WO2023074685A1 - 検査方法及び検査装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to inspection methods and inspection apparatuses.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-178076 filed on October 29, 2021, the entire disclosure of which is incorporated herein.
  • a packaging container that store items in a sealed state.
  • Such a packaging container is formed into a bag-like shape by welding, bonding, or the like the peripheral edge portions of a sheet member or a film member.
  • the opening of the packaging container is closed after the contents are accommodated inside the packaging container.
  • an inspection device for inspecting the bonding state of such packaging containers for example, as shown in Patent Document 1, a packaging container to be inspected is arranged between an ultrasonic transmission unit and an ultrasonic reception unit, and ultrasonic waves are transmitted.
  • a device has been proposed in which ultrasonic waves are transmitted from an ultrasonic wave receiving unit, and the ultrasonic waves received by an ultrasonic wave receiving unit are analyzed and inspected.
  • the packaging container may be relatively moved to inspect the sealed portion along the length direction (direction along the outer circumference).
  • Such an inspection device determines whether or not the quality of the bonding state is good based on the inspection results at each position along the length direction of the packaging container. As a result, when a defective detection result is obtained at any point in the longitudinal direction of the packaging container, it is detected that there is an improperly joined portion, and the inspection result of the packaging container is unsatisfactory. It is determined that there is
  • defects in the joint state such as a state in which the welding of the joint is insufficient on the joint surface as a whole, and a state in which the joint is excessively welded.
  • There are various forms such as a state and a state in which air bubbles have entered the joint.
  • Patent Document 1 when inspecting the joint state in the length direction, the joint portion also has a certain length in the width direction (direction perpendicular to the length direction). Therefore, even if the joint state is poor at any position in the length direction, if the joint is properly joined at any position in the width direction, the joint is not separated and can be handled as a non-defective product. Sometimes. However, with the method of Patent Document 1, it may be difficult to accurately determine the quality.
  • one example of the object of the present disclosure is to provide an inspection method and an inspection apparatus that can determine whether or not the quality is good in consideration of various joining states.
  • a detection method corresponds to a plurality of positions included in an inspection region of an inspection target and arranged along first and second directions, respectively, and each receives ultrasonic waves irradiated to the inspection region. acquire a plurality of signal intensities indicating signal intensities corresponding to the plurality of positions, generate two-dimensional distribution data representing the relationship between the plurality of positions and the plurality of signal intensities, and use the two-dimensional distribution data to obtain the plurality of Among the positions, the number of positions aligned along the second direction and associated with the signal strength indicating the strength included in the first range is counted, and the counted result and the first reference value determining the quality of the inspected object based on the result of the comparison with.
  • a detection method corresponds to a plurality of positions included in an inspection region of an inspection target and arranged along first and second directions, respectively, and each receives ultrasonic waves irradiated to the inspection region. acquire a plurality of signal intensities indicating signal intensities corresponding to the plurality of positions, generate two-dimensional distribution data representing the relationship between the plurality of positions and the plurality of signal intensities, and use the two-dimensional distribution data to obtain the plurality of of the positions included in the determination target area and associated with the signal strength indicating the strength included in the first range, and comparing the counted result with the second reference value Determining the quality of the inspected object based on the results of the comparison.
  • a detection method corresponds to a plurality of positions included in an inspection region of an inspection target and arranged along first and second directions, respectively, and each receives ultrasonic waves irradiated to the inspection region. acquire a plurality of signal intensities indicating signal intensities corresponding to the two-dimensional distribution data representing the relationship between the plurality of positions and the plurality of signal intensities; Determining the quality of the inspection object based on a trained model generated by learning reference two-dimensional distribution data generated using the object.
  • a seal width check that determines quality based on the length in the width direction of a region belonging to a range where the signal intensity in the two-dimensional distribution data is a reference, and a quality determination based on the area of a specific color in the determination target area are performed.
  • the area check and the correlation check that performs pass/fail judgment using correlation with reference data, pass/fail judgment can be performed in consideration of various bonding states. Further, according to the present disclosure, when a defect is detected, it becomes easier to examine the cause thereof, and it becomes easier to deal with when a defect in the joint is detected.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an ultrasonic inspection system according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of a display screen of a display device in the ultrasonic inspection system according to the embodiment of the present disclosure
  • It is explanatory drawing of the packaging container which is an inspection target.
  • 4 is a flowchart showing processing performed in seal width check in the ultrasonic inspection system according to the embodiment of the present disclosure; It is a figure which shows the relationship between signal intensity and a color signal to be set.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a seal width check
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a seal width check
  • 4 is a flow chart showing processing in area check in this embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of area check; FIG. 10 is an explanatory diagram of area check; FIG. 4 is an explanatory diagram of setting a determination target area; FIG. 4 is an explanatory diagram of setting a determination target area; 7 is a flow chart showing processing in correlation check in this embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of pass/fail determination using histogram correlation;
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of pass/fail determination using histogram correlation;
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of pass/fail determination using histogram correlation;
  • 4 is a flowchart showing pass/fail determination processing in the ultrasonic inspection system according to the embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an ultrasonic inspection system 1 according to an embodiment.
  • the ultrasonic inspection system 1 uses ultrasonic waves to inspect a packaging container 40 that is an object to be inspected.
  • the ultrasonic inspection system 1 includes a display device 10 , an ultrasonic inspection device 20 and a carrier device 30 .
  • the display device 10 displays various information related to ultrasonic examination output from the control unit 22 of the ultrasonic examination apparatus 20 .
  • FIG. 2 is an example of a display screen of the display device 10 in the ultrasonic inspection system 1 according to this embodiment.
  • the display screen of the display device 10 includes an ultrasonic image display area 101 and an examination result display area 102 .
  • a two-dimensional image (two-dimensional distribution data) based on the reception result received by the receiver 28 is displayed in the ultrasonic image display area 101 .
  • a seal width check determination result 103a, an area check determination result 103b, a correlation check determination result 103c, and an overall determination result 103d are displayed.
  • the conveying device 30 conveys the packaging container 40.
  • the conveying device 30 is, for example, a belt conveyor.
  • a packaging container 40 of an object to be inspected is placed on the belt 32 of the conveying device 30 .
  • the conveying device 30 drives the belt 32 by rotating rollers 31 (rollers 31 a and 31 b ) provided inside, and moves the inspection object to a predetermined inspection position between the transmitting unit 26 and the receiving unit 28 . of the packaging container 40 is transported. Rotation of the roller 31 is controlled by, for example, a drive control section of the ultrasonic inspection apparatus 20 .
  • the packaging container 40 is an object to be inspected by the ultrasonic inspection device 20.
  • the packaging container 40 is, for example, a packaging container formed by joining the peripheral edge portion 41 of a sheet member, and is used as a pouch-type packaging container for retort food, drinking water, and the like.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a packaging container 40 that is an object to be inspected. A portion of the packaging container 40 is illustrated in FIG. As shown in FIG. 3, the packaging container 40 has a peripheral edge 41 and a receiving area 42 .
  • the storage area 42 is a bag-like area in which a stored object can be enclosed.
  • the peripheral edge portion 41 is a peripheral edge area of the packaging container 40 and is an area to be joined.
  • the inspection area of the packaging container 40 is, for example, the joint of the peripheral portion 41 where two sheet members forming the packaging container are to be joined.
  • the ultrasonic inspection device 20 is a computer that transmits ultrasonic waves and inspects the packaging container 40 based on the ultrasonic waves that have passed through the packaging container 40 .
  • the ultrasound examination apparatus 20 includes an operation unit 21, a control unit 22, a signal control unit 23, a transmission control unit 24, a reception processing unit 25, a transmission unit 26, and a reception unit 28, for example.
  • the ultrasonic inspection apparatus 20 is a computer that includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a program memory that stores programs executed by the processor.
  • the functional units (operation unit 21, control unit 22, signal control unit 23, transmission control unit 24, reception processing unit 25, transmission unit 26, reception unit 28) constituting the ultrasonic inspection apparatus 20 are, for example, a CPU (Central Processing Unit ) by executing a program stored in a program memory. Also, some or all of these functional units may be realized by hardware such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or FPGA (Field-Programmable Gate Array).
  • LSI Large Scale Integration
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • the operation unit 21 is composed of a keyboard, a mouse, etc., and is used to input and set various information related to ultrasound examination.
  • the operation unit 21 outputs various types of input information to the control unit 22 .
  • the control unit 22 comprehensively controls the ultrasonic inspection apparatus 20 .
  • the control unit 22 for example, transmits various kinds of information input from the operation unit 21 and information from the signal control unit 23 to the display device 10 .
  • the signal control unit 23 generates a signal for controlling the ultrasonic waves transmitted from the transmission unit 26.
  • the ultrasonic waves to be transmitted are, for example, burst signals.
