JP4795058B2

JP4795058B2 - 形状判定装置及び練り生地成形システム

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Publication number: JP4795058B2
Application number: JP2006066563A
Authority: JP
Inventors: 聖一圷
Original assignee: 株式会社オシキリ
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP2007240457A

Description

本発明は、パン製造などにおいて、球形、円形、楕円形などに成形される材料が、所要形状に成形されているか否かを判定する形状判定装置及び該形状判定装置を備えた生地成形システムに関する。

パンの製造をはじめとする練り生地から製造される製品においては、その製造工程において、球形、円形、楕円形などに成形される場合がある。例えば、パン生地を発酵する場合には、パン生地を発酵工程に通す前に丸め工程にて、該パン生地を球形にしてパン生地全体が均一に発酵されるようにする（特許文献１参照）。この場合、発酵工程にかけられるパン生地が不完全な球形である場合には、均一な発酵が妨げられ、結果として製品の品質低下を招いてしまう。

従来、製造現場において、このような成形生地の形状は、作業者による目視で検査され、形状が十分でない場合には、作業者が、成形装置の作動条件を修正することにより成形形状の修正が行われてきた。

一方、食品の検査工程としては、これまで、異物混入の検査において、画像処理を用いる検査が行われていたが（特許文献２参照）、形状が厳密には均一とはならない生地のようなものの形状について、画像処理を用いて形状を検査する試みは行われてこなかった。

特開平０８−３２２４５５号公報特開２００１−５０９００号公報

上述したように、従来は、練り生地の形状について、作業者の目視により検査を行っていたが、作業者の習熟度などによって検査結果に違いが生じ、成形形状を適正に修正することができない可能性があった。

このため、成形された生地の形状を、そのような作業者個人の判断によるものではなく、より客観的に検査できるようにすることが望まれる。

また、パン製造においては、例えば約１トン程度のパン生地をバッチ式で作り、それを小分けにして、丸め、発酵、成形、焼成などの種々の工程に順次通すようになっており、従って、１つのバッチ（バッチ製造されたパン生地）のうち、早く処理される生地部分と遅く処理される生地部分との間では、生地の品質に変化が生じ、一般的に遅く処理されるものは、早く処理されるものに比べて硬くなり伸びにくくなる傾向にある。また、パン生地は多種多様な成分配合があってその品質はそれぞれ異なり、また、配合が同じ場合であっても、それから作られる生地の品質が常に同じであるとは限らない。

したがって、練り生地の成形にあたっては、成形された生地の形状の適否を、生地の品質に関係なく、適正に判定することが必要とされ、また、その判定に基づいて、成形機械の動作条件を適正に修正することも必要とされる。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、パン製造などにおいて、球形、円形、楕円形などの所要形状に成形される材料が、適正形状に成形されているか否かを判定する形状判定装置及び該形状判定装置を備えた生地成形システムを提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、
丸められて球形とされた練り生地の二次元画像情報を取得する手段、
取得した二次元画像情報から該練り生地の二次元形状の重心を求める手段、
該重心から該二次元形状の輪郭曲線までの最大半径、最小半径のうちの少なくとも１つに基づき、当該成形された練り生地が該所要形状を満たしているか否かを判定する手段、
を有し、
該判定する手段が、
該練り生地の二次元形状の面積と、該最大半径及び最小半径の内の一方を半径とする円の面積との比率に基づき当該成形された練り生地が所要形状を満たしているか否かを判定するようにした材料形状判定装置を提供する。

ここで「重心」とは、当該材料の二次元形状のなかに穴などがあったりした場合でも、それを無視した二次元形状の輪郭曲線によって囲まれた図形に対する重心を意味するものとする。

