JP4568327B2 - 付着物検査装置及び付着物検査方法 - Google Patents
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Description
特許文献4では、荷物の表面から空気を吸引し、吸引出口に配した収集媒体に捕集する技術が開示されている。この収集媒体は、大きな円盤上に4つ置かれており、常時一つは吸引出口に、一つは危険物質を検出するイオン易動度分光分析器の入り口に対向する。そして、円盤を所定の角度で回転させながら、荷物に付着した試料物質を剥ぎ取り、危険性の判定を行う技術である。
さらに、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4記載の付着物検査技術の共通の課題として、手荷物から危険物質を検出した後の自己クリーニングの課題があるが、具体的な解決のための手段が示されていない。
かかる構成により、検査対象物に付着した試料物質は、空気等の圧縮ガスの風圧で剥離することとなり、捕集フィルタで回収される試料物質の量を増やすことができるとともに検査条件のバラツキも低減することができる。
また前記捕集フィルタを前記検査部に出し入れするとともに、前記捕集フィルタを表裏反転させてから、前記捕集部に戻すことで、捕集フィルタに残留している粒子を取り除くことができるので、捕集フィルタを検査毎に交換せずに連続して使用できる付着物検査装置を実現できる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。以下の実施形態の説明では、付着物検査装置1により探知される試料物質として爆薬微粒子あるいは爆薬の添加物のような危険物質を例示し、これらの危険物質が付着した、被験者の手荷物を検査対象物として例示している。しかし、本発明にかかる付着物検査装置は、この他、爆発性の物質、覚醒剤等の薬剤、人体に悪影響を与える化学物質、人体に悪影響を与える細菌、ウイルス等の微生物、その他、一般に、人体に悪影響を及ぼすと想定される物質を含む試料物質を探知の対象にすることも、郵便物や人体、輸出入される物品等を検査対象物とすることもできる。しかし、付着物検査装置1により探知される試料物質は、特に限定されることなく、特定の成分物質を含む試料物質を探知の対象とすることが可能である。
第1実施形態の付着物検査装置1は、付着物検査部2、手荷物配送部(配送部)3、捕集フィルタ搬送部(搬送部)4、付着物捕集部(捕集部)5、電源部6、中央制御部7及び操作パネル11から構成される。装置の各部の動作に要する電力を供給する電源部6は、中央制御部7により制御される。中央制御部7は、検査部制御器8と搬送部制御器9と捕集部制御器10と配送部制御器28と接続している。各装置の各部の動作条件は、操作パネル11から入力され、中央制御部7は、入力された動作条件に従い装置の各部の動作を制御する。
特定された危険物質(爆薬等)及び/又は質量分析の結果は、操作パネル11に表示される。
検査対象物である手荷物25は、手荷物配送駆動部31(図1参照)により駆動される網状の金属製のトレー26に載せられてサンプリング室27内に配送される。手荷物配送駆動部31には、速度センサが設けられている。この速度センサの信号は配送部制御器28から中央演算部7を介して手荷物大きさ演算部13に伝達され、手荷物25が配送される速度として常に監視されることとなる。尚、本実施形態で検査可能な手荷物25の好ましい大きさは、幅40cm、高さ50cm、奥行き70cm程度のものである。
図4(a)は、図2のY軸方向から見た、手荷物認識部12と、手荷物25の位置関係を示す概略図である。なお手荷物25と手荷物認識部12以外の記載は省略している。図4(a)において手荷物認識部12は、説明を簡単にするために、手荷物25の高さ方向と奥行き方向の大きさを検知する受光器33(33a,33b,33c…,33g)が7つのみ配した図となっている。なお図4(a)では、手荷物25の高さ方向と奥行き方向の大きさを検知する手段について説明しているが、手荷物25の上下方向に設けられた同様の手荷物認識部12により手荷物25の幅方向の大きさが検知される。
