KR20170063862A - 밀폐 용기 내 압력 측정 기기 및 방법과, 상기 기기를 이용하는 자동 충전 및/또는 포장 기계 - Google Patents

밀폐 용기 내 압력 측정 기기 및 방법과, 상기 기기를 이용하는 자동 충전 및/또는 포장 기계 Download PDF

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파비오 포레스텔리
마시모 페델
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에프티 시스템 에스.알.엘.
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Abstract

본 발명은 상부 공간(31)의 적어도 일부분이 광학 투명 물질로 제조된 밀폐 용기(30) 내의 압력 측정 그룹(10) 및 방법과, 상기 측정 그룹을 이용한 충전 및/또는 포장 플랜트(100)에 관련된다.
특히 본 발명은 고속으로 작동하는 자동 충전 및/또는 포장 플랜트에서 직접 사용될 수 있으면서, 이러한 플랜트를 중단시키거나 감속시킬 필요없이, 또는 어떤 경우에도 플랜트로부터 용기를 집어낼 필요없이, 밀폐 용기 내 압력을 비접촉식으로 측정하기 위한 그룹 및 방법에 관련된다.
상부 공간(31)의 적어도 일부분이 광학 투명 물질로 제조된 밀폐 용기(30) 내의 압력을 측정하기 위한 측정 그룹은, 상기 밀폐 용기들 중 일 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)의 적어도 일부분을 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 검사 영역(20)과, 상기 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31) 내에 있는 가스의 흡수 파장으로 튜닝가능한 파장의 레이저 빔을 방사하기 위한, 광학축(A)을 갖는 적어도 하나의 레이저 광원(11) - 상기 적어도 하나의 레이저 광원(11)은 상기 적어도 하나의 검사 영역(20)을 향해 레이저 빔을 지향시키도록 위치함 - 과, 상기 검사 영역(20)을 통과하면 레이저 광원(11)에 의해 방사되는 레이저 빔의 적어도 일부분을 검출하도록, 그리고, 상기 레이저 빔이 상기 검사 영역(20)을 통과한 결과로 상기 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터를 출력으로 제공하도록, 위치하는 적어도 하나의 검출기(12)와, 상기 검사 영역을 통해 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)의 상기 적어도 일부분의 이동에 대응하는 신호 획득 시간 주기를 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(14, 14')를 포함하되, 상기 신호 획득 시간 주기 동안 획득되는 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터 중에서 압력 측정에 유용한 신호 기여분을 식별하기 위한 수단(41)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

밀폐 용기 내 압력 측정 기기 및 방법과, 상기 기기를 이용하는 자동 충전 및/또는 포장 기계 {GROUP AND METHOD FOR MEASURING THE PRESSURE IN CLOSED CONTAINERS}
본 발명은 밀폐 용기 내 압력을 측정하기 위한 그룹 및 방법과, 이러한 그룹을 이용한 자동 충전 및/또는 포장 플랜트에 관한 것이다.
특히 본 발명은 고속으로 작동하는 자동 충전 및/또는 포장 플랜트에 직접 사용될 수 있는, 밀폐 용기 내 압력을 비접촉식으로 측정하기 위한 그룹 및 방법에 관한 것이다.
본 설명에서, "라인에서 직접 측정"은 사전에 라인으로부터 옮길 필요없이 용기 상에서 측정을 수행할 수 있음을 표시한다.
발명은 일반적으로, 고속으로 작동하는 자동 충전 및/또는 포장 플랜트에서 생산되는, 와인, 맥주, 물, 탄산 음료, 및 무탄산 음료들의 용기, 일반적으로 음료 용기와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 적어도 부분적으로 광학적 투명 물질, 특히 플라스틱 또는 유리 물질로 만들어진 밀폐 용기 내 총 및/또는 부분 압력을 측정하기 위한 그룹 및 방법에 관련된다. 밀폐 용기 내 부분압 측정은 밀폐 용기 내에 있는 가스들의 혼합물 중 특정 가스를 지칭하는 압력 측정을 의미한다.
일반적으로 용기의 충전 및/또는 포장 플랜트에서, 요구되는 중요 점검사항은 충전 및 폐쇄 후 용기의 내부 압력 및/또는 누출을 검사하는 것이다. 용기의 밀봉 상태를 점검함은 물론이고, 내부 압력 측정은 생산 공정 및 이를 구성하는 시스템을 모니터링하는 것이 목표다. 이러한 유형의 측정은 품질 제어 및 음식 안전성에 실질적 영향을 미친다.
특히, 측정되는 내부 압력은 중간 내부 압력 임계치와 최대 내부 압력 임계치 사이에서 구성되어야 한다. 그렇지 않을 경우, 용기는 적합하지 않아 폐기될 것으로 간주되는데, 이는 예를 들어 용기 내 구멍에 의해 또는 밀폐 시스템 내 결함에 의해 야기되는 용기 자체의 누출 또는 용기의 충전 과정에서의 에러에 기인할 수 있다.
현재, 용기 및/또는 내용물의 종류의 함수로 선택되는 수많은 측정 기술들이 알려져 있다. 예를 들어, 가요성 용기 내부의 압력 및/또는 누출을 점검하기 위해, 용기 자체의 벽체 상에 광 압력을 가하여, 압력 트랜스듀서를 통해 내부 "카운터-압력"을 디퓨즈(diffuse) 감지함으로써 측정하는, 또는, 비디오 카메라 또는 다른 광학적 검출기를 통해 내용물의 함량 증가를 검출하는 기계가 존재한다. 이러한 기계들은 덩치가 크고 생산 라인에 상당한 영향을 미치게 되는데 작동 플랜트 조건에 의해 영향받는다.
대안으로서, 용기 자체의 음향 응답을 측정하기 위한 시스템을 통해 충전 및 밀폐 용기 내부의 압력 측정을 수행하는 방식이 알려져 있다. 예를 들어, 크라운 병뚜껑을 가진 유리병 안에 맥주를 생산하는 플랜트에서, 사용되는 압력을 측정하기 위한 시스템은 캡의 진동수 음향 응답을 측정하고, 내부 압력 및 진동수는 직접 종속 관계에 의해 서로 연동된다. 그러나 이러한 기술은 밀폐의 반복성에 의해 영향받는다. 즉, 동일한 내부 압력에 대하여, 수행되는 밀폐가 완벽하게 동일하지 않는 경우에 음향 응답의 측정치에 차이가 있을 수 있다.
적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 물질, 특히, 플라스틱, 글래스, 또는 다른 유사 물질로 만들어진 용기 내부의 압력 측정을 위해, 소위 레이저 분광 측정 기기를 이용할 수 있다고 알려져 있다.
본 설명 및 후속되는 청구범위에서, "적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 물질"은 레이저 광원에 의해 송신되는 광학 신호를 광수신기가 감지할 수 있게 만드는 것과 같은 흡수성을 가진 물질, 그리고,. 이러한 물질을 통과하는 광학적 경로를 가진 물질을 나타낸다.
용기 내부의 압력 측정을 위해, 레이저 분광 측정 기기는 밀폐 용기의 상부 공간 내로 입사되는 적절한 파장의 레이저 빔의 흡수를 검출한다. 이를 위해, 용기는 적어도 그 상부 공간에서 광학적으로 투명한 물질로 만들어진다.
본 설명 및 후속 청구범위에서, "상부 공간"은 충전 물질(예를 들어 액체)이 존재하지 않는 밀폐 용기 내에 있는 영역을 나타낸다. 위로 면하는 마감부를 갖도록 배열되는 용기의 경우에, 상부 공간은 용기의 마개(예를 들어, 뚜껑)와 용기 내에 존재하는 물질의 자유 표면 사이에 포함되는 영역이다. 대안으로서, 뒤집힌 용기의 경우에, 상부 공간은 용기의 하부와 용기 내에 존재하는 물질의 자유 표면 사이로 이루어지는 영역을 나타낸다.
레이저 분광법은 광원과 센서(예를 들어 광수신기) 사이에서 레이저 빔이 이동하는 광학적 경로를 따라 존재하는 가스의 총 압력 및 부분압을 신뢰가능하게 측정할 수 있게 한다. 더욱이, 측정은 마개 내 가능한 변형과 같은 외부 요인에 의해 거의 영향받지 않으며, 그다지 크지 않은 기기를 이용하여 용기와 접촉없이 이루어질 수 있다.
총 압력의 측정을 위해, 이러한 측정 기술은 임의의 유형의 액체로 충전된 용기에 적용가능하다. 특히, 기준압 대비 상이한 압력(과압 또는 부족압)이 검출된다.
레이저 분광법을 통해 용기 내부의 주어진 가스의 총 압력 및/또는 부분압의 측정을 수행하기 위해, 레이저 방사의 파장이 광학적 경로에 존재하는 피검사 가스의 하나 이상의 흡수선을 포함하는 범위 내에서 변화한다. 충돌하는 광 파워 변화를 센서로 측정함으로써, 가스의 칼럼을 통과한 빔의 흡수도를 결정하는 것이 가능하고, 따라서, 통과한 기하구조를 파악함으로써, 존재하는 가스의 양을 결정하는 것이 가능하다.
반도체 유형의 솔리드 스테이트 레이저를 이용하는 TDLAS (Tuneable Diode Laser Absorption Spectroscopy) 기술과, WMS(Wavelength Modulation Spectroscopy) 기술이 산업적 응용에 특히 적합하다. TDLAS 기술의 경우에, 레이저의 방사 파장 변화는 레이저 자체의 공급 전류 변조에 의해 획득된다. 이러한 변조는 바람직한 경우 삼각파, 정현파, 또는 톱니파를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저의 방사 파장 변화처럼, 방사되는 파워의 대응하는 변화가 존재한다.
밀폐 용기 내부의 압력 측정에 전용으로 사용하기 위해, 예를 들어, O2, H2O, CO2의 레이저 또는, CH4, NO, HCL, CO, N2O, 등과 같은 매우 많은 화학종들을 미량으로 갖는 레이저와 같이, 실용적 관심사인 가스 분자의 많은 로토-진동선(roto-vibrational lines)들이 위치하는 근적외선과 중적외선 사이에서 주로 방출되는 레이저를 선택하는 것이 바람직하다. 더욱이, 광학적 경로를 따라 만나는 가스들의 분자선의 형상을 결정하기 위해, 그리고, 이러한 형상에 기초하여, 그리고 분자선의 퍼짐(widening)에 기초하여, 가스의 총 압력과 부분압을 산출하기 위해, 10-50MHz 사이에서 이루어지는 선폭을 특징으로 하는, 엄격한 단색 복사광을 방출할 수 있는 레이저를 이용하는 것이 바람직하다.
