうため、装置の小型化や構成部品の選定に影響を及ぼす。そのため、近赤外線より長い波長の光を含まないことが実用上好ましい。

また、発光部３１は、近赤外線にピーク波長を持つ近赤外ＬＥＤまたは近赤外レーザを適用するようにしてもよい。近赤外ＬＥＤまたは近赤外レーザは、アルミニウムの吸収スペクトルのピークとほぼ同じ波長帯域に発光スペクトルのピークを持つため、高い効率で光エネルギーを熱エネルギーに変換することができる。また、近赤外ＬＥＤまたは近赤外レーザは、一般的にハロゲンランプやキセノンランプよりも寿命が長く、連続稼働する検査装置１での使用において、交換周期を長くすることができるという利点もある。

さらに、発光部３１は、連続点灯（ＤＣ発光）でもよいし、間欠点灯（パルス発光）でもよい。ただし、寿命の観点から、１Ｈｚ～２Ｈｚ程度で間欠点灯可能であることが好ましい。具体的には、レーザ、ＬＥＤ、キセノンランプが該当する。

さらにまた、発光部３１は、連続点灯（ＤＣ発光）である場合に、包装体５０に対し間欠点灯となるような間欠照射手段（シャッター）を、包装体５０との間に備えるようにしてもよい。

本実施形態においては、シール部５２の表面温度上昇は数℃～１０℃程度でよい。それ以上に温度を上げてもよいが、ハイパワーの光源が必要となり、光源のコストや大きさの面から実用的ではない。検査装置１の雰囲気温度が２０～３０℃程度であるとすると、２７３℃＋２０～３０℃＋数℃～１０℃＝２９５～３１５Ｋ程度となる。また、３００Ｋに相当する熱輻射は、プランクの法則により、約３μｍ以上の波長を持つことが分かっている。これにより、包装体５０のシール部５２から熱輻射により放射される光は、プランクの法則により約３μｍ以上の波長の光となる。すなわち、受光部３２は、３μｍ以上の波長を持つ光を受光する。

このように発光部３１が照射する光の波長と受光部３２が受光する熱輻射の波長とを異ならせることにより、発光部３１の光は受光部３２で受光されず、受光部３２のノイズとなることがないので、良好な受光信号の取得が可能になる。

大気の透過スペクトルには大気の窓と呼ばれる、大気の透過率が高い波長帯域がある。大気中で測定する場合にはこの帯域を用いることが好ましい。例えば、３～６μｍの波長帯域であるＭＷＩＲ（Middle Wavelength Infrared Radiation）、８～１４μｍの波長帯域であるＬＷＩＲ（Long Wavelength Infrared Radiation）が挙げられる。

また、３００Ｋ程度の熱輻射スペクトルは、約１０μｍにピークを持つため、より感度の高い測定をするためにＬＷＩＲの大気の窓を利用することが好ましい。

そこで、本実施形態においては、受光部３２は、ＬＷＩＲを受光する赤外線受光素子を用いる。なお、赤外線受光素子は、極低温に冷却する必要があり高感度な冷却型と、室温で動作可能な非冷却型と、がある。本実施形態においては、受光部３２は、実用的には低コストである非冷却型赤外線受光素子を用いる。

発光部３１は、シール部５２全体を２次元的に照射するものであれば、ポイント型発光源、ライン型発光源、エリア型発光源のいずれの発光源でも構わない。

次に、受光部３２の信号出力について詳述する。

上述したように、受光部３２は、光照射に伴ったシール部５２全体からの熱輻射を２次元的に受光するエリア型受光素子である。ここで、図７は受光部３２の構成例を示す図である。図７に示すように、受光部３２は、長方形状であって、多数の画素を備える。受光部３２は、各画素から信号出力する読み出し方向を短手方向（画素数が少ない方）とする。読み出し方向に順に並ぶ画素列は、ラインと呼ばれる。

ここで、図８は一般的な順次読み出し方式について説明する図である。一般に、エリア型受光素子である受光部３２には、ＣＭＯＳ読み出し回路が内蔵されている。ここでは、一般的な順次読み出し方式について簡単に説明する。なお、記述に限定されるものではない。