このように手荷物認識部12の受光器33で検出された信号の変化は、手荷物大きさ演算部13(図1参照)に伝達されることになる。
点1から点2までの距離L1は、点1で受光器33c,受光器33d,受光器33e,受光器33fが検知してから点2で受光器33bが検知するまでの時間T1に、点1から点2までの配送速度V1を剰算することで、点1から点2までの距離が演算できる。同様の演算で点2から点3までの距離L2は、点2で受光器33bが検知してから点3で非検知になるまでの時間T2に、点2から点3までの配送速度V2を剰算することで演算する。同様の演算で点3から点4までの距離L3は、点3で受光器33bが非検知してから点4で全ての受光器33が非検知となるまでの時間T3に、点3から点4までの配送速度V3を剰算することで演算する。
手荷物25の奥行き方向の長さは、上述の手段で求めたL1とL2とL3の距離を加算して演算する。
図5(a)は、サンプリング室27内の一部断面を含む正面図を示している。図5(a)において、断面は、配管41の中心を通り、サンプリング室27の手荷物搬送方向に垂直な断面であり、正面図は、図2のX軸の負方向から見た図であり、ノズル36に関連するもの以外の各部の記載は省略している。
図6の実験結果から、風速20m/s以上の風速のエアジェットを噴射することで、捕集フィルタ52から明瞭なC4爆薬由来の信号が得られることがわかった。図6の実験結果からC4爆薬の回収率は、風速40m/sまでは、風速に依存して急激に増加するが、風速40m/s以上ではC4爆薬の回収率の増加量はゆるやかになる。特に風速が130m/s以上の条件では、C4爆薬の回収率に大きな改善は得られないことがわかった。
従って手荷物25表面から効果的に爆薬微粒子を剥離し、捕集する上で、風速40m/s以上、130m/s以下のエアジェットを皮革表面に噴射することと、サンプリング室27内を吸気することが重要であることを見出すことができた。
本実施形態の付着物検査装置1では、ノズル36は、図5(a)、図5(b)に示すように、手荷物の底面にエアジェットを噴射するノズル36aと、手荷物の上面と側面にエアジェットを噴射するノズル36bの2系統を備えている。
まず図3を参照して、手荷物25がサンプリング室入り口30に到達したことを、サンプリング室27の入り口30に配した手荷物認識部12の信号から捕集部制御器10(図1参照)で判断すると、サンプリング室27内を吸気する吸気部16を駆動すると同時に、圧縮ガス発生部15(図1参照)を駆動する。次にエアバルブ(図示せず)を開けて、図5に示す20個のノズル36aに圧縮ガスを供給し、エアジェットを手荷物25の底面に噴射する。
また、直径2mmのノズル36から、風速40m/sから130m/sのエアジェットを手荷物25表面に噴射するには、前述したように、ノズル36を、3cmから9cm離して、手荷物25の表面に走査する必要がある
本実施形態では前述したように、ノズル36の移動目標位置を仮想外形より5cm離れた位置を目標としている。この場合実際のノズル36の尖端位置は、ノズル36の移動目標位置である5cmに、上述した仮想外形の誤差である+−1.5cmを加算した距離が、実際の手荷物25の表面からノズル36尖端までの距離となる。本実施形態では、手荷物25の実際の外形から、3.5cmから6.5cmの範囲で手荷物25の周囲を走査することになる。
すなわち、図2に示す本実施形態の付着部物検査装置1の付着物捕集部5が図示するような構成を採る場合、手荷物認識部12の直列に配置される投光器32,32…(受光器33,33…)(図3参照)の間隔は、ノズル36(図5)から風速40m/sから130m/sのエアジェットが手荷物25表面に噴射できる距離より短いことが望まれる。もしこれら投光器32,32…(受光器33,33…)の間隔が、風速40m/sから130m/sのエアジェットを手荷物25表面に噴射できる距離より狭かったり広かったりすると、ノズル36尖端が手荷物25表面に衝突する事故や、風速40m/sのエアジェットが手荷物25表面に噴射されなくなる。
図8はサンプリング室27と吸気部16(図2参照)を接続する配管41の途中に挿入している捕集フィルタ52を説明する図である。
