JP3766383B2 - 喫味用物品若しくはその部品の密度検出装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、葉たばこの刻等の多数の小片の集合体を具備する棒状の喫味用物品若しくはその部品を被検査体とし、同小片の密度を光学的に検査するための検査装置に関する。この検査装置は、例えば、葉たばこの刻を巻紙で巻上げてたばこロッドを製造するシステムにおいて、たばこロッドへの刻の導入量をフィードバック制御したり、たばこロッドの不良品を排除するために使用可能となる。
背景技術
シガレット、たばこロッド、たばこ用フィルタ等の喫味用物品若しくはその部品を生産する工程において、製品の良否等を知るため、これらの構成部材の密度を検査することが必要となる。例えば、葉たばこの刻を巻紙で巻上げてたばこロッドを製造するシステムにおいて、たばこロッド内の刻の充填状態を知るため、光学式密度検査装置が使用される。この種の検査装置として、特公平８−２２８８（米国特許第４，８０５，６４１及び第４，９８６，２８５に対応）には、紫外線から赤外線の領域内の光ビームを使用してたばこストランドの密度を光学的に検査するための装置が開示される。
本発明者が、上記公報に開示のタイプの検査装置を用いてたばこロッドの密度検査を行ったところ、たばこロッド内の刻の特性に依存して、光の減衰率と刻重量との相関が正確にとれないという問題が発生することが見出された。この問題は、次のような幾つかの重要な点が十分に考慮されていないことに起因するものと考えられる。
先ず、刻に含有される水分は、光の減衰率と刻重量との相関に大きな影響を及ぼす。また、発光素子がＬＥＤの場合、単一波長でなく発光波長帯が広がるため、刻による光の減衰率が波長により異なる。また、充填されている刻の隙間、或いはロッドの巻紙表面を伝わってくる光（たばこロッドの円周変化により影響を受ける）により、実際の刻による光の減衰量より受光素子に入射する光が多い。更に、受光素子の暗電流により測定誤差が生じる。
発明の開示
本発明は、かかる従来技術の問題点に基づいてなされたものであり、葉たばこの刻等の多数の小片の集合体を具備する棒状の喫味用物品若しくはその部品を被検査体とし、同小片の密度を高精度で光学的に検査することが可能な密度検査装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の視点は、多数の小片の集合体を具備する棒状の喫味用物品若しくはその部品を被検査体とし、前記小片の密度を光学的に検査するための装置であって、
前記小片を実質的に透過しない第１波長の光からなる第１光ビームを発光する第１光源と、
前記小片を実質的に透過する第２波長の光からなる第２光ビームを発光する第２光源と、
前記第１及び第２光ビームを合成すると共に合成光ビームとして前記被検査体に照射するための光学系と、
前記被検査体に照射する前の前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの夫々に対応する第１及び第２投光量を測定するための第１測定部と、
前記被検査体の表面で反射される前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの夫々に対応する第１及び第２反射光量を測定するための第２測定部と、
前記被検査体を通過する前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの夫々に対応する第１及び第２通過光量を測定するための第３測定部と、
前記第１及び第２投光量、第１及び第２反射光量、及び第１及び第２通過光量に基づいて、前記小片を透過した前記第２光ビームの透過光量を算出すると共に、前記透過光量に基づいて前記小片の密度を算出するための演算回路と、
を具備する。
本発明の第２の視点は、第１の視点の装置において、前記第２測定部は、前記被検査体の表面で反射される前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの両方を受光及び検出することにより、前記第１及び第２反射光量を測定する。
本発明の第３の視点は、第１の視点の装置において、第２測定部は、前記被検査体の表面で反射される前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの一方のみを受光及び検出することにより、前記第１及び第２反射光量の一方を測定すると共に、前記第１及び第２反射光量の他方は、前記一方の反射光量と同じ反射率で得られるものとして算出することにより測定する。
本発明の第４の視点は、第１乃至第３のいずれかの視点の装置において、前記小片の密度を代表する基準値と前記演算回路で得られる前記小片の密度の測定値との差である変動値を算出するための検出回路と、前記変動値に基づいて、被検査体の製造システムにおいて被検査体内に導入される小片の量を制御するための制御回路と、を更に具備する。
本発明の第５の視点は、第４の視点の装置において、複数の被検査体に対して前記検出回路で得られる変動値の平均値を算出し、前記制御回路に伝達するための積分回路を更に具備する。
本発明の第６の視点は、第４または第５の視点の装置において、前記変動値としきい値とを比較すると共に前記被検査体の良否を判定するための比較判定回路を更に具備する。
本発明の第７の視点は、第１乃至第６のいずれかの視点の装置において、前記小片は葉たばこの刻であり、前記第１及び第２波長は夫々０．５〜０．８μｍ、１．２〜１．４μｍである。
本発明の第８の視点は、第１乃至第７のいずれかの視点の装置において、前記第１及び第２光ビームは共にレーザ光ビームからなる。
本発明の第９の視点は、第８の視点の装置において、前記第１乃至第３測定部の少なくとも１つは、前記第１及び第２光ビームを同一光路上で受光及び検出する複合受光素子を具備する。
本発明の第１０の視点は、第１乃至第９のいずれかの視点の装置において、前記光学系から前記被検査体に照射される前記合成光ビームは平行光ビームからなる。
本発明の第１１の視点は、第１乃至第１０のいずれかの視点の装置において、前記第１測定部は、前記光学系と前記被検査体との間で、前記合成光ビームから分離されたビーム部分に含まれる前記第１及び第２光ビームを受光及び検出することにより、前記第１及び第２投光量を測定する。
本発明の第１２の視点は、第１乃至第１１のいずれかの視点の装置において、前記光学系と前記被検査体との間に配設され、前記被検査体に傾斜して対面する鏡面と前記光学系の光軸と整合する孔とを有するミラーを更に具備し、前記光学系からの前記合成光ビームは前記孔に焦点が来る収束光ビームとして前記孔を通過した後に前記被検査体に照射される一方、前記被検査体の表面で反射された前記合成光ビームは前記ミラーにより反射されて前記第２測定部に導入される。
更に、本発明に係る実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
本発明によれば、葉たばこの刻等の多数の小片の集合体を具備する棒状の喫味用物品若しくはその部品を被検査体とする光学式密度検査装置において、小片を実質的に透過しない第１光ビームと小片を実質的に透過する第２光ビームとを使用することにより、同小片の密度を高精度に検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施の形態に係る、たばこロッド内の葉たばこの刻の密度を検査するための装置を示す構成図。
図２は多数の小片ＳＰの集合体からなる壁状の被検査体に赤外線レーザビームＧ１を照射して小片ＳＰの密度を測定する場合のモデルを示す図。
図３は多数の小片ＳＰの集合体からなる棒状の被検査体に赤外線レーザビームＧ１を照射して小片ＳＰの密度を測定する場合のモデルを示す図。
図４は２つの異なる波長の光ビームを同一光路上で受光及び検出する複合受光素子を示す側面図。
