JP2023012103A - レーザー式ガス濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製品検査工程を高速化するとともに、検査精度を向上させたレーザー式ガス濃度測定装置を提供する。【解決手段】レーザー式ガス濃度測定装置は、ピロー包装袋Ｂを搬送する搬送装置１１と、レーザー発生部１２、レーザー受光部１３とから構成される。搬送装置は、隙間１５を挟んで並設された第１ベルトコンベヤ１６ａと第２ベルトコンベヤ１６ｂからなる二連コンベヤ１４と、当該二連ベルトコンベヤの上流に設けた上流コンベヤ５０と、下流に設けた下流コンベヤ５５とから構成されている。これらのベルトコンベヤからなる搬送経路の中途に二連ベルトコンベヤを組み入れることで、測定装置を用いた製品検査工程を独立させて測定時間を長く確保して検査精度を向上させるとともに、測定後に素早くピロー包装袋を入れ替えることで製品検査工程を高速化することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス置換後に密封した包装袋又は包装容器或いはこれらに類する包装体類にレーザー光を透過させて、当該包装体類内に残留している特定ガスのガス濃度を測定するようにしたレーザー式ガス濃度測定装置に関する。

従来、包装袋又は包装容器に被包装物を収納した製品に係る検査は、製造された複数の製品の中から所定数のサンプルを抜き取って検査する抜き取り検査が一般的である。
そのような抜き取り検査は、確かに抜き取ったサンプル一つ一つの残留ガス濃度の検査は精密に行えるが、全ての製品全体の検査としてみた場合は検査精度が悪く、統計的に不良品の発生率を得ていたにすぎない。

そこで、近年は、製品にレーザー光を照射して製品全量を検査する方法が行われている。
特開２０１２－２０８１２６号公報に開示されている包装機におけるガス濃度測定方法は、特定波長のレーザー光を発信器によって特定ガスに照射する機能を有するレーザー発生部と、その発信器から発振され特定ガスを通過するレーザー光を受信器によって受光し、そのガスにより吸収されたレーザー光の強度を測定してその強度から当該ガスの濃度を出力させる機能を有するレーザー受光部とからなるレーザー式ガス濃度測定装置を用い、ピロー包装袋内に被包装物を充填してガス置換を行なってから開口部の密封を施す包装機の製品排出経路に、発信器と受信器を所定間隔に配置したレーザー式ガス濃度測定装置のガスパージ室を設け、そのガスパージ室内にパージガスを流した状態にて発信器と受信器の間を通過するピロー包装袋内の特定ガスの濃度を測定するようにした。これによって、包装機に設けたレーザー式ガス濃度測定装置により全数のピロー包装袋について当該包装袋を損傷することなく内部の特定ガスの濃度を迅速に測定することができるようにした。
このように、近年はレーザー式ガス濃度測定装置を用いて、包装機で形成された製品の全数を非破壊で検査するようにして、当該製品内に残留した特定ガスのガス濃度の検査精度を向上させることが行われている。

特開２０１２－２０８１２６号公報

しかしながら、まず上記のガス濃度測定方法では、包装機の製品排出経路上に窒素ガス等の不活性ガスで満たされたガスパージ室を設けて、当該ガスパージ室内を通過させるピロー包装袋を一時的に停止させる構成が第一の問題となる。
すなわち、包装機を高速化した場合、当該包装機から続々と搬出される包装製品を検査部が一つずつ検査する構成では、当該検査部で包装製品が滞留してしまう、いわゆるボトルネック化するおそれがある。

第二にレーザー式ガス濃度測定装置の測定精度を向上させるための構成が問題となる。
ここで、レーザー式ガス濃度測定装置は、レーザー光を包装袋に透過させたとき、包装袋内に残留している特定ガスで当該レーザー光が吸光される吸光度に基づいてガス濃度を測定するように構成されている。当該吸光度は、レーザー発生部とレーザー受光部間の光路上に存在する特定ガスの分子がレーザー光の特定スペクトルを吸収する割合に基づくものであるから、光路上に存在する分子に特定スペクトルを多く吸収させると測定精度を向上させることができることが知られている。この特定スペクトルをより多く吸収させる方法が、光路長を長くするか、又は同一光路上で照射時間を長くすることである。
しかし、上記のガス濃度測定方法では、包装機上のスペースが限られた位置に設けられたガスパージ室では、長い光路長を確保することが困難であるうえ、レーザー発生部とレーザー受光部がガスパージ室内の所定の位置に固定されているため、通過するピロー包装袋に対してレーザー光を瞬間的に照射するのみであり、同一光路上での照射時間を長く確保することができないという問題がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、製品検査工程を高速化するとともに、検査精度を向上させたレーザー式ガス濃度測定装置を提供することである。

請求項１に記載のレーザー式ガス濃度測定装置は、ガス置換されて密封された包装袋又は包装容器或いはこれらに類する包装体類が載置されるコンベヤからなる搬送経路を備え、当該包装体類を所定の搬送速度で搬送する搬送装置と、
特定波長のレーザー光を射出するレーザー発生部と、前記レーザー光を受光するレーザー受光部とから構成されたレーザー式ガス濃度測定装置であって、
前記搬送経路の途中に、所定の幅の隙間を挟んで並設された第１ベルトコンベヤと第２ベルトコンベヤから構成された二連ベルトコンベヤを設け、
前記搬送経路上を搬送されている前記包装体類が、前記二連ベルトコンベヤ上に載置されたとき、
前記レーザー発生部から射出された前記レーザー光が、前記包装体類及び前記隙間を透過して、前記レーザー受光部で受光されるようにして、
当該包装体類の透過前後で変化する前記特定波長の吸収スペクトルに基づいて前記包装体類内に残留している特定ガスのガス濃度を測定することを特徴とする。