출원인은 충전 및/또는 포장 플랜트에서 현재 직접 사용되는 레이저 분광 측정 기기들이, 측정 중 제품이 정지 상태로 유지되거나 매우 저속(예를 들어 기껏해야 분당 몇미터와 동일한 속도) 으로만 이동할 것을 요함을 관찰하였다. 이러한 측정기는 예를 들어, 동결 건조된 약품의 소병(phials) 내 산소 함량을 측정하는데 사용되며, 소병은 포지셔닝 또는 센터링 스페이서를 통해 이동하며, 제품은 차례로 전진하는 모드다. 측정을 수행하기 전에, 검사 영역에서, 전진하는 제품이 중지되고, 또는 적어도 느려진다. 레이저 분광법을 통한, 밀폐 용기 내 가스의 내부 압력을 체크하기 위한 이러한 유형의 장치의 한 예가 문서 WO 2005/040753호에서 다루어지고 있다.
출원인은 충전 및/또는 포장 플랜트에 현재 직접 사용되고 있는 레이저 분광 측정 기기가, 예를 들어, 전체 연장부를 따라 얇고 균질한 두께 및 균질 색상(또는 무색)의 벽체를 가진 제약품을 위한 소병처럼, 높은 광학적 품질의 벽체를 갖는 용기의 내부 압력의 체크를 수행함을 또한 관찰하였다.
출원인은 당 분야에 알려진 레이저 분광 측정 장치가, 예를 들어 유리병과 같은 상업용 용기의 내부 압력을 라인 상에서 직접 측정하는데 이용하기 어렵다는 점을 발견하였다. 이러한 용기들은 레이저 빔의 더욱 실질적인 감쇠를 야기하는 적절한 광학적 품질을, 그리고, 광의 높은 확산 및 방사의 역반사에 기여하는 이러한 벽체의 불균질성을 특징으로 한다.
출원인은 게다가, 레이저 광의 간섭성이 크기 때문에, 반사/확산광의 모든 기여분이 간섭성 빔들 간의 간섭으로 인해 강도의 자발적이고 가변적인 변조에 해당하는 에탈론 외란(etalon disturbance)을 야기함을 발견하였다. 이러한 외란은 종종 상업용 용기의 레이저 분광법 기술에 따라 라인 상에서 직접 측정을 수행할 때의 정밀도에 대한 제한 요소가 된다.
본 설명 및 후속 청구범위에서, "상업용 용기"는 용기를 구성하는 물질의 넉넉한 가변성(ample variability)을 특징으로 하는 용기를 의미한다.
본 설명 및 후속 청구범위에서, "용기를 구성하는 물질의 가변성"은 측정 지점에서 밀폐 뚜껑 또는 나사선의 존재와 같은, 용기의 구조적 특성으로 인해 측정 지점에서의 두께 변화 또는 (유리병과 같은) 용기 자체의 생산 공정으로 인한, 검사될 용기의 재료의 두께 변화 또는 변형을 의미한다.
출원인은 당해 분야에 따른 레이저 분광 측정기가 식품 또는 음료의 충전 및/또는 포장 플랜트의 고속 순방향 이동 특성의 작동을 허용하지 않음을 또한 발견하였다.
본 설명 및 후속 청구범위에서, "고속 순방향 이동"은 72,000 피스/시간의 생산 속도에 대응하는, 최대 120미터/분에 이르는 충전 플랜트의 순방향 이동 속도를 의미한다.
출원인은 게다가, 측정 가스 대상의 흡수 프로파일을 추출하기 위해, 그리고 이로부터 용기의 압력을 얻기 위해, 여러 회의 스캔에 대한 평균이 측정 자체의 정밀도를 향상시킴을 고려할 때, 더 많은 스캔이 수행될수록 측정이 더욱 효과적이기 때문에 각각의 용기에 대한 분석의 가스 대상의 흡수선 상의 파장에서 많은 수의 스캔을 수행하는 것이 보다 좋을 것이다. 이러한 방식으로, 유용하지 않은 스캔으로부터의 데이터 측정 기여분이 전체 측정에 대해 영향이 적은 경향이 있다.
본 설명 및 후속 청구범위에서, "측정 기여분"은 분석 대상 가스의 흡수선의 파장에서 스캔에 따라 검출되는 신호를 의미한다.
본 설명 및 후속 청구범위에서, "압력 측정"은 레이저 분광 측정기가 용기 상의 획득 주기 동안 수행할 수 있는 스캔의 수와 동일한 복수의 측정 기여분 전체를 의미한다.
본 설명 및 후속 청구범위에서, "신호 획득 시간 주기"는 용기의 적어도 일부분이 검사 영역을 통과하는 동안의 시간 주기를 의미한다.
출원인은, 음료 또는 식품의 충전 및/또는 포장 플랜트의 특성 속도에서 신호 획득 시간 주기가 40ms 미만이어서, 각각의 통과 용기에 대해, 정적 또는 실질적으로 정적인 경우와 관련하여 훨씬 적은 양의 파장 스캔을 행하는 것이 가능함을 또한 발견하였다. 이를 이용하여, 총 압력 측정은 용기의 물질의 가변성에 특히 민감하고, 측정치를 얻기 위해, 수신기 상에서 정확한 형태를 가진 신호 스캔 주기를 의미하는 유용한 기여분에 의해, 유용한 기여분만을 처리할 수 있도록 하기 위해, 유용하지 않은 측정 기여분(예를 들어, 용기의 벽체의 불균질성에서 수행되는 측정)을 식별하여 제거할 필요가 있다.
특히, 신호 획득 시간 주기를 결정하기 위해 지금껏 사용되온 시스템들은 음료 또는 식품의 충전 및/또는 포장 플랜트의 특성 속도에서 사용될 수 없다. 일반적으로, 신호 획득 시간 주기를 결정하기 위해, 측정 영역 내부에서 용기의 진입을 검출하는 적절한 포토셀(photocells)을 통해 및/또는 인코더를 통해 수행되는 위치의 연산을 기반으로 하는 방식이 알려져 있다. 그러나, 인코더에 의해 제공되는 연산은 정밀 표시를 제공할 수 없는데, 이는 순방향 이동 시스템이 인코더의 기준값과 관련하여 지연을 가질 수 있고, 또는 심지어 용기가 순방향 이동 시스템에 견고히 구속될 수 없기 때문이며, 따라서, 이송 중 변위를 가질 수 없기 때문이다. 마찬가지로, 음료 또는 식품의 충전 및/또는 포장 플랜트의 특성 속도로 사용시 필요한 정밀도 레벨을 제공하기에 포토셀 추가로도 충분하지 않다. 게다가, 포토셀은 용기의 상부 공간의 치수와 관련하여 매우 폭넓은 광학 빔의 방출을 가진다. 따라서 포토셀 이용은 용기 통과의 개략적 표시를 제공함을 도울 뿐, 실제 신호 획득 시간 주기 결정에 별 도움이 되지 못한다.
따라서 본 발명의 기반을 형성하는 문제점은, 고속으로 작동하는 상업용 용기 충전 플랜트에서 직접 적용될 때에도 정밀하고, 반복가능하며, 신뢰가능한 측정을 제공할 수 있는, 밀폐 용기 내 압력의 측정 그룹을 제조하는 것이다.
특히 본 발명의 목적은 신호 획득 시간 주기의 극도로 정밀한 검출을 허용하는 밀폐 용기 내 압력의 측정 그룹을 고안하는 것이다.
발명의 제 1 형태에 따르면, 발명은 상부 공간의 적어도 일부분이 광학 투명 물질로 제조된 밀폐 용기 내의 압력 측정 측정 기기에 관련되며,
상기 밀폐 용기들 중 일 밀폐 용기의 상부 공간의 적어도 일부분을 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 검사 영역과,
상기 밀폐 용기의 상부 공간 내에 있는 가스의 흡수 파장으로 튜닝가능한 파장의 레이저 빔을 방사하기 위한, 광학축을 갖는 적어도 하나의 레이저 광원 - 상기 적어도 하나의 레이저 광원은 상기 적어도 하나의 검사 영역을 향해 레이저 빔을 지향시키도록 위치함 - 과,
상기 검사 영역을 통과하면 레이저 광원에 의해 방사되는 레이저 빔의 적어도 일부분을 검출하도록, 그리고, 상기 검사 영역에서 발생한 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터를 출력으로 제공하도록, 위치하는 적어도 하나의 검출기와,
상기 검사 영역을 통해 밀폐 용기의 상부 공간의 상기 적어도 일부분의 이동에 대응하는 신호 획득 시간 주기를 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스를 포함하되,
상기 획득 시간 주기 내에 획득되는 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터 중에서 압력 측정에 유용한 신호 기여분을 식별하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
식품 이용을 위한 밀폐 용기 내부의 압력을 측정하기 위해, 발명에 따른 측정 기기는 산소(O2), 수증기(H2O), 또는 이산화탄소(CO2)의 선들에 대한 흡수를 검출하는 레이저 분광법을 이용한다. 이 선택은 대체로 함량에 따라 수행된다: 탄산 음료에서는 이산화탄소 흡수가 검출되고, 이산화탄소를 첨가하지 않은 음료에서는 수증기 흡수를 검출하는 것이 더욱 도움이 되며, 반면 예를 들어 고체 물질을 함유한 용기 내 누수 가능성을 측정하기 위해서는 산소 흡수가 유용하다.
밀폐 용기 내에 있는 산물의 유형에 따라, 충전 및/또는 포장 플랜트에서, 용기는 일반적으로 최대 120,000개/시간의 생산 속도에 도달하는 것과 같은 속도로 이송된다.
출원인은 검사 영역을 통한, 용기의 고속 이동, 또는, 용기의 상부 공간의 광학적 투명 부분의 고속 이동의 경우에, 획득되는 유용한 또는 유효 레이저 신호 측정 기여분, 즉, 용기의 상부 공간 내부에 대한 기여분을 정밀하게 식별하는 것이 중요하며, 이는 유효하지 않은 측정 기여분으로부터 이를 분리시킬 수 있고, 유효 측정 기여분만으로부터 압력 측정을 결정할 수 있다.
이를 위해, 출원인은 용기의 순간 위치와 그 기여분 사이의 상관성을 통해 실제 유용한 측정 기여분을 식별할 필요성을 실현하였다. 게다가, 실질적으로 유효 측정 기여분에만 기초하여 내부 압력을 결정함으로써, 용기의 고속 순방향 이동으로 인해 가용한 소수의 측정 기여분으로도, 고도의 측정 정밀도, 신뢰도, 및 반복성을 실현할 수 있다.
