JP5805447B2

JP5805447B2 - Ｘ線質量測定装置

Info

Publication number: JP5805447B2
Application number: JP2011150956A
Authority: JP
Inventors: 一毅永塚; 高田　良光; 良光高田
Original assignee: アンリツ産機システム株式会社
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-07-07
Also published as: JP2013019688A

Description

本発明は、搬送される被測定物にＸ線を照射した際のＸ線透過量に基づき、被測定物に収容される収容物の質量測定を行うＸ線質量測定装置に関するものである。

従来、食品等を生産する生産ラインにおいて、搬送中の被測定物に対してＸ線を照射し、被測定物を透過したＸ線の透過量に基づいて被測定物の質量測定を行うＸ線質量測定装置として、例えば下記特許文献１の装置が公知である。

下記特許文献１に開示されるＸ線質量測定装置は、被測定物である搬送中の連続体に対しＸ線を照射するＸ線照射手段と、連続体を透過したＸ線の透過量を検出するＸ線検出手段と、検出されたＸ線の透過量に基づいて所望の領域に対応する連続体に吸収されたＸ線吸収量を算出するＸ線吸収量算出手段と、連続体に吸収されたＸ線吸収量から連続体の質量に換算するための質量換算係数を予め記憶する質量換算係数記憶手段と、連続体の延在方向を分割するための分割領域を設定する分割領域設定手段と、連続体の分割領域のＸ線吸収量と質量換算係数とに基づいて連続体の分割領域の質量を測定する質量測定手段を備えている。

そして、上記装置では、被測定物である連続体の一部である製品部分に質量の過不足が生じた場合であっても、製品部分を切り離す後処理工程を行わずして、連続体における製品部分の正確な質量測定を実現している。

特開２００９−８５８７６号公報

しかしながら、特許文献１に開示される装置では、帯状に連なった各個装袋に収容される内容物の質量測定を行うにあたり、被測定物に照射されたＸ線のＸ線透過データからＸ線透過画像を生成し、このＸ線透過画像を画像処理して対応する領域を抽出し、その領域の画素濃度に基づいて質量算出を行っている。

このため、質量を算出するまでの演算処理に時間がかかってしまい、高速に巻き取り搬送されるこの種の被測定物の質量値を、リアルタイムで連続的に測定することができないという問題があった。

また、空袋等があった場合に、個装袋とその境界のＸ線透過画像の濃淡差がわずかしかないため、装置内の温度変化や製品の内容物の量やばらつき等により、確実に境界を検知することができなかった。

さらに、個装袋の境界を自動認識するためには、製品の長さ、境界の長さ、製品濃度等の事前の設定項目が多いため、調整ミスが多く発生していた。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、個装袋が帯状に連なった連包ワークにおける各個装袋の境界を確実に検知して個装袋毎の質量測定を正確に、且つリアルタイムに連続して行うことのできるＸ線質量測定装置を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するため、本発明の請求項１に記載されたＸ線質量測定装置は、内容物が収容された個装袋が帯状に連なって搬送される連包ワークＷに照射されたＸ線の透過量をラインセンサにより所定周期で検出し、該透過量に基づいて前記内容物に対して該周期毎に得られるライン質量値を出力するＸ線検出部３、４、１０と、
前記Ｘ線検出部よりも上流側に設けられ、前記連包ワークにおける各個装袋の境界を識別する検知信号を出力する境界検知部５と、
前記Ｘ線検出部で前記連包ワークの境界が検出されるタイミングと同期するように前記検知信号を遅延処理させ、境界信号として出力する境界信号生成部９と、
前記境界信号生成部からの境界信号の入力タイミングから次の境界信号の入力タイミングまで前記Ｘ線検出部からの前記ライン質量値を積算した積算結果を、個装袋毎の内容物質量値として出力する質量積算部１１と、
を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載されたＸ線質量測定装置は、請求項１記載のＸ線質量測定装置において、前記Ｘ線検出部３、４、１０は、前記境界信号の入力タイミングで得られる前記Ｘ線吸収量を風袋吸収値として記憶し、前記風袋吸収値に基づいて前記内容物のみのＸ線吸収量を出力する風袋引き手段１０ａを備えることを特徴とする。

