(57)【要約】【課題】検出できる異物の範囲を拡大でき、且つその検出精度を向上できるようにするとともに、検出を実施する装置の構成の簡単化および低廉化に資することができる異物検出方法を提供する。【解決手段】異物の検出対象となる領域の温度分布の情報を動的に取得して異物検出を行う。そのために、異物の検出対象となる領域を所定期間加熱し、加熱終了後において、当該領域の温度分布の時間的変化の情報を取得し、当該取得した温度分布の時間的変化の情報に基づいて、異物の混入の有無を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異物の検出対象となる領域を所定期間加熱する加熱工程と、
当該加熱の終了後に、前記領域の温度分布の時間的変化の情報を取得する情報取得工程と、
当該取得した温度分布の時間的変化の情報に基づいて、前記異物の混入の有無を判定する判定工程と、
を備えたことを特徴とする異物検出方法。
【請求項２】
前記情報取得工程は、赤外線カメラを用い、所定周期で前記加熱の終了後の複数の画像をキャプチャする工程を含み、前記判定工程は、当該複数の画像に基づいて特徴抽出処理を行うことで前記異物の混入の有無を判定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の異物検出方法。
【請求項３】
前記判定工程は、前記加熱の終了後の第１時刻の画像と、さらにその後の第２時刻の画像との差分を演算することで特徴抽出を行う工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の異物検出方法。
【請求項４】
前記加熱工程は、フラッシュランプを用いて固定の前記領域を加熱することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の異物検出方法。
【請求項５】
前記加熱工程は、前記領域とスリット状熱源とを相対移動させて加熱を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の異物検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異物検出方法に関し、詳しくは、粉末状、顆粒状あるいはその他の形態の物質に混入した異物の検出に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
何らかの物質に混入した異物を検出する方法としては、赤外線を異物の検出対象領域に照射し、当該領域のスペクトル分析を行うものがある（例えば、株式会社島津製作所による非特許文献１）。しかしこの方法では、異物の赤外線反射または吸収スペクトルを予め分析しておき、検出に必要な赤外線波長を選定しなくてはならない。換言すれば、ある赤外線波長に対する反射または吸収スペクトルが既知である異物しか検出できないことになる。また、異物として特定すべきものが複数ある場合には、特定に必要な波長毎に光源を用意する必要があり、その方法を適用する装置の規模およびコストが増大する。さらに、粉粒体（粉末状あるいは顆粒状の薬品や食品など）に混入した体毛や昆虫類などの異物を検出する場合、当該粉粒体および異物の赤外線波長に対する反射・透過の特性が類似していると、異物の検出精度が低下する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】http://www.an.shimadzu.co.jp/ftir/support/lib/ftirtalk/letter12/ftir-contami.htm
【非特許文献２】石井明，尾崎保史，平田英之：赤外線サーモグラフィによる表面近傍の微小空洞欠陥の検出，材料試験技術，５０，４，ｐｐ１６２−１６８，（２００５．１０）
【非特許文献３】石井明，三好翼，平田英之：パルス加熱サーモグラフィによる熱分解炭素皮膜の膜厚計測，材料試験技術，５０，３，ｐｐ１９９−２０３，（２００６．７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって本発明は、検出できる異物の範囲を拡大でき、且つその検出精度を向上できるようにするとともに、検出を実施する装置の構成の簡単化および低廉化に資することができる異物検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのために、本発明は、異物の検出対象となる領域を所定期間加熱する加熱工程と、当該加熱の終了後に、前記領域の温度分布の時間的変化の情報を取得する情報取得工程と、当該取得した温度分布の時間的変化の情報に基づいて、前記異物の混入の有無を判定する判定工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、異物の検出対象となる領域の温度分布の情報を動的に取得して異物検出を行うので、検出できる異物の範囲を拡大でき、且つその検出精度を向上できる。また、スペクトル法のように、大規模な実施装置を必要としないので、実施装置の構成の簡単化および低廉化に資することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の基本概念を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る異物検出システムを示す模式図である。