請求項２に記載のレーザー式ガス濃度測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が、前記隙間を挟んで上下方向に対向配置されたことを特徴とする。

請求項３に記載のレーザー式ガス濃度測定装置は、請求項２に記載の発明において、前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が、前記搬送速度と同期する移動速度で前記二連ベルトコンベヤの始端から終端に向かって前記搬送経路に対して平行移動する移動経路を設け、
当該移動経路に沿って、前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が、移動しているとき、
前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が前記包装体類に設けた測定ポイントに対して相対的に停止すると共に、前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が前記包装体類内の前記ガス濃度を測定するようにしたことを特徴とする。

請求項４に記載のレーザー式ガス濃度測定装置は、請求項３に記載の発明において、前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が、前記二連ベルトコンベヤの終端に到達したとき、
前記レーザー発生部と前記レーザー受光部の双方またはいずれか一方が、反隙間側の上下方向に沿って略コの字状を描く軌跡で前記終端から前記始端へ向かって帰還する帰還経路を設けたことを特徴する。

請求項５に記載のレーザー式ガス濃度測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記隙間に主反射鏡を配置し、
前記レーザー発生部から射出した前記レーザー光が、前記主反射鏡で反射してから前記レーザー受光部で受光されるようにしたことを特徴とする。

請求項６に記載のレーザー式ガス濃度測定装置は、請求項５に記載の発明において、前記レーザー発生部から射出された前記レーザー光が、前記主反射鏡で反射して、同一光路上を辿って前記レーザー受光部で受光されるようにしたことを特徴とする。

請求項７に記載のレーザー式ガス濃度測定装置は、請求項５に記載の発明において、前記主反射鏡に対し、前記包装体類を挟んで平行に相対する副反射鏡を対向配置して、
前記レーザー発生部から射出した前記レーザー光が、前記主反射鏡と前記副反射鏡間で反射してから前記レーザー受光部で受光されるようにしたことを特徴とする。

本発明に係るレーザー式ガス濃度測定装置によれば、搬送装置が有するコンベヤからなる搬送経路の途中に、所定幅の隙間を挟んで並設された第１ベルトコンベヤと第２ベルトコンベヤを備えた二連ベルトコンベヤを設けた。そして、レーザー発生部から射出されたレーザー光が、包装体類と隙間を透過してレーザー受光部で受光されるように、レーザー発生部とレーザー受光部を配置して、包装体類が二連ベルトコンベヤ上を搬送されているときにガス濃度を測定するようにした。そして好ましくは、隙間を挟んでレーザー発生部とレーザー受光部を上下に対向配置した。
ここで、二連ベルトコンベヤの上流側のコンベヤを上流コンベヤ、下流側のコンベヤを下流コンベヤとすると、コンベヤ上を連続的に搬送している包装体類を順次測定する場合は、搬送速度を高速化するとそれに合わせて測定時間も短縮されてしまうが、上流コンベヤと下流コンベヤの間を切り離し、二連ベルトコンベヤ上で包装体類を一時的に停止させて一つずつ測定し、次の包装体類と入れ替えるように構成した場合は、搬送速度を高速化した場合であっても、所定の測定時間を容易に確保することができる。
これによって、ガス濃度を測定するときに、包装体類を順次入れ替えて測定することができるので、製品検査工程を高速化することができる。

また好ましくは、当該レーザー発生部とレーザー受光部が、二連ベルトコンベヤの始端から終端に向かって搬送される包装体類と同期する移動速度で移動するようにした。このとき、包装袋体類の所定の位置に設けた測定ポイントに対して、レーザー発生部とレーザー受光部が相対的に停止するようにしてガス濃度を測定するようにした。
これによって、レーザー光の照射時間を延ばすことができるので、製品検査工程を高速化するとともに、その検査精度を向上させることができる。

さらに好ましくは、隙間に主反射鏡を設け、レーザー発生部から射出されたレーザー光が反射してレーザー受光部で受光され、若しくは主反射鏡と平行に副反射鏡を対向配置して、レーザー発生部から射出されたレーザー光が主副反射鏡間で反射を繰りかえしてレーザー受光部で受光されるようにした。
これによって、レーザー光の光路長を延ばすことができるので、製品検査工程を高速化するとともに、その検査精度を向上させることができる。

第１実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の構成の概略を示した斜視図である。 第１実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の構成の概略を示した部分側面図である。 第１実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の測定動作原理の概略を示した説明図である。 第２実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の構成の概略を示した斜視図である。 第２実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の構成の概略を示した部分側面図である。 第３実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の構成の概略を示した斜視図である。 第３実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の構成の概略を示した部分側面図である。 第４実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の構成の概略を示した斜視図である。 第４実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の構成の概略を示した部分側面図である。

本発明に係るレーザー式ガス濃度測定装置の実施例を添付した図面にしたがって説明する。図１は、本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の構成の概略を示した斜視図であり、図２は、本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置の構成の概略を示した側面図である。

