JP3907042B2 - 原料中の夾雑物検出装置およびその検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、原料中に紛れ込んだ種々の異物、すなわち、夾雑物を効率良く検出するための夾雑物検出装置およびその検出方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
収穫物であるたばこ葉は種々の梱包形態にて、たばこ原料工場やシガレット製造工場に搬入される。これら工場にて、たばこ葉の梱包が解かれた後、たばこ葉は品種毎に分離された状態、または、他の品種のたばこ葉と混合された状態で、次の工程に向け、シガレットのための原料として搬送される。
【０００３】
ところで、搬送過程にある原料には、たばこ葉の梱包に使用される包材や紐、または、包装箱の内張を形成する防湿紙の一部が異物として紛れている場合がある。このような異物、すなわち、夾雑物は原料の搬送過程にて除去する必要があり、このためには、原料の搬送中、夾雑物を検出しなければならない。とくに、夾雑物がその燃焼時に有毒ガスを発生する合成樹脂系の材質である場合、このような夾雑物は確実に検出され、そして、除去されなければならない。
【０００４】
従来、夾雑物の検出には、ビデオカメラを使用した検出装置が知られている。この検出装置によれば、ビデオカメラは原料の搬送中、原料を撮影し、この後、検出装置の判定回路は、前記撮影により得られた画像データに基づき、原料中の夾雑物を検出する。より詳しくは、判定回路は、たばこ葉と夾雑物との間の色彩の相違に基づき、原料中の夾雑物を検出する。
【０００５】
上述した検出装置は、検出すべき夾雑物の色彩がたばこ葉の色彩と大きく相違する場合にのみ有効であり、夾雑物の色彩がたばこ葉と同色またはたばこ葉の色彩に近い場合、夾雑物の検出は事実上不可能となる。
さらに、たばこ葉は同一品種であっても、個々のたばこ葉の色彩は一様ではなく、しかも、たばこ葉の色彩はその品質によっても大きく相違する。それゆえ、原料が異なる品種のたばこ葉からなっている場合、とくに、原料中の夾雑物の検出は非常に困難である。
【０００６】
【発明の開示】
本発明の目的は、たばこ葉からなる原料と複数の夾雑物との間の色彩の相違によらず、原料中の夾雑物を正確に検出することができる検出装置および方法を提供することにある。
本発明の検出装置は、移送される原料に向けて検査光を照射する照射機器と、原料から反射された検査光を受け取る受光機器であって、原料と夾雑物との間にてその反射強度にそれぞれ差が生じる検査光の第１〜第３特定波長成分に関し、これら特定波長成分の反射強度を出力する、受光機器と、各特定波長成分にて原料に固有の参照反射強度と受光機器から出力された反射強度とを比較し、この比較結果に基づき、原料中の複数種の夾雑物を検出する判定回路とを備え、この判定回路は、各特定波長成分に関しての前記比較結果を出力する第１ゲート回路、第２ゲート回路及び第３ゲート回路であって、互いに異なる上側閾値及び下側閾値をそれぞれ有する第１〜第３ゲート回路と、第１〜第３ゲート回路がそれぞれ接続されたＯＲ回路とを含む。
【０００７】
本発明における夾雑物の検出原理は、原料および夾雑物に検査光を照射し、そして、これら原料および夾雑物にて反射された検査光の反射率、すなわち、検査光の特定波長成分に関しては、その反射強度が原料と夾雑物との間にて明瞭に相違することに基づく。
したがって、検査光の第１〜第３特定波長成分に関し、原料に固有の参照反射強度と、測定された特定波長成分の反射強度とを比較すれば、原料と夾雑物とが同色であっても、原料中の夾雑物の検出が可能となる。
【０００８】
検査光としては、赤外線やレーザ光を使用することができる。
たとえば、検出装置の照射機器が赤外線を発生する発生源を含む場合、受光機器は、原料からの反射赤外線の各特定波長成分を抽出する抽出手段を含み、抽出された特定波長成分の反射強度を出力する。
具体的には、照射機器は回転可能なポリゴンミラーをさらに含むことができ、このポリゴンミラーは発生源からの赤外線をコンベア上の原料に向けて反射し、原料からの反射赤外線をコンベアの幅方向に走査させる。ポリゴンミラーは、反射赤外線を受光機器に伝達するのが好ましく、この場合、コンパクトな検出装置が提供される。
【０００９】
また、受光機器は、原料の移送幅全域をカバーする撮影視野を有した赤外線カメラを含むことができ、この場合、赤外線カメラは、受取った反射赤外線を複数の分割赤外線に分割する分割手段と、各分割赤外線から第１〜第３特定波長成分を抽出する複数のバンドパスフィルタと、各バンドパスフィルタにより抽出された前記特定波長成分を受け取り、これら特定波長成分の反射強度分布をそれぞれ出力する複数の赤外線ラインスキャナとを有する。
【００１０】
検出装置の照射機器は、検査光の第１〜第３特定波長成分のみを原料に照射することができる。たとえば、照射機器は、検査光としての赤外線を発生する発生源と、この発生源からの赤外線から第１〜第３特定波長成分を抽出する抽出手段とを含み、そして、照射機器は抽出された前記特定波長成分のみをコンベア上の原料に照射する。
【００１１】
検査光として赤外線が使用される場合、赤外線は原料を加熱する。しかしながら、赤外線の特定波長成分のみが原料に照射される場合、原料が受ける熱エネルギは少なく、原料の過熱が防止される。この結果、夾雑物の検出時、原料が乾燥し過ぎることはなく、原料の品質が維持される。
好ましくは、照射機器は、赤外線の発生源を冷却する冷却手段を含む。この場合、照射機器からの熱の放出が低減される。
本発明の検出方法は、上述の検出装置を使用して実施される。
【００１２】
【発明を実施するための最良の形態】
