KR20040094817A - 물체의 겔 상태 또는 졸-겔 상태 변화의 평가 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 물체의 겔 상태나 물체의 졸-겔 상태 변화의 계측 방법을 확립하고, 이와 같은 물체로 이루어지는 제품의 생산 라인상에서의 전수 검사를 용이하게 실시 가능한 자동 검사 시스템을 제공하는 것이다. 상기한 과제는 겔상 물체나 졸-겔 상태 변화를 일으키는 물체에 대해, 코히런트한 광(예를 들면 레이저 광)을 조사하고, 2차원 영상 인식 수단에 의해 결상하는 광산란 관측 시스템에 의해, 상기 물체 표면이나 관측면에 형성된 광선 단면의 결상 또는 스페클 패턴의 상태를 해석하고, 수치화함에 의해, 상기 물체의 겔 상태나 졸로부터 겔로의 상태 변화, 겔로부터 졸로의 상태 변화를 평가함에 의해 해결된다.

Description

물체의 겔 상태 또는 졸-겔 상태 변화의 평가 방법 및 장치{EVALUATION METHOD AND DEVICE FOR GEL STATE OR SOL-GEL STATE CHANGE OF OBJECT}

2차원 광산란 강도로부터 겔화 과정 또는 겔 상태의 관측을 행하는 방법은 몇가지가 알려져 있다. 예를 들면, 비(非)에르고드성(non-ergodicity) 시료의 겔화 과정이나 상태를 관측하는 방법(일본국 특개2000-214086호)이나, 폴리염화비닐의 겔화도 측정 방법(일본국 특개평10-120795호) 등이 있지만, 이들은 박막형상 시료의 투과 산란광의 각도 의존성을 이용하여, 일정한 산란각에 있어서의 휘도 분포를 측정하는 방법이다. 아가로스 겔 생성 과정(오쓰카전자주식회사 홈 페이지 참조, 2002년 3월 15일 검색, http://www.photal.co.jp/product/calls_6_1.htm1)이나 우유의 응유 생성 과정(일본식품공업 학회지 제39권 제 4호 p.309 내지 315) 해석에 관해 광산란법을 이용한 예는 몇가지 개시되어 있다. 그러나, 이들도, 투과 산란광의 각도 의존성에 의한 산란광 강도를 평가하는 것이다.

종래 기술에서는 예를 들면 탁도가 높은 경우나 광 난투과성 또는 두툼한 괴형상의 겔 물체 또는 겔 형성성 졸 물체에 대해서는 거의 광이 침입할 수 없기 때문에, 그 투과 산란광의 각도 의존성은 평가하기 어려웠다. 또한 시료는 박편으로 한정되는 각도 의존성 평가이기 때문에 장치가 복잡화하는 계측에 시간이 걸리고 생산 라인상의 계측이 어려운, 각도의 한정에 따라서는 유용한 정보가 결락되어 버린다는 등의 문제점이 있다.

스페클 패턴(speckle pattern)은 코히런트한 광이 조면(粗面)에 결상할 때, 그 거칠기에 의해, 복잡하게 산란하고, 서로 간섭하는 결과, 난반사하는 광의 공간적 분포로서 휘도가 강한 반점(스페클)이 다수 발생하고, 콘트라스트가 있는 반점모양(이른바 스페클 패턴)을 형성하는 현상이다. 예를 들면, 전분 분산액이나 콜라겐 겔의 구조를 광산란 측정에 의해 해석하는 방법(일본국 특개평7-301602호)에서는 스페클은 노이즈로서 제거되어 있다. 이와 같이 스페클은 과거, 광 등의 전자파나 초음파의 잡음으로서 취급되어 있지만, 근래, 그 응용 계측 기술로서, 변위, 왜곡, 거칠기의 측정에 관해 소개되어 있다(구체적인 예의 기재 없음. 「실용광 키워드 사전」 아사쿠라서점 p.202 내지 203). 또한, 스페클 패턴에 의한 비접촉식의 이동 거리(속도) 측정이나 진동 측정 등에 응용은 다수 고안되어 있다. 또한 물건이나 사람의 인식에 고유한 스페클 패턴을 이용하는 고안도 되어 있다(특개2000-149087호).

한편, 본 발명자들은 앞서 겔상 식품 또는 졸상 식품의 품질 판별법에 관해 개시하고 있는데(일본국 특허출원 번호2001-301653), 투과 반사광의 특정 파장에있어서의 흡광도로부터 품질을 평가하는 분광 흡수법에 의한 방법이다.

또한, 본 발명과 같이, 광의 복잡한 산란과 간섭에 의해 발생하는 조사광의 결상의 형(形) 또는 스페클 패턴을 이용하여, 겔상 물체의 상태나 그 변화의 해석에 이용한 예는 없고, 하물며, 겔상 식품·졸상 식품(예를 들면 두부·두유 등)에 적용한 예는 전혀 없다.

겔상 물체, 예를 들면 겔상 식품의 품질은 일반적으로 물성, 외관(형이나 색), 냄새, 맛을 종합하여 식감(食感)을 평가한다. 특히, 경도나 탄력과 같은 물성이 식감이나 품질 가치에 주는 영향은 크다. 예를 들면, 충전 두부는 냉각 두유와 응고제를 혼합하고, 충전 포장 후, 가열 응고하여 제조되는데, 대두 품질의 변동, 인위적 미스에 의해, 너무 연함, 미응고, 응고 얼룩 등의 불량품이 드물게 발생한다. 그 밖에, 많은 고분자 겔 물체에서도, 같은 문제가 발생하고 있다.

졸-겔 상태 변화를 일으키는 물체는 대부분의 겔 제품의 생산 공정에서, 졸로부터 겔로 변화시키는 공정을 포함하고, 그 과정의 관리는 종래는 작업자의 경험과 감(勘)을 의지하고 있다. 그 과정을 객관적으로 계측할 수 있다면, 품질 관리상, 유용한 정보가 된다. 또한, 졸상 또는 액상 식품(음료)에서, 가공 공정중이나 포장 제품의 보관 중에, 예기치 못한 원인에 의해 겔화(응고)하여 불량품으로 되는 물체가 있다. 역으로, 겔 상태를 형성하고 있던 물체가, 교반, 외력, 가열 등에 의해 졸상으로 되어, 불량품으로 되는 물체도 있다.

가공 제품에서는 출하 전에, 전속의 검사 담당자가 발취 검사(개봉하여 본다)나, 개봉하지 않고 감촉이나 육안에 의해 불량품의 제거를 행하고 있다. 그러나, 사람의 경험과 감에 의지하는 검사로는 인위적인 미스는 피할 수 없다. 이러한 검사에 인건비가 걸리는데다가, 만일, 불량품이 시장에 출하되면, 클레임 문제로 되고, 기업 이미지나 신용의 저하, 고액의 보상금의 청구, 거래 정지 등, 막대한 손해를 입을 위험성이 있다.

식품의 경우, 일상적인 품질 관리에 있어서도, 예방 조치로서 발취 검사에 의해, 파괴 시험이나 시식(試食)을 행하고, 경도나 맛 등의 품질을 체크하지만, 결과가 나올 때까지 시간이 걸리는 검사 누출을 불식할 수 없는 불량 로트 전품을 폐기하는 등의 문제가 있고, 충분하다고는 말할 수 없다.

그러나, 종래의 기술에서는 겔상 물체 또는 졸-겔 상태 변화를 일으키는 물체, 예를 들면 겔상 식품이나 졸상 식품 등의 품질을 비파괴이면서 비접촉이면서 자동적으로 신속 판단하는 염가의 계측 방법은 알려져 있지 않다.

또한, 스페클 패턴이란 「레이저 광과 같은 코히런트한 광으로 조면을 조명한 때, 공간에 콘트라스트가 높은 반점의 모양으로, 조면의 각 점에서 산란된 광이 서로 불규칙한 위상 관계에서 간섭함에 의해 생기는 복잡한 간섭 패턴이다. 」(「광용어 사전」 오움사 p.126 내지 127), 「레이저 광을 종이나 갈은 유리[frosted glass], 벽, 목재, 또한 금속이나 플라스틱의 거칠게 간 면에 쏘이면, 보통으로는 보여지지 않는 반점 형상의 모양이 나타난다. 개개의 반점을 스페클(speckle), 모양을 스페클 모양(speckle pattern)이라고 통상 부르고 있다. 이 모양은 확산면의 각 점에서 산란된 광이, 면의 미시적인 요철에 대응한 불규칙한 위상 관계에서 서로 간섭하기 때문에 생긴다. 」(「광학적 측정 핸드북」 아사쿠라서점 p.234)라고,정의되어 있다.

단, 상기에는「모양의 미세함은 표면의 거칠기 등 면의 미시적인 구조와는 무관계하고, 면상의 조사 스폿의 형태와 크기로 결정되고, 스폿을 좁힐수로 모양은 거칠게 된다. 」, 및 「결상계의 핀트를 확산면으로부터 벗어나게 하면, 상은 흐려지지만, 스페클은 변함없이 명료하다. 」라고 기술되어 있다. (「광학적 측정 핸드북」 아사쿠라서점 p.235)

본 발명은 겔상 물체의 겔 상태 또는 졸-겔 상태의 변화를 일으킬 수 있는 물체에 관해, 2차원 화상 해석 수법을 이용하여, 코히런트한 조사광 단면(斷面)의 결상이나 스페클 패턴을 지표로 하여, 겔 상태나 졸-겔 상태의 변화를 비파괴이면서 비접촉이면서 신속하게 평가하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명 청구항 1 및 실시예 1에 기재된 반사 산란광 2차원 관측 시스템의 설명도(상기 물체의 표면의 결상을 촬영).

도 2는 본 발명 청구항 1 및 실시예 1에 기재된 반사 산란광 2차원 관측 시스템의 설명도(상기 물체의 이면의 결상을 촬영).

도 3은 본 발명 청구항 1에 기재된 투과 산란광 2차원 관측 시스템의 설명도(상기 물체를 투과한 산란광의 이면에서의 결상을 촬영).

도 4는 본 발명 청구항 1 및 실시예 1에 기재된 젤라틴 겔의 경도와 스페클 값(관측치)의 관계 설명도.

도 5는 본 발명 청구항 1 및 실시예 1에 기재된 한천 겔의 경도와 스페클 값(관측치)의 관계 설명도.

도 6은 본 발명 청구항 1 및 실시예 1에 기재된 커피가 들어간 카라기난 겔의 경도와 스페클 값(관측치)의 관계 설명도.

도 7은 본 발명 청구항 1 및 실시예 1에 기재된 난백 겔의 경도와 스페클 값(관측치)의 관계 설명도.

도 8은 본 발명 청구항 1 및 실시예 2에 기재된 충전 두부의 경도와 스페클 값(관측치)의 관계 설명도.

도 9는 본 발명 청구항 2 및 실시예 3에 기재된 포장 상태와 개봉 상태에 의한 핫[뜨거운] 충전 두부의 경도와 스페클 값(관측치)의 관계 설명도.

도 10은 본 발명 청구항 1 및 청구항 2 및 청구항 3 및 실시예 4에 기재된 졸-겔 상태 변화 측정 실시예의 설명도(형틀상자(型箱), 소규모 배치식).

도 11은 본 발명 청구항 1 및 청구항 2 및 청구항 3 및 실시예 4에 기재된 졸-겔 상태 변화 측정 실시예의 설명도(탱크, 대규모 배치식).

도 12는 본 발명 청구항 1 및 청구항 2 및 청구항 3 및 실시예 4에 기재된 졸-겔 상태 변화 측정 실시예의 설명도(배관, 인라인 연속식).

도 13은 본 발명 청구항 1 및 청구항 2 및 청구항 3 및 실시예 4에 기재된 졸-겔 상태 변화 측정 실시예의 설명도(프로브식 센서).

도 14는 본 발명 청구항 3 및 실시예 4에 기재된 겔 형성성 졸상 식품의 겔화 과정이나 겔 상태에 의해 변화하는 스페클 값(관측치)에 관한 설명도.