レーザー式ガス濃度測定装置１０は、図１及び図２に示すように、包装体類を所定の搬送速度で搬送経路上を搬送する搬送装置１１と、特定波長のレーザー光を射出するレーザー発生部１２と、前記レーザー光を受光するレーザー受光部１３とを有している。
包装体類は、包装袋又は包装容器或いはこれらに類している被包装物を包装可能なものであって、本実施例においては、ピロー包装袋Ｂをもって例示しているがこれに限定されるものでは無く、たとえば、袋状の包材のほか、カップ、トレー等であっても良い。
ピロー包装袋Ｂとは、図１に示すように、所定のフィルムを丸めて重ね合わせた端部をシールして筒体状に形成し、被包装物を収納して、開口端をシールして形成した包装袋である。本実施例では、図１に示すように、当該ピロー包装袋Ｂを一つずつ分離して搬送装置上で搬送しているが、これに限定されるものでは無く、ピロー包装袋Ｂが二以上連接形成された連包状のピロー包装袋であっても良い。
ピロー包装袋Ｂを構成するフィルムは、たとえば、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂からなるものが好ましい。ここで、フィルムに対するレーザー光の透過率が、０．００００１％以上、１００％未満であれば、ピロー包装袋Ｂが着色されている場合であってもレーザー光が透過するので、本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０は有効である。
本実施例に係るピロー包装袋Ｂは、図２に示すように、レーザー光が透過可能な測定ポイントＰ_０，Ｐ_０を有している。また、ピロー包装袋Ｂが着色され、レーザー光が透過困困難であるような場合であっても、当該測定ポイントＰ_０，Ｐ_０にレーザー光が透過可能な窓部を設けてあれば良い。
測定ポイントＰ_０，Ｐ_０におけるピロー包装袋内の光路は、後述するように、被包装物がレーザー光の妨げにならない空間であることが好ましい。これによって、被包装物がレーザー光を吸収し、また散乱させて測定誤差が生じることを防止することができる。

搬送装置１１は、図１及び図２に示すように、二連ベルトコンベヤ１４と、二連ベルトコンベヤ１４を挟んで図１の矢印Ａで示したピロー包装袋Ｂの進行方向に沿った上流側に配置した上流コンベヤ５０と、下流側に配置した下流コンベヤ５１とから構成された搬送経路を有している。当該搬送経路上をピロー包装袋Ｂが搬送される速度を搬送速度とする。
二連ベルトコンベヤ１４は、所定幅の隙間１５を挟んで並設された第１ベルトコンベヤ１６ａと第２ベルトコンベヤ１６ｂを備えている。第１ベルトコンベヤ１６ａは、ベルト１７ａ、当該ベルト１７ａを回す主ロータ１８と、当該主ロータ１８の回転にベルト１７ａを介して従動する従ロータ１９を有している。第２ベルトコンベヤ１６ｂもまた同様に構成されている。主ロータ１８は、たとえば、サーボモータ（図示略）によって回動可能に構成されている。これによって、主ロータ１８が所定の回転速度で回転したとき、ベルト１７ａ，１７ｂが所定の速度で移動して、当該ベルト１７ａ，１７ｂ上に載置されたピロー包装袋Ｂが搬送される。
隙間１５の幅は、少なくともレーザー光が透過可能な幅から、ピロー包装袋Ｂが落下しない幅の間で任意に設定可能である。
第１ベルトコンベヤ１６ａと第２ベルトコンベヤ１６ｂの主ロータ１８は、互いに同期して、同一な回転速度で回転するように構成されている。これによって、隙間１５を挟んだ両ベルト１７ａ，１７ｂが同期して移動し、所定の搬送速度でピロー包装袋Ｂを搬送することができる。
また、第１ベルトコンベヤ１６ａと第２ベルトコンベヤ１６ｂの主ロータ１８は、それぞれ正逆回転可能なサーボモータに接続されていることから、ベルト１７ａ，１７ｂもまたそれぞれ正逆方向へ移動させることができる。すなわち、第１ベルトコンベヤ１６ａと第２ベルトコンベヤ１６ｂを互いに独立して、たとえば、第１ベルトコンベヤ１６ａのベルト１７ａを正方向へ、第２ベルトコンベヤ１６ｂのベルト１７ｂを逆方向へ移動させたとき、ベルト１７ａ，１７ｂ上に載置されたピロー包装袋Ｂの姿勢を補正することができるようにしても良い。このとき、たとえば、二連ベルトコンベヤ１４を挟み込むように構成したガイドプレートと合わせて用いることによって、レーザー光を投射しやすいようにピロー包装袋Ｂの姿勢を補正することができる。
このように、完成したピロー包装袋Ｂをコンベヤで搬出する搬出経路の途中に二連ベルトコンベヤ１４を配置した。そのため、ピロー包装袋Ｂが縦方向に連なって形成される縦型ピロー包装機、或いはピロー包装袋Ｂが横方向に連なって搬出される横型ピロー包装機のいずれにも本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０を適用することができる。

レーザー発生部１２は、図３に示すように、レーザー光源２０と、当該光源２０から射出するレーザー光の波長を特定の波長に設定し、所定の光強度に調整する制御部２１とを有している。
レーザー光源２０は、波長が可変可能なダイオードからなる半導体レーザー素子を備え、近赤外領域のレーザー光を射出可能に形成されている。本実施例に係る半導体レーザー素子は、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ：分布帰還形）レーザーと呼ばれる高出力の半導体レーザー素子である。
制御部２１は、半導体レーザー素子から射出されるレーザー光の波長を測定対象の特定ガス固有の特定波長に調整して、レーザー光が所定の入射光強度で射出されるように増幅する制御を行うように構成されている。また制御部２１は、計測部２３に対して、射出する入射光強度に係る入射光信号を出力するように構成されている。
ここで、本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０が測定する特定ガスは、酸素ガス（Ｏ_２）である。当該酸素ガス固有の吸収波長帯は７６０ｎｍ帯であり、当該吸収波長帯に含まれる複数の吸収スペクトルのうち、一の吸収スペクトルに係る特定波長がレーザー光の出力波長として選択される。本実施例では、酸化により被包装物を劣化させるおそれがある酸素ガスを検出するように構成したが、これに限定されるものでは無く、検出対象のガスを特定する吸収波長帯に係る吸収スペクトルは任意に設定することができるように構成されている。

