(57)【要約】【課題】  充填・密封済みの缶詰の内圧を非接触で判定する方法及び装置であって、簡便で且つ誤判定の恐れの少ない方法及び装置を提供する。【解決手段】  周波数１８〜９４ＧＨｚのミリ波を、二枚の誘電体レンズを透過させた上で缶詰底面に照射し、反射波の位相差に基づいて距離を測定することで、缶詰底面上のミリ波照射範囲、すなわち測定範囲を点あるいはそれに近い微小面積とすることができ、これによって、該缶詰底面の凹凸度合を良好に検出することが可能となり、測定値に別途補正を加えることなく、精度良く缶詰内圧の良否を判定できる。【選択図】      図１
2014020905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填・密封済みの缶詰における内圧値を判定する方法であって、
二枚の誘電体レンズを透過させた周波数１８〜９４ＧＨｚのミリ波を、前記缶詰の底面に対して照射し、該底面からの反射波の位相を測定する工程と、
前記反射波の位相から、前記缶詰の底面における変位量を特定し、得られた変位量に基づいて缶詰の内圧の良否を判定する工程と
を備えることを特徴とする缶詰の内圧判定方法。
【請求項２】
前記反射波の位相測定工程において、二枚の誘電体レンズの間隔を変化させ、該誘電体レンズにより集光された前記ミリ波の略焦点を前記缶詰の底面上に合わせることを特徴とする缶詰の内圧判定方法。
【請求項３】
前記缶詰が搬送されている状態で、前記搬送中の缶詰の底面の外周部から略中心点を通過して反対側の外周部へと連続的に前記ミリ波を照射し、該缶詰底面からの反射波の位相を連続的に測定し、得られた連続的な位相データを距離データに換算することで、前記缶詰底面の形状データを取得し、該形状データから前記缶詰底面の変位量を特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の缶詰の内圧判定方法。
【請求項４】
前記缶詰が紙箱に収容されており、該紙箱が搬送されている状態で、前記ミリ波を該紙箱の外部から該缶詰の底面に対して照射し、該底面からの反射波の位相を測定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の缶詰の内圧判定方法。
【請求項５】
缶詰を載置して搬送する搬送手段と、
前記搬送手段における前記缶詰の搬送経路上の所定位置において、搬送中の前記缶詰の底面に周波数１８〜９４ＧＨｚのミリ波を照射するミリ波照射手段と、
前記ミリ波照射手段と前記缶詰底面との間のミリ波照射経路上に配置された二枚の誘電体レンズと、
前記缶詰底面からの反射波の位相を検出する位相検出手段と、
前記位相検出手段より得られた反射波の位相データを距離データに換算し、前記缶詰底面の変位量を特定する缶底変位量特定手段と、
前記缶底変位量補正手段より得られた缶底変位量の数値と、予め定められた設定値とを比較することによって缶詰の内圧の良否を判定する内圧良否判定手段と
を備えることを特徴とする缶詰の内圧判定装置。
【請求項６】
前記二枚の誘電体レンズの間隔を調整するレンズ間隔調整手段を備えることを特徴とする請求項５記載の缶詰の内圧判定装置。
【請求項７】
前記ミリ波照射手段は、前記搬送中の缶詰の底面の外周部から略中心点を通過して反対側の外周部へと連続的に前記ミリ波を照射し、
前記位相検出手段は、該缶詰底面からの反射波の位相を連続的に測定し、
前記缶底変位量特定手段は、前記位相検出手段より得られた連続的な位相データを距離データに換算することで、前記缶詰底面の形状データを取得し、該形状データから前記缶詰底面の変位量を特定する
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の缶詰の内圧判定装置。
【請求項８】
前記搬送手段は、紙箱に収容された前記缶詰を載置して搬送し、
前記ミリ波照射手段は、該紙箱の外部から前記缶詰の底面に前記ミリ波を照射することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の缶詰の内圧判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶詰の内圧判定方法及びその装置、特に充填・密封済みの缶詰の内圧を非接触で判定する方法の改良及びその装置の開発に関する。
