JP2023517930A - 製品内の任意の異物を製品の誘電特性に基づいて空間的に検出するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、製品（１３５）内の任意の異物を、前記製品（１３５）の誘電特性に基づいて空間的に検出するためのシステム（１００）であって、前記システム（１００）が、前記走査領域（Ｓ）を横断するための予め規定された横断時間間隔（Ｔ）で、横断方向（Ｌ）に沿って前記走査領域（Ｓ）を通り抜けるように前記製品（１３５）を搬送するように適応されたコンベア手段（１５０）と、前記横断方向（Ｌ）を横切って配置された複数のアンテナ（２００）であって、前記複数のアンテナ（２００）の各アンテナ（２１０）が、マイクロ波領域で動作するように適応されており、各アンテナ（２１０）が、前記走査領域（Ｓ）内を伝搬して、前記製品（１３５）内で拡散するように適応された電磁走査信号を送信するように適応されている、複数のアンテナ（２００）と、前記複数のアンテナ（２００）のうちの少なくとも１つのアンテナ（２１０）により受信される少なくとも１つの拡散された電磁信号に基づいて、前記製品（１３５）の前記誘電特性を示す第１の値セットを生成するように適応された処理手段（２５０）であって、前記処理手段（２５０）が、前記第１の値セットを、いかなる異物も存在しない場合の前記製品（１３５）の前記誘電特性を示す第２の値セットと比較するように適応されている、処理手段（２５０）とを備え、前記複数のアンテナ（２００）の各アンテナ（２１０）が、予め規定された送信シーケンスに従って、前記電磁走査信号を前記横断時間間隔（Ｔ）内に少なくとも１度送信するように適応されている、システム（１００）に関する。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによる、製品内の任意の異物を空間的に検出するためのシステムに関する。詳細には、製品内の任意の異物を製品自体の誘電特性に基づいて空間的に検出するためのシステムおよび方法が本明細書で説明される。例えば、こうした製品は、例えば、ジャー、ボトル、バイアルなどのガラスまたはプラスチック容器に含まれた、例えば、トマトソース、ジャム、ミルク、肉などの液体または固体の食料製品であり得る。また、こうした製品は、適当なガラス、紙、またはプラスチック容器に含まれた化粧製品（例えば、ソープバー）または医薬製品であり得る。本発明は、異物（例えば、骨片、ガラス破片、ゴム、石、プラスチックもしくは虫など）を含む、または、例えば、製品自体の中に豊富な空気が存在することによる不均質性により影響を及ぼされる任意の製品を自動的に検出および／または拒絶するために、例えば、こうした製品を生産する工場内で有利に使用することが可能である。

製品自体に接触すること、または、製品自体を変質させることなく、パッケージ化された製品内の任意の異物を非侵襲的に識別することは、消費者の負傷のリスクを避けるために特に有用であり、同時に、訴訟費用、商品ロット全体を撤収するのに発生するコスト、および、顧客の信用の喪失に対して製造者を保護する。それでもなお、現在使用されている方法には制限があるので、異物は生産者に対するリスクを示す。例えば、金属検出器は、導電材料のみ検出可能であり、Ｘ線は、電離放射線であるので作業者にとって有害であることに加えて、低密度プラスチックまたは木もしくはガラスの小さな破片を検出できず、赤外線ベースの技術には、解析が必要な製品の多くの中には水が存在することに起因して、透過が限定され、吸収が高いという問題がある。

最も一般的に使用される技術とは異なり、マイクロ波領域（３００ＭＨｚから３００ＧＨｚ）の電磁波により、構造内に組み込まれた物体を検出／特定する技術（マイクロ波イメージング（ＭＷＩ）としても知られている）は、密度ではなく、製品を構成する材料の誘電性質（例えば、誘電率）により区別する。この手法は、製品の中身との誘電コントラストが最小である条件で、低密度プラスチックおよびガラスの検出を可能にするので、Ｘ線デバイスの制限を解消することを可能にする。約１０％のコントラスト値で行われた測定は、その有効性を証明している。さらに、こうしたマイクロ波デバイスの最終的なコストは、高価なアドホックのソースおよび受信器の必要がないことを考慮すると、Ｘ線システムのものよりも低くなるはずである。実際に、マイクロ波を生成し、捕捉するのに必要な構成部品は、電気通信技術市場で容易に入手可能である。

２０１７から２０１８年度にＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｕｒｉｎで、Ａｌｅｓｓａｎｄｒｏ Ｇｉｏｒｄａｎｏ、指導教官のＦｒａｎｃｅｓｃａ Ｖｉｐｉａｎａ教授により発表された「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｆｏｏｄ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」という表題の論文（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｅｂｔｈｅｓｉｓ．ｂｉｂｌｉｏ．ｐｏｌｉｔｏ．ｉｔ／７４８２／）は、ガラスジャーに含まれた食品（具体的には、オレンジマーマレードおよびヘーゼルナッツクリーム）を検査することを可能にするマイクロ波ベースの検出／特定システムを説明している。このシステムは、検査対象の製品の周りに配置されるアンテナのアレイからなる。こうしたアンテナは、マイクロ波領域の周波数で低電力電磁信号を発し、この低電力電磁信号が、審査対象の製品内で拡散して、こうした製品の誘電性質のマップを提供することが可能である。次いで、こうしたマップを解析することにより、製品内の任意の異物を識別することが可能である。

