特開 2023-35191 画像取得装置、検査装置および画像取得方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023035191

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】画像取得装置、検査装置および画像取得方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/72 20060101AFI20230306BHJP

   B65B 51/10 20060101ALI20230306BHJP

【ＦＩ】

G01N25/72 A

B65B51/10 210

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021141840

(22)【出願日】2021-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】増田 浩二

(72)【発明者】

【氏名】日野 真

(72)【発明者】

【氏名】平川 真

【テーマコード（参考）】

2G040

3E094

【Ｆターム（参考）】

2G040AA05

2G040AB09

2G040BA14

2G040BA26

2G040CA02

2G040DA06

2G040DA12

2G040DA15

2G040EA06

2G040EC02

2G040HA02

2G040HA06

3E094AA12

3E094BA02

3E094BA04

3E094BA12

3E094CA02

3E094CA22

3E094DA06

3E094EA01

3E094GA01

3E094GA02

3E094GA09

3E094GA13

3E094GA15

3E094HA08

(57)【要約】

【課題】周辺部材への熱影響を与えずに、高品質な温度画像を取得する。
【解決手段】光エネルギーを吸収する物質を含む包装材をシールするシール部に対し、少なくとも前記物質が光吸収する波長を持つ光を照射する発光部と、前記シール部からの熱輻射を受光する受光部と、前記受光部で受光した情報から、前記シール部の温度情報を２次元画像として取得する２次元画像取得部と、を備え、前記良否判定部は、前記発光部が前記シール部の一方側に光を照射する時刻を０、前記シール部の他方側の表面温度がピークになる時刻をＴとしたとき、取得する少なくとも１枚の２次元画像の時刻ｔを０＜ｔ＜Ｔとする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光エネルギーを吸収する物質を含む包装材をシールするシール部に対し、少なくとも前記物質が光吸収する波長を持つ光を照射する発光部と、
前記シール部からの熱輻射を受光する受光部と、
前記受光部で受光した情報から、前記シール部の温度情報を２次元画像として取得する２次元画像取得部と、
を備え、
前記２次元画像取得部は、前記発光部が前記シール部の一方側に光を照射する時刻を０、前記シール部の他方側の表面温度がピークになる時刻をＴとしたとき、取得する少なくとも１枚の２次元画像の時刻ｔを０＜ｔ＜Ｔとする、
ことを特徴とする画像取得装置。

【請求項2】

前記受光部は、前記発光部から照射されて前記シール部を透過する光、および、前記発光部から照射されて前記シール部で反射する光を直接受光しない、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。

【請求項3】

前記発光部は、前記シール部を一括に照射し、
前記受光部は、少なくとも前記シール部からの熱輻射を一括に受光する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得装置。

【請求項4】

前記発光部は、ポイント型発光源を縦横に並べたエリア型発光源である、
ことを特徴とする請求項３に記載の画像取得装置。

【請求項5】

請求項１ないし４の何れか一項に記載の画像取得装置と、
前記２次元画像取得部で取得した２次元画像から前記シール部の良否を判定する良否判定部と、
を備えることを特徴とする検査装置。

【請求項6】

前記良否判定部は、複数枚の２次元画像から前記シール部の良否を判定する、
ことを特徴とする請求項５に記載の検査装置。

【請求項7】

前記良否判定部は、ある一定時間の間隔をもって前記２次元画像取得部で受光した情報のうち、連続する複数枚の２次元画像から前記シール部の良否を判定する、
ことを特徴とする請求項６に記載の検査装置。

【請求項8】

前記良否判定部は、前記２次元画像取得部から取得する少なくとも１枚の２次元画像の時刻ｔを０＜ｔ＜Ｔ／２とする、
ことを特徴とする請求項５ないし７の何れか一項に記載の検査装置。

【請求項9】

前記良否判定部は、前記２次元画像取得部から取得する複数枚の２次元画像の時刻ｔをｔ＜Ｔ／２とする、
ことを特徴とする請求項５ないし７の何れか一項に記載の検査装置。

【請求項10】

前記良否判定部は、更に、前記２次元画像取得部から取得する少なくとも１枚の２次元画像の時刻ｔをｔ＜０とし、取得した２次元画像を基にノイズ除去を実行する、
ことを特徴とする請求項５ないし９の何れか一項に記載の検査装置。

【請求項11】

光エネルギーを吸収する物質を含む包装材をシールするシール部に対し、少なくとも前記物質が光吸収する波長を持つ光を発光部から照射する発光工程と、
前記シール部からの熱輻射を受光部で受光する受光工程と、
前記受光工程で受光した情報から、前記シール部の温度情報を２次元画像として取得する２次元画像取得工程と、
を含み、
前記２次元画像取得工程は、前記発光部が前記シール部の一方側に光を照射する時刻を０、前記シール部の他方側の表面温度がピークになる時刻をＴとしたとき、取得する少なくとも１枚の２次元画像の時刻ｔを０＜ｔ＜Ｔとする、
ことを特徴とする画像取得方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像取得装置、検査装置および画像取得方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、包装材に食品等の物品が封入され、シールして出来る包装体について、そのシール部分が正しく封止されているか否かを検査する包装体の検査装置がある。