도 15는 본 발명 청구항 7 및 실시예 7에 기재된 장치의 실시예에 관한 설명도(선형상 광원).

도 16은 본 발명 청구항 7 및 실시예 7에 기재된 장치의 실시예에 관한 설명도(스폿형상 광원의 횡렬 배치).

도 17은 본 발명 청구항 7 및 실시예 7에 기재된 장치의 실시예에 관한 설명도(스폿형상 광원의 2차원 배치).

도 18은 본 발명 청구항 7 및 실시예 7에 기재된 물체의 불균일 부분 검출에 관한 설명도.

도 19는 본 발명 청구항 6 및 실시예 6에 기재된 가진 조건에 의한 충전 두부의 경도와 스페클 값(관측치)의 관계 설명도.

도 20는 본 발명 청구항 1 내지 7 및 실시예 1 내지 7에 기재된 반사 산란광 2차원 관측 시스템을 조립한 검사 장치 시스템의 설명도.

또한, 도면 중의 부호, 1은 물체, 2는 코히런트한 조사광, 3은 광원, 4는 표면 반사 산란광, 5는 투과 반사 산란광, 6은 스페클 패턴, 7은 관측면에서의 결상, 8은 물체면에서의 결상, 9는 2차원 영상 인식 수단, 10은 개구 조리개, 편광 필터, 밴드패스 필터 등의 광학 보조 부품, 11은 집광 렌즈, 확산 렌즈 등의 광학 보조 부품, 12는 푸리에 변환 렌즈, 편광 필터, 밴드패스 필터 등 광학적 변환·제한용 광학 보조 부품, 13은 선형상 또는 스폿형상 등 광축 변환 렌즈나 슬릿판 등 광축 형상 변환·제한용 광학 보조 부품, 14는 교반용 장치, 15는 겔상 물체 또는 졸-겔 상태 변화가 일어날 수 있는 물체 수납 용기(형틀상자(型箱)) 16은 겔상 물체 또는 졸-겔 상태 변화가 일어날 수 있는 물체 수납 용기(탱크), 17은 겔상 물체 또는 졸-겔 상태 변화가 일어날 수 있는 물체 수납 용기(배관), 18은 엿보는 창, 19는 이동 수단, 20은 선형상 조사광의 상, 21은 조사광용 광파이버, 22는 영상광(수광)용 광파이버, 23은 동조 컨베이어, 24는 본체(검출부) 컨베이어, 25는 뿌리치는 컨베이어, 26은 조작·제어반, 27은 뿌리치는 장치, θ1은 입사각(입사광축과 피 대상물의 조사 개소의 접면상의 수직선, 이른바 법선과 이루는 각도), θ2는 반사(투과)각(수광 광축의, 피 대상물의 반사 개소의 접면상의 수직선, 이른바 법선과 이루는 각도), A는 콘트라스트가 강한 스페클 패턴 (딱딱한)부분, B는 콘트라스트가 약한 스페클 패턴 (연한)부분.

본 발명의 과제는 물체의 겔 상태나 물체의 졸-겔 상태 변화에 관해, 비파괴이면서 비접촉식의 계측 방법을 확립하고, 상기한 바와 같은 가공 제품(포장 제품이나 생산 공정중의 중간 제품도 포함한다.)의 품질 관리상의 문제점을 해결하고, 생산 라인상에서 전수 검사를 용이하며 염가로 실시하는 것이 가능한, 신속한 자동 검사 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 실제로, 겔상 물체나 졸-겔 상태 변화를 일으키는 물체에 대해, 코히런트한 광에 의한 반사형 또는 투과형 산란광의 2차원 관측법을 적용하고, 다양한 조건을 검토한 결과, 조사광 단면의 결상이나 스페클 패턴이, 겔 상태나 졸로부터 겔로의 상태 변화, 겔로부터 졸로의 상태 변화, 농도, 경도, 탄성, 촉감, 식감, 점성, 응고변질 등의 품질을 반영하고 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.

또한 구체적으로 레이저 광 조사광원과, CCD 카메라 등의 2차원 영상 인식 수단과, 이송 수단을 구비하고, 상기 물체면 또는 관측면에 결상하는 레이저 광 단면의 상 또는 스페클 패턴을 2차원 영상으로서 파악하고, 그 화상 데이터를 해석하여, 해당 물체의 상기 품질을 판정하는 실용상 염가이고, 신속한 비접촉·비파괴 자동 계측 시스템을 실현하고, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명은 다음의 (1)부터 (7)로 이루어진다.

(1) 청구항 1에 기재된 물체의 겔 상태나 졸-겔 상태 변화의 평가 방법은 코히런트한 광으로 조사된, 겔상 또는 겔 형성성 졸상의 물체를, 2차원 영상 인식 수단에 의해 관측하는 산란광 관측 시스템에 있어서, 결상면에서 형성되는 광선 단면의 상태(형상이나 농담 등) 또는 스페클 패턴의 상태(콘트라스트, 농담, 퍼짐 등)로부터, 해당 물체의 겔 상태 또는 졸-겔 상태 변화에 관해 평가하는 것을 특징으로 한다.

상기 물체에 코히런트한 광(간섭 가능한 광. 위상, 파장, 진폭 등이 정돈된 광), 예를 들면 레이저 광선을 조사하면, 해당 물체가 반투명부터 불투명하면 입사측의 표면, 또는 투명부터 투명에 가까운 반투명이면 물체 이면에 배설한 불투명성 부재면(입사의 반대측)에, 조사광의 반사(또는 투과) 산란이 일어나고, 조사광의 상이 생기고, 또한 그 상을 관측하는 2차원 영상 인식 수단의 관측면에도 결상한다. 2차원 영상 인식 수단 앞에서, 개구 조리개나 초점 등의 조정에 의해서는 상기 물체면이나 상기 관측면 전후의 공간에 있어서의 광을 결상할 수 있다. 이들 결상면, 특히 광선 단면의 상 내나 그 주변에는 물체의 표면의 요철이나 내부의 소밀(粗密), 망목(網目) 구조 등에 의해 복잡한 반사할 때의 광로차나 방향, 파장(주파수), 위상 등이 미묘하게 변화한 결과, 광의 간섭에 의해 휘도가 강한 반점(스페클)이 발생하고, 불규칙한 명암 모양(스페클 패턴)이 나타난다. 이들의 광의 결상 상태(형상, 선명도, 휘도, 농담, 명암 등)나 스페클 패턴의 상태(형상, 휘도의 강도의 분포, 농담, 명암, 콘트라스트, 선명도, 퍼짐 등)를, 2차원 영상으로 검출할 수 있는 영상 인식 수단, 예를 들면 육안이나 CCD 카메라 등으로 인식한다. 바람직하게는 산란광 강도의 2차원 분포 영상의 화상 데이터를 화상 처리(2치화, 에지 처리, 무빙 처리 등)나, 패턴 인식(예를 들면, 뉴럴 네트워크의 이용)이나 상대적인 패턴 비교(예를 들면, 미소한 시간차로 경시적으로 얻어진 2개 이상의 화상에 있어서의, 패턴의 일치도나 그 2차원 분포의 각 화소의 강도 변화도)나, 합계치, 평균치, 분산치 등의 통계 해석 처리, 1차미분이나 2차미분 등의 다차미분, 적분, 사칙연산, 대수(對數)화, 푸리에 변환 등의 연산 처리하여, 수치화(이하, 「스페클 값」이라고 한다)한다. 특히 스페클 패턴의 콘트라스트는 다차미분 처리(예를 들면 1차미분이나 2차미분 처리)에 의해 효과적으로 표현할 수 있다. 또한 상기 스페클값으로부터, 미리 상관 관계가 인정된 인자 사이에서 성립되는 관계식을 이용하여, 해당 물체의 겔 상태(뜨개물 코 구조의 소밀, 경도, 보수성 등)나 졸-겔 상태 변화(예를 들면 단백질 등 고분자의 겔화 과정이나 졸화 과정 등)에 관한 정보를 얻을 수 있다.

본 발명의 반사(또는 투과)광 산란에 의한 스페클 패턴의 발생 원리는 다음과 같이 생각된다. 상기한 바와 같이 2차원으로 관찰되는 반사(또는 투과) 산란광은 일부의 광이 상기 물체의 상태(콜로이드상 액상, 미소한 뜨개물 코 구조, 거친 뜨개물 코 구조 등)에 의해 복잡하게 난반사하는 표면 반사광과, 일부의 광(특히가시광선의 장파장측 0.6㎛ 이상 내지 근적외선)이 상기 물체 내부에 깊게 침투하고, 상기 물체의 상태(개재(介在)하는 부재의 상태도 포함한다)에 의해 산란, 반사, 굴절, 편광, 회절, 흡수, 확산 등을 복잡하게 반복하면서, 재차 표면(또는 이면, 측면)으로 비산하는 투과 반사 산란광으로 이루어진다. 이들의 산란광은 진행 방향의 변화(각도 의존성에 의한다), 위상의 변화, 산란광량의 변화, 파장(진동수)의 변화 등을 일으키고, 서로 간섭한다. 그 결과, 상기 물체 표면(이면)이나 관측면에 형성하는 광의 결상 내나 그 주변에, 반점형상으로 휘도가 강한 부분(스페클)이 나타난다. 그 콘트라스트나 농담, 명암, 퍼짐, 각 스페클의 크기 등이, 상기 물체의 품질(내부의 겔 구조나 콜로이드 상태나 그러한 흔들림, 등)에 의해 변화하는 것이라고 생각된다. 딱딱한 겔에서는 겔 구조는 구속된 상태로 안정된 스페클 패턴을 얻을 수 있지만, 연한 겔이나 액상의 구조에서는 완만한 상태로 스페클 패턴은 변화하기 쉽고, 같은 노광시간(예를 들면, 셔터 스피드 개방 내지 1/10,000)으로 비교하면, 전자는 명료한 화상, 후자는 다중 노광으로 되어 불명료한 화상으로 되기 때문에, 식별할 수 있다.

또한, 본 발명에서 이용하는 관측 시스템은 어느 입사각(θ1)으로 입사한 조사광을, 어느 각도(θ2)로 반사(투과)한 광을 관측하는 시스템으로서, 특히 θ1이나 θ2는 한정되지 않는다. 본 발명에서는 종래와 같이 다양한 산란 각도로 확산한 광을, 어느 산란 각도에 있어서의 산란 강도(휘도)로 제한(추출)하는 것이 아니라, 어느 관측 방향에서 보아 광범위한 산란 각도에 의해 폭넓게 형성된 결상 전체면을, 관측하는 방법이다. 종래와 같은 일정한 산란각으로 제한하는 방법에서는 열흔들림, 구조적 흔들림, 구조의 불균일성, 외란적 진동 등에 의한 영향을 받기 쉽고, 유용한 정보를 결락시켜 버려서, 실제의 생산 공장에서 실시함에 있어서, 불안정하면서 불편한 계측이였다. 이에 대해, 본 발명에서는 광범위한 산란 각도에 의해 폭넓게 형성하는 휘도 분포 전체면을 한번에 관측하기 때문에, 산란 각도나 산란 방향의 다소의 혼란에는 영향을 받기 어려운 점이나, 최적의 산란각을 찾을(주사할) 필요가 없는데다가, 정확한 초점 조정이 불필요하여, 어떠한 대상에도 곧바로 적용하기 쉬운 점이 특징이다. 다성분 혼합계의 물체, 얼룩이 있는 물체나 성분 분리가 생기는 물체, 연하여 비뚤어지기 쉬운 재질, 형상의 물체 등의 불균일성을 예측할 수 있는 물체에는 유효한 방법이다.