【図３】図２のシステムで実施される異物検出手順の一例を示す工程図である。
【図４】主物質と混入した異物との組み合わせの第１例であり、（ａ）は通常光源で撮影した画像を、（ｂ）は実施形態での処理を経て得た画像を示している。
【図５】主物質と混入した異物との組み合わせの第２例であり、（ａ）は通常光源で撮影した画像を、（ｂ）は実施形態での処理を経て得た画像を示している。
【図６】主物質と混入した異物との組み合わせの第３例であり、（ａ）は通常光源で撮影した画像を、（ｂ）は実施形態での処理を経て得た画像を示している。
【図７】主物質と混入した異物との組み合わせの第４例であり、（ａ）は通常光源で撮影した画像を、（ｂ）は実施形態での処理を経て得た画像を示している。
【図８】主物質と混入した異物との組み合わせの第５例であり、（ａ）は通常光源で撮影した画像を、（ｂ）は実施形態での処理を経て得た画像を示している。
【図９】主物質と混入した異物との組み合わせの第６例であり、（ａ）は通常光源で撮影した画像を、（ｂ）は実施形態での処理を経て得た画像を示している。
【図１０】主物質と混入した異物との組み合わせの第７例であり、（ａ）は通常光源で撮影した画像を、（ｂ）は実施形態での処理を経て得た画像を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
（定義）
本明細書および特許請求の範囲の記載において、「主物質」という場合、企図している本来目的（使用、服用、食用、飲用など）に適合したものを称し、例えば薬品や食品などを含むが、それに限られるものではない。また、その形態は、例えば粉粒体（粉末や顆粒など）の集合体であってもよいし、一体となっている固体、例えば内容物を収納するプラスチック製包装袋のヒートシール部などでもよい。
【０００９】
「異物」とは、これが混入する主物質の本来目的に照らして存在すべきでないもの、あるいは存在することが好ましくないものを言う。例えば、薬品や食品中に混入し得る人毛、獣毛、繊維片、ゴム手袋片、虫などを含むが、これらに限られない。その他、プラスチック製包装袋のヒートシール部などに挟み込まれることで密封性を阻害する（あるいは不快感を与える）、当該包装袋の内容物の欠片などでもあり得る。
【００１０】
また、単に「物質」と言うときは、主物質および異物を包括するものとする。  
さらに、「混入」とは、異物が主物質の表面および／または内部に存在している状態を言い、上記のような挟み込みも含む。
【００１１】
（発明の基本思想）
本発明者らは、非特許文献１のようなスペクトル分析法ではなく、異物検出の対象領域を加熱し、温度分布を観察して異物の混入の有無を判定することにまず想到した。その際検討したのは、非特許文献２および３に記載された技術である。これらの文献には、試料の表面をフラッシュランプで瞬間加熱し、その表面の温度変化をサーモグラフィで観察することが記載されている。つまり、試料内部に欠陥があると、その部分の熱伝導性が大きく変化するので、サーモグラフィの画像で欠陥を発見できるというものである。
【００１２】
しかしながら、この技術は、本来一様であるべき主物質（材料）に存在し得る欠陥を検出するための非破壊検査には有効である。本発明者らは、さらに、物質の物理的特性の差異を利用し、異物の検出対象となる領域の温度分布の情報を経時的に取得することで、サーモグラフィの観察時点で有意の温度差が生じているとは限らない加熱後の温度特性（昇温特性および高温特性）が互いに近似している主物質および異物が存在する場合でも、異物の検出精度を向上することに想到したのである。
【００１３】
すなわち、本発明の基本概念は、図１に示すように、異物の検出対象となる領域を所定期間加熱し（ステップＳ１）、加熱終了後において、当該領域の温度分布の時間的変化の情報を取得し（ステップＳ２）、当該取得した温度分布の時間的変化の情報に基づいて、異物の混入の有無を判定する（ステップＳ３）、ものである。
【００１４】
（実施形態）
本発明の有効性を検証するにあたり、本発明者らは、表１に示すように、各種試料に対し、加熱終了後の温度特性の最大上昇温度と、その最大温度に到達するまでの時間を測定した。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
測定にあたっては、試料に対し、１ｋＪのキセノンフラッシュランプを用いて５ｍｓのパルス加熱を行った。この結果、
・毛髪は温まり易く、特に黒髪は熱吸収が白髪より大きいため温まり易いこと、
・ブドウ糖粉末などは、白色であっても、粉末間の空隙によって熱吸収が少なく、熱が逃げ易いこと、
・たとえ近似していても、物質の違いによって加熱後の温度変化曲線（昇温特性ないしは降温特性）に差が生じること、
などが確認された。
【００１７】
そこで本発明者らは、図２に示すようなシステムを用い、図３に示す手順にて、表１の試料のいくつかの組み合わせに対して実験を行った。
【００１８】