図５は本発明の別の実施の形態に係る、たばこロッド内の葉たばこの刻の密度を検査するための装置を示す構成図。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要に応じて行う。
図１は本発明の実施の形態に係る、たばこロッド内の葉たばこの刻の密度を検査するための装置を示す構成図である。
図１図示の如く、本検査装置は第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２を夫々発光するためのレーザダイオードからなる第１及び第２光源１２、１４を有する。第１光源１２の第１光ビームＢ１は、０．７μｍの単一の第１波長を有するレーザビームからなる。第１波長は、第１光ビームＢ１が、被検査体であるたばこロッドＴＲの巻紙ＷＰを実質的に透過するが、多数の小片の集合体である葉たばこの刻ＬＳを実質的に透過しないように、０．５〜０．８μｍの範囲から選択される。一方、第２光源１４の第２光ビームＢ２は、１．３μｍの単一の第２波長を有するレーザビームからなる。第２波長は、第２光ビームＢ２が、葉たばこの刻ＬＳの水分に殆ど影響されることなく、巻紙ＷＰ及び刻ＬＳを実質的に透過するように、１．２〜１．４μｍの範囲から選択される。
第１及び第２光源１２、１４からの第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２は、ハーフミラー１６により合成される。被検査体であるたばこロッドＴＲ側に向けて合成された第１合成部分Ｃ１即ち合成光ビームは、補正レンズ１８及びコリメータレンズ２２を通して約５ｍｍ幅（たばこロッドＴＲの直径６〜１０ｍｍに対して）の平行光ビームＣＢに成形された後、たばこロッドＴＲに照射される。
また、ハーフミラー１６により第１合成部分Ｃ１から分離された第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第２合成部分Ｃ２は、ハーフミラー２４により更に分割され、第１及び第２受光素子２６、２８に導入される。第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２に由来する光のみが夫々第１及び第２受光素子２６、２８に入射するように、第１及び第２受光素子２６、２８に入口には、夫々０．７μｍ用フィルタ３２及び１．３μｍ用フィルタ３４が配設される。
第１及び第２受光素子２６、２８の受光量は、投光量制御回路３６により測定され、これにより、平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２投光量がモニタされる。投光量制御回路３６は、平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２投光量を算出すると共に、これらが一定となるように、第１及び第２光源１２、１４の出力をフィードバック制御する。また、平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２投光量は、投光量制御回路３６から後述の演算回路４８に伝達される。
たばこロッドＴＲの表面、即ち巻紙ＷＰの表面で反射される平行光ビームＣＢの反射光は、たばこロッドＴＲの上下に配設された一対の第３受光素子４２に、集光レンズ４４を介して集光される。本実施の形態において、第３受光素子４２と集光レンズ４４との間には、１．３μｍ用フィルタ４６が配設されているため、第３受光素子４２には第２光ビームＢ２の反射光のみが入射する。
一対の第３受光素子４２の受光量は演算回路４８により測定され、演算回路４８において、たばこロッドＴＲの表面で反射される平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２反射光量が算出される。第３受光素子４２の受光量は第２光ビームＢ２の反射光のみによるものであるが、演算回路４８は、第２光ビームＢ２の反射光から算出される反射率と同じ反射率で第１光ビームＢ１も反射されているものとして第１及び第２反射光量の算出を行う。なお、この構成に代え、第２光ビームＢ２の反射光を受光するための第３受光素子４２に加え、第１光ビームＢ１の反射光を受光するための受光素子を更に配設するようにしてもよい。
たばこロッドＴＲを透過する平行光ビームＣＢの透過光は、たばこロッドＴＲの表面を回り込んだ光を含んだ状態で、集光レンズ５２でハーフミラー５４上に集光され、ここで分割され、第４及び第５受光素子５６、５８に導入される。第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２に由来する光のみが夫々第４及び第５受光素子５６、５８に入射するように、第４及び第５受光素子５６、５８に入口には、夫々０．７μｍ用フィルタ６２及び１．３μｍ用フィルタ６４が配設される。
第４及び第５受光素子５６、５８の受光量もまた、演算回路４８により測定され、演算回路４８において、たばこロッドＴＲを通過する平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２通過光量が算出される。なお、０．７μｍの波長を有する第１光ビームＢ１は葉たばこの刻ＬＳを実質的に透過しないため、第４受光素子５６に入射する光は、刻ＬＳの間の隙間を通過した光と、たばこロッドＴＲの表面を回り込んだ光との合成となる。一方、１．３μｍの波長を有する第２光ビームＢ１は葉たばこの刻ＬＳを実質的に透過するため、第５受光素子５８に入射する光は、刻ＬＳを透過した光と、刻ＬＳの間の隙間を通過した光と、たばこロッドＴＲの表面を回り込んだ光との合成となる。
演算回路４８は、上述の第１及び第２投光量、第１及び第２反射光量、及び第１及び第２通過光量に対応する受光量の信号を増幅すると共にこれらに基づいて、たばこロッドＴＲ内の葉たばこの刻ＬＳの密度を算出する。このアルゴリズムについて、先ず、単純化したモデルを示す図２及び図３を参照して説明する。
図２は多数の小片ＳＰの集合体からなる壁状の被検査体に赤外線レーザビームＧ１を照射して小片ＳＰの密度を測定する場合のモデルを示す図である。この場合、理想状態において、レーザビームＧ１の投光量と透過光量（ここでは通過光量＝透過光量）との基本的な関係は次式で表される。
Ｊ＝Ｉ・ｅｘｐ（−Σ（μｉ・ｘｉ））
ここで、
Ｉ：レーザビームＧ１の投光量、
Ｊ：レーザビームＧ１の透過光量、
μｉ：小片ＳＰの透過係数、
ｘｉ：小片ＳＰの厚さ。
しかし、たばこロッドのような棒状の被検査体に赤外線レーザビームを照射して葉たばこの刻の密度を測定する場合、たばこロッドの表面で反射された光による入射光量の減少と、同表面を回り込んだ光による通過光量の増加と、刻間を通過した光による通過光量に含まれるノイズを考慮する必要がある。図３は多数の小片ＳＰの集合体からなる棒状の被検査体に赤外線レーザビームＧ１を照射して小片ＳＰの密度を測定する場合のモデルを示す図である。図３図示のモデルにおいて、上述のような要素を考慮した場合、レーザビームＧ１の投光量と通過光量との関係は次式で表される。
Ｉ0−Ｉ2−Ｉ3＝（Ｉ−Ｉ1）・ｅｘｐ（−Σ（μｉ・ｘｉ））…（１） ここで、
Ｉ：レーザビームＧ１の投光量、
Ｉ0：レーザビームＧ１の通過光量、
Ｉ1：レーザビームＧ１の反射光量、
Ｉ2：レーザビームＧ１の回り込み光量、
Ｉ3：レーザビームＧ１の小片ＳＰ間を通過した光量、
μｉ：小片ＳＰの透過係数、
ｘｉ：小片ＳＰの厚さ。
たばこロッドＴＲの場合、各葉たばこの刻ＬＳの１枚の透過係数μｉは予め知ることができる。刻ＬＳの総計厚さΣｘｉは、刻の充填密度と密接な関係があり、また、刻の透過係数μｉは略一定である。従って、図１図示の装置においても、式（１）のＩ、Ｉ0、Ｉ1、Ｉ2及びＩ3に対応する値を測定することにより、平行光ビームＣＢの透過経路中における刻ＬＳの総計厚さを求めることができる。また、この総計厚さが分かれば、それに所定の係数を乗ずることにより刻ＬＳの充填密度を精度よく算出することができる。