レーザー受光部１３は、図３に示すように、ピロー包装袋Ｂを透過して減衰したレーザー光を受光する受光センサ２２と、当該受光センサからの受光信号に基づいて、ガス濃度を計測する計測部２３とを有している。
受光センサ２２は、ピロー包装袋を透過したレーザー光の透過光強度を電気的な透過光信号に変換する素子、たとえば、フォトダイオードからなる。これによって、ピロー包装袋Ｂ内を透過して減衰したレーザー光の透過光強度を電気的に処理することができる。
計測部２３は、透過光強度に係る透過光信号と、レーザー発生部１２の制御部２１から出力されたレーザー光の入射光強度に係る入射光信号に基づいて透過率を計算し、当該透過率に基づいてレーザー光の特定ガスによる吸光度を求め、当該吸光度に基づいてピロー包装袋Ｂ内の特定ガスのガス濃度を計測するように構成されている。

レーザー発生部１２とレーザー受光部１３間でレーザー光が通る経路を光路Ｃとし、その長さを光路長Ｌとする。光路Ｃ上には、大気雰囲気とピロー包装袋Ｂがある。
ここで、特定ガスは、大気雰囲気に存在すると共にピロー包装袋Ｂ内に残留している。当該特定ガスはレーザー光を構成する特定波長に係る所定の吸収スペクトルをその光路Ｃ上で吸光する。そのため、レーザー光は、光路Ｃ上で特定ガスに吸収されて減衰する。そして、光路Ｃ上で減衰されたレーザー光が受光センサ２２で受光される。
計測部２３は、制御部２１から取得した減衰前の光強度と透過して減衰した透過光強度から、透過率を求めるように構成されている。計測部２３は、求めた透過率から光路Ｃ上でどれだけ特定ガスが吸収スペクトルを吸収したかを示す吸光度を求めるように構成されている。そして、計測部２３は、求めた吸光度に基づいて、光路Ｃ上における特定ガスの総濃度を算出して、当該総濃度から、大気雰囲気中に略一定の濃度で存在している特定ガスの濃度による影響を除いて、ピロー包装袋Ｂ内に残留している特定ガスの濃度を測定するように構成されている。
測定された残留特定ガスの濃度が所定の閾値以上であった場合、特定ガス、本実施例では酸素ガスが許容される濃度以上でピロー包装袋Ｂ内に残留しているとして、ピロー包装袋Ｂで被包装物を包装して製造した袋製品は不良品と判定され搬送経路外へ排出される。
上記のように、レーザー式ガス濃度測定装置１０は、光路Ｃ上で特定ガスによって吸光され減衰したレーザー光の減衰の度合いによって特定ガスのガス濃度を測定している。
そのため、第一に光路長Ｌが一定の場合、測定時間を長くすることによって、測定精度を向上させることができる。
第二に光路長Ｌを長く確保し、レーザー光の減衰度を大きくすることによって、測定精度を向上させることができる。ここで、光路長Ｌが一定であり、かつ、当該光路長Ｌが短い場合には、測定時間を長く確保して、当該測定時間中にレーザー発生部１２から射出したレーザー光を１回又は２回以上の複数回反射させてレーザー受光部１３で受光させることによって見かけ上の光路長Ｌを長くするようにしても良い。
第三にレーザー光を複数回射出し、複数の測定値を得ることによって、測定精度を向上させることができる。これは、光路長Ｌを一定に保持すると共に測定時間を長く確保して、当該測定時間中にレーザー発生部１２からレーザー光を複数回射出した測定値から、測定平均値、測定偏差、測定誤差等を算出し、それらの値を実測値にフィードバックして測定値を補正することによって可能となる。
上記のいずれの場合であっても、測定精度を向上させるためには測定時間を長く確保すること、測定時間中は光路長Ｌを長く、一定に保持することが重要である。

上記の原理で動作する本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０は、搬送装置１１の隙間１５に対して、図１及び図３に示すように、レーザー発生部１２とレーザー受光部１３を搬送装置１１のベルト１７ａ，１７ｂの上面側を挟んで上下方向に対向配置して構成される。すなわち、ピロー包装袋Ｂが、上流コンベヤ５０から搬送装置１１のベルト１７ａ，１７ｂ上へ移り、レーザー発生部１２とレーザー受光部１３との間へ移動してきたとき、レーザー光はピロー包装袋Ｂと隙間１５を透過するように構成されている。

上記の構成を有するレーザー式ガス濃度測定装置１０を用いたピロー包装袋Ｂの製品検査工程を、図１及び図２にしたがって説明する。
所定のピロー型包装機で被包装物を包装し、密封されて製造されるピロー包装袋Ｂは、当該包装機から搬出され、上流コンベヤ５０に載せられて搬送される。なお、図１及び図３では、一つずつに分割されたピロー包装袋Ｂを図示しているが、これに限定されるものでは無く、当該ピロー包装袋Ｂが複数個連なって連包状に形成されたピロー包装袋Ｂであっても良い。