第１図を参照すると、第１実施例の検出装置はコンベア２を備え、コンベア２は原料Ｔを第１図中矢印方向に移送する。原料Ｔは、複数品質のたばこ葉の混合物であり、コンベア２上に薄く分布された状態にある。たとえば、原料Ｔは在来種、バーレー種、オリエント種、そして黄色種の４種類のたばこ葉を含む。
【００１３】
検出装置は赤外線ランプ等の光源４をさらに備え、光源４はポリゴンミラー６に向け、赤外線を出射する。ポリゴンミラー６はコンベア２の上方に配置され、一方向に回転する。ポリゴンミラー６の回転は光源４から出射された赤外線をコンベア２上の原料Ｔに向けて偏向し、そして、偏向された赤外線はコンベア２の幅方向全域を走査する。一方、原料Ｔからの反射赤外線は同じくポリゴンミラー６を介して光源４側に伝達される。
【００１４】
光源４とポリゴンミラー６との間にはハーフミラー８が配置されている。ハーフミラー８は光源４から出射された赤外線をポリゴンミラー６に向けて通過させるが、しかしながら、ポリゴンミラー６からの反射赤外線を所定の方向に偏向させる。
反射赤外線の偏向経路には、ダイクロイックミラー１０，１２がハーフミラー８側から順次配置されている。ダイクロイックミラー１０は反射赤外線の一部を第１反射赤外線として偏向させ、その残りをダイクロイックミラー１２に向けて通過させる。ダイクロイックミラー１２はダイクロイックミラー１０を通過した反射赤外線の一部を第２反射赤外線として偏向させ、その残りを第３反射赤外線として通過させる。
【００１５】
第１〜第３反射赤外線は第１〜第３バンドパスフィルタ１４，１６，１８を通過した後、第１〜第３赤外線検出器２０，２２，２４にそれぞれ供給される。第１〜第３バンドパスフィルタ１４，１６，１８は、反射赤外線中から特定波長の成分のみを通過させ、対応する赤外線検出器に供給する。第１〜第３赤外線検出器２０〜２４は対応した波長成分のレベル、すなわち、反射強度を電気信号に変換し、これら電気信号を第１〜第３検出信号Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3として判定回路２６に供給する。
【００１６】
ここで、第１〜第３バンドパスフィルタ１４，１６，１８は反射赤外線中から第１〜第３波長成分をそれぞれ抽出し、これら波長成分の波長は、原料Ｔと夾雑物との識別に有効となるべく選択されている。具体的には、第１〜第３波長成分の波長は１２００nm、１７００nm，１９４０nmである。
上述した第１〜第３波長成分の選択理由は以下のとおりである。
【００１７】
第２図中、実線Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4は、在来種、バーレー種、オリエント種、黄色種から反射された赤外線スペクトルの反射特性を示す。
一方、第２図中、破線、１点鎖線および２点鎖線のＡ，Ｂ，Ｃは、各種の夾雑物から反射された赤外線スペクトルの反射特性を示す。具体的には、Ａ，Ｂ，そして、Ｃの反射特性は、たばこ葉の梱包に使用される包材や紐等の材料である合成樹脂材、包装箱を形成するウレタンフォーム、包装箱の内張に使用される防湿紙からそれぞれ得られる。なお、第２図中、３点鎖線のＤの反射特性はコンベア２のベルトを形成する黒色の合成ゴムから得られる。
【００１８】
第２図から明らかなように反射特性Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4は、たばこ葉の色彩の相違に起因し、多少の差異を有する。しかしながら、反射特性Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4は同様な傾向を示す。
第１波長成分（１２００nm）に着目した場合、合成樹脂材の反射特性Ａ（破線）とたばこ葉の反射特性Ｔ1〜Ｔ3とを明瞭に区別するのは困難である。しかしながら、第３波長成分に着目した場合、反射特性Ａはたばこ葉の反射特性Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4の何れとも明瞭に区別可能である。
【００１９】
一方、ウレタンフォームや防湿紙の反射特性Ｂ，Ｃは、第３波長成分でみたとき、たばこ葉の反射特性Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4のそれぞれと明瞭に区別することはできないが、しかしながら、第１波長成分または第２波長成分にて、反射特性Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4の何れとも区別可能である。
したがって、第２図は、第１〜第３波長成分での原料Ｔの反射特性（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4）の反射率を包含する領域、すなわち、反射強度域Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3と、第１〜第３波長成分の反射強度とが比較されれば、原料Ｔ中の夾雑物の検出が可能であることを示している。
【００２０】
それゆえ、第３図に示されているように判定回路２６は、第１〜第３ゲート回路２８，３０，３２を備えている。これらゲート回路２８，３０，３２は入力端子にて、前述した第１〜第３検出信号Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3をそれぞれ受け取り、そして、これらゲート回路の出力端子はＯＲ回路３４にそれぞれ接続されている。第１〜第３ゲート回路２８，３０，３２は上限値および下限値をそれぞれ有し、これら上限値及び下限値は、対応する反射強度域Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3の両端レベルに対応した閾値を示す。
【００２１】