발명의 제 2 형태에 따르면, 발명은 상부 공간의 적어도 일부분이 광학적 투명 물질로 만들어진 밀폐 용기 내 압력을 측정하기 위한 방법에 관련되며,
검사 영역을 향해 상기 밀폐 용기들 중 일 밀폐 용기의 상부 공간의 적어도 일부분을 이송하는 단계와,
상기 적어도 하나의 검사 영역을 향해 밀폐 용기의 상부 공간에 있는 가스의 흡수 파장으로 튜닝가능한 파장의 레이저 빔을 방사하는 단계와,
검사 영역(20)을 통과하는 레이저 빔의 적어도 일부분을 검출하고, 레이저 빔이 검사 영역(20)을 통과함으로써 나타나는 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터를 출력으로 제공하는 단계와,
검사 영역을 통해 밀폐 용기의 상부 공간의 적어도 일부분의 통과에 대응하는 신호 획득 시간 주기를 결정하는 단계와,
신호 획득 시간 주기 동안 검출된 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터를 획득하는 단계를 포함하되,
획득되는 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터들 중에서, 압력 측정에 유용한 대표 데이터를 식별하고, 유용한 대표 데이터에 기초하여 압력 측정치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
유리하게도, 발명에 따른 밀폐 용기 내 압력 측정 방법은 밀폐 용기 내 압력 측정 기기와 관련하여 앞서 설명된 기술적 효과를 실현한다.
발명의 제 3 형태에 따르면, 발명은 상부 공간의 적어도 일부분이 광학적 투명 물질로 제조되는 밀폐 용기의 자동 충전 및/또는 포장 플랜트에 관련되며,
순방향 이동 경로를 따라 복수의 용기를 순방향으로 이동시키도록 구성되는 이송 수단 - 상기 순방향 이동 경로를 따라, 복수의 탭 또는 충전 밸브를 포함하는 상기 용기를 충전하기 위한 제 1 스테이션과, 복수의 밀봉 및/또는 캐핑(capping) 헤드를 포함하는 상기 용기를 밀봉 및/또는 캐핑하기 위한 제 2 스테이션이 차례로 배열됨 - 을 포함하되,
상기 순방향 이동 경로와 관련하여 상기 제 2 밀봉 및/또는 캐핑 스테이션의 하류에, 적어도 하나의, 앞서 설명된 밀폐 용기 내 압력 측정 기기가 배열되는 것을 특징으로 한다.
유리하게도, 발명에 따른 충전 및/또는 포장 플랜트는 밀폐 용기 내 측정 기기와 관련하여 앞서 설명한 기술적 효과를 실현한다.
기언급한 형태들 중 적어도 하나로 본 발명은 다음의 선호되는 특징들 중 적어도 하나를 가질 수 있고, 특히 이러한 특징들은 구체적 응용 요건을 만족시키기 위해 요망되는 바에 따라 서로와 조합될 수 있다.
바람직한 경우, 압력 측정을 위한 유용한 기여분을 식별하기 위한 수단은 적어도,
획득 시간 주기 동안 획득된 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 세기 프로파일의 엔빌롭으로부터 도출되는 곡선의 제 1 최소점 및 제 2 최소점을 검출하기 위한 요소와,
상기 제 1 및 제 2 최소점 사이의 거리를 결정하기 위한 요소와,
상기 제 1 및 제 2 최소점 사이에 있는, 그리고 제 1 및 제 2 최소점에 대해 중앙에 놓인, 측정 서브윈도를 형성하기 위한 요소 - 상기 측정 서브윈도는 압력 측정에 유용한 신호 기여분 전체를 형성함 - 를 포함한다.
유리하게도, 압력 측정에 유용한 기여분을 식별하기 위한 요소는 벨트 상의 용기의 위치 변화, 용기의 수직 안정성 불량, 가이드 상의 범핑, 용기의 치수 허용공차, 등과 같은 외부 요인들로 인한 가능한 시프트의 보상을 결정한다.
도 6에 도시되는 바와 같이, 신호 획득 시간 주기 내에, 압력 측정에 유용한 기여분을 식별하기 위한 수단은 앞서 나열된 외부 요인들로 인해 획득 시간 주기 동안 우발적을 획득되는 비-유효 기여분의 가능성을 배제하기 위해, 획득 서브윈도를 통상적으로 형성한다.
바람직한 경우, 획득 시간 주기를 검출하기 위한 디바이스는 용기들의 순간 위치를 검출하기 위한 적어도 하나의 위치 센서를 포함한다.
이러한 방식으로, 검출되는 용기의 위치에 기초하여 (예를 들어, 일정 속도의 경우에) 용기의 순방향 이동 속도를 알면, 용기가, 특히 그 상분 공간이, 검사 영역 내로 진입하는 순간을 간단하고 빠르게 연산하는 것이 가능하고, 따라서, 유용한 획득 시간 주기의 시작을 결정할 수 있다.
더욱 바람직한 경우, 적어도 하나의 위치 센서가 실질적으로 검사 영역 입구에 또는 입구 가까이에 위치한다.
이러한 실시예는 검사 영역 내 용기의 상부 공간의 진입을 결정하기 위해 순방향 이동 속도에 관한 정보가 필요없기 때문에 더욱 유리하다고 입증된다. 유리하게도, 따라서, 유용한 획득 시간 주기의 결정이 더 간단하고 빠르다.
바람직한 경우, 획득 시간 주기를 검출하기 위한 디바이스는 밀폐 용기의 순방향 이동 순간 속도를 검출하기 위한 요소를 포함한다.
이러한 방식으로, 용기의 순방향 이동 속도의 순간적 변화를 또한 고려하는 것이 가능하고, 유용한 획득 시간 주기를 더욱 정밀한 방식으로 연산하는 것이 가능하다.
바람직한 경우, 측정 기기는 레이저 광원 및 검출기의 배치를 수정하도록 구성되는 기계적 조정 요소를 구비한 레이저 광원 및 검출기의 로드-베어링 구조(load-bearing structure)를 포함한다.
더욱 바람직한 경우, 기계적 조정 요소는 레이저 광원과 검출기로 구성되는 조립체의 수직 위치의 조정기, 및/또는, 레이저 광원과 검출기 사이의 수평 거리의 조정기를 포함한다.
레이저 광원 및 및 검출기의 배치를 수정할 수 있는 조정 요소의 존재로 인해, 검사 영역의 위치 및 치수를 수정할 수 있고, 따라서, 검사 영역을 통해 이동 중인 용기의 치수 및 기하구조의 함수로 구성하게 한다.
바람직한 경우, 레이저 광원과 검출기 사이에 형성되는 검사 영역의 상류 및/또는 하류에서, 측정 기기는 검사 영역을 향해 이동하는 및/또는 상기 검사 영역으로부터 멀리 이동하는 각자의 상부 공간을 형성하는 용기의 적어도 일부분을 하우징하도록 구성되는 입구 채널 및/또는 출구 채널을 포함한다.
바람직한 경우, 입구 및 출구 채널 각각은 불투명 물질로 제조된, 뒤집힌 "U" 모양의 보호 벽체에 의해 경계를 형성한다.
유리하게도, 보호 벽체는 외부 광에 의한 광검출기의 획득 변형을 막는다. 이는 기계에 대한 직사광의 경우에 특히 중요한 것으로 입증되었는데, 태양광이 모든 파장을 지니고 따라서 관심 파장 역시 지니기 때문이다.
더욱이, 보호 벽체는 측정 영역에 주입되는 건식 에어의 소지 효과(containing effect)를 갖는다. 이는 수증기 압력 측정의 경우에 특히 유리한데, 왜냐하면, 벽체의 존재가 외부로부터 내부를 향한 에어의 교환을 느리게 하고, 그 역도 마찬가지여서, 분석 영역 내로 외부의 습한 에어가 접근하는 것을 가능한 막을 수 있기 때문이다. 이러한 외부의 습한 에어는 그렇지 않을 경우 측정시 배경 노이즈를 결정할 것이다.
바람직한 경우, 측정 기기는 검사 영역 내로 밀폐 용기의 상부 공간에 있는 가스와는 다른 가스를 검사 영역 내로 주입하기 위한 제 1 플러싱 디바이스를 포함한다.
더욱 바람직한 경우, 제 1 플러싱 디바이스는 검사 영역에 제 1 쌍의 수평 노즐을 포함한다.
출원인은, 피검사 가스가 용기 외부에도 존재하는 경우에, 압력 측정에 관련없는 가스의 분자가 레이저 빔의 광학적 경로를 따라 수반되는지를 고려할 필요가 있는데, 왜냐하면, 이러한 가스 분자들이 아마도 내부 가스의 농도/압력과는 다른 농도/압력으로, 상부 공간 외부에 존재하기 때문이다.
이는 예를 들어, 탄산없이 질소를 첨가한 물로 충전된 플라스틱 병 내 내부 압력의 측정시 발생한다. 이러한 응용예를 위해, 레이저 분광법은 용기 외부에도 통상적으로 존재하는 가스인 수증기(H2O)의 흡수선에 대한 스캔을 통해 압력을 찾아낸다.
대안으로서, 이는 용기 내부의 산소의 농도에 기초하여 측정에서 나타난다. 이를 위해, 질소가 검사 영역 내로 송풍되어, 용기 외부에 존재하는 산소를 가능한 제거하게 된다.
유리하게도, 피검사 가스와는 다른 가스의 플러싱 디바이스를 제공함으로써, 분석되는 가스가 검사 영역으로부터 송풍되어 날라가, 용기 내부의 압력 결정에 관련없는 측정 신호 기여분을 감소시키거나 이상적인 경우 완전히 제거할 수 있다.
더욱 바람직한 경우, 측정 기기는, 밀폐 용기의 상부 공간에 수용된 가스와는 다른 가스를, 밀폐 용기의 순방향 이동 방향과 관련하여 검사 영역의 상류에서, 주입하기 위한 제 2 플러싱 디바이스를 포함한다.
더더욱 바람직한 경우, 제 2 플러싱 디바이스는 플러싱(flushing)되는 가스의 3개의 출구 노즐을 포함하며, 그 중 제 1 수직 노즐은 검사 영역으로 이끄는 입구 채널의 입구 위에 배열되고, 수직 방사 방향을 가져서 하향으로 면하며, 한 쌍의 제 2 수평 출구 노즐은 입구 채널의 이러한 입구에 배열되어, 수평 방사 방향을 가지며, 하나의 수평 노즐은 다른 하나의 수평 노즐을 향해 면한다.