【背景技術】
【０００２】
充填・密封済みの缶詰に対し、該缶詰を収容する紙箱の外側から、非接触式の距離センサを用いてセンサと缶底面との距離を測定し、缶底面における凹凸の度合いを算出することによって、缶詰の内圧状態を判定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、内容物の変敗や漏えい等によって缶詰の内圧が変化すると、これに応じて缶底面の凹凸度合が変化するため、この凹凸度合（変位量）を距離センサによって計測することで、缶詰の内圧状態の良否を判定することができる。これら従来の缶詰内圧判定装置においては、通常、非接触式距離センサとして、紙箱を透過することのできる渦電流式の距離センサが用いられている。渦電流式の距離センサは、高周波の磁力線照射により金属対象物の表面に生じる渦電流に基づいて、センサヘッドと金属対象物表面との距離の測定が行われる。
【０００３】
渦電流式距離センサは、センサヘッドと対象物との測定距離が比較的短く、また、測定距離を長くする場合、センサヘッドの検出面を大きくする必要がある。例えば、測定距離が１０ｍｍ程度の場合、少なくともセンサヘッドの検出面直径を２０ｍｍ以上としなければならない。ここで、缶詰の収容された紙箱をコンベア等で移送しながら、外部から缶詰の内圧を判定する装置の場合、通常、３ピース缶底面の外周には高さ４ｍｍ程度の巻締め部が存在しており、また、搬送時にセンサと紙箱との接触が生じる危険性や、紙箱の厚み等を考慮すると、センサと缶底面との距離は少なくとも７ｍｍ以上とする必要がある。一方で、工程内の限られた領域内に設置するためには、センサヘッドを必要以上に大きくすることはできない。
【０００４】
また、渦電流式距離センサにおいては、高周波磁力線が距離に応じて広がっていく性質があるため、測定距離が長くなるにつれて測定面積も大きくなる。測定面積が大きくなることで検出精度は向上するものの、磁力線が照射された面積の範囲内での平均距離として測定されてしまうことになる。例えば、一般的な１９０ｍｌあるいは２５０ｍｌ飲料缶は、缶底面の直径が約５３ｍｍ程度であるのに対して、測定距離１０ｍｍの渦電流式距離センサ（センサヘッド直径２０ｍｍ）を使用し、センサと缶底面との距離を７〜９ｍｍ程度に設定した場合、測定範囲の直径は約３０ｍｍ以上（センサヘッド直径の約１．５倍）となってしまい、缶底面に対する測定面積が広くなりすぎるため、缶底中心点におけるわずかな凹凸を検出することは難しい。例えば、底面に大きな曲面（凹面）を有している場合や、あるいは底面の外周に巻締め部等の尖った部分がある場合、測定面積が大きすぎるために測定距離に大きな誤差を生じる場合がある。
【０００５】
特に紙箱内に収容された缶詰について、渦電流式距離センサーにより内圧判定を行なう場合には、紙箱内部で缶周囲の全方向に隣り合う缶詰がある場合と、紙箱の端部で缶周囲の一部が紙箱に面している場合とでは、測定距離に大きな誤差が生じてしまう。すなわち、過電流式距離センサーでは、広い測定範囲における平均距離として測定されるため、隣り合う缶詰の外周端が含まれた範囲として測定されてしまう場合がある。このため、缶の全周にわたって隣り合う缶詰がある場合と、缶の一部が紙箱に面している場合とでは、測定範囲内に含まれる隣接缶外終端の数が異なることで、平均距離として大きな誤差が生じることになる。
【０００６】
