JP5391734B2 - 品質測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンベアで搬送される測定対象物の品質をオンラインで測定して選別するための品質測定装置に関するものである。

測定対象物の内部品質を測定して選別するための品質測定装置として、コンベアで搬送される測定対象物に対して、その搬送幅方向両側に対向するように単一の投光器（投光部）及び受光器（受光部）を配置し、投光器から照射した光の透過光を回折格子で分光し、必要とする波長の分光をラインセンサにより測定し、該測定値を信号処理及び制御装置により演算処理及び波形分析するとともに、内部品質を評価するための演算式を用いて演算処理することにより、前記測定対象物の内部品質をオンラインで測定するものがあり（例えば、特許文献１参照。）、複数の投光器（光源）を一定間隔離間させて縦方向に配置するものもある（例えば、特許文献２参照。）。
また、測定対象物の内部欠陥の検出装置として、光源から得た光を光分配器により分配することにより、測定対象物（検査試料）の少なくとも二以上の測定点に対して測定対象物が正常品のときに各測定点における検出光量が等しくなるだけの光を照射し、かつ、二以上の測定点における実際の光透過量を受光器により測定し、各測定点における光透過量と予め定めた判別閾値とを比較することによって、測定対象物の内部欠陥を検出するものがある（例えば、特許文献３参照。）。

特許第３０５６０３７号公報 特開２００４−２０４９３号公報 特許第３７５８２５０号公報

特許文献１のような、搬送される測定対象物に対して、その搬送幅方向両側に対向するように単一の投光器及び受光器を配置する構成では、受光器の集光レンズとして円形レンズを使用していることから、前記集光レンズの外径を大きくすると測定対象物の前後での迷光が多くなって品質測定精度が低下し、前記集光レンズの外径を小さくすると、測定対象物を搬送しながら品質測定を行うことから搬送方向には測定対象物に対して広範囲の受光を行っているが、高さ方向には測定対象物に対して広範囲の受光を行っていないため、測定対象物の内部に局所的な品質異常がある場合に、この品質異常が存在する場所によっては該品質異常を検出することができない場合がある。
また、特許文献２のような複数の投光器（光源）を設ける構成では、光源自体が１個あたり直径３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の大きさがあることから、これを複数並設すると測定対象物の大きさに対して広過ぎる範囲からの投光となる場合が多く、よって、測定対象物表面及び筐体内面からの反射により迷光を多く受ける可能性が高くなるため品質測定精度が低下する場合がある。

さらに、特許文献３のような複数の投光及び受光を行う構成では、頭部から尾部に向かう中心線に沿って内部褐変が広がる大根のように、検出する測定対象物の内部欠陥が生じる位置が明確なものに対しては有効であるが、測定対象物の内部欠陥が局所的であり、かつ、その位置が変動する測定対象物に対しては、内部欠陥を検出できない場合がある。
その上、光透過量（光電流量）の測定を行う際には、測定対象物の外形に合わせて形成され、受光器の後方側から覆い被せるようにして取り付けられた遮光器を大根表面に突き当てる必要があることから、チェーンコンベア等による搬送機構を備えてはいるが、測定位置では搬送機構を停止させて測定対象物を位置決めする必要があるため、定速度でコンベア上を連続して搬送されてくる測定対象物の内部欠陥を検出することはできない。
その上さらに、受光のための光センサを複数個設けていること並びに経時変化等による性能劣化の監視及び保護機能を複数個の光センサにそれぞれ備える必要があることから、信頼性が低下しやすいとともにコストが増大する。

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、連続して搬送されてくる測定対象物を停止させずに、該測定対象物の内部に局所的な品質異常がある場合においても該品質異常の見逃しを少なくすることができるとともに、信頼性の低下及びコストが増大を抑制することができる品質測定装置を提供する点にある。