１つのゲート回路に供給された検出信号Ｓがそのゲート回路の上限値と下限値との間にて規定される許容域から外れている場合、そのゲート回路はＯＲ回路３４にオン信号を出力し、そして、ＯＲ回路３４は排除信号を出力する。
ここで、前述の説明から既に明らかなように第１ゲート回路２８からのオン信号を受けてＯＲ回路３４が排除信号を出力する場合、その排除信号は、原料Ｔ中に反射特性ＢまたはＣの夾雑物が存在することを示す。また同様に、第２ゲート回路３０または第３ゲート回路３２からのオン信号を受けてＯＲ回路３４が排除信号を出力する場合、その排除信号は、原料Ｔ中に反射特性Ａ，Ｂ、またはＣの夾雑物が存在することを示す。
【００２２】
ＯＲ回路３４からの排除信号は排除装置（図示しない）に供給される。この排除装置は、ポリゴンミラー６よりも下流の原料Ｔの移送経路に配置され、夾雑物を含む原料Ｔが到達したとき、コンベア２の幅方向全域に亘る原料Ｔをその検出した夾雑物ともに移送経路外に排除する。
前述した判定回路２６は原料Ｔ中の夾雑物の検出のみならず、コンベア２の幅方向に関し、検出した夾雑物の位置をも特定することができる。より詳しくは、判定回路２６にて夾雑物が検出されたとき、前述したポリゴンミラー６による赤外線の偏向角に基づきコンベア２上の赤外線の走査位置、すなわち、夾雑物の位置が特定される。この場合、排除装置は、コンベア２の幅方向に関し、夾雑物周辺の原料Ｔをその夾雑物とともに排除でき、この結果、原料Ｔの排除量が低減される。
【００２３】
前述した第１実施例の検出装置の場合、原料Ｔへの赤外線の伝達と原料Ｔからの反射赤外線の伝達と同一の経路が使用されているので、コンパクトな検出装置が提供される。
つぎに、第４図および第５図は第２実施例の検出装置および検出方法を示す。
第２実施例の検出装置は、コンベア２の上方に赤外線カメラ３６を備え、赤外線カメラ３６はコンベア２の全幅をカバーする撮影視野を有し、その内部構成は第５図に具体的に示されている。赤外線カメラ３６はカメラレンズ３８を有する。カメラレンズ３８はコンベア２上の原料Ｔからの反射赤外線を集光し、この反射赤外線をダイクロイックミラー４２に入射させる。
【００２４】
ダイクロイックミラー４２は、カメラレンズ３８からの反射赤外線の一部を通過させて第１バンドパスフィルタ１４に向け、一方、残りをダイクロイックミラー４４に向けて偏向させる。さらに、ダイクロイックミラー４４はダイクロイックミラー４２からの反射赤外線の一部を通過させて第２バンドパスフィルタ１６に向け、一方、残りを第３バンドパスフィルタ１８に向けて偏向させる。
前述したように第１〜第３バンドパスフィルタ１４〜１８は、反射赤外線から第１〜第３波長成分をそれぞれ抽出し、そして、抽出された波長成分は第１〜第３赤外線ラインスキャナ５０，５２，５４にそれぞれ集光レンズ５１を介して入射される。
【００２５】
第１〜第３赤外線ラインスキャナ５０〜５４はＣＣＤアレイを含み、ＣＣＤアレイは入射された波長成分の反射強度を電気信号に変換し、この電気信号を検出信号Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3として出力する。ここで、検出信号Ｓはコンベア２の幅方向に関し、その赤外線スペクトルの反射強度分布を示す。
各赤外線ラインスキャナ５０〜５４からの検出信号は前述した判定回路２６と同様な機能を有する判定回路５６に供給される。判定回路５６は、原料Ｔ中の夾雑物を検出すると同時に、コンベア２の幅方向に関する夾雑物の検出位置をも特定し、その位置信号を出力する。したがって、第２実施例の検出装置および検出方法もまた、第１実施例の検出装置および検出方法と同様に、原料Ｔ中の種々の夾雑物を正確に検出することができる。
【００２６】
つぎに、第６〜第８図は第３実施例の検出装置および検出方法を示す。
第３実施例の検出装置はハウジング６０を備え、ハウジング６０は赤外線発生源６２を収容している。赤外線発生源６２はたとえばハロゲンランプ、ナトリウムランプ、或いは赤外線ヒータを含むことができる。
赤外線発生源６２から発生された赤外線は、第１〜第３バンドパスフィルタ６４，６６，６８を通過し、対応した光ファイバ７０にそれぞれ出射される。ここで、第１〜第３バンドパスフィルタ６４，６６，６８は、赤外線中、前述した第１〜第３波長成分のそれぞれのみを受け取ることができ、そして、受取った波長成分を対応する光ファイバ７０に導く。
【００２７】
各光ファイバ７０はジョイント７２に光学的に接続され、このジョイント７２からは２本の光ファイバ７４が延びている。したがって、光ファイバ７４には、赤外線発生源６２から発生された赤外線中、３つの特定の波長成分のみが導かれる。光ファイバ７４はハウジング６０からコンベア２に向けて延び、そして、ライン照明器７６にそれぞれ光学的に接続されている。
【００２８】
ライン照明器７６はコンベア２の上方に配置され、コンベア２の横断方向に延びるとともに、コンベア２の走行方向に離間している。したがって、ライン照明器７６は、コンベア２上の原料Ｔに赤外線の３つの波長成分のみを一様に照射し、そして、原料Ｔは３つの波長成分を反射する。ここで、第７図に示されるように、２つのライン照明器７６の照射ラインは同一であるのが好ましい。
【００２９】
さらに、ハウジング６０内には冷却ファン７８が配置されている。冷却ファン７８が回転されると、冷却ファン７８はハウジング６０内に赤外線発生源６２の周囲を通過する外気の流れを発生し、このような外気は赤外線発生源６２を冷却する。
第７図に示されるように、コンベア２の上方には赤外線カメラ８０が配置されている。赤外線カメラ８０は、原料Ｔから反射された赤外線、すなわち、赤外線の第１〜第３波長成分を受け取り、そして、これら第１〜第３波長成分の反射強度に基づき、原料Ｔ中の夾雑物を検出し、そして、その夾雑物の位置を特定する。
