JP2007248222A - 液体判別装置及び液体判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の比重の相違を利用して液体の種類を判別する液体判別装置を提供する。
【解決手段】液体判別装置は、所定形状の容器を傾斜させて、容器を複数位置で支持する支持手段と、各位置にかかる重量を検出する複数の重量センサと、複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて、容器内の液体の容量を求め、当該容量と容器内の液体の重量とに基づいて液体の種類を判別する判別手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器内の液体の種類を判別する液体判別装置及び液体判別方法に関し、特に、液体の比重差を用いて、液体を判別する装置及び方法に関する。

例えば、航空機を利用する乗客は、危険物の機内への持ち込みを防止するために、空港の搭乗口でＸ線撮影による手荷物検査や、金属探知器によるボディチェックを受ける。しかしながら、ガソリンなどの可燃性液体は、Ｘ線撮影や金属探知のみでは、検出が困難な危険物である。例えば、ペットボトルなどの市販されている容器にガソリンを充填した場合、外見上真正な飲料との区別ができず、機内に持ち込まれるおそれがある。また、紙パックやアルミ缶のような不透明な容器に可燃性液体を充填した場合も、中身の液体を判別することができない。手荷物検査において、容器の中の液体を取り出し、分析すれば、当然液種は判別できるが、分析に時間がかかることや、封切られていない容器を開けることを強制しなければならないなど、一件一件、容器内部の液体を実際に分析することは、現実的には不可能である。そこで、迅速且つ非破壊、非接触で容器内部の液体を判別する方法が求められていた。

本出願人は、上記要請に鑑み、下記特許文献１に開示されているように、液体の種類による熱伝導率の相違を利用して金属容器（例えばアルミ缶ボトル）の内部の液体種別を判別する手法を開発し、実用化している。当該手法によれば、可撓性を有する基盤にヒータパターン、温度検知パターンを作り込み、そのパターン部分に検査対象ボトルを接触させ、ヒータ加熱による検査対象ボトルの温度変化を温度検知パターンで検出することにより、内部の液体の種類を判別する。検査対象ボトル内部の液体の熱伝導率により、ヒータ加熱によって、ボトル表面温度の変化パターンが異なることを利用している。

また、本出願人は、液体の種類による誘電率の相違を利用して、ペットボトルなどの絶縁体容器内の液体種類の判別手法についても開発し、実用化している。

なお、下記特許文献２は、容器の材質、液体の種類によらずに、容器内の液体量を検出する装置に開示しているが、容器内の液体の種類を判別するものではない。
国際公開ＷＯ２００５／０６４３２４号公報 特開平７−８３７３２号公報

本出願人は、今回、液体の熱伝導率又は誘電率の相違を利用した液体の種類を判別する手法とは別、新たに、液体の比重の相違を利用した液体の種類の判別手法を開発した。

従って、本発明の目的は、液体の比重の相違を利用して液体の種類を判別する液体判別装置及び液体判別方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の第一の液体判別装置の構成は、所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数位置で支持する支持手段と、各位置にかかる重量を検出する複数の重量センサと、前記複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を求め、当該容量と前記容器内の液体の重量とに基づいて液体の種類を判別する判別手段とを備えることを特徴とする。

本発明の第二の液体判別装置の構成は、所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数位置で支持する支持手段と、各位置にかかる重量を検出する複数の重量センサと、前記複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を求め、当該容量と前記容器内の液体の重量とに基づいて、前記容器内の液体の比重を求め、求められた比重が所定値であるかどうか判別する判別手段とを備えることを特徴とする。

本発明の第三の液体判別装置の構成は、上記第二の液体判別装置において、前記判別手段により、求められた比重が所定値ではないと判別された場合、異常と判定する異常判定手段を備えることを特徴とする。

本発明の第四の液体判別装置の構成は、上記第一乃至第三の液体判別装置のいずれかにおいて、前記判別手段は、前記容器内の液体の重量を前記複数の重量センサが検出する重量の合計に基づいて取得することを特徴とする。

本発明の第五の液体判別装置の構成は、上記第一乃至第四の液体判別装置のいずれかにおいて、前記容器の形状を検出する検出手段を備え、前記判別手段は、前記検出手段により検出される前記容器の形状ごとに、前記容器内の液体の容量を、前記複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて求めることを特徴とする。