図１図示の装置において、図３図示のモデルのレーザビームＧ１に該当するのは、コリメータレンズ２２から出る平行光ビームＣＢに含まれる第２光ビームＢ２である。即ち、式（１）のＩは、コリメータレンズ２２から出る平行光ビームＣＢに含まれる第２光ビームＢ２の投光量（投光量制御回路３６で算出）に相当する。また、式（１）のＩ1は、たばこロッドＴＲの表面で反射される平行光ビームＣＢに含まれる第２光ビームＢ２の反射光量（受光素子４２で受光）に相当する。また、式（１）のＩ0は、たばこロッドＴＲを通過する平行光ビームＣＢに含まれる第２光ビームＢ２の通過光量（受光素子５８で受光）に相当する。
一方、式（１）のＩ2及びＩ3は、たばこロッドＴＲを通過する平行光ビームＣＢに含まれる第２光ビームＢ２の通過光量の一部に相当する。このため、図１図示の装置において、Ｉ2及びＩ3は直接測定することができない。しかし、本発明にあっては、第１光ビームＢ１の正味の投光量と通過光量とから、第２光ビームＢ２に関するたばこロッドの表面を回り込んだ光及び刻間を通過した光の総ノイズ光量Ｉ2＋Ｉ3を推定することができる。
演算回路４８において、具体的には、先ず、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２夫々の正味の投光量が算出される。正味の投光量は、コリメータレンズ２２から出る平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の投光量から、たばこロッドＴＲの表面で反射される平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の反射光量を差し引くことにより得られる。ここで、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の投光量は、第１及び第２受光素子２６、２８の受光に基づいて投光量制御回路３６で算出されたものである。第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の反射光量は、第３受光素子４２の受光に基づいて演算回路４８で算出されたものである。
次に、上記正味の投光量に対する、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２夫々の通過光量の比（減衰率）が算出される。第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２夫々の通過光量は、第４及び第５受光素子５６、５８の受光に基づいて演算回路４８で算出されたのものである。なお、上述の如く、０．７μｍの波長を有する第１光ビームＢ１は葉たばこの刻ＬＳを実質的に透過しないため、第４受光素子５６に入射する光は、刻ＬＳの間の隙間を通過した光と、たばこロッドＴＲの表面を回り込んだ光との合成となる。一方、１．３μｍの波長を有する第２光ビームＢ１は葉たばこの刻ＬＳを実質的に透過するため、第５受光素子５８に入射する光は、刻ＬＳを透過した光と、刻ＬＳの間の隙間を通過した光と、たばこロッドＴＲの表面を回り込んだ光との合成となる。
次に、第１光ビームＢ１の正味の投光量と通過光量とから、第２光ビームＢ２に関するたばこロッドの表面を回り込んだ光及び刻間を通過した光の総ノイズ光量を推定する。そして、この総ノイズ光量を第２光ビームＢ２の通過光量から差し引くことにより、刻ＬＳを透過した第２光ビームＢ２の透過光量が得られる。
例えば、第１光ビームＢ１の減衰率、即ち（通過光量）／（正味の投光量）が１０％であり、第２光ビームＢ２の減衰率、即ち（通過光量）／（正味の投光量）が３０％であるとする。この場合、第２光ビームＢ２の減衰率３０％の内、１０％は、たばこロッドの表面を回り込んだ光及び刻間を通過した光によるものであり、残りの２０％が刻ＬＳを透過した光によるものであることが推定される。即ち、第２光ビームＢ２の減衰率から第１光ビームＢ１の減衰率を差し引くことにより、式（１）のＩ0−Ｉ2−Ｉ3に相当する正味の光量、即ち透過光量を得ることができる。
演算回路４８は、このようにして算出された正味の投光量（Ｉ−Ｉ1）及び透過光量（Ｉ0−Ｉ2−Ｉ3）と、予め入力された刻ＬＳの透過係数μｉとからΣｘｉを算出し、所定の係数を乗じてたばこロッドＴＲ内の葉たばこの刻ＬＳの密度を算出する。なお、演算回路４８は、検出信号内に瞬間的に発生する可能性のあるノイズの影響を除去するため、１００μＳ〜１ｍＳの時間で信号を積分するための積分回路を含む。
演算回路４８で算出された刻ＬＳの密度を表す密度信号Ｙは、量目変動検出回路７２に伝達される。量目変動検出回路７２は、葉たばこの刻ＬＳの密度の基準値である量目基準信号Ｘと、演算回路４８で算出された密度信号Ｙとの差（Ｘ−Ｙ）を変動値αとして算出する。なお、量目基準信号Ｘは、たばこの種類により決められている規格填充時に減衰する光の透過量に相当する電圧である。
量目変動検出回路７２で算出された変動値αは、積分回路７３に伝達される。積分回路７３は、変動値αを長時間積分することにより、数１００本のたばこロッドＴＲに対する変動平均値αｍを算出する。積分回路７３で算出された変動平均値αｍは、たばこロッドＴＲの製造システム８０に付随する量目制御回路７４に伝達される。量目制御回路７４は、変動平均値αｍに基づいて、たばこロッドＴＲの製造システム８０において各たばこロッドＴＲ内に充填される刻ＬＳの量を制御する。
量目変動検出回路７２で算出された変動値αはまた、比較判定回路７６に伝達される。比較判定回路７６は、予め設定入力された、変動値αのしきい値であるしきい値信号βと、量目変動検出回路７２で算出された変動値αとを比較し、たばこロッドＴＲの良否を判定する。たばこロッドＴＲが不良（β＜α）と判定された場合、比較判定回路７６から排除信号γが排除回路７８に伝達される。排除回路７８は、排除信号γに基づいて、不良と判定されたたばこロッドＴＲを製造ラインから排除する。
図５は本発明の別の実施の形態に係る、たばこロッド内の葉たばこの刻の密度を検査するための装置を示す構成図である。この実施の形態は、基本的なコンセプトが図１図示の実施の形態のそれと同一であるから、図１図示の実施の形態との相違点を中心に説明を行う。
図５図示の如く、本検査装置は被検査体であるたばこロッドＴＲを装着するための装着ブロック９０を有する。装着ブロック９０は互いに直角な２方向に円筒状の孔９２、９４が形成された金属製の中実体からなる。一方の孔９２は、検査用の平行光ビームＣＢ（合成光ビーム）の光軸に対して同軸状に配設される。孔９２の内面は光の吸収を防止するように鏡面状に仕上げられる。孔９２の入口及び出口には夫々シリンダーレンズ９６及びコリメータレンズ９８が配設される。他方の孔９４は、たばこロッドＴＲを挿入するための孔として形成され、その内径はたばこロッドＴＲを挿入した際に実質的に隙間ができないように選択される。
また、本検査装置は第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２を夫々発光するためのレーザダイオードからなる第１及び第２光源１２、１４を有する。第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の波長は図１図示の装置を参照して述べたような条件を満たすように選択される。即ち、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の波長は、例えば前述のように、夫々０．７μｍ及び１．３μｍに設定される。
