特表 2023-545153 対象物品を検査するための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-26

(54)【発明の名称】対象物品を検査するための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   G01V 3/12 20060101AFI20231019BHJP

【ＦＩ】

G01V3/12 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023522352

(86)(22)【出願日】2021-09-02

(85)【翻訳文提出日】2023-05-31

(86)【国際出願番号】 EP2021074291

(87)【国際公開番号】W WO2022073703

(87)【国際公開日】2022-04-14

(31)【優先権主張番号】20200259.8

(32)【優先日】2020-10-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523128346

【氏名又は名称】センス－テク リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジェイ， スティーブン

【テーマコード（参考）】

2G105

【Ｆターム（参考）】

2G105AA01

2G105BB11

2G105CC01

2G105DD02

2G105EE02

2G105HH04

(57)【要約】

対象物品を通して電磁放射線のビームを送信するためのエネルギーソース及び前記対象物品から出てくる前記ビームを受信するための検出器を有するセンシングユニットと、コントローラとを備える感知装置であって、前記検出器が分散構成で配置され、前記センシングユニットが複数のグループを含み、前記コントローラが、単一のグループに第１の活性化信号を送信し、前記次のグループに第２の活性化信号を別の時間に送信し、それに続く信号をさらなるグループに送信し、前記分散構成では、各グループの各検出器が、互いのグループの互いの検出器から離間される距離が、次の連続するグループの最も近い検出器から離間される距離よりも大きい、感知装置。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物品の検査方法であって
電磁放射線のビームのための複数のビーム軌道を提供するステップであって、前記複数のビーム軌道は、ビーム軌道のグループの区分に分解可能である分散構成で配置され、前記グループの各々は少なくとも１つのビーム軌道を含み、二つ以上のビーム軌道を含むグループ内の前記ビーム軌道間の距離が、前記複数のビーム軌道における前記ビーム軌道間の距離のうちの少なくとも１つよりも大きい所定の値以上である、ステップと、
前記複数のビーム軌道内に前記対象物品を位置決めしつつ、前記グループの前記ビーム軌道に沿って前記電磁放射線のビームを送信させるために前記グループの各々を連続的に起動し、前記対象物品を通過又は前記対象物品から反射した前記ビームの各々からの電磁放射線を感知するステップと、
を含む検査方法。

【請求項2】

位置決めが、前記複数のビーム軌道を横切って前記対象物品を移動させることを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記対象物品を通過又は前記対象物品から反射した前記ビームの各々から前記感知された電磁放射線の各々と、前記電磁放射線が反射又は通過した前記対象物品の対応する位置との間に対応関係が確立される、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記位置と、前記対象物品を通過又は前記対象物品から反射した前記電磁放射との間の前記対応関係が、画面上のピクセルによる表現に変換される、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記ビーム軌道の数が全てのグループにおいて同じである、請求項１から４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記ビーム軌道のグループのうちの少なくとも１つが、前記他のグループのうちの１つの並進シフトによって生成されうる、請求項１から５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

対象物品を検査するための装置であって、
電磁放射線の複数のビームを複数のビーム軌道に沿って送信する手段であって、前記ビーム軌道は、ビーム軌道のグループの区分に分解可能である分散構成で配置され、前記グループの各々は少なくとも１つのビーム軌道を含み、二つ以上のビーム軌道を含むグループ内の前記ビーム軌道間の距離が、前記複数のビーム軌道における前記ビーム軌道間の距離のうちの少なくとも１つよりも大きい所定の値以上である、手段と、
前記複数のビーム軌道内に前記対象物品を位置決めするための手段と、
前記対象物品を通過又は前記対象物品から反射した前記ビームの各々の電磁放射線を感知するための手段と、
を備える、装置。

【請求項8】

前記位置決め手段が、前記複数のビーム軌道を横切って前記対象物品を移動させるための手段を含む、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記ビーム軌道が、前記複数のビーム軌道内で前記対象物品を位置決めするために提供される空間領域において互いに平行である、請求項７又は８に記載の装置。

【請求項10】

前記ビーム軌道は、互いに平行である前記領域において、互いに平行な行と列のアレイに並べられ、前記行が、前記対象物品の運動方向に対して横方向に延在し、前記運動方向に沿って等しく離間され、前記ビーム軌道が前記行内で等しく離間される、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記行の各々における前記ビーム軌道が、各行内の前記ビーム軌道間の距離を前記行の数で割った値に等しい距離だけ、前記隣接する行の前記ビーム軌道から横方向にオフセットされている、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記行方向における、前記グループの各々での前記ビーム軌道間の距離が、各行内の前記ビーム軌道間の距離の２倍以上であり、直交方向における前記距離が、前記行間の距離の２倍以上である、請求項１０又は１１に記載の装置。

【請求項13】

前記送信手段が、各々が電磁放射線のビームを前記ビーム軌道の１つに供給するように構成された複数のエネルギーソース、特に近赤外レーザと、各々が前記対象物品を通過又は前記対象物品から反射した前記ビームの１つからの電磁放射線を検出するように構成された複数のセンサとを含む、請求項７から１２のいずれかに記載の装置。

【請求項14】

前記対象物品が前記ビーム軌道を横切る位置にある状態で、前記グループの各々において前記電磁放射線のビームが前記ビーム軌道に沿って送信されるように、前記グループの各々を連続的に起動させる手段を備える、請求項７から１３のいずれかに記載の装置、

【請求項15】

前記所定の値が、前記ビーム軌道上の前記ビーム間の干渉を回避するように選択される、請求項１から６のいずれかに記載の方法又は請求項７から１３のいずれかに記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、食品、セラミック、複合材料などの材料中の成分又は欠陥を検出する際に使用する方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