本発明のＸ線質量測定装置によれば、連包ワークＷにおける個装袋の境界位置を確実に識別検知し、この検知結果である境界信号の入力タイミングに基づいて、ライン質量値を積算することで複雑な画像処理を必要としない簡易的な構成で高速に個装袋毎の質量値が得られるため、連続的に巻き取られるような連包ワークＷにおける個装袋毎の質量測定や空袋検査及び欠品検査がリアルタイムに且つ連続的に行うことができる。

また、境界検知部として光電センサを用いることで、連包ワークＷにおける個装袋間の境界検知を精度よく行うことができる。

本発明に係る選別装置の装置構成を示す概略ブロック図である。検知した境界信号とライン質量算出から積算までの関係を示す説明図である。境界信号生成部の他の構成例を示す概略ブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者等によりなされる実施可能な他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれる。

なお、本明細書では、測定対象である被測定物として、例えばインスタントラーメンのスープ等の内容物を収容した複数の個装袋が帯状に連なった連続体（以下、「連包ワークＷ」という）を例にあげるが、質量測定の対象となる領域（内容物が収容されている領域）と測定対象でない領域（内容物が収容されていない領域）とが帯状に連なっており各領域が識別可能なものであれば、特に限定されない。

まず、本例のＸ線質量測定装置の構成について図１を参照しながら説明する。
図１に示すように、Ｘ線質量測定装置１は、食品工場等の生産ラインの一部に組み込まれ、生産ラインを流れてくる搬送物の質量をＸ線の透過量に基づいて測定するものであり、搬送部２と、Ｘ線発生源３と、Ｘ線検出器４と、境界検知部５と、制御部６と、表示部７と、操作設定部８とを備えて構成されている。

搬送部２は、複数の駆動ローラ２ａと、これらローラに掛け回された環状の搬送ベルト２ｂとからなるベルトコンベアで構成されている。また、駆動ローラの何れか１つには、ベルト周回用の駆動モータ２ｃが接続されいる。搬送部２は、駆動モータ２ｃが駆動制御されることで駆動ローラ２ａが回転して、搬送ベルト２ｂ上に積載された連包ワークＷを所定の搬送速度で搬入口から搬出口側に向けて搬送している。

Ｘ線発生源３は、搬送部２の上方に所定高さ離れて設けられる。Ｘ線発生部３は、金属製の箱体内部に設けられる円筒状のＸ線管を不図示の絶縁油により浸漬した構成であり、Ｘ線管の陰極からの電子ビームを陽極ターゲットに照射させてＸ線を生成している。Ｘ線管は、その長手方向が連包ワークＷの搬送方向となるように配置されている。Ｘ線管により生成されたＸ線は、下方のＸ線検出器４に向けて、不図示のスリットにより略三角形状のスクリーン状となって搬送方向を横切るように照射されるようになっている。

Ｘ線検出器４は、搬送部２の上方のＸ線発生源３と対向するように搬送部２の下方に設けられ、Ｘ線発生源３から照射された連包ワークＷを透過したＸ線の透過量を検出するようになっている。このＸ線検出器４は、ライン状に等間隔で列設された複数の検出素子であるフォトダイオードと、フォトダイオード上に設けられたシンチレータとを備えたアレイ状のラインセンサが用いられ、シンチレータでＸ線のエネルギーを吸収して光に変換し、その光をフォトダイオードが検出信号に変換してＸ線透過データとして制御部６に出力している。

すなわち、Ｘ線検出器４は、受けたＸ線の強さに対応したレベルを有する電気信号を出力するものであり、搬送方向と直交する方向に直線状に配置されたラインセンサを構成する各素子毎に連包ワークＷを透過したＸ線を検出する。そして、連包ワークＷの搬送に伴い、各素子で検出した１ラインあたりのＸ線透過量をＸ線透過データとして所定時間間隔で順次出力を繰り返している。