  • the signal control unit 23 generates, for example, a burst signal according to the transmission timing and intensity of ultrasonic waves to be transmitted.
  • the signal control section 23 outputs the generated signal to the transmission control section 24 .
  • the signal control unit 23 acquires the signal received by the reception unit 28 via the reception processing unit 25 .
  • the signal control unit 23 generates two-dimensional distribution data from the acquired signals and generates an image based on this two-dimensional distribution data.
  • the two-dimensional distribution data is a plurality of positions arranged in the length direction (first direction) and width direction (second direction, perpendicular to the length direction) of the inspection area and the signal intensity at these positions. This is image data representing the relationship.
  • the signal control unit 23 performs analysis using the obtained two-dimensional distribution data, and outputs the analysis result to the control unit 22 .
  • the signal control unit 23 can perform a seal width check, an area check, a correlation check, and overall quality determination using these.
  • the signal control unit 23 determines whether or not there is a defect in the image of the inspection area and the joint portion serving as the inspection area based on the analysis result, and outputs the determination result to the control unit 22 .
  • the control unit 22 causes the display device 10 to display the determination result acquired from the signal control unit 23 .
  • the transmission control section 24 generates a burst wave with a predetermined frequency according to the burst signal from the signal control section 23 and outputs the generated burst wave to the transmission section 26 .
  • the transmission unit 26 converts the burst waves into ultrasonic vibrations and outputs them as ultrasonic waves.
  • the receiving unit 28 includes a plurality of ultrasonic sensors arranged one-dimensionally or two-dimensionally (a plurality of ultrasonic sensors arranged in a line, a plurality of ultrasonic sensors arranged in the vertical direction and the horizontal direction), and transmits The ultrasonic waves transmitted from the unit 26 are received.
  • the ultrasonic waves from the transmitter 26 reach the receiver 28 via the peripheral portion 41 of the packaging container 40 .
  • Each ultrasonic sensor arranged in the receiving unit 28 converts the received ultrasonic wave into a detection signal that is an analog electric signal.
  • the reception unit 28 then sends the detection signal of each ultrasonic sensor to the reception processing unit 25 .
  • the ultrasonic sensors in the receiving section 28 are arranged one-dimensionally, they are arranged along the width direction of the peripheral portion 41 .
  • the receiving unit 28 receives the ultrasonic waves transmitted from the transmitting unit 26 while moving the packaging container 40 relative to the receiving unit 28 in the longitudinal direction. As a result, the entire peripheral portion 41 is inspected.
  • the ultrasonic sensors in the receiving section 28 are arranged two-dimensionally, for example, the receiving section 28 has a plurality of ultrasonic sensors so that the area of the receiving section 28 is approximately the same as the area of the peripheral portion 41. arranged in two dimensions.
  • the packaging container 40 is conveyed by the conveying device 30 to a position where the area of the peripheral portion 41 and the area of the receiving portion 28 overlap, and the conveyance of the packaging container 40 is stopped.
  • Ultrasonic waves are transmitted from the transmitter 26 and received by the receiver 28 . Whether the ultrasonic sensors in the receiving section 28 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, the entire area of the peripheral portion 41 can be inspected.
  • the reception processing unit 25 acquires the analog detection signal received by the reception unit 28, performs signal amplification, equalization processing, etc., and converts the analog detection signal into a digital signal by performing AD (analog-digital) conversion. It is converted into a detection signal and sent to the signal control section 23 .
  • the signal control unit 23 generates two-dimensional distribution data from the detection signals output from the reception processing unit 25, and generates an image based on this two-dimensional distribution data.
  • the signal control unit 23 uses a value corresponding to the detection signal of one ultrasonic sensor as a pixel value, and calculates the pixel value for a two-dimensional area in the two-dimensional distribution data according to the position at which the detection signal is received.
  • Two-dimensional distribution data is generated by arranging pixels having Note that pixel interpolation processing may be performed when the two-dimensional distribution data is generated from the detection signal of the receiving unit 28 .
  • the seal width check the number of pixels (points) belonging to a certain reference range of the signal strength of the detection signal is counted in the width direction from the image of the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28. It includes determining from the count value whether or not the joints of the packaging container 40 are of good quality.
  • the width direction is the direction from the storage area 42 of the packaging container 40 toward the peripheral edge portion 41 as shown in FIG.
  • the length direction is the direction along the outer circumference of the packaging container 40 .
  • the width direction and the length direction are orthogonal.
  • the number of points (the number of points) is an index indicating the length in the length direction and the length in the width direction in FIG.
  • the number of pixels can be used. That is, the result of counting the number of pixels can be used as the number of points.
  • the two-dimensional distribution data of the peripheral portion 41 to be inspected is generated from the detection signal from the reception processing unit 25, and based on this two-dimensional distribution data, the ultrasonic image display area 101 in FIG. An image as shown is generated. Therefore, the length in the longitudinal direction in FIG. 3 corresponds to the number of pixels in the horizontal direction of the image shown in the ultrasonic image display area 101, and the length in the width direction corresponds to the number of pixels in the vertical direction. Further, when the detection signal of the receiving unit 28 is interpolated, the number of points and the number of pixels correspond to each other.
  • FIG. 4 is a flow chart showing processing performed in the seal width check in the ultrasonic inspection system 1 according to the embodiment.
  • the signal control unit 23 causes the transmission unit 26 to transmit ultrasonic waves to the inspection area of the packaging container 40 and acquires a detection signal from the reception unit 28 .
  • the signal control unit 23 reads the detection signals of the ultrasonic sensors arranged one-dimensionally or two-dimensionally from the receiving unit 28 by scanning each line.
  • Step S102 The signal control unit 23 sets a color according to the signal intensity of the detection signal of each sensor of the receiving unit 28, and generates two-dimensional distribution data.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between signal strength and set color signals.
  • the corresponding portion when the signal strength is Va or more, the corresponding portion is set to red (R), and when the signal strength is less than Va but is Vb or more, the corresponding portion is set to green ( G), and when the signal intensity is less than Vb, the corresponding portion is set to blue (B), and an RGB image is generated from the two-dimensional distribution data.
  • R red
  • G green
  • B blue
  • Step S103 The signal control unit 23 counts the number of points of a specific color (for example, green or blue) along the width direction of the inspection area from the generated two-dimensional distribution data image.
  • a specific color for example, green or blue
  • Step S104 The signal control unit 23 compares the count value obtained by counting the portions of the specific color in the width direction with the reference value, and performs pass/fail determination based on the comparison result.
  • FIG. 6A is assumed that a gap 402 is generated at a joint portion 401 when the peripheral portion 41 of the packaging container 40 is joined.
  • Two-dimensional distribution data is generated from the detection signal of the receiving unit 28 for the peripheral portion 41 of the packaging container 40, and an image 110a of the ultrasonic image display area 101 is generated.
  • the corresponding portion is set to red (R)
  • the corresponding portion is set to green (G )
  • the corresponding portion is set to blue (B) to generate an RGB image.
  • the intensity of transmitted ultrasonic waves differs depending on whether or not there is a defect in the inspection area. Therefore, when the two-dimensional distribution data is generated from the detection signal of the receiving unit 28 obtained from the packaging container 40 as shown in FIG. 6A, an image 110a as shown in FIG. 6B is generated. That is, the portion of the joint portion 401 of the peripheral edge portion 41 of the packaging container 40 where the joint is sufficiently performed becomes green (G) because the detection signal is greater than or equal to the predetermined value. The portion of the image 111 corresponding to the gap 402 is blue (B) because the detection signal is weak.
  • the presence or absence of such defects can be determined by whether or not the length of the green color in the width direction is equal to or less than the standard value. That is, as shown in FIG. 6B, when the length in the width direction of the green (G) portion (where the signal intensity is in the first range (Va to Vb)) in the image of the inspection area is measured, the gap 402 is In the portion where the gap 402 is not generated, the length La in the width direction is equal to or greater than the reference value Lth (first reference value) (La ⁇ Lth). Lb is less than the reference value Lth (Lb ⁇ Lth). Therefore, by counting the portions of a specific color (for example, green) in the width direction and comparing the count value with the reference value Lth, it is possible to determine the quality. That is, in this example, when the count value in the width direction of the green portion is equal to or less than the reference value Lth, it can be determined as defective.
  • Lth first reference value
  • the number of points belonging to the green (G) area is counted in the width direction, and the pass/fail determination is performed based on this count value, but the present disclosure is not limited to such an example.
  • the number of points belonging to the blue (B) area may be counted in the width direction, and the pass/fail judgment may be performed based on this count value. In this case, when the count value in the width direction of the blue (B) portion is greater than or equal to the reference value, it can be determined that the quality is defective.
  • a defect such as a gap 402 occurring in the joint 401 can be detected.