先に述べられたＭＷＩシステムは、当技術では周知であり、下記で説明されるいくつかの欠点の問題がある。

１つ目の欠点は、製品の誘電性質のマップが２次元のものであることに関し、したがって、こうしたシステムは、製品全体の非侵襲的な検査を可能にせず、すなわち、先に述べられたシステムは、製品の誘電性質の３次元マップを提供することができず、この結果、効率が不十分の非侵襲的検査システムになる。

他の欠点は、製品の誘電性質の２次元マップが異物の材料を識別して、製品の２次元断面内に異物を特定することのみ可能であることにある。しかし、製品の誘電性質のこうした２次元マップは、異物の寸法も、製品内での異物の正確な位置も求めることはできない。この結果、その後の効果的な統計解析を行って、生産ラインに沿って製造される製品内の異物の存在の原因を減らすこと、または、無くすことができなくなる。

更なる欠点は、先に述べられたＭＷＩシステムを、工業生産ライン内に容易に備え付けることができないことに関する。

したがって、本発明の目的の１つは、先行技術が被るこれらの課題および他の課題を解消すること、具体的には、製品内の任意の異物を製品自体の誘電特性に基づいて空間的に検出するためのシステムおよび方法を提供することにより解消することであって、こうすることで、製品の誘電性質の３次元マップを求めることにより、製品全体を非侵襲的に検査することを可能にすることである。

本発明の他の目的は、製品内の任意の異物を製品自体の誘電特性に基づいて空間的に検出するためのシステムおよび方法を提供することであって、こうすることで、生産ラインに沿って製造される製品内の異物の存在の原因を減らすための、または、完全に無くすための効果的な帰納的統計解析を行うことを可能にすることである。

本発明の更なる目的は、工業生産ラインに沿って製造されている製品内の任意の異物を、製品自体の誘電特性に基づいてリアルタイムで空間的に検出するためのシステムおよび方法を提供することである。

本明細書で説明される発明は、製品内の任意の異物を、製品の中身と任意の異物との間の誘電コントラストをリアルタイムで求めることにより、製品自体の誘電特性に基づいて空間的に検出するためのシステムおよび方法からなる。

本発明の更なる有利な特徴が、本明細書の不可欠な部分をなす添付の特許請求の範囲に記載されている。

ここで、本発明は、そのいくつかの非限定的な例示的実施形態を通じ、特には添付の図面を参照して詳細に説明される。
本発明の一実施形態による、製品内の任意の異物を空間的に検出するためのシステムの一例を概略的に示す。 図１のシステム内で使用されるアンテナのアレイの例示的構造図を示す。 図１のシステムの例示的ブロック図を示す。 図１のシステムに関連した、製品内の任意の異物を空間的に検出する方法の例示的フロー図を示す。

図１を参照すると、例えば、バイアル、フラコン、ボトルまたはジャーなど、ガラス、紙、プラスチックまたは他の適当な材料から作られ、食料製品、化粧製品、医薬製品、または化学製品を含んだ実質的に円筒形状または平行六面体形状を有する１つまたは複数の製品１３５内の任意の異物を空間的に検出するためのシステム１００が概略的に示されている。上記システム１００は、例えば、生産ユニット１６０と、第１の保管ユニット１７１と、第２の保管ユニット１７２と、コンベア手段１５０と、マイクロ波領域で動作するように適応された少なくとも１つの複数のアンテナ２００と、１つまたは複数の異物を含んだ少なくとも１つの製品１３５を拒絶するための拒絶ユニット１７５とを備える。

生産ユニット１６０は、例えば、ジャムを含んだガラスジャーなどの少なくとも１つの製品１３５を生産するように適応される。生産ユニット１６０は、例えば、ガラス容器の洗浄および充填などの生産プロセスを実行して、製品１３５を作り出すように適応されたアクチュエータ手段を備え得る。これらの生産プロセス中に、例えば、誤って破壊された容器から生じる、例えばガラス破片などの異物が、危険なことに、少なくとも１つの製品１３５に含まれ得る。生産ユニット１６０は、少なくとも１つの製品１３５を送り出すアクチュエータ手段を備えることができ、アクチュエータ手段は、電気モータおよび／または油圧システムにより駆動されるサーボ機構を有することができる。