また図8(a)、図8(c)は、捕集フィルタ52を保持した配管41の一部抜粋した断面図である。図8(a)、図8(c)において、断面は配管41の捕集フィルタ挿入口47の上端面を通り、Z軸の正方向から見た配管41の一部抜粋した断面図であり、配管41の一部及び捕集フィルタ保持部46、捕集フィルタ52、捕集フィルタ搬送駆動部17のハンド部53以外の各部は省略している。
図8(b)、図8(d)は、図8(a)、図8(c)の一部断面を含む側面図である。図8(b)、図8(d)において、断面は配管41の中心を通る断面であり、Y軸の正方向から見た側面図である。
捕集フィルタ保持部46は、図8(a),(c)に示すように捕集フィルタ52のブロック枠43に接続している球体44を掴むことで、捕集フィルタ52を固定する。捕集フィルタ保持部46は、配管41及び後述する加熱部18の、捕集フィルタ挿入口47と反対側に配しており、ブロック枠43の端面に配した球体44を掴む爪49と、可動ボス50と、可動ボス50の位置で爪49を開閉動作させるカム機構(図示せず)を備えている。このカム機構は、捕集フィルタ保持部筐体89に収納されている。
前述したように捕集フィルタ52は、配管41に捕集フィルタ保持部46で保持されている。図7(b)に示すように捕集フィルタ搬送駆動部17の搬送アーム54を伸ばして、図8(c)に示すようにハンド部53の穴55にブロック枠43のボス45を入れて、捕集フィルタ52を保持する。さらに図7(b)から(c)に示すように搬送アーム54を伸ばしてから搬送アーム54を縮めると、図8(a)に示すように、捕集フィルタ保持部46の爪49がカム機構51によって搬送アーム54の縮退する動きと連動して開き、捕集フィルタ52は配管41から引き抜かれる。図7(c)に示すように所定の位置まで搬送アーム54を縮退させた後、図7(d)に示すようにハンド部53を加熱部18に対向する位置に回転させる。再び図7(e)に示すように搬送アーム54を進展させて、捕集フィルタ52を加熱部挿入口51(図2参照)から加熱部18内部に挿入する。なおこの加熱部18の捕集フィルタ搬送部4と反対側にも、フィルタ保持部46が設けられており、加熱部18内部に挿入された捕集フィルタ52は、このフィルタ保持部46により保持される。
加熱部18の収納部57には、捕集フィルタ52が挿入される加熱部挿入口51と、この加熱部挿入口51の反対側に捕集フィルタ52のブロック枠43に設けた球体44が通過する窓48が開いている。
図7(e)に示したように、搬送アーム54を伸ばして、ハンド部53に保持した捕集フィルタ52を挿入口47から収納部57の中に挿入する。そして図9(b)に示すように捕集フィルタ52のブロック枠43に設けた球体44は、収納部57の窓48を通って、収納部57の外に配置した捕集フィルタ保持部46の可動ボス50に押し付けられる。さらに搬送アーム54(図7(e)参照)を伸ばして、捕集フィルタ52のブロック枠43に設けた球体44を、捕集フィルタ保持部46の爪49で保持させた後、搬送アーム54を縮退させて、捕集フィルタ52とハンド部53を分離し、搬送アーム54を退避位置まで移動することで、図9(b)に示したように捕集フィルタ52を、試料物質が捕集された面を上にして収納部57の内部に保持することができる。収納部57の挿入口40と窓48は、捕集フィルタ52のブロック枠43によって塞がれるので、捕集フィルタ52の加熱は効果的に行われる。
図11において、縦軸は任意単位のイオン強度を示しており、横軸は秒単位の時間を示している。図11に示すように、TNT爆薬成分が検出されたことを示す明瞭な信号が得ることができている。この結果から、第1実施形態の付着物検査装置1を用いることで、TNT爆薬粒子が付着した実際の手荷物25から、TNT爆薬粒子をエアジェットで剥離し捕集フィルタ52で捕集し、加熱部18で気化し、質量分析部21でTNT爆薬成分を検知できることを証明した。
(1)サンプリング室27内部で、ノズル36の先端を、手荷物大きさ演算部13で演算した手荷物25の仮想外形から、5cmの距離で手荷物25の周囲を走査させることで、手荷物25に付着している試料物質の剥離に有効な40m/sから130m/sの風速のエアジェットを手荷物25の表面に噴射することができるので、手荷物25から効果的に試料物質を剥離することができる。