  • a defect in the joint 401 can be detected by checking the seal width. .
  • a determination target area is set in the image of the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28, and the total number of count values of points belonging to a specific color within the determination target area is It is determined whether the quality of the bonding state of the container 40 is good.
  • the processing shown in the flowchart below is performed.
  • FIG. 7 is a flow chart showing processing in area check in this embodiment.
  • the signal control unit 23 causes the transmission unit 26 to transmit ultrasonic waves to the inspection area of the packaging container 40 and acquires a detection signal from the reception unit 28 .
  • the reception unit 28 scans and reads the detection signals of the ultrasonic sensors arranged one-dimensionally or two-dimensionally line by line.
  • Step S202 The signal control unit 23 sets a color according to the signal intensity of the detection signal of each sensor of the receiving unit 28, and generates two-dimensional distribution data.
  • the signal strength is Va or more
  • it is set to red
  • when the signal strength is less than Vb is set to blue to generate an image of two-dimensional distribution data consisting of RGB.
  • Step S203 The signal control unit 23 sets a determination target area and counts the number of points of a specific color within the determination target area.
  • Step S204 The signal control unit 23 compares the number of points of the portion of the specific color within the determination target area with the reference value, and determines whether the quality is good.
  • Figs. 8A and 8B are explanatory diagrams of the area check.
  • the width of the joint portion 401 in the width direction is about half or less in the width direction, and such a narrow joint portion spreads over the entire length direction. . Therefore, in the peripheral portion 41, the bonding is insufficient as a whole.
  • quality determination is performed based on the area of a specific color (for example, green (G)) in the determination target area.
  • the ultrasonic image display area 101 as shown in FIG. Image 110b is displayed.
  • a determination target area AR is set, and the number of points in the green (G) region (the portion where the signal strength is less than Va and equal to or greater than Vb) in this determination target area AR is calculated.
  • a process of counting and comparing the number of pixels with a reference value (second reference value) is performed. Whether or not the quality is good is determined based on the comparison result between the number of points in the green (G) region in the determination target area AR and the reference value.
  • the number of points in the green (G) region in the determination target area AR is equal to or greater than the reference value, it can be determined as a non-defective product, and if the number of points of the count value is less than the reference value, it can be determined as defective.
  • the acceptable limit for a non-defective product in the area check can be set by changing the set value of the reference value.
  • the determination target area AR may be a predetermined area. More specifically, the size of the determination target area AR may be a predetermined size. The position where the determination target area AR is set may be set at a predetermined position in the inspection area. Also, the size and position of the determination target area AR may be changed. Moreover, the packaging container 40 is not always placed in the same position. If the position of the packaging container 40 shifts, the position of the determination target area AR with respect to the joint 401 under inspection will move. Therefore, the position of the determination target area AR may be moved so as to follow the position of the packaging container 40 .
  • the number of points belonging to the green (G) area within the determination target area AR is counted and the number of points is compared with the reference value. You may count the points that belong.
  • the number of points belonging to blue (B) in the determination target area AR is compared with a reference value, and if the number of points is equal to or greater than the reference value, it can be determined as defective.
  • the area check can detect various defects by setting the determination target area. This will be explained below.
  • Figs. 9A and 9B are explanatory diagrams of the setting of the determination target area.
  • FIG. 9A when the peripheral portion 41 of the packaging container 40 is joined, it is assumed that food ingredients such as soup may enter the joint 401 of the peripheral portion 41 and cause a defective portion 410 due to air bubbles. be done.
  • Such a defect can be detected by appropriately setting a determination target area AR and determining the area of a portion having a specific color within the determination target area AR.
  • the image portion 112 corresponding to the defective portion 410 is blue (B).
  • An area AR is set as a determination target area AR, and a process of counting the number of points belonging to a blue (B) area within the determination target area AR is performed.
  • the number of points belonging to the blue (B) region in the determination target area AR is compared with the reference value, and the quality determination is performed according to the comparison result.
  • an area belonging to blue (B) in an area belonging to green (G) is set as a determination target area AR, and points belonging to a blue (B) area within this determination target area AR are counted, the count value corresponds to the area of the defective portion 410 . Therefore, if the number of points belonging to the blue (B) area in the determination target area AR is greater than the reference value, it can be determined that the defective part 410 having a large area is present and the product is defective.
  • the correlation check uses the correlation between the two-dimensional distribution data of the good sample packaging container and the two-dimensional distribution data representing the inspection result to determine whether the bonding state of the packaging container 40 is of good quality.
  • the processing shown in the flowchart below is performed.
  • FIG. 10 is a flowchart showing processing in correlation check in this embodiment.
  • the signal control unit 23 causes the transmission unit 26 to transmit ultrasonic waves to the joint 401 of the packaging container 40 and acquires a detection signal from the reception unit 28 .
  • the reception unit 28 scans and reads the detection signals of the ultrasonic sensors arranged one-dimensionally or two-dimensionally line by line.
  • Step S302 The signal control unit 23 sets a color according to the signal intensity of the detection signal of each sensor of the receiving unit 28, and generates two-dimensional distribution data.
  • the corresponding portion is set to red (R)
  • the corresponding portion is set to green (G)
  • the corresponding portion is set to blue (B) to generate two-dimensional distribution data.
  • Step S303 The signal control unit 23 reads the reference data image, and determines the correlation between the two-dimensional distribution data image generated from the detection signal of the receiving unit 28 and the reference data image.
  • Step S304 The signal control unit 23 determines whether the quality of the joint 401 is good based on the correlation value between the image of the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28 and the image of the reference data. judge.
  • FIGS. 11A and 11B are explanatory diagrams of the correlation check.
  • quality inspection is performed for each product.
  • a non-defective packaging container 40a for each product is prepared in advance as a sample.
  • an image 110d of the two-dimensional distribution data of the reference pattern for the non-defective product is generated and stored in advance using the joint portion 401a of the peripheral edge portion 41a of the sample non-defective packaging container 40a. be done.
  • the signal control unit 23 reads out the image 110d of the two-dimensional distribution data of the reference pattern, and compares the image of the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28 with the two-dimensional distribution data of the reference pattern. A correlation with the image 110d is obtained. Then, if the correlation value is large, the signal control unit 23 determines that the product is non-defective.
  • Judgment in the correlation check is performed, for example, by shifting the image of the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28 in the vertical direction and the horizontal direction relative to the image 110d of the two-dimensional distribution data of the reference pattern.
  • the image 110d of the two-dimensional distribution data of the reference pattern and the image of the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28 are multiplied for each pixel at the corresponding position, and the multiplied value is integrated. .
  • both two-dimensional distribution data By multiplying and integrating each pixel at the corresponding position, a large integrated value is obtained at the position where the patterns of the two-dimensional distribution data of both are approximately the same.
  • the image of the two-dimensional distribution data of the reference pattern is moved vertically and horizontally relative to the image of the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28.
  • the correlation between the image of the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28 and the image of the reference pattern is obtained, but the present disclosure is not limited to such an example.
  • the correlation between the generated histogram of the two-dimensional distribution data image and the histogram of the reference pattern image may be obtained. Correlations with histograms can further detect various defects.
  • FIG. 12 is a flow chart showing the processing when the histogram correlation is obtained in the correlation check in this embodiment.
  • the signal control unit 23 causes the transmission unit 26 to transmit ultrasonic waves to the inspection area of the packaging container 40 and acquires a detection signal from the reception unit 28 .
  • the reception unit 28 scans and reads the detection signals of the ultrasonic sensors arranged one-dimensionally or two-dimensionally line by line.
  • Step S402 The signal control unit 23 generates a histogram corresponding to the signal intensity from the image of the two-dimensional distribution data obtained from the detection signals of the sensors of the receiving unit 28.
  • Step S403 The signal control unit 23 reads the histogram of the reference data image prepared in advance, and calculates the correlation between the generated histogram of the two-dimensional distribution data image and the histogram of the reference data image.
  • Step S404 The signal control unit 23 determines that the quality of the joint 401 is good based on the correlation value between the histogram of the image of the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28 and the histogram of the image of the reference data. Determine whether or not
  • FIGS. 13A, 13B, and 13C are explanatory diagrams of pass/fail judgment using histogram correlation.
  • FIG. 13A when the peripheral edge portion 41b of the packaging container 40b is joined, the degree of welding at the joint portion 401b is excessive, and may exceed the degree of welding at which a non-defective product can be determined. is assumed. Such defects can be detected by using a correlation with the histogram of the reference pattern.
  • the fiber component of the material when a certain material is used as the packaging container 40b, the fiber component of the material usually remains after welding the joint portion. On the other hand, if the welded portion is excessively welded, it is considered that the fibers of the material are melted out.