또한, 2개 이상의 코히런트한 광을 물체에 조사함에 의해, 포장 재료의 영향을 공제하거나, 스페클 현상을 증폭 또는 명료화하는 방법도 유효하다. 상기 2개 이상의 코히런트한 광은 성질(파장이나 출력 등)이 동일하거나 또는 다른 광원을 2개 이상 마련하던지, 광원의 광로에 하프패스 미러 등의 광학분할기를 마련하여 2개 이상의 광선으로 하여 조사한다. 예를 들면 물체의 동일 위치에 적당한 입사각으로 조사시킴에 의해, 스페클 값이 보다 명료하게 되고 안정된다.

본 발명을 적용할 수 있는 겔상 물체란, 물, 기름, 유기용제나 공기를 분산매로 하고, 단백질이나 다당류나 수지 등의 고분자를 분산질 또는 용질로 하는 물체로서, 최종 상태가 고체 또는 겔상인 물체를 말한다. 예를 들면 식품, 화장품, 의약품, 무기질 겔, 수지 등의 공업 제품, 생체 조직, 농수산물, 액정 등의 분야에서, 다양한 재질로 이루어지는데, 일반적으로 고분자가 3차원의 망목 모양 또는 벌집 모양과 같은 스펀지상 구조(공극은 예를 들면 0.001 내지 수십㎛의 공간에 용매를 유지한 상태)를 형성하고, 고체화(또는 결정화)한 것이다. 일견 매끈매끈한 표면은 내부 구조 마찬가지로 미시적으로는 조면이라고 말할 수 있다. 상기 물체의 겔 망목 공극이 조사광파장의 8분의1 이상 내지 10배 정도(바람직하게는 1 내지 2배)이면, 조면 또는 거친 망목 상태이고, 본 발명을 적용할 수 있다.

겔상 물체는 예를 들면 한천 겔, 젤라틴 겔, 두부, 곤약 등의 겔상 식품, 겔상 정발재료나 립스틱, 고분자 흡수 시트, 콜라겐 겔 등의 화장품, 연고, 젤리 상태 크림, 정형용 실리콘 겔 등의 의약·의료품, 실리카 겔이나 토양 등의 무기질 겔, 수지계 겔(폴리프로필렌 수지(PP), 폴리에틸렌 수지(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리카보네이트 수지, 폴리염화비닐 수지(PVC), 염화비닐리덴 수지(PVDC), 폴리에스테르 수지(PET), 불소 수지, 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 폴리아미드 수지(PA), 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 멜라민 수지(MF), 페놀 수지(PF), 우레아 수지(UF), ABS 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리술폰 수지, 폴리페닐렌술파이드 수지, 포리에테르이미드 수지, 옥시벤조일폴리에스테르 수지, 폴리 유산 수지 등의 생분해성 플라스틱류, 천연고무, 합성고무, 이들의 복합재, 발포재 등)로 이루어지는 플라스틱 제품이나 타이어 등, 옻이나 인공 칠 등이나 그 가공 제품(칠기, 도료 등), 탈취제 지지재, 인체의 안구, 피부나 내장, 뇌 등의 생체 조직, 쌀·대두 등의 곡물, 야채나 과일, 해초, 어패류, 식육 등의 농수축산물, 피혁제품, 목재 등, 기름 겔화제로 굳힌 유지, 에멀션이나 미셀(마이크로 캡슐) 등이고, 폴리머, 단백질, 다당류, 유지, 계면활성제나 겔화제 등의 고분자가 3차원의 망목 모양 또는 벌집 모양과 같은 스펀지상 구조를 형성하고, 고체화한 것이다. 세포가 다수 집합한 생체 조직이나, 코어셀베이션에 의한 코어셀베이트 등도, 근사적으로 겔 구조라고 간주할 수 있고, 그 형성이나 붕괴에 관해서도 본 발명을 적용할 수 있다.

겔화제란 젤라틴, 한천, 전분이나, 송진, 기름 겔화제(12-히드록시스테아린 산이나 파라핀왁스 등)나 가교 효소(라카제, 트랜스글루타미나아제, 테로시나제 등이나, 역반응이 가교 작용을 나타내는 리파아제, 프로테아제 등) 등의 공업용 첨가물 등, 증점력 또는 겔화력, 3차원 망목 구조나 결정 구조를 형성시키는 작용이 있는 물질로서 특히 한정하지 않는다. 그 밖에, 수지와 같이 가열 냉각에 의해, 졸-겔 전이를 일으키는 물질도 포함된다. 또한 계면활성제와 같이 유지의 결정화에 작용하는 물질, 예를 들면, 폴리글리세린지방산에스테르 등 장대한 분자로, 고급지방산 측쇄를 갖는 유화제도 유지나 에멀션에 작용하여, 근사적으로 3차원 구조나 결정 구조를 형성한다.

졸로부터 겔로 상태 변화를 일으키는 졸상 물체로서는 상기 겔상 물체의 졸상 원재료의 대부분이 해당한다. 또한, 통상은 유동성이나 점성을 갖는 액상(졸상)이고, 가공이나 보존중에 적당한 자극(미생물 증식, 효소 반응, 가열, 냉각, 농축, 건조, 정치, 부패, 응고제 첨가, 광화학 반응 등)에 의해 겔화하는 성질의 졸상 물체도 해당한다. 예를 들면 두유, 조정 두유, 두유 음료, 고농도의 대두단백 용액, 생계란, 난백, 달걀 국물을 붓고 찐 두부요리나 계란찜의 구입 원료액, 우유나 우유 가공 음료, 한천 음료, 생전분액 등의 졸상 식품(음료)이나, 혈액, 용매에 분산된 수지 분말 원료, 전분풀이나 접착제, 기름 겔화제 등인데, 이들로 한정하는 것이 아니다. 예를 들면, 두유나 우유가 응고하는 과정, 빵 반죽이나 어육을 으깬고기가 숙성중에 탄성이 늘어나는 과정 등도 본 발명으로 평가할 수 있는 대상이다.

역으로 상기 겔상 물체로서, 적당한 자극(교반, 외력, 진동, 가열 등)에 의해, 졸상으로 변화하는 상태도 본 발명의 대상이 되는 졸-겔 상태의 변화이다. 틱소트로피 성을 나타내는 물질과 같이, 적당한 자극(교반, 외력, 진동, 가열 등)에 의해, 졸상으로 변화하는 물체로서, 상기 겔상 물체의 일부가 해당한다. 예를 들면, 고농도의 냉각 두유 겔, 대두단백질 겔, 한천 겔, 젤라틴 겔, 펙틴 겔 등을 들 수 있다. 생체 세포 조직의 붕괴나 지진에 의한 액상화 현상을 나타내는 토양도 겔 상태로부터 졸상태로 변화하는 물체라고 말할 수 있다.

또한, 상기 물체의 내부는 균일 조직이고, 표면 또는 표면 부근의 표층 조직이 내부 조직을 대표하고 있는 물체가 바람직하다. 또한 섬유상, 사상(絲狀), 입자상, 괴상 등의 집합체라도 좋다. 상기 물체는 투명(광투과성)하여도, 불투명(광 불투과성)하여도 좋다. 특히, 도 1과 같은 형태에 의해 광투과성이 낮은 반투명부터 불투명 겔에 대해서도 유효하다. 투명한 경우, 투과 산란광을 상기 영상 인식 수단으로 결상시키는데(도 2), 그 투과 산란광의 결상을 할 수 있는 광 불투과성의 부재를 마련하는(도 3) 형태를 취하는 것이 바람직하다. 또한, 그 부재의 표면은 조면이라도 평활한 면라도, 일정하다면, 상대적인 비교가 가능하다.

본 발명의 실시는 상기 겔상 물체나 졸상 물체의 제조 공정이나 유통에 있어서, 원재료 수입(收入)부터, 중간 단계, 포장 공정 전후, 재고 보관중, 수송 전후 등 여하한 공정이나 유통에 있어서의 최종 상태의 제품 또는 그 중간 제품에 적용할 수 있다. 계측시, 해당 대상 물체 또는 영상 인식 수단은 이동(600㎜/sec 이하, 바람직하게는 400 내지 10㎜/sec)하고 있어도 좋지만, 재현성·안정성의 점에서 정지시킨 편이 바람직하다.

상기 물체의 형상은 입방체, 직방체, 원주, 컵형상, 구형상(예를 들면, 풍선 고무와 같은 재질로 포장된 구형상 충전 두부), 입자상, 분체상, 괴상, 판상, 선(면)상, 섬유상, 방사상, 포상(布狀), 필름상, 튜브상, 블로우 용기, 보틀 형상, 스탠딩 파우치 등 형상으로 특히 한정하지 않는다. 포장의 유무도 한정하지 않지만, 포장 제품의 경우, 상면·측면·저면의 어느 한쪽에 적어도, 특정 파장 영역의 광이 일부분이라도 통과할 수 있는 부분을 갖는 포장 재료로 포장한 경우로 한한다.

상기 조사광은 간섭성(코히어런스 성), 단색성, 지향성이 있는 광인 것이 바람직하고, 일반적으로 레이저 광이 최적이다. 특히 코히런트한 광은 반사 각 광선의 위상이나 파장이 복잡하면서 미묘하게 변화하고, 회절, 간섭이나 편광을 일으키기 쉽고, 파장에 따라서는 상기 물체 내부로 침투하고, 콘트라스트가 있는 소반점의 모양(스페클 패턴)을 상기 결상면상에서, 조사광 단면의 상에 겹치던지, 또는 그 주위에 형성한다. 이 스페클 패턴이나 조사광 단면의 상에 의해, 물체의 겔 상태 또는 졸-겔 상태의 정보를 얻을 수 있다.

상기 조사광을 발사하는 광원은 구체적으로는 반도체 레이저(LD, 2파장 이상의 광을 포함하는 경우도 포함한다)가 가장 소형이며 염가이다. 또한 복수의, 파장이 다른 광원을 조합시켜서, 보다 많은 정보를 얻도록 구성하여도 좋다. 그 밖에, 고체 레이저(Nd : YAG, Ti : 사파이어, Nd : 유리 등), 액체 레이저(색소 레이저), 기체 레이저(He : Ne, Ar, 탄산가스, 엑시머 레이저 등)도 이용할 수 있다. 발광 다이오드(LED), 스트라이프형 반도체 레이저(SLD)의 사용도 가능하다. 레이저 발진 방법으로는 연속 레이저나 펄스 레이저라도 좋다.

또한, 상기 광원은 상기 레이저 광원 이외에, 푸리에 변환 렌즈(코히런트 처리)나 밴드패스 필터 등 광학 처리를 조합시킨 수은등, 스트로보 광원, 백색 광원(크세논 램프, 형광등), 태양광, 백열등, 나트륨등, 적외광원(니크롬선 히터, 세라믹 히터, 텅스텐 램프, 텅스텐·할로겐 램프 등)이나 자외선 램프, X선을 발생시키는 레이저 플라즈마 광원 등도 이용할 수 있다.

상기 광원은 광축 단면 형상에 의한 분류로서, 극소 점광원, 점광원의 모임으로 이루어지는 선광원이나 면광원(원형, 타원, 스폿 광원, 사각, 링형상 등)이나 멀티 라인 광원 등을 적용할 수 있다. 그 밖에, 렌즈(요철 렌즈, 푸리에 변환 렌즈 등)나 슬릿판(1개 이상의 선형상 구멍을 갖는)이나 핀홀판(1 이상의 작은 구멍을 갖는), 반사판, (거울 등의 평활한 판이나 금속판 등의 조면의 판 등) 광파이버 등에 의해 광축 단면 형상을 변형, 분산·간섭(예를 들면, 코히런트 성을 부분적으로 갖는 스페클형상의 조사광을 이용하는 등), 제한 또는 전반(傳搬)한 투광 방법도 이용된다. 또한 개구 조리개, ND 필터, 밴드패스 필터, 편광 필터, 간섭 필터 등에 의한 광량의 조정이나 파장·편광 제한이나, 회절격자나 프리즘에 의한 분광을 행하여도 좋다. 그 광축 단면의 형상이나 사이즈는 제품의 조사 면적 미만이라면 특히 한정하지 않는다. 예를 들면, 겔상 식품 또는 겔 형성성 졸상 식품이나 화장품, 등과 같이 작은 형태의 제품에서는 스폿형상 등의 면광원은 0.01 내지 100㎜ 정도가 바람직하고, 1 내지 10㎜ 정도가 최적이다. 또한 선광원도 폭, 길이 함께 특히 한정하지 않지만, 폭 0.1 내지 10㎜, 길이 1㎜ 내지 1m 정도가 실용적이다.