本発明に係る品質測定装置は、前記課題解決のために、測定対象物を搬送する搬送部と、該搬送部により搬送されてきた測定対象物に光を照射する投光器、前記測定対象物からの透過光又は反射光を集光する集光レンズ、該集光レンズにより集光された光を分光する分光光度計、並びに、前記分光光度計の検出値を演算処理及び波形分析するとともに、前記測定対象物の品質を評価するための演算式を用いて演算処理する信号処理及び制御装置からなる品質測定部とを備えた、前記測定対象物の内部品質をオンラインで測定して選別するための品質測定装置であって、前記集光レンズを、上下方向に長く搬送方向に短い形状とし、前記上下方向に長く搬送方向に短い形状の集光レンズを基体内に保持して上下方向に複数設け、前記基体に接続された、前記集光レンズにより集光された光を伝送する複数の受光側光ファイバケーブルの素線を合わせて１本の分光側光ファイバケーブルとし、前記複数の集光レンズにより集光した光を前記受光側光ファイバケーブル及び分光側光ファイバケーブルを通して伝送することにより、単一の前記分光光度計により分光してなるものである。

また、前記受光側光ファイバケーブルの前記集光レンズ側に平凹レンズを取り付け、該平凹レンズにより前記集光レンズにより集光した光を平行光に近づけた後に前記受光側光ファイバケーブルへ入射させてなると好ましい。

さらに、前記集光レンズがフレネルレンズであると好ましい。

本発明に係る品質測定装置によれば、測定対象物を搬送する搬送部と、該搬送部により搬送されてきた測定対象物に光を照射する投光器、前記測定対象物からの透過光又は反射光を集光する集光レンズ、該集光レンズにより集光された光を分光する分光光度計、並びに、前記分光光度計の検出値を演算処理及び波形分析するとともに、前記測定対象物の品質を評価するための演算式を用いて演算処理する信号処理及び制御装置からなる品質測定部とを備えた、前記測定対象物の内部品質をオンラインで測定して選別するための品質測定装置であって、前記集光レンズを、上下方向に長く搬送方向に短い形状としてなるので、上下方向に長く搬送方向に短い集光レンズにより透過光又は反射光を集光することにより、搬送部により定速で連続して搬送されてくる測定対象物を停止させずに、搬送方向には狭く上下方向には広く集光することができる。
よって、連続して搬送されてくる測定対象物に対して広範囲の受光をすることができるため、測定対象物の内部に局所的な品質異常がある場合においても該品質異常の見逃しを少なくすることができるとともに、測定対象物の搬送方向前後部分での迷光が少なくなるため、品質測定精度が低下することがない。
その上、投光器（光源）並びに分光光度計を複数設けていないことから、信頼性の低下及びコストの増大を抑制することができる。

その上さらに、前記上下方向に長く搬送方向に短い形状の集光レンズを基体内に保持して上下方向に複数設け、前記基体に接続された、前記集光レンズにより集光された光を伝送する複数の受光側光ファイバケーブルの素線を合わせて１本の分光側光ファイバケーブルとし、前記複数の集光レンズにより集光した光を前記受光側光ファイバケーブル及び分光側光ファイバケーブルを通して伝送することにより、単一の前記分光光度計により分光してなるので、上下複数の前記形状の集光レンズにより透過光又は反射光を集光することにより、さらに広範囲の受光をすることができるため、測定対象物の内部の局所的な品質異常の見逃しをさらに少なくすることができる。
その上、複数の受光側光ファイバケーブルの素線を合わせて１本の分光側光ファイバケーブルとして透過光又は反射光を伝送し、単一の分光光度計により分光する構成であるため、より広範囲の受光を可能としながら、分光光度計の個数増加による信頼性の低下及びコストの増大を抑制することができる。

また、前記受光側光ファイバケーブルの前記集光レンズ側に平凹レンズを取り付け、該平凹レンズにより前記集光レンズにより集光した光を平行光に近づけた後に前記受光側光ファイバケーブルへ入射させてなると、前記効果に加え、受光側光ファイバケーブルへ平行光に近づけた光が入射することにより、分光側光ファイバケーブルから出射する光も平行光に近くなることから、受光器のスリットでのロスを少なくすることができるため、透過光又は反射光を効率的に回折格子へ当てることができる。