  • the transmittance of ultrasonic waves differs between the case where the fiber component of the material remains and the case where the fiber component of the material melts out. For this reason, the histogram of the image of the two-dimensional distribution data obtained from the detection signal of the receiving unit 28 differs between the normal joint and the excessively welded joint. For example, at the joint 401a of the sample packaging container 40a shown in FIG. 11A, the histogram of the image of the two-dimensional distribution data of the signal from the receiver 28 is as shown in FIG.
  • the histogram of the image of the two-dimensional distribution data of the signal from the receiving unit 28 is as shown in FIG. 13C.
  • the horizontal axis indicates the signal level
  • the vertical axis indicates the frequency.
  • a high-quality packaging container (reference object serving as a reference) 40a is prepared in advance as a sample. Then, using the non-defective packaging container 40a as a sample, a histogram of the two-dimensional distribution data of the reference pattern as shown in FIG. 13B is generated in advance and saved.
  • the histogram of the image of the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28 and the reference pattern of the sample packaging container 40a as shown in FIG. 13B The correlation with the histogram of the image is obtained, and if the correlation value is large, the product is determined to be non-defective.
  • the correlation check can detect various types of defects and determine whether the quality of the joint is good. Further, by detecting the correlation of the histogram of the reference data, it is possible to detect defects such as excessive welding of the joint portion. Furthermore, by using machine learning, various defects can be detected from the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving section 28 .
  • a model for judging whether or not the quality of the joint is good is created from the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28, and learning of this model (for example, machine learning) takes place. Then, the signal control unit 23 inputs the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28 to the trained model, thereby obtaining the determination result of determining whether the quality of the joint is good or not. be able to. Further, when obtaining a trained model, a plurality of two-dimensional distribution data of inspection results determined to be non-defective may be collected, and the trained model may be generated by learning these two-dimensional distribution data as teacher data. .
  • the quality of the joint is good. It is possible to obtain a determination result of determining whether or not.
  • the correlation between the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28 and the two-dimensional distribution data based on the trained model, or generated from the detection signal of the receiving unit 28 The determination may be made based on the histogram relationship between the obtained two-dimensional distribution data and the two-dimensional distribution data based on the trained model.
  • the ultrasonic inspection system 1 performs seal width check, area check, and correlation check. Based on at least one of these determination results, the control unit 22 can make a comprehensive pass/fail determination and notify the user through the display device 10 .
  • FIG. 14 is a flow chart showing pass/fail determination processing in the ultrasonic inspection system 1 in the embodiment.
  • the control unit 22 displays on the display device 10 an image generated from the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the receiving unit 28 .
  • Step S502 The signal control unit 23 checks the seal width using the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the reception unit 28, and sends the result to the control unit 22.
  • Step S503 The control unit 22 displays the inspection result of the seal width check on the display device 10.
  • Step S504 The signal control unit 23 performs an area check using the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the reception unit 28, and sends the result to the control unit 22.
  • Step S505 The control unit 22 displays the inspection result of the area check on the display device 10.
  • Step S506 The signal control unit 23 performs a correlation check using the two-dimensional distribution data generated from the detection signal of the reception unit 28, and sends the result to the control unit 22.
  • Step S507 The control unit 22 displays the inspection result of the correlation check on the display device 10.
  • Step S508 The signal control unit 23 makes a comprehensive pass/fail determination based on at least one of the result of the seal width check, the result of the area check, and the result of the correlation check. displays the overall determination result on the display device 10 .
  • the seal width check, the area check, and the correlation check are performed, and comprehensive quality determination is performed based on these check results.
  • the display screen of the display device 10 displays an image (ultrasonic image display area 101) based on the two-dimensional distribution data being inspected, as well as a seal width check, an area check, and a correlation check. Inspection items and inspection results (judgment results 103a to 103c, total judgment result 103d) are displayed.