【0003】

特許文献１には、包装物のシール不良を検査する装置として、熱付与手段による包装物の加熱などにより昇温した包装物の温度に基づいてシール部の不良を検出する検査手段を備えた構成が開示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の包装体の検査装置では、包装体の温度上昇に熱源を利用するため、安全面から熱源の取り扱いが煩雑であるとともに、熱源の熱が周辺部材へ悪影響を及ぼす、という問題があった。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周辺部材への熱影響を与えずに、高品質な温度画像を取得する、ことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光エネルギーを吸収する物質を含む包装材をシールするシール部に対し、少なくとも前記物質が光吸収する波長を持つ光を照射する発光部と、前記シール部からの熱輻射を受光する受光部と、前記受光部で受光した情報から、前記シール部の温度情報を２次元画像として取得する２次元画像取得部と、を備え、前記良否判定部は、前記発光部が前記シール部の一方側に光を照射する時刻を０、前記シール部の他方側の表面温度がピークになる時刻をＴとしたとき、取得する少なくとも１枚の２次元画像の時刻ｔを０＜ｔ＜Ｔとする、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、周辺部材への熱影響を与えずに、高品質な温度画像を取得することができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１の実施の形態にかかる検査装置の構成例を示す概略図である。

【図2】図２は、検査装置により検査される包装体の一例を示す図である。

【図3】図３は、包装材の構成例を示す図である。

【図4】図４は、アルミニウムの吸収率を示すグラフである。

【図5】図５は、搬送されている包装体を照射する場合のポイント型発光源の例を示す図である。

【図6】図６は、停止している包装体を照射する場合のポイント型発光源の例を示す図である。

【図7】図７は、搬送されている包装体を照射する場合のライン型発光源の例を示す図である。

【図8】図８は、停止している包装体を照射する場合のライン型発光源の例を示す図である。

【図9】図９は、搬送されている包装体を照射する場合のエリア型発光源の例を示す図である。

【図10】図１０は、停止している包装体を照射する場合のエリア型発光源の例を示す図である。

【図11】図１１は、搬送されている包装体からの熱輻射を受光する場合のポイント型受光素子の例を示す図である。

【図12】図１２は、停止している包装体からの熱輻射を受光する場合のポイント型受光素子の例を示す図である。

【図13】図１３は、搬送されている包装体からの熱輻射を受光する場合のライン型受光素子の例を示す図である。

【図14】図１４は、停止している包装体からの熱輻射を受光する場合のライン型受光素子の例を示す図である。

【図15】図１５は、搬送されている包装体からの熱輻射を受光する場合のエリア型受光素子の例を示す図である。

【図16】図１６は、停止している包装体からの熱輻射を受光する場合のエリア型受光素子の例を示す図である。

【図17】図１７は、発光部と受光部との第１のレイアウト例を示す図である。

【図18】図１８は、発光部と受光部との第２のレイアウト例を示す図である。

【図19】図１９は、発光部と受光部との第３のレイアウト例を示す図である。

【図20】図２０は、制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図21】図２１は、制御装置の機能を示す機能ブロック図である。

【図22】図２２は、良好な状態の位置と不良な状態の位置とにおける表面温度の変化例を示すグラフである。

【図23】図２３は、シール部の良否判定にかかる２次元画像の具体例を示す図である。

【図24】図２４は、時間経過に伴う表面温度の差分値を例示的に示すグラフである。

【図25】図２５は、第２の実施の形態にかかる良否判定部によるシール部の良否判定にかかる複数枚の２次元画像の具体例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照して、画像取得装置、検査装置および画像取得方法の実施の形態を詳細に説明する。

【0010】

（第１の実施の形態）
ここで、図１は第１の実施の形態にかかる検査装置１の構成例を示す概略図、図２は検査装置１により検査される包装体５０の一例を示す図である。検査装置１は、包装体５０について適正にシールされているかについての検査を行い、異常のある包装体５０を生産ラインから排除するものである。

【0011】

まず、包装体５０について説明する。

【0012】

図２に示すように、包装体５０は、袋状の包装材５１の内部に、物品（例えば、カレーやスープなどの食品など）を収容したものである。図２に示す包装体５０は、包装材５１同士の接着により、袋状の開口部を封止する。

【0013】

包装体５０の包装材５１には、単層プラスチックフィルム、表面加工が施された単層プラスチックフィルム、または、それらを複数積層したプラスチックフィルムなどが用いられている。表面加工には、防湿性を付与するためのコーティングや、ガスバリア性を付与するためのアルミニウム、シリカ、アルミナ等の蒸着などがある。

【0014】

さらには、包装体５０の包装材５１としては、上述のフィルムに対してアルミニウム箔５１ｂ（図３参照）をラミネートしたフィルムが用いられている。アルミニウム箔５１ｂをラミネートした包装材５１は、高いガスバリア性、防湿性が要求される用途に用いられる。特に、アルミニウム箔５１ｂをラミネートした包装材５１は、レトルト食品の包装容器であって、いわゆるレトルトパウチと呼ばれるものである。

【0015】

図３は、包装材５１の構成例を示す図である。図３に示す包装材５１は、レトルトパウチ用の包装材５１の構成例を示すものである。図３に示す包装材５１は、表面からポリエステル（ＰＥＴ）フィルム５１ａ、アルミニウム箔５１ｂ、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルム５１ｃの順に積層されている。図３に示す包装材５１のようにアルミニウム箔やアルミニウム蒸着フィルムなどをラミネートしたフィルムは、目視による透過性が悪く、包装材５１の内部に収容した物品の目視での確認は困難である。