対象物品の内部構造を調査するための感知装置は広く知られており、多くの異なる用途を有する。一つの用途は、特に、食用に加工される肉に、骨又は軟骨が存在するかをチェックすることである。このような肉製品は、最終消費者を危険にさらす可能性のある小片を含まず、あらゆる種類の法的規制を満たすことが要求される。食用の肉は、工業的規模で高速で処理されるので、骨又は軟骨の小片の存在を効率的かつ迅速に検出することができる感知装置が必要とされている。

【0003】

Ｘ線撮像システムは、食品及び人体を含む様々な対象物の内部構造及び特性を調査するために使用されてきた。特に、Ｘ線撮像システムは、過去において、食用に加工されている肉中の骨又は軟骨の小片の存在を検出するために使用されてきた。しかし、このアプローチは、ある程度の密度の材料を検出するのにのみ有効である。牛肉又は豚肉などの生の食品では、ドナー動物の骨又は軟骨が十分に発達しており、Ｘ線撮像システムによって検出できる密度のレベルに達しているため、これは問題とならない。しかしながら、鶏肉又は他の家禽など肉に関しては、ドナー動物の骨及び軟骨は通常はあまり発達しておらず、従って小片が容易に検出できるほどの十分な密度ではないため、Ｘ線撮像システムは効果的ではない。

【0004】

Ｘ線撮像システムには、操作者にとって潜在的に危険である、サイズが大きい、高価であるとの現実を有するなど、他にも問題がある。

【0005】

ＧＡＮらのＵＳ２００９/０２７９７７３は、対象物品の内部構造を調査するために、電離放射線ではなく電磁放射線のビームの使用を提案している。特に、一つのバージョンでは、近赤外（ＮＩＲ）レーザが使用される。ＮＩＲのソースビームは、対象物品を通って検出器に送信され、検出器はソースビームのそれに到達した部分を検出し、それに応じて検出器信号を生成する。次いで、コントローラは、検出器信号の振幅と、ソースビームの駆動信号と同じである参照信号の振幅との間の差に対応する、差分値を生成する。差分値は、特定の材料の存在を検出するために、任意の適切な方法で使用することができる。ＧＡＮはまた、対象物品が複数の空間的に離れた位置で同時に検査できるように、線形構成又は平面構成でＮＩＲ検出器のアレイを使用することを開示する。理論的には、このような構成は、検出器信号がデジタル化され、差分値に基づいて生成された視覚特性を有するピクセルを含む視覚画像を、表示画面上に表示するように、画像化機能が構成されている場合、対象物品の画像を生成することができる。

【0006】

しかし、鶏肉のようなものの内部構造を調査しようとする場合、これは実際には不可能であることが判明した。ＮＩＲ光源ビームが材料を通過する際に過剰に散乱し、隣接する検出器に干渉を与えるためである。特に、食用に加工されている鶏肉の平均的な塊を通過するＮＩＲ光源レーザビームは、直径が約４０ｍｍ以上の領域にわたって散乱する。そのため、ＮＩＲ光源ビームの線形アレイは、干渉を避けるために、互いに少なくとも４０ｍｍ離れていなければならず、これは、十分なデータを収集するには遠すぎる。対象物品の内部構造が判読可能な画像を生成するのに十分なデータを収集するために、ＮＩＲ光源ビームのアレイは、約２.５ｍｍの間隔でそこを透過させる必要がある。

【0007】

本発明は、上述の問題のいくつかを克服することを目的とする。これは、請求項１の方法及び請求項１の方法を実施するのに適した請求項７の装置によって達成される、本発明によるものである。

【発明の概要】

【0008】

請求項１に係る対象物品の検査方法は、
電磁放射線のビームのための複数のビーム軌道を提供するステップであって、前記複数のビーム軌道は、ビーム軌道のグループの区分に分解可能である分散構成で配置され、前記グループの各々は少なくとも１つのビーム軌道を含み、二つ以上のビーム軌道を含むグループ内の前記ビーム軌道間の距離が、前記複数のビーム軌道における前記ビーム軌道間の距離のうちの少なくとも１つよりも大きい所定の値以上である、ステップと、
前記複数のビーム軌道内に前記対象物品を位置決めしつつ前記グループの前記ビーム軌道に沿って前記電磁放射線のビームを送信させるために前記グループの各々を連続的に起動し、前記対象物品を通過又は前記対象物品から反射した前記ビームの各々からの電磁放射線を感知するステップと、
を含む。

【0009】

請求項７に係る対象物品の検査装置は、
電磁放射線の複数のビームを複数のビーム軌道に沿って送信する手段であって、前記ビーム軌道は、ビーム軌道のグループの区分に分解可能である分散構成で配置され、前記グループの各々は少なくとも１つのビーム軌道を含み、二つ以上のビーム軌道を含むグループ内の前記ビーム軌道間の距離が、前記複数のビーム軌道における前記ビーム軌道間の距離のうちの少なくとも１つよりも大きい所定の値以上である、手段と、
前記複数のビーム軌道内に前記対象物品を位置決めするための手段と、
前記対象物品を通過又は前記対象物品から反射した前記ビームの各々の電磁放射線を感知するための手段と、
を備える。

【0010】

従って、本発明によれば、感知装置は、複数のビーム軌道のビームに対応する複数の感知ユニットであって、前記ビーム軌道の各々に沿って対象物品上に電磁放射線のビームを送信するためのエネルギーソース、及び前記対象物品を通過又は前記対象物品から反射した前記ビームの一部分を受信するための検出器を有するセンシングユニットと、コントローラとを備えることができ、前記センシングユニットは分散構成で配置され前記ビーム軌道のグループの区分に分解可能であり、前記グループの各々は少なくとも一つのビーム軌道を含み、二つ以上のビーム軌道を含むグループ内の前記ビーム軌道間の距離が、前記複数のビーム軌道における前記ビーム軌道間の距離のうちの少なくとも１つよりも大きい所定の値以上であり、具体的には、前記センシングユニットは第１のグループと第２のグループとを備え、前記コントローラは第１のグループに第１の起動信号を送信して第１の時間に起動し、第２の起動信号を前記第２のグループに送信して別の第２の時間に起動し、前記センシングユニットの前記第１のグループの各ビーム軌道は、前記センシングユニットの第２のグループの最も近いビーム軌道からの距離よりも大きな距離だけ、前記センシングユニットの前記第１のグループのビーム軌道から互いに離間されている。本発明によれば、同じグループ内のビーム軌道間の距離は、特に、複数のビーム軌道間の最小距離よりも大きく、好ましくは二番目に小さい距離よりも大きい。電磁放射の前記ビームは、自由伝播時にそれぞれの軌道の周囲に基本的に集中したままである。