第１の保管ユニット１７１は、まだ本発明に従って検査されていない少なくとも１つの製品１３５、すなわち、少なくとも１つの異物を含んでいないと推測して除外することができない製品１３５を保管するように適応される。第１の保管ユニット１７１と上記生産ユニット１６０とは、少なくとも１つの製品１３５が生産ユニット１６０から第１の保管ユニット１７１に移動可能になるように動作可能に接続することができる。第１の保管ユニット１７１は、少なくとも１つの製品１３５を送り出すアクチュエータ手段を備えることができ、アクチュエータ手段は、電気モータおよび／または油圧システムにより駆動されるサーボ機構を有することができる。

第２の保管ユニット１７２は、本発明に従って検査された少なくとも１つの製品１３５を保管するように適応される。第２の保管ユニット１７２は、いかなる異物も存在しないことが確認された少なくとも１つの製品１３５を送り入れるアクチュエータ手段を備えることができ、アクチュエータ手段は、電気モータおよび／または油圧システムにより駆動されるサーボ機構を有することができる。

コンベア手段１５０は、走査領域Ｓ（図２中に見ることができる）を横断するための予め規定された横断時間間隔Ｔで、横断方向Ｌに沿って上記走査領域Ｓを通り抜けるように上記製品１３５を搬送するように適応される。例えば、コンベア手段１５０は、検査対象の少なくとも１つの製品１３５を第１の保管ユニット１７１から第２の保管ユニット１７２に搬送することで、上記製品１３５を約０．５ｍ／ｓの一定速度で移動させることができる。コンベア手段１５０は、第１の保管ユニット１７１および第２の保管ユニット１７２に動作可能に接続することができ、例えば、ゴムおよび／または金属で作られた、例えば、ベルト、チェーンなどを備え得る。コンベア手段１５０は、電気モータおよび／または油圧システムにより駆動されるサーボ機構を備え得る。

複数のアンテナ２００（図２を参照して詳細に説明される）は、走査領域Ｓの横断方向Ｌを横切って配置される。複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０は、マイクロ波領域で動作するように適応され、走査領域Ｓ内を伝搬して、走査領域Ｓ内を通過している上記製品１３５内で拡散するように適応された電磁走査信号を送信するように適応される。本発明の１つの実施形態では、上記複数のアンテナ２００のアンテナ２１０は、全て同等であってもよい。複数のアンテナ２００は、例えば、少なくとも１つの製品１３５が検査されて第１の保管ユニット１７１から第２の保管ユニット１７２に移動するように、コンベア手段１５０に動作可能に接続され得る。

拒絶ユニット１７５は、１つまたは複数の異物を含んだ少なくとも１つの製品１３５を、コンベア手段１５０に沿った動きの中で拒絶するように適応される。拒絶ユニット１７５は、上記複数のアンテナ２００の下流、かつ、場合によっては第２の保管ユニット１７２の上流に位置する。拒絶ユニット１７５は、製品１３５内の少なくとも１つの異物の検出を示すシグナリング手段（例えば、可聴および／または視覚シグナリングデバイスなど）、少なくとも１つの異物の存在が確認された少なくとも１つの製品１３５を、図１には示されていない取出しゾーンに搬送するアクチュエータ手段を備え得る。アクチュエータ手段は、電気モータおよび／または油圧システムにより駆動されるサーボ機構を有し得る。

しかしながら、上記システム１００に生産ユニット１６０が含まれもしないこともあるが、これは、第１の保管ユニット１７１内に含まれる製品１３５が、本明細書で説明されるシステム１００が使用されている場所以外の異なる場所で製造されたケースである。

図２は、図１のシステム１００内で使用される複数のアンテナ２００（アンテナアレイとも称される）の例示的構造図を示す。複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０は、３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの電磁スペクトル領域である少なくとも１つの電磁信号を送信または受信するように適応される。すなわち、複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０は、マイクロ波領域で動作するように適応される。

複数のアンテナ２００は、走査領域Ｓの横断方向Ｌを横切って配置され、製品１３５を少なくとも部分的に囲むように適応された少なくとも３つのアンテナ２１０を有し、上記少なくとも３つのアンテナ２１０は、例えば、０．５ｍ／ｓの速度で駆動手段１５０により製品１３５が駆動され横断方向Ｌに沿って移動することが可能なように配置される。

本発明の１つの実施形態では、複数のアンテナ２００のアンテナ２１０は、横断方向Ｌを横切る平面内で弧または円周を形成するように配置され得る。本発明のこの実施形態では、走査領域Ｓは、上記アンテナ２１０の配置により形成された上記弧または上記円周内に中心を置いた空間領域として画定され得、横断方向Ｌに沿った製品１３５の第１の寸法と等しく、第１のガード長に加えられる横断方向Ｌに沿った延在部分を有し得、上記空間領域は、横断方向Ｌに垂直な方向に沿った製品１３５の第２の寸法と等しく、第２のガード長に加えられる横断方向Ｌに垂直な方向に沿った延在部分を有し、上記空間領域の高さは、上記アンテナ２１０の配置により形成された弧または円周により範囲を定められる。例えば、製品１３５が、直径８ｃｍの円筒形状を有すると想定すると、製品１３５の第１の寸法および第２の寸法は共に、その直径、すなわち８ｃｍと一致することとなる。第１のガード長および第２のガード長の両方は、それぞれ、製品１３５の第１の寸法および第２の寸法の２つの分数（例えば、１／２および１／４）として規定され得る。この結果、走査領域Ｓは、上記アンテナ２１０の配置により形成された弧または円周により高さの範囲を定められた１２ｃｍ×１０ｃｍの空間部分により画定されることとなる。本発明の他の実施形態では、複数のアンテナ２００のアンテナ２１０が、横断方向Ｌを横切る平面内で破線、または、矩形もしくは台形状の外周を形成するように配置され得る。このために、本発明のこれらの実施形態の両方では、アンテナ２１０が、支持構造内に収容され得る。こうした構造は、コンベア手段１５０に装着された側方支持体に固定されてもよい。本発明の先に述べられた実施形態の両方において、横切る平面は、横断方向Ｌに実質的に垂直であってもよい。