図８の縦軸は各ラインを示し、読み出し方向は１ライン目からＮライン目である。図８の横軸は時間である。ラインは、所望の露光時間と読み出し時間とを有している。ここで、図８に示すＰフレーム目に注目すると、ライン毎に露光時間差があり、順次、２ライン目、３ライン目、・・・と進んでいく。全Ｎラインの読み出しが完了すると、次のフレームである（Ｐ＋１）フレーム目に進む。

ここで、図９は従来の問題を例示的に示す図である。図９に示す例は、Ｐフレーム目の中心付近の時間に、１０ｍｓ程度で光を照射したものである（画像の露光時間内に光を照射した）。その結果、取得したＰフレーム目の２次元画像は、その下半分が明るくなる露光ムラ画像であった。つまり、このＰフレームは良好な画像として用いることができないので、光を照射する前の画像としては（Ｐ－１）フレーム、光を照射する後の画像としては（Ｐ＋１）フレームを用いざるを得ない。そして、時間変化がある対象物の画像を取得する場合に、１フレームが抜けてしまうことは問題である。

図９に示すように、Ｐフレーム目の露光時間内に光を照射する場合、ライン毎に見ると、露光時間内に光が照射されるラインと光が照射されないラインとが発生し、いわゆる露光ムラ画像となる。そこで、本実施形態においては、図７に示すように、受光部３２において２次元画像として取得する画像領域を限定領域として限定する。つまり、本実施形態においては、受光部３２において２次元画像として取得する画像領域を順次読み出しされる方向に限定し、露光時間内に光が照射されないラインのみを取得する。なお、受光部３２は、全ライン（全画素）で信号出力しているが、２次元画像取得部４０２が取得する情報として限定する。したがって、限定されない領域は、後々情報として取得しないので、この露光時間内に光を照射しても問題にならないということになる。なお、受光部３２における限定領域は、レンズの光学性能を考慮すると、受光部３２の中央部分が好ましい。

なお、受光部３２は、前述したように長方形状であり、各画素から信号出力する読み出し方向は短手方向（画素数が少ない方）である。さらに、本実施形態においては、読み出し方向に受光する情報を限定する。したがって、取得する２次元画像の空間分解能を出来るだけ高くするためには、受光部３２はシール部５２の短手方向と一致させることが好ましい。

図１０は、受光部３２の限定領域外の露光時間内に光を照射した場合の一例を示す図である。図１０に示すように、受光部３２の限定領域を１～ｎラインとしたとき、光を照射開始するタイミングを、Ｐフレーム目の限定領域の露光時間が終了した後、かつ（Ｐ＋１）フレーム目の限定領域の露光時間が開始する前とすることができる。このとき、Ｐフレーム目の限定領域から、光を照射する前の画像を取得することができ、（Ｐ＋１）フレーム目の限定領域は、光を照射した後の画像を取得することができる。したがって、１フレームもムダにすることがなく、良好な画像を取得することができる。

図１１は、受光部３２の限定領域外の露光時間内に光を照射した場合の別の一例を示す図である。図１１に示すように、Ｐフレーム目の限定領域から、光を照射する前の画像を取得することができ、（Ｐ＋ｑ）フレーム目の限定領域は、光を照射した後の画像として取得することもできる。Ｐフレーム目のみで照射する前の画像取得と光の照射開始が完結でき、検査時間をムダにすることなく、良好な画像を取得することができる。

もちろん、限定領域は１～ｎラインに限るものではなく、たとえば、ｍ～Ｎラインとすることができる。この場合であっても同様に、光を照射開始するタイミングをＰフレーム目の限定領域の露光時間が終了した後、かつ（Ｐ＋１）フレーム目の限定領域の露光時間が開始する前とすることができる。