さらに、前記集光レンズがフレネルレンズであると、前記効果に加え、前記集光レンズを明るく効率の良い単焦点レンズにすることができるとともに、受光器の省スペース化及び軽量化を図ることができる。

次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。なお、本明細書においては、本発明の品質測定装置によりオンラインで内部品質が測定される測定対象物の例として示す玉ねぎＶの搬送方向（図中矢印Ａ参照。）を前、その反対側を後とし、左右は前方に向かっていうものとし、左方から見た図を正面図とする。

図１〜図９は、本発明の実施の形態に係る品質測定装置の構成説明図であり、図１は斜視図、図２は図１においてカバー７を取り外した状態を示す斜視図、図３は拡大正面図、図４は図３の矢視Ｘ−Ｘ断面図、図５は投光器２１Ｅを右方から見た拡大図、図６は図５の矢視Ｙ−Ｙ断面図、図７はサイズ測定部２及び品質測定部３の構成を示す概略部分断面平面図、図８は品質測定部３の構成を示す後方から見た概略部分断面図、図９はフレネルレンズ１２及び平凹レンズ１３を保持するとともに受光側光ファイバケーブル１４，１５が接続された基体１１を示す図であり、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は後方から見た図、図９（ｃ）は後方から見た縦断面図である。

なお、図１及び図２において、搬送部１を構成する搬送ベルト６の前後を切断して示しているが、搬送ベルト６は無端状のものであり、基台５に対して、その前後に位置し、左右方向軸まわりに回転可能に支持された図示しない駆動プーリと従動プーリとに掛け渡されており、駆動プーリに連結されたモータを一定速度で回転することにより、駆動プーリ及び従動プーリが一定速度で回転することから、無端状の搬送ベルト６の上側部分が一定速度で搬送方向（図中矢印Ａ参照。）へ移動するため、該搬送ベルト６上に載置された玉ねぎＶ，…が搬送方向へ一定速度で搬送される。
ここで、図２に示す詳細は後述するサイズ計測部２及び品質測定部３に対し、これらを被うように、基台５上に固定された支持枠２０Ａ，２０Ｂにカバー７を取り付けた図１に示す状態では、カバー７の前後の開口８，８に短冊状の遮光カーテン９，９が取り付けられているため、カバー７の内部への外光の侵入が抑制される。

図２に示すように、本発明の実施の形態に係る品質測定装置は、前記のとおりの玉ねぎＶ，…を搬送する搬送部１と、搬送部１により搬送されてきた玉ねぎＶのサイズをオンラインで計測するサイズ計測部２と、サイズ計測部２の下流側に配置された、玉ねぎＶに所定波長の光（例えば近赤外光）を照射する投光器２１Ｅ、玉ねぎＶからの透過光（反射光であってもよい。）を分光処理する受光器２１Ｒ、並びに、後述する分光光量検出器であるラインセンサ３２（図７参照。）の蓄積時間をサイズ計測部２による玉ねぎＶのサイズ計測値に合わせて調節し、ラインセンサ３２の測定値を演算処理及び波形分析し、玉ねぎＶの内部品質を評価するための演算式（判別式）を用いて演算処理する、筐体１０に内装された信号処理及び制御装置４からなる品質測定部３とを備えている。

次に、図３〜図９を参照して品質測定部３を構成する投光器２１Ｅ及び受光器２１Ｒ並びにサイズ計測部２について説明する。
投光器２１Ｅは、玉ねぎＶ，…の搬送経路に沿って、搬送ベルト６の例えば左側に設置されており、図６及び図７に示す遮光性の光源ケース２２、光源ケース２２の側面に取り付けられた光源であるハロゲンランプ２３、ハロゲンランプ２３からの光を反射する、光源ケース２２内に固定された反射鏡２４、光源ケース２２の右側（玉ねぎＶ側）に形成された投光口２２Ａの内側（左側）に設置された集光レンズ２５、及び、図５に示すソレノイド２６Ｂにより開閉操作されリミットスイッチ２６Ａにより開閉動作が確認される、測定休止時等に不必要な光が照射されるのを防止するための光源用シャッタ２６等からなる。
ここで、図６に示すように、反射鏡２４の背面（左面）には冷却用の放熱フィン２４Ａが取り付けられるとともに、集光レンズ２５の右側には保護用のカバーガラス２５Ａが取り付けられる。