本発明の他の実施形態では、走査領域Ｓは、上記複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０の放射ダイアグラム同士の重なりにより画定され得、これにより、上記複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０により走査領域Ｓ内で照射される電力が、予め規定された電力値を越えることとなる。例えば、図２に示されるように、本発明の１つの実施形態では、走査領域Ｓは、複数のアンテナ２００のアンテナ２１０の間に含まれる空間部分により画定され、アンテナ２１０自体の寸法により範囲を定められ得、上記複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０により照射される電力は、予め規定された電力値を越える。

複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０は、マイクロ波領域で動作するように適応される。各アンテナ２１０は、電磁走査信号を送信するように適応され、この信号は、走査領域Ｓ内を伝搬し、製品１３５内で拡散する（すなわち、電磁走査信号が、製品１３５の少なくとも一部分内で拡散する）。

具体的には、製品１３５は、予め規定された横断時間間隔Ｔで走査領域Ｓを完全に横断するように走査領域Ｓを通過するように適応される。横断時間間隔Ｔは、コンベア手段１５０により搬送されている製品１３５の動きの速度と、走査領域Ｓの寸法とに依存し得る。製品１３５が上記走査領域Ｓを横断時間間隔Ｔで通過する際に、複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０は、予め規定された送信シーケンスに従って電磁走査信号を少なくとも１度送信するように適応される。各アンテナ２１０により順次送信される電磁走査信号は、製品１３５内で拡散する（すなわち、製品１３５の少なくとも一部分内で拡散する）。この結果、少なくとも１つの拡散された電磁信号が、送信を行っていない残りのアンテナ２１０により受信される。拡散された電磁信号のセットを用いて、製品１３５の誘電性質の３次元マップを求めることが可能である。電磁走査信号の周波数および電力は、解析対象の製品１３５の中身のサイズおよび誘電特性に依存し、製品１３５に含まれる材料の導電性は、製品１３５内への電磁走査信号の十分な透過を確実にするために特に重要である。

複数のアンテナ２００による送信のシーケンスは、例えば、複数のアンテナ２００のアンテナ２１０の予め規定された順序に基づく順次送信として規定され得る。例えば、アンテナ２１０がラインに沿って配置されていると想定すると、送信シーケンスは、上記ラインの一端に位置する１つ目のアンテナから始まり得、上記ラインの他端に位置する最後のアンテナで終了し得る。本発明の他の実施形態では、製品１３５の幾何形状および／または走査領域Ｓの幾何形状に基づいて、他の走査シーケンスが考慮され得る。

図３は、図１のシステム１００の例示的ブロック図を示す。上記システム１００は、インタフェース手段２２０と、通信手段２３０と、メモリ手段２４０と、処理手段２５０とを備え得、これらは、通信バス２０１を介して動作可能に相互接続され得る。

インタフェース手段２２０は、複数のアンテナ２００を管理するように適応される。インタフェース手段２２０は、例えば、マイクロ波領域の電磁信号を送信および受信するように適応されたデバイスと、電気モータにより駆動され、複数のアンテナ２００のアンテナ２１０を空間的に方向付けて、走査領域Ｓでの電磁信号の送信および受信を最適化するように適応されたそれぞれの制御ユニットおよび／またはサーボ機構とを備え得る。インタフェース手段２２０は、例えば、走査領域Ｓの入口での製品１３５の存在を検出するための光電セル、ＲＦＩＤセンサ、およびビデオカメラなどのセンサ手段を備え得る。