출원인은 용기의 고속 순방향 이동이 그 주위에 위치한 가스의 드로잉(drawing)을 결정함을 관찰하였다. 이는 용기의 운동으로 인해 검사 영역에서 플러싱되는 가스의 부분적 제거를 유도하고, 따라서, 이러한 영역에서 피검사 가스의 불완전한 제거를 이끈다.
(용기의 순방향 이동 방향과 관련하여) 검사 영역의 상류에 배열되는, 그리고 이러한 영역에 실질적으로 진입하는, 제 2 플러싱 디바이스의 제공은, 용기의 운동으로 인해 검사 영역을 향해 드로잉되는 피검사 가스와는 다른 가스를, 검사 영역 내로 진입하는 용기의 상부 공간 주위 영역에 로딩(loading)함을 결정한다. 이러한 방식으로, 제 1 플러싱 디바이스에 의해 검사 영역 내에서 직접 플러싱되는 가스의 부분 제거 가능성의 보상이 획득된다.
바람직한 경우, 측정 기기는 검출기의 하류에 연결되는 신호 조건설정 요소를 포함하며, 상기 신호 조건설정 요소는 상기 검출기에 의해 검출되는 단일 측정 신호 기여분들을 수신하도록, 그리고, 상기 밀폐 용기의 상부 공간에 있는 가스로부터 결정되는 흡수선을 추출하기 위해 각각의 측정 신호 기여분을 처리하도록, 구성된다.
더욱 바람직한 경우, 압력 측정에 유용한 기여분을 식별하기 위한 수단은 검출기의 하류에 연결되는 신호 조건설정 요소에서 구현된다.
더욱 바람직한 경우, 신호 조건설정 요소는 입력 파라미터의 함수로 획득되는 측정 신호 기여분의 진폭을 식별 및 변화시키기 위한 서브요소를 포함한다.
출원인은 검출되는 신호의 진폭을 식별 및 변화시키기 위한 서브요소를 이용함으로써, 예를 들어, 용기의 변형 또는 불규칙성(예를 들어 유리로 만든 경우), 탄산 음료 또는 맥주의 경우에 거품(foam)의 존재, 또는, 광천수 병 내 총 압력 증가에 일반적으로 사용되는 상부 공간 내 질소 액적의 존재와 같은, 외란 요인들로 인해 검출되는 신호 기여분의 진폭 변화 가능성을 보상할 수 있음을 관찰하였다.
더욱 바람직한 경우, 신호 조건설정 요소는 과도하게 왜곡된 측정 신호 기여분을 식별 및 제거하기 위한 적어도 하나의 서브요소를 포함한다.
출원인은 응용예 및 상이한 작동 조건에 기초하여 수신기 상의 레이저 신호가 매우 가변적임을 관찰하였다. 예를 들어, 맥주로 채워진 유리 병 내부의 압력 측정시, 레이저 분광법 기술이 이산화탄소의 총 압력 및 부분압을 알려줄 수 있는데, 제품 내 거품의 존재에 의해 또는 유리의 변형 가능성에 의해 야기되는 큰 왜곡이 획득 신호에 존재한다.
마찬가지로, 정수(still water)로 채워진 플라스틱 병 내부의 압력 측정시, 레이저 분광법 기술이 수증기의 흡수선에 대한 스캔을 통해 총 압력을 나타내는데, 밀봉된 병의 총 압력 증가에 사용되는 상부 공간 내 질소 액적의 존재가 검출되는 신호에 큰 왜곡을 야기한다(질소가 삽입된 후 경과 시간 및 그 양의 함수로 응축 상태의 매우 가변적인 존재).
따라서 이러한 측정 신호 기여분들은 특히, 용기의 고속 순방향 운동으로 인한 소량의 측정 기여분의 경우에, 과도하게 왜곡된 기여분을 폐기하기 위해 이러한 기여분들의 분석이 특히 유용하도록, 총 압력을 결정하기 위해 모두 사용될 수 없다.
더욱 바람직한 경우, 신호 조건설정 요소는 상부 공간을 통해 레이저 빔에 의해 경주되는 광학적 경로의 길이의 함수로 단일 측정 신호 기여분들을 가중하기 위한 적어도 하나의 서브요소를 포함한다.
출원인은, 도 7에 도시되는 바와 같이, 용기의 상부 공간을 통해 지나가는 레이저 빔의 광학적 경로가, 모든 측정 기여분들마다, 상부 공간의 형상의 함수로 변화하는 길이를 가짐을 고려하였다. 순수히 한 예로서, 도 7에 도시되는 상부 공간은 원형 단면을 가진다.
단일 측정 기여분들에 대한 단일 광학적 경로들의 상이한 길이는 각각의 측정 기여분이 분석되는 가스의 분자의 상이한 개수에 대한 것임을 결정하고, 이는 단일 광학적 경로에 수반되는 분자들의 수가 상이하기 때문이다.
유리하게도, 단일 측정 신호 기여분을 가중하기 위한 서브요소는 무시할 수 없는 측정 에러를 야기할 수 있는 이러한 효과를 고려한다.
출원인은 용기 외부에서도 피검사 가스의 존재에 의해 결정되는 측정 에러를 제거하기 위해, 플러싱 수단에 추가하여 또는 그 대안으로서, 도 8에 도시되는 바와 같이, 측정 기여분으로부터 용기 부재시 수행되는 측정치를 감산하는 적절한 보상 서브요소를 제공하는 것이 가능하다.
이러한 방식으로, 용기 외부의 가스로 인한 기여분들을 제거하는 것이 가능하며, 따라서, 용기에 존재하는 가스에 대해 배타적으로 측정을 획득할 수 있다.
바람직한 경우, 획득되는 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터들 중에서, 압력 측정에 유용한 기여분을 식별하는 단계는,
획득 시간 주기 내에 획득되는 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 세기 프로파일의 엔빌롭으로부터 도출되는 곡선의 제 1 최소점 및 제 2 최소점을 검출하는 단계와,
상기 제 1 최소점 및 제 2 최소점 사이의 거리를 결정하는 단계와,
상기 제 1 최소점 및 제 2 최소점 사이에 있는, 그리고, 상기 제 1 최소점 및 제 2 최소점의 중앙에 놓인 측정 서브윈도를 형성하는 단계 - 상기 측정 서브윈도는 압력 측정에 유용한 신호 기여분 세트를 형성함 - 를 포함한다.
유리하게도, 이러한 방식으로, 유용한 획득 시간 주기 동안 검출되는 측정 기여분 중에서, 밀폐 용기의 상부 공간 내부에 실제 관련된 기여분들이 식별되고, 이러한 방식으로, 예를 들어, 벨트 상의 용기의 변위, 용기의 수직 안정성 불량, 가이드 상의 범핑(bumping), 용기의 치수 허용공차, 등과 같은 외부 요인들로 인한 시프트 가능성을 보상할 수 있다.
바람직한 경우, 신호 획득 시간 주기를 결정하는 단계는, 위치 센서를 통해 검출되는 용기의 위치 데이터의 적어도 하나의 아이템을 수신하고, 수신되는 위치 데이터 중 적어도 하나의 아이템에 기초하여 검사 영역 내 밀폐 용기의 상부 공간의 진입 순간을 연산하는 단계를 포함한다.
이러한 방식으로, 검출되는 용기의 위치에 기초하여 그리고 (예를 들어, 일정 속도의 경우에) 용기의 순방향 이동 속도를 알고 있으므로, 용기가, 특히, 그 상부 공간이 검사 영역 내로 진입하는 순간을 빠르고 간단한 방식으로 연산하는 것이 가능하여, 획득 시간 주기의 시작을 결정할 수 있다.
바람직한 경우, 신호 획득 시간 주기를 결정하는 단계는, 용기의 순방향 이동 데이터의 순간 속도의 복수의 아이템을 수신하고, 수신되는 순방향 이동 데이터의 순간 속도의 복수의 아이템에 기초하여 검사 영역 내 밀폐 용기의 상부 공간의 진입 순간을 연산하는 단계를 포함한다.
이러한 방식으로, 용기의 순방향 이동 속도의 순간적 변화를 또한 고려하는 것이 유용하게 가능하고, 유용한 획득 시간 주기를 정밀하게 연산하는 것이 가능하다.
바람직한 경우, 측정 방법은 검사 영역 내에서 이동 중인 용기에 측정 대상과는 다른 가스를 송풍하는 단계를 포함한다.
유리하게도, 검사 영역 내에서 이동 중인 용기에 대해 측정 대상과는 다른 가스를 송풍함으로써, 용기 주위 영역으로부터 피검사 가스를 제거하는 것이 가능하여, 용기 외부에 관련된 것들이기 때문에 용기 내부의 압력 결정에 관련없는 측정 신호 기여분들을 감소시키거나 이상적인 경우 완전히 제거할 수 있다.
바람직한 경우, 측정 방법은 검사 영역에 진입하는 용기에 대해 측정 대상과는 다른 가스를 송풍하는 단계를 포함한다.
용기가 검사 영역 내로 진입하고 있을 때, 용기에 대해 피검사 가스와는 다른 가스를 송풍함으로써, 용기 운동으로 인한 검사 영역을 향한 이러한 가스의 드로잉(drawing)이 유용하게 결정된다. 따라서, 유리하게도, 검사 영역 내에 존재하는 피검사 가스가 바깥으로 밀려난다.
바람직한 경우, 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 아이템을 출력으로 제공하는 단계는,
검출되는 신호의 측정 조건의 특성 배경 함수를 식별하는 단계와,
검출되는 신호로부터 이러한 배경 함수를 감산하고, 이러한 감산으로부터 나타나는 신호로부터 흡수선을 추출하는 단계를 포함한다.
검출되는 신호의 이러한 조건설정은, 측정의 내재적 외란 및 노이즈를 제거하는 것을 가능하게 하여 발생한 흡수에 관한 정보를 지닌 검출 신호 부분을 분리시킬 수 있고, 이에 기초하여 용기 내부의 압력을 정밀하게 결정할 수 있기 때문에 특히 유리하다.
바람직한 경우, 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 아이템을 출력으로 제공하는 단계는, 측정 가스 대상의 유형 및/또는 용기의 물질의 함수로 검출되는 신호의 진폭을 변화시킴으로써 검출되는 신호의 진폭 변화를 보상하는 단계를 포함한다.