【0016】

図２に示す包装体５０において、包装材５１同士を接着して袋状の開口部を封止した部分をシール部５２と呼ぶ。シール部５２は、加熱したバーを封止したい部分に押し当てることで熱圧着するヒートシールや、封止したい部分を超音波振動と加圧により溶融して接合する超音波シールなどによって形成する。

【0017】

ここで、包装体５０の製造工程を簡単に説明する。包装体５０は、図示しない充填手段（充填機）により、物品（例えば、カレーやスープなどの食品など）などが袋状の包装材５１に充填された後、シール部５２で封止されて製造される。

【0018】

このような製造工程において、検査装置１は、シール部５２で封止された包装体５０に対し、しっかり密封されて物品の漏洩が起きないことを確認するため、シール検査を実施する。シール検査では、シール部５２が良好な状態か、不良な状態かを判定する。不良な状態には、例えば、噛み込み、ピンホール、シワ、貫通などと呼ばれる状態がある。具体的には、噛み込みはシール部５２に物品を噛み込んでいる不良、ピンホールはシール部５２に穴が開いている不良、シワはシール部５２に折りシワや重なりシワが発生している不良、貫通はシール部５２に物品が外部へ漏洩してしまうような通り道ができている不良、などである。

【0019】

次に、検査装置１について詳述する。

【0020】

図１に示すように、検査装置１は、搬送ユニット２と、画像取得装置３と、制御装置４と、を備えている。

【0021】

画像取得装置３は、搬送ユニット２に対して下方に配置された発光部３１と、搬送ユニット２に対して上方に配置された受光部３２と、を備える。

【0022】

搬送ユニット２は、第１搬送部２１と第２搬送部２２とを備える。第１搬送部２１および第２搬送部２２は、無端状のベルトを回転駆動することで、ベルト上の包装体５０を搬送する。第１搬送部２１は、画像取得装置３の配置位置に対して、包装体５０の搬送方向Ｘの上流側に配置される。第２搬送部２２は、画像取得装置３の配置位置に対して、包装体５０の搬送方向Ｘの下流側に配置される。搬送ユニット２は、第１搬送部２１と第２搬送部２２との間に、発光部３１と受光部３２との間の空間となる隙間Ｏを形成する。隙間Ｏである第１搬送部２１と第２搬送部２２との間の距離は、第１搬送部２１から第２搬送部２２への受け渡しに影響を与えない距離である。このような構成により、搬送ユニット２は、発光部３１と受光部３２との間の空間に、包装体５０を搬送する。

【0023】

画像取得装置３は、搬送ユニット２により搬送された包装体５０のシール部５２の２次元温度情報を、画像として取得する。

【0024】

発光部３１は、搬送ユニット２により搬送された包装体５０のシール部５２全体に対し、２次元的に光を照射する。なお、発光部３１は、第１搬送部２１と第２搬送部２２との隙間Ｏにおいて、搬送ユニット２により搬送されている包装体５０に対して光を照射してもよいし、搬送ユニット２上で一旦停止した状態の包装体５０に対して光を照射してもよい。

【0025】

受光部３２は、発光部３１からの光照射に伴い、包装体５０のシール部５２全体からの熱輻射を２次元的に受光する。

【0026】

ここで、発光部３１および受光部３２について詳述する。

【0027】

上述したように、包装体５０の包装材５１には、アルミニウム蒸着フィルムやアルミニウム箔をラミネートしたフィルムが用いられており、少なくともアルミニウムが含まれている。そこで、本実施形態の検査装置１の発光部３１は、所定の初期温度を有する包装体５０のシール部５２の一方側に、少なくともアルミニウムが光吸収する波長を持つ光を照射する。包装材５１のアルミニウム箔５１ｂ（図３参照）は、発光部３１が照射した光を吸収し、光エネルギーを熱エネルギーに変換する。包装材５１のアルミニウム箔５１ｂで発生した熱は、各層の表面間および各層中を伝わり、包装材５１の表面に到達する。そして、包装材５１は、表面から熱輻射による光を放射する。この光放射は、いわゆるプランク放射則に基づくスペクトルで放射され、受光部３２で受光される。受光部３２は、熱輻射情報を２次元的に受光する。

【0028】

すなわち、ある初期温度を有するシール部５２の一方側に光を照射すると、その光はシール部５２内のアルミニウム箔５１ｂで吸収され、光エネルギーを熱エネルギーに変換する。そして、その熱は、各層の表面間を介してもう一方側に伝わり、その表面に温度分布を形成する。すなわち、時刻０にシール部５２の一方側を光照射した後、シール部５２の他方側は急速に温度上昇が始まり、ある時刻Ｔに温度がピークになる。その後、シール部５２は、周囲の大気との対流や熱輻射によって、徐々に温度は低下する。

【0029】

図４は、アルミニウムの吸収率を示すグラフである。アルミニウムは、図４に示す吸収スペクトルを持つ。図４に示すように、アルミニウムは、０．７８μｍ～１．０μｍの近赤外線の吸収率のピークにおいて、効果的に光吸収を生じる。また、アルミニウムは、紫外線（０．３８μｍ以下）や可視光線（０．３８μｍ～０．７８μｍ）においても高い吸収率を持つ。なお、アルミニウムは、１μｍ以上の波長では吸収率が低下する。したがって、発光部３１は、少なくとも紫外線、可視光線、近赤外線のいずれかの光を照射することが望ましい。そこで、本実施形態の発光部３１は、少なくとも紫外線、可視光線、近赤外線を含む光を照射することができるハロゲンランプを適用する。ハロゲンランプは、一般的に、可視光線より長い波長の光を照射でき、非常にブロードな発光スペクトルを有する。ハロゲンランプは、ランプの温度に依存するが、特に近赤外線より長い波長を持つ光を多く含んでいる（例えば、５０％以上含む）。