상기 광의 에너지 밀도는 특히 한정하지 않지만, 10W 이하로서 10mW로부터 1W가 적당하다. 상기 물체 내에 침투하기 위해 충분한 출력을 얻고 싶은 경우, 더욱 고출력의 광을 이용한다.

조사광의 파장역은 0.15 내지 0.4㎛(자외 영역), 0.38 내지 0.75㎛(가시 영역), 0.75 내지 2.51㎛(근적외 영역), 2.51 내지 25㎛(중적외 영역), 25 내지 2,000㎛(원적외 영역)의 범위에 있으면 좋다. 단, 분산매(예를 들면 물이나 유기용제 등)나 포장 재료 등, 물체를 구성하는 분산질(고분자 물질 등) 이외의 강한 흡수 파장대는 피하는 편이 바람직하다.

상기 2차원으로 검출하는 영상 인식 수단은 조사광이 가시광선 영역이라면 육안이라도 좋지만, 비가시광 영역의 광인 경우는 적어도, 조사광과 같은 파장역의 광을 촬영할 수 있는 2차원 영상 인식 수단, 예를 들면 CCD(전하 결합 소자) 카메라, MOS형 카메라, TV 카메라, 비디오 카메라, 영상관(비지콘), 이미지 인텐시파이어 등의 이미지 센서나, 사진용 카메라, 디지털 카메라 등을 이용할 수 있다. 또한 서모그래피, 열전대, 초전(焦電) 검출기, 볼로미터 등 적외 검출기도 이용할 수 있다. 그 밖에 포토 다이오드나 포토 멀티플라이어(광전자 배증관) 등을 2차원적으로 배치한 장치도 적용할 수 있다. 또한, 상기 영상 인식 수단은 점형상(핀 포인트,스폿형상 등)이나 선형상(극세 형상이나 폭이 있는 밴드 형상 등)에 한한 영상 인식 수단에 의해하여도 좋고, 이동 수단에 의한 주사나, 여러의 영상 인식 수단에 의해, 전체면 또는 거의 전체면을 관측하도록 구성하여도 좋다.

상기 영상 인식 수단에는 개구 조리개, ND 필터 등에 의한 광량의 조정이나, 셔터 스피드(개방부터 1/20,000까지, 바람직하게는 1/250 내지 1/10,000), 감도 등의 영상 인식 수단의 조정이나, 밴드패스 필터에 의한 파장의 제한이나, 편광 필터에 의한 편광의 제한이나, 푸리에 변환 렌즈 등에 의한 광학 처리나, 회절격자나 프리즘에 의한 분광 처리를 행하여도 좋다. 상기한 바와 같이 다소, 산란 파장의 파장 변화나 편광면의 변화가 있는 경우도 있어서, 폭넓은 광을 수광하는 것이 바람직하다. 또한, 개재하는 부재 표면에서의 난반사를 억제하기 위해, 편광 필터를 이용하는 경우도 있다. 어느것에 있어서도 화상 해석 수법이나 온라인 계측 조건에 의해, 최적의 스페클 패턴을 관측할 수 있도록 선정한다.

상기 스페클 값과 품질 평가치와의 관계식은 미리 모델 데이터를 기초로 작성한 회귀식(최소2승법에 의한 선형 근사식 1차식, 2차식이나 다변량 해석에 의한 다항식, 대수근사식, 누승근사식, 지수근사식, 판별식 등 통계해석수법에 의한다)이나, 교사(敎師) 데이터를 이용하여 작성한 뉴로 컴퓨터의 학습 구조, 퍼지 이론에 의한 논리식, 유전적 알고리즘에 의한 논리식 등을 이용한다. 그 관계식을 이용하여, 조사광의 결상이나 스페클 패턴의 평가치로부터 물체의 성질, 품질치를 구할 수 있다. 또한 생산 라인상에서는 임계치를 마련하여, 불량품을 검지, 제거할 수 있다.

본 발명에 있어서 목적으로 하는 물체의 겔 상태 또는 졸-겔 상태 변화의 판단 기준은 종래의 파괴 시험이나 점도계 등에 의한 물성치나, 형·유동성 등 외관의 주관적 평가치 등 다양하다. 예를 들면, 두부나 달걀 국물을 붓고 찐 두부요리와 같은 겔상 식품(불투명 겔)의 경우, 주로 물성(경도·탄력·보수성, 관능적 식감 등)이, 그 제품 가치를 결정하는 큰 요소이고, 본 발명이 목적으로 하는 주요한 품질이기도 하다. 종래의 물성 측정은 파괴 시험기, 크리프 시험기나 동적 점탄성 측정기 등의 객관적인 물성 시험기나, 시식에 의한 주관적 관능시험에 의해 행하여진다. 보수성은 예를 들면, 원심분리나 자연방치에 의해 줄어들는 비율로부터 평가한다. 그 밖에 외관(형, 중량, 색조, 광택, 결[표면의 감촉] 등) 등을 들 수 있고, 색채 색차계, 광택계도 이용할 수 있다. 이들의 품질은 가열, 교반, 시간, 첨가제 등의 미묘한 가공 조건에 의해 영향받는다. 거의 성분 변화를 수반하지 않고, 예를 들면 단백질의 변성이나 다당류 등의 상호작용(일반적으로 고분자 내의 2차 구조로부터 고차원 구조의 변화나 고분자간의 상호작용, 즉 수소 결합, 이온 결합, 소수(疎水) 결합, SS 결합, 공유 결합 등의 회합이나 전기적 반발)에 의해 형성되는 겔 구조나 성질에 차이가 생긴다. 예를 들면 두부에서는 두유의 응고에 의해 약 0.05 내지 0.1㎛의 대두단백질 미립자가 회합하여 3차원적인 뜨개물 코 구조를 형성하는 점에 관해, 전자현미경 레벨로 관찰되어 있다(「대두와 그 가공1」 다테지마사 p.298, 「식(食)의 과학 No.29(1976년)」 마루노우치 출판 p.43 참조). 그 밖에, 전자현미경에 의해서, 각종 겔의 망목의 공극은 약 0.01 내지 100㎛의 범위인 것이 관찰되어 있다.

(2) 청구항 2에 기재된 물체의 겔 상태나 졸-겔 상태 변화의 평가 방법은 (1)에 기재된 평가 방법에 있어서, 상기 물체가 겔상 식품 또는 겔 형성성 졸상 식품(음료를 포함한다)이고, 그 품질이나 품질 변화를 평가하는 것을 특징으로 한다.

겔상 식품은 예를 들면 두부나 달걀 국물을 붓고 찐 두부요리, 푸딩 등으로서, 단백질이나 다당류 등의 고분자가 3차원의 망목 모양 또는 벌집 모양과 같은 구조를 형성하고, 고체화한 것이다. 겔 형성성 졸상 식품(음료)은 예를 들면 두부나 생계란액, 우유 등으로서, 유동성이나 점성을 갖는 액체이지만, 적당한 자극에 의해 겔화하는 성질의 식품이다. 또한 상기 겔상 식품에는 적당한 자극에 의해, 졸상으로 변화하는 식품, 예를 들면, 요구르트나 고농도의 대두단백질 겔 등도 포함하고 있다.

겔상 식품중, 단백질성 겔상 식품으로는 예를 들면, 견두부(비단결 두부)·충전 두부·목면 두부·엉긴 두부(희릿한 두부) 등의 두부류, 두부 튀김·설튀긴 것·얇게 튀김·초밥 튀김·유뷰 등의 기름튀김류 반죽, 냉동 두부나 그 동결 전후의 반죽, 초밥 튀김·두부 튀김·설튀긴 것·얇게 튀김·유부 등의 기름튀김류, 두부껍질이나 두부껍질 두부, 대두단백질 겔·두유 요구르트, 두유 젤리, 두화, 등의 대두(국산 대두, 수입 대두, 그들의 대두분, 분리 대두단백질 , 농축 대두단백질 등을 포함한다) 가공 식품, 어묵, ·생선살 꼬치구이·튀김어묵·한펜, 어육 소시지 등의 수산 반죽 제품, 달걀 국물을 붓고 찐 두부요리, 삶은 달걀, 푸딩, 계란찜, 메렝게 등의 계란 제품, 치즈·요구르트 등의 생유 가공 제품, 젤라틴이나 햄 소시지 등의 축육 가공 식품, 우동·소면·라면·파스타·생모밀국수(건조모밀국수)·글루텐·빵 반죽이나 소성 빵·비스켓 등의 반죽이나 소성 비스킷 등의 밀 가공 식품, 메밀 반죽, 잼이나 초콜릿, 구미 등의 과자류 등이다. 또한 전분·다당류성 겔(솔)상 식품으로서는 참깨 두부, 곤약이나 곤약 젤리, 우무, 은단 비슷한 담약, 양갱, 전병이나 굴이나 마, 케이크 등의 과자 반죽, 병, 참깨 두부, 살구씨 두부나 두화 등의 겔화제를 사용한 젤리 상태 식품 등이다. 단, 본 발명의 대상이 되는 식품은 이들으로 한정하는 것이 아니다.

겔화제란 젤라틴, 한천, 카드런, 카라기난, 전분, 펙틴, 로커스트빈 껌, 알긴산나트륨 등의 식품 첨가물로서, 증점력 또는 겔화력이 있는 물질로 특히 한정하지 않는다. 그 밖에, 두부는 응고제(간수, 염화 마그네슘, 황산 칼슘, 염화 칼슘, 황산 마그네슘, 글루코노델타락톤)나 유화 응고제(가오제 「마그네스파인 TG」)나 가교 효소(트랜스글루타미나아제 ; 아지노모토제 「액티버」 슈퍼카드)의 수용액을, 곤약은 석회유를, 치즈는 응유 효소(레닛)액을, 요구르트는 유산균 등을 첨가함에 의해, 또한 대두단백질 겔은 5 내지 20% 분리 대두단백질 수분산액을 80℃로 가열함에 의해, 단독으로 겔화를 일으킨다.

(3) 청구항 3에 기재된 물체의 겔 상태나 졸-겔 상태 변화의 평가 방법은 (1) 또는 (2)에 기재된 평가 방법에 있어서, 상기 물체와 상기 2차원광 관측 시스템의 사이에, 조사광을 일부분이라도 투과하는 부재를 사이에 두고 있는 것을 특징으로 한다.

여기서는 예를 들면, 대상인 상기 물체가 포장 재료로 포장된 경우, 탱크에 저장되어 있는 경우, 배관으로 송액되고 있는 경우, 상기 광원이나 상기 2차원 영상 인식 수단이 코팅되어 있는 경우 등으로서, 상기 물체와 상기 2차원광 관측 시스템과의 사이에, 일부분이라도 조사광을 투과하는 부재라면, 특히 한정되지 않는다. 일부분이란, 부재의 일부분, 조사광 파장의 일부분의 파장이나, 조사 광량의 일부분이라는 의미이다. 또한 상기 부재 자체의 겔 구조의 영향도 있지만, 일정 조건이라면, 상대적으로 상기 물체의 상태를 비교할 수 있다. 또한, 부재의 겔 망목 공극이 조사광파장의 8분의 1 이하라면, 거의 무시할 수 있다.

상기한 조사광을 투과하는 부재의 재질은 예를 들면 유리, 석영 유리, 목재, 종이, 폴리프로필렌 수지(PP), 폴리에틸렌 수지(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리카보네이트 수지, 폴리염화비닐 수지(PVC), 염화비닐리덴 수지(PVDC), 폴리에스테르 수지(PET), 불소 수지, 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 폴리아미드 수지(PA), 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 멜라민 수지(MF), 페놀 수지(PF), 우레아 수지(UF), ABS 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리술폰 수지, 폴리페닐렌술파이드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 옥시벤조일폴리에스테르 수지, 폴리 유산(乳酸) 수지 등의 생분해성 플라스틱류, 천연고무, 합성고무, 종이 등의 부재나, 이들의 복합재나 래미네이트재나 FRP재나 섬유, 필름, 판재 등을 들 수 있다.