例えば、パン製造においては、前述のように、パン生地を円形に成形する場合があるが、実際に成形されたパン生地は所要の円形よりも変形した円形となってしまいがちであるが、その場合、その形状の重心からの輪郭曲線までの半径が均一ではなくバラツキが生じるわけであり、変形の度合いは、最大半径若しくは最小半径に端的に現れる。本発明に係る材料形状判定装置では、基本的には、このような最大半径や最小半径に基づき、変形の度合い、すなわち、該成形された材料が円としての所要形状を満たしているか否かを判定するものである。また、この材料形状判定装置においては、球形に成形しようとした場合に、材料が所要の球形になっているか否かを判定するのにも、円形形状の判定と同じ判断基準に基づき判定を行う。すなわち、材料を球形に成形しようとした場合の球形度（若しくは球からの変形度）も、該材料を撮像した二次元形状としての円の変形度として現れるからである。更に、材料を楕円形状に成形しようとした場合には、楕円を円から変形した形としてとらえ、従って、上記最大半径や最小半径に基づき、変形の度合いを判定することにより、所要の楕円形となっているか否かを判定しようとするものである。

具体的には、
該判定する手段が、
該材料の二次元形状の面積と、該最大半径を半径とする円の面積との比率に基づき当該成形された材料が所要形状を満たしているか否かを判定するようにする。

以下に述べる実施形態の説明において述べるとおり、多くの実験を通して、このような方法で形状の判定が行えることが分かった。

また、
該判定する手段が、
該材料の二次元形状の面積と、該最小半径を半径とする円の面積との比率に基づき当該成形された材料が所要形状を満たしているか否かを判定するようにすることもできる。

本発明は、更に、
上記のように練り生地を対象とした形状判定装置と、
練り生地を球形に成形する生地成形装置と、
該生地成形装置により成形された練り生地の該二次元形状が、該形状判定装置において所要形状を満たしていないと判定がされた場合に、該生地成形手段の操作条件を修正する手段と
を有する練り生地成形システムを提供する。

生地成形システムにおける自動化、成形の均質化を図るものである。

以上説明したように、本発明によれば成形された材料の円形度（変形度）を、作業者によるのではなく客観的データに基づき判定することが可能となり、また、その判定結果に基づき、成形手段を調整できるので、より均質な成形が可能となる。

＜第１実施形態＞
図１には、本発明の第１の実施形態であるパン生地Ｄを発酵させるために丸める丸め生地成形システム１００が示されている。ここに示されるように、丸め生地成形システム１００は、(ｉ)丸め機に生地を供給する供給コンベア１７０と、(ii)供給コンベア１７０により供給されたパン生地を丸める生地丸め機１２０と、(iii)生地丸め機１２０により丸められた生地を搬送する搬送コンベア１６０と、（iv)搬送コンベア１６０の位置Ｐにおいて、パン生地Ｄを撮影するカメラ１３０と、(ｖ)カメラ１３０の撮影のために用いられる照明１５０と、(vi)カメラ１３０により撮影されたパン生地Ｄの画像を取得し、円形度の判定等を行う判定装置１４０と、を備えている。

ここで、生地丸め機１２０は、（ａ）供給コンベア１７０から供給されたパン生地Ｄを受けると共に、略円錐形状でその中心軸線を中心に回転するカサ１２１と、（ｂ）カサ１２１の上で転がされるパン生地Ｄを螺旋状経路に沿って案内するトラフ（羽根）１２２と、（ｃ）丸められたパン生地に粉を振りかけるふるい１２３と、（ｄ）カサ１２１の回転速度やトラフ１２２を動かしてカサ１２１との隙間を制御すると共に、判定装置１４０からの指令を受信する制御部１２４と、を備えている。

図１において、供給コンベア１７０はパン生地Ｄを生地丸め機１２０に供給する。生地丸め機に供給されたパン生地Ｄは、回転するカサ１２１の上で、トラフ１２２に沿って転がりながら丸められる。丸められたパン生地Ｄは、ふるい１２３で粉を振りかけられ、シュートを伝って、搬送コンベア１６０に載せられる。載せられたパン生地Ｄは、次の工程へ搬送される。この搬送コンベア１６０の途中の位置Ｐにおいて、カメラ１３０により撮影される。

カメラ１３０により撮影されたパン生地Ｄ１の画像Ｉ１（図３）は、判定装置１４０に送信され、判定装置１４０は、マイコンを備え、図２に示される判定処理Ｓ１００を実行する。判定処理Ｓ１００では、まずステップＳ１１１において、２値化処理を行い、パン生地Ｄ１の形状を抽出する。次にステップＳ１１２において、形状に関する２値化情報からパン生地Ｄ１の形状の重心位置Ｇ１を算出し、その重心位置Ｇ１を中心として形状の最大半径（重心から輪郭線までの線分のうち最大に長さ）Ｒｍａｘ１及び平均半径（重心から輪郭線までの線分の平均長さ）Ｒａｖｇ１を算出する。