以上のような問題に対して、特許文献１記載の方法においては、紙箱内の先頭及び末尾の缶詰における測定値の距離に補正を加えた上で、缶詰底面の中心点における基準点からの変位量を特定し、缶詰内圧の良否の判別を行なっている。しかしながら、特許文献１の方法では、缶詰が紙箱内の先頭あるいは末尾にあるかを逐一判別しなければならないため、工程が煩雑になることに加え、缶詰の形状や大きさ等の種類に応じて適宜補正値を設定し直す必要があるため、形状や大きさの異なる各種缶詰に対して迅速に対応することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平５−８７７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記従来技術に鑑みて行なわれたものであり、すなわち、その解決すべき課題は、充填・密封済みの缶詰の内圧を非接触で判定する方法及び装置であって、簡便で且つ誤判定の恐れの少ない方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らが、前記従来技術の課題に鑑み鋭意検討を行なった結果、周波数１８〜９４ＧＨｚのミリ波を、二枚の誘電体レンズを透過させた上で缶詰底面に照射し、反射波の位相差に基づいて距離を測定することで、缶詰底面上のミリ波照射範囲、すなわち測定範囲を点あるいはそれに近い微小面積とすることができ、これによって、該缶詰底面の凹凸度合を良好に検出することが可能となり、測定値に別途補正を加えることなく、精度良く缶詰内圧の良否を判定できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明にかかる缶詰の内圧判定方法は、充填・密封済みの缶詰における内圧値を判定する方法であって、二枚の誘電体レンズを透過させた周波数１８〜９４ＧＨｚのミリ波を、前記缶詰の底面に対して照射し、該底面からの反射波の位相を測定する工程と、前記反射波の位相から、前記缶詰の底面における変位量を特定し、得られた変位量に基づいて缶詰の内圧の良否を判定する工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記反射波の位相測定工程において、二枚の誘電体レンズの間隔を変化させ、該誘電体レンズにより集光された前記ミリ波の略焦点を前記缶詰の底面上に合わせることが好適である。
【００１２】
また、前記方法において、前記缶詰が搬送されている状態で、前記搬送中の缶詰の底面の外周部から略中心点を通過して反対側の外周部へと連続的に前記ミリ波を照射し、該底面からの反射波の位相を連続的に測定し、得られた連続的な位相データを距離データに換算することで、前記缶詰底面の形状データを取得し、該形状データから前記缶詰底面の変位量を特定することが好適である。
【００１３】
また、前記方法において、前記缶詰が紙箱に収容されており、該紙箱が搬送されている状態で、前記ミリ波を該紙箱の外部から該缶詰の底面に対して照射し、該底面からの反射波の位相を測定することが好適である。
【００１４】
また、本発明にかかる内圧判定装置は、缶詰を載置して搬送する搬送手段と、前記搬送手段における前記缶詰の搬送経路上の所定位置において、搬送中の前記缶詰の底面に周波数１８〜９４ＧＨｚのミリ波を照射するミリ波照射手段と、前記ミリ波照射手段と前記缶詰底面との間のミリ波照射経路上に配置された二枚の誘電体レンズと、前記缶詰底面からの反射波の位相を検出する位相検出手段と、前記位相検出手段より得られた反射波の位相データを距離データに換算し、前記缶詰底面の変位量を特定する缶底変位量特定手段と、前記缶底変位量補正手段より得られた缶底変位量の数値と、予め定められた設定値とを比較することによって缶詰の内圧の良否を判定する内圧良否判定手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記装置において、前記二枚の誘電体レンズの間隔を調整するレンズ間隔調整手段を備えることが好適である。
【００１６】
また、前記装置において、前記ミリ波照射手段は、前記搬送中の缶詰の底面の外周部から略中心点を通過して反対側の外周部へと連続的に前記ミリ波を照射し、前記位相検出手段は、該缶詰底面からの反射波の位相を連続的に測定し、前記缶底変位量特定手段は、前記位相検出手段より得られた連続的な位相データを距離データに換算することで、前記缶詰底面の形状データを取得し、該形状データから前記缶詰底面の変位量を特定することが好適である。
【００１７】