(2)剥離した試料物質を、サンプリング室27をその下部に固定した非貫通性の捕集フィルタ52を介して吸気することで、効果的に捕集フィルタ52に捕集される。
(3)試料物質を捕集した捕集フィルタ52は、捕集フィルタ搬送駆動部17で、自動でサンプリング室27から引き出され、質量分析部21と結合した加熱部18に挿入するので、搬送過程での捕集フィルタ52の汚染や、人による汚染が無く、サンプリング室27から加熱部18に搬送することできる。
(4)加熱部18に挿入された捕集フィルタ52は、急速に加熱されるため、試料物質に含まれる危険物質(爆薬等)の成分が気化して濃度の高いガスが発生する。従って、イオン源部19で生成される危険物質由来のイオン濃度が高くなり、より強い信号強度が質量分析部21で得られるため、高感度な検査ができる。
図12は、第1実施形態の付着物検査装置1で、C4爆薬を検出した後のサンプリング室27について、このサンプリング室27を吸気部16で吸気しながらサンプリング室27の内壁にエアジェットを吹きつけた際に使用した捕集フィルタを加熱部18の中に入れて爆薬の有無を検査した結果を示している。図12において、縦軸は任意単位のイオン強度を示しており、横軸は秒単位の時間を示している。図12に示すように、明らかにC4爆薬を検出した後のサンプリング室27から採取した試料物質からC4爆薬(危険物質)を示す信号が得られている。
(1)自己クリーニングに要する時間は、検査を速やかに再開できるようにするために出来るだけ短い時間とする課題。
(2)誤検知を防ぐために、クリーニング効果を定量的に確認する課題。
データ処理部23で検査結果から爆薬成分を検出したと判断した場合、その旨を操作パネル11に表示して検査員に知らせる。その後、付着物検査装置1は自己クリーニングを開始する指示待ちの状態となる。検査員によって操作パネル11から自己クリーニング実行の指示が選択されると、中央制御部7から捕集部制御器10、搬送部制御器9、検査部制御器8に自己クリーニング工程の指示を出す。
ノズル36は、その尖端とサンプリング室27内壁との距離が、前述した爆薬微粒子を効果的に剥離できる風速40m/s以上のエアジェットを噴射できる9cm以下の距離で、サンプリング室27内壁と互いのアーム39(39a,39b)の表面を走査する。
また、図14で説明したハンド部53が180度回転可能な捕集フィルタ搬送部4と、捕集フィルタ交換ステーションを備えた付着物検査装置1を用いることで、例えば検査回数を100回毎に、捕集フィルタ52を交換する検査方法も可能となる。すなわち前述した自己クリーニングと同じ手順で、所定の検査回数を経た捕集フィルタ52の清浄度を付着物検査部2で確認し、データ処理部23で、捕集フィルタ52から発生するガスが多く検知精度が悪いと判断したら、捕集フィルタ52を使用済みの捕集フィルタ52を格納するカセットに挿入し、未使用の複数の捕集フィルタ52を格納したカセットから、未使用の捕集フィルタ52を取り出し、配管41に挿入して、次の検査に備える。
以上述べてきた付着物検査装置1とすることで、1日で使用する捕集フィルタ52の数を減らすことが出来、また、捕集フィルタ52の清浄度を常に監視しているので、より確実で、信頼性の高い付着物検査装置1を提供できる。
まず通常の検査工程について説明する。
試料物質が付着した手荷物25が手荷物配送部3によりサンプリング室27に配送される(S11)。すると、まず手荷物25の大きさ及び形状が手荷物認識部12及び手荷物大きさ演算部13により認識される(S12)。次いで吸気部16を駆動し、付着物捕集部5のサンプリング室27内のガスを吸引してから(S13)、ノズル36を手荷物25の表面を走査するように移動させ(S14)、エアジェットをその表面に噴射する(S15)。このエアジェットの噴射を所定時間若しくは手荷物25の全面を一通り走査するまで続けた後(S16)、エアジェットの噴射を停止する(S17)。その後、吸気部16を停止してサンプリング室27内のガスの吸引も停止する(S18)。この後ノズル36は退避位置へ移動し(S19)、手荷物25が手荷物配送部3によりサンプリング室27の外部に送出される(S20)。