【００３０】
第８図に示されるように、赤外線カメラ８０は前述した赤外線カメラ３６と同様な構成を有するが、第８図は、赤外線カメラ８０の判定回路５６をより具体的に示している。
判定回路５６は第１〜第３比較器８２，８４，８６を有し、これら比較器は対応する赤外線ラインスキャナからの検出信号Ｓを受け取り、受取った検出信号をその閾値と比較する。
【００３１】
具体的には、第１比較器８２は、第１波長成分の反射強度に関し、夾雑物Ｂとたばこ葉Ｔ4との間の中間の反射強度、すなわち、前述した反射強度域Ｒ1（第２図参照）の下限値に相当する第１閾値を有する。第１検出信号Ｓ1が第１閾値よりも小さいとき、比較器８２はＯＲ回路８８を介して排除信号を出力する。この場合に出力される排除信号は、検出した夾雑物がＢまたはＣであることを示す。
【００３２】
一方、第２比較器８４は、第２波長成分の反射強度に関し、たばこ葉Ｔ1を示すレベルの第２閾値を有する。第２検出信号Ｓ2が第２閾値よりも大であるとき、第２比較器８４はＯＲ回路８８を介して排除信号を出力する。この場合に出力される排除信号は、検出した夾雑物がＡであることを示す。
さらに、第３比較器８６は、第３波長成分の反射強度に関し、たばこ葉Ｔ4を示すレベルの第３閾値を有する。第３検出信号Ｓ3が第３閾値よりも小であるとき、第３比較器８６はＯＲ回路５２を介して排除信号を出力し、この場合に出力される排除信号は、検出した夾雑物がＢまたはＣであることを示す。
【００３３】
したがって、第３実施例の検出装置および検出方法は、前述した第１および第２実施例の場合と同様に、原料Ｔ中の種々の夾雑物を正確に検出できるのは勿論のこと、原料Ｔの熱劣化を防止することができる。すなわち、第３実施例の場合、原料Ｔには、赤外線の第１〜第３波長成分のみが照射されるだけであるので、原料Ｔが過熱されることない。したがって、たばこ葉が乾燥し過ぎたり、また、たばこ葉の喫味が悪化することもない。
【００３４】
第３実施例の検査装置は、原料Ｔに対し、赤外線の第１〜第３波長成分をそれぞれ独立して照射するライン照明器と、各ライン照明器とそれぞれ組をなす赤外線カメラを備えることもでき、ライン照明器はコンベアの走行方向に互いに離間した配置される。この場合、各赤外線カメラは、反射赤外線から特定の波長成分を抽出する機能を必要としない。
【００３５】
第９図は、第４実施例の検出装置および検出方法を示す。
第４実施例の検出装置は、第１〜第３レーザ投光器９０，９２，９４を備えている。これらレーザ投光器は互いに波長の異なる第１〜第３レーザ光λ1，λ2，λ3をそれぞれ出射する。第１レーザ投光器９０からの第１レーザ光λ1はハーフミラー９６，９８を通過した後、全反射ミラー１００にてレーザライン発生器１０２に向けて反射される。レーザライン発生器１０２は第１レーザ光λ1をコンベア２上の原料Ｔに照射される。
【００３６】
第２および第３レーザ投光器９２，９４からの第１および第２レーザ光λ2，λ3は、対応するハーフミラー、そして、全反射ミラー１００により反射され、そして、レーザライン発生器１０２からコンベア２上の原料Ｔに第１レーザ光λ1とともに照射される。
ここで、第１〜第レーザ光λ1，λ2，λ3が前述した赤外線中の第１〜第３波長成分と同様に、その反射強度に関して、原料Ｔと種々の夾雑物との間に明確な差が生じる波長の中から選択されていることは言うまでもない。そして、第４実施例の検出装置の場合にも、原料Ｔ中の夾雑物は、第２ないし第３実施例の判定方式と同様な方式により、レーザ光の反射強度に基づいて検出される。
【００３７】
第４実施例の検出装置は、光ファイバ１４，１８の代わりに、ミラーやレンズからなる光伝達経路を使用することもできる。
【００３８】
また、夾雑物の検出に使用される赤外線の波長成分は、前述した波長、すなわち、１２００nm，１７００nm，１９４０nmに特定されることはなく、原料と夾雑物との間にて、その反射強度に明瞭な差が発生する波長成分であれば、任意の波長成分を使用可能である。
さらに、原料中にＡ〜Ｃ以外の夾雑物が含まれる状況にあっては、これら夾雑物を検出する上で好適した波長成分が使用される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、夾雑物の検出方法を実行する第１実施例の検出装置を示した概略構成図、
第２図は、原料および種々の夾雑物から得られる赤外線スペクトルの反射特性を示したグラフ、
第３図は、第１図の判定回路を具体的に示したブロック構成図、
第４図は、第２実施例の検出装置に使用される赤外線カメラの配置を示した図、
第５図は、第４図の赤外線カメラの構成を示した概略図、
第６図は、第３実施例の検出装置の一部を示した図、
第７図は、第６図の検出装置に使用されるライン照明器および赤外線カメラの配置を示した図、
第８図は、図７の赤外線カメラの構成を示した図、
第９図は、第４実施例の検出装置の一部を示した図である。
【技術分野】
本発明は、原料中に紛れ込んだ種々の異物、すなわち、夾雑物を効率良く検出するための夾雑物検出装置およびその検出方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
収穫物であるたばこ葉は種々の梱包形態にて、たばこ原料工場やシガレット製造工場に搬入される。これら工場にて、たばこ葉の梱包が解かれた後、たばこ葉は品種毎に分離された状態、または、他の品種のたばこ葉と混合された状態で、次の工程に向け、シガレットのための原料として搬送される。
【０００３】
ところで、搬送過程にある原料には、たばこ葉の梱包に使用される包材や紐、または、包装箱の内張を形成する防湿紙の一部が異物として紛れている場合がある。このような異物、すなわち、夾雑物は原料の搬送過程にて除去する必要があり、このためには、原料の搬送中、夾雑物を検出しなければならない。とくに、夾雑物がその燃焼時に有毒ガスを発生する合成樹脂系の材質である場合、このような夾雑物は確実に検出され、そして、除去されなければならない。
