JPS6027946Y2 - 赤外光源を使用する色格付け装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、１９７Ｆ４１２月２１日に発布された、“
Ｃｏ１ｏｒ Ｇｒａｄｉｒ＋ｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”
と題する、米国特許第３９９８５５５号明細書に開示さ
れた色格付け（ｃｏｌｏｒ ｇｒａｄｉｎｇ）用の方法
および装置の改良である。

この特許に記載されているように、特に商業的な食品加
工において、製品の種々の性質を決定するために種々の
波長領域における反射光を正確に測定する装置が利用さ
れてきた。

このような装置は、ピーナツ、フランス式揚げポテトの
漂白（ｂｌａｎｃｈｉｎｇ ）または焙焼（ｒｏａｓｔ
ｉｎｇ）あるいはポテトの除皮などに使用する設備のよ
うな連続加工機械の制御において特に有用である。

このように制御されるプロセスにおいては、加工区域か
ら出た製品の色が検出される。

加工の程度に応じて色が変化し、色に応答する信号を使
用してプロセス変数を制御する。

このようにしてプロセスは連続的に制御され、それによ
り熱を調整して所望程度の料理を達威しまたは製品が加
工装置を通過する速度を変更することによって製品の除
皮の程度を調整しまたはこのような設備における他の変
数を調整する。

製品量の変化、光検出器から製品までの距離などのよう
な変数に起因して強さが変化する反射光の効果を除去す
るために、反射光は通常２つの領域において測定され、
得られた信号を比較して比率信号を発生する。

このような比率信号を発生することにより、制御されな
い変数に起因する信号の変化が消去される。

従来の測定光領域は通常緑色領域の５４３０Ａおよび赤
色領域の６４００Ａを中心とするものであった。

これらの波長領域を使用することにより、光源および構
成要素の入手は比較的容易である。

しかしながら、適正処理製品と不適正処理製品間の波長
領域における比率の変化の程度はしばしば約３％にすぎ
ない。

したがって、比率の変化を検出するために使用される電
子装置は光の強さの変化を測定するうえできわめて精密
であることが要求される。

しかしながら、このような設備が動作する環境はしばし
ば、温度が高くまたは少なくともしばしば温度が変化し
、湿度が高くかつ食品の加熱、蒸気処理、料理または加
工に付随する汚染雰囲気のようなある他の特性を含みう
る。

したがって、光反射率のこのような小量の変化を測定す
るために必要な動作精度に設備を維持することはきわめ
て困難である。

この考案の目的は、製品の加工を測定腰それによりこの
ような加工の程度および有効度をより正確に決定するた
めに、２つの光領域において発生される信号比のより大
きい量の変化を遠戚しうる改良色格付は装置を提供する
ことである。

また、この考案は、赤外光領域用の独特な光源を設ける
ことにより、色比の信頼性および安定度の高い検出を提
供するものである。

この考案に係る製品を連続的にモニタしかつ色格付けを
行なう装置は、製品を緑色および赤外光の波長の光に露
出し、緑色および赤外波長の反射光を検知腰これらの波
長の反射光の比に応答する信号を発生して製品の色に応
答する出力信号を与える手段からなる。

この装置は赤外光源用のアルコンガス放電ランプを含む
。

本考案の導入に適した装置は第１図に示されており、コ
ンベヤベルト１１で運搬されるサンプル１０の色が検査
される。

典型的な装置ではコンベヤはオーブンまたは別の形態の
加工場所から製品、通常は食品を運搬する。

搬出される製品の色を検査し、製品の色が所定の色範囲
内に入るようにプロセスを再調整し、それにより適正な
加工手順が遠戚されたことを指示することにより、直前
のプロセスを制御できるようにすることが望ましい。