製品検査工程では、測定位置にピロー包装袋Ｂを移動させる移動工程、ピロー包装袋Ｂ内のガス濃度を測定する測定工程、及び測定後のピロー包装袋Ｂを測定位置から搬出する搬出工程に係る処理が行われる。
移動工程は、上流コンベヤ５０上を移動してきたピロー包装袋Ｂを始端１４ａから二連ベルトコンベヤ１４の搬送経路に載せて、そのまま図１、図２中の矢印Ａの方向に沿ってピロー包装袋Ｂを移動させて、当該ピロー包装袋に設けた測定ポイントＰ_０，Ｐ_０がレーザー発生部１２とレーザー受光部１３に対向する位置まで移動させる処理を行う工程である。なお、このときベルト１７ａ，１７ｂを相対的に逆方向へ回してピロー包装袋Ｂの向きを補正するようにしても良い。
測定工程は、二連ベルトコンベヤ１４を一時停止させて、ピロー包装袋Ｂに対してレーザー発生部１２からレーザー光を射出し、ガス濃度測定に係る処理を行う工程である。ガス濃度測定の原理については上記の通りであるから説明を省略する。なお、このとき二連ベルトコンベヤ１４を一時停止させず、瞬時にレーザー光を照射して測定するようにしても良い。また、一時停止中にガス濃度測定を行うとき、レーザー光を単射するのではなく、複数回射出して測定処理を複数回行い、得られた測定値から、測定平均値、測定偏差、測定誤差等を算出し、それらの値を実測値にフィードバックして測定値を補正するようにしても良い。
搬出工程は、測定工程後、サーボモータが主ロータ１８を回転させて、素早くピロー包装袋Ｂを二連ベルトコンベヤ１４の終端１４ｂから下流コンベヤ５５へ搬出する処理を行う工程である。またこのとき、測定を行った先のピロー包装袋Ｂが搬出されると同時に、次に測定を行う後のピロー包装袋Ｂが上流コンベヤ５０から搬入され、上記の移動工程に係る処理が行われる。このようにして連続してピロー包装袋Ｂを測定することができる。

本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０によれば、第１ベルトコンベヤ１６ａと第２ベルトコンベヤ１６ｂを並設して構成された二連ベルトコンベヤ１４のベルト１７ａ，１７ｂに挟まれた隙間１５内にレーザー受光部１３を配置して装置を構成するようにした。これによって、測定する空間を確保したうえで、装置自体をコンパクトにすることができる。
また、上流コンベヤ５０、下流コンベヤ５５と搬送装置１１を切り離し、当該搬送装置１１によって、搬出工程と移動工程を同時に行うようにした。これによって、ベルトコンベヤを一定の速度で動作させて、当該ベルトコンベヤのベルト上で一つずつ順次測定するよりも、ガス濃度測定を行うよりも、次の測定へ素早く取り掛かることができるので、製品検査工程を高速化することができる。

次いで、他の実施例を添付した図面にしたがって説明する。図４及び図５は本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０Ａの構成の概略を示した説明図である。

第１実施例に記載したレーザー式ガス濃度測定装置１０と、本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０Ａの構成上の相違点は、レーザー発生部１２Ａとレーザー受光部１３Ａである。
図４に示すように、隙間１５を挟んで上下方向に対向配置されたレーザー発生部１２Ａとレーザー受光部１３Ａは、搬送経路に沿って形成された移動経路３０に沿って、当該移動経路３０の始端３０ａから終端３０ｂに向かって、二連ベルトコンベヤ１４の搬送速度と同期した所定の移動速度で移動可能に構成されている。
これによって、移動速度が二連ベルトコンベヤ１４の搬送速度と同期しているとき、レーザー発生部１２Ａとレーザー受光部１３Ａは、ピロー包装袋Ｂに対して相対的に停止する。このとき測定ポイントＰ_０，Ｐ_０に対してレーザー光を射出した場合、二連ベルトコンベヤ１４の始端１４ａから終端１４ｂに亘って連続してガス濃度測定を行うことができる。

レーザー発生部１２Ａとレーザー受光部１３Ａは、移動経路３０の終端３０ｂに到達したとき、続いて移動経路３０の終端３０ｂから始端３０ａへ帰還する帰還経路３１を有している。
帰還経路３１は、図５に示すように、レーザー発生部１２Ａとレーザー受光部１３Ａの双方またはいずれか一方が、帰還経路３１の始端３１ａから反隙間１５側の上方又は下方へ移動し、移動経路３０と平行で逆方向に進んで、帰還経路３１の終端３１ｂの上方又は下方へ至ったとき、隙間１５側へ移動する、いわゆる略コの字を描くようにレーザー発生部１２Ａとレーザー受光部１３Ａの双方またはいずれか一方が移動するゲートモーションで動作するように構成されている。これによって、測定後にベルト１７ａ，１７ｂから下流コンベヤ５５へ排出されるピロー包装袋Ｂを避けることができ、また、二連ベルトコンベヤのベルト、主ロータ１８、従ロータ１９と干渉することを防止することができる。
なお、ピロー包装袋Ｂ又は主ロータ１８、従ロータ１９等と干渉しない構成であれば、帰還経路３１を移動経路３０の終端３０ｂから始端３０ａへ直線的に辿る経路としても良い。