【0011】

したがって、本発明の最もシンプルな形態では、第１のグループのセンシングユニットと第２のグループのセンシングユニットとが散在し、互いに別々の時間に利用される感知装置である。これは、第２のグループからの干渉がないときに第１のグループのセンシングユニットを起動することを可能にし、逆もまた可能である。

【0012】

センシングユニットは、任意の特定の用途に応じて、様々な二次元又は三次元構成で配置できることが理解されよう。例えば、エネルギーソースは、電磁放射線のビームを異なる方向に、例えばレンズ又はプリズムを介して、単一のエネルギーソースの周りに二次元又は三次元に分散された構成で配置された検出器に、伝達することができる単一のエネルギーソースであってもよい。また、感知装置は、検出器が、対象物品によって（又は、対象物品の背後に配置された反射要素によって）反射された電磁放射線のビームを検出するように配置される反射配置で構成され、この検出器は対象物品に対してエネルギーソースと同じ側に設けられてもよい。

【0013】

しかしながら、好ましい構成では、センシングユニットはそれぞれ、それぞれのビーム軌道に沿ったビーム送信方向を有する別個のエネルギーソースを備えることができ、センシングユニットは、少なくとも複数のビーム軌道を横切って移動する対象物品の通過のために提供される空間領域に、ビーム送信方向が互いに平行となる分散構成で、配置することができる。従って、感知装置は、電磁放射線の平行ビームの経路内に配置された対象三次元物品の内部構造を感知するように構成することができ、各センシングユニットは、そのエネルギーソースと検出器との間に配置された材料の性質を感知する。検知ユニットは集団で、全ての平行なエネルギーソースと検出器との間に位置する物質領域の性質を感知する。

【0014】

センシングユニットは、センシングユニットの第１のグループの各ビーム軌道が、センシングユニットの第２のグループの最も近いビーム軌道から離間されるよりも大きい距離で、センシングユニットの第１のグループの他のビーム軌道から離間される、任意の分散構成で配置され得る。この種の既知のセンサ装置では、センシングユニットは一列に配置される。この構成が使用される場合、本発明を達成するために、センシングユニットの第１のグループのセンシングユニットは、センシングユニットの第２のグループのセンシングユニットと単に交互になるであろう。十字形、又は正方形、円又は他の形状の輪郭形状など、第１のグループのセンシングユニット及び第２のグループのセンシングユニットの検出器が、ライン又は輪郭に沿って交互に配置することができる、他の線形構成が可能である。本発明はまた、任意のより複雑な形状又は構成、又はセンシングユニット間の間隔が変化するランダムな分散構造を含むことができるが、それでも依然として、センシングユニットの第１のグループの各センシングユニットは、センシングユニットの第１のグループの他のセンシングユニットからの距離が、センシングユニットの第２のグループの最も近いセンシングユニットからの距離よりも大きい。

【0015】

上記で説明したように、ＮＩＲ光源ビームは材料を通過するときに散乱し、いくつかの例では、この散乱は、本発明が第１のグループ及び第２のグループのセンシングユニットのみで実行可能である程度に、十分に最小限でありうる。しかしながら、本発明は、食肉用に加工されている肉の内部構造の感知に特に用途を見いだすことができ、その用途では、二つのセンシングユニットのグループだけでは、対象物品の大きさが小さすぎて効果を発揮できないため、より多くのセンシングユニットのグループが必要となることがある。

【0016】

従って、センシングユニットは、第３のグループ及び第４のグループをさらに備えていてもよく、第１、第２、第３、及び第４のグループのセンシングユニットの各々の各検出器は、自身のセンシングユニットのグループの他のセンシングユニットからの距離が、他のグループの各々の最も近いユニットからの距離よりも大きい距離だけ、互いに離間されうる。コントローラは、第３の起動信号を第３のグループのセンシングユニットに送信し、第４の起動信号を第４のグループのセンシングユニットに送信することができ、第１、第２、第３、及び第４の起動信号は、第１、第２、第３、及び第４のグループのセンシングユニットを互いに別々の時間に起動するように構成される。より一般的には、グループ及び関連する起動信号の数は、４以下に限定されない。４より多く、具体的には、前記複数のビーム軌道の、ビーム軌道の総数によって課される理論的限界まで、４を超える任意の偶数が存在しうる。

【0017】

従って、この形態では、本発明は、センシングユニットの第１、第２、第３、及び第４のグループのユニットが散在し、クワッド起動シーケンスにおいて互いに別々の時間に利用される感知装置である。これは、他のグループのいずれからも干渉されないときに、各グループのセンシングユニットを同時に起動することを可能にする。これは、センシングユニットのより密度の高いアレイ、特に、実用的な視覚画像を作成可能とするのに十分な検出器信号を生成するのに十分なほど、密度の高いアレイを可能にする。

【0018】

第１、第２、第３、及び第４のグループのセンシングユニットは、第１、第２、第３、及び第４のグループの各ユニットが、他のグループのセンシングユニットの各々の最も近いユニットから離間されるよりも大きい距離だけ、それ自身のグループのユニットから互いに離間される、任意の分散構成で配列され得る。上記で説明したように、この種の既知のセンサ装置では、センシングユニットは一列に配置されており、その場合、本発明を達成するために、センシングユニットの第１、第２、第３、及び第４のグループのユニットは、その繰り返しの順序となるよう構成することができる。