製品はハウジング１５、内に配置された光源１２．１４
から放射されるような所定周波数範囲の光に露出される
。

これらの光源は被検製品および開口１６の直上方に製品
と整合して配置されている。

光源は好適には中央開口を有する円筒形状のものであり
、製品から反射した光が開口を通り、密閉遮光ハウジン
グ１８内へ通ずるレンズ系１７に達する。

光はついでグイクロイックミラー１９に突当り、このミ
ラーは１つは１つの所定光領域を通過させ、他のものを
反射する。

ミラー１９を通過した光はフィルタ２０およ−びフォト
ダイオード２１に突当る。

反射光は別個のフィルタ２２を通過してフォトダイオー
ド２４に突当る。

このようにして反射光は所定周波数の２つの別個の光領
域において検出される。

しかしながら、反射光のろ過は光の強さが製品の真の色
を指示するように作用しなければならない。

２つの光領域は検出され、ついで比較され、反射光の強
さには影響を及ぼすが製品の色または加工とはほとんど
関係のない変数を消去するようにして比を発生する。

たとえば、支持体またはコンベヤベルト上の製品量が変
化する場合には、コンベヤベルトの色が減少した量の製
品を通して呈示され、各周波数範囲内の反射光の強さを
変化する。

さらに、製品がある場所で他の場所よりも高く積重ねら
れ、光源およびレンズ系１７に近くなった場合には、反
射光の強さがまた変化する。

さらに、光源の全強さは使用するにしたがって減少し、
２つの色領域の使用によりこの効果はある程度減少され
るが、この利点は２つの光源の強さが時間と共にほぼ同
等に減少することを仮定するものであり、これは通常真
実である。

１つの光の強さの信号を他のもので割ることにより、製
品の物理的配置などに起因する変数は消去される。

すなわち、これらの性質は反射光の全範囲に同等に影響
を及ぼ腰それにより製品の色変化に起因する色変化のみ
が残る。

かくして、光検出器２１．２４からの信号は、増幅器２
５，２６、積分器２７．２Ｂ、および追加の増幅器２９
．３０をそれぞれ含む並列電気回路を通して送給される
。

信号は増幅され、アナログ除算器３１に送入され、２つ
の予選定周波数範囲における反射光の強さの比に応答す
る信号を発生する。

アナログ除算器からの出力は読出装置３２に送給され、
これは通常メータまたは記録用ストリップチャートであ
る。

さらに、信号はプロセス制御器３４へ送給され、色検査
の直前に起こるプロセスを制御することができる。

このような装置は、製品が加熱されるプロセス、たとえ
ば、加熱の強さにより色が変化するところのフランス式
揚げポテトの漂白またはピーナツの焙焼の場合に使用す
ることができる。

所定周波数範囲における反射光を測定し、それに応答す
る比信号を発生することにより、均一の着色した製品を
生皮するようにプロセスを制御することができる。

さらに、このような色検知装置はポテト除皮品などに適
用され、除皮の程度を検査し、除皮プロセス制御し、そ
れにより製品の効果的な除皮を達成するとともに、廃物
を低減することができる。

もちろん色検知装置によるこのような制御には他の多く
の用途がある。

このような色格付は装置および回路の機能の詳細な記載
に関しては、前記米国特許第３９９８５５５号を参照す
ることができる。

該特許の一般的主題事項は、製品の色が所望のプロセス
を制御するために赤色および緑色範囲で検出される点で
先行技術を代表するものである。

たとえば第４図に示されているように、漂白フランス式
揚げポテトのスペクトル反射率は淡く漂白したものと濃
く漂白したものとの間で変化する。

かくして信号比を発生し、最適の製品色を得るためにプ
ロセスを制御することができる。

上述した装置において、測定が赤色および緑色波長範囲
、たとえば５４３０Ａおよび６４００Ａで行なわれる場
合には、比は次の如く発生される。

フランス式揚げポテトが濃く漂白される場合には、緑色
領域における反射光は３８であり、赤色領域における反
射率は５１であり、比は０．７４５になる。

同様に淡漂白ポテトの場合には、緑色領域は５１の反射
光を表示腰赤色領域は６１の反射率を表示し、比は０．
８３６になる。

したがって淡漂白製品と濃漂白製品間には０．０９１の
反射率比の変化がある。

この変化は平均漂白製品を表わす０．７２５の平均比と
比較して比５％の比の総合差を表わす。

さらに重要なこととして、比は淡漂白と濃漂白間の正常
比から±５．７％変化するにすぎない。

つぎに有皮焙焼ピーナツのスペクトル反射率を示す第５
図を参照すると、濃焙焼ピーナツは緑色領域において１
７の反射率を示し、赤色領域において３３の反射率を示
し、比は０．５１５になる。