また、前記装置において、前記搬送手段は、紙箱に収容された前記缶詰を載置して搬送し、前記ミリ波照射手段は、該紙箱の外部から前記缶詰の底面に前記ミリ波を照射することが好適である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の方法によれば、周波数１８〜９４ＧＨｚのミリ波を、二枚の誘電体レンズを透過させた上で缶詰底面に照射し、反射波の位相差に基づいて距離を測定することで、缶詰底面上のミリ波照射範囲、すなわち測定範囲を点あるいはそれに近い微小面積とすることができ、これによって、該缶詰底面の凹凸度合を良好に検出することが可能となり、測定値に別途補正を加えることなく、精度良く缶詰内圧の良否を判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかる缶詰の内圧判定方法の一実施形態の説明図である。
【図２】二枚の誘電体レンズの間隔調整手段を設けた一実施形態の説明図を示す。
【図３Ａ】被測定試料として用いた缶詰の缶底の写真図である。
【図３Ｂ】被測定試料として用いた２種類の缶詰の断面模式図である。
【図４】誘電体レンズＡに対して５０ＧＨｚミリ波を照射した場合の電界分布解析結果である。
【図５】誘電体レンズＡに対して５０ＧＨｚミリ波を照射した場合の位相特性の解析結果である。
【図６Ａ】誘電体レンズの集光評価において用いた解析モデル（斜視図）である。
【図６Ｂ】誘電体レンズの集光評価において用いた解析モデル（側面図）である。
【図７Ａ】誘電体レンズをＡ−Ｂ，Ｂ−Ａのそれぞれの配置順とした場合の電界強度の解析結果である。
【図７Ｂ】誘電体レンズをＡ−Ｂ，Ｂ−Ａのそれぞれの配置順とした場合の電界強度の解析結果の要部拡大図である。
【図８】Ａ−Ｂ間の距離を変化させた場合の電界強度の変化を示す図である。
【図９】誘電体レンズをＡ−Ｂの配置順で間隔を４３ｍｍとし、５０ＧＨｚミリ波を照射した場合の電界分布解析結果である。
【図１０】誘電体レンズをＡ−Ｂの配置順とした場合の周波数４５〜５５ＧＨｚのミリ波における反射位相特性の測定結果である。
【図１１】缶詰の反射特性評価において用いた測定系の写真図である。
【図１２】時間領域における反射特性の測定結果である。
【図１３】タイムゲート処理を用いた反射特性の測定結果である。
【図１４】缶内圧０ｋＰａの缶詰底面に対して５０ＧＨｚミリ波を照射した際の反射位相特性の測定結果である。
【図１５】缶内圧−５０ｋＰａの缶詰と缶内圧０ｋＰａの缶詰の底面の形状測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて、本発明にかかる缶詰の内圧判定方法の好適な実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１に、本発明にかかる缶詰の内圧判定方法の一実施形態の説明図を示す。
図１に示すように、本実施形態においては、複数の缶詰１０が、開封用のタブ等が設けられた天蓋面を下側、底蓋面を上側となるように正置された状態で、段ボールや合成紙製の紙箱１２内に収納されている。複数の缶詰１０を収容した紙箱１２は、製造ラインあるいは所定の保管場所から、コンベア１４に載置されて所定速度で搬送される。
【００２１】
コンベア１４に載置されて搬送された紙箱１２の先端が、コンベア１４上に設けられた光電管等のタイミングセンサ１６を横切ると、１８〜９４ＧＨｚの周波数範囲から選定された所定の周波数のミリ波が、発信器１８から分配器２０を経由して、ホーン型アンテナの送信器２２へと送られる。そして、当該所定周波数のミリ波は、送信器２２から、紙箱１２内の先頭に位置した缶詰１０の底蓋面の表面に向かって照射される。なお、１８〜９４ＧＨｚの周波数範囲のミリ波は、紙素材を透過するため、誘電体レンズ２４及び紙箱１２を透過して缶詰１０の底蓋面上に到達する。
【００２２】
ここで、缶詰１０の底蓋面へと照射されるミリ波の周波数は、１８〜９４ＧＨｚである。１８ＧＨｚよりも低い周波数であると、位相が小さくなりすぎてしまうために位相差を検出し難くなり、一方、９４ＧＨｚよりも高い周波数であると、位相が大きくなって位相差の検出精度は向上するものの、送受信回路が複雑化して高価になるため、製造コストが上昇してしまい、望ましくない。
【００２３】