本発明の第一の液体判別方法は、所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数の位置で支持する支持台の前記複数の位置それぞれにかかる重量を検出する重量検出ステップと、検出された各位置にかかる重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を求め、当該容量と前記容器内の液体の重量とに基づいて液体の種類を判別する判別ステップとを備えることを特徴とする。

本発明の第二の液体判別方法は、所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数位置で支持する支持台の前記複数の位置それぞれにかかる重量を検出する重量検出ステップと、前記複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を求め、当該容量と前記容器内の液体の重量とに基づいて、前記容器内の液体の比重を求め、求められた比重が所定値であるかどうか判別する判別ステップとを備えることを特徴とする。

本発明の第三の液体判別方法は、上記第二の液体判別方法において、前記判別ステップにより、求められた比重が所定値ではないと判別された場合、異常と判定する異常判定ステップを備えることを特徴とする。

本発明の第四の液体判別方法は、上記第一乃至第三の液体判別方法のいずれかにおいて、前記判別ステップは、前記容器内の液体の重量を、検出された各位置にかかる重量の合計に基づいて求めることを特徴とする。

本発明の第五の液体判別方法は、上記第一乃至第四の液体判別方法のいずれかにおいて、前記容器の形状を検出する形状検出ステップを備え、前記判別ステップは、検出された前記容器の形状ごとに、前記容器内の液体の容量を、検出された各位置にかかる重量の比に基づいて求めることを特徴とする。

本発明の液体容量検出装置は、所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数位置で支持する支持手段と、各位置にかかる重量を検出する複数の重量センサと、前記複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。

本発明の液体容量検出方法は、所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数の位置で支持する支持台の前記複数の位置それぞれにかかる重量を検出する重量検出ステップと、
検出された各位置にかかる重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を検出する容量検出ステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、容器を傾斜させて支持し、容器の複数位置にかかる重量を検出し、その重量比を求めることで、液体の比重に関わらずに、容器内の液体の容量を求めることができる。そして、求められた容量と検出された重量から液体の比重が求められるので、その比重の相違を利用して、容器内の液体の種類を非接触で判別することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施の形態における液体判別装置の構成を示す図である。液体判別装置１は、容器２を傾斜させて保持し、容器を複数位置で支持する支持台１０を有する。本実施の形態例においては、容器２は、ペットボトルやアルミ缶などの飲料用容器を対象とするが、本願発明はそれに限定されず、例えば、ガラスビンや紙パックなどの容器であってもよい。

支持台１０は、例えば、容器２を載置するための台１１と、その台が傾斜するように複数の位置で台１１を支持する複数の支持部１２とを有する。支持部１２は、台１１を安定して支持し、且つ後述するように、容器２内の液体の容量の相違により、各支持部１２にかかる重量の比が変化するような複数の位置に設けられる。例えば、支持部１２は、図１に示されるように、容器２の底部付近と容器２の上部付近の２カ所で容器２を支持するように設けられる。

台１１には、容器を検出するための容器センサ２０（図１で示される３つの容器センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの総称）が設けられる。容器センサ２０は、例えば、発光部及び受光部を有する光センサで構成される。容器センサ２０は、容器２０が台１１に載置されたことを検出するとともに、台１１の異なる位置に複数の容器センサ２０を配置することで、容器２の形状を識別することもできる。具体的には、容器２は、その容量に応じて形状が異なる。特に、ペットボトルやアルミ缶などの飲料用容器として現在流通している容器２は、容量が大きくなるに応じて、容器２の高さが高くなる形状を有しているものが多い。従って、図１に示すように、台１１の異なる高さの位置に、複数の容器センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを配置し、各容器センサ２０が容器２を検出するかどうかにより、容器２の形状を検出することができる。例えば、各容器センサ２０からの検出信号により、３００ｍｌ用容器、３５０ｍｌ用容器、５００ｍｌ用容器などを識別する。

各支持部１２には、それぞれ重量センサ３０（図１で示される２つの重量センサ３０Ａ、３０Ｂの総称）が設けられる。図１では、２つの支持部１２それぞれについて、重量センサ３０Ａ、３０Ｂが設けられ、各重量センサ３０Ａ、３０Ｂは各支持部１２にかかる重量を検出する。