【0019】

しかし、鶏肉に照射されたＮＩＲレーザは、約４０ｍｍの領域にわたって散乱する。これは、第１、第２、第３、及び第４のグループのセンサユニットが一列に配置された場合、同じグループのセンサユニット間の干渉を確実に回避するために、センサユニットはその列内で、少なくとも１０ｍｍ離間されなければならないことを意味する。これは、感知装置の空間解像度を、この用途には低すぎるものにする。この問題を解決する一つの方法は、より多数のセンシングユニットのグループを有することであり、それによって、各グループのセンシングユニット間の距離を長くすることであるが、これは、すべてのセンシングユニットが起動するのに時間がかかることを意味し、それ自体が問題を引き起こす。

【0020】

上記に加えて、センサユニットが互いに近ければ近いほど、対象物品の内部構造に関して収集できるデータの品質が向上し、特に、より良好な視覚画像が生成できる。より近接した感知を達成するための一つの方法は、対象物品が一定速度で感知装置を通過して移動し、したがって、それが通過するときの異なった時点で感知できるとの事実を利用することである。

【0021】

従って、センシングユニットを行と列とを含むアレイに配置することができ、アレイの最上行から最下行に向かう方向において、各行を、各行内のセンシングユニット間の距離を行の数で割ったものと等しい距離だけ、前の行から横方向にオフセットさせることができる。この構成では、従来の単一ラインのセンシングユニットが、対象物品の移動方向に分散された２次元アレイとして再配置されている。特定の実施形態では、行は移動方向に対して横方向に延びる。行の数は、二つ以上、特に三つ以上であってもよい。各行内のセンシングユニットの数は、二つ以上、特に三つ以上であってもよい。

【0022】

各行間の横方向オフセットにより、各列は、ピッチ角で配置された一連のセンシングユニットを備え、従ってそれぞれのセンシングユニットは、次のものから横方向に短い距離しか離れていない。従って、対象物品が、行間の距離の倍数である速度で感知装置を通過する場合、各列の各センシングユニットから収集されたデータは、対象物品の一つの平面を表す単一の線に集めることができ、この場合、センシングユニット間の間隔は狭くなる。

【0023】

特定の実施形態では、アレイの交互列の第１のセットは、それぞれ交互に配置された第１及び第２のグループのセンシングユニット備えることができ、アレイの交互列の第２のセットは、それぞれ交互に配置された第３及び第４のグループのセンシングユニットを備えることができる。これは、時計回りに第１、第３、第４、及び第２のグループのセンシングユニットを含む、４つのセンシングユニットの四角形構成からなるアレイを作る。この構成では、一つのグループのセンシングユニット２の最近傍のものは他のグループに属し、一方、それ自身のグループの最近傍のセンシングユニットは、各行又は列に沿って常に二つ分の間隔で離れている。

【0024】

アレイは、任意の数のセンシングユニットを含むことができることが理解できるであろう。特定の実施形態では、その総数は４で割ることができる。しかしながら、好ましくは、アレイは、８行８列に配置された６４個のセンシングユニットを備えることができる。

【0025】

この構成によれば、わずか１６ｃｍ幅のアレイ内に、６４個のセンシングユニットを有することができる。これを達成するために、各行内のセンシングユニットは実質的に２０ｍｍの距離だけ離すことができ、行同士も実質的に２０ｍｍの距離だけ離すことができる。行間の横方向オフセット（列のピッチ）は、２．５ｍｍとすることができる。したがって、対象物品の平面は、最初に、アレイの最上行によって２０ｍｍの間隔で感知され、次いで、次の行に移動し、そこで、次の行によって同様に２０ｍｍの間隔で感知されるが、２．５ｍｍ横にずれる。これは、２．５ｍｍの間隔の完全な検知ラインが出来上がるまで、下方に向けて８つの行すべてに続けられる。これは、判読可能な画像の形成を可能とする十分なデータを収集するのに、十分に近接した値である。

【0026】

以下で言及するように、センシングユニットの第１、第２、第３、及び第４のグループのクワッド起動シーケンスは、１ｍｓで起こりうる。その場合、対象物品の進行方向に垂直な平面が１ｍｓで第１の行から第２の行までの２０ｍｍを移動するように、対象物品の感知装置を通過する速度を設定することができる。しかしながらこれは高速であり、代わりに、速度は、対象物品の平面が、１ｍｓを超えて、例えば、４ｍｓ（秒速５メートル）、又は８ｍｓ（秒速２．５メートル）で、第１の行から第２の行までの２０ｍｍを移動するように設定されてもよい。行間の距離の整数倍である任意の速度を選択することができ、必要なことは、その速度を考慮して、各列の各センシングユニットから収集されたデータを、対象物品の一つの平面を表す単一の線に収集し直すことだけである。例えば、速度が秒速２．５メートルの場合、２番目の行の８回目の検出、３番目の行の１６回目の検出、４番目の行の２４回目の検出など、対象物品の単一の平面を形成するために、全てを最初の行の１回目の検出と位置合わせする必要がある。

【0027】

しかしながら、さらなる複雑な要因があり、すなわち、センシングユニットは、クワッドシーケンスで起動され、それにより、クワッド発光位相間に存在する位相時間遅延の結果として空間オフセットを引き起こす。しかしながら、この空間オフセットは小さい。この小さなオフセットが、例えば１ｍｓ毎にデータが生成されるにつれて、何度もピクセル平均化することと組み合わされると、この小さなオフセットは無視できる誤差となる。

【0028】

感知装置全体としてのサイズ、及び鶏肉とは大きく異なる可能性のある感知される対象物品のサイズに応じて、各行内のセンシングユニットは上記とは別の任意の適切な距離だけ離すことができ、行同士はまた、別の任意の適切な距離だけ離すことができる。同様に、必要に応じて、各行は、前の行から任意の対応する距離だけ、横方向にオフセットすることができる。