상기 부재는 엿보는 창, 포장 필름, 포장 재료, 코팅 재료나 일쇄글자 재료로서 이용한다. 본 발명에는 전반용 광파이버, 광학 렌즈, 밴드패스 필터, 편광 필터, 프리즘 등 보조적 광학 부재도 포함된다. 또한, 상기 조사광 투과성의 재료나포장 재료가 식품에 접하는 경우는 식품위생법으로 인정된 재질에 한정된다. 또한 상기 부재의 두께에 의한 제약은 조사광의 강도, 파장 등에 따라 다르지만, 가시광으로부터 파장 2.0㎛에서, 10W 이하의 출력의 조사광으로, 예를 들면 백색 실리콘 고무는 10 내지 30㎜, 투명한 실리콘 고무에서는 100 내지 500㎜ 정도까지는 침투하고 있기 때문에, 수㎜ 이하의 재료라면 채용할 수 있다.

상기 부재가 알루미늄 증착재 등 비광투과성 재료로 포장된 상기 물체의 경우, 본 발명을 실시할 수 없지만, 일부분이라도 광투과성의 부분을 마련함에 의해, 실시 가능해진다. 또한, 일쇄글자 부분, 특히 흑색의 인쇄 부분은 광흡수가 크고, 내부까지 침투하기 어렵지만, 가시광선 이외의 파장역으로, 흑색 인쇄 잉크의 투과 파장을 선택하면, 본 발명을 충분히 적용할 수 있다. 또한, 물체 표면의 거스른 자국이나 튀김색, 착색 등의 영향도, 마찬가지로 그들의 흡수 파장 영역을 피함으로써, 정확하게 포장 식품의 내부의 정보를 얻을 수 있다. 이 점은 비식품계의 상기 물체에 대해서도, 마찬가지이다.

(4) 청구항 4에 기재된 물체의 겔 상태나 졸-겔 상태 변화의 평가 방법은 (1) 또는 (2) 또는 (3)에 기재된 평가 방법에 있어서, 조사광의 파장이, 가시광선(0.38 내지 0.75㎛)으로부터 근적외선(0.75 내지 2.51㎛)의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 같이 가시광선(0.38 내지 0.75㎛)으로부터 근적외선(0.75 내지 2.51㎛)의 광을 조사광에 이용하면, 단순한 표면의 조면뿐만 아니라, 내부까지 침투하여, 보다 심층의 겔(솔)의 3차원 구조를 반영하는 산란광을 얻을 수 있다. 두툼한 제품 등에는 유리하다. 또한, 보다 침투성을 우선한다면, 가시광선의 장파장 측으로부터 근적외선 영역의 파장(예를 들면 0.6 내지 1.1㎛)을 갖는 광을 선택하는 것이, 측정 감도, 경제성, 안전성의 면에서도 바람직하다.

특히 식품, 농수산물이나 생체와 같이 유기물을 포함하는 계에서는 0.6 내지 1.1㎛에 걸쳐서, 용질(단백질이나 다당류 등)의 결합의 2차 배음(倍音) 흡수라고 보여지는 흡광 파장 영역이 있다. 그 범위에 있는 조사 레이저 광을 이용하면, 용매인 물의 영향이 적고, 보다 심층(표층부터 수㎜ 내지 수십cm)까지 침투하고, 내부의 겔 구조의 상태를 반영한 산란광을 얻을 수 있다. 표면 산란광에 비하여, 상당히 복잡한 산란을 반복하기 때문에, 보다 명료한 콘트라스트의 스페클 패턴을 얻기가 쉽다(상기 단락 번호 0019의 스페클 패턴 발생 원리를 참조). 예를 들면, 0.6 내지 1.1㎛의 파장의 레이저 광(출력 1W)으로는 충전 두부이라면, 계측면의 표층부터 깊이 100㎜정도, 적어도 1 내지 50㎜까지, 거의 내부 전체를 평가할 수 있다.

예를 들면 두부(두유)의 경우, 흡수하기 쉬운 파장은 주로 0.6 내지 1.3㎛이고, 그 범위의 파장의 쪽이 내부에 침투하기 쉽고, 본 발명을 실시하기 쉽다. 또한 예를 들면 폴리프로필렌제 용기의 흡수 파장은 0.6 내지 2.0㎛까지 넓은 범위이고, 장파장일수록 흡수하기 어려워진다. 따라서 폴리프로필렌제 용기중의 두부에는 0.6 내지 1.3㎛의 범위의 파장을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 1㎛ 이하의 파장이라면, 그 영역에 감도를 갖는 염가의 영상 인식 수단을 채용할 수 있는 점에서 실용적이다. 단, 금후의 기술 진보에 응하여, 염가의 시스템을 실현할 수 있다면, 이들의 파장으로 한정하는 것이 아니다.

단, 상기 물체가 특히 고수분(예를 들면 수분 60%wt 이상)인 경우는 장파장의 적외선역에는 물의 큰 흡수(예를 들면 1.2㎛, 1.45㎛, 1.94 ㎛ 등)가 있고, 분위기 온도나 물체의 적외선 방사의 영향도 있기 때문에, 가능한 한 피하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 물체를 차단하는 부재, 예를 들면 포장 재료나 일쇄글자 도료 등이나 표피 조직(거스른 자국, 염색)의 광흡수 파장도, 가능한 한 피하는 것이 바람직하다. 덧붙여서, 자외선은 플라스틱제나 유리제 재료에 흡수되고, 적외선은 유리제 재료에 흡수된다.

또한 자연광이나 실내 조명(형광등, 수은등) 등의 미광(迷光)의 발광 파장을 피함에 의해, 상기 산란광 관측 시스템을 암실하에 둘 필요가 없어진다. 또한, 미광의 영향을 피하는 경우, 가시광선역이나 외광원(형광등이나 수은등 등)의 발광 파장을 피한 파장역을 선택하는 편이 바람직하다.

일반적으로 근적외선 영역은 일반적으로 파장역1(결합 음역) 1.8 내지 2.51㎛, 파장역2(1차 배음역) 1.4 내지 1.8㎛, 파장역3(2차 배음역) 0.75 내지 1.1㎛로 3구분으로 세밀하게 구분된다. 특히 80%wt 이상의 고수분 식품에 적합하고, 화학 성분 측정의 경우에서는 투과성이 높은 파장역3을 이용하는 것이 바람직하다고 되어 있다(사토데쓰오, 제 5회 비파괴 계측 심포지움 강연 요지집 p.8 내지 14 ; 이와모토·나즈미, 일본식품공업학회 제 32권 제 9호 p.685 내지 695). 본 발명에서는 가시광선의 장파장측도, 상기 근적외선 파장역3과 같은 성질을 갖기 때문에, 상기한 바와 같이 0.6 내지 1.1㎛의 범위가 본 발명을 실시할 수 있는 파장으로서 바람직하다.

(5) 청구항 5에 기재된 겔상 포장 식품중의 유리수(遊離水)에 관한 검지 방법은 (2) 또는 (3) 또는 (4)에 기재된 평가 방법에 있어서, 상기 물체가 밀봉 포장된 후, 물에 접촉하는 공정을 경유한 제품으로서, 포장재에 핀홀, 균열이나 실 불량 등을 일으켜서, 내부로 물이 침입한 불량품인 경우나, 겔의 보수성이 낮고, 이수(離水)가 발생한 경우 등, 제품 내(계측면)에 존재하는 유리수를 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 포장 제품을 물에 접촉시키는 방법으로서, 수증기 가열조, 열수조, 냉각수조 등에의 침지나, 수류 샤워링이나, 물이나 수증기의 분무에 의한 방법 등, 어떤 방법도 취할 수 있다.

본 발명은 포장 필름과 겔 물체의 사이에 얇은 물층이 존재하면, 상기 반사 산란광이 더욱 복잡하게 굴절함에 의해, 스페클 패턴이 이상하게 강조되고, 명료(스페클 값의 증가)하게 되는 것에 의거하고 있다. 종래 핀홀 검지기의 전용기는 진공식이나 전기적에 의한 것이 시판되어 있지만, 본 발명은 내부 품질에 맞추어서 측정할 수 있는 점에 가치가 있다.

(6) 청구항 6에 기재된 물체의 겔 상태나 졸-겔 상태 변화의 평가 방법은 (1) 또는 (2) 또한 (3) 또는 (4) 또는 (5)에 기재된 평가 방법을 실시하는 방법으로서, 상기 물체를 동적인 상태에 두는 것을 특징으로 하는 물체의 평가 방법이다. 상기 동적인 상태로 하는 경우, 물체에 적당한 일정한 외력, 즉 미진동, 가진(加振), 요동, 충격, 음파, 초음파, 에어나 물의 분무 등의 외력을 연속 또는 단속으로 주면서, 또는 그 외력을 정지한 직후에 영상 인식 수단으로 스페클 패턴 등의화상을 관측하는 방법이다. 물체를 컨베이어로 이동, 가속시키거나, 감속, 정지시킨 때의 관성력도 이용할 수 있다. 또한 펄스 레이저에 의한 미소한 진동도 이용할 수 있다. 겔상 또는 졸상 물체의 경도, 연함 의해, 동적 상태에 의한 스페클 패턴의 변화가 다르기 때문에, 경도(파단력)와의 상관을 얻기가 쉬워진다.

초음파 발진기는 주파수 20kHz 이상, 바람직하게는 20 내지 50kHz이고, 출력 0.2W/㎠ 이상, 100W/㎠ 이하, 바람직하게는 0.5 내지 10W/㎠이고, 초음파 발진자는 예를 들면 대상 물체가 올라타는 컨베이어나 대상 물체에 접하여 배설한다. 또한 물체 또는 그 받침대(컨베이어 등)를 1축방향 또는 2축방향 또는 3축방향으로 진동, 요동시키는 형태를 취할 수도 있다. 가진(加振) 장치는 전자식, 가진 모터, 에어압식, 유압식 등, 어떤 방식의 것도 이용할 수 있다. 가진의 진동수는 5 내지 5,000Hz, 변위는 10 내지 5,000㎛, 속도는 1 내지 10,000㎜/s, 가속도는 1 내지 100,000m/s², 충격 가진력은 0.5kN 내지 30kN이지만, 바람직하게는 주파수 5 내지 400Hz, 변위는 20 내지 500㎛, 속도는 10 내지 200㎜/s, 가속도는 20 내지 1,000m/s²이다.

(7) 청구항 7에 기재된 물체의 겔 상태나 졸-겔 상태 변화의 평가 방법을 실시하기 위한 장치는 (1) 또는 (2) 또는 (3) 또는 (4) 또는 (5) 또는 (6)에 기재된 평가 방법을 실시하는 장치로서, 이동 방향에 대해 횡방향으로 적어도 1 이상의 열을 구성한 상기 물체가, 이동 방향을 횡단하도록 적어도 도 1 이상의 스폿형상 또는 선형상의 단면을 갖는 광을 조사하는 상기 광조사 장치(적어도 1 이상의 상기 2차원 영상 인식 수단을 배설한 광조사 촬영 장치와 고정 또는 분리되어 있어도 좋다.)가, 적어도 한쪽을 이동 수단에 의해 이동시켜서, 상기 물체의 거의 전체면 또는 전체면을 주사 계측하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 물체와, 상기 광원이 상대적으로 이동하는 이동 수단이라면 특히 한정하지 않는다. 2차원 영상 인식 수단은 단독으로 고정되어 상기 물체 전체를 촬영하는 경우나, 광원과 고정되어 동시에 이동하는 경우 등이 있고, 어쨌든, 전체면 또는 거의 전체면을 주사, 촬영할 수 있는 방식이라면, 본 발명을 적용할 수 있다.