支持台１０（台１１＋支持部１２）及び容器２の重量を無視すると、各重量センサ３０が検出する重量は、容器２内の液体の重量の所定比率分であり、各重量センサ３０の検出する重量の合計は、容器２内の液体の重量となる。支持台１０の重量は既知の固定値であり、重量センサ３０Ａ、３０Ｂの検出する重量から支持台１０分の重量を減算することで、支持台１０の重量を無視することができる。また、容器２の重量も容器２内の液体の重量と比較して無視できるほど小さい（もちろん、容器２の重量も既知の固定値とみなし、支持台１０と同様に、あらかじめ重量センサ３０Ａ、３０Ｂの検出する重量から容器２分の重量を減算することで、容器２の重量を無視するようにしてもよい）。

制御部４０は、容器センサ２０及び重量センサ３０からの検出信号に基づいて、容器２内の液体を判別する。具体的には、制御部４０は、インターフェース回路４１、ＣＰＵ４２、ＲＯＭ４３、ＲＡＭ４４、表示制御部４５を有する。インターフェース回路４１は、容器センサ２０及び重量センサ３０からの検出信号を取得し、それをＣＰＵ４２に供給する。ＣＰＵ４２は、汎用的な演算処理装置であって、本発明の実施の形態における液体を判別するための処理プログラムを実行する。ＲＯＭ４３は、本発明の実施の形態における液体を判別するためのプログラムを記憶する。ＲＡＭ４４は、ＲＯＭ４３から読み出したプログラムを展開したり、演算結果のデータを一時記憶するなどＣＰＵ４２のプログラム実行時の作業用メモリである。表示制御部４５は、ＣＰＵ４２によるプログラム実行による液体判別結果をモニタ５０に表示するための出力制御手段である。液体判別結果は、モニタ５０に表示出力される場合の他、例えば、音声で出力されてもよい。また、容器内２の液体がガソリンなどの危険物でないかどうかの液体判別結果を出力する場合は、発光ダイオード（ＬＥＤ）による発光や警報音などにより、液体判別結果が出力されてもよい。例えば、危険物でない場合は、緑色のＬＥＤを発光させ、危険物である場合は、赤色のＬＥＤを発光させる。

図２は、容器２内の液体の容量と重量センサ３０Ａ、３０Ｂの重量比との関係を示す図である。図２（ａ）は、容器２内の液体を異ならせた場合の測定結果のグラフであって、具体的には、水を入れた場合とエタノールを入れた場合の測定グラフである。実線が水の測定値であり、点線がエタノールの測定値である。また、横軸は容器２内の液体容量、縦軸は重量比、すなわち、（重量センサ３０Ｂの検出重量）／（重量センサ３０Ａの検出重量）である（もちろん、分母と分子が逆でもよい）。測定条件は、図３に示すように、重量センサ３０Ａと３０Ｂの間隔を８０ｍｍとし、三辺の比が３：４：５となるような傾斜角度とした。また、測定は、５００ｍｌ用容器に水を入れた場合と、エタノールを入れた場合についてそれぞれ行った。

測定の結果、図２（ａ）に示されるように、水を入れた場合とエタノールを入れた場合について、容量の少ない領域において若干の差が生じるが、ほぼ全域にわたって、比重の相違によって重量比の差は生じないことが判明した。すなわち、水の比重は１であり、エタノールの比重は約0.8であるが、重量比を求めているため、比重の違いによる重量差が相殺され、液体の比重にかかわらず、重量比から液体の容量を求めることができることが図２（ａ）の測定結果から明らかとなった。

図２（ｂ）は、容器２の形状を異ならせた場合の測定結果のグラフであって、具体的には、３００ｍｌ用容器、３５０ｍｌ用容器、５００ｍｌ用容器に水を入れた場合の測定結果のグラフである。なお、測定条件として、重量センサ３０Ａと３０Ｂの間隔は、図３に示した例と異なり、本測定では４０ｍｍとし、容器の傾斜角度は、図３と同様に、三辺の比が３：４：５となるような傾斜角度とした。

図２（ｂ）の線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ５００ｍｌ用容器、３５０ｍｌ容器、３００ｍｌ用容器に水を入れた場合の液体の容量と重量比との関係を示す曲線である。図２（ｂ）に示されるように、容器の形状により、容器内の液体の容量に対する重量比は変化することが判明した。従って、複数の容器形状を取り扱う場合は、容器形状を特定し、容器の形状毎に重量比と液体容量との関係（対応テーブル）を得る必要がある。