なお、上述したＸ線発生源３と、Ｘ線検出器４と、後述するライン質量算出部１０とでＸ線検出部を構成し、搬送される連包ワークＷに対して照射したＸ線の透過量から個装袋に収容される内容物の検出単位質量であるライン質量値を、ラインセンサの走査周期で検出し出力している。すなわち、ラインセンサの走査１周期の間に連包ワークＷが移動する長さ分の質量をライン質量値とし、Ｘ線検出部はラインセンサでＸ線の透過量を検出し、その周期毎にライン質量値を出力している。

境界検知部５は、出射する信号光（赤外線やレーザのような可視光線）の受信状態に基づき、検知物体を検知する反射型センサや投光器及び受光器からなる投受光センサ等の光電センサや、検知物体による電磁気的な変動を検知する電磁気センサで構成され、搬入口から搬入される連包ワークＷを検知するように、例えば搬送部２の上方に角度調節可能に配置されている。境界検知部５は、搬送部２によって搬送される連包ワークＷに対して出射された信号光を受光し、その受光した光量（又は応答時間）に基づき、連包ワークＷの境界位置を示す検知信号を境界信号生成部９に出力している。

なお、境界検知部５は、連包ワークＷの包装の種類（例えば、アルミ袋、ポリオレフィン系の半透明袋や透明袋）に応じて連包ワークＷにおける境界が識別可能な光電センサを適宜選択して使用する。また、より高精度に連包ワークＷにおける境界検知を実現するため、複数箇所に光電センサを配置して複数方向から連包ワークＷの境界検知を行う構成とすることもできる。

制御部６は、例えばＣＰＵやＲＡＭ／ＲＯＭ等のマイクロコンピュータで構成され、境界信号生成部９と、ライン質量算出部１０と、質量積算部１１と、質量判定部１２とを備えている。制御部６は、Ｘ線検出器４からのＸ線透過データと、境界検知部５からの境界信号とに基づき、連包ワークＷの各個装袋に収容された内容物の質量を算出するとともに、検査結果を装置備え付けの表示部７や後処理装置２０に出力している。

境界信号生成部９は、境界検知部５からの検知信号を基に、連包ワークＷの境界がＸ線検出器４のラインセンサ上を通過するタイミングと同期するように所定の信号処理を施して得られる境界信号を質量積算部１１に出力している。

具体的には、境界検知部５からの検知信号を、波形整形手段９ａにて所定の時間内のチャタリングを吸収して波形整形する。そして、波形整形後の信号が、センサ位置からＸ線検出器４のラインセンサまでの搬送距離と搬送速度で予め定まる遅延情報に基づく遅延時間後に出力されるように、遅延処理手段９ｂにて遅延処理を施す。これにより、図２に示すような、連包ワークＷにおける個装袋間の境界位置を示す信号として境界信号が生成される。

このように、境界検知部５からの検知信号に上記信号処理を施すことで、搬送される連包ワークＷにおける前回の測定対象である個装袋の積算終了タイミングを示すタイミング信号の要素、次回の測定対象である個装袋の積算開始タイミングを示すタイミング信号の要素、積算終了した積算結果である内容物積算値をリセットするリセット信号の要素を兼ね備えた境界信号として質量積算部１１に出力される。

また、境界信号生成部９において、境界検知部５を複数箇所に配置した構成とした場合、図３に示すように、各センサで検知した検知信号のタイミングの調整を図るために論理積（ＡＮＤ）や論理和（ＯＲ）などの論理演算をとる信号調整手段９ａを構成要件として追加することで、より高精度に連包ワークＷにおける個装袋間の境界検知を行うことができる。そして、信号調整手段９ｃにて論理演算処理された信号に対して遅延処理手段９ｂで所定の遅延処理を施すことで境界信号を生成する。

なお、論理演算は、例えば、各センサの検知感度が高い場合には、論理積（ＡＮＤ）をとることで、搬送方向の境界検知のばらつきを吸収することができ、各センサの検知感度が低い場合には、論理和（ＯＲ）をとることで、各センサの検出ミス（見落とし）をカバーすることができる。