  • a comprehensive quality determination is performed based on a combination of the seal width check result, the area check result, and the correlation check result, so a highly reliable quality determination can be performed.
  • the determination result 103a of the seal width check, the determination result 103b of the area check, and the determination result 103c of the correlation check are displayed, the user can understand what factors led to the quality determination. It is easy to deal with pass/fail judgments.
  • At least one of the three determination results of the seal width check result, the area check result, and the correlation check should be used.
  • a weighting coefficient may be assigned to each of these three determination results, and an evaluation value may be calculated by weighted addition of these three determination results to perform comprehensive pass/fail determination.
  • the packaging container 40 is a packaging container such as a retort pouch, but a battery pack may be the inspection object.
  • the intensity of the burst wave that is emitted from the ultrasonic generator and penetrates the test object depends on whether there is a difference in the acoustic impedance of the test object (lithium-ion battery) in the irradiation direction. Varies accordingly.
  • the burst wave is reflected at the interface between the electrolyte and the bubbles because the difference in acoustic impedance between the electrolyte and the bubbles is large (high intensity).
  • the intensity of acoustic impedance is defined as the overlapping ratio of the interface between layers with greatly different acoustic impedances (for example, each layer of electrolyte and bubbles) with respect to the burst wave irradiation area at the measurement point.
  • the transmittance of ultrasonic waves with respect to the object to be inspected corresponds to the strength of the acoustic impedance. If the strength of the acoustic impedance is large, the transmittance decreases, and if the strength of the acoustic impedance is small, the transmittance increases. The lower the transmittance, the lower the received intensity. The higher the transmittance, the higher the received intensity.
  • the present disclosure may be applied to inspection methods and inspection apparatuses.

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Abstract

検査対象の検査領域に含まれ第一および第二方向に並ぶ複数の位置にそれぞれ対応し、それぞれが前記検査領域に照射された超音波の受信に応じた信号の強度を示す複数の信号強度を取得する。前記複数の位置と前記複数の信号強度との関係を表す二次元分布データを生成する。前記二次元分布データを用いて、前記複数の位置のうち、前記第二方向に沿って並びかつ第1範囲に含まれる強度を示す前記信号強度に対応付けられている位置の個数をカウントする。前記カウントされた結果と第1基準値との比較結果に基づいて、前記検査対象の品質を判定する。

Description

検査方法及び検査装置
 本開示は、検査方法及び検査装置に関する。
 この出願は、2021年10月29日に出願された日本国特願2021-178076号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
 収容物を密閉状態で収容するパウチタイプの包装容器がある。このような包装容器は、シート部材またはフィルム部材の周縁部分を溶着または接着などによって接合することによって、袋状に形成される。包装容器の開口部は、包装容器の内部に収容物を収容した後に閉塞される。このような包装容器の接合状態を検査する検査装置として、例えば特許文献1に示されるように、超音波送信部と超音波受信部との間に検査対象の包装容器を配置し、超音波送信部から超音波を送信し、超音波受信部で受信した超音波を解析して検査を行うものが提案されている。
日本国特開2020-27012号公報
 特許文献1に示される検査装置では、包装容器を相対的に移動させ、シール部分を長さ方向(外周に沿う方向)に沿って検査する場合がある。このような検査装置は、包装容器の長さ方向に沿った各位置における検査結果に基づいて、接合状態の品質が良いか否かを判定する。これにより、包装容器の長さ方向におけるいずれかの箇所において不良である検出結果が得られた場合には、正しく接合されていない箇所があることが検出され、その包装容器の検査結果は不良であると判定される。
 しかしながら、接合状態の不良には、包装容器の長さ方向に沿った不良ばかりでなく、接合箇所の溶着が接合面において全体的に不足している状態、接合箇所の溶着が過剰であるような状態、接合箇所に気泡が入り込んだような状態等、各種の形態がある。また、接合箇所の不良が検出された場合には、その要因を検討しやすいことが望ましい。
 また、特許文献1では、長さ方向において接合状態を検査する場合、接合箇所は幅方向(長さ方向に直交する方向)にもある程度の長さがある。そのため、長さ方向におけるいずれかの位置において接合状態が不良であったとしても、幅方向のいずれかの位置において正しく接合されている場合には、接合部が剥離しておらず、良品として扱える場合がある。しかし、特許文献1の方法では、正確に品質の良否を判定することは困難な場合がある。
 上述の課題を鑑み、本開示の目的の一例は、様々な接合状態を考慮して品質が良いか否かを判定することができる検査方法及び検査装置を提供することである。
 本開示の一態様に係る検出方法は、検査対象の検査領域に含まれ第一および第二方向に沿って並ぶ複数の位置にそれぞれ対応し、それぞれが前記検査領域に照射された超音波の受信に応じた信号の強度を示す複数の信号強度を取得し、前記複数の位置と前記複数の信号強度との関係を表す二次元分布データを生成し、前記二次元分布データを用いて、前記複数の位置のうち、前記第二方向に沿って並び、かつ第1範囲に含まれる強度を示す前記信号強度に対応付けられている位置の個数をカウントし、前記カウントされた結果と第1基準値との比較結果に基づいて、前記検査対象の品質を判定することを含む。
 本開示の一態様に係る検出方法は、検査対象の検査領域に含まれ第一および第二方向に沿って並ぶ複数の位置にそれぞれ対応し、それぞれが前記検査領域に照射された超音波の受信に応じた信号の強度を示す複数の信号強度を取得し、前記複数の位置と前記複数の信号強度との関係を表す二次元分布データを生成し、前記二次元分布データを用いて、前記複数の位置のうち、判定対象エリアに含まれ、かつ第1範囲に含まれる強度を示す前記信号強度に対応付けられている位置の個数をカウントし、前記カウントされた結果と第2基準値との比較結果に基づいて、前記検査対象の品質を判定することを含む。
 本開示の一態様に係る検出方法は、検査対象の検査領域に含まれ第一および第二方向に沿って並ぶ複数の位置にそれぞれ対応し、それぞれが前記検査領域に照射された超音波の受信に応じた信号の強度を示す複数の信号強度を取得し、前記複数の位置と前記複数の信号強度との関係を表す二次元分布データを生成し、前記二次元分布データと、基準となる基準対象を用いて生成された基準二次元分布データを学習することにより生成された学習済みモデルに基づいて前記検査対象の品質を判定することを含む。
 本開示によれば、二次元分布データにおける信号強度が基準となる範囲に属する領域の幅方向の長さによる良否判定を行うシール幅チェックと、判定対象エリアにおける特定色の面積による良否判定を行う面積チェックと、リファレンスデータとの相関を用いた良否判定を行う相関チェックとにより、様々な接合状態を考慮して良否判定を行うことができる。また、本開示によれば、不良が検出された場合にその要因の検討がしやすくなり、接合箇所の不良が検出された場合の対処も容易となる。
本開示の実施形態における超音波検査システムの構成例を示すブロック図である。 本開示の実施形態における超音波検査システムにおける表示装置の表示画面の一例の説明図である。 検査対象物である包装容器の説明図である。 本開示の実施形態における超音波検査システムにおいてシール幅チェックで行われる処理を示すフローチャートである。 信号強度と設定される色信号との関係を示す図である。 シール幅チェックの説明図である。 シール幅チェックの説明図である。 本実施形態における面積チェックでの処理を示すフローチャートである。 面積チェックの説明図である。 面積チェックの説明図である。 判定対象エリアの設定の説明図である。 判定対象エリアの設定の説明図である。 本実施形態における相関チェックでの処理を示すフローチャートである。 相関チェックの説明図である。 相関チェックの説明図である。 本開示の実施形態における相関チェックでヒストグラムの相関を求める場合の処理を示すフローチャートである。 ヒストグラムの相関を用いた良否判定の説明図である。 ヒストグラムの相関を用いた良否判定の説明図である。 ヒストグラムの相関を用いた良否判定の説明図である。 本開示の実施形態における超音波検査システムでの良否判定処理を示すフローチャートである。
 以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、実施形態における超音波検査システム1の構成例を示すブロック図である。超音波検査システム1は、超音波を用いて検査対象物である包装容器40を検査する。図1に示す例において、超音波検査システム1は、表示装置10、超音波検査装置20及び搬送装置30を備える。