第１及び第２光源１２、１４からの第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２は、ハーフミラープリズム１７ａにより合成され、合成光ビームＢ１２が形成される。合成光ビームＢ１２はプリズム１７ｂにより装着ブロック９０側に向きを変えられ、シリンダーレンズ１９ａ、１９ｂ及びコリメータレンズ２２を通して収束光ビームに整形される。この収束光ビームの焦点は、装着ブロック９０の直前に配設されたミラー４５の中心孔４５ａに来るように設定される。ミラー４５は、鏡面が装着ブロック９０に対して傾斜し、例えば４５°の角度で対面し、且つその中心孔４５ａが光軸に対して同軸状となるように配置される。
コリメータレンズ２２とミラー４５との間にビームスプリッタ２５が配設され、合成光ビームＢ１２が分割される。ビームスプリッタ２５により合成光ビームＢ１２の検査用のビーム部分から分離されたビーム部分は、複合受光素子２７に導入される。複合受光素子２７は、２つの異なる波長の光ビームを同一光路上で受光及び検出するための素子であり、ここでは、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の波長に適合するように設定される。なお、複合受光素子の詳細は後述する。
複合受光素子２７の受光量は、投光量制御回路３６により測定され、これにより、合成光ビームＢ１２に含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２投光量がモニタされる。投光量制御回路３６は、第１及び第２投光量を算出し、第１及び第２光源１２、１４の出力をフィードバック制御すると共に、第１及び第２投光量を演算回路４８に伝達する。
合成光ビームＢ１２の検査用のビーム部分は、ミラー４５の中心孔４５ａを通過し、装着ブロック９０の入口のシリンダーレンズ９６により平行光ビームに整形された後、たばこロッドＴＲに照射される。たばこロッドＴＲの表面からの反射光は、ミラー４５で反射され、非球面集光レンズ４７ａ、４７ｂを通して複合受光素子４３に導入される。複合受光素子４３もまた、反射光内の第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２を同一光路上で受光及び検出することができる。複合受光素子４３の受光量は、演算回路４８により測定され、これにより、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２反射光量がモニタされる。
たばこロッドＴＲを通過した検査用のビーム部分は、装着ブロック９０の出口のコリメータレンズ９８により収束光ビームに整形された後、複合受光素子５７に導入される。複合受光素子５７もまた、通過光内の第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２を同一光路上で受光及び検出することができる。複合受光素子５７の受光量は、演算回路４８により測定され、これにより、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２通過光量がモニタされる。
このようにして得られた、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２投光量、第１及び第２反射光量、並びに第１及び第２通過光量を用いて、演算回路４８は、たばこロッドＴＲ内の葉たばこの刻ＬＳの密度を算出する。以下、量目変動検出回路７２から排除回路７８或いは製造システム８０への制御の態様は、図１図示の装置を参照して述べたものと全く同じである。
本実施の形態において、刻ＬＳの密度の算出に使用されるアルゴリズムは、図１図示の実施の形態を参照して述べたものと基本的に同じである。但し、図１図示の実施の形態においては、第１光ビームＢ１の第１反射光量を第２光ビームＢ２の第２反射光量に基づいて算出するのに対して、本実施の形態においては、第１光ビームＢ１の第１反射光量を実際に受光及び検出することにより測定する。このため、本実施の形態においては、被検査体が波長に依存して異なる反射率を有する場合でも、誤差を生じることがない。
図４は複合受光素子２７、４３、５７として使用される複合受光素子１００を示す側面図である。図４図示の如く、複合受光素子１００は、入射する光ビームの光軸ＯＡに対して直交する２つの異なるレベルに配設された受光部１０２、１０４を有する。受光部１０２、１０４は互いに異なる半導体受光素子から構成され、一次側（上側）の受光部１０２は短波長（ここでは０．７μｍ）の第１ビームＢ１を検出し、二次側（下側）の受光部１０４は、一次側の受光部１０２を通過できる長波長（ここでは１．３μｍ）の第２ビームＢ２を検出する。また、複合受光素子１００の筐体の内面には、受光部１０２、１０４を冷却するためのペルチェ素子１０６が配設される。
このように、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２を同一光路上で受光及び検出することができる複合受光素子を使用すると、コスト及びスペースの点で大きなメリットが得られる。この点に関連し、第１及び第２光源１２、１４からの第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２はレーザ光ビームであるため、夫々単一波長を有する。このため、受光に先立って波長分離のような処理を行わなくとも、複合受光素子において第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の波長が混在した状態で検出されることがない。また、ペルチェ素子１０６により受光部１０２、１０４を冷却することにより、受光部１０２、１０４の過熱による温度ドリフトやノイズの発生を防止することができる。
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、葉たばこの刻等の多数の小片の集合体を具備する棒状の喫味用物品若しくはその部品を被検査体とし、同小片の密度を光学的に検査するための検査装置に関する。この検査装置は、例えば、葉たばこの刻を巻紙で巻上げてたばこロッドを製造するシステムにおいて、たばこロッドへの刻の導入量をフィードバック制御したり、たばこロッドの不良品を排除するために使用可能となる。
背景技術
シガレット、たばこロッド、たばこ用フィルタ等の喫味用物品若しくはその部品を生産する工程において、製品の良否等を知るため、これらの構成部材の密度を検査することが必要となる。例えば、葉たばこの刻を巻紙で巻上げてたばこロッドを製造するシステムにおいて、たばこロッド内の刻の充填状態を知るため、光学式密度検査装置が使用される。この種の検査装置として、特公平８−２２８８（米国特許第４，８０５，６４１及び第４，９８６，２８５に対応）には、紫外線から赤外線の領域内の光ビームを使用してたばこストランドの密度を光学的に検査するための装置が開示される。
本発明者が、上記公報に開示のタイプの検査装置を用いてたばこロッドの密度検査を行ったところ、たばこロッド内の刻の特性に依存して、光の減衰率と刻重量との相関が正確にとれないという問題が発生することが見出された。この問題は、次のような幾つかの重要な点が十分に考慮されていないことに起因するものと考えられる。
先ず、刻に含有される水分は、光の減衰率と刻重量との相関に大きな影響を及ぼす。また、発光素子がＬＥＤの場合、単一波長でなく発光波長帯が広がるため、刻による光の減衰率が波長により異なる。また、充填されている刻の隙間、或いはロッドの巻紙表面を伝わってくる光（たばこロッドの円周変化により影響を受ける）により、実際の刻による光の減衰量より受光素子に入射する光が多い。更に、受光素子の暗電流により測定誤差が生じる。
発明の開示