【0030】

なお、発光部３１は、ハロゲンランプに限るものではなく、紫外線、可視光線、近赤外線の光を照射することができるキセノンランプを適用してもよい。一般的に、キセノンランプは、紫外線、可視光線、近赤外線に渡りブロードな発光スペクトルを持ち、かつ、近赤外線に複数のシャープな発光スペクトルを有する。キセノンランプは、近赤外線より長い波長をほとんど含んでいない（例えば、５％以下）。このような近赤外線より長い波長の光は熱線とも呼ばれ、周囲の部材を温めてしまうため、装置の小型化や構成部品の選定に影響を及ぼす。そのため、近赤外線より長い波長の光を含まないことが実用上好ましい。

【0031】

また、発光部３１は、近赤外線にピーク波長を持つ近赤外ＬＥＤまたは近赤外レーザを適用するようにしてもよい。近赤外ＬＥＤまたは近赤外レーザは、アルミニウムの吸収スペクトルのピークとほぼ同じ波長帯域に発光スペクトルのピークを持つため、高い効率で光エネルギーを熱エネルギーに変換することができる。また、近赤外ＬＥＤまたは近赤外レーザは、一般的にハロゲンランプやキセノンランプよりも寿命が長く、連続稼働する検査装置１での使用において、交換周期を長くすることができるという利点もある。

【0032】

さらに、発光部３１は、連続点灯（ＤＣ発光）でもよいし、間欠点灯（パルス発光）でもよい。ただし、寿命の観点から、１Ｈｚ～２Ｈｚ程度で間欠点灯可能であることが好ましい。具体的には、レーザ、ＬＥＤ、キセノンランプが該当する。

【0033】

さらにまた、発光部３１は、連続点灯（ＤＣ発光）である場合に、包装体５０に対し間欠点灯となるような間欠照射手段（シャッター）を、包装体５０との間に備えるようにしてもよい。

【0034】

本実施形態においては、シール部５２の表面温度上昇は数℃～１０℃程度でよい。それ以上に温度を上げてもよいが、ハイパワーの光源が必要となり、光源のコストや大きさの面から実用的ではない。検査装置１の雰囲気温度が２０～３０℃程度であるとすると、２７３℃＋２０～３０℃＋数℃～１０℃＝２９５～３１５Ｋ程度となる。また、３００Ｋに相当する熱輻射は、プランクの法則により、約３μｍ以上の波長を持つことが分かっている。これにより、包装体５０のシール部５２から熱輻射により放射される光は、プランクの法則により約３μｍ以上の波長の光となる。すなわち、受光部３２は、３μｍ以上の波長を持つ光を受光する。

【0035】

このように発光部３１の波長と受光部３２の波長とを異ならせることにより、発光部３１の光は受光部３２で受光されず、受光部３２のノイズとなることがないので、良好な受光信号の取得が可能になる。

【0036】

大気の透過スペクトルには大気の窓と呼ばれる、大気の透過率が高い波長帯域がある。大気中で測定する場合にはこの帯域を用いることが好ましい。例えば、３～６μｍの波長帯域であるＭＷＩＲ（Middle Wavelength Infrared Radiation）、８～１４μｍの波長帯域であるＬＷＩＲ（Long Wavelength Infrared Radiation）が挙げられる。

【0037】

また、３００Ｋ程度の熱輻射スペクトルは、約１０μｍにピークを持つため、より感度の高い測定をするためにＬＷＩＲの大気の窓を利用することが好ましい。

【0038】

そこで、本実施形態においては、受光部３２は、ＬＷＩＲを受光する赤外線受光素子を用いる。なお、赤外線受光素子は、極低温に冷却する必要があり高感度な冷却型と、室温で動作可能な非冷却型と、がある。本実施形態においては、受光部３２は、実用的には低コストである非冷却型赤外線受光素子を用いる。

【0039】

発光部３１は、シール部５２全体を２次元的に照射するものであれば、ポイント型発光源、ライン型発光源、エリア型発光源のいずれの発光源でも構わない。

【0040】

図５は搬送されている包装体５０を照射する場合のポイント型発光源の例を示す図、図６は停止している包装体５０を照射する場合のポイント型発光源の例を示す図である。図５および図６に示すように、ポイント型発光源は、ポイント状にシール部５２を照射する。図５に示すように、発光部３１は、搬送されている包装体５０を照射する場合には、シール部５２を１次元走査する光学系を介してポイント型発光源を２次元的に照射する。図６に示すように、発光部３１は、停止している包装体５０を照射する場合には、シール部５２を２次元走査する光学系を介してポイント型発光源を２次元的に照射する。