【0029】

エネルギーソースの波長は、対象物品を通過後の残りの部分が検出可能となるように、対象物品と相互作用できる電磁スペクトル上の任意のものとすることができる。エネルギーソース自体は、ＬＥＤ又は他の形態のエミッタなど、そのような電磁放射を放出することができる任意のものでありうる。しかしながら、好ましくは、エネルギーソースは、前記対象物品を通過してレーザビームを送信させるための近赤外レーザを含むことができる。近赤外線は、７００から２０００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射線である。この波長範囲では、ほとんどの材料は電磁放射線に対して比較的透明であり、これは、内部構造の検査を行うことを可能にするのに十分な量がそこを通過することを意味する。

【0030】

エネルギーソースは、様々な方法で起動させることができる。例えば、それらは、スイッチのオンとオフとを切り替えることができ、又は、開閉するシャッターによって起動される常時通電されたソースでありうる。さらに、エネルギーソースは、その強度が漸増減する、及び／又はその周波数を調整する駆動信号によって起動させることができる。

【0031】

しかしながら、好ましくは、コントローラは、近赤外レーザを連続的にオン及びオフする各センシングユニットに、パルス波信号を送信することができる。パルス波信号は、実質的に１ｍｓのパルス幅及び実質的に０．２５ｍｓのピーク振幅幅を有することができる。

【0032】

これに続いて、コントローラは、それぞれパルス波信号と次のパルス波信号との間に０．２５ｍｓの位相差を持たせて、第１、第２、第３、及び第４のパルス波信号を、それぞれ第１、第２、第３、及び第４のグループのセンシングユニットに、同時に送信することができる。したがって、第１、第２、第３、及び第４のグループのセンシングユニットは、連続する１ｍｓのクワッド発光シーケンスで起動される。

【0033】

上述のように、本発明は、食用に加工される肉の内部構造を検出するための、特に鶏肉の骨又は軟骨の小片の存在を検出するための手段を提供することを目的とする。感知装置によって収集されたデータは、任意の適切な又は便宜的な方法で利用することができる。例えば、このデータは、検出器によって収集された生データから骨又は軟骨の小片が特定の対象物品に存在するかどうかを決定できる適切なコンピュータプログラムによって、簡単に処理することができる。これは、検出器によって送られた検出信号を、エネルギーソースに送られた起動信号に対応する参照信号と比較することによって行うことができる。これから、差分が容易に判断でき、決定することができる。その場合、アラーム又はその対象物品を生産ラインから取り出すための機構の起動などの、適切な自動動作を実行することができる。

【0034】

しかしながら、好ましくは、感知装置は、画像化機能と視覚表示画面とを備える画像化デバイスをさらに備えることができる。各検出器は、使用時に検出された電磁放射線に対応する検出信号を、画像化デバイスに送信することができる。視覚表示画面は、複数のピクセルを備えることができ、画像化機能は、センシングユニットから受信された検出信号に従ってピクセルの各々の視覚特性を定めることができる。各ピクセルの視覚特性は、単に白から黒までのグレードであってもよい。したがって、基本的には、検出器によって検出される電磁放射線の量が大きいほど、対応するピクセルは、画像化機能によってより明るくされる。したがって、対象物品中に骨又は軟骨の小片が存在する場合、これらは、暗い物体として視覚表示画面上に表示される。この種の画像技術は公知であり、検出信号を操作して実用的な画像を作成できるようにするために、フィルタや位相調整など、多くの種類の強調機能及び調整可能なパラメータが存在する。このような特徴は公知であるので、ここではさらに詳細な説明は行わない。

【0035】

各検出器は、視覚表示画面がライブアニメーション画像を表示するように、連続ライブ検出信号を画像化デバイスに送信することができる。これは、連続的なクワッド発光シーケンスのスピードの結果として生じる。

【0036】

クワッド起動シーケンス及びアレイの形状に内在する上述の位相問題により、センシングユニットの第１、第２、第３及び第４のグループによって収集され、画像化デバイスに送信されるデータは、対象物品がセンシングユニットのアレイを通過する際の対象物品の異なる領域に関連する。したがって、画像化デバイスは、センシングユニットの第１、第２、第３、及び第４のグループの検出器から送信された検出信号について互いに位相を合わせる位相補償機能を備えることができ、これで判読可能な画像が作成される。

【0037】

好ましい構成では、感知装置は、エネルギーソースが配置できる上部ハウジングと、検出器が配置できる下部ハウジングと、上部ハウジングと下部ハウジングとの間で対象物品を移動させるためのコンベヤベルト装置とを備えることができる。これは、センシング業界において一般的に知られている構成であり、対象物品の連続的な流れが一定の速度で感知装置を通過することができる手段を提供することから、本発明に適用可能である。

【0038】

本発明は、様々な方法で実施することができるが、ここでは、例として一実施形態が添付図面を参照しつつ説明がされる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】図１は、本発明に係る感知装置の斜視図である。

【図2】図２は、図１に示される感知装置の上部ハウジングの底面図である。

【図3】図３は、図１に示される感知装置の下部ハウジングの平面図である。

【図4】図４は、第１の動作モードにおける、図１に示される感知装置のセンシングユニットのアレイのエネルギーソースの概略図である。

【図5】図５は、第２の動作モードにおける、図４に示されるエネルギーソースの概略図である。

【図6】図６は、第３の動作モードにおける、図４に示されるエネルギーソースの概略図である。

【図7】図７は、第４の動作モードにおける、図４に示されるエネルギーソースの概略図である

【図8】図８は、図１に示される感知装置の動作構成要素の概略図である。

【図9】図９は、図１に示される感知装置のセンシングユニットの第１、第２、第３、及び第４のグループに送信される第１、第２、第３、及び第４のパルス波信号の概略図である。