本発明は、かかる従来技術の問題点に基づいてなされたものであり、葉たばこの刻等の多数の小片の集合体を具備する棒状の喫味用物品若しくはその部品を被検査体とし、同小片の密度を高精度で光学的に検査することが可能な密度検査装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の視点は、多数の小片の集合体を具備する棒状の喫味用物品若しくはその部品を被検査体とし、前記小片の密度を光学的に検査するための装置であって、
前記小片を実質的に透過しない第１波長の光からなる第１光ビームを発光する第１光源と、
前記小片を実質的に透過する第２波長の光からなる第２光ビームを発光する第２光源と、
前記第１及び第２光ビームを合成すると共に合成光ビームとして前記被検査体に照射するための光学系と、
前記被検査体に照射する前の前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの夫々に対応する第１及び第２投光量を測定するための第１測定部と、
前記被検査体の表面で反射される前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの夫々に対応する第１及び第２反射光量を測定するための第２測定部と、
前記被検査体を通過する前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの夫々に対応する第１及び第２通過光量を測定するための第３測定部と、
前記第１及び第２投光量、第１及び第２反射光量、及び第１及び第２通過光量に基づいて、前記小片を透過した前記第２光ビームの透過光量を算出すると共に、前記透過光量に基づいて前記小片の密度を算出するための演算回路と、
を具備する。
本発明の第２の視点は、第１の視点の装置において、前記第２測定部は、前記被検査体の表面で反射される前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの両方を受光及び検出することにより、前記第１及び第２反射光量を測定する。
本発明の第３の視点は、第１の視点の装置において、第２測定部は、前記被検査体の表面で反射される前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの一方のみを受光及び検出することにより、前記第１及び第２反射光量の一方を測定すると共に、前記第１及び第２反射光量の他方は、前記一方の反射光量と同じ反射率で得られるものとして算出することにより測定する。
本発明の第４の視点は、第１乃至第３のいずれかの視点の装置において、前記小片の密度を代表する基準値と前記演算回路で得られる前記小片の密度の測定値との差である変動値を算出するための検出回路と、前記変動値に基づいて、被検査体の製造システムにおいて被検査体内に導入される小片の量を制御するための制御回路と、を更に具備する。
本発明の第５の視点は、第４の視点の装置において、複数の被検査体に対して前記検出回路で得られる変動値の平均値を算出し、前記制御回路に伝達するための積分回路を更に具備する。
本発明の第６の視点は、第４または第５の視点の装置において、前記変動値としきい値とを比較すると共に前記被検査体の良否を判定するための比較判定回路を更に具備する。
本発明の第７の視点は、第１乃至第６のいずれかの視点の装置において、前記小片は葉たばこの刻であり、前記第１及び第２波長は夫々０．５〜０．８μｍ、１．２〜１．４μｍである。
本発明の第８の視点は、第１乃至第７のいずれかの視点の装置において、前記第１及び第２光ビームは共にレーザ光ビームからなる。
本発明の第９の視点は、第８の視点の装置において、前記第１乃至第３測定部の少なくとも１つは、前記第１及び第２光ビームを同一光路上で受光及び検出する複合受光素子を具備する。
本発明の第１０の視点は、第１乃至第９のいずれかの視点の装置において、前記光学系から前記被検査体に照射される前記合成光ビームは平行光ビームからなる。
本発明の第１１の視点は、第１乃至第１０のいずれかの視点の装置において、前記第１測定部は、前記光学系と前記被検査体との間で、前記合成光ビームから分離されたビーム部分に含まれる前記第１及び第２光ビームを受光及び検出することにより、前記第１及び第２投光量を測定する。
本発明の第１２の視点は、第１乃至第１１のいずれかの視点の装置において、前記光学系と前記被検査体との間に配設され、前記被検査体に傾斜して対面する鏡面と前記光学系の光軸と整合する孔とを有するミラーを更に具備し、前記光学系からの前記合成光ビームは前記孔に焦点が来る収束光ビームとして前記孔を通過した後に前記被検査体に照射される一方、前記被検査体の表面で反射された前記合成光ビームは前記ミラーにより反射されて前記第２測定部に導入される。
更に、本発明に係る実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
本発明によれば、葉たばこの刻等の多数の小片の集合体を具備する棒状の喫味用物品若しくはその部品を被検査体とする光学式密度検査装置において、小片を実質的に透過しない第１光ビームと小片を実質的に透過する第２光ビームとを使用することにより、同小片の密度を高精度に検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施の形態に係る、たばこロッド内の葉たばこの刻の密度を検査するための装置を示す構成図。
図２は多数の小片ＳＰの集合体からなる壁状の被検査体に赤外線レーザビームＧ１を照射して小片ＳＰの密度を測定する場合のモデルを示す図。
図３は多数の小片ＳＰの集合体からなる棒状の被検査体に赤外線レーザビームＧ１を照射して小片ＳＰの密度を測定する場合のモデルを示す図。
図４は２つの異なる波長の光ビームを同一光路上で受光及び検出する複合受光素子を示す側面図。
図５は本発明の別の実施の形態に係る、たばこロッド内の葉たばこの刻の密度を検査するための装置を示す構成図。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要に応じて行う。
図１は本発明の実施の形態に係る、たばこロッド内の葉たばこの刻の密度を検査するための装置を示す構成図である。
図１図示の如く、本検査装置は第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２を夫々発光するためのレーザダイオードからなる第１及び第２光源１２、１４を有する。第１光源１２の第１光ビームＢ１は、０．７μｍの単一の第１波長を有するレーザビームからなる。第１波長は、第１光ビームＢ１が、被検査体であるたばこロッドＴＲの巻紙ＷＰを実質的に透過するが、多数の小片の集合体である葉たばこの刻ＬＳを実質的に透過しないように、０．５〜０．８μｍの範囲から選択される。一方、第２光源１４の第２光ビームＢ２は、１．３μｍの単一の第２波長を有するレーザビームからなる。第２波長は、第２光ビームＢ２が、葉たばこの刻ＬＳの水分に殆ど影響されることなく、巻紙ＷＰ及び刻ＬＳを実質的に透過するように、１．２〜１．４μｍの範囲から選択される。
第１及び第２光源１２、１４からの第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２は、ハーフミラー１６により合成される。被検査体であるたばこロッドＴＲ側に向けて合成された第１合成部分Ｃ１即ち合成光ビームは、補正レンズ１８及びコリメータレンズ２２を通して約５ｍｍ幅（たばこロッドＴＲの直径６〜１０ｍｍに対して）の平行光ビームＣＢに成形された後、たばこロッドＴＲに照射される。
また、ハーフミラー１６により第１合成部分Ｃ１から分離された第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第２合成部分Ｃ２は、ハーフミラー２４により更に分割され、第１及び第２受光素子２６、２８に導入される。第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２に由来する光のみが夫々第１及び第２受光素子２６、２８に入射するように、第１及び第２受光素子２６、２８に入口には、夫々０．７μｍ用フィルタ３２及び１．３μｍ用フィルタ３４が配設される。