【0041】

図７は搬送されている包装体５０を照射する場合のライン型発光源の例を示す図、図８は停止している包装体５０を照射する場合のライン型発光源の例を示す図である。図７および図８に示すように、ライン型発光源は、ライン状にシール部５２を照射する。ライン型発光源は、ポイント型発光源を一列もしくは複数列に並べてライン型とするものでもよいし、ポイント型発光源を用いて光学系を介してライン状の照射パターンを作るものでもよい。図７に示すように、発光部３１は、搬送されている包装体５０を照射する場合には、シール部５２の幅（シール部５２の長手幅）より長いライン型発光源で２次元的に照射する。図８に示すように、発光部３１は、停止している包装体５０を照射する場合には、シール部５２を１次元走査する光学系を介してシール部５２の短手幅より若干長いライン型発光源で２次元的に照射する。

【0042】

図９は搬送されている包装体５０を照射する場合のエリア型発光源の例を示す図、図１０は停止している包装体５０を照射する場合のエリア型発光源の例を示す図である。図９および図１０に示すように、エリア型発光源は、エリア状にシール部５２を一括に照射する。エリア型発光源は、ポイント型発光源を縦横に並べてエリア型とするものでもよいし、ライン型発光源を複数列並べてエリア型とするものでもよいし、これらと光学系を組み合わせてエリア状の照射パターンを作るものでもよい。図９に示すように、発光部３１は、搬送されている包装体５０を照射する場合には、エリア型発光源で一括に照射する。図１０に示すように、発光部３１は、停止している包装体５０を照射する場合には、エリア型発光源で一括に照射する。

【0043】

一方、受光部３２は、光照射に伴ったシール部５２全体からの熱輻射を２次元的に受光するものであれば、ポイント型受光素子、ライン型受光素子、エリア型受光素子のいずれの受光素子でも構わない。ポイント型受光素子には、サーモパイルなどが適用される。エリア型受光素子には、マイクロボロメータなどが適用される。

【0044】

図１１は搬送されている包装体５０からの熱輻射を受光する場合のポイント型受光素子の例を示す図、図１２は停止している包装体５０からの熱輻射を受光する場合のポイント型受光素子の例を示す図である。図１１に示すように、受光部３２は、搬送されている包装体５０からの熱輻射を受光する場合には、シール部５２を１次元走査する光学系を介してポイント型受光素子で２次元的に受光する。図１２に示すように、受光部３２は、停止している包装体５０からの熱輻射を受光する場合には、シール部５２を２次元走査する光学系を介してポイント型受光素子で２次元的に受光する。

【0045】

図１３は搬送されている包装体５０からの熱輻射を受光する場合のライン型受光素子の例を示す図、図１４は停止している包装体５０からの熱輻射を受光する場合のライン型受光素子の例を示す図である。図１３に示すように、受光部３２は、搬送されている包装体５０からの熱輻射を受光する場合には、シール幅より長いライン型受光素子で２次元的に受光する。図１４に示すように、受光部３２は、停止している包装体５０からの熱輻射を受光する場合には、シール部５２を１次元走査する光学系を介してシール部５２の短手幅より若干長いライン型受光素子で２次元的に受光する。

【0046】

図１５は搬送されている包装体５０からの熱輻射を受光する場合のエリア型受光素子の例を示す図、図１６は停止している包装体５０からの熱輻射を受光する場合のエリア型受光素子の例を示す図である。図１５に示すように、受光部３２は、搬送されている包装体５０からの熱輻射を受光する場合には、シール部５２を一括にエリア型受光素子で受光する。図１６に示すように、受光部３２は、停止している包装体５０からの熱輻射を受光する場合には、シール部５２を一括にエリア型受光素子で受光する。

【0047】

上述したように、シール部５２全体を光照射する発光部３１や、シール部５２全体からの熱輻射を受光する受光部３２には様々な態様がある。本実施形態においては、発光部３１はエリア型発光源であり、受光部３２はエリア型受光素子とする。このようにエリア型発光源とエリア型受光素子との組み合わせにすることにより、包装体５０が搬送されていても停止していても、その搬送状態の制約を受けずに、シール部５２全体を一括に、照射および受光が可能である。さらに、ポイント型発光源（具体的にはＬＥＤ）を縦横に並べたエリア型発光源、エリア型受光素子であれば、１次元もしくは２次元走査する光学系、すなわち可動部品が不要であり、振動影響を受けず高品質な画像の取得が可能である。

【0048】

次に、発光部３１と受光部３２との位置関係について詳述する。

【0049】

上述したように、受光部３２は、発光部３１から照射されて包装材５１のシール部５２を透過する光や、シール部５２から反射する光を直接受光するのではない。受光部３２は、発光部３１から照射された光による包装材５１の表面からの熱輻射によって放出された光を受光するものである。つまり、発光部３１と受光部３２とは、光の透過または正反射に基づく配置に制約されるものではない。そのため、発光部３１と受光部３２とのレイアウト自由度は、大きくなる。

【0050】

図１７は、発光部３１と受光部３２との第１のレイアウト例を示す図である。図１７に示す例では、受光部３２は、搬送方向Ｘに対して略平行な面である包装材５１のシール部５２および発光部３１に対して、光軸を傾けて設置している。このように受光部３２の光軸を包装材５１のシール部５２に対して傾けて設置することにより、受光部３２自身の映り込みを防止することができる。