淡焙焼ピーナツの場合には、緑色領域は２９の反射率を
表示し、赤色領域は４４．５の反射率を表示し、比は０
．６５になる。

したがって０．１３５の比の変化または０．５８２５の
平均焙焼比から２３％の変化がある。

したがって、赤色および緑色領域を検知するときに焙焼
プロセスを効果的に制御するためには、色格付は装置に
よって±１１．５％の変化が検出されなければならない
。

つぎに除皮および有皮ポテトの反射率対周波数を示す第
６図を参照して、同じ比較を行なうことができる。

有皮ポテトの場合には緑色対赤色比は４１を５１で割っ
た値すなわち０．７０７であり、除皮ポテトの場合には
６５を７２であり、除皮ポテトの場合には６５を７２で
割った値すなわち０．９０３である。

したがって、０．１９６の反射率比の変化は０．８０５
の平均反射率と比較して２４．３％の総合比変化を表わ
す。

したがって制御装置は平均から±１２．１％の比の変化
を検出しなければならない。

本考案に従って、反射率比を高め、それにより製品の色
の変化に起因する反射率の変化率を増大する装置が提供
される。

これはアルゴン光源および緑色光源を利用して緑色およ
び赤外波長における比を発生することによって達成され
る。

加工初理の変化による反射率の変化は約８１１０Δの赤
外領域において非常に少ないことが発見された。

かくして、反射率の変化は該赤外光領域を中心として動
揺し、反射率の変化は実質的に他の選択光領域のみにお
いて起こり、それにより製品色変化に対する反射率比の
変化を大幅に高める。

かくして、本考案は８１１０Ａの領域に高スペクトル放
射線を有するアルゴンガス放電管の使用を意図するもの
である。

アルゴン光源１４は第２図に詳示されている。

中空管状ガラスエンベロープ３６は前述したように円形
に猛威され、一対の導体３７．３８が各端から延びてい
る。

アルゴンはエンベロープに約１２ｒＩｒＩｎＨｇの圧力
に導入される。

電極が付勢されると、アルゴンガスは第３図のグラフに
示された波長領域の光を放射する。

図示のように、優勢な放射光は８１１５Ａの領域にあり
、実質的に重要でない放射が６９６５Δの波長領域で検
出される。

実質的にすべてに反射光が赤外光領域にあるから、所望
の赤外光を分離するための後のる光が大幅に簡易化され
る。

また、このようなアルゴンランプは、可視光領域の両方
において比率測定を行なうために、緑色波長光領域を放
射するタイプのような他のガス放電管すなわちネオン管
との直列接続において動作し、二重の制御回路および複
雑なろ光の費用および複雑性を必要としない。

他の場合には、個別に接続されたランプに供給される電
力は、１つのランプにおける電力変化およびそれに起因
する光の強さの変化が製品の色変化に起因するものとし
て誤って解釈されないようにするために、精密に制御さ
れなければならない。

発光ガスとしてのアルゴンは、比較的に温度依存性のな
い、非常に安定な、不活性光源であることが見出されて
いる。

放射光はランプが老化しまた電気回路に電圧の小変化が
あっても安定した波長を維持し、したがって、前述した
色格付は装置で使用するための要件を備えている。

他の光領域における放射に関しては、好適な光源は緑色
範囲内にあり、したがって強い緑色光放射を得るために
オレンジ色の螢光コーティングを有するネオン管を必要
とする。