【図10】図１０は、図１に示される感知装置のセンシングユニットの概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

図に示されるように、感知装置１は、ビーム軌道に沿って対象物品（図示せず）上に電磁放射線のビームを送信するためのＮＩＲレーザ３の形態のエネルギーソース、及び対象物品から発せられるビームを受信するための検出器４を含む複数のセンシングユニット２と、コンピュータプロセッサ５の形態のコントローラとを備える。以下でさらに説明するように、センシングユニット２は分散構成で配置され、センシングユニット２は第１のグループ６及び第２のグループ７を備え、コントローラ（５）は、第１の起動信号８を第１のグループ６に送信して第１の時間に起動し、第２の起動信号９を第２のグループ７に送信して別の第２の時間に起動する。この分散構成では、センシングユニット２の第１のグループ６の各ビーム軌道は、センシングユニット２の第２のグループ７の最も近いビーム軌道からの距離よりも大きな距離だけ、センシングユニット２の第１のグループ６のビーム起動から互いに離間されている。

【0041】

図１を参照すると、感知装置１は、ＮＩＲレーザ３及びコンピュータプロセッサ５が配置された上部ハウジング１０と、検出器４が配置された下部ハウジング１１とを備える。上部ハウジング１０及び下部ハウジング１１は、食肉の生産ラインの一部を形成する既存のフレームワーク（図示せず）上に取り付けられるように設計されている。このように取り付けると、各センシングユニット２のＮＩＲレーザ３は、その下にある対応する検出器４と垂直方向に整列するため、ビーム軌道の方向はすべて互いに平行になる。下部ハウジング１１は、食肉の生産ラインの一部を形成するコンベヤベルト機構（図示せず）に一体化されるように設計された、コンベヤプラットフォーム１２の下に取り付けられる。コンベヤプラットフォーム１２には開口１３が設けられ、検出器４を露出させる。このため、加工鶏肉の形態の対象物品は、一定速度で上部ハウジング１０と下部ハウジング１１との間を通過することができる。

【0042】

図２及び図３は、それぞれ、上部ハウジング１０及び下部ハウジング１１の下面１４及び上面１５を示す。これは、対向するＮＩＲレーザ３及び検出器４から構成されるセンシングユニット２が、アレイ１６に配置されることを示す。実際、感知装置１には、そのようなアレイ１６及び１６aが二つあり、それぞれが、８つの行１７及び８つの列１８に配置された６４個のセンシングユニット２を備える。

【0043】

ここで図４から７を参照すると、これらは、８つの行１７及び８つの列１８に配置された６４個のセンシングユニット２から構成されるアレイ１６における、センシングユニット２の配置を示す。特に、感知装置１には、センシングユニットの第１のグループ６及び第２のグループ７だけでなく、第３のグループ１９及び第４のグループ２０も存在する。コンピュータプロセッサ５は、第３の起動信号２１を第３のグループ１９に送り、第４の起動信号２２を第４のグループ２０に送る。本発明は、このようなグループを二つだけ用いて実施することができるが、好ましい実施形態では四つが使用される。図４から７は、それぞれ発光している第１、第２、第３、及び第４のグループ６、７、１９、及び２０のＮＩＲレーザ３を示し、それらの位置を図示している。

【0044】

アレイ１６の交互列の第１のセット２３は、それぞれ、第１のグループ６及び第２のグループ７が交互となったセンシングユニット２を備え、アレイ１６の交互列の第２のセット２４は、それぞれ、第３のグループ１９及び第４のグループ２０が交互となったセンシングユニットを備えることが理解されよう。これにより、時計回りの方向に、第１のグループ６、第３のグループ１９、第４のグループ２０、及び第２のグループ７のセンシングユニット２を含む４つのセンシングユニット２の１６個の四角形構成２５から構成されるアレイ１６が生成される。この構成では、一つのグループのセンシングユニット２の最近傍は他のグループに属し、一方、それ自身のグループの最近傍のセンシングユニット２は、各行１７又は列１８に沿って常に二つ分の間隔で離れている。

【0045】

アレイ１６の幅は１６ｃｍである。各行１７内のセンシングユニット２は、２０ｍｍの距離Ａだけ離間され、行１７は、２０ｍｍの距離Ｂだけ離間される。行１７間における横方向オフセットＣは、２.５ｍｍである。

【0046】

図８を参照すると、コンピュータプロセッサ５は、駆動信号サブプログラム２８を有するオペレーティングシステム２７を備える。これは、第１、第２、第３、及び第４の起動信号８、９、２１、及び２２を生成し、それぞれセンシングユニット２の第１、第２、第３、及び第４のグループ６、７、１９、及び２０に送信する。

【0047】

これらの起動信号８、９、２１、及び２２は図９に概略的に示されており、それらが周期Ｄが１ｍｓ、ピーク振幅幅Ｅが０．２５ｍｓのパルス波信号であることを示している。これらの４つの信号８、９、２１及び２２は、それぞれセンシングユニット２の第１、第２、第３及び第４のグループ６、７、１９及び２０に同時に送られ、それぞれのパルス波信号とその次のパルス波信号との間の位相差は、０．２５ｍｓである。したがって、第１、第２、第３、及び第４のグループ６、７、１９、及び２０のセンシングユニットは、連続する１ｍｓのクワッド発光シーケンスで、互いに別々の時間に起動される。

【0048】

オペレーティングシステム２７はまた、起動信号８、９、２１、及び２２に対応し、検出信号との比較に使用される参照信号を生成し送信する、参照信号サブプログラム２９を備える。