図４のフロー図を参照して下記で例として説明されるように、通信手段２３０は、本発明の主題である、製品１３５内の任意の異物を空間的に検出する方法により取得された情報をシステム１００から出力するように適応される。通信手段２３０は、例えば、遠隔の管理システムおよび／またはサーバと通信するように適応された通信ユニットを備え得る。上記通信ユニットは、例えば、イーサーネットインタフェース、ＷｉＦｉインタフェース、ＧＳＭ（登録商標）、ＵＭＴＳ、ＬＴＥインタフェースなどを有し得る。通信ユニットは、例えば、コンピュータ、スマートフォン、タブレットなど、システム１００を管理またはモニタするための外部装置との接続を確立し得る。通信手段２３０は、ユーザがシステム１００と対話することを可能にし得る。例えば、通信手段２３０は、出力手段および入力手段（それぞれ、例えばディスプレイおよび英数字キーボード）、あるいは、英数字キーボードおよび対話シンボルを表示するタッチスクリーンディスプレイを備え得る。本発明の他の実施形態では、通信手段２３０は、例えば、ＲＳ２３２インタフェースまたはＵＳＢインタフェースなど、システム１００の外部の端末に接続される通信ポートを備え得る。システム１００の外部の端末は、例えば、ユーザまたはオペレータにより制御されるスマートフォンであり得る。

メモリ手段２４０は、システム１００に入力される、かつ／または、そこから出力される情報、および、本発明の本実施形態を実装する命令を格納することを可能にする。メモリ手段２４０は、例えば、フラッシュ型のソリッドステートメモリを備え得る。こうした情報は、例えば、複数のアンテナ２００の動作状態、および／または、いくつかの物理量の値（例えば、走査領域Ｓを通り抜ける製品１３５の速度、ならびに、電磁走査信号の周波数および電力など）など、本発明の主題である、製品１３５内の任意の異物を空間的に検出する方法を実装するのに有用な値および／またはパラメータのセットを含み得る。メモリ手段２４０に格納される命令は、図４のフローチャートを参照して下記で詳細に説明される。

処理手段２５０は、メモリ手段２４０に格納された、かつ／または、上記インタフェース手段２２０および通信手段２３０を介して受信された情報および命令を処理することを可能にし、例えば、ＡＲＭプロセッサ、アルドゥイーノマイクロコントローラ、ｘ８６またはｘ６４アーキテクチャを有するプロセッサなどを備え得る。

図４について、以下では、製品１３５内の任意の異物を空間的に検出する例示的方法を図１のシステム１００を参照して説明する。

ステップ４００では、システム１００を動作させるために、システム１００を初期化する段階が実行される。このステップ中、例えば、処理手段２５０は、例えば、上記生産ユニット１６０、第１の保管ユニット１７１、第２の保管ユニット１７２、コンベア手段１５０、複数のアンテナ２００、拒絶ユニット１７５、インタフェース手段２２０、通信手段２３０、メモリ手段２４０など、システム１００の要素の動作状態を確認する。

ステップ４１０では、処理手段２５０が、搬送段階を実行するために構成される。この段階中、処理手段２５０は、予め規定された横断時間間隔Ｔで、横断方向Ｌに沿って走査領域Ｓを通り抜けるように製品１３５を搬送するコンベア手段１５０を制御する。走査領域Ｓを横断するための横断時間間隔Ｔは、製品１３５の動きの速度と、走査領域Ｓの寸法とに依存し得る。製品１３５の動きの速度は、例えば、約０．５ｍ／ｓの実質的に一定の速度であり得る。この段階中、処理手段２５０は、走査領域Ｓの入口における製品１３５の存在を示す情報を、インタフェースユニット２２０のセンサ手段から受信し得る。次いで、処理手段２５０は、製品１３５が走査領域Ｓを横断するのに必要な横断時間間隔ＴをカウントするためのタイマＴＭを初期化することが可能である。

ステップ４２０では、処理手段２５０が、走査段階を実行するために構成される。この段階中、処理手段２５０は、複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０によりマイクロ波領域の電磁走査信号が送信されるようにインタフェース手段２２０を制御する（複数のアンテナ２００は、横断方向Ｌを横切って配置されている）。このようにして、電磁走査信号は、走査領域Ｓ内を伝搬して、上記製品１３５内で拡散する（すなわち、電磁走査信号が、製品１３５の少なくとも一部分内で拡散する）。上記走査段階中に、複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０は、予め規定された送信シーケンスに従って、電磁走査信号を横断時間間隔Ｔ内で少なくとも１度送信する。

例えば、製品１３５がコンベア手段１５０により搬送され、走査領域Ｓに入ることで、製品１３５が走査領域Ｓを横断するのに必要な横断時間間隔ＴをカウントするためのタイマＴＭが作動される。製品１３５が上記走査領域Ｓを通過する際に、複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０は、予め規定された送信シーケンスに従って電磁走査信号を少なくとも１度送信するように適応される。製品１３５全体を、横断時間間隔Ｔ内で走査することが可能なように、製品１３５の動きの速度および走査領域Ｓの寸法に基づいて求められた横断時間間隔Ｔの値にタイマＴＭが達すると、送信シーケンスは止まる。

送信シーケンスは、推測的に（例えば、製品１３５の幾何形状および／または走査領域Ｓの幾何形状に基づいて）規定される。例えば、図２を参照して、複数のアンテナ２００が、横断方向Ｌに対して左から右に順序正しく配置された６個のアンテナ２１０を備えると想定すると、製品１３５が走査領域Ｓを横断するのに必要な横断時間間隔Ｔ中の送信シーケンスは、（１，２，３，４，５，６，６，５，４，３，２，１，１，２，３，４，５，６，６，５，４，３，２，１）になり得る。

