JP6548161B2 - 凍結型脱落プラスチック片混入冷凍麺の自動排除方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチックトレーを凍結型として繰り返し使用する冷凍麺の製造工程において、凍結型であるプラスチックトレーの破損片が混入した冷凍麺を自動的に排除する方法に関する。

食品の製造工程では、金属やプラスチック等の異物が意図せず混入する可能性がある。これら硬質異物の混入は、口内を切る、歯を損傷する等の健康被害をもたらし、消費者からの訴訟に発展することもあるため、食品を扱う企業にとってリスク管理の要点とされている。故に近年、多くの食品製造メーカーが金属検査機やＸ線検査装置を採用して、製造工程で食品に混入した異物の除去を行っている。

しかし、混入した異物がプラスチックの小片の場合、Ｘ線検査装置でも検出することが難しく、作業員による目視検査に頼らざるを得ないことから、このような異物の見逃しが課題となっている。

食品の製造工程では、このような課題を解決する技術として、人の目に代わる光学式の異物検出装置に係る発明が開示されている。

特許文献１によれば、移送される食品原料に広帯域光を照射し、この反射光により中赤外線領域、近赤外線領域および可視光領域の３波長領域でそれぞれ撮像し、それぞれの二次元の吸光度分布から、食品原料と異物（プラスチック片）の画像上の輝度の違いを得て、異物を検出する。

冷凍麺（冷凍うどん）を対象とした異物検出装置に関する発明には特許文献２がある。特許文献２の発明は、光透過性の白色系食品に適した可視光による画像処理を用いた装置で、食品の裏側に蛍光灯を照射して食品の影を無くし、混入する有色異物を検出する。しかし、凍結後の冷凍麺を撮像する検査方法では、日本そば、中華などの麺種の違いや、麺線の陰影により、混入したプラスチック片を完全に検出するのは難しい。

食品容器の検査の分野では特許文献３がある。特許文献３では、ガラス壜の壜口から壜内底を照明で照らし、壜底の透過光をカメラで撮像した画像に対して濃淡画像処理して、壜の底周縁部から側面部の下側にかけて発生する欠けやクラックなどの欠陥を検出する。

しかしながら、いずれの文献にも、食品の凍結型の欠損を検出することにより、その凍結型から離型した食品を追跡除外する手段に関する記載はない。

特開２００１−９９７８３号公報 特開２００７−３３２７３号公報 特開２００１−２０８６９５号公報

冷凍麺の凍結型は適度に変形可能な柔軟性により、プラスチックトレー（以降、単にトレーという。）を繰り返し使用する場合が多い。耐寒性および耐衝撃性を高めたプラスチックの柔軟性により、トレーの底部を押したり叩いたりしてトレーを変形させることで、凍結後の麺を確実に離型させることができる。

しかし、離型により同じ位置を繰り返し押され衝撃を受けるトレーは一定の使用回数を経ると柔軟性、すなわち耐久性が低下し、破損の可能性は急激に高まる。

そこで、規定の使用回数を経たトレーは全て新しいものと交換するが、トレーの耐久性の低下の傾向には個体差があって、中には交換する前に破損するものがある。そして、ひとたび破損が生じると脱落したプラスチック片が製品に混入する可能性がある。

そして、破損したトレーの一部に欠損を認め、脱落片を発見し欠損と照合できない場合、脱落片の混入可能性のある範囲の製品を全量廃棄にする問題がある。

本発明者は、冷凍麺の製造工程において新品の箱型トレーが通常の使用で、どのような経過でどのような破損に至るのかを調査した。

冷凍麺の離型手段はトレーの柔軟な特性を活かし、凍結後のトレーを裏返して裏面を押したり叩いたりして変形させることでトレーと凍結塊となった冷凍麺を剥離する。（図１）このように、凍結と離型を繰り返すトレーは、同じ位置を繰り返し押され、変形を繰り返すうちに底面の矩形の角部にしわが生じる段階（図２）があり、更に変形を繰り返し、生じたしわで折れ伸ばしすることで、しわが亀裂（図３）となることがわかった。

そして、亀裂が交差して生じるとトレー片脱落のトラブルが生じやすい。本発明者らは、亀裂が交差して生じる段階からどのようにしてトレー片脱落に至るのかを実験により確認した。交差する亀裂に接する部位は、内側にめくれたりささくれたりする。（以後、単にめくれという。）

そして、内側にめくれた症状のある破損トレーに通常通りに麺を充填し凍結し離型したところ、内側にめくれた部分が欠損した場合、驚くことに、その欠損部分の全てが離形した冷凍麺に凍結接着することを見出し本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の課題解決の手段は、プラスチックトレーを凍結型として繰り返し使用する冷凍麺の製造工程において、冷凍麺離型後の全てのプラスチックトレーの外底面をカメラで撮像し、撮像画像の濃淡の差異からプラスチックトレーの欠損を画像処理により検出し、欠損が検出されたプラスチックトレーから離型した冷凍麺を除外することです。