 表示装置10は、超音波検査装置20の制御部22から出力される超音波検査に関する各種情報を表示する。図2は、本実施形態に係る超音波検査システム1における表示装置10の表示画面の一例である。図2に示すように、表示装置10の表示画面には、超音波画像表示エリア101と、検査結果表示エリア102とが含まれる。超音波画像表示エリア101には、受信部28によって受信した受信結果に基づく二次元画像(二次元分布データ)が表示される。検査結果表示エリア102には、シール幅チェックの判定結果103aと、面積チェックの判定結果103bと、相関チェックの判定結果103cと、総合判定結果103dとが表示される。
 図1において、搬送装置30は、包装容器40を搬送する。搬送装置30は、例えば、ベルトコンベヤである。搬送装置30のベルト32には、検査対象物の包装容器40が載置される。搬送装置30は、内部に設けられたローラ31(ローラ31a、31b)を回転させることにより、ベルト32を駆動させ、送信部26と受信部28との間にある所定の検査位置に検査対象物の包装容器40を搬送する。ローラ31の回転は、例えば、超音波検査装置20の駆動制御部により制御される。
 包装容器40は、超音波検査装置20が検査する対象物である。包装容器40は、例えばシート部材における周縁部41を接合して形成された包装容器であり、レトルト食品、飲料水などをパウチタイプの包装容器として用いられる。図3は、検査対象物である包装容器40の説明図である。図3には、包装容器40の一部が図示されている。図3に示すように、包装容器40は、周縁部41と収容領域42とがある。収容領域42は、収容物を封入可能な袋状の領域である。周縁部41は、包装容器40の周縁の領域であり、接合される領域である。包装容器40において検査領域となる箇所は、例えば包装容器を構成する二つのシート部材が接合されるべき周縁部41の接合箇所である。
 図1において、超音波検査装置20は、超音波を送信し、包装容器40を透過した超音波に基づいて包装容器40を検査するコンピュータである。超音波検査装置20は、例えば、操作部21、制御部22、信号制御部23、送信制御部24、受信処理部25、送信部26、受信部28を備える。
 超音波検査装置20は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサと、プロセッサが実行するプログラムを格納するプログラムメモリとを備えるコンピュータである。超音波検査装置20を構成する機能部(操作部21、制御部22、信号制御部23、送信制御部24、受信処理部25、送信部26、受信部28)は、例えばCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)などのハードウェアにより実現されてもよい。
 操作部21は、キーボード、マウスなどで構成され、超音波検査に関する各種情報を入力したり設定したりするために用いられる。操作部21は、入力された各種情報を制御部22に出力する。
 制御部22は、超音波検査装置20を統括的に制御する。制御部22は、例えば、操作部21から入力された各種情報、及び、信号制御部23からの情報を表示装置10に送信する。
 信号制御部23は、送信部26から送信する超音波を制御するための信号を生成する。送信する超音波は、例えば、バースト信号である。信号制御部23は、例えば、送信する超音波の送信タイミングと強度に応じたバースト信号を生成する。信号制御部23は、生成した信号を送信制御部24に出力する。
 また、信号制御部23は、受信部28によって受信された信号を受信処理部25を介して取得する。信号制御部23は、取得した信号から二次元分布データを生成し、この二次元分布データに基づく画像を生成する。ここで、二次元分布データは、検査領域の長さ方向(第一方向)と幅方向(第二方向、長さ方向に直交する方向)に並ぶ複数の位置と、この位置における信号強度との関係を表す画像データである。
 また、信号制御部23は、取得した二次元分布データを用いて解析を行い、解析結果を制御部22に出力する。本実施形態では、信号制御部23は、シール幅チェックと、面積チェックと、相関チェックと、これらを用いた総合的な品質判定を行うことができる。
 また、信号制御部23は、解析した結果に基づいて、検査領域の画像と、検査領域となる接合箇所の欠陥の有無を判定し、判定した結果を制御部22に出力する。制御部22は、信号制御部23から取得した判定した結果を表示装置10に表示させる。
 送信制御部24は、信号制御部23からのバースト信号に応じて、所定の周波数のバースト波を生成し、生成したバースト波を送信部26に出力する。送信部26は、このバースト波を超音波振動に変換し、超音波として出力する。
 受信部28は、一次元または二次元に配列された複数の超音波センサ(一列に並べられた複数の超音波センサ、縦方向と横方向に並べられた複数の超音波センサ)を含み、送信部26から送信された超音波を受信する。送信部26からの超音波は、包装容器40の周縁部41を介して、受信部28に到達する。受信部28に配置された各超音波センサは、受信した超音波をアナログの電気信号である検出信号に変換する。そして、受信部28は、各超音波センサの検出信号を受信処理部25に送る。
 受信部28における超音波センサが一次元に配置される場合には、周縁部41における幅方向に沿うように配置される。この場合、受信部28に対して包装容器40を長さ方向に相対的に移動させつつ、送信部26から送信された超音波を受信部28が受信する。これにより、周縁部41を全面的に亘って検査を行う。また、受信部28における超音波センサが二次元に配置される場合には、例えば、受信部28は、周縁部41の領域の広さと同程度の広さとなるように、複数の超音波センサが二次元方向に並べられる。この場合、周縁部41の領域と受信部28の領域とが重なる位置まで包装容器40が搬送装置30によって搬送されて包装容器40の搬送が停止される。そして送信部26から超音波が送信され、受信部28によって受信される。受信部28における超音波センサが一次元に配列される場合であっても、二次元に配列される場合であっても、周縁部41の領域を全面に亘って検査することができる。
 受信処理部25は、受信部28により受信されたアナログの検出信号を取得し、信号の増幅、等化処理等を行い、AD(アナログ-デジタル)変換を行うことでアナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換して、信号制御部23に送る。
 信号制御部23は、受信処理部25から出力された検出信号から二次元分布データを生成し、この二次元分布データに基づいて画像を生成する。ここでは、信号制御部23は、1つの超音波センサの検出信号に応じた値を画素値として用い、二次元分布データにおける二次元の領域に対し、検出信号が受信された位置に従ってその画素値を有する画素を配置することによって、二次元分布データを生成する。なお、受信部28の検出信号から二次元分布データを生成する際、画素の補間処理を行っても良い。
 次に、本実施形態における接合箇所の品質の良否検査について詳述する。本実施形態における接合箇所の品質の良否検査では、シール幅チェックと、面積チェックと、相関チェックとが行われる。以下、それぞれの良否判定について説明する。
 まず、シール幅チェックについて説明する。シール幅チェックは、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像から、検出信号の信号強度がある基準となる範囲に属する画素(ポイント)の個数を幅方向にカウントし、このカウント値から、包装容器40の接合箇所の品質が良いか否かを判定することを含む。ここで、幅方向は、図3に示すように、包装容器40の収容領域42から周縁部41に向かう方向である。また、長さ方向は、包装容器40の外周に沿う方向である。幅方向と長さ方向は直交している。また、ポイントの個数(ポイント数)は、図3における長さ方向の長さや、幅方向の長さを示す指標であり、例えば画素の個数を用いることができる。すなわち、画素の個数をカウントした結果をポイント数として用いることができる。前述したように、受信処理部25からの検出信号から、検査対象となる周縁部41の二次元分布データが生成され、この二次元分布データに基づいて、図2における超音波画像表示エリア101で示すような画像が生成される。したがって、図3における長さ方向の長さは、超音波画像表示エリア101で示すような画像の水平方向の画素数に対応し、幅方向の長さは垂直方向の画素数に対応する。また、受信部28の検出信号を補間している場合には、ポイント数と画素数とは、対応する数となる。
 図4は、実施形態における超音波検査システム1においてシール幅チェックで行われる処理を示すフローチャートである。
 (ステップS101)信号制御部23は、送信部26により包装容器40の検査領域に超音波を送信させ、受信部28からの検出信号を取得する。ここでは、信号制御部23は、受信部28から、一次元または二次元に配列された各超音波センサの検出信号をラインごとにスキャンすることで読み出す。
 (ステップS102)信号制御部23は、受信部28の各センサの検出信号の信号強度に応じて色を設定し、二次元分布データを生成する。図5は、信号強度と設定される色信号との関係を示す図である。この例では、図5に示すように、信号強度がVa以上の場合には対応箇所を赤色(R)に設定し、信号強度がVa未満であってVb以上の場合には対応箇所を緑色(G)に設定し、信号強度がVb未満の場合には対応箇所を青色(B)に設定して、二次元分布データからRGB画像を生成している。ここでは、二次元分布データにおいて各画素を信号強度に応じた色によって表示することによって、視覚によって検査結果が認識しやすい。
 (ステップS103)信号制御部23は、生成された二次元分布データの画像から、特定の色(例えば、緑または青)であるポイントの個数を、検査領域における幅方向に沿ってカウントする。
 (ステップS104)信号制御部23は、特定の色となる部分を幅方向にカウントしたカウント値と基準値とを比較し、この比較結果に基づいて良否判定を行う。
 図6A及び図6Bは、シール幅チェックの説明図である。図6Aに示すように、包装容器40の周縁部41を接合した際に、接合箇所401に隙間402が生じたと想定する。このような包装容器40の周縁部41に対して、受信部28の検出信号から二次元分布データが生成され、超音波画像表示エリア101の画像110aが生成される。なお、このとき、図5に示したように、信号強度がVa以上の場合には対応箇所を赤色(R)に設定し、信号強度がVa未満Vb以上の場合には対応箇所を緑色(G)に設定し、信号強度がVb未満の場合には対応箇所を青色(B)に設定して、RGB画像を生成する。検査領域に欠陥が生じている場合と生じていない場合とにおいて、透過する超音波の強度が異なる。このため、図6Aに示すような包装容器40から得られた受信部28の検出信号から二次元分布データを生成すると、図6Bに示すような画像110aが生成される。すなわち、包装容器40の周縁部41の接合箇所401の中で接合が十分に行われている部分は、検出信号が所定値以上になるので緑色(G)となる。隙間402に対応する部分の画像111は、検出信号が弱くなるので青色(B)となる。
 このような欠陥の有無は、緑色となる幅方向の長さが基準値以下か否かにより判定できる。つまり、図6Bに示すように、検査領域の画像中で緑色(G)となる部分(信号強度が第1範囲(Va~Vb)にある)の幅方向の長さを計測すると、隙間402が発生していない部分では幅方向の長さLaは基準値Lth(第1の基準値)以上であるが(La≧Lth)、隙間402が発生している部分の画像111では幅方向の長さLbは基準値Lth未満となる(Lb<Lth)。このことから、特定色(例えば緑色)の部分を幅方向にカウントし、このカウント値と基準値Lthとを比較することで、良否判定を行うことができる。すなわち、この例では、緑色の部分の幅方向のカウント値が基準値Lth以下となった場合に、不良と判定できる。
 なお、上述の説明では、緑色(G)の領域に属するポイント数を幅方向にカウントし、このカウント値に基づいて良否判定を行っているが、本開示はこのような例示に限定されない。例えば、青色(B)の領域に属するポイント数を幅方向にカウントし、このカウント値に基づいて良否判定を行っても良い。この場合、青色(B)の部分の幅方向のカウント値が基準値以上となった場合に、品質が不良と判定できる。