第１及び第２受光素子２６、２８の受光量は、投光量制御回路３６により測定され、これにより、平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２投光量がモニタされる。投光量制御回路３６は、平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２投光量を算出すると共に、これらが一定となるように、第１及び第２光源１２、１４の出力をフィードバック制御する。また、平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２投光量は、投光量制御回路３６から後述の演算回路４８に伝達される。
たばこロッドＴＲの表面、即ち巻紙ＷＰの表面で反射される平行光ビームＣＢの反射光は、たばこロッドＴＲの上下に配設された一対の第３受光素子４２に、集光レンズ４４を介して集光される。本実施の形態において、第３受光素子４２と集光レンズ４４との間には、１．３μｍ用フィルタ４６が配設されているため、第３受光素子４２には第２光ビームＢ２の反射光のみが入射する。
一対の第３受光素子４２の受光量は演算回路４８により測定され、演算回路４８において、たばこロッドＴＲの表面で反射される平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２反射光量が算出される。第３受光素子４２の受光量は第２光ビームＢ２の反射光のみによるものであるが、演算回路４８は、第２光ビームＢ２の反射光から算出される反射率と同じ反射率で第１光ビームＢ１も反射されているものとして第１及び第２反射光量の算出を行う。なお、この構成に代え、第２光ビームＢ２の反射光を受光するための第３受光素子４２に加え、第１光ビームＢ１の反射光を受光するための受光素子を更に配設するようにしてもよい。
たばこロッドＴＲを透過する平行光ビームＣＢの透過光は、たばこロッドＴＲの表面を回り込んだ光を含んだ状態で、集光レンズ５２でハーフミラー５４上に集光され、ここで分割され、第４及び第５受光素子５６、５８に導入される。第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２に由来する光のみが夫々第４及び第５受光素子５６、５８に入射するように、第４及び第５受光素子５６、５８に入口には、夫々０．７μｍ用フィルタ６２及び１．３μｍ用フィルタ６４が配設される。
第４及び第５受光素子５６、５８の受光量もまた、演算回路４８により測定され、演算回路４８において、たばこロッドＴＲを通過する平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２通過光量が算出される。なお、０．７μｍの波長を有する第１光ビームＢ１は葉たばこの刻ＬＳを実質的に透過しないため、第４受光素子５６に入射する光は、刻ＬＳの間の隙間を通過した光と、たばこロッドＴＲの表面を回り込んだ光との合成となる。一方、１．３μｍの波長を有する第２光ビームＢ１は葉たばこの刻ＬＳを実質的に透過するため、第５受光素子５８に入射する光は、刻ＬＳを透過した光と、刻ＬＳの間の隙間を通過した光と、たばこロッドＴＲの表面を回り込んだ光との合成となる。
演算回路４８は、上述の第１及び第２投光量、第１及び第２反射光量、及び第１及び第２通過光量に対応する受光量の信号を増幅すると共にこれらに基づいて、たばこロッドＴＲ内の葉たばこの刻ＬＳの密度を算出する。このアルゴリズムについて、先ず、単純化したモデルを示す図２及び図３を参照して説明する。
図２は多数の小片ＳＰの集合体からなる壁状の被検査体に赤外線レーザビームＧ１を照射して小片ＳＰの密度を測定する場合のモデルを示す図である。この場合、理想状態において、レーザビームＧ１の投光量と透過光量（ここでは通過光量＝透過光量）との基本的な関係は次式で表される。
Ｊ＝Ｉ・ｅｘｐ（−Σ（μｉ・ｘｉ））
ここで、
Ｉ：レーザビームＧ１の投光量、
Ｊ：レーザビームＧ１の透過光量、
μｉ：小片ＳＰの透過係数、
ｘｉ：小片ＳＰの厚さ。
しかし、たばこロッドのような棒状の被検査体に赤外線レーザビームを照射して葉たばこの刻の密度を測定する場合、たばこロッドの表面で反射された光による入射光量の減少と、同表面を回り込んだ光による通過光量の増加と、刻間を通過した光による通過光量に含まれるノイズを考慮する必要がある。図３は多数の小片ＳＰの集合体からなる棒状の被検査体に赤外線レーザビームＧ１を照射して小片ＳＰの密度を測定する場合のモデルを示す図である。図３図示のモデルにおいて、上述のような要素を考慮した場合、レーザビームＧ１の投光量と通過光量との関係は次式で表される。
Ｉ0−Ｉ2−Ｉ3＝（Ｉ−Ｉ1）・ｅｘｐ（−Σ（μｉ・ｘｉ））…（１） ここで、
Ｉ：レーザビームＧ１の投光量、
Ｉ0：レーザビームＧ１の通過光量、
Ｉ1：レーザビームＧ１の反射光量、
Ｉ2：レーザビームＧ１の回り込み光量、
Ｉ3：レーザビームＧ１の小片ＳＰ間を通過した光量、
μｉ：小片ＳＰの透過係数、
ｘｉ：小片ＳＰの厚さ。
たばこロッドＴＲの場合、各葉たばこの刻ＬＳの１枚の透過係数μｉは予め知ることができる。刻ＬＳの総計厚さΣｘｉは、刻の充填密度と密接な関係があり、また、刻の透過係数μｉは略一定である。従って、図１図示の装置においても、式（１）のＩ、Ｉ0、Ｉ1、Ｉ2及びＩ3に対応する値を測定することにより、平行光ビームＣＢの透過経路中における刻ＬＳの総計厚さを求めることができる。また、この総計厚さが分かれば、それに所定の係数を乗ずることにより刻ＬＳの充填密度を精度よく算出することができる。
図１図示の装置において、図３図示のモデルのレーザビームＧ１に該当するのは、コリメータレンズ２２から出る平行光ビームＣＢに含まれる第２光ビームＢ２である。即ち、式（１）のＩは、コリメータレンズ２２から出る平行光ビームＣＢに含まれる第２光ビームＢ２の投光量（投光量制御回路３６で算出）に相当する。また、式（１）のＩ1は、たばこロッドＴＲの表面で反射される平行光ビームＣＢに含まれる第２光ビームＢ２の反射光量（受光素子４２で受光）に相当する。また、式（１）のＩ0は、たばこロッドＴＲを通過する平行光ビームＣＢに含まれる第２光ビームＢ２の通過光量（受光素子５８で受光）に相当する。
一方、式（１）のＩ2及びＩ3は、たばこロッドＴＲを通過する平行光ビームＣＢに含まれる第２光ビームＢ２の通過光量の一部に相当する。このため、図１図示の装置において、Ｉ2及びＩ3は直接測定することができない。しかし、本発明にあっては、第１光ビームＢ１の正味の投光量と通過光量とから、第２光ビームＢ２に関するたばこロッドの表面を回り込んだ光及び刻間を通過した光の総ノイズ光量Ｉ2＋Ｉ3を推定することができる。
演算回路４８において、具体的には、先ず、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２夫々の正味の投光量が算出される。正味の投光量は、コリメータレンズ２２から出る平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の投光量から、たばこロッドＴＲの表面で反射される平行光ビームＣＢに含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の反射光量を差し引くことにより得られる。ここで、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の投光量は、第１及び第２受光素子２６、２８の受光に基づいて投光量制御回路３６で算出されたものである。第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の反射光量は、第３受光素子４２の受光に基づいて演算回路４８で算出されたものである。