本発明が前提とする冷凍麺の製造工程は、茹麺をトレーに充填して凍結したトレーから冷凍麺を離型し包装し製品とする工程に、離型されたトレーを再び茹麺充填位置に戻す、空トレーの戻り工程が付随する。トレーの欠損の有無の判定は、空トレーの戻り工程の冷凍麺離型直後に行えば、離型冷凍麺のひも付けが容易になって良い。

冷凍麺の離型では、トレーの外底面を押したり叩いたりして変形させることで凍結塊となった冷凍麺を剥離する。よって、本発明に適するプラスチックトレーは、−２０℃以下の凍結条件でも離型処理に耐える柔軟性と靱性を有するものが望ましい。

そのような特性のプラスチック素材には、例えば耐寒性ポリプロピレンがあり、成形加工用のシートで販売されている。とりわけ、プロピレンとエチレン等をブロック的に共重合したタイプで、更にエチレン／プロピレン系共重合体エストラマーがブレンドされたプラスチック素材が、耐久性に優れて良い。

本発明に適するプラスチックトレーの成型は、このような耐寒性プラスチックシートを熱して軟らかくしたものを、空気の圧力によって引き伸ばし、型に吸いつけ密着させる真空成型法が一般的だが、プレス成型法でも、シート以外の素材を熱溶解し射出成型による方法でも自由にできる。いずれの場合も、厚さ０．１〜１．５ｍｍ、望ましくは０．２〜０．６ｍｍの範囲で部位によって厚さに差がない形状が耐久性を高められて良い。

本発明で反射光を頼りにトレーの外底面を撮像する場合、トレーはマット調などの低光沢な素材が適し、鏡面や透明度の高い素材は適さない。低光沢で半透明のトレーは、安定して明るく映り、トレー中の穴は画像上の陰影としてくっきりと濃く映りやすく、トレーの表面模様の凹凸が画像上の濃淡として映り込みにくくて良い。

トレーの着色は自由にできる。ただし、鏡面や透明な素材が適さない点で、無着色の場合と変わらない。また、黒や黒に近い色で光を吸収し不透明な素材は、反射光を頼りに撮像する場合は適さないが、カメラから見て照明をトレーの反対側に設け、直接光を頼りに撮像する場合は、トレー中の穴だけが発光して淡く映ることで明確な濃淡の差異が得られるから逆に適する。

破損による穴には、亀裂や、亀裂によるめくれや、欠損がある。とりわけ欠損はトレーの一部が脱落し相応の面積の穴が開いた状態の為、画像上の濃淡の差異として検出し易い。

本発明は、離型後に欠損が検出された全てのトレーから離型した冷凍麺を全て除外することで、凍結型から脱落したプラスチック片が製品に混入するのを防止する。故に、全てのトレーの欠損検出には画像処理が欠かせないが、画像処理の内容は特に制限されない。

量産する冷凍麺の製造工程ではトレーの通過間隔は瞬時だから、瞬時の画像処理が要求される。本発明に使用するカメラは、製品の欠陥検査用としてＣＣＤカメラと画像処理装置がセットで販売されるもので、画像センサが２４万画素から２００万画素、処理速度が２０ｍｓ程度の製品を使用すれば良い。撮像から最適な画像処理を行い判定の出力までが行える。

例えば、反射光を頼りにトレーの外底面を撮像する場合、トレーに欠損穴があれば陰影として濃く映るため、本発明に適する画像処理は、正常なトレーの表面の凹凸による陰影を抑制し欠損部分の陰影が強調される前処理として、画像データのフィルタ処理や二値化を行うと良い。

前処理として二値化を終えた画像データは、欠損穴の明るさを示すデータが最小値になり周囲は最高値となる。欠損を検出するには、例えば、最小値を示す画素データの縦横の連続数をカウントして面積を計測しても良いし、または、平面データを小画素画に区切り小画素画の値の合計や平均の計算値の中で最小値の有無を見ても良い。いずれにしても最小値を示す画素データが一定数以上集まっていれば、欠損有りの判定が出力できる。

また、トレーが固有色に着色され、カラー二値化処理可能なカラーカメラであれば、トレーの固有色のみを検出し、白黒カメラより優れた欠損穴の検出を行うことができる。

本発明のカメラの配置は、トレーを搬送するコンベアの周囲３６０度のいずれでも良いが、カメラとトレーの間に障害のない点でコンベアの上方が望ましい。

トレーの向きは、麺を充填する側を下に向け外底面を上に向けるとコンベアのキャリア面とトレーの底面の間に空間ができて良い。トレーの破損は底面で発生するから、コンベアのキャリア面とトレーの底面が密着しているとめくれや欠損があってもキャリア面が映り込んで検出し難い場合がある。