ここで「重心」とは、当該材料の二次元形状のなかに穴などがあったりした場合でも、それを無視した二次元形状の輪郭曲線によって囲まれた図形に対する重心を意味するものとする。また、マイコンによる形状の抽出、重心位置の算出、最大半径、平均半径の算出は、当業者にとって画像処理における一般的手法にて実施することができるものであるので、その詳細は省略する。

引き続き、ステップＳ１１３において、以下の式で定義され、１以下の正の値である円形度Ｃを算出する。

（この式は、最大半径を有する円と平均半径を有する円との面積比を円形度Ｃとしたものである。）

次に、ステップＳ１１４において、円形度Ｃが所定値より大きいと判定された場合には、判定処理Ｓ１００を終了する。一方、円形度Ｃが所定値以下と判定された場合には、ステップＳ１１５に進み、生地丸め機１２０に対して、パラメータの修正指令を行い、判定処理Ｓ１００を終了する。

判定装置１４０からの修正指令を受信した生地丸め機２００の制御部１２４は、カサ１２１の回転速度やカサ１２１とトラフ１２２との間の隙間などの必要な動作パラメータを修正する。具体的には、例えばトラフ１２２は、図示のように、カサ１２１の周りを螺旋状に延びているが、その長さ方向に沿って配列された一定長さの多数のセグメントから構成するようにし、カサの表面に対する各セグメントの角度を変えたり、該表面に対して各セグメントを近づけたり又は離したりして、生地を案内する当該セグメントとカサの表面との間の隙間の調整を行う。

生地丸め機１２０は、修正されたパラメータを用いてパン生地の丸めを行い、該パン生地Ｄ２（図４）の円形度の修正が行われるが、パン生地Ｄ１と同様に円形度判定が行われ、その結果に応じ、動作パラメータの必要な修正が行われる。

本発明の第１実施形態においては、このようにしてパン生地の形状について客観的に判定が行われ、生地丸め機１２０の動作条件が自動的に修正される。

本発明の第１実施形態によれば、球形に成形されるパン生地の形状判定を、１つの二次元形状に基づき行っているが、より正確に行うためには、２以上の二次元形状を撮像し、その複数の画像情報に基づき行うことが好ましいことは当然であるが、それほど厳密な円形度を求められないパン生地の丸め操作における形状判定には、上記した実施形態におけるように１つの二次元形状に基づくものでも実用上は十分である。

また、円形度を求める式として、上記計算式［数２］を用いたが、これは基本的には、重心位置からの最大半径及び平均半径との比較に基づき、円形度の判定を行うことを意味しており、上記式に限定されるものではなく、例えば、それら半径を二乗値ではなく、半径自体の比較（Ｒavg／Ｒmax）でも判定を行うことができる。

更に、本発明の第１実施形態において、最大半径と平均半径との二乗値の比較ではなく、カメラ１３０によって撮像されたパン生地の実際の面積を、上記最大半径Ｒmaxを半径とする円の面積で除した数値、すなわち、（撮像されたパン生地の実際の面積）／（最大半径Ｒmaxを半径とする円の面積）を求めたが、その数値は、後述するように、上記計算式［数２］で求めたものとほぼ同じになることが分かった。従って、それらの面積比に基づいても、パン生地の円形度を判定することが出来る。

また、本発明において円形度を求めるということは、撮像したパン生地の像の、円に対する変形の度合いを判定するものということができ、上述の第１実施形態では、撮像したパン生地形状における最大半径がその変形の度合いを端的に表すものとして用いたが、撮像したパン生地形状における最小半径にも同様に変形の度合いを端手に表すパラメータと考えることができ、従って、この最小半径に基づいても（具体的には、最小半径／平均半径、最小半径／最大半径によっても）に行うことができる。重心からの最大半径や最小半径ではなく、当該パン生地の撮像形状に内接する円及び外接する円の半径も円に対する変形の度合いを端的に表すパラメータであると考えることができ、従って、これらによっても形状判定を行うことができる。具体的には、内接する円の半径／平均半径、外接する円の半径／平均半径、内接する円の半径／外接する円の半径、等によっても形状判定を行うことができる。