게다가, 낮은 신호 진폭은 외부 또는 내부 액적의 존재, 용기 벽체의 결함, 소정 유형의 용기에 존재하는 제품을 열 수 있게 하는 탭의 존재, 등과 같은 외란 요인들에 흔히 기인한다. 이러한 요인들은 일반적으로 신호의 큰 감쇠를 결정한다.
유리하게도, 본 발명에 따른 측정 방법은 이러한 외란 요인들에 의해 나타나는 감쇠를 고려하여, 단일 응용예들에 대해 적절하고 맞춤화된 방식으로 이를 보상할 수 있다.
바람직한 경우, 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 아이템을 출력으로 제공하는 단계는, 과도하게 왜곡된 검출 신호를 식별 및 제거하는 단계를 포함한다.
과도하게 왜곡된 측정 신호의 식별 및 제거는 특히, 용기의 고속 순방향 이동으로 인한 소량의 측정 기여분의 경우에, 특히 유용하다. 이러한 경우에, 유효 측정 신호만을 이용하여, 전체 측정이 보다 정밀하고 정확하다.
더욱 바람직한 경우, 왜곡된 검출 신호를 식별 및 제거하는 단계는 흡수선의 진폭이 진폭 임계치 미만인지 여부를 검증하는 단계를 포함한다.
더욱 바람직한 경우, 진폭 임계치가 측정 대상 가스의 유형 및/또는 용기의 물질의 함수로 가변적이다.
바람직한 경우, 왜곡된 검출 신호를 식별 및 제거하는 단계는, 검출 신호의 상승 전단부(rising front)의 각도 계수 또는 기울기가 허용가능하다고 간주되는 각도 계수 또는 기울기의 범위를 벗어나는지 여부를 체크하는 단계를 포함한다.
게다가, 레이저 광원에 의해 송신되는 각각의 신호는 레이저 변조에 의해 주어지는 알려진 형상, 예를 들어, 감각파, 톱니파, 방형파, 등을 가진다. 예를 들어, 삼각파 또는 톱니파의 경우에 상승 전단부의 각도 계수 또는 기울기와 같이, 알려진 형상의 측정 파라미터로부터 시작하여, 대응하는 출력 신호의 과도한 왜곡을 식별하는 것이 가능하여, 알려진 형상의 파라미터 대비 검출되는 신호의 파라미터 사이의 비교를 수행할 수 있다.
검출되는 신호의 파라미터가 알려진 형상의 파라미터에서 과도하게 벗어날 경우, 검출되는 신호가 폐기된다.
바람직한 경우, 왜곡된 검출 신호를 식별 및 제거하는 단계는, 삼각파로 변조된 레이저 광원에 의해 방사되는 신호의 경우에, 상승 전단부와 하강 전단부의 비대칭성을 체크하여, 허용가능하다고 간주되는 비대칭성 임계치보다 큰 비대칭성을 가진 신호를 폐기하는 단계를 포함한다.
바람직한 경우, 왜곡된 검출 신호를 식별 및 제거하는 단계는, 검출되는 신호의 듀티 사이클 퍼센티지를 체크하여, 허용가능하다고 간주되는 듀티 사이클 퍼센티지의 범위를 벗어나는 듀티 사이클 퍼센티지를 가진 신호들을 폐기하는 단계를 포함한다.
이러한 체크는 방형파로 레이저 변조의 경우에 특히 유용하다.
바람직한 경우, 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 아이템을 출력으로 제공하는 단계는, 상부 공간을 통과하는 레이저 빔에 의해 경주되는 광학적 경로의 길이의 함수로 검출되는 신호를 가중하는 단계를 포함한다.
이는 앞서 설명된 단일 측정 신호 기여분을 가중하기 위해, 서브요소의 이용과 관련하여 앞서 개략적으로 제시된 유리한 효과를 실현할 수 있게 한다.
바람직한 경우, 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 아이템을 출력으로 제공하는 단계는, 용기 부재시 측정 대상 가스의 직접 측정을 수행하여, 검출되는 신호로부터 이러한 직접 측정치를 감산하는 단계를 포함한다.
이러한 방식으로, 용기 외부의 가스로 인한 기여분을 제거하는 것이 유용하게 가능하여, 용기 내에 존재하는 가스에 대해 배타적인 측정치를 얻을 수 있다.
더욱 바람직한 경우, 직접 측정치는 상부 공간의 크기의 함수로 가중된다.
더욱 바람직한 경우, 직접 측정의 가중은 레이저 빔에 의해 경주되는 외부 광학적 경로의 평균 길이의 함수로 수행된다.
바람직한 경우, 측정 방법은 유용한 획득 시간 주기 중 검출되는 복수의 신호들의(특히, 압력 측정에 유용한 것으로 식별되는 대표 데이터의) 가중 평균으로부터 압력 측정을 결정하는 단계를 포함한다.
대안으로서, 측정 방법은 흡수 프로파일의 2차 도함수의 최소값들의 거리를 결정하는 WMS 기술로 흡수 분광법을 통해 압력 측정을 결정하는 단계를 포함한다.
유리하게도, 이러한 방식으로, 용기의 상부 공간의 불균등 마모(ovalisation)의 경우에 특히 유용한, 광학적 경로에 독립적인 총 압력의 측정치가 획득된다.
추가의 대안에 따르면, 측정 방법은 흡수 프로파일의 2차 도함수로부터 얻은 흡수 프로파일의 면적을 결정하는 WMS 기술로 흡수 분광법을 통해 압력 측정을 결정하는 단계를 포함한다.
특히 유리한 방식으로, 수증기 측정의 경우에, 흡수 프로파일의 면적 측정은 용기의 온도에 비례하는 파라미터를 제공하고, 이러한 방식으로, 알려진 온도에 관한 압력 측정을 획득할 수 있다. 게다가, 프리밸런스(prevalence) H2O를 가진 액체를 지닌 밀폐 용기에서, 상부 공간은 신속하게 포화되고(상대 습도 100%), 반면 수증기 농도는 액체 온도에 정비례한다. 이 비율 덕에, 흡수 프로파일의 면적 측정이 액체 온도에 정비례하는 파라미터를 가질 수 있게 한다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부 도면을 참조하여 제시되는 일부 선호되는 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
이러한 도면에서,
도 1은 병 충전 플랜트에 적용되는 본 발명에 따른 밀폐 용기 내 압력 측정 그룹의 일 실시예의 부분 사시도이고,
도 1a는 도 1의 측정 그룹의 부분-제거 구조의 확대 상세도이며,
도 2는 도 1의 측정 그룹의 부분 정면도이고,
도 3은 도 1의 측정 그룹의 후면도이며,
도 4는 발명에 따른 측정 그룹에 사용되는 신호의 조건설정 요소의 블록도이고,
도 5는 본 발명에 따른 충전 및/또는 포장 플랜트의 계통도이며,
도 6은 본 발명에 따른 측정 그룹의 검출기에 의해 획득되는 측정 신호 기여분의 그래픽 표현이고,
도 7은 발명의 측정 그룹 내부의 용기 통과 중 수행되는 복수의 측정 기여분의 계통도이며,
도 8은 본 발명에 따른 측정 그룹에서 복수의 용기의 컨베이어 벨트의 그래픽 표현이다.
도면을 참조하여, 밀폐 용기 내의 압력 측정 그룹이 도면부호 10과 함께 도시된다.
본 설명 및 후속 청구범위에서, 검사받는 닫힌 용기(30)는 그 상부 공간(31)의 적어도 일부분이 광학적 투명 물질로 제조된다고 가정된다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 측정 그룹(10)은 레이저 빔을 방사하기 위해 광학축 A를 가진 레이저 광원(11)과, 레이저 광원(11)에 의해 방사되는 레이저 빔의 적어도 일부분을 검출하도록 레이저 광원(11)에 면하는 검출기(12)를 포함한다.
레이저 광원(11)과 검출기(12) 사이에 위치한 공간에서, 밀폐 용기(30)의 적어도 일부분(특히, 용기(30)의 상부 공간(31), 또는, 더 구체적으로, 광학적 투명 물질로 제조된 상부 공간(31)의 일부분))의 통과를 위해 구성되는 검사 영역(20)이 존재한다.
따라서 레이저 광원(11)은 검사 영역(20)을 향해 레이저 빔을 지향시키도록, 그래서, 이러한 검사 영역(20)을 통해 수송 중에 용기(30)의 상부 공간(31)의 광학적 투명 부분에 도달하도록, 위치한다.
레이저 광원(11)은 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)에 수용된 가스의 흡수 파장으로 튜닝가능한 파장의 레이저 빔을 방사하도록 구성된다.
검출기(12)는 상부 공간(31)에 수용된 가스의 존재로 인해 검사 영역(20)을 통해 수송 중인 용기(30)의 상부 공간(31)에서 이루어진 흡수에 따라 감쇠되는 레이저 빔을 수신하도록 구성되고, 이러한 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 아이템을 출력으로 제공하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 이러한 가스의 흡수선의 진폭의 함수로 밀폐 용기(30) 내부의 압력을 결정하는 것이 가능하다.
측정 그룹(10)은 신호 획득 시간 주기를 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(14, 14')를 또한 포함한다. 신호 획득 시간 주기 검출 디바이스(14, 14')는 검사 영역(20)에서 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)의 일부분의 통과 시간 주기를 결정한다.
신호 획득 시간 주기 검출 디바이스(14, 14')는 용기(30)의 위치를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서(14, 14'), 바람직한 경우, 예를 들어, 검사 영역(20)을 통해 용기(30)들의 순방향 이동의 순간 속도를 검출하기 위한 요소와 연관된, 예를 들어, 포토셀(도 1-3 참조) 및/또는 인코더(도 5 참조)와 같은, 검사 영역(20) 내로 진입하는 용기(30)를 식별하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함한다.
용기(30)들이 충전 및/또는 포장 플랜트(100)의 이송 수단(130)을 통해 이송되는 경우에, 용기(30)의 순방향 이동 속도를 검출하기 위한 요소는 충전 및/또는 포장 플랜트(100)의 이송 수단(130)의 순방향 이동 순간 속도에 대한 데이터를 수신하도록 구성된 데이터 입력 인터페이스인 것이 바람직하다.
용기(30)의 상부 공간(31)이 검사 영역(20) 내로 들어가는 순간과, 용기(30)의 이러한 상부 공간(31)의 치수와, 용기(30)의 순방향 이동 순간 속도를 알면, 순방향 이동 속도가 순간적으로 변화하는 경우에도, 레이저 광원(11)에 의해 방사되는 레이저 빔이 용기(30)의 상부 공간(31)을 통과하는 시간 주기를 식별하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 유용한 신호 획득 시간 주기가 식별된다.