更に本発明は、箱型のプラスチックトレーを凍結型として繰り返し使用する冷凍麺の製造工程において、冷凍麺離型後の全てのプラスチックトレーの矩形の外底面の其々の角部を照準とする専用のカメラで撮像し、撮像画像の濃淡の差異からプラスチックトレーの欠損を画像処理により検出し、欠損が検出されたプラスチックトレーから離型した冷凍麺を除外することを手段にすると良い。

凍結型に利用されるトレーには、調理の際の鍋に収まりの良い丸型、梱包で空きスペースを作らない箱型、その中間の小判型や、箱型の中には中央に仕切りのあるものがある。
箱型で中央に仕切りのないトレーの場合、外底面と２側面で形成される底面角部が４方にあり、Ｒやテーパの面取りにより斜面を成している。箱型で中央に仕切りのあるトレーの場合は、外底面と２側面、外底面と側面と仕切り面で形成される底面角部が其々４方あり、Ｒやテーパの面取りにより斜面を成している。

箱型トレーの其々の底面角部を照準とする専用のカメラは、仕切りのあるトレーの場合は、外底面と２側面、外底面と側面と仕切り面で形成される底面角部のいずれに配置しても有効だが、とりわけ、底面と２側面で形成される底面角部に配置すると効果的である。

前記したように、欠損の前段階には亀裂があって、亀裂の前にしわがある。冷凍麺の離型で箱型トレーの矩形の外底面が押されて生じる変形は底面角部の斜面にシワが生じやすい。しかも、底面角部の斜面はトレーの厚みが比較的薄いため、生じたしわが欠損に移行し易い。

箱型トレーの其々の底面角部を照準とする専用のカメラの配置は、外底面を上に向けたトレーの平面図上の其々の角部を頂点とする角度が、トレーの進行ラインから外側に其々０度から９０度、望ましくは３０度から６０度の範囲で、同様に側面図上のカメラの配置はトレーの進行ラインから上方に３０度から９０度、望ましくは４５度から７５度の範囲で、其々の角部からの距離は１０ｃｍから４０ｃｍの範囲が良い。

トレーを照らす照明は、カメラレンズに直接入射せず、トレー全体を平均に照らせる配置にすれば良い。

箱型トレーの其々の底面角部を照準とする専用のカメラを其々に設けることにより、向きの異なる角部の曲面全体が撮像できる作用により、欠損穴が検出しやすくて良い。

本発明の作用について説明する。凍結型であるトレーから冷凍麺を離型するとき、外底面を上向きにしたトレーの底面を押して変形させるには、空のトレーの底面を押して変形させる時とは比べものにならない大きな力を要する。この大きな力は、茹麺とトレーの凍結による強力な接着を示し、トレーの破損が離型の際に生じる所以でもある。すなわち、欠損した部分のプラスチック片は離型した冷凍麺に凍結接着する作用によりそのままの状態で留まり、トレーから脱落したプラスチック片混入冷凍麺を排除することができる。

本発明はこのように欠損有りと判定されたトレーから離型した冷凍麺を製造工程から除外（ラインアウト）することを特徴としているが、冷凍麺の除外に際し該当のトレーを同時に除外回収すると良い。そのまま使用すれば離型の都度冷凍麺を除外（廃棄）するだけでなく、離型し難いなどライントラブルの原因となる。

本発明によれば、離型直後にトレーの欠損を即時検出し、欠損の検出されたトレーから離型された冷凍麺を製造工程から除外することで、凍結型から脱落したプラスチック片が混入した冷凍麺を排除することができる。

そして、欠損の検出されたトレーを同時に回収し、トレーの欠損部分と冷凍麺に接着するプラスチック片をその都度照合することにより、凍結後の冷凍麺を直接検査する従来の異物検出装置ではかなわなかった、製品における凍結型由来のプラスチック片否混入を保証することができる。

離型処理で、箱型プラスチックトレーの底面の変形を示す。 箱型プラスチックトレーの底面の角部にしわが生じた状態の一例の斜視図 図２のしわが変じて亀裂の入った状態の斜視図。 本発明を装置の構成で示した製造ラインの側面略図 本発明に用いられる撮像装置の一実施形態を表わす斜視図 本発明に適したカメラの配置を示す平面図 本発明に適したカメラの配置を示す側面図 プラスチックトレー底面角部の欠損部分が鮮明に表された光学画像のイメージ 本発明の手段から効果を示すフローチャート

以下、本発明の特徴を、図４〜図８より例示するが、これらによって何ら限定されない。

茹麺が充填され凍結されたトレー１は、縦１８０ｍｍ横１３０ｍｍ深さ５０ｍｍの仕切りのない箱型で、時間あたり８０００個がコンベア２によって外底面が上の状態で離型装置３を通過し、トレー１ａと冷凍麺１ｂに分けられる。