「１」から「６」の番号を付けられた、複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０は、横断時間間隔Ｔよりも短い送信時間間隔ｔの間、走査信号を順次送信し、例えば、各アンテナ２１０についての送信時間間隔ｔは、横断時間間隔Ｔを送信シーケンス内の要素の数（この例では２４）で割ったものよりも短くなるように、または、それと等しくなるように規定され得る。送信時間間隔ｔは、例えば、約１０ｍｓであり得る。１つ目のアンテナ「１」から最後のアンテナ「６」までの各アンテナ２１０により順次送信される電磁走査信号は、製品１３５内で拡散する（すなわち、製品１３５の少なくとも一部分内で拡散する）。この結果、少なくとも１つの拡散された電磁信号が、送信を行っていない残りのアンテナ２１０（例えば、１つ目のアンテナ「１」が送信を行っている場合は「２」から「６」）により受信される。電磁走査信号の周波数および電力は、解析対象の製品１３５の中身のサイズおよび誘電特性に依存し、製品１３５に含まれる材料の導電性は、製品１３５内での電磁走査信号の十分な透過を確実にするために特に重要である。本発明の他の実施形態では、例えば、（１，２，３，４，５，６，１，２，３，４，５，６，１，２，３，４，５，６，１，２，３，４，５，６）および（６，５，４，２，１，６，５，４，２，１，６，５，４，２，１，６，５，４，２，１，６，５，４，２，１）などの他の走査シーケンスが考慮され得る。

ステップ４３０では、処理手段２５０が、解析段階を実行するために構成される。この段階中、処理手段２５０は、複数のアンテナ２００の少なくとも１つのアンテナ２１０により受信される少なくとも１つの拡散された電磁信号に基づいて、製品１３５の誘電特性を示す第１の値セットを生成する。この段階中、処理手段２５０は、上記第１の値セットを、いかなる異物も存在しない場合の上記製品１３５の誘電特性を示す第２の値セットと比較する。

例えば、複数のアンテナ２００がＮ個のアンテナ２１０を備えると想定すると、第１の値セットは、走査される製品１３５により拡散される各電磁信号を用いて求めることが可能であり、拡散される各電磁信号は、複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０により受信される。送信アンテナと受信アンテナとが一致するケースである自己相互作用項を除き、考えられる全てのアンテナ２１０のペアのうち、こうした受信電磁信号の位相と振幅との両方として（例えば、複素数を用いて）表されたＮ^２－Ｎ個の相互作用を含む第１の相互作用行列を求めることが可能である。第１の相互作用行列は、上記製品１３５の誘電特性を示す第１の値セットを表す。同様に、いかなる異物も存在しない場合の製品１３５により拡散される各電磁信号を用いて第２の値セットを求めることが可能であり、拡散される各電磁信号は、複数のアンテナ２００の各アンテナ２１０により受信される。自己相互作用項を除き、考えられる全てのアンテナ２１０のペアのうち、こうした受信電磁信号の位相と振幅との両方として（例えば、複素数を用いて）表されたＮ^２－Ｎ個の相互作用を含む第２の相互作用行列を求めることが可能である。第２の相互作用行列は、いかなる異物も存在しない場合の上記製品１３５の誘電特性を示す第２の値セットを表す。第２の値セットは、ステップ４００で説明された初期化段階中に予め決定され、上記処理手段２５０によりメモリ手段に格納されてもよい。同様に、本明細書で説明される解析段階中に、第１の値セットは、上記処理手段２５０によりメモリ手段２４０に格納されてもよい。

処理手段２５０は、第１の値セットと第２の値セットとを、例えば、第１の相互作用行列と第２の相互作用行列との差により比較し、これにより、走査された製品内に存在し得る１つまたは複数の異物の誘電特性を示す差分相互作用行列を取得する。同様に、差分相互作用行列も、上記処理手段２５０によりメモリ手段２４０に格納されてもよい。

処理手段２５０は、先に述べられた文献から知られる打ち切り特異値分解に基づくアルゴリズムを使用して差分相互作用行列を固有ベクトルに分解可能である。この変換は、有用な情報をフィルタリングして、上記アルゴリズムの適用を通して認識できるノイズ成分を打ち消すことを可能にする。ボルン近似を使用することにより、走査領域Ｓ内での入射電磁走査信号と全電磁場とがほぼ同等であると考えることが可能であり、この考えに基づいて、測定される電磁場の変動、すなわち、差分相互作用行列が、製品１３５のボリューム内の誘電性質の変動（少なくとも１つの異物の存在により生じさせられ得る）に線形従属すると想定することが可能である。これにより、審査対象の製品１３５のボリュームの誘電性質の３次元マップを差分相互作用行列から求めることが可能になり、よって、走査された製品１３５の３次元トモグラフィが構築される。