そして、捕集フィルタ52は捕集フィルタ搬送駆動部17によって付着物捕集部5の配管41から取り出されるとともに、この配管41には新しい捕集フィルタ52が挿入される(S21)。そして、配管41から取り出された捕集フィルタ41は、加熱部18に挿入される(S22)。加熱部18に挿入された捕集フィルタ52は加熱され、捕集フィルタ52に捕集されている試料物質も加熱されて、気化し、試料ガスを生成する(S23)。所定の時間、補集フィルタ52を加熱したら、捕集フィルタ搬送駆動部17によって加熱部18から取り出す。試料ガスは、イオン源部19に運ばれ、イオン化された後(S24)、質量分析部21に送られて質量分析される(S25)。分析の結果データ処理部23で危険物質の有無、種類を同定する。危険物質が検出されなければ(S26:危険性無)、その結果が操作パネル11に出力されるとともに(S27)、次の測定が開始され(S11にジャンプ)、危険物質が検出されれば(S26:危険性有)、その旨を操作パネル11に出力して検査員に危険物質が検出されたことを伝え(S27)、自己クリーニング工程を行うかどうかの指示を待つ。
検査員から自己クリーニングの指示がでると(S28)、前記した(S13)から(S25)までの動作フローを繰り返す(ただし、手荷物25は、すでに搬出されてサンプリング室27には存在しないので(S20)の工程はジャンプする)。この自己クリーニング工程において、エアジェット噴射(S15)の工程は、ノズル36をサンプリング室27内壁又はアーム39に向けて噴射する点において、前記した通常の検査工程の場合と相違する。そして、ステップS26において危険性無の判定がでるまで自己クリーニング(S28)の工程を繰り返す。そして、ステップS26において危険性無の判定がでると、次の手荷物25を検査する工程に入る(S11)。
図16は、本発明の第2実施形態の付着物検査装置1’の外観を示す斜視図である。図17は、本発明の第2実施形態の付着物検査装置を説明する側面図と上面図である。図17(a)は、本発明の第2実施形態の付着物検査装置1’の付着物捕集部5’において、サンプリング室27内の一部断面を含む正面図を示している。
手荷物25が入り口30に到達する時間を、手荷物認識部12の信号を検出した時間と、手荷物搬送速度と、手荷物認識部12の設置場所と入り口30の設置場所間の距離から捕集部制御器10で演算する。もちろん手荷物25が入り口30に到達することを検知するセンサを設けてもよい。
手荷物25がサンプリング室27の入り口30に到達する前に、ノズル75bを手荷物大きさ演算部13で演算した仮想高さより5cm離れた位置に移動する。
同時にノズル75cを、手荷物大きさ演算部13で演算した仮想幅より5cm離れた位置に移動する。
以上述べてきた、第1実施形態の付着物検査装置1、及び、第2実施形態の付着物検査装置1’では、サンプリング室27に、周知の技術であるX線透過装置などの手荷物の内部を透視する検査装置を設けることができることも、特徴の一つである。このため、本発明の付着物検査装置と、通常使用されているX線透過装置等の内部検査装置を併用した手荷物の検査が可能な付着物検査装置が実現できるので、より確実で高信頼性な手荷物の付着物検査装置を提供することができる。
また、以上述べてきた、第1実施形態の付着物検査装置1、及び、第2実施形態の付着物検査装置1’では、検査対象物として手荷物25を想定して説明してきたが、人体を検査対象物とすることもできる。
第3実施形態の付着物捕集部5”は、実際に腕を挿入するサンプリング室78と、腕にエアジェットを噴射するノズル79と、腕の挿入を検知する検知器80(80a,80b)と、ノズル79,79…に圧縮ガスを供給する圧縮ガス発生部15(図1参照)と、腕から剥離した試料物質を捕集する捕集フィルタ82と、サンプリング室78内のガスを捕集フィルタ82を介して吸気する吸気部16(図1参照)と、それらを駆動するための電源部6(図1参照)と、それらを制御する制御部(図示せず)から構成する。図19において、ノズル79と腕の挿入を検知する検知器80以外の各部は、筺体86に納められている。