次に、発光部３１における光照射時間について詳述する。

図１２は、発光部３１が光を照射する時間の一例を示す図である。図１２に示すように、発光部３１は、光を照射する光照射時間を、Ｐフレーム目の限定領域の露光時間が終了した後から、（Ｐ＋１）フレーム目の限定領域の露光時間が開始する前までの間とする。

図１３は、発光部３１が光を照射する時間の別の一例を示す図である。図１３に示すように、発光部３１は、光を照射する光照射時間を、Ｐフレーム目の限定領域の露光時間が終了した後から、（Ｐ＋１）フレーム目以降までの間としても良い。

上述したように、露光時間差があるライン毎に順次読み出しを行う受光部３２を用いて、搬送ユニット２により搬送されている包装体５０を撮像する場合には、画像が歪むことになる。したがって、搬送ユニット２により搬送されている包装体５０を一旦停止させている間に、発光部３１による光の照射の開始、および、受光部３２によるＰフレームと（Ｐ＋１）フレームとの受光を行うことが好ましい。

次に、検査装置１の搬送ユニット２における包装体５０の停止機構について説明する。搬送ユニット２は、以下のような構成にすることにより、包装体５０を停止させることができる。

第１搬送部２１は、制御装置４の制御部４０１（図５参照）に制御され、速度Ｖ１で包装体５０を移動する。速度Ｖ１は、一定速度Ｖである。第２搬送部２２は、制御装置４の制御部４０１（図５参照）に制御され、速度Ｖ２で包装体５０を移動する。速度Ｖ２は、０～Ｖまで可変可能である。また、第１搬送部２１のベルトの包装体５０を搬送する面の摩擦係数μ１と、第２搬送部２２のベルトの包装体５０を搬送する面の摩擦係数μ２とは、互いに異なり、μ１＜μ２となるように構成される。

図１に示すように、搬送ユニット２は、位置傾き規制部２３を第１搬送部２１に備える。位置傾き規制部２３は、簡単な例として、アルミニウム材のガイド機構で構成される。第１搬送部２１上を搬送される包装体５０は、搬送方向に直交する方向の位置に対し、ある程度のばらつきを持って搬送される。位置傾き規制部２３は、第１搬送部２１上を搬送される包装体５０の搬送方向に直交する方向の位置を、所定の位置に規制するためのガイド機構である。また、第１搬送部２１上を搬送される包装体５０は、搬送方向に直交する方向の傾きに対しても、同様にある程度のばらつきを持って搬送される。位置傾き規制部２３は、第１搬送部２１上を搬送される包装体５０の搬送方向に直交する方向の傾きを規制するためのガイド機構である。なお、位置傾き規制部２３は、図示する形態だけに限るものではなく、既存の方法を用いることができる。

包装体５０は第１搬送部２１を一定速度Ｖで搬送され、位置傾き規制部２３で搬送方向に直交する方向の位置および傾きを規制される。位置傾き規制部２３は、包装体５０を搬送方向および搬送方向に直交する方向にほぼ平行に規制する。なお、第１搬送部２１のベルトの摩擦係数μ１は、包装体５０が第１搬送部２１のベルト上を搬送方向に搬送されつつ、位置傾き規制部２３に従って、搬送方向に直交する方向には滑るような状態に設定されている。

位置傾き規制部２３によって位置および傾きを規制された包装体５０は、第１搬送部２１から第２搬送部２２へ搬送される。なお、第１搬送部２１と第２搬送部２２は、所定の隙間Ｏをもって配置されている。包装体５０が第２搬送部２２に移動すると、第２搬送部２２は速度Ｖから０へ減速し、停止する。包装体５０は、第２搬送部２２のベルト上をほとんど滑ることなく、第２搬送部２２の速度に従い、停止する。第２搬送部２２のベルトの摩擦係数μ２は、減速による滑りが発生しにくい状態に設定されている。

よって、位置傾き規制部２３で包装体５０の搬送方向に直交する方向の位置や傾きの状態を整え、次に摩擦係数が大きい第２搬送部２２のベルトの速度を減速、停止（Ｖ→０）させることで、包装体５０を停止させる。このように搬送中の包装体５０を一旦停止させ、停止している間に受光部３２で撮像することにより、撮影時に発生するブレや画像歪みは発生しない。さらに、移動時の対流による温度変化の影響を低減できる。