ステップ４４０では、処理手段２５０は、製品１３５が少なくとも１つの異物を内部に含むかどうかを確認する。このために、例えば、処理手段２５０は、差分相互作用行列の値の全てがゼロであることはないことをチェックしてもよい。もしそうであれば、処理手段２５０はステップ４５０を実行することとなり、そうでなければ、ステップ４６０を実行することとなる。

ステップ４５０では、処理手段２５０は、上記通信手段２３０を介してシグナリング情報を出力する。例えば、シグナリング情報は画面上に表示してもよく、これにより、オペレータは、１つまたは複数の製品１３５内の１つまたは複数の異物の存在をリアルタイムでモニタすることが可能である。こうしたシグナリング情報は、拒絶ユニット１７５のアクチュエータ手段を作動させて、少なくとも１の異物を含むそれらの製品１３５を拒絶することができる。例えば、拒絶された製品１３５を収集コンパートメント内に落とす空気圧シリンダを用いて、製品１３５が拒絶されてもよい。こうしたシグナリング情報は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＧＳＭ（登録商標）、イーサネット（登録商標）などの通信インタフェースを介して、システム１００の管理システム（遠隔のものであってもよい）に送られてよい。処理手段２５０は、差分相互作用行列の値をメモリ手段２４０に格納して、１つまたは複数の製品１３５内で検出された異物の寸法、位置、およびタイプについての情報を収集してもよい。このことは、１つまたは複数の製品１３５内の１つまたは複数の異物の存在の原因を解析するのに有用である。続いて、処理手段２５０は、ステップ４６０を実行することとなる。

ステップ４６０では、処理手段２５０は、例えば、ビデオカメラ、光電セルなどのセンサを用いて、走査が必要な他の製品１３５があるかどうかをチェックする。もしあれば、処理手段はステップ４１０を実行することとなり、そうでなければ、ステップ４７０を実行することとなる。

ステップ４７０では、処理手段２５０は、システム１００の動作を完了させるのに必要な全ての動作を実行する。このステップ中、処理手段２５０は、例えば、視覚指示（例えば、ＬＥＤ指示灯）、および／または、可聴指示（例えば、ブザーもしくはラウドスピーカ）を用いて、システム１００の不動作状態を知らせてもよい。

本発明の利点は、上記説明から明らかである。

本発明の主題である、製品内の任意の異物を空間的に検出するためのシステムおよび方法は、製品全体の非侵襲的検査と、こうした製品の誘電性質の３次元マップを求めることとを有利になるように可能にする。

本発明の他の利点は、製品内の任意の異物が、製品自体の誘電特性に基づいて検出されることで、製品に含まれる異物の寸法、位置およびタイプなどの情報を収集することが可能になり、これにより、生産ラインに沿って製造される製品内の任意の異物の存在の原因を減らすための、または、完全に無くすための効果的な解析を行うことができることにある。

本発明の更なる利点は、それが、複数のアンテナのうちのいくつかのアンテナと、アンテナの電磁走査信号の送信のシーケンスとを適宜構成することにより、製品自体の誘電特性に基づいて製品内の任意の異物をリアルタイムで空間的に検出することを可能にするシステムおよび方法を提供することにある。

当然、本発明の原理を損なうことなく、実施形態の形および実装詳細を、非限定的な例としてのみ本明細書で説明および例示されたものから大規模に変化させることもできるが、添付の特許請求の範囲で記載される本発明の保護範囲からは逸脱はしない。

Claims (18)