【0049】

感知装置１は、オペレーティングシステム３１を含む画像化デバイス３０をさらに備え、オペレーティングシステム３１は、画像化サブプログラム３２、位相補償サブプログラム３３、及び視覚表示画面３４を含む。検出器２は、使用中に検出した電磁放射線に対応する検出信号を、画像化デバイス３０に送信する。視覚表示画面３４は、複数のピクセルを備え、画像化サブプログラム３２は、センシングユニット２から受信された検出信号に従って、各ピクセルの視覚特性を定める。これは、差分を決定するために、検出信号を、参照信号サブプログラム２９によって提供される参照信号と比較することによって、既知の方法で行われる。各ピクセルの視覚特性は、単に白から黒までのグレードとすることができる。

【0050】

検出信号と参照信号との間に差がない場合、対応するピクセルは白色にされる。検出信号がゼロである場合、対応するピクセルは黒色にされ、検出信号がこれらの二つの極限値の間の値を有する場合、ピクセルは適切な濃淡さを有するグレーにされる。従って、検出器４によって検出される電磁放射線の量が多いほど、対応するピクセルは、画像化サブプログラム３２によって明るくされる。このようにして、対象物品中に骨又は軟骨の小片が存在する場合、これらは、暗い物体として視覚表示画面３４上に表示される。この種の画像技術は公知であり、検出信号を操作して実用的な画像を作成できるようにするために、フィルタや位相調整など、多くの種類の強調機能及び調整可能なパラメータが存在する。このような特徴は公知であるので、ここではこれ以上詳細な説明はされない。

【0051】

（図８に示される概略図は非常に単純であり、感知装置１の基本的な機能を単に例示するために提供されることが理解されるであろう。実際には、任意の既知のコンピュータプログラミング方法又は構造を使用して、本発明の機能を実施することができ、それは、個々のプログラマならびに使用されるソフトウェア及び／又はハードウェアに依存する。例えば、画像化デバイス３０は、コンピュータプロセッサ５と別個のものではなく、一体化されていてもよい。コンピュータサイエンスにおいて知られており、感知装置１に対して、既知の方法のいずれかでその性能を改善するために適用可能な、多くの他のサブプログラム及び機能が存在していてもよい。必要であるのは、本発明の機能が提供され、感知装置１が、ここに記載されるような新規な特徴を実行することのみである。）

【0052】

検出器４は、視覚表示画面３３がライブアニメーション画像を表示するように、連続ライブ検出信号を画像化デバイス３０に送信する。これは、連続的なクワッド発光シーケンスの結果として生じる。

【0053】

図１０は、アレイ１６の一つのセンシングユニット２を示す。これは、既知の構造であり、対向するＮＩＲレーザ３と検出器４とを備える。ＮＩＲレーザ３は、上部ハウジング１０内に形成されたスロット３６内に配置されたエネルギー放出ダイオード３５を備える。レンズアセンブリ３７はダイオード３５の上に配置されており、したがって、これが作動されると、ＮＩＲレーザビームは、上部チャネル３８を通り、ギャップ３９を通って、下部ハウジング１１に伝達される。ＮＩＲレーザビームは、用途に適した波長を有する。この場合、ＮＩＲレーザビームは、鶏肉を実質的に通過するが、鶏肉中の骨又は軟骨小片を少なくとも部分的に通過しない波長を有しており、従ってそれらの存在を検出することができる。ＮＩＲレーザビームは、検出器４に到達すると、レンズ４０を通過し、続いて下側チャネル４１を通過して、検出器ダイオード４２に至る。検出器ダイオード４２は、ＮＩＲレーザビームを検出することができ、検出信号を送信することができる既知の種類の検出器である。

【0054】

再び図４を参照すると、ＮＩＲレーザビームは、鶏肉片などの対象物品を通過するとき、直径４０ｍｍ以上の領域４３にわたって散乱する可能性がある。したがって、センシングユニット６aの起動によって引き起こされる散乱は、図示されるように、その周囲の８つのセンシングユニットすべてと、それらが同時に起動される場合には干渉を引き起こす。

【0055】

本発明の感知装置１は、使用時に以下のように動作する。感知装置１は、上部ハウジング１０と下部ハウジング１１との間を、毎秒２．４２メートルの一定速度で移動するように配置されるコンベヤベルトを有する食肉生産ラインのフレームワーク（図示せず）に、取り付けられる。食用鶏肉の商品がコンベヤベルト上に配置され、その結果これらは、上部ハウジング１０と下部ハウジング１１との間をこの一定速度で通過する。

【0056】

コンピュータプロセッサ５は、駆動信号サブプログラム２８が、図９に示す位相シーケンスで、センシングユニット２の第１、第２、第３、第４の起動信号８、９、２１、２２を、センシングユニット２の第１、第２、第３、第４のグループ６、７、１９、２０に同時に送信するように動作する。その結果、センシングユニット２の第１、第２、第３、第４のグループ６、７、１９、２０のＮＩＲレーザ３は、図４から図７に示すように、１ｍｓのクワッド発光シーケンスで起動される。また、コンピュータプロセッサ５は、参照信号が画像化デバイス３０の画像化サブプログラム３２に送られるように動作する。

【0057】

センシングユニット２の第１、第２、第３、及び第４のグループ６、７、１９、及び２０の検出器４は、それらに到達するＮＩＲレーザビームを検出し、検出信号を画像化デバイス３０に送る。続いて画像化サブプログラム３２は、差分を決定するために、検出信号を、参照信号サブプログラム２９によって提供された参照信号と比較する。続いてそれは、画像を作成するために、視覚表示画面３４の各ピクセルの視覚特性を定める。各ピクセルの視覚特性は、白から黒までのグレードである。検出信号と参照信号との間に差がない場合、対応するピクセルは白色にされる。検出信号がゼロである場合、対応するピクセルは黒色にされ、検出信号がこれらの二つの極限値の間の値を有する場合、ピクセルは適切な濃淡を有するグレーにされる。