이동 방식은 연속, 간헐방식 등, 특히 한정하지 않는다. 또한, 도 10 내지 도 13과 같이 상기 물체가 용기 내, 탱크 내나 배관 내 등에서 정지 또는 유동하고 있어도 좋다.

자동 계측하는 경우, 그 스페클 패턴나 조사광의 결상으로부터 얻은 2차원 화상 데이터(1측정분, 소요 시간 10밀리초 정도, 데이터 통신이나 연산 처리시간도 포함하여, 1회당 1밀리초 내지 100밀리초로, 극단시간이다.)에 관해, 예를 들면, 각 화소에 있어서의 휘도의 1차미분치(예를 들면, 횡방향에 인접하는 각 화소의 휘도의 차, 또는 그 차를 화소간 거리로 나눈 값을 합계하고, 그 연산을 종방향으로 반복 후, 모든 합계치)를 연산한다. 또한 상기 측정을 2회 이상, 바람직하게는 10 내지 50회 연속으로 반복하고, 각 측정에서 얻은 각 연산치를 평균한 값을, 1계측에 있어서의 결과로 한다. 특히 1차미분치에 의해, 스페클 패턴의 명료함, 콘트라스트를 나타낼 수 있다. 그 연산 처리에 의해 얻은 수치와, 별도 측정한 물체의 품질 지표치로부터 작성한 상기 관계식에 의해, 물체의 품질 지표를 출력하거나, 불량품을 판별하거나, 배제 수단에 의한 라인으로부터 배제하는 시스템을 꾸민다. 이와 같은 시스템은 비파괴, 비접촉 방식으로, 염가이면서 신속한 시스템이기 때문에, 생산 라인상에서, 전수검사를 고속으로 행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 계측 시간은 1 내지 2초 이하, 보통은 수십 내지 수백밀리초로 극히 단시간이다. 상기 물체의 변화, 예를 들면 산란광의 각도 의존성이나 열적 흔들림이나 구조의 불균일성에 수반하는 정적 흔들림이 있더라도, 측정 시간 내에서의 변화는 거의 무시할 수 있을 정도이다. 예를 들어 다소 영향이 있더라도, 그들을 평균화하여 취급하기 때문에, 고려할 필요가 없다. 또한, 다소, 측정마다 산란 각도가 변동하여도, 스페클의 위치가 다소 변화하는 정도이고, 스페클 패턴의 콘트라스트 등에는 약간의 영향밖에 나타나지 않는다.

실제로 현장에 있어서의 계측에서는 주위의 기계의 진동이나 상기 물체의 흔들림 등에 의해 관측치가 안정되기 까지의 시간을 필요로 한다. 통상의 계측은 그 관측치가 안정된 상태에서, 2회 이상, 바람직하게는 10 내지 100회 행하고, 얻어진 상기 스페클 값 데이터에 관해, 필요에 응하여 이상치나 최대치, 최소치를 제외하는 등으로, 평균치(또는 중간치)로써, 대표값으로 한다. 복수의 계측을 반복하여 측정하는 경우, 소요 시간은 10밀리초 내지 10초로 된다. 또한, 상기 관측치가 안정화되기 까지의, 관측치 상승 속도 또는 가속도로부터, 최종의 관측치를 예상함에 의해, 1측정 시간을 더욱 단시간으로 할 수 있고, 고속의 측정 시스템을 구축할 수 있다.

본 발명의 청구항 1 내지 7에 기재된 실시예에 있어서의 주요한 부분은 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 물체(1)에 코히런트한 광(2)을 입사각(θ1)(예를 들면0°≤ 01 < 임계각 <90°)으로 조사하는 광원(3)과, 상기 물체(1)의 표면에서 발하는 표면 반사 산란광(4), 내부 침투하고 재차 반사한 투과 반사 산란광(5), 간섭 모양의 스페클 패턴(6)을 반사(투과)각(θ2)(예를 들면 0 ≤ θ2 ≤ 180°)으로, 관측하는 2차원 영상 인식 인식 수단(9)을 구비한 2차원 산란광 관측 시스템에 의해 구성된다. 관측각은 0 ≤ θ3 ≤ 180°이다.

반사광 측정의 경우, 일반적으로는 입사각(θ1)은 0°≤ θ1 < 90°(단, θ1 <임계각이다. θ1은 엄밀하게는 공기와 포장 재료의 계면, 포장 재료와 내부 물체와의 계면에서의 각각의 굴절율로 결정된 임계각보다 작아지도록 조정한다.)이고 바람직하게는 20°≤ θ1 < 70°이고, 반사(투과)각(θ2)은 0°≤ θ2 < 90°, 바람직하게는 0°≤ θ2 < 70°이다. 경우에 따라서는 전반사를 피하는 편이 좋다. 전반사는 입사광축과 수광 광축이 이루는 면 내에, 법선이 포함되고, 또한, θ1-θ2일 때에 일어난다. 관측각(θ3)은 0 ≤ θ3 < 180°이고, 바람직하게는 20°≤ θ3 < 140°이다.

투과광 측정의 경우, 상기한 바와 같이 입사각(θ1)은 0°≤ θ1 < 90°(θ1 <임계각)이고, 바람직하게는 20°≤ θ1 ≤ 70°이고, 반사(투과)각(θ2)은 0°≤ θ2 ≤ 180°이고, 바람직하게는 20°≤ θ2 ≤ 180°이다. 관측각(θ3)은 0 ≤ θ3 < 180°이고, 바람직하게는 20°≤ θ3≤ 180°이다. θ1=0°, θ2=0°의 투과 측정은 반사 측정과 비슷하지만, 예를 들면, 입사광축과 수광 광축이 평행하고 입사 개소와 수광 개소가 다른 경우이다.

광원(3)으로부터 조사되는 광(2)은 푸리에 변환 렌즈, 편광 필터, 밴드패스필터, 반사경(평활면이나 조면의 것), 포토리플렉티브 결정 필터, 간섭 필터(흐린 유리, 수지, 겔상 물질, 액정, 콜로이드 입자 분산액 등) 등 광학적 변환·제한용 광학 보조 부품(12)이나 선형상 또는 스폿형상 등 광축 변환 렌즈나 슬릿판 등 광축 형상 변환·제한용 광학 보조 부품(13)을 통하여, 적당한 코히런트한 광으로 하는 것도 유효하다.

2차원 영상 인식 수단(9)의 앞에, 개구 조리개, 편광 필터, 밴드패스 필터 등의 광학 보조 부품(10)이나 집광 렌즈, 확산 렌즈 등의 광학 보조 부품(11)을 통하여, 수광(영상)을 가공, 제한하는 것도 유효하다.

상기 표면 반사 산란광(4)은 물체 표면에서 랜덤하게 비산하는 난반사광(확산 반사광, 입사각(θ1)에 무관계)이고, 투과 반사 산란광(5)은 상기 물체의 내부에 침입하고, 복잡하게 투과 또는 산란 또는 굴절 또는 분산(분광) 또는 회절 또는 편광한 광이, 재차 반사(투과)각(θ2)으로 비산할 때, 서로 복잡하게 간섭한 결과, 물체면에서의 결상(8)(도 1에서는 물체 윗 표면, 도 2나 도 3으로는 물체 하래 이면) 또는 관측면에서의 결상(7)이나 스페클 패턴(6)이 형성된다. 또한, θ2는 반드시 θ1과 같지 않아도 좋다. 또한, 도 2나 도 3와 같은 형태도, 특히 물체가 반투명 내지 투명한 경우에 실시할 수 있는 형태이다.

상기 2차원 영상 관측 시스템은 예를 들면 레이저 광원(3)과 CCD 카메라(9)를 상기 물체상의 공간에 배치한 형태 외에, 방폭 방적(妨滴) 목적으로 원격 측정의 필요성 때문에 광파이버 경유의 형태나, 상기 물체에 직접 접촉하는 소형 프로브형상으로서의 형태(도 13)도 가능하다. 이들의 경우, 상기 2차원 영상 관측 시스템을 조사광이 투과 가능한 부재로 코팅한 형태가 바람직하다. 인라인 측정, 방폭 방적 등의 목적으로 응용할 수 있고, 본 발명의 실시 수단의 하나이고, 접액형이지만, 상기 부재를 통한 비접촉의 수단이라고 할 수 있다.

본 발명에서 목적은 아닌 품질은 일반적으로 형상(크기, 중량, 결락 등), 풍미 등의 화학적인 품질 항목을 들 수 있다. 다른 광학적, 화학적, 물리적 수법과 조합시켜서, 종합적인 품질 계측 시스템을 구축하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명 실시에 있어서, 상기 물체의 농도(고형분 농도)에 의해, 조사광선 단면의 물체면에서의 결상(8)의 휘도(또는 흡광도나 반사광량)나 형이 변형하는 현상도 인정되었다. 즉, 그 상의 변화량으로부터, 상기 물체의 농담(고형분 농도)을 예측할 수 있다. 예를 들면 조사광선 단면의 결상(8)이 타원인 경우에, 고형분 농도가 높을수록, 그 결상이 점점 원형으로, 불선명한 형으로 된다. 스페클 패턴과 아울러서, 조사광선 단면의 결상으로부터도, 동시에 유용한 정보를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명 실시에 있어서, 상기 물체가 수상(水相)과 유상(油相)이 혼탁한, O/W 또는 W/O형의 유탁(乳濁)이고, 그 유탁 분산 상태나 입자 분포에 응하여, 상기 조사광의 결상 자체의 휘도나 형 또는 스페클 패턴이 변화하는 현상도 인정되었다. 즉, 그 변화량으로부터, 상기 물체중의 입도 분포나 입도 변화를 측정할 수 있다. 예를 들면 굵은 입자가 많으면 조사광의 스페클 패턴가 명료한 콘트라스트가 되고, 미립자가 되면, 불명료한 모양이 관측된다. 종래는 투과광 산란법에 의한 입도 분포 측정에 의해 농후한 유탁액을 측정할 때, 용매로 희석할 필요가 있고, 다소 상태가 변화하여 버리는 결점이 있다. 본 발명의 응용에 의해, 농후한 유탁액의 상태를 직접 또한 리얼타임으로 모니터할 수 있다.

<실시예>

본 발명은 예를 들면, 도 20에 도시한 바와 같은 형태로 실시할 수 있다. 동조 컨베이어(23), 본체 (검출부) 컨베이어(24), 뿌리치는 컨베이어(25), 조작·제어반(26)으로 구성되고, 본체에는 광원(3)과 영상 인식 수단(9)을 1세트 이상 배설하고, 예를 들면 대상 물체(1)는 공급 반송 컨베이어로부터, 동조 컨베이어(23)의 스토퍼로 받아내고, 1 내지 복수개마다 본체 컨베이어(24)에 이송되고, 예를 들면 대상 물체의 측면에 광원(3)으로부터의 광을 조사하고 그 화상을 영상 인식 수단(9)에서 화상 촬영하고, 계측이 행하여진다. 계측시, 해당 대상 물체(1)는 이동(600㎜/sec 이하, 바람직하게는 400㎜/sec)하고 있어도 좋지만, 재현성·안정성의 점에서 정지시킨 편이 바람직하다. 계측 후, 본체 컨베이어(24)로부터 뿌리치는 컨베이어(25)로 이송되고, 계측 결과가 예를 들면 우량품(겔화 품·응고품)이라고 판단된 물체는 다음 공정으로 진행되지만, 불량품(미겔화·미응고품)이라고 판단된 물체는 뿌리치는 장치(27)에 의해 제거된다. 본체 컨베이어(24)로 이송한 물체의 수나 컨베어 속도 등에 의해 처리 능력을 예를 들면 1시간당 1,000 내지 10,000개까지의 가변 조정할 수 있다. 또한 그 수에 응하여, 광원과 카메라 대수를 배설하면, 솎아내기 검사로부터 전수 검사까지 대응이 가능하다. 또한, 도 20과 같은 형태는 본 발명의 실시예의 일예이고, 특히 한정하는 것이 아니다.