尚、図１０Ａ，図１０Ｂは、上記計算式に基づく判定試験結果のいくつかのサンプル、すなわち、変形度が小さかったものから大きかったもの、順に示す。すなわち、これらサンプルは、図１に示す生地丸め機１２０により球形にしたパン生地をカメラ１３０により撮像した球形パン生地の二次元形状を示しており、各サンプル図につけた数値は、（撮像されたパン生地の実際の面積）／（最大半径Ｒmaxを半径とする円の面積）、（平均半径Ｒavgの二乗）／（最大半径Ｒmaxの二乗）、及び（平均半径Ｒavg）／（最大半径Ｒmax）の値を示す。

これから分かるように、各数値とも、それぞれのサンプルの変形度（円形度）をかなり良く反映しており、変形度判定の指標として使用することができることが分かる。

また、図１１は、実際に成形したものではなく、ほぼ真円に近いものから楕円形に変形した型と、円形若しくは球形に成形した場合に想定しうる変形型を作り、それを撮像して、各撮像にたいする（Ｒavg）²／（Ｒmax）²の値を示している。これから分かるとおり、撮像した二次元形状の楕円形への変形度（楕円度）も、本発明に係る方法により判定することができる。

本発明の第１実施形態によれば、作業者の視覚によるのではなく、画像処理による客観的データに基づきパン生地の円形度を判定することができ、また、そのような判定に基づき生地丸め機を修正して丸め処理を行うことができるので、パン生地をより均一に丸めることが可能となる。

本発明の第１実施形態においては、生地成形手段として円錐形のカサとトラフからなる丸め機を用いることとしたが、図５に示されるようなドラム型の丸め機２２０を用いた丸め生地成形システム２００でもよい。ドラム型の丸め機２２０は公知のものであるので、詳細な説明は省略する。

＜第２実施形態＞
図６及び図７には、本発明の第２の実施形態であるパン生地Ｄを楕円型に成形するための楕円生地成形システム３００が示されている。この楕円生地成形システム３００では、（ｉ）システムの前段で生地を搬送する前コンベア３０１と、（ii）システムの後段で生地を搬送する後コンベア３０４と、（iii）前コンベア３０１上で、搬送方向の両側にある一対のローラであって、その間にパン生地Ｄを通過させることにより生地の幅を整える生地幅調整ローラ３０２と、（iv）一対のローラからなり、パン生地Ｄを前コンベア３０１から後コンベア３０４に載せかえると共に、生地を平らに延ばしながら、後コンベア３０４と協働して略楕円形状を形成させるシータローラ３０３と、（ｖ）後コンベア３０４上で、生地の形状を撮影するカメラ３０５と、（vi）カメラ３０５により撮影された画像を解析し、楕円形状が適正かどうかを判定する判定装置３０６と、を備えている。

この楕円生地成形システム３００ではまず、前コンベア３０１に載せられた碗を伏せたような形状のパン生地Ｄは、生地幅調整ローラ３０２を通過することにより、パン生地の幅が調整される。引き続き、シータローラ３０３の間を通過することにより、平たく伸ばされると共に、シータローラ３０３より少し早く動作する後コンベア３０４に載せられながら、進行方向に伸ばされて略楕円形状が形成される。楕円成形処理を終えたパン生地Ｄは、後コンベア３０４上でカメラ３０５により撮影され、その画像が判定装置３０６へと送信される。

画像を受信した判定装置３０６では、第１実施形態におけると同様の方法で、受信した画像の円形度が所定の範囲内にあるか否かが判定され、その範囲内にある場合には、所要の楕円形状であると判断される。

円形度が所定の範囲内でないと判定された場合には、画像形状が必要な楕円よりも円形に近いか、必要な楕円より円形から大きく変形されているものと判断され、生地幅調整ローラ３０２の設定間隔や後コンベアの駆動速度等の所要のパラメータの修正が行われる。