次に、上記正味の投光量に対する、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２夫々の通過光量の比（減衰率）が算出される。第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２夫々の通過光量は、第４及び第５受光素子５６、５８の受光に基づいて演算回路４８で算出されたのものである。なお、上述の如く、０．７μｍの波長を有する第１光ビームＢ１は葉たばこの刻ＬＳを実質的に透過しないため、第４受光素子５６に入射する光は、刻ＬＳの間の隙間を通過した光と、たばこロッドＴＲの表面を回り込んだ光との合成となる。一方、１．３μｍの波長を有する第２光ビームＢ１は葉たばこの刻ＬＳを実質的に透過するため、第５受光素子５８に入射する光は、刻ＬＳを透過した光と、刻ＬＳの間の隙間を通過した光と、たばこロッドＴＲの表面を回り込んだ光との合成となる。
次に、第１光ビームＢ１の正味の投光量と通過光量とから、第２光ビームＢ２に関するたばこロッドの表面を回り込んだ光及び刻間を通過した光の総ノイズ光量を推定する。そして、この総ノイズ光量を第２光ビームＢ２の通過光量から差し引くことにより、刻ＬＳを透過した第２光ビームＢ２の透過光量が得られる。
例えば、第１光ビームＢ１の減衰率、即ち（通過光量）／（正味の投光量）が１０％であり、第２光ビームＢ２の減衰率、即ち（通過光量）／（正味の投光量）が３０％であるとする。この場合、第２光ビームＢ２の減衰率３０％の内、１０％は、たばこロッドの表面を回り込んだ光及び刻間を通過した光によるものであり、残りの２０％が刻ＬＳを透過した光によるものであることが推定される。即ち、第２光ビームＢ２の減衰率から第１光ビームＢ１の減衰率を差し引くことにより、式（１）のＩ0−Ｉ2−Ｉ3に相当する正味の光量、即ち透過光量を得ることができる。
演算回路４８は、このようにして算出された正味の投光量（Ｉ−Ｉ1）及び透過光量（Ｉ0−Ｉ2−Ｉ3）と、予め入力された刻ＬＳの透過係数μｉとからΣｘｉを算出し、所定の係数を乗じてたばこロッドＴＲ内の葉たばこの刻ＬＳの密度を算出する。なお、演算回路４８は、検出信号内に瞬間的に発生する可能性のあるノイズの影響を除去するため、１００μＳ〜１ｍＳの時間で信号を積分するための積分回路を含む。
演算回路４８で算出された刻ＬＳの密度を表す密度信号Ｙは、量目変動検出回路７２に伝達される。量目変動検出回路７２は、葉たばこの刻ＬＳの密度の基準値である量目基準信号Ｘと、演算回路４８で算出された密度信号Ｙとの差（Ｘ−Ｙ）を変動値αとして算出する。なお、量目基準信号Ｘは、たばこの種類により決められている規格填充時に減衰する光の透過量に相当する電圧である。
量目変動検出回路７２で算出された変動値αは、積分回路７３に伝達される。積分回路７３は、変動値αを長時間積分することにより、数１００本のたばこロッドＴＲに対する変動平均値αｍを算出する。積分回路７３で算出された変動平均値αｍは、たばこロッドＴＲの製造システム８０に付随する量目制御回路７４に伝達される。量目制御回路７４は、変動平均値αｍに基づいて、たばこロッドＴＲの製造システム８０において各たばこロッドＴＲ内に充填される刻ＬＳの量を制御する。
量目変動検出回路７２で算出された変動値αはまた、比較判定回路７６に伝達される。比較判定回路７６は、予め設定入力された、変動値αのしきい値であるしきい値信号βと、量目変動検出回路７２で算出された変動値αとを比較し、たばこロッドＴＲの良否を判定する。たばこロッドＴＲが不良（β＜α）と判定された場合、比較判定回路７６から排除信号γが排除回路７８に伝達される。排除回路７８は、排除信号γに基づいて、不良と判定されたたばこロッドＴＲを製造ラインから排除する。
図５は本発明の別の実施の形態に係る、たばこロッド内の葉たばこの刻の密度を検査するための装置を示す構成図である。この実施の形態は、基本的なコンセプトが図１図示の実施の形態のそれと同一であるから、図１図示の実施の形態との相違点を中心に説明を行う。
図５図示の如く、本検査装置は被検査体であるたばこロッドＴＲを装着するための装着ブロック９０を有する。装着ブロック９０は互いに直角な２方向に円筒状の孔９２、９４が形成された金属製の中実体からなる。一方の孔９２は、検査用の平行光ビームＣＢ（合成光ビーム）の光軸に対して同軸状に配設される。孔９２の内面は光の吸収を防止するように鏡面状に仕上げられる。孔９２の入口及び出口には夫々シリンダーレンズ９６及びコリメータレンズ９８が配設される。他方の孔９４は、たばこロッドＴＲを挿入するための孔として形成され、その内径はたばこロッドＴＲを挿入した際に実質的に隙間ができないように選択される。
また、本検査装置は第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２を夫々発光するためのレーザダイオードからなる第１及び第２光源１２、１４を有する。第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の波長は図１図示の装置を参照して述べたような条件を満たすように選択される。即ち、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の波長は、例えば前述のように、夫々０．７μｍ及び１．３μｍに設定される。
第１及び第２光源１２、１４からの第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２は、ハーフミラープリズム１７ａにより合成され、合成光ビームＢ１２が形成される。合成光ビームＢ１２はプリズム１７ｂにより装着ブロック９０側に向きを変えられ、シリンダーレンズ１９ａ、１９ｂ及びコリメータレンズ２２を通して収束光ビームに整形される。この収束光ビームの焦点は、装着ブロック９０の直前に配設されたミラー４５の中心孔４５ａに来るように設定される。ミラー４５は、鏡面が装着ブロック９０に対して傾斜し、例えば４５°の角度で対面し、且つその中心孔４５ａが光軸に対して同軸状となるように配置される。
コリメータレンズ２２とミラー４５との間にビームスプリッタ２５が配設され、合成光ビームＢ１２が分割される。ビームスプリッタ２５により合成光ビームＢ１２の検査用のビーム部分から分離されたビーム部分は、複合受光素子２７に導入される。複合受光素子２７は、２つの異なる波長の光ビームを同一光路上で受光及び検出するための素子であり、ここでは、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の波長に適合するように設定される。なお、複合受光素子の詳細は後述する。
複合受光素子２７の受光量は、投光量制御回路３６により測定され、これにより、合成光ビームＢ１２に含まれる第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２投光量がモニタされる。投光量制御回路３６は、第１及び第２投光量を算出し、第１及び第２光源１２、１４の出力をフィードバック制御すると共に、第１及び第２投光量を演算回路４８に伝達する。
合成光ビームＢ１２の検査用のビーム部分は、ミラー４５の中心孔４５ａを通過し、装着ブロック９０の入口のシリンダーレンズ９６により平行光ビームに整形された後、たばこロッドＴＲに照射される。たばこロッドＴＲの表面からの反射光は、ミラー４５で反射され、非球面集光レンズ４７ａ、４７ｂを通して複合受光素子４３に導入される。複合受光素子４３もまた、反射光内の第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２を同一光路上で受光及び検出することができる。複合受光素子４３の受光量は、演算回路４８により測定され、これにより、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２反射光量がモニタされる。