레이저 광원(3)은 반도체 레이저로서, (키코기연제 MLX, 발진 전력 30mw, 스폿 광은 3×6㎜의 타원형, 렌즈 헤드 없음, 조사 파장은 예를 들면 0.67㎛, 0.78㎛, 0.82㎛, 0.85㎛ 등)를 이용하고, 상기 물체의 표면에 대해 입사각 약 30°로 조사하였다. 2차원 영상 인식 수단(9)은 CCD 카메라(SONY제 XC, 1화소 10㎛, 35만 화소, 수광 파장은 가시광선부터 근적외선 영역의 것 사용)를 이용하여, 상기 물체(1)의 표면에 대해 반사 각 약 0°로 수광하였다. 초점은 조사광의 결상면(8), 즉, 반투명 내지 불투명 겔에 대해서는 도 1과 같이 상기 물체의 표면에, 투명한 겔에 대해서는 도 2와 같이 상기 물체의 이면에 맞추었다. 또한, 촬영부에는 특히 외광을 차단하는 암실 조건을 취하지 않고, 실내광 하에서 계측을 행하였다. 얻어진 화상 데이터의 스페클 패턴(6)에 관해, 상기한 바와 같이 미분치의 합계치를 측정 회수 30회로 평균화한 값을 스페클 값으로서 나타내었다. 그 스페클 값과 종래의 분석치의 관계에 관해 시판의 통계 해석 소프트(마이크로소프트제 EXCEL2000 등)를 이용하여, 상관 분석, 중회귀 분석, 분산 분석을 행하고, 중회귀식이나 근사식을 구하였다.

또한, 본 발명에서 이용할 수 있는 광원이나 영상 인식 수단, 데이터 처리나 수치화의 연산 방법은 이들로 한정하는 것이 아니다.

본 발명에서는 다양한 조건을 검토하고, 상기 스페클 값이, 물체의 겔 상태 또는 졸-겔 상태 변화와, 높은 상관 관계에 있는 것을 발견함에 이르렀다. 즉, 졸 상태, 겔상 태, 졸-겔 중간 상태라는 다양한 상태에서의 스페클 값에 관해, 파단력치, 농도, 식감 등의 품질과의 상관을 검토하였다. 그 결과, 겔이 딱딱할수록, 콘트라스트가 명료하고, 스페클 값이 크고, 높은 상관 계수를 나타내었다. 또한 겔이반숙이나 졸상의 것일수록, 스페클 패턴가 흐려지고, 딱딱한 겔과는 육안으로도 용이하게 분별할 수 있었다. 마찬가지로, 졸상태로부터 겔 상태로, 또한 연한 겔 상태로부터 강고한 겔 상태로 변화하는 과정에서, 스페클 패턴는 광범위하게, 또한 콘트라스트가 강하게 나타나는 경향이 있다. 또한 스페클 패턴의 농담을 나타내는 휘도의 평균치와 경도의 관계도 인정되고, 어두울수록 딱딱하다는 결과를 얻었다. 또한 예를 들면 겔의 고형분이 높을수록, 타원형을 이루는 조사광 단면의 결상의 형이 진원에 가까워지는 경향이 있다.

이하에, 겔상 물체의 일예로서, 냉각 두유에 응고제를 혼합하여 충전 포장 후, 가열 응고되는 충전 두부, 온(溫) 두유에 응고제를 혼합하여 충전 포장한 핫[뜨거운] 충전 두부, 난백 겔, 젤라틴 겔, 한천 겔, 커피가 들어간 카라기난 겔, 수지의 일예로서 폴리에틸렌 수지에 관해, 도 1이나 도 2에 도시한 바와 같은 산란광의 2차원 영상 인식 시스템을 이용한 실시예를 이하에 기술한다.

실시예 1

젤라틴 겔은 젤라틴 분말(시판) 0, 3.5, 8.8, 17.5, 35g을 계량하고, 각각 소량의 물로 팽창시켜 두고, 비등수를 가하여 전량을 350㎖로 하여, 교반 용해하고, PP제 반투명 팩(2B 사이즈, 300㎖용)에 충전하고, NY/PP 필름으로 히트실 하고, 하룻밤 냉장고중에서 겔화시켰다.

한천 겔은 한천 분말(시판) 0, 0.17, 0.34, 0.86, 1.75, 3.5g을 계량하고, 각각 비등수를 가하여 전량을 350㎖로 하여, 이하 젤라틴과 마찬가지로 겔화시켰다.

카라기난 겔은 카라기난 분말(오쿠노제약제) 0.17, 0.34, 0.86, 1.75, 3.5, 7g을 계량하고, 각각에 인스턴트 커피 분말(시판)을 1.5g 첨가하고, 비등수를 가하여 전량을 350㎖로 하여, 이하 젤라틴과 마찬가지로 겔화 시켰다.

난백 겔은 난백 분말(오쿠노제약제) 3.5, 8.76, 17.5, 35g을 계량하고, 각각에 냉수를 가하여, 350㎖로 하여, 80℃로 조정한 탕조에서 1시간 가열 응고시켰다. 빙수로 냉각 후, 하룻밤 냉장하였다.

각 겔 시료는 필름면 또는 용기 저면을 위로 정치(팩 표면)하여, 파장 0.67㎛의 반도체 레이저 조사광(2)을 이용하여 상기 광산란광 2차원 관측 시스템(도 1)을 이용하여, 스페클 패턴(6)을 관측하였다. 그 후, 각 시료를 개봉하고, 용기에 들어있는채로, 레오미터(부동공업제 NRM2002J)에 의해 파단력의 측정(23㎜φ의 플런저를 6cm/분의 속도로 침입시키고, 파단한 시점의 응력을 측정)를 행하였다. 결과를 표 1 및 도 4(젤라틴 겔), 도 5(한천 겔), 도 6(커피가 들어간 카라기난 겔), 도 7(난백 겔)에 도시하였다.

표 1

한편, 시판의 폴리에틸렌 수지로, 초고밀도 폴리에틸렌 수지(분자량 300만 이상 ; UHMW), 고밀도 폴리에틸렌 수지(분자량 100만 이하 ; HMW), 발포 폴리에틸렌 수지(B-4 ; 약간 연한것)에 관해, 마찬가지로 평활한 면을 직접 관측하여 스페클 값을 측정한 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 숫자로는 표현하기 어렵지만, 화상 상태를 관찰하면, UHMW의 스페클 패턴은 미세하고, HMW로는 거칠었다. 이것으로부터 고분자의 소밀도의 평가에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.

젤라틴 겔에서는 필름면 및 팩 저면에서의 측정치의 차이는 있지만, 각각 파단력과는 높은 상관을 나타내는 선형 회귀식(팩 표면 : y=6.0648x＋3212.1, 결정계수 0.9042, 팩 이면 : y=5.199 x＋2484.6, 결정계수 0.9091)을 얻을 수가 있었다. (y : 스페클 값, x : 파단력치)

한천 겔에서는 팩 이면쪽이 필름 표면보다도, 파단력과 높은 상관 관계가 얻어졌다(팩 이면 : y=1007.7Ln(x)＋2772.8, 결정계수 0.9119). 커피가 들어간 카라기난 겔에서는 팩 이면에서 y=2355.5x^0.056, 결정계수 0.9488이였다. 난백 겔에서는 팩 이면에서 y=507.93Ln(x)＋2547.4, 결정계수 0.9661이였다.

또한, 도 4 내지 도 7에 있어서, 실선이나 파선의 횡선으로 도시한 바와 같은 임계치에 의해, 충분한 경도의 겔과, 반숙 내지 미응고의 겔(졸)을 판별하는 것도 가능하였다.

실시예 2

국산 대두의 미분말 대두(제１단백사제) 7kg과 물 35kg을 분산기(다카이제작소제 KD50-MS)로 약 20분간 분산한 분(粉)대두 슬러리 생콩물을, 두유 제조 플랜트(다카이제작소제 NS2000S)를 이용하여, 소포제 무첨가로, 자비(5분 102℃)를 행하고, 압착기(다카이제작소제 시리우스 1련, 미세물 제거 망 : 150 메시)를 통과시켜서, 두유 농도 11.5%brix, 두유량 약 40kg을 얻었다. 사용 전까지, 빙수로 냉각하여 놓았다.

두유 3kg(10℃)을 계량하고, 이것에 염전 간수(아코화성제)를 중량으로 1:1로 풀은 간수액을 0,6. 7, 13.4, 15.2㎖과, 각각에 단백질 가교 효소(아지노모토제 「액티버」 슈퍼카드) 3g과 전량 50㎖이 되도록 물로 보충한 응고제 액을, 혼합하고 곧바로, 두부용 팩(백색 경형(京型), 재질 PP, 350g)에 충전하고, 필름(재질 NY/PP, 인쇄 없음)으로 포장하였다. 블랭크로서 두유만을 충전 포장한 시료도 준비하였다. 그 후, 60℃ 및 80℃의 온욕에, 35분 가열하고, 냉각 후, 측정 시료로 하였다. 또한, 염전 간수 액 13.4㎖의 시료로, 60℃ 35분의 가열만 시행한 시료도 준비하였다.

시료는 포장 상태 그대로 필름면을 위로 하여 정치시키고, 상기 산란광(4, 5)의 2차원 영상 인식 시스템에 의해, 0.78㎛의 레이저 광(2) 조사에 의한 스페클 패턴(6)을 촬영(계측)하였다. 1계측으로 30회의 측정을 행하고, 스페클 패턴의 휘도의 1차미분치를 연산하고, 30회의 평균치를, 스페클 패턴값으로서 나타내었다.

그 후, 필름을 개봉하고, 용기에 들어있는 그대로 레오미터(부동공업제 NRM-2002J)에 의해 파단력의 측정, 몇명의 패널에 의한 시식 평가(외관, 색, 냄새, 맛, 텍스쳐에 관해 10단계로 채점하고, 합계를 100점 만점으로 하여 환산), 2시간 방치 전후의 중량차로부터 이수률의 측정을 행하였다. 결과를 표 2, 도 8에 나타내었다.

표 2

두부 품질을 결정하는 중요한 경도(파단력)에 관해, 스페클 값과의 사이에, 높은 상관 관계가 있다. 파단력을 x, 스페클 값을 y로 한 경우, 누승근사식 y=2495.813x^0.113(결정계수 0.871)가 도출되었다. 또한 도 8에 있어서 파선의 횡선으로 도시한 바와 같이, 스페클 값 약 3800을 임계치로 하여, 완전하게 응고된 양품과 반숙 응고나 미응고의 불량품을 판별할 수 있었다.

실시예 3

국산 대두 토요마사리(평성 12년도, 홋카이도 산)를 우물물로 15℃ 22시간 침지하였다. 생(生)대두 8kg에 상당하는 17.6kg의 지(漬)대두를 분쇄한 생콩물을, 두유 제조 플랜트(다카이제작소제 NS2000S)를 이용하여, 소포제(리연비타민사제 에멀지수퍼) 40g을 첨가하고, 자비(5분 102℃)를 행하고, 압착기(다카이제작소제 시리우스 1련, 미세물 제거 망 : 100 메시)를 통과시키고, 두유 농도 13.0%brix, 두유량 약 35kg을 얻었다.

두유는 두유 탱크에서 82℃로 조절되고, 정량 펌프(나카킨제 로터리 펌프)에 의해 300ℓ/H로 정량적으로 송출되고, 한편, 유화 간수(가오사제 마그네스파인 TG)를 정밀한 정량 펌프(헤이신제 모노펌푸)에 의해, 0, 1, 2, 3ℓ/H로 송출하고, 양자를 배관에서 합일하고, 곧 정지형 혼합 교반 장치(다카이제작소제 「TS 믹서」)로 강력한 분산을 행하고, 그 직후에, 두부용 팩(교토형 350g, PP)에 충전하고, 포장 필름(NY/PP)으로 실 하였다. 그 직후, 아직 따뜻한 포장 상태의 시료 및, 그 직후에 포장 필름을 벗긴 개봉 상태의 시료에 관해, 상기 실시예 2 기재와 마찬가지로 스페클 값을 계측하였다. 결과를 표 3, 도 9에 나타내었다.