ここで、包装体５０の搬送方向に直交する方向の位置は、既に位置傾き規制部２３にて規制されている。また、包装体５０の搬送方向の停止位置は、第２搬送部２２の減速から停止の制御により、規制することができる。包装体５０が第２搬送部２２のベルトの上を慣性によって滑る場合には、制御装置４の制御部４０１（図５参照）は、その滑り量も含めて第２搬送部２２の減速制御を行う。したがって、搬送ユニット２は、シール部５２を搬送方向および搬送方向に直交する方向に受光部３２の視野の中に納めることが可能になる。精度よく位置決めができると、受光部３２で受光した情報から、温度情報として取得する２次元画像の領域を絞り、画像サイズを小さくすることができるというメリットがある。

なお、包装体５０が略直方形状の対象物であれば、受光部３２と各辺がほぼ平行な状態で２次元画像を取得することができる。この場合には受光部３２から、包装体５０の一部を切り出す処理も容易になる。

その後、第２搬送部２２は速度０からＶへ加速し、包装体５０を一定速度Ｖにて搬送する。

なお、図１に示すように、搬送ユニット２は、搬送方向への包装体５０の搬送を規制するための搬送規制部２４を第２搬送部２２に備えるようにしてもよい。上述したように、包装体５０が第２搬送部２２に移動すると、第２搬送部２２は速度Ｖから０へ減速し、停止する。搬送規制部２４を配置し、包装体５０の搬送方向先端を突き当てることにより、搬送ユニット２は、包装体５０の停止位置を精度高く位置決めすることができる。

搬送規制部２４は、簡単な例として、アルミニウム材のストッパ機構で構成される。位置傾き規制部２３により包装体５０の搬送方向に直交する方向の位置は規制されており、また、傾きも規制されているため、略直方形状の包装体５０は、その先端の一辺を搬送方向に垂直な搬送規制部２４にほぼ平行に突き当てて停止する。

より詳細には、搬送規制部２４は、制御装置４の制御部４０１（図５参照）の制御により、第２搬送部２２が減速および停止するタイミングに合わせて第２搬送部２２のベルト上に板状部材を下降して、第２搬送部２２のベルトに突き当てる。搬送規制部２４は、制御装置４の制御部４０１（図５参照）の制御により、発光部３１による発光および受光部３２による受光が終わった後に第２搬送部２２のベルトから板状部材を上昇して、包装体５０の搬送を許容する。

なお、搬送規制部２４は、包装体５０が円形状であれば、包装体５０の形状に合わせた円弧状のストッパ機構を用いることができる。搬送規制部２４は、図示する形態だけに限るものではなく、既存の方法を用いることができる。

次に、発光部３１の発光例について説明する。

図１４は停止している包装体５０を照射する場合のポイント型発光源の例を示す図である。図１４に示すように、ポイント型発光源は、ポイント状にシール部５２を照射する。図１４に示すように、発光部３１は、停止している包装体５０を照射する場合には、シール部５２を２次元走査する光学系を介してポイント型発光源を２次元的に照射する。

図１５は停止している包装体５０を照射する場合のライン型発光源の例を示す図である。図１５に示すように、ライン型発光源は、ライン状にシール部５２を照射する。ライン型発光源は、ポイント型発光源を一列もしくは複数列に並べてライン型とするものでもよいし、ポイント型発光源を用いて光学系を介してライン状の照射パターンを作るものでもよい。図１５に示すように、発光部３１は、停止している包装体５０を照射する場合には、シール部５２を１次元走査する光学系を介してシール部５２の短手幅より若干長いライン型発光源で２次元的に照射する。