ホーン型アンテナの送信器２２から照射されたミリ波は、２枚のポリテトラフルオロエチレン（四フッ化樹脂）製の誘電体レンズ２４によって集光され、缶詰１０の底蓋面上へと照射される。ここで、紙箱１２に近い側の誘電体レンズ２４Ｂの位置を調整することによって、ミリ波の焦点距離を缶詰１０の底蓋面上に合わせることができ、これによって該底蓋面上において点あるいはそれに近い微小面積でミリ波が照射される。このため、標準的な飲料用缶詰底面の面積（直径約５０〜６０ｍｍ）に対して、実質的な測定面積を十分小さくすることができ、この結果、缶詰底面のわずかな凹凸（変位）を非常に精度良く検知することができる。
【００２４】
なお、仮に誘電体レンズ２４を１枚のみにした場合であっても、ミリ波照射範囲を直径約５〜１５ｍｍまで小さくすることは可能である。しかしながら、標準的な飲料用缶詰の直径は約５０〜６０ｍｍ程度であることからすると、缶詰底面全体の面積に対してミリ波照射範囲が十分に小さいとは言えず、缶詰底面のにおけるわずかな凹凸を検出することが難しい。特に、底面に大きな曲面（凹面）を有している場合や、あるいは底面の外周端に巻締め部等の尖った部分があると、測定値に誤差を生じる場合がある。
【００２５】
なお、紙箱１２に近い側の誘電体レンズ２４Ｂと紙箱１２との距離は、該誘電体レンズ２４Ｂの焦点距離に合わせて適宜決定される。しかしながら、誘電体レンズ２４Ｂと紙箱１２との接触を避けるため、できるだけ遠ざけることが望ましく、通常の場合、２．０〜２．５ｃｍに設定される。
【００２６】
送信器２２から照射されたミリ波は、搬送方向にしたがって、缶詰１０の底蓋面上の外周部から略中心点を通過して反対側の外周部へと連続的に照射され、該缶詰１０の底蓋面上からの反射波の位相が連側的に測定される。ここで、缶詰１０の底蓋面からの反射波は、ホーン型アンテナの受信器２６において受信され、受信した反射波は位相検出器２８へと送られる。反射波の位相は、分配器２０において分離された送信波の位相と比較される。測定された位相差は制御機器３０へと送られて一時的に記憶される。
【００２７】
本実施形態において、測定された位相差は、連続するデータとして制御機器３０に取り込まれる。ここで、得られた位相差のデータは、例えば、下記数式［１］を用いて距離データに換算することで、缶詰底面の形状データとすることができる。
ｄ＝（θ／３６０）・（λ／２）        ［１］
ｄ：基準位置からの距離  λ：波長  θ：位相差（基準位置と測定位置の位相の差）
【００２８】
以上のようにして、測定された位相差を距離に換算して得られた形状データによって、缶詰１０の底蓋面における変位量を特定することができる。そして、得られた変位量が予め設定された範囲内であるか否かを判別することによって、缶詰１０における内圧の良否が判定される。なお、缶詰１０の底蓋面であれば、どの位置の変位量を判別に用いてもかまわないが、通常、底蓋面の略中心部の変位量が判別に使用される。また、紙箱１２がさらに搬送されることで、下流側の缶詰１０についても同様にして内圧の良否が連続的に判定される。また、紙箱１２の幅方向の缶詰に対しては、同一の構成からなる送信器２２及び受信器２６を缶詰ごとに幅方向に並べて設置することで、幅方向の複数の缶詰１０の内圧の良否を同時に判定することもできる。
【００２９】
なお、誘電体レンズ２４を１枚のみとした場合には、ミリ波照射範囲を直径約５〜１５ｍｍまでしか小さくすることができないため、反射波の位相を連側的に測定し、缶詰１０の底蓋面の形状データとして取得することは困難である。すなわち、ミリ波照射範囲が直径約５〜１５ｍｍであり、反射波は該照射範囲の平均値として得られるため、缶詰の底蓋面上の微細な形状変化を検知することは難しい。例えば、３ピース缶の場合、通常、底蓋面の外周端において２〜４ｍｍ程度突出した巻締め部があるものの、その幅は約１．５ｍｍである。このため、ミリ波照射範囲が直径５〜１５ｍｍ程度であると、突出した巻締め端部と平坦部とに同時にミリ波が照射され、反射波の位相が照射範囲全体平均値として得られてしまうため、缶詰１０の底蓋面の形状を反映した形状データを得ることができない。これに対して、２枚の誘電体レンズを透過させることで、缶詰１０の底蓋面上のミリ波の照射範囲を点あるいはそれに近い微小面積とすることができ、該底蓋面上の微細な形状変化も検知することが可能となる。より具体的には、例えば、高さ約３ｍｍ、幅約１．５ｍｍ程度の巻締め端部の形状についても、正確に検知することができる。