【０００４】
従来、夾雑物の検出には、ビデオカメラを使用した検出装置が知られている。この検出装置によれば、ビデオカメラは原料の搬送中、原料を撮影し、この後、検出装置の判定回路は、前記撮影により得られた画像データに基づき、原料中の夾雑物を検出する。より詳しくは、判定回路は、たばこ葉と夾雑物との間の色彩の相違に基づき、原料中の夾雑物を検出する。
【０００５】
上述した検出装置は、検出すべき夾雑物の色彩がたばこ葉の色彩と大きく相違する場合にのみ有効であり、夾雑物の色彩がたばこ葉と同色またはたばこ葉の色彩に近い場合、夾雑物の検出は事実上不可能となる。
さらに、たばこ葉は同一品種であっても、個々のたばこ葉の色彩は一様ではなく、しかも、たばこ葉の色彩はその品質によっても大きく相違する。それゆえ、原料が異なる品種のたばこ葉からなっている場合、とくに、原料中の夾雑物の検出は非常に困難である。
【０００６】
【発明の開示】
本発明の目的は、たばこ葉からなる原料と複数の夾雑物との間の色彩の相違によらず、原料中の夾雑物を正確に検出することができる検出装置および方法を提供することにある。
本発明の検出装置は、移送される原料に向けて検査光を照射する照射機器と、原料から反射された検査光を受け取る受光機器であって、原料と夾雑物との間にてその反射強度にそれぞれ差が生じる検査光の第１〜第３特定波長成分に関し、これら特定波長成分の反射強度を出力する、受光機器と、各特定波長成分にて原料に固有の参照反射強度と受光機器から出力された反射強度とを比較し、この比較結果に基づき、原料中の複数種の夾雑物を検出する判定回路とを備え、この判定回路は、各特定波長成分に関しての前記比較結果を出力する第１ゲート回路、第２ゲート回路及び第３ゲート回路であって、互いに異なる上側閾値及び下側閾値をそれぞれ有する第１〜第３ゲート回路と、第１〜第３ゲート回路がそれぞれ接続されたＯＲ回路とを含む。
【０００７】
本発明における夾雑物の検出原理は、原料および夾雑物に検査光を照射し、そして、これら原料および夾雑物にて反射された検査光の反射率、すなわち、検査光の特定波長成分に関しては、その反射強度が原料と夾雑物との間にて明瞭に相違することに基づく。
したがって、検査光の第１〜第３特定波長成分に関し、原料に固有の参照反射強度と、測定された特定波長成分の反射強度とを比較すれば、原料と夾雑物とが同色であっても、原料中の夾雑物の検出が可能となる。
【０００８】
検査光としては、赤外線やレーザ光を使用することができる。
たとえば、検出装置の照射機器が赤外線を発生する発生源を含む場合、受光機器は、原料からの反射赤外線の各特定波長成分を抽出する抽出手段を含み、抽出された特定波長成分の反射強度を出力する。
具体的には、照射機器は回転可能なポリゴンミラーをさらに含むことができ、このポリゴンミラーは発生源からの赤外線をコンベア上の原料に向けて反射し、原料からの反射赤外線をコンベアの幅方向に走査させる。ポリゴンミラーは、反射赤外線を受光機器に伝達するのが好ましく、この場合、コンパクトな検出装置が提供される。
【０００９】
また、受光機器は、原料の移送幅全域をカバーする撮影視野を有した赤外線カメラを含むことができ、この場合、赤外線カメラは、受取った反射赤外線を複数の分割赤外線に分割する分割手段と、各分割赤外線から第１〜第３特定波長成分を抽出する複数のバンドパスフィルタと、各バンドパスフィルタにより抽出された前記特定波長成分を受け取り、これら特定波長成分の反射強度分布をそれぞれ出力する複数の赤外線ラインスキャナとを有する。
【００１０】
検出装置の照射機器は、検査光の第１〜第３特定波長成分のみを原料に照射することができる。たとえば、照射機器は、検査光としての赤外線を発生する発生源と、この発生源からの赤外線から第１〜第３特定波長成分を抽出する抽出手段とを含み、そして、照射機器は抽出された前記特定波長成分のみをコンベア上の原料に照射する。
【００１１】
検査光として赤外線が使用される場合、赤外線は原料を加熱する。しかしながら、赤外線の特定波長成分のみが原料に照射される場合、原料が受ける熱エネルギは少なく、原料の過熱が防止される。この結果、夾雑物の検出時、原料が乾燥し過ぎることはなく、原料の品質が維持される。
好ましくは、照射機器は、赤外線の発生源を冷却する冷却手段を含む。この場合、照射機器からの熱の放出が低減される。
本発明の検出方法は、上述の検出装置を使用して実施される。
【００１２】
【発明を実施するための最良の形態】
第１図を参照すると、第１実施例の検出装置はコンベア２を備え、コンベア２は原料Ｔを第１図中矢印方向に移送する。原料Ｔは、複数品質のたばこ葉の混合物であり、コンベア２上に薄く分布された状態にある。たとえば、原料Ｔは在来種、バーレー種、オリエント種、そして黄色種の４種類のたばこ葉を含む。
【００１３】
検出装置は赤外線ランプ等の光源４をさらに備え、光源４はポリゴンミラー６に向け、赤外線を出射する。ポリゴンミラー６はコンベア２の上方に配置され、一方向に回転する。ポリゴンミラー６の回転は光源４から出射された赤外線をコンベア２上の原料Ｔに向けて偏向し、そして、偏向された赤外線はコンベア２の幅方向全域を走査する。一方、原料Ｔからの反射赤外線は同じくポリゴンミラー６を介して光源４側に伝達される。
【００１４】
光源４とポリゴンミラー６との間にはハーフミラー８が配置されている。ハーフミラー８は光源４から出射された赤外線をポリゴンミラー６に向けて通過させるが、しかしながら、ポリゴンミラー６からの反射赤外線を所定の方向に偏向させる。