また、受光器２１Ｒは、図４及び図８に示すように、玉ねぎＶ，…の搬送経路に沿って、搬送ベルト６の例えば右側に、前記投光器２１Ｅに略対向するように設置された上下の基体１１，１１の左側（玉ねぎＶ側）に取り付けられた集光レンズであるフレネルレンズ１２，１２、フレネルレンズ１２，１２により集光した光を平行光に近づける平凹レンズ１３，１３、平凹レンズ１３，１３を通った光をそれぞれ伝送する、例えば多数の光ファイバの素線を撚り合わせてなる受光側光ファイバケーブル１４，１５、受光側光ファイバケーブル１４，１５の素線を合流部１７で合わせて１本のケーブルとしてなる分光側光ファイバケーブル１６、図７に示すように、分光側光ファイバケーブル１６から光が投射される、遮光ケース２７の左側に形成された光通過口２７Ａの内側（右側）に設置された可視光カットフィルタ２８、可視光カットフィルタ２８から順次右側へ設置された、スリット２９、並びに、測定光を受光する状態（図７に示す開状態）、オフセット取得用シャッタ（黒色シャッタ）３０Ａによりラインセンサ３２の暗電流を測定する状態、及び、ＮＤフィルタ（ニュートラルデンシティフィルタ）３０Ｂによりリファレンス光を受光する状態を切り替えるシャッタ駆動用アクチュエータ３０、分光器であるフラットフィールド凹面型の回折格子３１、回折格子３１により分光されライン上に焦点を結んだ各分光の光量を一括して読み取る、マルチチャンネル分光光量検出器である電荷蓄積方式のラインセンサ３２等からなる。

ここで、図８及び図９（ｃ）に示すように、フレネルレンズ１２の左側には保護用のカバーガラス１２Ａが取り付けられるとともに、平凹レンズ１３はレンズホルダ１３Ａに保持された状態で受光側光ファイバケーブル１４，１５の端面に添うように取り付けられる。
そして、玉ねぎＶの品質測定時において、光源用シャッタ２６の開放時には、図７に示すように、投光器２１Ｅの集光レンズ２５により集光された光が、光源ケース２２の投光口２２Ａから、搬送部１により搬送されてきた玉ねぎＶへ照射され、玉ねぎＶからの透過光が、図８に示す上下のフレネルレンズ１２，１２に入射して集光され、平凹レンズ１３，１３を通った後、受光側光ファイバケーブル１４，１５及び分光側光ファイバケーブル１６を通って図７に示す遮光ケース２７の光通過口２７Ａから内部へ達し、回折格子３１により分光され、ラインセンサ３２により必要とする波長の分光が測定される。
このように測定された測定値は、信号処理及び制御装置４（図１及び図２参照。）により演算処理及び波形分析され、玉ねぎＶの内部品質を評価するための演算式を用いて演算処理され、玉ねぎＶの内部品質が測定される。

ここで、図７に示す品質測定部３の投光器２１Ｅ及び受光器２１Ｒの上流側に設置されるサイズ計測部２に用いられるセンサは、例えば発光素子１９Ａ及び受光素子１９Ｂからなる透過型フォトセンサであり、該センサが検出状態になった時から非検出状態になった時までの時間及び玉ねぎＶの搬送速度から、信号処理及び制御装置４により玉ねぎＶのサイズを演算により求め、この演算値に基づいて、受光器２１Ｒ内のシャッタを開くタイミング（測定開始のタイミング）を搬送されてくる玉ねぎＶの到着に合わせるように、信号処理及び制御装置４がシャッタ駆動用アクチュエータ３０の動作を制御する。