図１に示すように、容器２は、台１１に傾斜して載置されているので、容器２内の液体の容量が多いほど、液体の重心位置が図１における右方向に移動し、容器２の上部付近の支持部１２にかかる重量（重量センサ３０Ｂの検出重量）の比率が上昇し、その分、容器２の底部付近の支持部１２にかかる重量（重量センサ３０Ａの検出重量）の比率は低下する。従って、図２（ａ）、（ｂ）の測定結果に示されるように、容器２内の容量が多いほど、重量比が大きくなっていき、重量比と容器２内の液体容量とを１対１に対応付けられる曲線が得られた。このように、本出願の発明者は、容器を傾斜させて、複数の位置で支持し、その複数の位置それぞれにかかる重量を検出し、その重量比から、容器内の液体の容量が求められることを見出した。

本発明の実施の形態例では、図２（ａ）に示されたように、液体の比重に関係なく、重量比により、容器内の液体の容量を求めることができることを利用して、さらに液体の種類を判別する。

重量比から容器内の液体の容量を求めるとともに、重量センサ３０Ａと３０Ｂの検出する重量の合計から、上述したように、容器２内の液体の重量を求めることができる。従って、液体の容量と重量とから、液体の比重（重量／容量）が求められ、その値から液体を判別することができる。

例えば、求められた比重が１（誤差を考慮した１を含む一定の範囲内）であれば、容器内の液体は水（お茶など水を主成分とする飲料用液体を含む）と判別することができる。

また、ガソリンの比重は0.73-0.76、軽油の比重は0.80-0.84、灯油の比重は0.78-0.80など、有機系可燃物は0.8前後の比重を有するものが多く、求められた比重が0.8程度であれば、有機系可燃物と判別することができる。

その他の液体についても、既知の比重から、他の液体の比重と重ならない範囲で、液体の種類を判別することができる。例えば、濃度２０％の硫酸水溶液の比重は1.15程度であり、濃度が大きくなるにつれて、比重も大きくなるが、いずれにしても、水の比重１より大きく、比重が水の比重を超える値であれば、劇物である硫酸水溶液と判別することができる。

このように、本発明の実施の形態例における液体判別方法は、重量センサ３０Ａ、３０Ｂの検出する重量から、容器２内の液体の比重を求め、求められた比重に基づいて、液体の種類を判別する。重量センサ３０Ａ、３０Ｂは、容器に非接触であり、容器外周に水滴が着いていたり、断熱フィルムが巻かれている場合であっても、判別可能である。さらに、容器と重量センサとが非接触であり、また、重量センサは露出していない位置に配置可能であることから、耐久性が高く、故障の可能性も低い。
また、従来技術で説明した熱伝導率を用いた方式のように、経時変化を観察する必要はなく、傾斜した容器の複数位置にかかる重量を測定するだけで済むので、極めて短時間で液体の種類を判別することができる。

この液体判別方法を用いて、容器内の液体が可燃性液体（エタノール、ガソリンなど）や劇物などの危険物であるかどうか判定する場合は、例えば、本発明の液体判別方法により求められた比重が水の比重１であるかどうか判定し、容器内の液体が水以外の液体と判定された場合は、危険物と判定すればよい。

図４は、本発明の実施の形態における液体判別方法の処理フローチャートを示す図である。図４の処理は、制御部４０のＲＯＭ４３にプログラムとして記憶され、ＣＰＵ４２により実行される。また、ＲＯＭ４３には、図２（ｂ）の測定結果に示したような、容器の形状毎に、重量比と容量との対応テーブルが格納され、ＣＰＵ４２はそれを参照する。

まず、容器センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃからの検出信号により、容器の形状を検出する（Ｓ１００）。例えば、容器センサ２０Ａのみが容器を検出した場合は、３００ｍｌ用容器と判定し、容器センサ２０Ａ、２０Ｂが容器を検出した場合は、３５０ｍｌ用容器と判定し、容器センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ全てが容器を検出した場合は、５００ｍｌ用容器と判定する。ＣＰＵ４２は、判定した容器の形状に対応する重量比と容量との対応テーブルを参照する。

そして、重量センサ３０Ａ、３０Ｂからの検出値により重量比を演算し、Ｓ１００で特定した容器の形状に対応する重量比と容量との対応テーブルから容器２内の液体の容量を求める（Ｓ１０１）。