図１６は停止している包装体５０を照射する場合のエリア型発光源の例を示す図である。図１６に示すように、エリア型発光源は、エリア状にシール部５２を一括に照射する。エリア型発光源は、ポイント型発光源を縦横に並べてエリア型とするものでもよいし、ライン型発光源を複数列並べてエリア型とするものでもよいし、これらと光学系を組み合わせてエリア状の照射パターンを作るものでもよい。図１６に示すように、発光部３１は、停止している包装体５０を照射する場合には、エリア型発光源で一括に照射する。

次に、受光部３２の受光例について説明する。

一方、受光部３２は、光照射に伴ったシール部５２全体からの熱輻射を２次元的に受光するエリア型受光素子である。エリア型受光素子には、マイクロボロメータなどが適用される。

図１７は停止している包装体５０からの熱輻射を受光する場合のエリア型受光素子の例を示す図である。図１７に示すように、受光部３２は、停止している包装体５０からの熱輻射を受光する場合には、シール部５２を一括にエリア型受光素子で受光する。

上述したように、シール部５２全体を光照射する発光部３１や、シール部５２全体からの熱輻射を受光する受光部３２には様々な態様がある。本実施形態においては、発光部３１はエリア型発光源であり、受光部３２はエリア型受光素子とする。このようにエリア型発光源とエリア型受光素子との組み合わせにすることにより、包装体５０が搬送されていても停止していても、その搬送状態の制約を受けずに、シール部５２全体を一括に、照射および受光が可能である。さらに、ポイント型発光源（具体的にはＬＥＤ）を縦横に並べたエリア型発光源、エリア型受光素子であれば、１次元もしくは２次元走査する光学系、すなわち可動部品が不要であり、振動影響を受けず高品質な画像の取得が可能である。

次に、発光部３１と受光部３２との位置関係について詳述する。

上述したように、受光部３２は、発光部３１から照射されて包装材５１のシール部５２を透過する光や、シール部５２から反射する光を直接受光するのではない。受光部３２は、発光部３１から照射された光による包装材５１の表面からの熱輻射によって放出された光を受光するものである。つまり、発光部３１と受光部３２とは、光の透過または正反射に基づく配置に制約されるものではない。そのため、発光部３１と受光部３２とのレイアウト自由度は、大きくなる。

図１８は、発光部３１と受光部３２との第１のレイアウト例を示す図である。図１８に示す例では、受光部３２は、搬送方向Ｘに対して略平行な面である包装材５１のシール部５２および発光部３１に対して、光軸を傾けて設置している。このように受光部３２の光軸を包装材５１のシール部５２に対して傾けて設置することにより、受光部３２自身の映り込みを防止することができる。

より詳細には、図１８に示すように、包装体５０は包装材５１の内部に物品を収容するため、包装体５０のシール部５２の近傍は膨らみを持っている。そのため、シール部５２が搬送方向Ｘに対して略平行であるのに対し、シール部５２の近傍は搬送方向Ｘに対して傾いている。したがって、図１８に示す例では、受光部３２は、包装材５１のシール部５２の近傍の傾きに直交する傾きでなく、包装材５１のシール部５２の近傍の傾きと同方向に光軸を傾けて設置されている。

ここで、図１９は発光部３１と受光部３２との第２のレイアウト例を示す図である。図１９に示す例では、受光部３２自身の映り込みの影響がないことを条件として、受光部３２は、搬送方向Ｘに対して略平行な面であるシール部５２に対して、傾けずに直交する位置に配置するようにしてもよい。

ここで、図２０は発光部３１と受光部３２との第３のレイアウト例を示す図である。図２０に示す例では、図１９の第２のレイアウト例に加えて、発光部３１を、搬送方向Ｘに対して略平行な面である包装材５１のシール部５２および受光部３２に対して光軸を傾けて設置している。

最後に、良否判定部４０３について説明する。

良否判定部４０３は、温度情報を持つ２次元画像に基づき、包装体５０のシール部５２が良好な状態か、不良な状態か、すなわち良否を判定する。良否判定部４０３は、不良な状態を顕在化するため、２次元画像に既知の様々な画像処理を施す。