トレー１ａは、耐寒性ポリプロピレンの０．８ｍｍのシートを真空成型法により型抜きしたもので、半光沢、半透明で青く着色されている。図４では、トレー１ａが送り出しコンベア４によってトレー搬送コンベア１０に移載され撮像装置１１に送られた状態を示している。

撮像装置１１の構成は、図５に示したように４台のＣＣＤカメラ１１ａと４台の白色ＬＥＤランプ１１ｂが、トレー１ａの上方でトレー１ａを囲んで設けられ、コンベアベルト１０ａは、無光沢のグレー色を呈している。４台のＣＣＤカメラ１１ａの配置は、平面図（図６）上の箱型トレーの其々の角部１ａｔを頂点とし、トレーの進行ライン１０ｂ１から外側に４５度（１１ａｈｋ）で、同様に側面図（図７）上の配置はトレーの進行ライン１０ｂ１から上方に６０度（１１ａｓｋ）で、其々の角部１ａｔからの距離は２０ｃｍとした。

ＣＣＤカメラ１１ａの画像センサの処理速度は２０ｍｓ、画素数２４万画素で、視野１００ｍｍ角に設定し、其々がトレー１ａの底面角部の曲面に面取りされた斜面が画像の中心になるようにした。ＣＣＤカメラ１１ａは、シャッター速度１／２０００を前提として、白色ＬＥＤランプ１１ｂを明るく調整し、カメラレンズを絞り必要な被写界深度を得る。例えば図８のように、光学画像で欠損箇所が鮮明な陰影として映るように調整する。

ＣＣＤカメラ１１ａで得た画像データは、画像処理装置（図示していません。）に送られる。前処理ではコンベア面などのトレー外のデータを削除すると共に、欠損箇所の陰影が濃く浮き出るように域値を設定し二値化を行い、最小値（最も濃い値）を示す面積を計測処理し、２平方ｍｍを越える場合に欠損有りの判定を出力する。

一方、冷凍麺１ｂは、シュート５によってベルトコンベア６に移載され、画像処理装置による離型トレー１ａの欠損の有無判定を待ち、離型トレー１ａが欠損有りと判定された場合には、冷凍麺１ｂは冷凍麺除外装置７によって隔離スペース８に収容されラインアウトする。同時に、エアー除去装置１２によって離型トレー１ａを隔離スペース１３にラインアウトする。なお、離型トレー１ａが欠損無しの場合、冷凍麺１ｂはコンベア９によって製品化される。

ラインアウトされたトレー１ａｘには欠損箇所が認められ、同時にラインアウトされた冷凍麺１ｂｘの該当角部にはトレーの脱落片が凍結接着し、本発明によれば、欠損部分と脱落片が合致することが容易に確認できる。

１ 茹麺が充填され凍結された状態のトレー
１ａ トレーから離型されたトレー
１ａｔ 箱型トレー外底面の其々の角部
１ａｘ 欠損箇所が認められラインから除外したトレー
１ｂ トレーから離型された冷凍麺
１ｂｘ トレー１ａｘから離型し、ラインアウトした冷凍麺
２ トレーを裏返しの状態で離型装置３に送り込むコンベア
３ 離型装置
４ トレーをトレー搬送コンベア１０に移載する送り出しコンベア
５ 冷凍麺をベルトコンベア６に移載するシュート
６ 冷凍麺を離型トレーとひも付け状態で待機させるベルトコンベア
７ ベルトコンベア６で待機する冷凍麺をラインアウトする振り分け装置
８ ラインアウトされた冷凍麺の隔離スペース
９ 剥離トレーに欠損を認めない冷凍麺の製品化コンベア
１０ 離型トレーを撮像装置１１を通過させるトレー搬送コンベア
１０ａ コンベア１０の搬送ベルト（キャリア）
１１ 撮像装置
１１ａ 撮像装置１１の４台のＣＣＤカメラ
１１ａｈｋ 角部１ａｔを頂点とし１１ａとトレーの進行ラインが成す平面図上の角度
１１ａｓｋ 角部１ａｔを頂点とし１１ａとトレーの進行ラインが成す側面図上の角度
１１ｂ 撮像装置１１の４台のＬＥＤ照明
１２ トレーをラインアウトさせるエアー式除去装置
１３ ラインアウトされたトレーの隔離スペース

Claims (1)

1. プラスチックトレーを凍結型として繰り返し使用する冷凍麺の製造工程において、
   冷凍麺離型後の全てのプラスチックトレーの外底面をカメラで撮像し、撮像画像の濃淡の差異からプラスチックトレーの欠損を画像処理により検出し、欠損が検出されたプラスチックトレーから離型した冷凍麺を除外することを特徴とする、凍結型脱落プラスチック片混入冷凍麺の自動排除方法。

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