さらに、重量センサ３０Ａ、３０Ｂの検出値を合算し、容器２内の液体の重量を求め（Ｓ１０２）、Ｓ１０１で求めた液体の容量とＳ１０２で求めた液体の重量から、液体の比重を求める（Ｓ１０３）。

Ｓ１０３で求められた比重が水の比重であるかどうか判定する（Ｓ１０４）。具体的には、すなわち、求められた比重が、測定誤差を考慮して１を含む所定範囲の値（例えば、0.95以上1.05以下）内であれば、容器内の液体を水と判定し（Ｓ１０５）、安全信号を出力する（Ｓ１０６）。一方、所定範囲外であれば、危険物と判定し（Ｓ１０７）、警報信号（異常信号）を出力する（Ｓ１０８）。

本発明の実施の形態における液体判別装置の構成を示す図である。 容器２内の液体の容量と重量センサ３０Ａ、３０Ｂの重量比との関係を示す図である。 測定条件を示す図である。 本発明の実施の形態における液体判別方法の処理フローチャートを示す図である。

符号の説明

１０：支持台、１１：台、１２：支持部、２０：容器センサ、３０：重量センサ、４０：制御部、４１：インターフェース回路、４２：ＣＰＵ、４３：ＲＯＭ、４４：ＲＡＭ、４５：表示制御部、５０：モニタ

Claims (12)

1. 所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数位置で支持する支持手段と、
   各位置にかかる重量を検出する複数の重量センサと、
   前記複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を求め、当該容量と前記容器内の液体の重量とに基づいて液体の種類を判別する判別手段とを備えることを特徴とする液体判別装置。
2. 所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数位置で支持する支持手段と、
   各位置にかかる重量を検出する複数の重量センサと、
   前記複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を求め、当該容量と前記容器内の液体の重量とに基づいて、前記容器内の液体の比重を求め、求められた比重が所定値であるかどうか判別する判別手段とを備えることを特徴とする液体判別装置。
3. 請求項２において、
   前記判別手段により、求められた比重が所定値ではないと判別された場合、異常と判定する異常判定手段を備えることを特徴とする液体判別装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記判別手段は、前記容器内の液体の重量を前記複数の重量センサが検出する重量の合計に基づいて取得することを特徴とする液体判別装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記容器の形状を検出する検出手段を備え、
   前記判別手段は、前記検出手段により検出される前記容器の形状ごとに、前記容器内の液体の容量を、前記複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて求めることを特徴とする液体判別装置。
6. 所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数の位置で支持する支持台の前記複数の位置それぞれにかかる重量を検出する重量検出ステップと、
   検出された各位置にかかる重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を求め、当該容量と前記容器内の液体の重量とに基づいて液体の種類を判別する判別ステップとを備えることを特徴とする液体判別方法。
7. 所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数位置で支持する支持台の前記複数の位置それぞれにかかる重量を検出する重量検出ステップと、
   前記複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を求め、当該容量と前記容器内の液体の重量とに基づいて、前記容器内の液体の比重を求め、求められた比重が所定値であるかどうか判別する判別ステップとを備えることを特徴とする液体判別方法。
8. 請求項７において、
   前記判別ステップにより、求められた比重が所定値ではないと判別された場合、異常と判定する異常判定ステップを備えることを特徴とする液体判別方法。
9. 請求項６乃至８のいずれかにおいて、
   前記判別ステップは、前記容器内の液体の重量を、検出された各位置にかかる重量の合計に基づいて求めることを特徴とする液体判別方法。
10. 請求項６乃至９のいずれかにおいて、
    前記容器の形状を検出する形状検出ステップを備え、
    前記判別ステップは、検出された前記容器の形状ごとに、前記容器内の液体の容量を、検出された各位置にかかる重量の比に基づいて求めることを特徴とする液体判別方法。
11. 所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数位置で支持する支持手段と、
    各位置にかかる重量を検出する複数の重量センサと、
    前記複数の重量センサそれぞれが検出する重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を検出する検出手段とを備えることを特徴とする液体容量検出装置。
12. 所定形状の容器を傾斜させて、前記容器を複数の位置で支持する支持台の前記複数の位置それぞれにかかる重量を検出する重量検出ステップと、
    検出された各位置にかかる重量の比に基づいて、前記容器内の液体の容量を検出する容量検出ステップとを備えることを特徴とする液体容量検出方法。