도 1-3에 도시되는 실시예에서, 신호 획득 시간 주기 검출 디바이스는 검사 영역(20)으로의 입구에 배치되는 뒤집힌 "U" 형상의 포토셀(14)을 포함하고, 순방향 이동 속도를 검출하기 위한 요소는 이러한 속도에 대한 데이터를 수신하기 위한 데이터 입력 인터페이스(도시되지 않음)다.
도 5에 도시되는 실시예에서, 신호 획득 시간 주기를 검출하기 위한 디바이스는 이송 수단(130)에 의해 수행되는 경로를 따라 배열되는 인코더(14')를 포함하고, 순방향 이동 속도를 검출하기 위한 요소는 이러한 속도에 대한 데이터를 수신하기 위한 데이터 입력 인터페이스(도시되지 않음)다.
특히, 일정 속도의 컨베이어 벨트의 경우에 적용가능한, 도시되지 않는 대안의 실시예에 따르면, 신호 획득 시간 주기 검출 디바이스(14, 14')는 용기(30)의 위치를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함한다(예를 들어, 적어도 하나의 포토셀). 이러한 경우에, 속도가 일정하기 때문에 컨베이어 벨트의 속도를 검출하기 위한 요소를 제공하는 것이 필요치 않다.
또한 이러한 경우에, 센서(14, 14')가 용기(30) 및 검사 영역(20)을 가로지르는 지점, 일정 속도의 컨베이어 벨트, 및 상부 공간(31)의 치수 사이의 거리에 기초하여, 레이저 광원(11)에 의해 방사되는 레이저 빔이 용기(30)의 상부 공간(31)을 통과하는 시간 주기(신호 획득 시간 주기)를 식별하는 것이 가능하다.
측정 그룹(10)은 도시되는 실시예에 따르면, 레이저 광원(11) 및 검출기(12)의 정확한 배치와, 검사 영역(20)의 적절한 형성을 위한, 로드-베어링 구조(load-bearing structure)(15)를 포함한다.
이를 위해, 로드-베어링 구조(15)는 검사 영역(20)을 통해 이송 중에 용기(30)의 기하구조 및 치수의 함수로 레이저 광원(11) 및 검출기(12)의 상대적 배치를 수정하도록 구성되는 기계적 조정 요소(16a, 16b)를 포함한다.
도시되는 실시예에서, 기계적 조정 요소(16a, 16b)는 레이저 광원(11)과 검출기(12)로 구성되는 조립체의 수직 위치 조정기(16a)와, 레이저 광원(11)과 검출기(12) 사이의 수평 거리 조정기(16b)를 포함하여, 이들을 모으거나 떨어뜨릴 수 있다. 기계적 조정 요소(16a, 16b)는 수동형 또는 동력형(motorized)의 것일 수 있다.
레이저 광원(11)과 검출기(12) 사이에 형성되는 검사 영역(20)의 상류 및/또는 하류에, 수송 중에 검사 영역(20)을 향해 또는 검사 영역(20)으로부터 멀리 각자의 상부 공간(31)을 형성하는 용기(30)의 적어도 일부분들을 하우징하도록 구성되는 입구 채널(17a) 및/또는 출구 채널(17b)이 각각 존재하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 도시되는 실시예에서, 입구 및 출구 채널(17a, 17b)은 아래로 열린 "U" 모양으로 휜 보호 벽체를 이용하여 만들어진다. 이러한 보호 벽체는 광에 대해 불투과성인 물질로 제조되는 것이 바람직하다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 측정 그룹(10)은 피검사 가스와는 다른 가스를 검사 영역 내로 주입하기 위한 제 1 플러싱 디바이스(18a, 18b)를 포함한다. 이는 용기(30) 외부에 존재하는 피검사 가스에 의해 주어지는 분자 흡수 기여분을, 따라서 전체 측정치에 대한 영향을, 감소 또는 제거할 수 있게 한다.
제 1 플러싱 디바이스는 제 1 쌍의 수평 노즐(18a, 18b)을 포함하며, 그 중 첫번째(18a)는 레이저 광원(11)의 방사 채널에 통합되고, 두번째(18b)는 검출기(12)의 수신 채널에 통합되어, 플러싱이 레이저의 총 경로와 결합하게 된다.
도시되는 특히 유리한 실시예에 따르면, 측정 그룹(10)은 용기의 순방향 이동 방향 B에 대해 검사 영역(20)의 상류에 배열되는 제 2 플러싱 디바이스(19a, 19b, 19c)를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 제 2 플러싱 디바이스(19a, 19b, 19c)는 이러한 상부 공간(31)이 검사 영역(20) 내로 진입하기 전에 피검사 가스와는 다른 가스로, 진입하는 용기(30)의 상부 공간(31) 주위의 영역을 로딩한다. 용기(30)의 움직임은 검사 영역(20)을 향해 플러싱되는 가스의 배출(drawing)을 결정하여, 제 1 플러싱 디바이스(18a, 18b)에 의해 이러한 영역(20) 내에서 직접 플러싱되는 가스의 부분 제거를 보상할 수 있다.
제 2 플러싱 디바이스는 플러싱되는 가스의 3개의 출구 노즐(19a, 19b, 19c)을 포함하며, 그 중 제 1 수직 노즐(19a)은 입구 채널(17a)의 입구 위에 배열되어 검사 영역으로 이어지고, 아래로 면하는 수직 방출 방향을 가지며, 한 쌍의 제 2 수평 출구 노즐(19b, 19c)은 입구 채널(17a)의 이러한 입구에 배열되어, 하나의 수평 출구 노즐(19b)이 다른 하나의 수평 출구 노즐(19c)을 향하도록 수평 방출 방향을 가진다.
신호 획득 시간 주기 동안 검출기(12)에 의해 검출되는 단일 측정 기여분으로부터 수송 중 각 용기 내부의 압력의 유효한 측정치를 얻기 위해, 측정 그룹(10)은 획득 시간 주기 내에 획득되는 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터들 가운데서 압력 측정에 유용한 신호 기여분을 식별하기 위한 식별 수단(41)을 포함하며, 이는 검출기(12)의 하류에 연결된다.
획득 시간 주기가 결정되면, 이러한 시간 주기 내에 검출기(12)에 의해 획득되는 신호들은 압력 측정에 유용한 신호 기여분 식별 수단(41)에 제공된다. 이러한 수단(41)은 측정을 위한 유효 신호 기여분(즉, 상부 공간이 레이저 광원(11)과 검출기(12) 사이에서 이동할 때 수행되는 측정에 실제로 대응하는 기여분)을 분리시키기 위해 검출기(12)에 의해 획득되는 신호를 실시간으로 분석하도록 구성된다.
이를 위해, 압력 측정에 유용한 신호 기여분 식별 수단(41)은 적어도,
- 대응하는 검출 디바이스(14, 14')에 의해 식별되는 획득 시간 주기 내에 획득되는 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 세기 프로파일의 엔빌롭(50)으로부터 도출되는 곡선의 최소점(51, 52)들을 검출하기 위한 요소와,
- 이러한 최소점(51, 52)들 간의 거리를 결정하기 위한 요소와,
- 최소점(51, 52)들 간에 수용되는, 그리고, 최소점들 중앙에 위치하는, 서브윈도(53)를 형성하기 위한 요소를 포함한다. 검출되는 최소점(51, 52)들에 대해 중앙에 위치하는 서브윈도는 압력 측정에 실제 유용한 기여분 세트를 실제 형성한다.
병을 통과한 신호의 세기 프로파일의 엔빌롭(50)이 도 6에 한 예로 도시된다. 알다시피, 이러한 엔빌롭은 병(30)의 목의 에지에 대응하는 2개의 최소점(51, 52)들을 포함한다. 이러한 최소점(51, 52)들을 검출하여 이러한 최소점(51, 52)들 사이 중간의 측정 기여분만을 분석함으로써, 사용되는 모든 측정치들이 용기의 상부 공간 내부에 실제 연동됨을 보장할 수 있다.
검출기의 하류에 신호 조건설정 요소(40)가 또한 연결된다. 신호 조건설정 요소(40)는 검출기에 의해 검출되는 신호 측정 기여분을 수신하도록 구성되어, 측정 조건의 특성 배경 함수를 각각의 측정 기여분에 대해 식별할 수 있고, 검출되는 신호 기여분으로부터 이러한 배경 함수를 제외하여, 피검사 가스의 총 및/또는 부분 압력 정보를 도출할 흡수 라인을 추출할 수 있게 된다.
도시되는 예에서, 압력 측정에 유용한 신호 기여분을 식별하기 위한 수단(41)은 신호 조건설정 요소(40)에서 구현된다.
신호 조건설정 요소(40)는 처치되는 용기(30)의 유형, 피검사 가스의 유형, 등과 같이, 사용자에 의해 입력되는 파라미터의 함수로 검출되는 신호 기여분의 진폭을 식별 및 변경하기 위한 서브요소(42)를 포함하는 것이 바람직하다. 획득되는 측정 신호의 진폭을 식별 및 변경하기 위한 서브요소(42)는 자동 이득 제어를 이용하는 트랜스임피던스 회로인 것이 바람직하다.
신호 조건설정 요소(40)는 압력 측정 결정에 유용하게 기여하기 위해 과도하게 왜곡된 측정 신호 기여분을 식별하기 위한 요소(43)를 포함하는 것이 바람직하다.
왜곡된 측정 신호 기여분을 식별하기 위한 요소(43)는 검사되는 시간 주기(신호 획득 서브윈도) 내의 파장 스캐닝에 대해 각각의 단일 측정 기여분에 의해 추출되는 흡수선의 진폭을 고려하여, 처치되는 용기(30)의 유형, 피검사 가스 유형, 등과 같이, 사용자에 의해 입력되는 파라미터의 함수로 변화하는 기결정된 진폭 임계치보다 낮은 진폭을 갖는 흡수선의 측정 기여분을 폐기한다.
게다가, 낮은 신호 진폭은, 흔히 외부 또는 내부 액적의 존재, 용기 벽체의 결함, 소정 유형의 용기에 존재하는, 제품을 열 수 있게 하는 탭의 존재, 등과 같은, 외란 요인들에 기인한다. 이러한 요인들은 대체로 신호의 강한 강쇠를 결정한다.