前述したように、包装体５０のシール部５２に不良な状態があると、良好な状態に対し、シール部５２の熱容量が変化する。例えば、噛み込みはシール部５２に物品を噛み込んでいる不良であり、包装材５１と包装材５１との間に物品が挟み込んだ状態で封止されている。したがって、その物品による層が新たにでき、熱の伝わりが遅くなる。貫通はシール部５２に物品が外部へ漏洩してしまうような通り道ができている不良であり、包装材５１と包装材５１との間に空気層があることにより、空気の高い熱抵抗のため、熱の伝わりが遅くなる。このように包装体５０のシール部５２に不良な状態があると、熱がシール部５２の表面に到達する時間が遅れるため、表面に温度分布が生じることになる。そこで、良否判定部４０３は、温度情報を持つ２次元画像において発生する温度分布に基づき、不良な状態である、すなわち否であると判定することができる。

次に、良否判定部４０３におけるシール部５２の良否判定について説明する。

ここで、図２１は良好な状態の位置と不良な状態の位置とにおける表面温度の変化例を示すグラフ、図２２はシール部５２の良否判定にかかる２次元画像の具体例を示す図である。図２２に示す例は、不良な状態として、シール部５２に空気層がある場合を示している。これは、貫通、または、空気を含む内容物の噛み込みなどに見られる状況を模擬している。

図２１に示す例は、アルミニウムを含むシール部５２において良好な状態と不良な状態とがある場合について、時刻０で一方側から発光部３１によって光を照射し、ある時刻ｔで他方側の表面の温度分布を取得したものである。

図２２に示す２次元画像は、図２１に示す時刻Ａに取得した画像である。図２２に示す画像は、白は温度が高く、黒は温度が低いことを示すモノクロ画像である。図２２に示すように、シール部５２に空気層があることによって不良な状態となる位置は、周囲に比べ黒っぽくなっていることが分かる。

図２１に示す例では、良好な状態の位置は時刻Ｔで、ピーク温度に到達している。この時間は包装材５１の種類や厚みにより異なるが、およそ数１００ｍｓから１ｓ以下である。一方、図２１に示すように、不良な状態の位置は、時刻Ｔより後にピーク温度に到達しており、良好な状態と不良な状態との両者のピーク温度はほとんど同じである。そして、図２１により、０＜ｔ＜Ｔにおいて、良好な状態では、不良な状態に対して温度が高いことが分かる。なお、良好な状態と不良な状態とは、時間が経つとほぼ同じピーク温度になり、ピーク以降ではその温度差は小さくなっている。

以上により、図２２に示すようにシール部５２に空気層がある場合には、空気層がある部分のシール部５２の熱抵抗が大きくなるので熱の伝わりに遅れが生じることがわかる。すなわち、良好な状態と不良な状態とで、シール部５２の表面温度の時間変化が異なり、ある時刻においては検出可能な大きな温度差が生じる。良否判定部４０３は、この時刻の２次元画像を捉えることにより、不良な状態を検出することができる。

ただし、不良な状態によっては熱抵抗が小さくなり周囲よりも温度が上がることもある。このような場合でも、良好な状態と不良な状態との違いをみることで、シール部５２の不良な状態の検出ができる。

検査装置１は、以上のようにして包装体５０のシール部５２が良好か不良かの判定を行う。さらに、検査装置１は、包装体５０を搬送ユニット２の第２搬送部２２により搬送した後、不良と判定した包装体５０を、図示しない選別手段（リジェクタ）により第２搬送部２２から排除する。一方、良好と判定された包装体５０は第２搬送部２２によって搬送され、図示しない梱包手段（ケーサー）や人手により箱詰めされる。

このように本実施形態によれば、受光部３２から順次読み出しされる方向に限定された限定領域とし、発光部３１が光を照射開始するタイミングは、Ｐ番目のフレームの限定領域の露光時間が終了した後、かつ、（Ｐ＋１）番目のフレームの限定領域の露光時間が開始する前とする。これにより、限定領域の露光時間内に光照射は開始されないので、フレームを無駄にすることなく、光を照射する前後のフレームを良好に取得することができる。さらに、良好な画像が用いることができるため、高精度な良否判定が可能な検査装置を実現することができる。

