食品検査が"3D"で変わる | マシンビジョン大全｜FA（ファクトリーオートメーション）用途で活用する事例を紹介するウェブメディア | マシンビジョン大全

点から面そして立体へと測定技術は進化している。ジック社はいち早く、実ラインで運用可能な3D計測技術を開発し、食品検査においても多くの適用事例がある。本稿にてその実用例と3Dセンサ製品群を紹介する。

1.食品業界に広がる3D検査

　食品の消費者は、最初に品質の重要な指標として、製品の形状や色に注目する。多くの食品メーカで、高品質な製品を小売店に提供する過程において、様々な検査が実施されている。

たとえば、内容物の体積、面積、寸法、高さ、数量、形状、異物検知、また包装箱の形状なども検査の対象となる。万が一問題があれば、生産プロセスの欠陥を示唆しているといえるかもしれない。

検査を行うためのデバイスとして、光電センサ、距離計、変位センサ（1D）がよく使われている。色の違いやコントラストによって検査を行う2Dカメラも使われるようになってきたが、そこまで久しくはない。

ジック社ではいち早く2D計測技術を取り入れただけでなく、すでに、3D計測製品を数多く提供している。それらは、自動車、タイヤ、物流、エレクトロニクス業界等、様々な分野で使用されている。

食品業界においても次々に導入が始まっており、点から面、面から立体計測する技術が確立されつつある（図1）。

図1　食品検査は点から面そして立体へ

2.何ができる？事例から見る3D計測

では、いったい3D計測で何ができるのだろうか。3D計測は色に影響されず、広範囲で対象物を立体的に捉えることができる。今日までに、距離計や2Dカメラを複数台使用して、何とか対象物の立体を捉えようとする試みはあった。

しかし、コスト高になるだけでなく、システムが複雑になることが多く、敬遠されがちであった。3Dセンサはそのような問題を一気に解決してくれる。次にいくつかの適用事例を示す。

2.1　切り身切断プロセスの最適化
　形状および体積の測定により、肉などの食品における切断プロセスを最適化する（図2）。これにより、廃棄物と切断コストが削減される。

図2　切り身切断のための3D計測

全体の体積値から、どこを切断すれば均等な体積をもった切り身ができるのかを、3Dセンサは瞬時にそれを計算し、カッター制御装置に支持を与えている。

あらゆる形状をもった対象物であっても、最適な切断が実現される。また、ステンレス製ハウジングにより、食品業界の衛生要件に適合し、高い頑健性が要求される洗浄にも耐えられる。さらに、コンパクトなハウジングに加え、画像処理、照明、機能も備えている。

2.2　ペットボトルのキャップ検査
ペットボトルの場所を特定し、キャップが正しく取り付けられていることを確認する（図3）。

図3　ペットボトルのキャップ検査

多数のボトルタイプに対応するために、ボトルの一部を参照高さとして、相対的に高さ測定をすることができる。容器自体がコンベア上でわずかに傾いている場合でも正確な結果が得られる。

また、高さだけではなく、ボトル基準面との水平度を観ることによって、キャップが斜めに取り付けられていても検出することができる。

2.3　ホールケーキの品質検査
　焼きあがったケーキがベルトコンベア上を通過する際に、3D形状を高速に取得する。ケーキにへこみや大きな欠損がなく、高さ、体積、球形、直径が正しいことをチェックする（図4）。

図4　ホールケーキの検査

2.4　焼き菓子
　焼き菓子製品は形状だけでなく、焦げ目の程度を検査する必要がある。生産ライン上で不良製品を除去するために、わずか0.3mmの不良さえも高精度に検出する高速排出システムを開発した。

3D形状だけではなく、色に関するデータが取り込まれ、保存済みの参照サンプルと比較される。これらのデータ取得にはジック社の先端CMOSイメージセンサが搭載されたColorRangerが用いられている（図5）。

図5　3D形状と焦げ目度合いの同時検査

「不適切」と判定され場合は、空気ノズルが作動し、圧縮空気によって不良品がベルトから押し出される。同時に、データ保存および統計的な解析が随時行われ、焼き菓子製品の破損や過剰な焦げ目などの生産時の不良の発見が可能となった。

2.5　ピッキングロボットとの連携
　今日の食品材料のピッキングは、生鮮食品や最終的な包装形態でも、高度な自動化が必要とされている。ピッキング用途における適用可能な範囲を拡大するために、世界的なロボット製造メーカとジックは、製造プロセスにおける製品損傷の減少を実現するソリューションを開発した（図6）。