【0051】

より詳細には、図１７に示すように、包装体５０は包装材５１の内部に物品を収容するため、包装体５０のシール部５２の近傍は膨らみを持っている。そのため、シール部５２が搬送方向Ｘに対して略平行であるのに対し、シール部５２の近傍は搬送方向Ｘに対して傾いている。したがって、図１７に示す例では、受光部３２は、包装材５１のシール部５２の近傍の傾きに直交する傾きでなく、包装材５１のシール部５２の近傍の傾きと同方向に光軸を傾けて設置されている。

【0052】

ここで、図１８は発光部３１と受光部３２との第２のレイアウト例を示す図である。図１８に示す例では、受光部３２自身の映り込みの影響がないことを条件として、受光部３２は、搬送方向Ｘに対して略平行な面であるシール部５２に対して、傾けずに直交する位置に配置するようにしてもよい。

【0053】

ここで、図１９は発光部３１と受光部３２との第３のレイアウト例を示す図である。図１９に示す例では、図１８の第２のレイアウト例に加えて、発光部３１を、搬送方向Ｘに対して略平行な面である包装材５１のシール部５２および受光部３２に対して光軸を傾けて設置している。

【0054】

次に、制御装置４について説明する。制御装置４は、検査装置１の全体を制御する。ここで、図２０は制御装置４のハードウェア構成を示すブロック図である。図２０に示すように、制御装置４は、ＣＰＵ４１（Central Processing Unit）４１や、ＲＯＭ（Read Only Memory）４２、ＲＡＭ（Random Access Memory）４３、ＨＤＤ４４等を備えている。制御装置４は、ＲＯＭ４２やＨＤＤ４４に予め記憶されているプログラムに従って、ＲＡＭ４３をワークメモリとして用いて、搬送ユニット２、画像取得装置３の各部を駆動制御する。制御装置４として、例えば、パーソナルコンピュータ（ディスクトップ、ノートパソコン）を用いることができる。

【0055】

本実施形態の制御装置４で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

【0056】

さらに、本実施形態の制御装置４で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施形態の制御装置４で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

【0057】

制御装置４は、画像取得装置３で撮影した２次元画像に基づいて、包装体５０のシール部５２が良好か不良かの判定を行う。

【0058】

次に、制御装置４の機能について説明する。

【0059】

図２１は、制御装置４の機能を示す機能ブロック図である。図２１に示すように、制御装置４は、ＣＰＵ４１がプログラムに従って動作することにより、制御部４０１、２次元画像取得部４０２、良否判定部４０３として機能する。

【0060】

制御部４０１は、画像取得装置３の発光部３１の発光および受光部３２の受光を制御する。また、制御部４０１は、搬送ユニット２の第１搬送部２１および第２搬送部２２の駆動を制御する。

【0061】

２次元画像取得部４０２は、受光部３２により２次元的に受光した熱輻射情報から、包装体５０のシール部５２の２次元温度情報を画像として取得する。つまり、２次元画像取得部４０２は、光情報を温度情報に変換し、温度画像を取得する。サーモグラフィー（熱画像）とも言う。なお、２次元画像取得部４０２は、受光部３２を非冷却型マイクロボロメータとした赤外線カメラに備えられるものであってもよい。

【0062】

良否判定部４０３は、温度情報を持つ２次元画像に基づき、包装体５０のシール部５２が良好な状態か、不良な状態か、すなわち良否を判定する。良否判定部４０３は、不良な状態を顕在化するため、２次元画像に既知の様々な画像処理を施す。

【0063】

前述したように、包装体５０のシール部５２に不良な状態があると、良好な状態に対し、シール部５２の熱容量が変化する。例えば、噛み込みはシール部５２に物品を噛み込んでいる不良であり、包装材５１と包装材５１との間に物品が挟み込んだ状態で封止されている。したがって、その物品による層が新たにでき、熱の伝わりが遅くなる。貫通はシール部５２に物品が外部へ漏洩してしまうような通り道ができている不良であり、包装材５１と包装材５１との間に空気層があることにより、空気の高い熱抵抗のため、熱の伝わりが遅くなる。このように包装体５０のシール部５２に不良な状態があると、熱がシール部５２の表面に到達する時間が遅れるため、表面に温度分布が生じることになる。そこで、良否判定部４０３は、温度情報を持つ２次元画像において発生する温度分布に基づき、不良な状態である、すなわち否であると判定することができる。

【0064】

次に、良否判定部４０３におけるシール部５２の良否判定について説明する。

【0065】

ここで、図２２は良好な状態の位置と不良な状態の位置とにおける表面温度の変化例を示すグラフ、図２３はシール部５２の良否判定にかかる２次元画像の具体例を示す図である。図２３に示す例は、不良な状態として、シール部５２に空気層がある場合を示している。これは、貫通、または、空気を含む内容物の噛み込みなどに見られる状況を模擬している。

【0066】

図２２に示す例は、アルミニウムを含むシール部５２において良好な状態と不良な状態とがある場合について、時刻０で一方側から発光部３１によって光を照射し、ある時刻ｔで他方側の表面の温度分布を取得したものである。

【0067】

図２３に示す２次元画像は、図２２に示す時刻Ａに取得した画像である。図２３に示す画像は、白は温度が高く、黒は温度が低いことを示すモノクロ画像である。図２３に示すように、シール部５２に空気層があることによって不良な状態となる位置は、周囲に比べ黒っぽくなっていることが分かる。