표 3

포장 필름이 있는 경우와 없는 경우에서는 약간 차는 있지만, 파단력과 스페클 값과의 사이에, 높은 상관 관계가 있다. 파단력을 x, 스페클 값을 y로 한 경우, 포장 상태에서는 다항근사식 y=0.2145x²＋45.342x＋1034.9이고, 결정계수는 0.9914이였다. 개봉 상태에서는 다항근사식 y=－0.309x²＋50.381x＋1462.9이고, 결정계수는 0.9737이였다. 또한 도 9에 있어서 실선과 파선의 횡선으로 도시한 바와 같이,포장 상태에서는 스페클 값 약 2500, 개봉 상태에서는 스페클 값 약 3000을 임계치로 하여, 완전하게 응고된 양품과 반숙 응고나 미응고의 불량품을 판별할 수 있었다.

실시예 4

상기 산란 반사광의 2차원 관측 시스템은 도 10에 도시한 바와 같이 내용물의 겔화 과정, 내용물의 겔화 상태를 모니터하는 것이 가능하다. 실제로, 경시적으로 두유의 응고하는 과정을 측정하였다.

상기 실시예 3과 같이 조제한 온두유(1)(13%brix, 70℃) 12ℓ을, 폴리프로필렌제 형틀상자(型箱)(15)(370×370×깊이 150㎜, 판두께 10㎜)에 취하고, 배치식 응고 장치(14)(다카이제작소제 「멀티커디 S형」)로 교반하면서, 물 200㎖에 분산시킨 GDL(글루코노델타락톤, 후지사와약품제) 36g을 첨가한 경우와, 물 200㎖에 분산시킨 트랜스글루타미나아제(아지노모토제 「액티버」슈퍼카드, 트랜스글루타미나아제 0.2% 함유) 120g을 첨가한 경우와, 물 200㎖에 분산시킨 맑은국 가루(粉)(황산칼슘, 아코화성제 「진주α」) 36g을 첨가한 경우와, 액체 간수(조제 해수 염화마그네슘, 다카이제작소제 「바다의 은총」, 염화 마그네슘 33.2%wt 함유) 96g을 첨가한 경우, 또한, 연속식 응고장치(다카이제작소제「뉴카디」)를 이용하여 유화(乳化) 간수(가오제 「마구네스파인 TG」 염화 마그네슘 33% 함유,) 120㎖을 정지형 분산기(다카이제작소제「TS 믹서」)로 분산하여 첨가한 경우에 관해, 도 10에 도시한 바와 같은 산란 반사광을 관측하는 2차원 관측 시스템을 상기 형틀상자(型箱) 측면에 배설하고, 파장 0.82㎛에 있어서의 반도체 레이저 광원(3)으로부터 광(2)을조사하고, 응고 교반 시작부터 2차원 영상 관측 장치(9)로 연속 모니터하고, 응고제 첨가 시점을 기점으로 시간 경과에 의한 스페클 값을, 1초마다 계측(30회 측정의 평균)을 20분간 행하였다. 그 결과를 20초마다 표시한 과정을 도 14에 도시하였다.

또한, 형틀상자(型箱)(15)는 조사광을 투과할 수 있는 재질의 엿보는 창(18)을 갖는 스테인리스제 형틀상자(型箱)를 사용하여도 좋다. 또한, 액체면이 정지 상태라면 두유 표면이나 두부 표면을 직접 관측하여도 좋다.

도 14에 도시한 바와 같이, 응고제의 반응 속도(두유의 응고, 겔화 속도)가 액체 간수>유화 간수> 맑은국 가루>GDL>트랜스글루타미나아제로, 종래의 두부 제조로 경험적으로 알려지는 응고 속도의 순서와 일치하였다. 또한 최종 안정 상태의 값이, 완성된 두부의 경도의 상대적인 차를 나타내고 있고, GDL> 맑은국 가루≒ 유화 간수>액체 간수>트랜스글루타미나아제의 순서이고, 그 후, 수조에서 물에 바랜 후, 상기한 바와 같이 구한 파단력치와의 관계와 잘 일치하였다. 또한, 본 실시예는 도 11과 같은 엿보는 창을 갖는 탱크나, 도 12나 도 13과 같은 배관상에서도 마찬가지로 실시할 수 있다.

실시예 5

상기 (실시예 3)에서 조제한 핫 충전 두부를, 필름의 히트 실이 완전한 경우와, 일부 실 불량을 일으킨 제품을, 수조에서 냉각한 후, 상기 산란 반사광을 관측하는 2차원 관측 시스템을 이용하여 계측하였다. 그 결과, 전자에서는 스페클 값은 평균 3500 정도였지만, 후자에서는 5000 내지 6000으로, 이상하게 높은 값을 나타내었다. 따라서, 핀홀 검출이 가능한 것을 알 수 있었다. 또한, 상기 핫 충전 두부의 응고제 량을 늘려서, 두유에 대해 유화 간수 1.5%로 과잉으로 첨가한 경우에서, 숙성 후, 마찬가지로, 스페클 값이 4000 내지 5000으로 높은 값을 나타내고, 응고 과잉한 상태, 이른바 「너무 치우침」의 상태도 검지하는 것이 가능하였다.

실시예 6

상기 실시예 2와 마찬가지로, 11.5%brix의 두유에 GDL의 첨가량을 바꾸고 제조한 충전 두부를, 정지 조건과 가진 조건(시판 초음파 발진기를 받침대에 부착하고 19kHz, 2w/㎠로 가진)으로 계측한 스페클 값(3차미분 평균치)과, 파단력의 관계를 도 19에 도시하였다. 완전 정지 상태보다도 가진 상태의 쪽에서, 경도와의 높은 상관을 얻을 수 있다.

실시예 7

도 15에 도시한 바와 같이, 상기 물체(1)가 컨베이어(19) 위를 연속 이동하고 있는 상태에서, 레이저 광원(3)으로부터 상기 물체(1)의 진행 방향을 횡단하도록 선형상의 광(2)을 조사하고, 상기 물체(1)가 이동하는 동안, 그 선형상 조사광의 결상(20)으로부터 반사하는 광(4, 5)이나 스페클 패턴의 광(6)을, 상기 2차원 관측 장치(9)를 이용하여 연속 계측하였다. 그 결과, 결상면의 전체면에 대해, 스페클 값의 분포를 얻어졌다. 이로써, 예를 들면 도 18의 화살표 A로 도시한 바와 같은 딱딱한 부분이나, 화살표 B로 도시한 바와 같은 연한 부분이, 표면이나 내부에 존재하는 제품을 검지할 수 있었다.

그 밖에, 도 16과 같이 스폿 광을 가로로 배열한 실시예나 도 17과 같이 스폿 광을 2차원 배열시킨 실시예(이동은 단속시)를 매우 같게 결상면의 거의 전체면에 있어서의 스페클 값을 얻을 수 있다.

본 발명을 상세히 또한 특정한 실시 양태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있음은 당업자에 있어서 분명하다.

본 출원은 2002년 3월 28일의 일본 특허출원(특원2002092979)에 의거한 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.

본 발명의 청구항 1 기재나 청구항 3 기재와 같게, 상기 물체가 겔상 물체(또는 식품) 또는 겔 형성성 졸상 물체(또는 식품)이고, 코히런트한 광을 조사하는 광조사 장치에 의해 광조사된 해당 물체를, 2차원으로 검출하는 영상 인식 수단을 구비한 2차원 영상 관측 시스템에 있어서, 광선 단면의 결상 또는 그 결상면에서 형성한 스페클 패턴을 관측하는 것을 특징으로 하는 물체의 겔 상태나 졸-겔 상태 변화의 평가 방법에 의하면, 겔상 물체 또는 식품의 겔화 상태(경도 등)나 졸상태로의 변화, 또는 겔 형성성 졸상 물체 또는 식품의 겔화 상태로의 변화에 관해, 객관적인 판정, 비파괴 계측, 비접촉 계측, 신속한 계측, 전수 검사를 실현하고, 반응고나 미응고 등의 불량품을 빠트림 없이 판별할 수 있다. 그 결과, 불량품이 출하되는 일이 없고, 클레임 발생, 보상 문제 등의 트러블을 미연에 막을 수 있다. 또한, 생산 공정 관리상이 유용한 지표가 되고, 품질 관리를 정확하게 행할 수 있고, 필요없은 로스를 최소한으로 멈추는 것이 가능해진다.

본 발명의 청구항 2 기재와 같이, 개재하는 부재가 일부분이라도 광투과성이라면, 상기 물체가 포장 제품이거나, 엿보는 창이 있는 탱크나 배관 설비 내에서도 적용할 수 있기 때문에, 개봉하거나, 내용물을 직접 채취할 필요가 없고, 품질 관리상의 부담이나 제품 로스를 경감할 수 있다.

본 발명의 청구항 4 기재와 같이, 조사광의 파장(예를 들면 가시광선 내지 근적외선)을 선택함에 의해, 포장 제품의 포장재나 일쇄글자, 외광(미광), 물 등의 용매의 영향을 최소한으로 억제하고, 표면뿐만 아니라 내부 조직의 정보를 얻을 수 있다.

본 발명의 청구항 5 기재와 같이, 상기 포장 제품에서, 물에 접촉하는 공정이 있고, 물이 내부에 침입한 핀홀이나 실 불량의 제품이나, 유리수가 존재하는 제품에 대해서도, 아울러서 검출할 수 있어서, 제품 검품 작업의 부담을 경감할 수 있다. 본 발명 청구항 6 기재와 같게, 제품과 관측 장치가 상대적으로 이동함에 의해, 제품 검사면 전체면 또는 거의 전체면을 대상으로 할 수 있고, 부분적인 이상이 있는 제품에 대해서도 빠트림 없이 검출할 수 있다. 또한, 신속하면서 전수 검사도 용이해진다.

Claims (7)

1. 코히런트한 광으로 조사된, 겔상 또는 겔 형성성 졸상의 물체를, 2차원 영상 인식 수단에 의해 관측하는 산란광 관측 시스템에 있어서, 결상면에서 형성하는 광선 단면의 상태 또는 스페클 패턴의 상태로부터, 해당 물체의 겔 상태 또는 졸-겔 상태 변화에 관해 평가하는 것을 특징으로 하는 물체의 평가 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 물체가 겔상 식품 또는 겔 형성성 졸상 식품(음료를 포함한다)이고, 그 품질이나 품질 변화를 평가하는 것을 특징으로 하는 물체의 평가 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 물체와 상기 2차원광 관측 시스템의 사이에, 조사광이 일부분이라도 투과한 부재를 사이에 두고 있는 것을 특징으로 하는 물체의 평가 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   조사광의 파장이, 가시광선부터 근적외선의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 물체의 평가 방법.
5. 제 2항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,

   밀봉 포장한 상기 물체의 제품중에 존재한 물의 유리 상태를 검지하는 것을 특징으로 하는 물체의 평가 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 물체를 동적 상태에 두는 것을 특징으로 하는 물체의 평가 방법.
7. 이동 방향에 대해 횡방향에 적어도 1 이상의 열을 구성한 상기 물체가, 이동 방향을 횡단하도록 적어도 1 이상의 스폿형상 또는 선형상의 단면을 갖는 광을 조사하는 상기 광조사 장치(적어도 1 이상의 상기 2차원 영상 인식 수단을 배설한 광조사 촬영 장치와 고정 또는 분리되어 있어도 좋다)가, 적어도 한쪽을 이동 수단에 의해 이동시키고, 상기 2차원 영상 인식 수단의 촬영 방향에서 관측할 수 있는 각 물체의 거의 전체면 또는 전체면을 주사 계측하는 것을 특징으로 하는 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 기재된 물체의 평가 방법을 실시하는 장치.