次に、上記の構成を有するレーザー式ガス濃度測定装置１０Ａを用いたピロー包装袋Ｂの製品検査工程を、図４及び図５にしたがって説明する。
製品検査工程では、測定位置にピロー包装袋Ｂを移動させる第１移動工程と第２移動工程、ピロー包装袋Ｂ内のガス濃度を測定する測定工程、及び測定後のピロー包装袋Ｂを測定位置から搬出する搬出工程に係る処理が行われる。
第１移動工程は、上流コンベヤ５０上を移動してきたピロー包装袋Ｂを、二連ベルトコンベヤ１４の始端１４ａに載せて、図５に示すように、当該ピロー包装袋Ｂ前方に設けられた測定ポイントＰ_０，Ｐ_０が、レーザー発生部１２Ａとレーザー受光部１３Ａに対向する位置まで移動させる処理を行う工程である。
続く第２移動工程は、測定工程と共に行われる。
測定工程は、ピロー包装袋Ｂに対してレーザー光を射出して当該ピロー包装袋Ｂ内のガス濃度を測定する処理を行う工程である。当該測定方法については第１実施例と同じであるから説明を省略する。
第２移動工程は、レーザー発生部１２Ａ及びレーザー受光部１３Ａと、ピロー包装袋Ｂを同じ速度で移動させる処理を行う工程である。搬送装置１１がピロー包装袋Ｂを搬送する搬送速度に対して、レーザー発生部１２Ａ及びレーザー受光部１３Ａの移動速度を同期させて、同じ速度で移動させることによって、レーザー発生部１２Ａは測定ポイントＰ_０，Ｐ_０に対して相対的に停止して、当該測定ポイントＰ_０，Ｐ_０からズレることなくレーザー光を射出することができ、レーザー受光部１３Ａは測定ポイントＰ_０，Ｐ_０に対して相対的に停止して、当該測定ポイントＰ_０，Ｐ_０からズレることなくレーザー光を受光することができる。そのため、測定工程に係る測定時間を長く確保することができるので、検査精度を向上させることができる。
搬出工程は、ピロー包装袋Ｂを二連ベルトコンベヤ１４のベルト１７ａ，１７ｂ上から搬出する処理を行う工程である。このとき、搬出されるピロー包装袋Ｂに対して、レーザー発生部１２Ａが干渉するおそれがあるので、少なくとも当該レーザー発生部１２Ａは、移動経路３０の終端３０ｂから上昇して、帰還経路３１の終端３１ｂへ向かうゲートモーションを描くように帰還させる。これにより、搬出されるピロー包装袋Ｂとレーザー発生部１２Ａが干渉することを防止することができる。
また、本実施例に係る製品検査工程では、測定ポイントＰ_０，Ｐ_０を図５に示したようにピロー包装袋Ｂの前方に設定したが、これとは逆に後方側へ設定するようにしても良い。この場合は、第２移動工程と搬出工程を同時に行うことができるので、測定工程が終了したとき、測定対象のピロー包装袋Ｂは下流コンベヤ５５へ既に搬出されている。この場合に、レーザー発生部１２Ａが帰還経路３１に沿って上昇するタイミングで、次に測定するピロー包装袋Ｂの第１移動工程に係る処理が行われ、レーザー発生部１２Ａと二連ベルトコンベヤのベルト１７ａ，１７ｂ上面の間に、次の測定対象であるピロー包装袋Ｂが送り込まれる。これにより測定位置へセットされるピロー包装袋Ｂとレーザー発生部１２Ａが干渉することを防止することができる。
いずれも二連ベルトコンベヤ１４上のピロー包装袋Ｂがレーザー発生部１２Ａの移動を妨げるおそれがあるので、上記したように、図５に記載した例の場合、少なくともレーザー発生部１２Ａはゲートモーションで設定された帰還経路３１に沿って移動経路３０の始端３０ａまで移動することが好ましい。

本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０Ａによれば、測定工程と第２移動工程を並行して行い、ピロー包装袋Ｂを移動させているときに当該ピロー包装袋Ｂ内のガス濃度を測定するようにした。これによって、測定時間を長く確保して検査精度を向上させるとともに、ピロー包装袋Ｂ一つ一つにかかる検査時間を短くすることができるので、製品検査工程を高速化することができる。

次いで、他の実施例を添付した図面にしたがって説明する。図６及び図７は本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０Ｂの構成の概略を示した説明図である。

第１実施例に記載したレーザー式ガス濃度測定装置１０と、本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０Ｂの構成上の相違点は、レーザー発生部１２Ｂとレーザー受光部１３Ｂに加えて、反射鏡３５を有していることである。
図６及び図７に示すように、レーザー発生部１２Ｂとレーザー受光部１３Ｂが、隙間１５上方に配置され、当該隙間１５間でレーザー発生部１２Ｂ及びレーザー受光部１３Ｂと対向する位置に反射鏡３５が配置されている。レーザー発生部１２Ｂから射出されたレーザー光は、反射鏡３５で反射して同一光路Ｃを往復し、さらに、レーザー発生部１２Ｂ前に設置されたハーフミラー３６でレーザー発生部１２から射出されたレーザー光と分光されてレーザー受光部１３Ｂへ入射するように構成されている。
レーザー光が同一光路Ｃを往復することによって、ピロー包装袋Ｂ内に特定ガスが残留している場合、光路長Ｌを長くしてレーザー光を大きく減衰させることができ、また同一光路Ｃを往復させていることから、反射した後、他の光路Ｃを辿るように構成するよりも特定ガス分子の偏りが少ないので、残留濃度をより一層正確に測定することができる。
なお、本実施例において、同一光路Ｃ上を往復するレーザー光を分光して、レーザー受光部１３Ｂへ入射させるように構成したが、これに限定されるものでは無く、レーザー光を所定の入射角で反射鏡３５へ入射させ、当該反射鏡３５で一回反射して別個に設けたレーザー受光部１３Ｂで受光させるようにしても良い。
その他の構成及び測定方法については第１実施例と同じであるから説明を省略する。