ライン質量算出部１０は、Ｘ線検出器４からのＸ線透過データをそれぞれＡ／Ｄ変換によりデジタル化した後、連包ワークＷに吸収されたＸ線量を示すＸ線吸収量に変換し、そのＸ線吸収量を周期毎（ラインセンサの１走査分）に合算して総Ｘ線吸収量（内容物と風袋の合計値）を得る。そして、ライン質量算出部１０は、総Ｘ線吸収量から風袋部分のＸ線吸収量を減算して内容物のみのＸ線吸収量を出力する風袋引き手段１０ａと、連包ワークＷの内容物に応じた質量換算処理を行って、内容物のみの質量値をライン質量値として出力するライン質量換算手段１０ｂとを備えている。

ここで、Ｘ線の透過量と厚みとの関係について説明する。Ｘ線の照射量をＩ₀、Ｘ線の透過量をＩ、Ｘ線の吸収率をμ、連包ワークＷの透過領域２１における厚みをＸとすると、連包ワークＷの透過領域２１のＸ線吸収量Ｔは、次式（１）が成り立つ。
Ｔ＝（ｌｏｇＩ₀−ｌｏｇＩ）＝μＸ…（１）

式（１）からわかるように、同一の物質である場合は、体積（厚み×面積）がＸ線吸収量に比例するので、ライン質量算出部１０は、Ｘ線吸収量Ｔを合算して、これに質量換算係数を乗算することにより、質量を算出できることがわかる。

風袋引き手段１０ａは、Ｘ線検出器４からのＸ線透過データより得られる１周期毎の総Ｘ線吸収量（内容物と風袋の合計値）から風袋部分のＸ線吸収量（風袋吸収値）を減算して、内容物のみのＸ線吸収量をライン質量換算手段１０ｂに出力している。
ここで、減算される風袋吸収値は、例えば図２に示すリセットタイミンで得られる総Ｘ線吸収量が風袋値吸収値となりうる。リセットタイミングでは、連包ワークＷにおいて内容物の無いシール部であるから、このリセットタイミングのときの総Ｘ線吸収量を風袋値吸収量として記憶し、減算に用いることができる。

ライン質量換算手段１０ｂは、風袋引き手段１０ａによって風袋部分のＸ線吸収量が差し引かれた内容物のみのＸ線吸収量に質量換算係数を乗算して得らえる内容物のみの質量値を、ライン質量値として質量積算部１１に出力している。

このように、ライン質量算出部１０では、Ｘ線検出部４からのＸ線透過データに基づいて連包ワークＷに吸収されたＸ線吸収量を算出し、ラインセンサ１周期分を合算した後に風袋部分のＸ線吸収量を減算して内容物のみのＸ線吸収量を算出し、このＸ線吸収量に質量換算係数を乗算してライン質量値を出力している。従って、図２に示すようにラインセンサの周期毎に、ライン総質量（図２中の点線）から使用した風袋の風袋質量が差し引くことで、内容物のみのライン質量（図２中の実線）が得られる。

なお、質量換算係数とは、内容物の質量が既知の単体分包において、そのＸ線吸収量の積算値からその風袋部分のＸ線吸収量積算値を差し引いた内容物の質量に対応する積算Ｘ線吸収量を求め、既知の質量を積算Ｘ線吸収量で除算して求めることができる。

質量積算部１１は、ライン質量換算手段１０ｂから出力されたライン質量値を、境界信号生成部９からの境界信号の入力タイミングから次の入力タイミングまでの間、積算を行って内容物の質量値を算出している。具体的には、境界信号生成部９からの境界信号の入力タイミングに基づき、測定対象である個装袋の積算処理を開始し、次に入力した境界信号の入力タイミングで現在実行している積算処理を終了する。また、境界信号の入力に伴って積算処理を終了した積算結果を内容物質量値として質量判定部１２に出力するとともに、出力した内容物質量値をリセットし、次の測定対象である個装袋の積算処理を開始する。