1. 製品内の任意の異物を、前記製品の誘電特性に基づいて空間的に検出するためのシステムであって、前記システムが、
   走査領域を横断するための予め規定された横断時間間隔で、横断方向に沿って前記走査領域を通り抜けるように前記製品を搬送するように適応されたコンベア手段と、
   前記横断方向を横切って配置された複数のアンテナであって、前記複数のアンテナの各アンテナが、マイクロ波領域で動作するように適応されており、各アンテナが、前記走査領域内を伝搬して、前記製品内で拡散するように適応された電磁走査信号を送信するように適応されている、複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナのうちの少なくとも１つのアンテナにより受信される少なくとも１つの拡散された電磁信号に基づいて、前記製品の前記誘電特性を示す第１の値セットを生成するように適応された処理手段であって、前記処理手段が、前記第１の値セットを、いかなる異物も存在しない場合の前記製品の前記誘電特性を示す第２の値セットと比較するように適応されている、処理手段と
   を備え、
   前記複数のアンテナの各アンテナが、予め規定された送信シーケンスに従って、前記電磁走査信号を前記横断時間間隔内に少なくとも１度送信するように適応されている、
   システム。
2. 前記複数のアンテナが、前記製品を少なくとも部分的に囲むように適応された少なくとも３つのアンテナを有する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数のアンテナのうちの前記アンテナが、前記横断方向を横切る平面内で弧または円周を形成するように配置されている、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記走査領域が、前記アンテナの前記配置により形成された前記弧または前記円周内に中心を置いた空間領域として画定されており、前記横断方向に沿った前記製品の第１の寸法と等しく、第１のガード長に加えられる前記横断方向に沿った延在部分を有し、前記空間領域が、前記横断方向に垂直な方向に沿った前記製品の第２の寸法と等しく、第２のガード長に加えられる前記横断方向に垂直な前記方向に沿った延在部分を有し、前記空間領域の高さが、前記アンテナの前記配置により形成された前記弧または円周により範囲を定められている、請求項３に記載のシステム。
5. 前記電磁走査信号の周波数および電力が、前記製品の中身のサイズ、誘電特性、および電気伝導度に依存している、請求項１から４のうちのいずれか１つまたは複数の項に記載のシステム。
6. 前記複数のアンテナの前記送信シーケンスが、前記複数のアンテナのうちの前記アンテナの予め規定された順序に従う順次送信として規定されている、請求項１から５のうちのいずれか１つまたは複数の項に記載のシステム。
7. 前記製品全体を前記横断時間間隔内で走査することが可能なように、前記横断時間間隔が、前記製品の動きの速度および前記走査領域の寸法に基づいて求められている、請求項１から６のうちのいずれか１つまたは複数の項に記載のシステム。
8. 前記複数のアンテナの各アンテナが、３００ＭＨｚから３００ＧＨｚに含まれる電磁スペクトル帯である少なくとも１つの電磁信号を送信または受信するように適応されている、請求項１から７のうちのいずれか１つまたは複数の項に記載のシステム。
9. 前記第１の値セットおよび／または前記第２の値セットを格納するように適応されたメモリ手段を備える、請求項１から６のうちのいずれか１つまたは複数の項に記載のシステム。
10. 製品内の任意の異物を、前記製品の誘電特性に基づいて空間的に検出する方法であって、前記方法が、
    コンベア手段が、走査領域を横断するための予め規定された横断時間間隔で、横断方向に沿って前記走査領域を通り抜けるように前記製品を搬送する搬送段階と、
    前記横断方向を横切って配置された複数のアンテナの各アンテナにより、マイクロ波領域の電磁走査信号が送信され、前記電磁走査信号が、前記走査領域内を伝搬して、前記製品内で拡散する、走査段階と、
    処理手段が、前記複数のアンテナのうちの少なくとも１つのアンテナにより受信される少なくとも１つの拡散された電磁信号に基づいて、前記製品の前記誘電特性を示す第１の値セットを生成し、前記処理手段が、前記第１の値セットを、いかなる異物も存在しない場合の前記製品の前記誘電特性を示す第２の値セットと比較する、解析段階と
    を備え、
    前記走査段階中に、前記複数のアンテナの各アンテナが、予め規定された送信シーケンスに従って、前記電磁走査信号を前記横断時間間隔内で少なくとも１度送信する、
    方法。
11. 前記複数のアンテナが、前記製品を少なくとも部分的に囲むように適応された少なくとも３つのアンテナを有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記複数のアンテナのうちの前記アンテナが、前記横断方向を横切る平面内で弧または円周を形成するように配置される、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記走査領域が、前記アンテナの前記配置により形成された前記弧または前記円周内に中心を置いた空間領域として画定されており、前記横断方向に沿った前記製品の第１の寸法と等しく、第１のガード長に加えられる前記横断方向に沿った延在部分を有し、前記空間領域が、前記横断方向に垂直な方向に沿った前記製品の第２の寸法と等しく、第２のガード長に加えられる前記横断方向に垂直な前記方向に沿った延在部分を有し、前記空間領域の高さが、前記アンテナの前記配置により形成された前記弧または円周により範囲を定められている、請求項１２に記載の方法。
14. 前記電磁走査信号の周波数および電力が、前記製品の中身のサイズ、誘電特性、および電気伝導度により規定される、請求項１０から１３のうちのいずれか１つまたは複数の項に記載の方法。
15. 前記複数のアンテナの前記送信シーケンスが、前記複数のアンテナのうちの前記アンテナの予め規定された順序に従う順次送信として規定されている、請求項１０から１４のうちのいずれか１つまたは複数の項に記載の方法。
16. 前記製品全体を、前記横断時間間隔内で走査することが可能なように、前記横断時間間隔が、前記製品の動きの速度および前記走査領域の寸法に基づいて規定されている、請求項１０から１５のうちのいずれか１つまたは複数の項に記載の方法。
17. 前記複数のアンテナの各アンテナが、３００ＭＨｚから３００ＧＨｚに含まれる電磁スペクトル帯である少なくとも１つの電磁信号を送信または受信するように適応されている、請求項１０から１６のうちのいずれか１つまたは複数の項に記載の方法。
18. 前記処理手段が、前記第１の値セットおよび／または前記第２の値セットをメモリ手段に格納する格納段階を備える、請求項１０から１７のうちのいずれか１つまたは複数の項に記載の方法。

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