【００３０】
また、誘電体レンズ２４が１枚のみである場合には、該レンズによる焦点位置が自動的に定まってしまうため、異なる高さの缶に適用しようとした場合には、缶の高さに合わせて送信器２２と誘電体レンズ２４の位置を再度設定し直さなければならず、搬送される缶詰の変更に対して迅速に対応することができない。これに対して、誘電体レンズ２４を２枚とすることで、これらの配置間隔のみを調整することによって、高さの異なる缶を対象とする場合にも、容易且つ迅速に適応させることができる。なお、送信器２２と誘電体レンズ２４Ａとの距離と、缶詰１０の底蓋面と誘電体レンズ２４Ｂとの距離は、通常、各レンズにおける光学焦点距離に合わせて決定される。誘電体レンズ２４が２枚である場合、缶詰１０に近い側の誘電体レンズ２４Ｂの位置を移動（すなわち、誘電体レンズ２４Ａと２４Ｂとの間隔を調整）することで、缶詰１０に近い側の誘電体レンズ２４Ｂと缶詰１０の底蓋面との距離を適宜変化させることができるため、この距離を当該誘電体レンズ２４Ｂの光学焦点距離に合わせて設定すればよい。
【００３１】
図２に、誘電体レンズ２４Ａと２４Ｂとの間隔を調整するための手段として、スライド台座３２を設けた実施形態の説明図を示す。スライド台座３２には、誘電体レンズ２４Ａと２４Ｂとが、平行移動可能に取り付けられている。図２（ａ）に示すように、スライド台座３２によって誘電体レンズ２４Ａと誘電体レンズ２４Ｂとの間隔は、缶詰１０ａの高さに合わせ、ミリ波の略焦点位置が該缶詰１０ａの底蓋面に定まるように設定され、この状態で缶詰１０ａに対する缶内圧の判定が行われる。そして、図２（ｂ）に示すように、缶詰１０ａよりも高さの低い缶詰１０ｂが搬送されてきた場合、スライド台座３２によって直ちに誘電体レンズ２４Ｂの位置が下方に移動され、ミリ波の略焦点位置が缶詰１０ｂの底蓋面上に定められ、缶詰１０ｂに対する内圧判定の開始が可能となる。このように、誘電体レンズ２４Ａと２４Ｂとの間隔を調製する手段を設けることで、高さの異なる缶詰が搬送されてきた場合であっても、容易かつ迅速に適応することができる。なお、このようなレンズ間隔調整手段は、手動であってもよく、あるいは自動化されていてもよい。缶詰のサイズはおおよそ規格化されていることから、例えば、予め規定の缶詰高さに応じた最適なレンズ間隔を外部記憶手段に記憶させておくことで、規格化された缶詰に対してより容易に適応することができる。
【００３２】
また、測定された位相差に基づいて換算された缶詰１０の底蓋面の変位量は、通常、図示しない判定手段において、予め設定された正常内圧の缶詰１０の底蓋面変位量の許容範囲と照合される。そして、変位量が許容範囲内であれば、検査対象の缶詰は正常内圧（良品）と判定される。対照的に、変位量が許容範囲外であった場合、検査対象の缶詰は異常内圧（不良品）と判定され、不良品検出信号が図示しない排出手段へと出力される。排出手段では、例えば、アームあるいはエアブロー等によって、異常内圧（不良品）と判定された缶詰をコンベア１４上から排出する。
【００３３】
以下、本発明において行った試験内容について詳しく説明する。
〈被測定試料〉
図３Ａに被測定試料である缶詰の缶底写真を示す。缶の直径は５０ｍｍであり、缶底面の巻締め端部の輻は１．５ｍｍである。また、図３Ｂに、２種類の缶詰の断面図を示す。ここで、ｄは缶底面の巻締め端部の先端と缶底面の中心部の距離，△ｄは缶詰内の酸素を含む空気を除去して防腐効果を生むための減圧に伴う缶底のくぼみ量である。くぼみ量△ｄを確認するため、内圧の異なる缶詰の缶底面の形状測定を行い、各缶詰における巻締め端部から中心部までの距離ｄを定量的に評価した。また、測定における基準位置（ｄ＝０）は図３Ｂ中に示す巻締め端部の先端とした。缶詰としては、内圧−５０ｋＰａ，０ｋＰａの二つの缶詰を用いた。それぞれの缶詰におけるｄ（実測値）は４．１４ｍｍ（−５０ｋＰａ）、３．７４ｍｍ（０ｋＰａ）であった。
【００３４】
〈誘電体レンズの特性〉