 また、特定色のポイントの数を利用して計測した幅方向の長さを基準値と比較する場合、同一列にある特定色のポイント数すべてをカウントする場合と、同一列にある特定色の中で連続しているポイント数だけをカウントする場合とが考えられる。同一列にある特定色の中で連続しているポイント数だけをカウントすることで、接合箇所401の中に生じた欠陥を検出できる。
 このように、シール幅チェックを行うことで、接合箇所401に隙間402が生じてしまったような欠陥を検出できる。その他、接合箇所401の幅方向において全体的に狭くなっている場合や、接合箇所401に著しい不良箇所があるような場合にも、シール幅チェックを行うことで、接合箇所401の欠陥が検出できる。
 次に、面積チェックについて説明する。面積チェックは、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像の中で、判定対象エリアを設定し、判定対象エリア内での特定色に属するポイントのカウント値の総数から、包装容器40の接合状態の品質が良いか否かを判定する。面積チェックでは、以下にフローチャートで示すような処理が行われる。
 図7は、本実施形態における面積チェックでの処理を示すフローチャートである。
 (ステップS201)信号制御部23は、送信部26により包装容器40の検査領域に超音波を送信させ、受信部28からの検出信号を取得する。前述したように、受信部28からは、一次元または二次元に配列された各超音波センサの検出信号がラインごとにスキャンして読み出される。
 (ステップS202)信号制御部23は、受信部28の各センサの検出信号の信号強度に応じて色を設定して、二次元分布データを生成する。この例では、図5に示したように、信号強度がVa以上の場合には赤色に設定し、信号強度がVa未満かつVb以上の場合には緑色に設定し、信号強度がVb未満の場合には青色に設定して、RGBからなる二次元分布データの画像を生成している。
 (ステップS203)信号制御部23は、判定対象エリアを設定し、判定対象エリア内にある特定色のポイントの個数をカウントする。
 (ステップS204)信号制御部23は、判定対象エリア内にある特定色の部分のポイントの個数と、基準値とを比較して、品質が良いか否かを判定する。
 図8A及び図8Bは、面積チェックの説明図である。図8Aに示すように、接合部分は、幅方向における接合箇所401の幅が幅方向における半分以下程度であり、このような幅が狭い接合部分が長さ方向に亘って全体的に広がっている。そのため、周縁部41においては、全体的に接合が不十分である。面積チェックでは、判定対象エリアの中の特定色(例えば緑色(G))の部分の面積により良否判定を行っている。
 具体的には、図8Aに示すような包装容器40から二次元分布データを生成し、超音波画像表示エリア101の画像110bを表示させると、図8Bに示すような超音波画像表示エリア101の画像110bが表示される。図8Bに示すように、面積チェックの処理では、判定対象エリアARを設定し、この判定対象エリアARの中の緑色(G)の領域(信号強度がVa未満Vb以上の部分)のポイント数をカウントし、その画素の個数を基準値(第2の基準値)と比較する処理が行われる。そして、判定対象エリアARの中の緑色(G)の領域内のポイント個数と、基準値との比較結果に基づいて、品質が良いか否かが判定される。例えば、判定対象エリアAR中の緑色(G)の領域のポイント数が基準値以上なら良品と判定し、カウント値のポイント数が基準値未満なら不良と判定できる。
 面積チェックにおける良品として許容できる限度は、基準値の設定値を変えることで、設定することができる。
 また、判定対象エリアARは、予め決められたエリアであってもよい。より具体的に、判定対象エリアARの領域のサイズは、予め決められたサイズであっても良い。判定対象エリアARが設定される位置は、検査領域のうち予め決められた位置に設定されても良い。また、判定対象エリアARの大きさや位置を変更しても良い。また、包装容器40は、常に同じ位置に置かれるとは限らない。包装容器40の位置がずれると、検査中の接合箇所401に対する判定対象エリアARの位置が動くことになる。そこで、包装容器40の位置に追従させて、判定対象エリアARの位置を動かすようにしても良い。
 なお、この例では、判定対象エリアAR内の緑色(G)の領域に属するポイント数をカウントし、そのポイント数を基準値と比較しているが、判定対象エリアAR内の青色(B)に属するポイントをカウントしても良い。この場合、判定対象エリアAR内の青色(B)に属するポイント数と基準値とを比較し、ポイント数が基準値以上なら、不良と判定することができる。
 また、面積チェックは、判定対象エリアの設定により各種の欠陥を検出できる。このことについて、以下に説明する。
 図9A及び図9Bは、判定対象エリアの設定の説明図である。例えば、図9Aに示すように、包装容器40の周縁部41を接合した際に、周縁部41の接合箇所401に、汁等の食品具材が入り込み、気泡による不良箇所410が生じることが想定される。このような欠陥は、判定対象エリアARを適宜設定して、その判定対象エリアAR内での特定の色となる部分の面積を判定することで、検出することができる。
 すなわち、不良箇所410が生じている包装容器40から二次元分布データを生成し、超音波画像表示エリア101の画像110cを表示させると、図9Bに示すように、周縁部41の接合箇所401は殆ど緑色(G)となる。他方で、図9Bに示すように、不良箇所410に相当する画像部分112では青色(B)となる。このことから、面積チェックでは、緑色(G)に属する領域の中に青色(B)となっている領域があるかを検出し、緑色(G)に属する領域の中に青色(B)となっている領域を判定対象エリアARとして設定し、この判定対象エリアAR内の青色(B)の領域に属するポイント数をカウントする処理が行われる。そして、判定対象エリアAR内の青色(B)の領域に属するポイントの個数と基準値とが比較され、この比較結果に応じて良否判定が行われる。緑色(G)に属する領域の中に青色(B)に属する領域を判定対象エリアARとして設定し、この判定対象エリアAR内の青色(B)の領域に属するポイントをカウントした場合、そのカウント値が不良箇所410の面積に対応する。したがって、判定対象エリアAR内の青色(B)の領域に属するポイントの個数が基準値より大きければ、大きな面積の不良箇所410が発生しており、不良品であると判定できる。
 次に、相関チェックについて説明する。相関チェックは、見本となる良品の包装容器の二次元分布データと検査結果を表す二次元分布データとの相関を用いて、包装容器40の接合状態の品質が良いか否かを判定する。相関チェックでは、以下にフローチャートで示すような処理が行われる。
 図10は、本実施形態における相関チェックでの処理を示すフローチャートである。
 (ステップS301)信号制御部23は、送信部26により包装容器40の接合箇所401に超音波を送信させ、受信部28からの検出信号を取得する。前述したように、受信部28からは、一次元または二次元に配列された各超音波センサの検出信号がラインごとにスキャンして読み出される。
 (ステップS302)信号制御部23は、受信部28の各センサの検出信号の信号強度に応じて色を設定して、二次元分布データを生成する。この例では、図5に示したように、信号強度がVa以上の場合には対応箇所を赤色(R)に設定し、信号強度がVa未満Vb以上の場合には対応箇所を緑色(G)に設定し、信号強度がVb未満の場合には対応箇所を青色(B)に設定して、二次元分布データを生成している。
 (ステップS303)信号制御部23は、リファレンスデータの画像を読み出し、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像とリファレンスデータの画像との相関を判定する。
 (ステップS304)信号制御部23は、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像とリファレンスデータの画像との相関値に基づいて、接合箇所401の品質が良いか否かを判定する。
 図11A及び図11Bは、相関チェックの説明図である。本実施形態における超音波検査システム1では、各種の製品毎の良否検査が行われる。相関チェックでは、図11Aに示すように、製品毎の良品の包装容器40aが予め見本として用意される。そして、この見本となる良品の包装容器40aの周縁部41aの接合部401aを用いて、図11Bに示すように、良品のときのリファレンスパターンの二次元分布データの画像110dが予め生成されて保存される。
 相関チェックでは、信号制御部23は、このリファレンスパターンの二次元分布データの画像110dを読み出し、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像と、リファレンスパターンの二次元分布データの画像110dとの相関を求める。そして、信号制御部23は、相関値が大きければ良品と判定する。
 相関チェックにおける判定は、例えばリファレンスパターンの二次元分布データの画像110dに対して、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像を相対的に上下方向、左右方向にずらしながら、リファレンスパターンの二次元分布データの画像110dと受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像と対応する位置における画素毎の乗算を行い、これの乗算値の積分することで判定できる。すなわち、リファレンスパターンの二次元分布データの画像110dを受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像に対して相対的に上下方向、左右方向にずらしながら、両者の二次元分布データの画像を対応する位置において画素毎に乗算して積分していくと、両者の二次元分布データのパターンが概ね一致する位置において、大きな積分値が得られる。これに対して、相関が低い場合には、リファレンスパターンの二次元分布データの画像を、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像に対して相対的に上下方向、左右方向にずらしながら、両者の二次元分布データの画像を対応する位置において画素毎に乗算して積分していっても、両者の二次元分布データのパターンが殆ど一致しないため、大きな積分値は得られない。
 なお、上述の例では、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像とリファレンスパターンの画像との相関を求めているが、本開示はこのような例に限定されない。例えば、生成された二次元分布データの画像のヒストグラムとリファレンスパターンの画像のヒストグラムとの相関を求めるようにしても良い。ヒストグラムとの相関を求めると、更に、各種の欠陥を検出できる。
 図12は、本実施形態における相関チェックでヒストグラムの相関を求める場合の処理を示すフローチャートである。
 (ステップS401)信号制御部23は、送信部26により包装容器40の検査領域に超音波を送信させ、受信部28からの検出信号を取得する。前述したように、受信部28からは、一次元または二次元に配列された各超音波センサの検出信号がラインごとにスキャンして読み出される。
 (ステップS402)信号制御部23は、受信部28の各センサの検出信号から得られた二次元分布データの画像から、信号強度に応じたヒストグラムを生成する。
 (ステップS403)信号制御部23は、予め用意されているリファレンスデータの画像のヒストグラムを読み出し、生成された二次元分布データの画像のヒストグラムと、リファレンスデータの画像のヒストグラムとの相関を算出する。
 (ステップS404)信号制御部23は、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像のヒストグラムと、リファレンスデータの画像のヒストグラムの相関値に基づいて、接合箇所401の品質が良いか否かを判定する。
 図13A、図13B及び図13Cは、ヒストグラムの相関を用いた良否判定の説明図である。図13Aに示すように、包装容器40bの周縁部41bを接合した際に、接合箇所401bの部分の溶着の度合いが過剰であり、良品と判定することができる溶着の度合いを超えている場合が想定される。このような欠陥は、リファレンスパターンのヒストグラムとの相関を用いることで検出できる。