図３に示すように、支持部材２０Ｃにより支持された支持板３３を長孔３３Ａ，…を利用して上下に移動させることにより、支持板３３に取り付けられた投光器２１Ｅの上下方向の位置調整を容易に行うことができ、図４に示すように、投光器２１Ｅを前後方向軸まわりに揺動させて玉ねぎＶに向かう角度調整を容易に行うことができる。
また、図４に示すように、支持部材２０Ｃにより支持されたスライドレール３６により支持アーム３４，３５を左右方向に移動させることにより、支持アーム３４，３５に取付片１８，１８（図９（ｂ）も参照。）を利用して取り付けられた、集光レンズであるフレネルレンズ１２，１２を保持する基体１１，１１の左右方向の位置調整を容易に行うことができる。
さらに、長孔３４Ａ，…を利用して支持アーム３４，３５に対して基体１１，１１を上下方向に移動させることにより、フレネルレンズ１２，１２の上下方向の位置調整を容易に行うことができ、取付片１８，１８の円弧状長孔１８Ａ，１８Ａ（図９（ｂ）参照。）を利用して基体１１，１１を前後方向軸まわりに揺動させることにより、フレネルレンズ１２，１２の玉ねぎＶに向かう角度調整を容易に行うことができる。
よって、搬送部１により搬送される測定対象物の種類や大きさの範囲等に応じて、投光器２１Ｅ及びフレネルレンズ１２，１２を、適切な位置及び角度とするように容易に調整した後、その状態を保持するように固定することができる。

図７〜図９に示すように、上下の基体１１，１１内に保持されたフレネルレンズ１２，１２の形状を、上下方向に長く搬送方向に短い形状である、例えば上下方向へ延びる辺が長く左右方向へ延びる辺が短い矩形状としているため、該矩形状のフレネルレンズ１２，１２により測定対象物である玉ねぎＶを透過した光を集光することにより、搬送部１により定速で連続して搬送されてくる玉ねぎＶを停止させずに、搬送方向（前後方向）には狭く上下方向には広く集光することができる。
よって、連続して搬送されてくる測定対象物に対して広範囲の受光をすることができるため、測定対象物の内部に局所的な品質異常がある場合においても該品質異常の見逃しを少なくすることができるとともに、測定対象物の搬送方向前後部分での迷光が少なくなるため、品質測定精度が低下することがない。
その上、投光器２１Ｅ（ハロゲンランプ２３）並びに回折格子３１及びラインセンサ３２は１個のみであり、これらを複数設けていないことから、信頼性の低下及びコストの増大を抑制することができる。

また、受光器２１Ｒの集光レンズをフレネルレンズ１２としているため、前記集光レンズを明るく効率の良い単焦点レンズにすることができるとともに、受光器２１Ｒの省スペース化及び軽量化を図ることができる。
さらに、フレネルレンズ１２，１２を個別の基体内に保持して上下方向に２個設け、基体１１，１１に個別に接続された、フレネルレンズ１２，１２により集光された光を伝送する受光側光ファイバケーブル１４，１５の素線を合わせて１本の分光側光ファイバケーブル１６とし、上下２個のフレネルレンズ１２，１２により集光した光を受光側光ファイバケーブル１４，１５及び分光側光ファイバケーブル１６を通して伝送することにより、単一の回折格子３１により分光していることから、上下２個のフレネルレンズ１２，１２により、さらに広範囲の受光をすることができるため、測定対象物の内部の局所的な品質異常の見逃しをさらに少なくすることができる。
なお、フレネルレンズ１２，１２は、個別の基体内ではなく、単一の基体内に保持するようにしてもよい。
その上、２個の受光側光ファイバケーブル１４，１５の素線を合わせて１本の分光側光ファイバケーブル１６として透過光を伝送し、単一の回折格子３１により分光する構成であるため、より広範囲の受光を可能としながら、回折格子３１及びラインセンサ３２の個数増加による信頼性の低下及びコストの増大を抑制することができる。