【0068】

図２２に示す例では、良好な状態の位置は時刻Ｔで、ピーク温度に到達している。この時刻Ｔは、約４８０ｍｓである。この時間は包装材５１の種類や厚みにより異なるが、およそ数１００ｍｓから１ｓ以下である。一方、図２２に示すように、不良な状態の位置は、約５８０ｍｓである。不良な状態の位置は、時刻Ｔより後にピーク温度に到達しており、良好な状態と不良な状態との両者のピーク温度はほとんど同じである。

【0069】

ここで、図２４は時間経過に伴う表面温度の差分値を例示的に示すグラフである。図２４に示すグラフは、良好な状態の位置の表面温度から不良な状態の位置の表面温度を差し引いた結果である。図２４に示されるように、０＜ｔ＜Ｔにおいて、良好な状態の位置の表面温度から不良な状態の位置の表面温度を差し引いた値が、プラスの値となっている。すなわち、図２４において点線で示すように、ある時刻Ａをみると、良好な状態では不良な状態に対して温度が高くなっていることがわかる。図２４に示す時刻Ａは約８０ｍｓであり、図２３が時刻Ａに取得した２次元画像である。

【0070】

すなわち、良好な状態と不良な状態とでは、シール部５２の表面温度の時間変化が異なり、ある時刻においては検出可能な大きな温度差が生じることがわかる。なお、良好な状態と不良な状態とは、時間が経つとほぼ同じピーク温度になり、ピーク以降ではその温度差は小さくなっている。

【0071】

以上により、０＜ｔ＜Ｔで得られた２次元画像においては、貫通や噛み込みがある場合にはその部分の温度が周囲よりも低くなる温度分布が得られることがわかる。良否判定部４０３は、良好な状態と不良な状態とにおける温度の絶対値を検出することにより、不良な状態を検出することができる。

【0072】

なお、図２４に示すように、０＜ｔ＜Ｔ／２においては、特に温度差が大きくなる。０＜ｔ＜Ｔ／２で得られた２次元画像を用いる場合には、ｔが小さくなることで、検査装置１における検査時間も短くなるというメリットがある。なお、０＜ｔ＜Ｔ／２で得られた２次元画像を用いる場合には、高速に照射・受光を行う必要があり、１次元もしくは２次元走査が必要な場合には時間的制約が厳しくなるため、シール部５２全体に対する一括での照射および受光がより好ましい。

【0073】

ただし、不良な状態によっては熱抵抗が小さくなり周囲よりも温度が上がることもある。このような場合でも、良否判定部４０３は、良好な状態と不良な状態との違いをみることで、シール部５２の不良な状態の検出ができる。

【0074】

以降では、不良がある状態では周囲より温度が低くなる場合（空気層がある場合）について、具体的に記述する。

【0075】

良否判定部４０３は、複数枚の２次元画像からシール部５２の良否を判定する。より詳細には、良否判定部４０３は、ある一定時間間隔で受光した情報のうち、複数枚の２次元画像からシール部５２の良否を判定する。このように、複数枚の２次元画像を用いることにより、良否判定精度を高めることができる。

【0076】

ただし、複数枚分の光を受光する場合、いずれの２次元画像も受光部３２の視野に入っている必要がある。包装体５０が停止している場合は問題ないが、包装体５０が搬送されている場合には、受光部３２の視野に入るように、視野を広げたり、搬送速度を調整したり、包装体５０を追従して受光したりする必要がある。

【0077】

簡単のため、２枚の２次元画像を用いる場合における良否判定部４０３による良否判定について説明する。ここで、２次元画像取得部４０２が２枚の２次元画像を取得する時刻ｔは、ｔ＜Ｔである。より詳細には、２次元画像取得部４０２は、少なくとも１枚はｔ＜０を満たす時刻Ｓで２次元画像を取得し，かつ，少なくとも１枚は０＜ｔ＜Ｔを満たす時刻Ｕで２次元画像を取得する。

【0078】

良否判定部４０３は、０＜ｔ＜Ｔを満たす時刻Ｓにおいて１枚の２次元画像を取得し、ｔ＞Ｔを満たす時刻Ｕにおいてもう１枚の２次元画像を取得し、２枚を用いて差分画像処理を行うことができる。ｔ＞Ｔではピーク温度を過ぎており、その後は大気の対流により温度が低下するが、０～Ｔまでの温度上昇時間に比べるとはるかに時間下降時間が長い。よって、時刻Ｕでの温度はほぼピーク温度と等しいとみなすことができる。したがって、良否判定部４０３は、時刻Ｓと時刻Ｕとの差分を検出することで、ピーク温度との温度差（相対値）とする。良否判定部４０３は、良好な状態より温度差が大きくなっている場合に、不良な状態とみなす。なお、時刻Ｕは、できるだけ時刻Ｔに近い方が好ましい。また、受光部３２として例えば３０ｆｐｓの赤外線カメラを用いる場合には、時刻Ｓと時刻Ｕは非連続な２フレームで構わない。

【0079】

以上により、良否判定部４０３は、初期温度の不均一性を考慮し、複数枚を用いた画像処理、例えば差分処理や回帰分析処理を行うことができる。

【0080】

なお、検査装置１における検査時間を短くするという観点において、２次元画像の取得に要する時間はできるだけ短いほうが好ましい。つまり、時刻Ｓと時刻Ｕは、非連続な２フレームであるより、連続する２フレームがより好ましい。