反射赤外線の偏向経路には、ダイクロイックミラー１０，１２がハーフミラー８側から順次配置されている。ダイクロイックミラー１０は反射赤外線の一部を第１反射赤外線として偏向させ、その残りをダイクロイックミラー１２に向けて通過させる。ダイクロイックミラー１２はダイクロイックミラー１０を通過した反射赤外線の一部を第２反射赤外線として偏向させ、その残りを第３反射赤外線として通過させる。
【００１５】
第１〜第３反射赤外線は第１〜第３バンドパスフィルタ１４，１６，１８を通過した後、第１〜第３赤外線検出器２０，２２，２４にそれぞれ供給される。第１〜第３バンドパスフィルタ１４，１６，１８は、反射赤外線中から特定波長の成分のみを通過させ、対応する赤外線検出器に供給する。第１〜第３赤外線検出器２０〜２４は対応した波長成分のレベル、すなわち、反射強度を電気信号に変換し、これら電気信号を第１〜第３検出信号Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3として判定回路２６に供給する。
【００１６】
ここで、第１〜第３バンドパスフィルタ１４，１６，１８は反射赤外線中から第１〜第３波長成分をそれぞれ抽出し、これら波長成分の波長は、原料Ｔと夾雑物との識別に有効となるべく選択されている。具体的には、第１〜第３波長成分の波長は１２００nm、１７００nm，１９４０nmである。
上述した第１〜第３波長成分の選択理由は以下のとおりである。
【００１７】
第２図中、実線Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4は、在来種、バーレー種、オリエント種、黄色種から反射された赤外線スペクトルの反射特性を示す。
一方、第２図中、破線、１点鎖線および２点鎖線のＡ，Ｂ，Ｃは、各種の夾雑物から反射された赤外線スペクトルの反射特性を示す。具体的には、Ａ，Ｂ，そして、Ｃの反射特性は、たばこ葉の梱包に使用される包材や紐等の材料である合成樹脂材、包装箱を形成するウレタンフォーム、包装箱の内張に使用される防湿紙からそれぞれ得られる。なお、第２図中、３点鎖線のＤの反射特性はコンベア２のベルトを形成する黒色の合成ゴムから得られる。
【００１８】
第２図から明らかなように反射特性Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4は、たばこ葉の色彩の相違に起因し、多少の差異を有する。しかしながら、反射特性Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4は同様な傾向を示す。
第１波長成分（１２００nm）に着目した場合、合成樹脂材の反射特性Ａ（破線）とたばこ葉の反射特性Ｔ1〜Ｔ3とを明瞭に区別するのは困難である。しかしながら、第３波長成分に着目した場合、反射特性Ａはたばこ葉の反射特性Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4の何れとも明瞭に区別可能である。
【００１９】
一方、ウレタンフォームや防湿紙の反射特性Ｂ，Ｃは、第３波長成分でみたとき、たばこ葉の反射特性Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4のそれぞれと明瞭に区別することはできないが、しかしながら、第１波長成分または第２波長成分にて、反射特性Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4の何れとも区別可能である。
したがって、第２図は、第１〜第３波長成分での原料Ｔの反射特性（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4）の反射率を包含する領域、すなわち、反射強度域Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3と、第１〜第３波長成分の反射強度とが比較されれば、原料Ｔ中の夾雑物の検出が可能であることを示している。
【００２０】
それゆえ、第３図に示されているように判定回路２６は、第１〜第３ゲート回路２８，３０，３２を備えている。これらゲート回路２８，３０，３２は入力端子にて、前述した第１〜第３検出信号Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3をそれぞれ受け取り、そして、これらゲート回路の出力端子はＯＲ回路３４にそれぞれ接続されている。第１〜第３ゲート回路２８，３０，３２は上限値および下限値をそれぞれ有し、これら上限値及び下限値は、対応する反射強度域Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3の両端レベルに対応した閾値を示す。
【００２１】
１つのゲート回路に供給された検出信号Ｓがそのゲート回路の上限値と下限値との間にて規定される許容域から外れている場合、そのゲート回路はＯＲ回路３４にオン信号を出力し、そして、ＯＲ回路３４は排除信号を出力する。
ここで、前述の説明から既に明らかなように第１ゲート回路２８からのオン信号を受けてＯＲ回路３４が排除信号を出力する場合、その排除信号は、原料Ｔ中に反射特性ＢまたはＣの夾雑物が存在することを示す。また同様に、第２ゲート回路３０または第３ゲート回路３２からのオン信号を受けてＯＲ回路３４が排除信号を出力する場合、その排除信号は、原料Ｔ中に反射特性Ａ，Ｂ、またはＣの夾雑物が存在することを示す。
【００２２】
ＯＲ回路３４からの排除信号は排除装置（図示しない）に供給される。この排除装置は、ポリゴンミラー６よりも下流の原料Ｔの移送経路に配置され、夾雑物を含む原料Ｔが到達したとき、コンベア２の幅方向全域に亘る原料Ｔをその検出した夾雑物ともに移送経路外に排除する。