本発明で用いた２種の誘電体レンズＡ，Ｂの特性を下記表１に示す。なお、レンズの材質はテフロン（登録商標）であり、複素比誘電率は２．１−ｊ０である
【表１】
2014020905.tif 000003
【００３５】
まず最初に、上記誘電体レンズＡに対して５０ＧＨｚのミリ波を照射した場合の磁界面における電界分布の解析を行った。対応周波数４０〜６０ＧＨｚの導波管（ＷＲ−１９）を使用し、レンズＡまでの距離は２２．７４ｍｍとした。また、電磁界の対象性を考慮して、１／４モデルで解析を行った。電界分布の解析結果を図４に示す。
図４より、導波管から照射されたミリ波（球面波）は、誘電体レンズＡを透過した後、平面波を形成していることが確認された。
【００３６】
さらに、図４中に示す線分Ｓの電界面及び磁界面における位相特性を解析した。結果を図５に示す。
図５より、レンズ半径である２０ｍｍまでの範囲において、Ｅ平面、Ｈ面ともに位相差は５０°以内であり、平行ビームレンズとして機能していることが確認された。
【００３７】
つづいて、上記２枚の誘電体レンズＡ，Ｂを用い、導波管から放射されたミリ波の集光について評価した。レンズの配置順をＡ−Ｂ，Ｂ−Ａとした場合の二通りの解析を行い、電界強度が最大となる位置を求めた。図６に評価に用いた解析モデル（１／４モデル）を示す。ここで、集光に関する評価は、図６において缶が非配置の場合に対して行った。また、図６中、ｌ１は２２．７４ｍｍ，ｌ２は６．０ｍｍとした。図７に、Ａ−Ｂ，Ｂ−Ａのそれぞれの配置順における電界強度の解析結果を示す。
【００３８】
図７に示すように、放射されたミリ波は、レンズの配置順をＡ−Ｂとした場合で８７ｍｍ、Ｂ−Ａとした場合で９０ｍｍにおいて、電界強度が最大となることが確認された。Ａ−Ｂの配置順とした場合、幾何光学により算出した焦点距離と一致しており、また、焦点での電界強度がＢ−Ａの場合と比較して僅かに強いことから、以降の測定系でのレンズの配置順はＡ−Ｂとした。
【００３９】
図６に示した解析モデルのｌ１をレンズＡの焦点距離である２２．７４ｍｍとし、レンズＡ−Ｂ間の距離ｌ２を変化させた場合に、２枚のレンズ透過後に電界強度が最大となる位置を求めた。結果を図８に示す。
図８より、レンズ間の距離の増加分だけ、焦点の位置が遠くなることが確認された。また、焦点における電界強度は、ｌ２が６０ｍｍの場合に最大となり、６０ｍｍ以上の領域においてはｌ２の増加に伴い、急激に低下することがわかった。この原因としては、レンズ間の距離がある程度の値を超えると、レンズ間を伝搬する際にレンズＢに入射せずに外部を伝搬する電波が増加するためであると考えられる。以上の結果から、レンズＡ−Ｂ間の距離ｌ２を変化させることで、焦点を任意の位置に決定することができることがわかった。
【００４０】
さらに、図９にレンズＡ−Ｂ間の距離ｌ２を４３ｍｍとした場合の電界分布の解析結果を示す。
図９より、導波管より放射されたミリ波が図中に示す焦点位置において集光していることを定性的に確認することができる。
【００４１】
つづいて、図６に示した解析モデルにおいて、缶を配置した場合の反射位相特性を解析した。図６中、ｌ１＝２２．７４ｍｍ、ｌ２＝６ｍｍ、ｌ３＝２５．８２ｍｍとし、缶底蓋面の端部が焦点となるように缶を配置した。図１０に、周波数４５〜５５ＧＨｚにおける反射位相特性を示す。
図１０より、周波数に対する位相の変化を確認できるものの、一定の間隔で位相の不連続が生じていることがわかった。これは、缶底面からの反射のほかにレンズ表面からの反射も受けていることが原因であると考えられる。
【００４２】
〈缶底面からの反射特性〉
図１１に、以上の試験結果に基づいて決定された測定系の写真図を示す。測定系における導波管、レンズＡ、レンズＢ、及び缶詰底面のそれぞれの配置間隔は、ｌ１＝２２．７４ｍｍ，ｌ２＝４３．００ｍｍ，ｌ３＝２５．８２ｍｍとした。なお、以降の試験では、３３〜５０ＧＨｚの導波管（ＷＲ−２２）を使用した。測定範囲は、缶詰底面の中心から左右に−５０ｍｍ〜５０ｍｍとし、１ｍｍ刻みで缶詰を平行移動させて、反射位相特性を測定した。
【００４３】