すなわち、質量積算部１１において、境界信号生成部９からの境界信号の入力タイミングは、現在実行している積算の終了タイミングであり、積算終了した積算結果である内容物質量値の出力タイミングであり、出力した内容物質量値のリセットタイミングであり、次回実行する積算処理の開始タイミングである。よって、図２に示すように、境界信号の入力タイミングに合わせて所定時間間隔で上記積算処理を行うことで、連包ワークＷにおける個装袋毎の内容物の質量測定を実現している。

質量判定部１２は、個装袋の質量に過不足が生じるか否かの判定を行うため、予め設定された判定基準となる判定閾値と、質量積算部１１からの内容物質量値とを比較し、入力した内容物質量値が判定閾値により規定される許容範囲内にあるか否かを判定する。そして、この判定結果を表示部７と本装置後段の後処理装置２０（選別装置等）に出力している。

表示部７は、例えば液晶ディスプレイのような表示機器で構成され、質量測定の結果表示（質量情報や良否判定情報）、各種設定内容の表示等を行っている。

操作設定部８は、例えば、搬送する連包ワークＷの情報及びこの連包ワークＷに対応する質量測定条件（使用される風袋の質量（風袋値）、質量換算係数、判定閾値等）の入力設定、表示に関する設定、装置駆動に関する指示等を与えるためにユーザが操作する複数のキーやスイッチ等で構成される。

次に、上述したＸ線質量測定装置１における一連の処理動作について説明する。
搬送部２によって搬送される連包ワークＷを搬入口に配置した境界検知部５によって検知し、この検知に基づく検知信号が境界信号生成部９に出力される。境界信号生成部９は、入力した検知信号の波形整形を行うとともに、予め設定された遅延時間に基づく遅延処理を施して質量積算部１１に出力する。

一方、搬送部２によって搬送された連包ワークＷに対してＸ線発生源３からＸ線が照射され、搬送される連包ワークＷに対して照射したＸ線の透過量をＸ線検出器４で検出してＸ線透過データとしてライン質量算出部１０に出力する。

ライン質量算出部１０では、Ｘ線検出器４からのＸ線透過データに基づいて連包ワークＷに吸収されたＸ線吸収量を算出し、ラインセンサ１周期分を合算した後に風袋部分のＸ線吸収量を減算して内容物のみのＸ線吸収量を算出する。そして、この内容物のみのＸ線吸収量に質量換算係数を乗算して得られたライン質量値を質量積算部１１に出力する。

次に、質量積算部１１では、境界信号生成部９からの境界信号の入力タイミングに基づき、境界信号が入力するまでの間に積算していたライン質量値の積算処理を終了させるとともに、積算終了した積算結果を内容物質量値として質量判定部１２に出力する。また、同じタイミングで、出力した内容物質量値をリセットするとともに、次の測定対象である個装袋のライン質量値の積算処理を開始する。

以降、境界信号生成部９からの境界信号の入力タイミングに基づき、積算処理の終了、積算した内容物質量値の出力及び積算結果のリセット、次回の積算処理に開始を繰返し行っている。

また、質量判定部１２に出力された内容物質量値は、予め設定された判定閾値と比較し、入力した内容物質量値が判定閾値により規定される許容範囲内にあるか否かを判定した判定結果を、表示部７と装置後段にある後処理装置２０（選別装置等）に出力する。

以上説明したように、上述したＸ線質量測定装置１は、搬送される連包ワークＷの境界位置を境界検知部５で検知し、この検知した検知信号を所定の信号処理後に境界信号として質量積算部１１に出力する。また、ライン質量算出部１０は、Ｘ線検出器４からのＸ線透過データに基づいて連包ワークＷに吸収されたＸ線吸収量を算出し、ラインセンサ１周期分を合算した後に風袋部分のＸ線吸収量を減算して内容物のみのＸ線吸収量を算出する。そして、この内容物のみのＸ線吸収量に質量換算係数を乗算して得られたライン質量値を質量積算部１１に出力する。