추가적으로 또는 대안으로서, 왜곡된 측정 신호 기여분을 식별하기 위한 요소(43)는 획득되는 각각의 신호 기여분의 상승 전단부(rising front)의 각도 계수를 고려하여, 과도하게 왜곡된 각도 계수를 가진 측정 기여분을 제거한다. 이를 위해, 획득되는 신호의 상승 전단부의 각도 계수가 따라서 기준값으로 작용하는 송신된 신호의 상승 전단부의 각도 계수와 비교된다. 두 각도 계수 사이에 변화가 있을 경우 각도 계수의 왜곡이 결정된다. 왜곡된 측정 신호 기여분을 식별하기 위한 요소(43)는 기결정된 임계값(예를 들어, 20도)만큼 기준 각도 계수(송신된 신호의 상승 전단부의 각도 계수)보다 크거나 작은 상승 전단부의 각도 계수를 가진 측정 기여분을 제거하도록 진행된다. 다시 말해서, 허용가능하다고 간주되는 소정 범위의 각도 계수를 벗어난 상승 전단부의 각도 계수를 가진 측정 기여분이 제거된다. 허용가능한 각도 계수의 범위는 기준 각도값 +/- 기결정된 임계값에 중심을 둔 범위다.
허용가능 각도 계수 범위 바깥의 각도 계수를 가진 상승 전단부는, 따라서, 압력 측정에 유용하게 기여하기 위해 과도하게 왜곡된 것으로 식별된다.
단일 측정 기여분들에 기초하여 내부 압력의 전체 측정을 결정할 수 있도록 하기 위해, 신호 조건설정 요소(40)는 상부 공간(31)을 통해 레이저 빔에 의해 경주되는 광학적 경로의 길이의 함수로 단일 측정 기여분들을 가중화하기 위한 서브요소(44)를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 단일 광학 경로들의 길이의 차이를 고려하는 가중 평균에 기초하여 압력 측정치를 얻는 것이 가능하다.
신호 조건설정 요소(40)는, 외부 가스의 직접 측정과, 총 측정 기여분들에 대한 이러한 직접 측정의 후속 가중 감산을 수행하도록 구성되는, 용기 외부에 존재하는 가스의 기여분의 보상 서브요소(45)를 포함하는 것이 바람직하다.
특히, 보상 요소(45)는 상부 공간(31)의 크기의 함수로, 따라서, 용기(30) 외부의 레이저 빔에 의해 경주되는 광학적 경로의 일부분의 크기의 함수로, 직접 측정의 가중화를 수행한다. 상부 공간(31)의 크기는 사용자에 의해 초기에 입력되는, 또는, 교정 과정(calibration procedure)에 의해 자동적으로 획득되는, 데이터 조각이다.
특히, 직접 측정의 가중화는 레이저 빔에 의해 경주되는 외부 광학적 경로의 평균 길이의 함수로 수행된다.
용기(30) 내 압력의 측정 그룹(10)은 도 5에서 예로서 제시되는, 자동 충전 및/또는 포장 플랜트(100)에 포함되는 것이 바람직하다.
이러한 라인(100)은 용기(30)의 제 1 충전 스테이션(110)에 이어, 용기(30)를 밀봉 및/또는 캐핑(capping)하기 위한 제 2 스테이션(120)을 포함한다. 용기(30) 내 압력의 측정 그룹(10)은 라인(100)을 따라 용기(30)의 순방향 이동 방향과 관련하여 용기(30)를 밀폐 및/또는 캐핑하기 위한 제 2 스테이션(12)의 (바로 또는 바로가 아닌) 하류에 배열된다.
제 1 및 제 2 스테이션(110, 120)은 원형 구조를 가지되, 탭 또는 충전 밸브(115)와 밀봉 및/또는 캐핑 헤드(125)가 턴테이블 또는 회전 캐러셀(rotating carousel)의 둘레로 구속된다. 이러한 스테이션(110, 120)들은 예를 들어, 약 8개의 탭 또는 충전 밸브(115), 그리고, 약 20개의 밀봉 및/또는 캐핑 헤드(125)를 각각 구비한 툴 홀더(tool holders)일 수 있다.
용기(30)들은 뒤에 측정 그룹(10)을 통과하도록 제 1 스테이션(110) 및 제 2 스테이션(120)의 주변부를 적어도 부분적으로 따르는 순방향 이동 경로 B를 따라 컨베이어 벨트 상에서 자유롭거나 구속되는 또는 매달리는 이송 수단 세트와 같은, 적절한 이송 수단(130)을 통해 이송된다.
밀폐 컨테이너 내 압력 측정 그룹(10)의 작동은 다음과 같다.
최초에, 측정 그룹(10)은 적절한 디바이스(14, 14')을 통한 측정에 유용한 개략적인 획득 시간 주기를 결정한다.
이를 위해, 특정 실시예에 따르면, 용기의 상부 공간(31)이 검사 영역(20) 내에 있는 시간 주기가 앞서 설명된 바와 같이 결정된다.
용기가 검사 영역(20) 내에 있을 때, 피검사 가스와는 다른 가스가 용기에 대해 송풍(blowing)되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직한 경우, 용기가 검사 영역(20)의 입구에 있을 때 또한 측정 대상과는 다른 가스가 용기(30)에 대해 송풍된다.
획득 시간 주기 중, 레이저 광원(11)은 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)에 수용된 가스의 흡수 파장으로 튜닝가능한 파장의 레이저 빔을, 밀폐 용기(30)가 이송하는 검사 영역(20)을 향해 반복적으로 방사한다.
특히, 레이저 빔은 검사 영역(20) 내에서 이송되는 용기(30)의 상부 공간(31)을 향해, 정확하게는, 광학적 투명 물질로 제조된 용기(30)의 일부분에, 방사된다.
검출기(12)는 용기(30)의 상부 공간(31)에 나타난 흡수에 이어 감쇠되는 레이저 빔을 검출하고, 검출되는 각각의 레이저 빔에 대하여, 상부 공간(31)에 존재하는 측정 가스 대상의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터를 출력으로 제공한다.
구체적으로, 검출되는 각각의 신호에 대하여, 측정 조건들의 특성 배경 함수가 식별된다. 이러한 배경 함수는 피검사 가스의 총 및/또는 부분 압력 정보를 도출할 흡수선을 추출하기 위해 검출되는 신호 기여분으로부터 빼게 된다.
측정을 위한 유효 신호 기여분을 분리시키기 위해, 획득 시간 주기 동안 용기(30)를 통과하여 수신되는 측정 기여분들의 세기 프로파일의 엔빌롭(50)을 분석하여, 용기(30) 벽체에 대응하는 점(51, 52)들을 식별할 수 있다. 이러한 점들은 이러한 점들 사이에 구속되는, 그리고, 이들의 중심에 자리잡는 것이 바람직한, 서브윈도(53)의 형성을 위한 기준값으로 작용하며, 이 경우 서브윈도(53)는 압력 측정에 실제 유용한 신호 기여분 전체를 나타낸다.
가능한 외란 및/또는 신호 왜곡이, 조합하여 또는 대안으로서 적용될 수 있는 상이한 방법들에 따라 보상된다.
신호 진폭은 수신되는 신호의 진폭 변화를 보상하기 위해, 처치되는 용기(30)의 유형, 피검사 가스 유형, 등과 같이, 사용자에 의해 입력되는 파라미터의 함수로 변화하는 것이 바람직하다.
따라서, 과도하게 왜곡된 측정 신호 기여분이 그 후 식별 및 제거되어, 전체 측정치가 이러한 기여분에 의해 과도하게 저하되지 않게 된다.
특히, 처치되는 용기(30)의 유형, 피검사 가스 유형, 등과 같이, 사용자에 의해 입력되는 파라미터의 함수로 변화할 수 있는, 기결정된 진폭 임계치보다 작은 진폭을 가진 흡수선의 측정 기여분이 폐기된다.
추가적으로 또는 대안으로서, 기결정된 임계값(예를 들어, 20도)를 넘는 송신 신호의 상승 전단부(rising front)의 각도 계수로부터 변화하는 상승 전단부의 기울기 또는 각도 계수를 가진 측정 기여분이 폐기된다.
단일 측정 기여분들은 상부 공간(31)을 통해 레이저 빔에 의해 경주되는 광학적 경로의 길이의 함수로 가중된다. 따라서 압력 측정은 단일 광학 경로의 길이의 차이를 고려하는 가중 평균에 기초하여 획득된다.
용기 외부에 존재하는 피검사 가스의 기여분이 보상되어, 용기없이 가스의 직접 측정을 수행하고, 총 측정 기여분으로부터 이러한 직접 측정치를 뺄 수 있다.
특히, 감산 진행 이전에, 직접 측정의 가중화가 상부 공간(31)의 크기의 함수로, 따라서, 용기(30) 외부의 레이저 빔에 의해 경주되는 광학적 경로의 일부분의 크기의 함수로, 수행된다. 상부 공간(31)의 크기는 교정 과정에 의해 자동적으로 획득되는, 또는 사용자에 의해 초기에 입력되는, 데이터 조각이다.
특히, 직접 측정의 가중화는, 레이저 빔에 의해 경주되는 외부 광학 경로의 평균 길이의 함수로 수행된다. 전체 측정을 결정하기 위해 고려할 수 있는 측정 기여분을 선택한 후, 이러한 기여분들의 평균이 만들어지고 또는 대안으로서, 용기 압력 및 피검사 가스의 농도를 결정하기 위해 유용한 파라미터를 외삽하기 위해 그 바탕이 되는 소정의 기여분들이 선택된다. 예를 들어, WMS 기술로 이산화탄소 선에 대한 흡수 분광법을 통해 용기 내부의 총 압력을 측정하고자 하는 경우에, 흡수 프로파일의 2차 도함수의 최소점들의 거리의 파라미터가 추출되고, 이러한 방식으로 광학적 경로에 독립적으로 압력 측정을 획득한다. 이러한 구성이 병의 오벌리세이션(ovalisation: 불균등 마모)의 경우에 특히 유리하다고 입증되었다.
대안으로서, 총 압력이 수증기 선에 대한 흡수 분광법을 통해 측정되는 경우에, 흡수 프로파일의 2차 도함수로부터 얻은 흡수 프로파일의 영역의 파라미터가 추출되며, 이는 액체를 담은 밀폐 용기 온도에 비례하는 파라미터를 얻을 수 있게 하고, 이러한 방식으로, 알려진 온도에 연동된 압력 측정을 얻을 수 있다.