図１２に、時間領域における反射特性の測定結果を示す。なお、図中、実線が缶底面の中心部にミリ波を照射した場合，点線が缶底面の外周端部にミリ波を照射した場合の反射特性である。
図１２より、缶底面の中心部と外周端部との間で反射特性に差が見られることから、缶底面の外周端部の検知が可能であることが確認された。また、それぞれの反射波において、反射量が最大となる時間の差は０．０２２ｎｓｅｃであった。反射波は往復経路で検知されることから、以上の時間差の半分の値に光速を乗ずることによって、缶底面の外周端部と中心部との間の距離を算出したところ、３．３ｍｍであった。缶底面の外周端から中心部までの寸法の実測値である３．７４ｍｍと比較すると若干の差異があるが、この原因は設置された缶詰が導波管に対して完全に垂直ではなく、若干傾いていたためと考えられる。
【００４４】
さらに、タイムゲート処理を用いることによってレンズ表面からの反射を取り除き、缶底面からの反射のみを評価した。図１３に、タイムゲート処理を用いた反射位相特性結果をタイムゲート処理を用いていない場合の結果と併せて示す。
図１３より、タイムゲート処理を行うことによって、レンズ表面からの反射によって生じる位相特性の不連続性が改善されていることがわかった。また、このことから、図１０において見られた位相の不連続の原因が、レンズ表面の反射によるものであることも確認された。
【００４５】
図１４に、缶内圧が０ｋＰａである缶底面に対して５０ＧＨｚミリ波を照射した際の反射位相特性の測定結果を、反射量の測定結果と併せて示す。なお、図１４においては、缶底面の外周端における反射位相が基準となるように、位相の測定結果を正規化している。
図１４に示されるように、上記測定系を用いて缶底面からの反射波の位相を測定することによって、缶底面の形状を描画することが可能であることがわかった。
【００４６】
つづいて、缶内圧が−５０ｋＰａの缶詰の底面の形状についても、同様にして測定した。図１５に、内圧−５０ｋＰａの缶詰と内圧０ｋＰａの缶詰の底面の形状測定結果を示す。また、内圧−５０ｋＰａの缶詰の底面形状の実測値を、同図中に点線で示す。なお、以上の結果は、測定された反射波の位相差と照射したミリ波波長との関係から、缶底面における寸法（ｍｍ）へ換算している。換算には以下の［１］式を用いた。
ｄ＝（θ／３６０）・（λ／２）        ［１］
ここで、ｄは缶底面の外周端部の先端を基準とした各位置までの距離であり、θは各位置における前記外周端部の先端基準位置からの位相差の測定結果、λは照射したミリ波の波長である。
【００４７】
図１５の結果より、それぞれの測定結果において缶底面の外周端の位置が、実際の缶詰寸法形状（実測値）と良好に一致していることから、この方法によって缶底面の形状を正しく描画できていることが確認された。さらに、０ｋＰａと−５０ｋＰａの結果について、基準位置（外周端部先端）から缶底面の略中心位置までの距離を比較したところ、０．５ｍｍの差が見られた。波長６ｍｍ（約５０ＧＨｚ）に対して、この差はλ／１２であることから、この方法によって、約０．１ｍｍ程度の精度での測定が可能であることがわかった。
【００４８】
以上より、ミリ波を二枚の誘電体レンズを透過させた上で缶詰底面に照射し、反射波の位相差を測定することによって、缶詰底面の凹凸度合を良好に検出することができることがわかった。また、従来の方法では得ることのできなかった缶詰底面の詳細な形状データの取得が可能であることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００４９】
１０        缶詰
１２        紙箱
１４        コンベア
１６        タイミングセンサ
１８        発信器
２０        分配器
２２        送信器
２４        誘電体レンズ
２６        受信器
２８        位相検出器
３０        制御機器
３２        スライド台座
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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