前述した判定回路２６は原料Ｔ中の夾雑物の検出のみならず、コンベア２の幅方向に関し、検出した夾雑物の位置をも特定することができる。より詳しくは、判定回路２６にて夾雑物が検出されたとき、前述したポリゴンミラー６による赤外線の偏向角に基づきコンベア２上の赤外線の走査位置、すなわち、夾雑物の位置が特定される。この場合、排除装置は、コンベア２の幅方向に関し、夾雑物周辺の原料Ｔをその夾雑物とともに排除でき、この結果、原料Ｔの排除量が低減される。
【００２３】
前述した第１実施例の検出装置の場合、原料Ｔへの赤外線の伝達と原料Ｔからの反射赤外線の伝達と同一の経路が使用されているので、コンパクトな検出装置が提供される。
つぎに、第４図および第５図は第２実施例の検出装置および検出方法を示す。
第２実施例の検出装置は、コンベア２の上方に赤外線カメラ３６を備え、赤外線カメラ３６はコンベア２の全幅をカバーする撮影視野を有し、その内部構成は第５図に具体的に示されている。赤外線カメラ３６はカメラレンズ３８を有する。カメラレンズ３８はコンベア２上の原料Ｔからの反射赤外線を集光し、この反射赤外線をダイクロイックミラー４２に入射させる。
【００２４】
ダイクロイックミラー４２は、カメラレンズ３８からの反射赤外線の一部を通過させて第１バンドパスフィルタ１４に向け、一方、残りをダイクロイックミラー４４に向けて偏向させる。さらに、ダイクロイックミラー４４はダイクロイックミラー４２からの反射赤外線の一部を通過させて第２バンドパスフィルタ１６に向け、一方、残りを第３バンドパスフィルタ１８に向けて偏向させる。
前述したように第１〜第３バンドパスフィルタ１４〜１８は、反射赤外線から第１〜第３波長成分をそれぞれ抽出し、そして、抽出された波長成分は第１〜第３赤外線ラインスキャナ５０，５２，５４にそれぞれ集光レンズ５１を介して入射される。
【００２５】
第１〜第３赤外線ラインスキャナ５０〜５４はＣＣＤアレイを含み、ＣＣＤアレイは入射された波長成分の反射強度を電気信号に変換し、この電気信号を検出信号Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3として出力する。ここで、検出信号Ｓはコンベア２の幅方向に関し、その赤外線スペクトルの反射強度分布を示す。
各赤外線ラインスキャナ５０〜５４からの検出信号は前述した判定回路２６と同様な機能を有する判定回路５６に供給される。判定回路５６は、原料Ｔ中の夾雑物を検出すると同時に、コンベア２の幅方向に関する夾雑物の検出位置をも特定し、その位置信号を出力する。したがって、第２実施例の検出装置および検出方法もまた、第１実施例の検出装置および検出方法と同様に、原料Ｔ中の種々の夾雑物を正確に検出することができる。
【００２６】
つぎに、第６〜第８図は第３実施例の検出装置および検出方法を示す。
第３実施例の検出装置はハウジング６０を備え、ハウジング６０は赤外線発生源６２を収容している。赤外線発生源６２はたとえばハロゲンランプ、ナトリウムランプ、或いは赤外線ヒータを含むことができる。
赤外線発生源６２から発生された赤外線は、第１〜第３バンドパスフィルタ６４，６６，６８を通過し、対応した光ファイバ７０にそれぞれ出射される。ここで、第１〜第３バンドパスフィルタ６４，６６，６８は、赤外線中、前述した第１〜第３波長成分のそれぞれのみを受け取ることができ、そして、受取った波長成分を対応する光ファイバ７０に導く。
【００２７】
各光ファイバ７０はジョイント７２に光学的に接続され、このジョイント７２からは２本の光ファイバ７４が延びている。したがって、光ファイバ７４には、赤外線発生源６２から発生された赤外線中、３つの特定の波長成分のみが導かれる。光ファイバ７４はハウジング６０からコンベア２に向けて延び、そして、ライン照明器７６にそれぞれ光学的に接続されている。
【００２８】
ライン照明器７６はコンベア２の上方に配置され、コンベア２の横断方向に延びるとともに、コンベア２の走行方向に離間している。したがって、ライン照明器７６は、コンベア２上の原料Ｔに赤外線の３つの波長成分のみを一様に照射し、そして、原料Ｔは３つの波長成分を反射する。ここで、第７図に示されるように、２つのライン照明器７６の照射ラインは同一であるのが好ましい。
【００２９】
さらに、ハウジング６０内には冷却ファン７８が配置されている。冷却ファン７８が回転されると、冷却ファン７８はハウジング６０内に赤外線発生源６２の周囲を通過する外気の流れを発生し、このような外気は赤外線発生源６２を冷却する。
第７図に示されるように、コンベア２の上方には赤外線カメラ８０が配置されている。赤外線カメラ８０は、原料Ｔから反射された赤外線、すなわち、赤外線の第１〜第３波長成分を受け取り、そして、これら第１〜第３波長成分の反射強度に基づき、原料Ｔ中の夾雑物を検出し、そして、その夾雑物の位置を特定する。
【００３０】
第８図に示されるように、赤外線カメラ８０は前述した赤外線カメラ３６と同様な構成を有するが、第８図は、赤外線カメラ８０の判定回路５６をより具体的に示している。
判定回路５６は第１〜第３比較器８２，８４，８６を有し、これら比較器は対応する赤外線ラインスキャナからの検出信号Ｓを受け取り、受取った検出信号をその閾値と比較する。
【００３１】
具体的には、第１比較器８２は、第１波長成分の反射強度に関し、夾雑物Ｂとたばこ葉Ｔ4との間の中間の反射強度、すなわち、前述した反射強度域Ｒ1（第２図参照）の下限値に相当する第１閾値を有する。第１検出信号Ｓ1が第１閾値よりも小さいとき、比較器８２はＯＲ回路８８を介して排除信号を出力する。この場合に出力される排除信号は、検出した夾雑物がＢまたはＣであることを示す。
【００３２】
一方、第２比較器８４は、第２波長成分の反射強度に関し、たばこ葉Ｔ1を示すレベルの第２閾値を有する。第２検出信号Ｓ2が第２閾値よりも大であるとき、第２比較器８４はＯＲ回路８８を介して排除信号を出力する。この場合に出力される排除信号は、検出した夾雑物がＡであることを示す。