次に、上記の構成を有するレーザー式ガス濃度測定装置１０Ｂを用いたピロー包装袋Ｂの製品検査工程を図６及び図７にしたがって説明する。
製品検査工程では、測定位置にピロー包装袋Ｂを移動させる移動工程、ピロー包装袋Ｂ内のガス濃度を測定する測定工程、及び測定後のピロー包装袋Ｂを測定位置から搬出する搬出工程に係る処理が行われる。
移動工程は、上流コンベヤ５０上を移動してきたピロー包装袋Ｂを二連ベルトコンベヤ１４の始端１４ａに載せて、そのまま図中の矢印Ａの方向に沿って測定ポイントＰ_０，Ｐ_０がレーザー発生部１２Ｂ及びレーザー受光部１３Ｂと、反射鏡３５の間の位置まで移動させる処理を行う工程である。
測定工程は、二連ベルトコンベヤ１４を一時停止させて、ピロー包装袋Ｂに対してレーザー発生部１２Ｂからレーザー光を射出し、ガス濃度測定に係る処理を行う工程である。ガス濃度測定の原理については上記の通りであるから説明を省略する。なお、このとき二連ベルトコンベヤ１４を一時停止させず、瞬時にレーザー光を照射して測定するようにしても良い。また、一時停止中にガス濃度測定を行うとき、レーザー光を単射するのではなく、複数回射出して測定処理を複数回行い、得られた測定値から、測定平均値、測定偏差、測定誤差等を算出し、それらの値を実測値にフィードバックして測定値を補正するようにしても良い。
搬出工程は、測定工程後、サーボモータが主ロータ１８を回転させて、素早くピロー包装袋Ｂを二連ベルトコンベヤ１４の終端１４ｂから下流コンベヤ５５へ搬出する処理を行う工程である。

本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０Ｂによれば、レーザー発生部１２Ｂとレーザー受光部１３Ｂを同一側に配置して、反射鏡３５で反射した反射光を分光してレーザー受光部１３Ｂへ入射させる反射型として構成した。これによって、二連ベルトコンベヤ１４の下側にスペースの余裕がないような場所であっても、本実施例に係る搬送装置１１を設置してレーザー光によるガス濃度測定を行うことができる。

次いで、他の実施例を添付した図面にしたがって説明する。図８及び図９は本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０Ｃの構成の概略を示した説明図である。

第１実施例に記載したレーザー式ガス濃度測定装置１０と、本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０Ｃの構成上の相違点は、レーザー発生部１２Ｃとレーザー受光部１３Ｃに加えて、主反射鏡３６と副反射鏡３７を有していることである。
図８に示すように、レーザー発生部１２Ｃが隙間１５上方の二連ベルトコンベヤ１４の始端１４ａ側近傍に配置され、レーザー受光部１３Ｃが二連ベルトコンベヤ１４の終端１４ｂ側近傍に配置されている。また、隙間１５には、図９に示すように、二連ベルトコンベヤ１４の始端１４ａ近傍から終端１４ｂ近傍まで短冊状の主反射鏡３６が配置されている。そして、図９に示すように、レーザー発生部１２とレーザー受光部１３との間で、当該主反射鏡３６と相対する位置に、短冊状の副反射鏡３７が対向配置されている。これによって、レーザー発生部１２から所定の角度で射出されたレーザー光は、主反射鏡３６と副反射鏡３７との間で複数回反射してレーザー受光部１３へ入射するように構成されている。このように、レーザー光が主反射鏡３６と副反射鏡３７間で反射することによって、光路長を長く確保することができ、ピロー包装袋Ｂ内に特定ガスが残留している場合、レーザー光を大きく減衰させることができる。
なお、本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０Ｃで測定するピロー包装袋Ｂの測定ポイントＰ_０，Ｐ_０は、図９に示すように、レーザー光が複数回反射してピロー包装袋内を透過する光路Ｃに対応して設定されている。これによって、たとえば、第１実施例に係る図１に示した測定ポイントＰ_０，Ｐ_０のように、袋を構成する一方のフィルムと他方のフィルム間で相対するように設け、被包装物が無い空間を狙うことが困難である。そのため、ピロー包装袋Ｂ内をレーザー光が複数回反射することができるように、たとえば、ピロー包装袋Ｂの内部中央を長手方向に沿って通気性を持たせて区切ることによって、レーザー光が透過する空間を形成しておくことが好ましい。
その他の構成及び測定方法については第１実施例と同じであるから説明を省略する。

次に、上記の構成を有するレーザー式ガス濃度測定装置１０Ｃを用いたピロー包装袋の製品検査工程を図８及び図９にしたがって説明する。
製品検査工程では、測定位置にピロー包装袋Ｂを移動させる移動工程、ピロー包装袋Ｂ内のガス濃度を測定する測定工程、及び測定後のピロー包装袋Ｂを測定位置から搬出する搬出工程に係る処理が行われる。
移動工程は、上流コンベヤ５０上を移動してきたピロー包装袋Ｂを二連ベルトコンベヤ１４の始端１４ａに載せて、ピロー包装袋Ｂがベルト１７ａ，１７ｂ上に載置されるように、そのまま図中の矢印Ａの方向に沿って移動させる処理を行う工程である。
測定工程は、二連ベルトコンベヤ１４を一時停止させて、副反射鏡３７とベルト１７ａ，１７ｂ間で、また好ましくは主反射鏡３６も併せてピロー包装袋Ｂを挟み込み、主反射鏡３６と副反射鏡３７の反射鏡面をピロー包装機Ｂへ当接させてから、当該ピロー包装袋に対してレーザー発生部１２Ｃからレーザー光を射出し、ガス濃度測定に係る処理を行う工程である。ガス濃度測定方法については上記の通りであるから説明を省略する。なお、ガス濃度測定を行うとき、レーザー光を単射するのではなく、複数回射出して測定処理を複数回行い、得られた測定値から、測定平均値、測定偏差、測定誤差等を算出し、それらの値を実測値にフィードバックして測定値を補正するようにしても良い。
搬出工程は、測定工程後、サーボモータが主ロータ１８を回転させて、素早くピロー包装袋Ｂを二連ベルトコンベヤ１４の終端１４ｂから下流コンベヤ５５へ搬出する処理を行う工程である。