さらに、受光側光ファイバケーブル１４，１５のフレネルレンズ１２，１２側に平凹レンズ１３，１３を取り付け、平凹レンズ１３，１３によりフレネルレンズ１２，１２により集光した光を平行光に近づけた後に受光側光ファイバケーブル１４，１５へ入射させていることにより、フレネルレンズにより焦点距離を短くしてコンパクトに構成することができるとともに、受光側光ファイバケーブル１４，１５へ平行光に近づけた光が入射することにより、分光側光ファイバケーブル１６から出射する光も平行光に近くなることから、受光器２１Ｒのスリット２９でのロスを少なくすることができるため、透過光を効率的に回折格子３１へ当てることができる。

以上の説明においては、上下方向に長く搬送方向に短い形状のフレネルレンズ１２を上下に複数設置する構成について説明したが、測定対象物の大きさ等に応じて、前記形状のフレネルレンズ１２を１個のみ又は３個以上設置する構成としてもよい。

本発明の実施の形態に係る品質測定装置の斜視図である。 図１においてカバーを取り外した状態を示す斜視図である。 同じく拡大正面図である。 図３の矢視Ｘ−Ｘ断面図である。 投光器を右方から見た拡大図である。 図５の矢視Ｙ−Ｙ断面図である。 サイズ測定部及び品質測定部の構成を示す概略部分断面平面図である。 品質測定部の構成を示す後方から見た概略部分断面図である。 フレネルレンズ及び平凹レンズを保持するとともに受光側光ファイバケーブルが接続された基体を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は後方から見た図、（ｃ）は後方から見た縦断面図である。

Ａ 搬送方向
Ｖ 玉ねぎ（測定対象物）
１ 搬送部
２ サイズ計測部
３ 品質測定部
４ 信号処理及び制御装置
６ 搬送ベルト
１０ 筐体
１１ 基体
１２ フレネルレンズ（集光レンズ）
１３ 平凹レンズ
１４，１５ 受光側光ファイバケーブル
１６ 分光側光ファイバケーブル
１７ 合流部
２１Ｅ 投光器
２１Ｒ 受光器
２２ 光源ケース
２２Ａ 投光口
２３ ハロゲンランプ（光源）
２４ 反射鏡
２５ 集光レンズ
２６ 光源用シャッタ
２７ 遮光ケース
２７Ａ 開口
２８ 可視光カットフィルタ
２９ スリット
３０ シャッタ駆動用アクチュエータ
３０Ａ オフセット取得用シャッタ（黒色シャッタ）
３０Ｂ ＮＤフィルタ
３１ 回折格子（分光器）
３２ ラインセンサ（分光光量検出器）

Claims (3)

1. 測定対象物を搬送する搬送部と、該搬送部により搬送されてきた測定対象物に光を照射する投光器、前記測定対象物からの透過光又は反射光を集光する集光レンズ、該集光レンズにより集光された光を分光する分光光度計、並びに、前記分光光度計の検出値を演算処理及び波形分析するとともに、前記測定対象物の品質を評価するための演算式を用いて演算処理する信号処理及び制御装置からなる品質測定部とを備えた、前記測定対象物の内部品質をオンラインで測定して選別するための品質測定装置であって、
   前記集光レンズを、上下方向に長く搬送方向に短い形状とし、
   前記上下方向に長く搬送方向に短い形状の集光レンズを基体内に保持して上下方向に複数設け、前記基体に接続された、前記集光レンズにより集光された光を伝送する複数の受光側光ファイバケーブルの素線を合わせて１本の分光側光ファイバケーブルとし、前記複数の集光レンズにより集光した光を前記受光側光ファイバケーブル及び分光側光ファイバケーブルを通して伝送することにより、単一の前記分光光度計により分光してなることを特徴とする品質測定装置。
2. 前記受光側光ファイバケーブルの前記集光レンズ側に平凹レンズを取り付け、該平凹レンズにより前記集光レンズにより集光した光を平行光に近づけた後に前記受光側光ファイバケーブルへ入射させてなる請求項１記載の品質測定装置。
3. 前記集光レンズがフレネルレンズである請求項１又は２記載の品質測定装置。

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