 すなわち、包装容器40bとして、ある素材が用いられる場合、通常では、接合箇所の部分の溶着では材料の繊維成分が残っている。これに対して、接合箇所の部分の溶着が過剰の場合には、材料の繊維が溶け出していると考えられる。材料の繊維成分が残っている場合と、材料の繊維が溶け出している場合とでは、超音波の透過率は異なってくる。このことから、通常の接合箇所と、溶着が過剰な接合箇所とでは、受信部28の検出信号から得られる二次元分布データの画像のヒストグラムは異なってくる。例えば、図11Aで示した見本となる包装容器40aの接合部401aでは、受信部28からの信号の二次元分布データの画像のヒストグラムは、図13Bに示すようなものとなるとする。これに対して、図13Aで示す溶着が過剰な包装容器40bの周縁部41bにおける接合箇所401bでは、受信部28からの信号の二次元分布データの画像のヒストグラムは、図13Cに示すようなものとなるとする。なお、図13B及び図13Cにおいて、横軸は信号レベルを示し、縦軸は度数を示す。
 この例では、前述したように、品質の良い包装容器(基準となる基準対象)40aが予め見本として用意される。そして、この見本となる良品の包装容器40aを用いて、図13Bに示すようなリファレンスパターンの二次元分布データのヒストグラムが予め生成されて保存される。
 リファレンスデータのヒストグラムの相関を用いた良否判定では、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データの画像のヒストグラムと、図13Bに示したような見本となる包装容器40aのリファレンスパターンの画像のヒストグラムとの相関を求め、この相関値が大きければ良品と判定するような処理が行われる。
 以上のように、相関チェックでは、様々な形態の欠陥を検出して、接合部の品質が良いか否か判定をできる。また、リファレンスデータのヒストグラムの相関を検出すると、接合箇所の部分の溶着が過剰であるような欠陥を検出できる。更に、機械学習を用いると、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データから、各種の欠陥を検出できる。
 すなわち、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データから接合箇所の品質が良いか否かを判定するモデルが作成され、良品のリファレンスパターンを教師データとして、このモデルの学習(例えば機械学習)が行われる。そして、信号制御部23は、この学習済モデルに、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データを入力することで、接合箇所の品質が良いか否かを判定した判定結果を得ることができる。
 また、学習済みモデルを得る場合、良品と判定された検査結果における二次元分布データを複数収集し、これら二次元分布データを教師データとして学習させることで学習済みモデルを生成するようにしてもよい。そして、良品と判定された二次元分布データ(基準二次元分布データ)を学習した学習済みモデルを用いて、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データにおいて、接合箇所の品質が良いか否かを判定した判定結果を得ることができる。
 これら学習済みモデルを用いて良否判定をする場合、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データと学習済みモデルに基づく二次元分布データとの相関または、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データと学習済みモデルに基づく二次元分布データとのヒストグラムの関係に基づいて判定してもよい。
 上述のように、本実施形態に係る超音波検査システム1では、シール幅チェックと、面積チェックと、相関チェックとが行われる。制御部22は、これらの中の少なくとも1つの判定結果を基に、総合的な良否判定を行い、表示装置10によりユーザに知らせることができる。
 図14は、実施形態における超音波検査システム1での良否判定処理を示すフローチャートである。
 (ステップS501)制御部22は、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データから生成された画像を表示装置10に表示する。
 (ステップS502)信号制御部23は、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データを用いて、シール幅チェックを行い、結果を制御部22に送る。
 (ステップS503)制御部22は、シール幅チェックの検査結果を表示装置10に表示する。
 (ステップS504)信号制御部23は、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データを用いて、面積チェックを行い、結果を制御部22に送る。
 (ステップS505)制御部22は、面積チェックの検査結果を表示装置10に表示する。
 (ステップS506)信号制御部23は、受信部28の検出信号から生成された二次元分布データを用いて、相関チェックを行い、結果を制御部22に送る。
 (ステップS507)制御部22は、相関チェックの検査結果を表示装置10に表示する。
 (ステップS508)信号制御部23は、シール幅チェックの結果と、面積チェックの結果と、相関チェックの結果の中の少なくとも1つの判定結果を基に、総合的な良否判定を行い、制御部22はその総合判定結果を表示装置10に表示する。
 以上のように、本実施形態に係る超音波検査システム1では、シール幅チェックと、面積チェックと、相関チェックとが行われ、これらのチェック結果から、総合的な良否判定が行われる。そして、図2に示したように、表示装置10の表示画面には、検査中の二次元分布データによる画像(超音波画像表示エリア101)とともに、シール幅チェックと、面積チェックと、相関チェックの検査項目と検査結果(判定結果103a~103c、総合判定結果103d)が表示される。本実施形態では、シール幅チェックの結果と、面積チェックの結果と、相関チェックの結果との組み合わせから、総合的な良否判定を行うことから、信頼性の高い良否判定が行える。また、シール幅チェックの判定結果103aと、面積チェックの判定結果103bと、相関チェックの判定結果103cとが表示されることから、ユーザは、どのような要因から良否判定が行われたかを把握することができ、良否判定に対する対処が容易である。
 なお、総合的な判定は、シール幅チェック結果と、面積チェック結果と、相関チェックとの3つの判定結果のうち、少なくとも1つの判定結果を用いれば良い。また、これら3つの判定結果にそれぞれ重み係数を割り付け、これら3つの判定結果の重み付け加算により評価値を計算して、総合的な良否判定を行うようにしても良い。
 また、上述の例では、包装容器40は、レトルトパウチ等の包装容器であるが、電池パックを検査対象物としても良い。
 検査対象物がリチウムイオン電池である場合、超音波発生部から照射されて検査対象物を透過するバースト波の強度は、照射方向における検査対象物(リチウムイオン電池)の音響インピーダンスの差の有無に応じて異なる。リチウムイオン電池の場合、電池内の電解質に気泡が発生した際、電解質と気泡との音響インピーダンスの差が大きい(強度が高い)ため、バースト波が電解質と気泡との界面において反射される。すなわち、電解質と気泡との音響インピーダンスの差分が大きいため、バースト波の照射面積に対して、気泡の断面積が大きくなることにより、リチウムイオン電池の電解質と気泡との界面が広がる。この結果、電解質と気泡との界面で反射することで遮蔽されるバースト波の割合が上昇し、透過されるバースト波の割合は低下する。
 この実施形態においては、測定点におけるバースト波の照射面積に対する、音響インピーダンスが大きく異なる層同士(例えば、電解質と気泡との各々の層)の界面の重なる割合を、音響インピーダンスの強度とする。ここで、検査対象物に対する超音波の透過率は、音響インピーダンスの強度に対応している。音響インピーダンスの強度が大きければ透過率は減少し、音響インピーダンスの強度が小さければ透過率は増加する。透過率が低いほど、受信強度が低い値となる。透過率が大きいほど、受信強度が高い値となる。
 本開示のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、開示の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、開示の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された開示とその均等の範囲に含まれるものである。
 本開示は、検査方法及び検査装置に適用してもよい。
1…超音波検査システム
20…超音波検査装置
26…送信部
28…受信部
40…包装容器
41…周縁部

Claims (10)

  1.  検査対象の検査領域に含まれ第一および第二方向に沿って並ぶ複数の位置にそれぞれ対応し、それぞれが前記検査領域に照射された超音波の受信に応じた信号の強度を示す複数の信号強度を取得し、
     前記複数の位置と前記複数の信号強度との関係を表す二次元分布データを生成し、
     前記二次元分布データを用いて、前記複数の位置のうち、前記第二方向に沿って並び、かつ第1範囲に含まれる強度を示す前記信号強度に対応付けられている位置の個数をカウントし、
     前記カウントされた結果と第1基準値との比較結果に基づいて、前記検査対象の品質を判定する
     ことを含む検査方法。
  2.  検査対象の検査領域に含まれ第一および第二方向に沿って並ぶ複数の位置にそれぞれ対応し、それぞれが前記検査領域に照射された超音波の受信に応じた信号の強度を示す複数の信号強度を取得し、
     前記複数の位置と前記複数の信号強度との関係を表す二次元分布データを生成し、
     前記二次元分布データを用いて、前記複数の位置のうち、判定対象エリアに含まれ、かつ第1範囲に含まれる強度を示す前記信号強度に対応付けられている位置の個数をカウントし、
     前記カウントされた結果と第2基準値との比較結果に基づいて、前記検査対象の品質を判定する
     ことを含む検査方法。
  3.  前記判定対象エリアは、予め決められたエリアである請求項2に記載の検査方法。
  4.  検査対象の検査領域に含まれ第一および第二方向に沿って並ぶ複数の位置にそれぞれ対応し、それぞれが前記検査領域に照射された超音波の受信に応じた信号の強度を示す複数の信号強度を取得し、
     前記複数の位置と前記複数の信号強度との関係を表す二次元分布データを生成し、
     前記二次元分布データと、基準となる基準対象を用いて生成された基準二次元分布データを学習することにより生成された学習済みモデルに基づいて前記検査対象の品質を判定する
     ことを含む検査方法。
  5.  前記二次元分布データと前記基準二次元分布データとの相関に基づいて前記検査対象の品質を判定する請求項4に記載の検査方法。
  6.  前記二次元分布データのヒストグラムと前記基準二次元分布データのヒストグラムとの関係から、前記検査対象の品質を判定する請求項4に記載の検査方法。
  7.  前記学習済みモデルは、前記基準二次元分布データを教師データとして機械学習を行うことで得られた学習済みモデルである請求項4に記載の検査方法。
  8.  請求項1から請求項7のうち少なくともいずれか1つの検査方法に基づく検査項目と、その検査項目の結果と、前記二次元分布データと、を表示装置に表示する
     ことを含む検査方法。
  9.  前記第一方向は、前記検査領域の長さ方向であり、
     前記第二方向は、前記検査領域の長さ方向と直交する前記検査領域の幅方向である、
     請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の検査方法。
  10.  請求項1から請求項9のうちいずれか1項に記載の検査方法を実行する検査装置。
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