Claims (15)

  1. 상부 공간(31)의 적어도 일부분이 광학 투명 물질로 제조된 밀폐 용기 내의 압력을 측정하기 위한 측정 기기(10)에 있어서,
    상기 밀폐 용기들 중 일 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)의 적어도 일부분을 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 검사 영역(20)과,
    상기 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31) 내에 있는 가스의 흡수 파장으로 튜닝가능한 파장의 레이저 빔을 방사하기 위한, 광학축(A)를 갖는 적어도 하나의 레이저 광원(11) - 상기 적어도 하나의 레이저 광원(11)은 상기 적어도 하나의 검사 영역(20)을 향해 레이저 빔을 지향시키도록 위치함 - 과,
    상기 검사 영역(20)을 통해 이동하면 레이저 광원(11)에 의해 방사되는 레이저 빔의 적어도 일부분을 검출하도록, 그리고, 상기 검사 영역(20)을 통해 레이저 빔의 통과 결과로 상기 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터를 출력으로 제공하도록, 위치하는 적어도 하나의 검출기(12)와,
    상기 검사 영역을 통한 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)의 상기 적어도 일부분의 통과에 대응하는 신호 획득 시간 주기를 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(14, 14')를 포함하되,
    상기 신호 획득 시간 주기 동안 획득되는 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터 중에서 압력 측정에 유용한 신호 기여분을 식별하기 위한 수단(41)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    측정 기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 측정에 유용한 신호 기여분을 식별하기 위한 수단(41)은,
    신호 획득 시간 주기 동안 획득된 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 세기 프로파일의 엔빌롭으로부터 도출되는 곡선의 제 1 최소점(51) 및 제 2 최소점(52)을 검출하기 위한 요소와,
    상기 제 1 최소점(51)과 제 2 최소점(52) 사이의 거리를 결정하기 위한 요소와,
    상기 제 1 및 제 2 최소점(51, 52) 사이에 있는, 그리고 제 1 및 제 2 최소점(51, 52)의 중앙에 놓인, 측정 서브윈도(53)를 형성하기 위한 요소 - 상기 측정 서브윈도(53)는 압력 측정에 유용한 신호 기여분 세트를 형성함 - 를 포함하는
    측정 기기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    획득 시간 주기를 검출하기 위한 디바이스(14, 14')는 상기 용기(30)들의 순간 위치를 검출하기 위한 적어도 하나의 위치 센서와, 상기 밀폐 용기(30)들의 순방향 이동 순간 속도를 검출하기 위한 요소를 포함하는
    측정 기기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검사 영역(20)을 향해 이동하는 및/또는 상기 검사 영역으로부터 멀리 이동하는 각자의 상부 공간(31)을 형성하는 용기(30)의 적어도 일부분을 하우징하도록 구성되는 입구 채널(17a) 및/또는 출구 채널(17b) 중 적어도 하나를, 상기 레이저 광원(11)과 검출기(12) 사이에 형성되는 검사 영역(20)의 상류 및/또는 하류에, 포함하는
    측정 기기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)에 있는 가스와는 다른 가스를 상기 검사 영역(20) 내로 주입하기 위한 적어도 하나의 제 1 플러싱 디바이스(18a, 18b)와, 상기 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)에 있는 가스와는 다른 가스를, 상기 밀폐 용기(30)의 순방향 이동 방향(B)과 관련하여 검사 영역(20)의 상류에서 주입하기 위한 적어도 하나의 제 2 플러싱 디바이스(19a, 19b, 19c)를 포함하는
    측정 기기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(12)의 하류에 연결되는 신호 조건설정 요소(40)를 포함하며,
    상기 신호 조건설정 요소(40)는 상기 검출기(12)에 의해 검출되는 단일 측정 신호 기여분들을 수신하도록, 그리고, 상기 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)에 있는 가스로부터 흡수선을 추출하기 위해 각각의 측정 신호 기여분을 처리하도록, 구성되는
    측정 기기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 신호 조건설정 요소(40)는 신호 처리 서브요소들의 그룹 중 적어도 하나의 신호 처리 서브요소를 포함하고, 상기 신호 처리 서브요소들의 그룹은,
    입력 파라미터의 함수로 획득되는 측정 신호 기여분의 진폭을 식별 및 변화시키기 위한 서브요소(42)와,
    과도하게 왜곡된 측정 신호 기여분을 식별 및 제거하기 위한 서브요소(43)와,
    상부 공간(31)을 통해 레이저 빔에 의해 경주된 광학적 경로의 길이의 함수로 단일 측정 신호 기여분들을 가중하기 위한 서브요소(44)와,
    적어도 하나의 측정 신호 기여분으로부터 외부 가스의 직접 측정치를 감산하도록 구성되는, 밀폐 용기(30) 외부에 존재하는 가스의 기여분을 보상하기 위한 서브요소(45)를 포함하는
    측정 기기.
  8. 상부 공간(31)의 적어도 일부분이 광학적 투명 물질로 제조되는 밀폐 용기(30)의 자동 충전 및/또는 포장 기계(100)에 있어서,
    순방향 이동 경로를 따라 복수의 용기(30)를 순방향으로 이동시키도록 구성되는 이송 수단(130) - 상기 순방향 이동 경로를 따라, 복수의 탭 또는 충전 밸브(115)를 포함하는 상기 용기(30)를 충전하기 위한 제 1 스테이션(110)과, 복수의 밀봉 및/또는 캐핑 헤드(125)를 포함하는 상기 용기(30)를 밀봉 및/또는 캐핑하기 위한 제 2 스테이션(120)이 차례로 배열됨 - 을 포함하며,
    상기 순방향 이동 경로와 관련하여 상기 제 2 밀봉 및/또는 캐핑 스테이션(120)의 하류에, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 측정 기기(10)가 배열되는
    자동 충전 및/또는 포장 기계.
  9. 상부 공간(31)의 적어도 일부분이 광학적 투명 물질로 만들어진 밀폐 용기(30) 내 압력을 측정하기 위한 방법에 있어서,
    검사 영역(20)을 향해 상기 밀폐 용기들 중 일 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)의 적어도 일부분을 이송하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 검사 영역(20)을 향해 밀폐 용기(30)의 상부 공간(310)에 있는 가스의 흡수 파장으로 튜닝가능한 파장의 레이저 빔을 방사하는 단계와,
    검사 영역(20)을 통해 이동한 레이저 빔의 적어도 일부분을 검출하고, 레이저 빔이 검사 영역(20)을 통과함으로써 나타나는 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터를 출력으로 공급하는 단계와,
    검사 영역(20)을 통해 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)의 적어도 일부분의 통과에 대응하는 신호 획득 시간 주기를 결정하는 단계와,
    신호 획득 시간 주기 동안 검출된 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터를 획득하는 단계를 포함하되,
    가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 획득 데이터들 중에서, 압력 측정에 유용한 대표 데이터를 식별하고, 유용한 대표 데이터에 기초하여 압력 측정치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    측정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    압력 측정에 유용한 대표 데이터를 식별하는 단계는,
    신호 획득 시간 주기 동안 획득되는 가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 세기 프로파일의 엔빌롭으로부터 도출되는 곡선의 제 1 최소점(51) 및 제 2 최소점(52)을 검출하는 단계와,
    상기 제 1 최소점(51) 및 제 2 최소점(52) 사이의 거리를 결정하는 단계와,
    상기 제 1 최소점(51) 및 제 2 최소점(52) 사이에 있는, 그리고, 상기 제 1 최소점(52) 및 제 2 최소점(52)의 중앙에 놓인 측정 서브윈도(53)를 형성하는 단계 - 상기 측정 서브윈도(53)는 압력 측정에 유용한 신호 기여분 세트를 형성함 - 를 포함하는
    측정 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    유용한 신호 획득 시간 주기를 결정하는 단계는,
    위치 센서를 통해 검출되는 용기(30)의 위치 데이터의 적어도 한 조각을 수신하고, 수신되는 위치 데이터 중 적어도 한 조각에 기초하여 검사 영역(20) 내 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)의 진입 순간을 연산하는 단계와,
    용기(30)의 순간 순방향 이동 속도 데이터의 복수의 조각들을 수신하고, 수신되는 순간 순방향 이동 속도 데이터의 복수의 조각에 기초하여 검사 영역(20) 내 밀폐 용기(30)의 상부 공간(31)의 진입 순간을 연산하는 단계를 포함하는
    측정 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    검사 영역(20) 내로 진입하는 및/또는 검사 영역(20)을 통과하는 용기(30)에 대해 측정 대상과는 다른 가스가 송풍되는 단계를 포함하는
    측정 방법.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이터의 조각을 출력으로 제공하는 단계는, 대안으로서 또는 조합하여,
    용기(30)의 물질의 함수로 및/또는 측정 가스 대상의 유형의 함수로 검출되는 신호의 진폭을 변화시킴으로써 검출되는 신호의 진폭 변화를 보상하는 단계와,
    검출되는 신호 중 과도하게 왜곡된 신호를 식별 및 제거하는 단계와,
    상부 공간(31)을 통해 레이저 빔에 의해 경주된 광학적 경로의 길이의 함수로 검출되는 신호를 가중하는 단계와,
    용기(30) 부재시 측정 가스 대상의 직접 측정을 수행하고, 검출되는 신호로부터 이러한 직접 측정치를 감산하는 단계를 포함하는
    측정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    과도하게 왜곡된 신호를 식별 및 검출하는 단계는, 대안으로서 또는 조합하여,
    흡수선의 진폭이 진폭 임계치보다 작은지 여부를 체크하는 단계와,
    검출되는 신호의 상승 전단부(rising front)의 각도 계수가 수용가능한 각도 계수 범위를 벗어나는지 여부를 체크하는 단계와,
    검출되는 신호의 상승 전단부와 하강 전단부(descending front) 사이의 비대칭성 존재를 체크하고, 수용가능하다고 고려되는 임계 비대칭성보다 큰 비대칭성을 가진 신호를 제거하는 단계와,
    검출되는 신호의 듀티 사이클의 퍼센티지를 체크하여, 수용가능한 듀티 사이클 퍼센티지 범위를 벗어나는 듀티 사이클의 퍼센티지를 가진 신호를 제거하는 단계를 포함하는
    측정 방법.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력 측정을 결정하는 단계를 포함하며,
    압력 측정 결정은 대안으로서,
    식별되는 유용한 대표 데이터의 가중 평균과,
    WMS 기술로 흡수 분광법을 이용하여 결정되는 흡수 프로파일의 2차 도함수의 최소점들 간의 거리와,
    흡수 프로파일의 2차 도함수로부터 획득되는 흡수 프로파일의 면적
    에 기초하여 이루어지는
    측정 방법.
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