本実施形態の腕の挿入口87は、サンプリング室78の上側に設けている。被験者が、腕の挿入口87から、両腕を手首より深くなるまで挿入する。サンプリング室78の腕の挿入口87に設けた腕の挿入を検知する検知器80で、腕の挿入を検知したことを、制御部に伝達する。検知器80は、光を投光する投光器80aと、投光器80aからの光を受光する受光器80bから成り、受光器80bは投光器80aからの光を受光しない時に信号を出力する。制御部では検知信号を受けてから、吸気部16(図1参照)を駆動させ、次いで吸気部16を駆動してから数秒後に、圧縮ガス発生部15(図1参照)を駆動させる。圧縮ガス発生部15の駆動開始まで数秒の時間を設けた理由は、腕を挿入するために要する時間を必要とするためである。また本実施形態では圧縮ガス発生部15としてターボファンを使用している。本実施形態のノズル79,79…は、サンプリング室78の腕の挿入口87に、手の甲と手のひら方向の両側からエアジェットを噴射できるように、片側25個の直径2mmのノズル79,79…を両側に、下向きに傾斜して2cm間隔で配している。ノズル79,79…と被験者の腕の間隔は固定であるが、第1実施形態で説明したように、風速40m/sから130m/sのエアジェットを腕の表面に対して約30度の傾斜で噴射されるように、ノズル79,79…と被験者の腕の間隔は3cmから9cmの範囲になるように、サンプリング室78の腕挿入口87の大きさを設計している。
被験者は、エアジェットを感知すると、腕をサンプリング室78からゆっくりと引き抜く動作を行う。サンプリング室78の腕の挿入口87に設けた腕を検知する検知器80で、腕が引き抜かれたことを検知したことを、制御部に伝達する。制御部では検知信号を受けてから、圧縮ガス発生部15を停止し、次いで、吸気部16を停止する。以上の手順で、被験者の下腕に付着している試料物質を剥離することができる。サンプリング室78の下部には、捕集フィルタ82が挿入されており、試料物質は捕集フィルタ82に捕集される。
2 付着物検査部(検査部)
3 手荷物配送部(配送部)
4 捕集フィルタ搬送部(搬送部)
5,5’,5” 付着物捕集部(捕集部)
11 操作パネル
12 手荷物認識部(認識部)
13 手荷物大きさ演算部
14 ノズル駆動部
16 吸気部
17 捕集フィルタ搬送駆動部
18 加熱部
19 イオン源部
21 質量分析部
23 データ処理部
25 手荷物(検査対象物)
27,78 サンプリング室
31 手荷物配送駆動部
32 投光器
33 受光器
36,79 ノズル
39 アーム
52,82 捕集フィルタ
Claims (4)
- 試料物質が付着した検査対象物に圧縮ガスを吹き付けて、剥離した前記試料物質を補集フィルタにより捕集する捕集部と、
この捕集フィルタに捕集された前記試料物質を分析する検査部と、を備える付着物検査装置であって、
前記圧縮ガスを、前記検査対象物の表面に風速20m/s以上の速度で吹き付ける少なくとも1つのノズルを有し、
前記捕集部は、前記ノズルを移動させるノズル駆動部と、検査対象物の外形を認識する認識部とを有し、
前記ノズル駆動部は、認識された前記外形に沿って前記ノズルを移動させることを特徴とする付着物検査装置。 - 前記認識部は、
少なくとも一対の、光を発生する投光器、及び前記光を受ける受光器から構成されることを特徴とする請求項1に記載の付着物検査装置。 - 前記捕集フィルタを前記検出部に搬送する搬送部を有し、
前記搬送部は、前記捕集フィルタを表裏反転させる機能を有することを特徴とする請求項1に記載の付着物検査装置。 - 試料物質が付着した検査対象物の外形を認識するステップと、
認識された前記外形に沿って圧縮ガス吹き付け用のノズルを移動させながら検査対象物に前記ノズルから風速20m/s以上の速度の圧縮ガスを噴射するステップと、
前記検査対象物から剥離した前記試料物質を捕集フィルタで捕集するステップと、
前記捕集フィルタを加熱して、捕集されている前記試料物質を気化して試料ガスを生成するステップと、
生成した前記試料ガスを分析することにより前記試料物質を同定するステップと、を含むことを特徴とする付着物検査方法。
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