要するに、この方法では、円形度が所定範囲よりも大きいときは、所要の楕円よりも円形に近く（すなわち、長軸と短軸との比が小さく）、円形度が所定範囲よりも小さいときは、必要以上に円形からはなれた（長軸と短軸の比が大きい）楕円になっているものとして生地幅調整ローラ３０２等の調整を行うものである。

図１０を参照すれば、前述の計算式による値及び面積比により、楕円の程度が判定できることが分かる。

また、第１実施形態に関し段落［００３３］及び［００３４］で述べた種々の方法（すなわち、面積比、最小半径、内接円半径、外接円半径に基づく方法）で円形度又は楕円度を判定することもできる。更に、所要の楕円形となっているか否かの判定を行うのであるから、前述した撮像形状における重心を求め、その重心を通る撮像形状の横断線分の最大長の寸法を楕円の長軸Ｄmaxとし、最小長の寸法を短軸Ｄminとして、それらが所定範囲内の値にあるか否かにより、所要の調整を行うこともできる。図６及び図７に示すような装置においては、成形されるパン生地の楕円形状は、その長軸が当該パン生地の搬送方向となるので、上記判定結果に基づく生地幅調整ローラ３０２や後ベルト３０４の調整を行う場合には、搬送方向におけるパン生地の最大寸法Ｄmaxを長軸寸法、それと直交する方向の最大寸法を短軸寸法とすることが好ましい。

なお、本発明の第２実施形態においては、判定装置３０６により、生地幅調整ローラ３０２及び後コンベア３０４の動作パラメータを調整することとしたが、シータローラ３０３又は前コンベア３０１等のその他の装置の動作パラメータを調整することとしてもよい。また、上記判定に加えて、撮像形状が所定面積を有しているか否かの判定を行うようにすることもできる。すなわち、前述の通り、例えば一回で作られるパン生地（バッチ）は、その最初の方に処理される生地部分よりも最後の方で処理される生地部分は引き伸ばされにくくなる傾向にあり、従って、所要の楕円度があると判定されたとしても、その楕円形に引き伸ばされた面積が小さくなる傾向にある。従って、引き伸ばされるパン生地が一定以上の面積を有することが必要とされるものにおいては、撮像形状の面積の判定を行い、それが一定以下と判定された場合には、例えば、シータローラ３０３の隙間を小さく調整して、成形されるパン生地をより拡げるようにすることが好ましい。

＜第３実施形態＞
図８及び図９には、本発明の第３の実施形態であるパン生地Ｄを円形で平たい形状に成形するためのシーティングシステム４００が示されている。このシーティングシステム４００では、（ｉ）システムの最初と、中間と、最後の段階で、それぞれ生地を搬送する第１コンベア４１０、第２コンベア４０２及び第３コンベア４０３と、（ii）第１コンベア上において、パン生地Ｄを補助的に一定量押しつぶす補助展圧ローラ４０４と、（iii）一対のローラからなり、パン生地Ｄを第２コンベア４０２から第３コンベア４０３に載せかえると共に、補助展圧ローラ４０４により押しつぶされたパン生地Ｄを更に最終的な形状に延ばすシータローラ４０５と、（iv）第１コンベア上において、補助展圧ローラ４０４により延ばされたパン生地Ｄを上方から撮影するカメラ４０８と、（ｖ）カメラ４０８により撮影された画像を解析し、補助展圧ローラ４０４により延ばされたパン生地Ｄの形状が適正かどうかを判定する判定装置４０６と、を備えている。

このシーティングシステム４００では、第１コンベア４１０に載せられた碗を伏せたような形状のパン生地Ｄが、補助展圧ローラ４０４により一定量押しつぶされる。押しつぶされたパン生地Ｄはカメラ４０８により撮影され、その画像が判定装置４０６へと送信される。

判定装置４０６は、第２実施形態に関し述べたように撮像形状の円形度並びに面積の判定を行う。判定装置が、円形度及び／又は面積が所要の値を満たさない（すなわち適正でない）と判定した場合には、リジェクト装置４１１が作動されてコンベアから廃棄されるようにしている。従って、当該シーティングシステム４００によって成形排出されるパン生地を、より質の高いものとすることが可能となる。