【0081】

良否判定部４０３は、０＜ｔ＜Ｔを満たす時刻Ｓ，Ｕで連続して取得した２枚の２次元画像を用いて、その差分画像処理を行う。良好な状態では温度上昇が速く、不良な状態では温度上昇が遅くなることから、時刻に対する温度上昇率が異なるものとなる。したがって良否判定部４０３は、時刻Ｓと時刻Ｕとで差分を取ることで、温度上昇差（相対値）とする。

【0082】

以上のように、時刻０で発光部３１を発光させて、ある時刻Ｓ，Ｕで連続して撮影すれば、検査時間を短くすることができる。

【0083】

同様に、３枚の２次元画像を用いる場合における良否判定部４０３による良否判定に場合について説明する。

【0084】

良否判定部４０３は、０＜ｔ＜Ｔを満たす、ある時刻Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で連続して取得した３枚の２次元画像を用いて、その回帰分析処理を行う。良否判定部４０３は、時刻Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で回帰分析を行うことで、温度変化（相対値）として、より高精度に分析することができる。簡単な例としては、一次線形回帰による傾き、すなわち単位時間当たりの温度上昇率により、不良な状態と良好な状態では明らかな違いを得ることができる。

【0085】

検査装置１は、以上のようにして包装体５０のシール部５２が良好か不良かの判定を行う。さらに、検査装置１は、包装体５０を搬送ユニット２の第２搬送部２２により搬送した後、不良と判定した包装体５０を、図示しない選別手段（リジェクタ）により第２搬送部２２から排除する。一方、良好と判定された包装体５０は第２搬送部２２によって搬送され、図示しない梱包手段（ケーサー）や人手により箱詰めされる。

【0086】

このように本実施形態によれば、包装物の温度を上昇させるために、包装物が光エネルギーを吸収し、熱エネルギーに変換できる光源を用いる。空間伝搬を考えると、熱エネルギーより光エネルギーの方が制御しやすくレイアウト自由度は高い。また、包装物が光エネルギーを吸収し、熱エネルギーに変換できる光源は、周囲の部材への熱影響も小さいことから、発光部３１、受光部３２、搬送ユニット２などの周辺部材に近づけることが容易である。したがって、熱源を利用する必要がなくなり、熱源の熱が周辺部材へ悪影響を及ぼすことがなくなるので、高品質な温度画像を取得することができる。

【0087】

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。

【0088】

第２の実施の形態は、ｔ＜０を満たす時刻で少なくとも１枚の２次元画像を取得して、ノイズ除去を実行するようにした点が、第１の実施の形態と異なる。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

【0089】

シール部５２の初期温度は、雰囲気温度による影響またはシール部５２の不均一性により、シール部５２内の場所によって異なることがある。また、シール部５２の初期温度は、受光部３２としてライン型受光素子またはエリア型受光素子を用いる場合には画素毎の感度ばらつきがあるため、受光素子の場所によって異なる。

【0090】

そこで、良否判定部４０３は、このような場所による影響を除外するノイズ除去のために、発光部３１が発光する前に少なくとも１枚の２次元画像を取得し、発光後の画像、つまり０＜ｔ＜Ｔを満たす時刻ｔで取得する２次元画像から差分画像処理を行うようにしてもよい。この場合、２次元画像取得部４０２が少なくとも１枚の２次元画像を取得する時刻ｔは、ｔ＜０である。なお、この場合、２次元画像の取得は非連続でよい。すなわち、良否判定部４０３は、ｔ＜０を満たす時刻Ｒで少なくとも１枚の２次元画像を取得して、ノイズ除去を実行する。

【0091】

なお、良否判定部４０３は、ノイズ除去のために、ｔ＜０を満たす時刻Ｒｎ（ｎ≧２）にて複数枚の２次元画像を取得し、その平均処理を実行するようにしてもよい。

【0092】

ここで、図２５は第２の実施の形態にかかる良否判定部４０３によるシール部の良否判定にかかる２次元画像の具体例を示す図である。図２５に示す例は、良否判定部４０３が、ｔ＜０を満たす１枚の２次元画像と、０＜ｔ＜Ｔを満たす３枚の２次元画像の合計４枚の連続する２次元画像と、を用いて回帰分析処理による画像処理を行い、より可視化しやすくした２次元画像の例である。

【0093】

図２５に示した２次元画像は、図２３に示した２次元画像に比べ、不良な状態と良好な状態、つまり黒部と白部のコントラストが上がっている。

【0094】

このように本実施形態によれば、良否判定部４０３は、不良の判定精度を向上させることができる。

【0095】

なお、各実施形態においては、光エネルギーを吸収する物質としてアルミニウムを適用したが、これに限るものではなく、光エネルギーを吸収して光エネルギーを熱エネルギーに変換する物質であれば、他の金属、樹脂などを適用可能である。

【0096】

なお、各実施形態においては、包装体５０の包装材５１としていわゆるレトルトパウチと呼ばれるものを適用したが、これに限るものではなく、物品を収容して開口部を封止する各種の包装材５１に適用可能である。例えば、包装体５０の包装材５１としては、ヨーグルト容器の蓋、薬の錠剤を封入する容器などが挙げられる。

【0097】

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記各実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0098】

１ 検査装置
３ 画像取得装置
３１ 発光部
３２ 受光部
５１ 包装材
５２ シール部
４０２ ２次元画像取得部
４０３ 良否判定部

【先行技術文献】

【特許文献】

【0099】

【特許文献1】特開２０２０－０４１８４０号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】