第１図にブロック線図で示された装置においては、１つ
の光チャンネルが赤外周波数範囲に同調させられ、比率
読出装置が製品の色変化による比率変化のより大きい範
囲に適応するように調整される。

本考案の利点を示すために、淡および濃漂白製品の反射
率が８１１０Ａの領域でごく僅かしか変化しないことを
示す第４図を参照する。

すなわち、濃漂白製品の場合には、緑色領域で３８の反
射率があり、赤外領域で６０の反射率があり、比は０．
６３になる。

淡漂白製品の場合には、緑色領域における反射率は５１
であり、赤色領域における反射率は６２であり、０．８
２の比すなわち０．１９の変化を与え、したがって赤色
および緑色領域が使用されるときの１０．８％変化に対
比して０．７２５の平均比からの２６％比の変化を与え
る。

つぎに第５図を参照すると、濃焙焼ピーナツの場合には
、緑色領域における反射率は１７であり、赤外領域にお
ける反射率は５０．５であり、比は０．３３６となり、
淡焙焼ピーナツの場合には、反射率はそれぞれ２９と５
１であり、比は０．５７であり、したがって０．２３の
反射率変化すなわち０．４５の平均比から５１％の変化
を与える。

したがって、緑色および赤色領域の場合に対比して、緑
色および赤外領域を検出することにより、はるかに大き
い比の％変化（先に計算した２３％に比較して５１％）
が得られる。

同様な変化は他のプロセスにおいても得られる。

第６図において、有皮ポテトは４１の緑色反射率と７５
の赤外反射率ととから０．５５の比を与える。

除皮ポテトは６５の緑色反射率と７６の赤外反射率とか
ら０．８５の比を与える。

したがって、比変化は０．３０であり、緑色および赤色
領域を使用する２４．３％の比変化と比較して、４９％
の比変化が得られる。

以上の実施例に基づいて、比決定のために赤色および緑
色光領域を使用する先行技術の色比検出装置における１
９．４％の平均比変化と比較して、平均比変化は４２％
である。

明らかに、色変化による比変化の増大は、制御目的のた
めに色変化比を利用するプロセス制御の動作能力を大幅
に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案が適用される典型的な製品検査装置の断
面図および回路図である。 第２図は本考案で使用するアルゴンガス放電ランプを示
す。 第３図は第２図のアルゴン光源によって放射される光の
強さと波長のグラフである。 第４図は漂白フランス式揚げポテトのスペクトル反射率
対光周波数のグラフである。 第５図は有皮焙焼ピーナツのスペクトル反射率光周波数
のグラフである。 第６図は除皮および有皮ポテトのスペクトル反射率対光
周波数のグラフである。 １０：製品、１１：コンベヤ、１２，１４：光源、１５
：ハウジング、１６：開口、１７：レンズ系、１８：ハ
ウジング、１９：ミラー、２０：フィルタ、２１：フォ
トダイオード、２２：フィルタ、２４：フォトダイオー
ド、２５，２６：増幅器、２７．２８積分器、２９．３
０：増幅器、３１：除算器、３２：読出装置、３４：プ
ロセス制御器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ ８１１０Ａの周波数領域の赤外エネルギを放射する
   アルゴンガス放電光源； はぼ５４３０Ａの緑色波長領域の光を放射する光源； アルゴンおよび緑色光源からの光を製品上へ指向させる
   機構； 前記製品から反射された光を受ける光伝達機構； 製品から反射された赤外光と緑色光の相対強さに応答し
   て比率信号を発生する機構； を組合せてなることを特徴とする、製品の色をモニタす
   る装置。 ２ 前記緑色光源が、オレンジ色螢光コーティングを有
   するネオン充填ランプからなる実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の装置。 ３ アルゴンガス放電光源が、１２ｍｍＨｇの圧力でア
   ルゴンガスを充填した透明中空エンベロープと前記ガス
   に電圧を印加する電極機構とからなる実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の装置。