図９に示す実施形態では、判定装置４０６が上記のような判定をした場合、補助展圧ローラ４０４が調整され、該ローラによって展圧する程度を調整することにより、展圧されたパン生地の面積が調整されるようになっているが、より高い品質のパン生地成形が必要な場合には、第２実施形態と同様に、シータローラ４０５を通過後のパン生地を撮像し、その円形度を判定する装置等を追加設定することも可能である。

以上において説明した第１〜第３実施形態においては、本発明を、練り生地としてパン生地の成形に用いるものとして示したが、その他の練り生地の成形に適用することもできる。

また、第１〜第３実施形態においては、形状情報取得手段としてカメラを用いることとしたが、レーザ等のその他の形状情報取得手段を用いることとしてもよい。

以上説明したように、本発明の生地形状判定方法及び生地形状判定装置は、練り生地の用いた食品の製造工程に適用することができる。また、本発明の生地成形方法及び生地成形システムは、練り生地の成形装置に適用することができる。

本発明の第１実施形態の丸め生地成形システム１００の概略を示す図である。図１の判定装置１４０の判定処理Ｓ１００のフローチャートである。図１のカメラ１３０により取得されたパン生地Ｄ１の画像Ｉ１を概略的に示す図である。図１のカメラ１３０により取得されたパン生地Ｄ２の画像Ｉ２を概略的に示す図である。第１の実施形態の丸め機の変形例を示す図である。本発明の第２実施形態の楕円生地成形システム３００を示す上面図である。本発明の第２実施形態の楕円生地成形システム３００を示す側面図である。本発明の第３実施形態のシーティングシステム４００を示す上面図である。本発明の第３実施形態のシーティングシステム４００を示す側面図である。球形にしたパン生地をカメラにより撮像した二次元形状のサンプル、及び、各二次元形状に対する（撮像されたパン生地の実際の面積）／（最大半径Ｒmaxを半径とする円の面積）、（平均半径Ｒavgの二乗）／（最大半径Ｒmaxの二乗）、及び（平均半径Ｒavg）／（最大半径Ｒmax）の値をサンプルの右余白に付して示した図である。図１０Ａと同様の図である。実際に成形したものではなく、ほぼ真円に近いものから次第に楕円形に変形した型と、円形若しくは球形に成形した場合に想定しうる変形型を作り、それを撮像して、各撮像に対する（Ｒavg）²／（Ｒmax）²の値を示している。

１００, ２００丸め生地成形システム；１２０, ２２０生地丸め機；１２１, ２２１カサ；１２２, ２２２トラフ；１２３ふるい；１２４制御部；１３０, ２３０, ３０５, ４０８カメラ；１４０, ２４０, ３０６, ４０６判定装置；１５０照明；１６０搬送コンベア；１７０供給コンベア；３００楕円生地成形システム；３０１前コンベア；３０２生地幅調整ローラ；３０３シータローラ；３０４後コンベア；４００シーティングシステム；４０２第２コンベア；４０３第３コンベア；４０４補助展圧ローラ；４１０第１コンベア；Ｄパン生地；Ｇ重心；Ｒｍｉｎ重心からの最小半径；Ｒｍａｘ重心からの最大半径；Ｒａｖｇ重心からの平均半径；Ｉ１, Ｉ２画像

Claims

丸められて球形とされた練り生地の二次元画像情報を取得する手段、
取得した二次元画像情報から該練り生地の二次元形状の重心を求める手段、
該重心から該二次元形状の輪郭曲線までの最大半径、最小半径のうちの少なくとも１つに基づき、当該成形された練り生地が該所要形状を満たしているか否かを判定する手段、
を有し、
該判定する手段が、
該練り生地の二次元形状の面積と、該最大半径及び最小半径の内の一方を半径とする円の面積との比率に基づき当該成形された練り生地が所要形状を満たしているか否かを判定するようにした材料形状判定装置。
請求項１に記載の形状判定装置と、
練り生地を球形に成形する生地成形装置と、
該生地成形装置により成形された練り生地の二次元形状が、該形状判定装置において所要形状を満たしていないと判定がされた場合に、該生地成形手段の作動条件を修正する手段と
を有する練り生地成形システム。