【0058】

同時に、位相補償サブプログラム３３は、受信した検出信号を判読可能な画像にするために動作する。これは、再ステッチ機能と呼ばれることもある。センシングユニット２の第１、第２、第３、及び第４のグループ６、７、１９、及び２０のクワッド起動シーケンスは、１ｍｓで発生し、コンベヤベルトは、毎秒２.４２メートルで移動している。したがって、コンベヤベルト上を移動する鶏肉片の全体に検出された平面は、６４個のセンシングユニット２の全てからの検出データで構成されるが、それらが起動された四つの異なる時点でのものである。特に、最初の行１７の第１のグループ６の四つのセンシングユニット２（交互列の第１のセット２３にある）は、鶏肉片の特定の平面の内部構造を最初に検出する。

【0059】

同時に、３番目、５番目、及び７番目の行１７の、第１のグループ６の４つのセンシングユニット２からなる３つのグループも起動され、それらは、互いに２０ｍｍ離れた他の３つの平面の内部構造を検出し、これらは鶏肉片と交差している場合もあれば、交差していない場合もある。０．２５ｍｓ後に、第２番目、第４番目、第６番目及び第８番目の行１７の、第２のグループ７の４つのセンシングユニット２からなる４つのグループが起動され、互いに２０ｍｍ離れている４つの他の平面の内部構造を検出し、これらもやはり鶏肉片と交差している場合も交差していない場合もある。０．２５ｍｓ後には、第３のグループ１９の全てのセンシングユニット２が起動され、０．２５ｍｓ後には、第４のグループ２０の全てのセンシングユニット２が起動され、これにより、８つのさらなる平面の内部構造が検出される。この１ｍｓのクワッド発光プロセスは連続的に繰り返され、そのため、鶏肉片が感知装置１を通過するにつれて、データが、鶏肉片の連続する各平面の２．５ｍｍの間隔を置いた領域について、収集される。問題は、判読可能な画像を生成できるように、全てのデータを一緒に再度ステッチすることである。

【0060】

この例では、最初の行１７上の第１のグループ６の４つのセンシングユニット２が、鶏肉片の平面の内部構造を検出してから８．２５ｍｓ後に、その平面は、二番目の行１７上の第２のグループ７の４つのセンシングユニット２と位置合わせされており、これは、毎秒２．４２メートルの速度であるため、２０ｍｍの距離を移動したことを意味する。したがって、鶏肉片の平面が最初の行１７の下に来た後、鶏肉片の平面がその地点に到達するまでに、２番目の行１７における第２のグループ７の４つのセンシングユニット２が起動されるのは、９回目となる。したがって、これらの特定の検出結果は、鶏肉片のこの平面の検出結果を形成するために、つなぎ合わせられる必要がある。

【0061】

センシングユニット２の第３のグループ１９及び第４のグループ２０は、交互列の第２のセット２４内にあり、同じ処理を実行するが、第１のグループ６及び第２のグループ７とは位相が０．５ｍｓずれており、なぜならこれらは、１ｍｓクアッド発光シーケンスの第３及び第４のクォーターで起動されるからである。位相補償サブプログラム３３はまた、これを考慮に入れ、したがって、視覚表示画面３４上のピクセルの各ラインが、感知装置１を通って移動した特定の平面に関連するように、全ての収集されたデータを再ステッチする。感知装置１が二つのアレイ１６及び１６aを備えるので、視覚表示画面３４は、各ラインに１２８のデータ収集点を含む画像を表示することができる。

【0062】

アレイ１６内のセンシングユニット２が分散しているため、各々が作動されると、（図４の４３に示されるように）生成される干渉領域は、同じグループのセンシングユニット２のいずれにも到達するには不十分である。したがって、この干渉は、データの収集に影響を与えない。第１、第２、第３、及び第４のグループ６、７、１９、及び２０の各々における各センシングユニット２は、その行１７内の次のものから常に少なくとも４０ｍｍ離れているため、クワッド発光シーケンスは、横方向における干渉問題を解決する。センシングユニット２を８つの行１７に形成することは、第１、第２、第３、及び第４のグループ６、７、１９、及び２０の各々における各センシングユニット２は、その列１８内の次のものから常に少なくとも４０ｍｍ離れるため、縦方向における干渉を解決する。２．５ｍｍである行から行への列１８のずれ、及び位相補償サブプログラム３３によるデータの再ステッチは、検出ユニットのアレイ１６が、検出点間の間隔がわずか２．５ｍｍの平面検出を提供することを可能としている。

【0063】

本発明は、請求項１又は７の範囲から逸脱することなく変更することができる。例えば、一つの代替的な実施形態（図示せず）では、感知装置は、検出器が、対象物品によって（又はその背後に配置された反射要素によって）反射された電磁放射線のビームを検出するように配置される反射配置で構成され、検出器は、対象物品に対してエネルギーソースと同じ側に設けられる。

【0064】

他の代替的な実施形態（図示せず）では、エネルギーソースは、開閉するシャッターによって起動される常時通電のエネルギーソース、並びに強度が漸増減する、及び／又はそれらの周波数を調整する駆動信号によって起動される、エネルギーソースを含む、様々な方法で起動される。

【0065】

他の代替的な実施形態（図示せず）では、感知装置によって収集されたデータは、視覚画像を生成するためのデータとして使用されるのではなく、検出器によって収集された生データから特定の対象物品に骨又は軟骨小片が存在するかどうかを決定するために、適切なコンピュータプログラムによって処理される。

【0066】

他の代替的な実施形態（図示せず）では、本発明の感知装置は、他の食品、手荷物、人体などの異なる対象物品の内部構造を調査するように構成され、動作される。これは、用途に適した異なるエネルギーソースの使用を必要とする。

【0067】

このように、本発明は、感知によって引き起こされる干渉面積よりもはるかに小さい間隔で、対象物品の内部構造を検出することができる感知装置を提供する。これは、対象材料によって引き起こされるＮＩＲレーザビームの散乱のために以前は不可能であった、食用に加工された鶏肉における骨又は軟骨の小片の存在を検出するために使用できる、ＮＩＲレーザアレイを実現可能にする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】