なお、本実施形態においては、光エネルギーを吸収する物質としてアルミニウムを適用したが、これに限るものではなく、光エネルギーを吸収して光エネルギーを熱エネルギーに変換する物質であれば、他の金属、樹脂などを適用可能である。

なお、本実施形態においては、包装体５０の包装材５１としていわゆるレトルトパウチと呼ばれるものを適用したが、これに限るものではなく、物品を収容して開口部を封止する各種の包装材５１に適用可能である。例えば、包装体５０の包装材５１としては、ヨーグルト容器の蓋、薬の錠剤を封入する容器などが挙げられる。

なお、本実施形態の検査装置１は、インライン検査に用いることができる。大量生産を行う生産方式として、ベルトコンベア上を順次複数の製品を搬送し、複数の工程を経て生産する方式がある。そして、生産された製品を順次検査するために、検査工程がベルトコンベアに組み込みまれる。このような検査をインライン検査という。通常の検査機では対象物を搬送しながらエリア撮影するのに対し、検査装置１は、一旦停止してエリア撮影するため、高画質な撮影が可能であり、検査精度を高めることができる。検査装置１は、インライン検査に好適である。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記各実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれる。

１ 検査装置、画像取得装置
２１ 第１搬送部
２２ 第２搬送部
３１ 発光部
３２ 受光部
５０ 対象物
４０２ ２次元画像取得部
４０３ 良否判定部

特開２０１７－０８３４０３号公報

Claims (8)

1. 所定のタイミングで対象物に光を照射する発光部と、
   前記対象物からの熱輻射を２次元的に受光する受光部と、
   前記受光部で受光した情報の内、前記受光部から順次読み出される方向に限定された限定領域の情報から、前記対象物の温度情報を２次元画像として取得する２次元画像取得部と、
   を備え、
   前記発光部が光を照射開始するタイミングは、Ｐ番目のフレームの前記限定領域の露光時間が終了した後、かつ、（Ｐ＋１）番目のフレームの前記限定領域の露光時間が開始する前であり、
   前記２次元画像取得部は、Ｐ番目のフレームと（Ｐ＋ｑ）番目（ｑ≧１）のフレームとを含む、少なくとも２フレームの前記限定領域の情報を取得する、
   ことを特徴とする画像取得装置。
2. 前記２次元画像取得部は、Ｐ番目のフレームと（Ｐ＋１）番目のフレームとを含む、少なくとも２フレームの前記限定領域の情報を取得する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
3. 前記２次元画像取得部は、前記対象物が停止している状態で、複数のフレームの情報を取得する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得装置。
4. 前記２次元画像取得部は、前記限定領域の読み出される方向を、前記対象物の短手方向と等しくする、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像取得装置。
5. 前記２次元画像取得部は、前記限定領域を、前記受光部の中央部分とする、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の画像取得装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の画像取得装置と、
   前記画像取得装置が取得した２次元画像から対象物の良否を判定する良否判定部と、
   を備えることを特徴とする検査装置。
7. 前記対象物は、包装材の少なくとも一部がシールされたシール部を含む包装体であり、
   前記良否判定部は、前記包装体の前記シール部の良否を判定する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
8. 所定のタイミングで対象物に光を照射する発光工程と、
   前記対象物からの熱輻射を２次元的に受光する受光工程と、
   前記受光工程で受光した情報の内、順次読み出される方向に限定された限定領域の情報から、前記対象物の温度情報を２次元画像として取得する２次元画像取得工程と、
   を含み、
   前記発光工程において光を照射開始するタイミングは、Ｐ番目のフレームの前記限定領域の露光時間が終了した後、かつ、（Ｐ＋１）番目のフレームの前記限定領域の露光時間が開始する前であり、
   前記２次元画像取得工程は、Ｐ番目のフレームと（Ｐ＋ｑ）番目（ｑ≧１）のフレームとを含む、少なくとも２フレームの前記限定領域の情報を取得する、
   ことを特徴とする画像取得方法。

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