たばこロッドＴＲを通過した検査用のビーム部分は、装着ブロック９０の出口のコリメータレンズ９８により収束光ビームに整形された後、複合受光素子５７に導入される。複合受光素子５７もまた、通過光内の第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２を同一光路上で受光及び検出することができる。複合受光素子５７の受光量は、演算回路４８により測定され、これにより、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２通過光量がモニタされる。
このようにして得られた、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の第１及び第２投光量、第１及び第２反射光量、並びに第１及び第２通過光量を用いて、演算回路４８は、たばこロッドＴＲ内の葉たばこの刻ＬＳの密度を算出する。以下、量目変動検出回路７２から排除回路７８或いは製造システム８０への制御の態様は、図１図示の装置を参照して述べたものと全く同じである。
本実施の形態において、刻ＬＳの密度の算出に使用されるアルゴリズムは、図１図示の実施の形態を参照して述べたものと基本的に同じである。但し、図１図示の実施の形態においては、第１光ビームＢ１の第１反射光量を第２光ビームＢ２の第２反射光量に基づいて算出するのに対して、本実施の形態においては、第１光ビームＢ１の第１反射光量を実際に受光及び検出することにより測定する。このため、本実施の形態においては、被検査体が波長に依存して異なる反射率を有する場合でも、誤差を生じることがない。
図４は複合受光素子２７、４３、５７として使用される複合受光素子１００を示す側面図である。図４図示の如く、複合受光素子１００は、入射する光ビームの光軸ＯＡに対して直交する２つの異なるレベルに配設された受光部１０２、１０４を有する。受光部１０２、１０４は互いに異なる半導体受光素子から構成され、一次側（上側）の受光部１０２は短波長（ここでは０．７μｍ）の第１ビームＢ１を検出し、二次側（下側）の受光部１０４は、一次側の受光部１０２を通過できる長波長（ここでは１．３μｍ）の第２ビームＢ２を検出する。また、複合受光素子１００の筐体の内面には、受光部１０２、１０４を冷却するためのペルチェ素子１０６が配設される。
このように、第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２を同一光路上で受光及び検出することができる複合受光素子を使用すると、コスト及びスペースの点で大きなメリットが得られる。この点に関連し、第１及び第２光源１２、１４からの第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２はレーザ光ビームであるため、夫々単一波長を有する。このため、受光に先立って波長分離のような処理を行わなくとも、複合受光素子において第１及び第２光ビームＢ１、Ｂ２の波長が混在した状態で検出されることがない。また、ペルチェ素子１０６により受光部１０２、１０４を冷却することにより、受光部１０２、１０４の過熱による温度ドリフトやノイズの発生を防止することができる。
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
Claims (12)
- 多数の小片の集合体を具備する棒状の喫味用物品若しくはその部品を被検査体とし、前記小片の密度を光学的に検査するための装置であって、
前記小片を実質的に透過しない第１波長の光からなる第１光ビームを発光する第１光源と、
前記小片を実質的に透過する第２波長の光からなる第２光ビームを発光する第２光源と、
前記第１及び第２光ビームを合成すると共に合成光ビームとして前記被検査体に照射するための光学系と、
前記被検査体に照射する前の前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの夫々に対応する第１及び第２投光量を測定するための第１測定部と、
前記被検査体の表面で反射される前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの夫々に対応する第１及び第２反射光量を測定するための第２測定部と、
前記被検査体を通過する前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの夫々に対応する第１及び第２通過光量を測定するための第３測定部と、
前記第１及び第２投光量、第１及び第２反射光量、及び第１及び第２通過光量に基づいて、前記小片を通過した前記第２光ビームの透過光量を算出すると共に、前記透過光量に基づいて前記小片の密度を算出するための演算回路と、
を具備する。 - 請求項１に記載の装置において、前記第２測定部は、前記被検査体の表面で反射される前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの両方を受光及び検出することにより、前記第１及び第２反射光量を測定する。
- 請求項１に記載の装置において、第２測定部は、前記被検査体の表面で反射される前記合成光ビームに含まれる前記第１及び第２光ビームの一方のみを受光及び検出することにより、前記第１及び第２反射光量の一方を測定すると共に、前記第１及び第２反射光量の他方は、前記一方の反射光量と同じ反射率で得られるものとして算出することにより測定する。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の装置において、前記小片の密度を代表する基準値と前記演算回路で得られる前記小片の密度の測定値との差である変動値を算出するための検出回路と、前記変動値に基づいて、被検査体の製造システムにおいて被検査体内に導入される小片の量を制御するための制御回路と、を更に具備する。
- 請求項４に記載の装置において、複数の被検査体に対して前記検出回路で得られる変動値の平均値を算出し、前記制御回路に伝達するための積分回路を更に具備する。
- 請求項４または５に記載の装置において、前記変動値としきい値とを比較すると共に前記被検査体の良否を判定するための比較判定回路を更に具備する。
- 請求項１乃至６のいずれかに記載の装置において、前記小片は葉たばこの刻であり、前記第１及び第２波長は夫々０．５〜０．８μｍ、１．２〜１．４μｍである。
- 請求項１乃至７のいずれかに記載の装置において、前記第１及び第２光ビームは共にレーザ光ビームからなる。
- 請求項８に記載の装置において、前記第１乃至第３測定部の少なくとも１つは、前記第１及び第２光ビームを同一光路上で受光及び検出する複合受光素子を具備する。
- 請求項１乃至９のいずれかに記載の装置において、前記光学系から前記被検査体に照射される前記合成光ビームは平行光ビームからなる。
- 請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置において、前記第１測定部は、前記光学系と前記被検査体との間で、前記合成光ビームから分離されたビーム部分に含まれる前記第１及び第２光ビームを受光及び検出することにより、前記第１及び第２投光量を測定する。
- 請求項１乃至１１のいずれかに記載の装置において、前記光学系と前記被検査体との間に配設され、前記被検査体に傾斜して対面する鏡面と前記光学系の光軸と整合する孔とを有するミラーを更に具備し、前記光学系からの前記合成光ビームは前記孔に焦点が来る収束光ビームとして前記孔を通過した後に前記被検査体に照射される一方、前記被検査体の表面で反射された前記合成光ビームは前記ミラーにより反射されて前記第２測定部に導入される。
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