本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０Ｃによれば、搬送装置１１の隙間１５に主反射鏡３６を設置し、ベルト１７ａ，１７ｂ上に載置された測定対象のピロー包装袋Ｂを副反射鏡３７で抑えつけて、ピロー包装袋Ｂを主反射鏡３６と副反射鏡３７で挟み込んで測定するようにした。これによって、光路長Ｌを長くすることができるので、測定精度を向上させることができる。

第１実施例から第４実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによれば、上流コンベヤ５０と下流コンベヤ５５の間に二連ベルトコンベヤ１４を備えた搬送装置１１を設け、ベルト１７ａ，１７ｂ上でピロー包装袋Ｂ内の残留ガス濃度を測定するとき、ベルト１７ａ，１７ｂ間に形成した隙間１５を利用して、当該隙間１５にレーザー受光部、反射鏡３５、主反射鏡３６を配置してレーザー光で測定するようにした。そして、ベルト１７ａ，１７ｂ上へピロー包装袋Ｂを搬入し、また搬出するとき、先のピロー包装袋Ｂを搬出すると同時に次に測定するピロー包装袋Ｂを素早く搬入して入れ替えることができ、また停止と動作を周期的に素早く行うことで、ベルトコンベヤに載せたまま測定を行うよりも高速化することができる。
また、ピロー包装機で製造されたピロー包装袋に係る袋製品が搬出される途中にレーザー式ガス濃度測定装置を組み込むことができ、また、ピロー包装袋に限定されず、通常の包装袋、トレー或いはカップのような包装容器であっても、それら製品を搬出する搬出路の途中に設けることができることから、本実施例に係るレーザー式ガス濃度測定装置は汎用性に優れている。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…レーザー式ガス濃度測定装置、
１１…搬送装置、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…レーザー発生部、１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…レーザー受光部、
１４…二連ベルトコンベヤ、１５…隙間、１６ａ…第１ベルトコンベヤ、１６ｂ…第２ベルトコンベヤ、１７ａ，１７ｂ…ベルト、１８…主ロータ、１９…従ロータ、
２０…レーザー光源、２１…制御部、２２…受光センサ、２３…計測部、
３０…移動経路、３１…帰還経路、
３５…反射鏡、３６…主反射鏡、３７…副反射鏡、
５０…上流コンベヤ、５５…下流コンベヤ、
Ａ…ピロー包装袋が搬送される方向、Ｂ…ピロー包装袋、Ｃ…光路、Ｌ…光路長、Ｐ_０…測定ポイント

Claims (7)

1. ガス置換されて密封された包装袋又は包装容器或いはこれらに類する包装体類が載置されるコンベヤからなる搬送経路を備え、当該包装体類を所定の搬送速度で搬送する搬送装置と、
   特定波長のレーザー光を射出するレーザー発生部と、前記レーザー光を受光するレーザー受光部とから構成されたレーザー式ガス濃度測定装置であって、
   前記搬送経路の途中に、所定の幅の隙間を挟んで並設された第１ベルトコンベヤと第２ベルトコンベヤから構成された二連ベルトコンベヤを設け、
   前記搬送経路上を搬送されている前記包装体類が、前記二連ベルトコンベヤ上に載置されたとき、
   前記レーザー発生部から射出された前記レーザー光が、前記包装体類及び前記隙間を透過して、前記レーザー受光部で受光されるようにして、
   当該包装体類の透過前後で変化する前記特定波長の吸収スペクトルに基づいて前記包装体類内に残留している特定ガスのガス濃度を測定することを特徴とするレーザー式ガス濃度測定装置。
2. 前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が、前記隙間を挟んで上下方向に対向配置されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー式ガス濃度測定装置。
3. 前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が、前記搬送速度と同期する移動速度で前記二連ベルトコンベヤの始端から終端に向かって前記搬送経路に対して平行移動する移動経路を設け、
   当該移動経路に沿って、前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が、移動しているとき、
   前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が前記包装体類に設けた測定ポイントに対して相対的に停止すると共に、前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が前記包装体類内の前記ガス濃度を測定するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のレーザー式ガス濃度測定装置。
4. 前記レーザー発生部と前記レーザー受光部が、前記二連ベルトコンベヤの終端に到達したとき、
   前記レーザー発生部と前記レーザー受光部の双方またはいずれか一方が、反隙間側の上下方向に沿って略コの字状を描く軌跡で前記終端から前記始端へ向かって帰還する帰還経路を設けたことを特徴する請求項３に記載のレーザー式ガス濃度測定装置。
5. 前記隙間に主反射鏡を配置し、
   前記レーザー発生部から射出した前記レーザー光が、前記主反射鏡で反射してから前記レーザー受光部で受光されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー式ガス濃度測定装置。
6. 前記レーザー発生部から射出された前記レーザー光が、前記主反射鏡で反射して、同一光路上を辿って前記レーザー受光部で受光されるようにしたことを特徴とする請求項５に記載のレーザー式ガス濃度測定装置。
7. 前記主反射鏡に対し、前記包装体類を挟んで平行に相対する副反射鏡を対向配置して、
   前記レーザー発生部から射出した前記レーザー光が、前記主反射鏡と前記副反射鏡間で反射してから前記レーザー受光部で受光されるようにしたことを特徴とする請求項５に記載のレーザー式ガス濃度測定装置。

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