そして、質量積算部１１において、境界信号の入力タイミングに基づき、境界信号が入力するまでの間に積算していたライン質量値の積算処理を終了させるとともに、積算終了した積算結果を内容物質量値として質量判定部１２に出力する。また、同じタイミングで、出力した内容物質量値をリセットするとともに、次の測定対象である個装袋のライン質量値の積算処理を開始する。

これにより、連包ワークＷにおける個装袋の境界位置を確実に識別検知し、この検知結果である境界信号の入力タイミングに基づいて、ライン質量値を積算するで複雑な画像処理を必要としない簡易的な構成で高速に個装袋毎の質量値が得られるため、連続的に巻き取られるような連包ワークＷにおける個装袋毎の質量測定や空袋検査及び欠品検査がリアルタイムに且つ連続的に行うことができる。

ところで、上述した形態では、ライン質量算出部１０において、風袋部分のＸ線吸収量を減算して得られた内容物のみのＸ線吸収量に質量換算係数を乗じて内容物の質量を求める構成で説明したが、風袋部分の質量を求めるのではないので、１周期毎の総Ｘ線吸収量（内容物と風袋部分の合計値）に内容物の質量換算係数を乗算してライン総質量値（内容物の質量と風袋の擬似質量）を求めた後に、風袋の擬似質量を減算するようにしてもよい。

また、少なくとも個装袋に収容される内容物のみの質量が得られればよいため、例えば風袋のみの個装袋を搬送して得られる質量（Ｘ線吸収量×内容物の質量換算係数）を風袋部分の風袋値（個装袋の擬似質量）として予め求めておき、質量積算部１１にて積算されるライン総質量値の積算結果から前記風袋値を減算して内容物質量値を求める構成とすることもできる。

さらに、境界検知部５の構成として光電センサに限定されず、例えば、本装置の前段に設けられ、空袋に内容物を収容して所定間隔で開口部をシール処理して個装袋毎に分割して連包ワークＷを製造する内容物収容装置からのシール処理のタイミング信号を利用することもできる。

この場合、シール処理が行われた位置からＸ線検出器４まで搬送される連包ワークＷの搬送距離及び搬送速度を予め遅延情報として保持しておき、境界信号生成部９にて波形整形及び遅延処理を行えば、上記形態と同様の効果を奏することができる。

１…Ｘ線質量測定装置
２…搬送部
３…Ｘ線発生源
４…Ｘ線検出器
５…境界検知部
６…制御部
７…表示部
８…操作設定部
９…境界信号生成部（９ａ…波形整形手段、９ｂ…遅延処理手段、９ｃ…信号調整手段）
１０…ライン質量算出部（１０ａ…風袋引き手段、１０ｂ…ライン質量換算手段）
１１…質量積算部
１２…質量判定部
２０…後処理装置（選別装置）

Claims

内容物が収容された個装袋が帯状に連なって搬送される連包ワーク（Ｗ）に照射されたＸ線の透過量をラインセンサにより所定周期で検出し、該透過量に基づいて前記内容物に対して該周期毎に得られるライン質量値を出力するＸ線検出部（３、４、１０）と、
前記Ｘ線検出部よりも上流側に設けられ、前記連包ワークにおける各個装袋の境界を識別する検知信号を出力する境界検知部（５）と、
前記Ｘ線検出部で前記連包ワークの境界が検出されるタイミングと同期するように前記検知信号を遅延処理させ、境界信号として出力する境界信号生成部（９）と、
前記境界信号生成部からの境界信号の入力タイミングから次の境界信号の入力タイミングまで前記Ｘ線検出部からの前記ライン質量値を積算した積算結果を、個装袋毎の内容物質量値として出力する質量積算部（１１）と、
を備えたことを特徴とするＸ線質量測定装置。
前記Ｘ線検出部（３、４、１０）は、前記境界信号の入力タイミングで得られる前記Ｘ線吸収量を風袋吸収値として記憶し、前記風袋吸収値に基づいて前記内容物のみのＸ線吸収量を出力する風袋引き手段（１０ａ）を備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線質量測定装置。