図２において符号１０で示すものは加熱ユニットであり、トレイに載せられた試料Ｍを所定時間加熱する（図３の工程Ｓ１−１）。本例では加熱ユニット１０としてフラッシュランプを用い、１ｍｓの間発光し、１ｋＪの熱量を試料Ｍに付与するものとした。試料Ｍは、主物質および異物を後述のようないくつかの組み合わせで含むものである。図２において符号２０で示すものは赤外線カメラであり、試料Ｍの加熱終了後の画像を例えば１００フレーム／秒でキャプチャする（図３の工程Ｓ２−１）。つまり、加熱が終了してから所定周期である１０ｍｓ毎に、試料Ｍの表面の温度分布を示す画像が取得される。
【００１９】
制御部３０は、加熱ユニット１０の駆動（フラッシュランプである場合には発光動作）および赤外線カメラ２０の作動を制御するほか、キャプチャした加熱後の複数の画像に基づいて、異物の存否を判断する。例えば、加熱終了後の５フレーム目（５０ｍｓ後）の画像と７フレーム目（７０ｍｓ後）の画像とを差分処理し（図３の工程Ｓ２−２）、物質の熱的特性の差異を強調するとともに、背景雑音を相殺する。このようにして異物の特徴抽出が行われたか否かに応じて（図３の工程Ｓ３−１）、異物の混入の有無を判定することができる（図３の工程Ｓ３−２，Ｓ３−３）。
【００２０】
表２は、表１から試料を適宜選択し、図２のシステムおよび図３の手順を用いて行った７つの実験（実験１〜実験７）の条件を示している。なお、表２において、「混入状態」欄の「表面上」とは、主物質の試料の上に異物を載せた状態としたもの、また「表面下」とは、異物を主物質でまぶした状態としたものである。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
図４〜図１０は、実験の結果ひいては実施形態の効果を説明するための図であり、各図において（ａ）は通常光源で撮影した画像を、（ｂ）は実施形態での差分処理を経て得た画像を示している。
【００２３】
主物質と異物とが同色系である場合、たとえ異物が主物質の表面上にあっても、実験１、実験２および実験４に対応した図４、図５および図７の（ａ）に示すように、通常光源下では異物をほとんど認識できない。また、主物質と異物とのコントラストが強い場合、異物が主物質の表面上にあれば、実験５に対応した図８の（ａ）に示すように目視でも十分認識可能であるが、表面下にある場合には実験６に対応した図９の（ａ）に示すように、全く認識ができない。さらに、主物質の色によっては、実験７に対応した図１０の（ａ）に示すように、異物の認識が困難となることがある（黒髪はようやく認識できるが、白髪は認識できない）。
【００２４】
これらに対し、実施形態の処理を経た場合には、各図の（ｂ）に示すように、いずれの条件下でも異物が明確に識別可能となっている。すなわち、本発明を適用した実施形態は、種々の主物質と異物との様々な組み合わせに対して、効果的且つ確実な異物検出性能を提供することが確認された。また、非特許文献１のように装置の大規模化等を要することなく、検出を実施する装置の構成の簡単化および低廉化に資することができるものである。
【００２５】
（その他）
なお、上述した主物質および異物の種類や形態、並びにその組み合わせや異物混入の状態は単なる例示であることは勿論である。本発明は、例えば食品などの内容物を封入するプラスチック製の包装袋に関し、ヒートシール部の密封性を阻害するような内容物の挟み込みが生じているか否かを検出する場合にも適用が可能である。
【００２６】
また、図２に示したシステム構成も単なる例示であって、効果の検証ひいては装置への適用に際しては他の構成を採用することが可能である。例えば、加熱ユニットとしてはフラッシュランプに限らず、赤外線ヒータその他の適宜のものを採用して検出領域を加熱することができる。この場合、加熱範囲すなわち異物の検出領域を限局する必要がある場合には、加熱ユニットと検出領域との間にスリットなどを介在させればよい。
【００２７】
また、図２では、加熱ユニットおよび赤外線カメラと物質（試料Ｍ）とが互いに固定されたシステムを例示したが、ベルトなどにより物質とスリット状熱源とを相対移動させ、その過程で加熱および検出が行われるようにしてもよい。この場合、加熱量ないし加熱時間は、加熱ユニットが付与することができる熱量、加熱領域、相対搬送の速度、ベルト上の物質の厚さ、処理速度などとの兼ね合いから適切に選定することができる。
【００２８】
さらに、図３の処理では、加熱終了後の第１時刻を５０ｍｓ後とし、さらにその後の第２時刻を７０ｍｓ後として、それぞれでキャプチャした画像の差分処理を行うものとした。しかしそれらの時刻は適宜定めることが可能であり、異物の特徴抽出を行う態様も例示のものに限られない。要は、異物の検出に必要十分な、加熱後の対象領域の温度分布の時間的変化を確実に認識できるものであればよいのである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  加熱ユニット
２０  赤外線カメラ
３０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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