さらに、第３比較器８６は、第３波長成分の反射強度に関し、たばこ葉Ｔ4を示すレベルの第３閾値を有する。第３検出信号Ｓ3が第３閾値よりも小であるとき、第３比較器８６はＯＲ回路５２を介して排除信号を出力し、この場合に出力される排除信号は、検出した夾雑物がＢまたはＣであることを示す。
【００３３】
したがって、第３実施例の検出装置および検出方法は、前述した第１および第２実施例の場合と同様に、原料Ｔ中の種々の夾雑物を正確に検出できるのは勿論のこと、原料Ｔの熱劣化を防止することができる。すなわち、第３実施例の場合、原料Ｔには、赤外線の第１〜第３波長成分のみが照射されるだけであるので、原料Ｔが過熱されることない。したがって、たばこ葉が乾燥し過ぎたり、また、たばこ葉の喫味が悪化することもない。
【００３４】
第３実施例の検査装置は、原料Ｔに対し、赤外線の第１〜第３波長成分をそれぞれ独立して照射するライン照明器と、各ライン照明器とそれぞれ組をなす赤外線カメラを備えることもでき、ライン照明器はコンベアの走行方向に互いに離間した配置される。この場合、各赤外線カメラは、反射赤外線から特定の波長成分を抽出する機能を必要としない。
【００３５】
第９図は、第４実施例の検出装置および検出方法を示す。
第４実施例の検出装置は、第１〜第３レーザ投光器９０，９２，９４を備えている。これらレーザ投光器は互いに波長の異なる第１〜第３レーザ光λ1，λ2，λ3をそれぞれ出射する。第１レーザ投光器９０からの第１レーザ光λ1はハーフミラー９６，９８を通過した後、全反射ミラー１００にてレーザライン発生器１０２に向けて反射される。レーザライン発生器１０２は第１レーザ光λ1をコンベア２上の原料Ｔに照射される。
【００３６】
第２および第３レーザ投光器９２，９４からの第１および第２レーザ光λ2，λ3は、対応するハーフミラー、そして、全反射ミラー１００により反射され、そして、レーザライン発生器１０２からコンベア２上の原料Ｔに第１レーザ光λ1とともに照射される。
ここで、第１〜第レーザ光λ1，λ2，λ3が前述した赤外線中の第１〜第３波長成分と同様に、その反射強度に関して、原料Ｔと種々の夾雑物との間に明確な差が生じる波長の中から選択されていることは言うまでもない。そして、第４実施例の検出装置の場合にも、原料Ｔ中の夾雑物は、第２ないし第３実施例の判定方式と同様な方式により、レーザ光の反射強度に基づいて検出される。
【００３７】
第４実施例の検出装置は、光ファイバ１４，１８の代わりに、ミラーやレンズからなる光伝達経路を使用することもできる。
【００３８】
また、夾雑物の検出に使用される赤外線の波長成分は、前述した波長、すなわち、１２００nm，１７００nm，１９４０nmに特定されることはなく、原料と夾雑物との間にて、その反射強度に明瞭な差が発生する波長成分であれば、任意の波長成分を使用可能である。
さらに、原料中にＡ〜Ｃ以外の夾雑物が含まれる状況にあっては、これら夾雑物を検出する上で好適した波長成分が使用される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、夾雑物の検出方法を実行する第１実施例の検出装置を示した概略構成図、
第２図は、原料および種々の夾雑物から得られる赤外線スペクトルの反射特性を示したグラフ、
第３図は、第１図の判定回路を具体的に示したブロック構成図、
第４図は、第２実施例の検出装置に使用される赤外線カメラの配置を示した図、
第５図は、第４図の赤外線カメラの構成を示した概略図、
第６図は、第３実施例の検出装置の一部を示した図、
第７図は、第６図の検出装置に使用されるライン照明器および赤外線カメラの配置を示した図、
第８図は、図７の赤外線カメラの構成を示した図、
第９図は、第４実施例の検出装置の一部を示した図である。
Claims (13)
- たばこ葉からなる原料中の複数種の夾雑物を検出する検出装置において、
コンベア上を移送される原料に向けて検査光を照射する照射機器と、
前記原料から反射された検査光を受け取る受光機器であって、前記原料と前記夾雑物との間にてその反射強度に差が生じる前記検査光の第１〜第３特定波長成分に関し、これら特定波長成分の反射強度を出力する、受光機器と、
前記各特定波長成分にて前記原料に固有の参照反射強度と前記受光機器から出力された前記反射強度とを比較し、この比較結果に基づき、前記原料中の複数種の夾雑物を検出する判定回路と
を具備し、
前記判定回路は、
前記各特定波長成分に関しての前記比較結果を出力する第１ゲート回路、第２ゲート回路及び第３ゲート回路であって、互いに異なる上側閾値及び下側閾値をそれぞれ有する第１〜第３ゲート回路と、
前記第１〜第３ゲート回路がそれぞれ接続されたＯＲ回路と
を含むことを特徴とする原料中の夾雑物検出装置。 - 前記照射機器は、前記検査光としての赤外線を発生する発生源を含み、
前記受光機器は、前記原料から反射された赤外線の前記各特定波長成分を抽出する抽出手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の原料中の夾雑物検出装置。 - 前記照射機器は回転可能なポリゴンミラーをさらに含み、前記ポリゴンミラーは前記発生源からの赤外線を前記コンベア上の前記原料に向けて反射し、前記反射赤外線を前記コンベアの幅方向に走査させることを特徴とする請求項２に記載の原料中の夾雑物検出装置。
- 前記ポリゴンミラーは、前記原料からの前記反射赤外線を前記受光機器に伝達することを特徴とする請求項３に記載の原料中の夾雑物検出装置。
- 前記照射機器は、前記検査光の前記各特定波長成分のみを前記原料に照射することを特徴とする請求項１に記載の原料中の夾雑物検出装置。
- 前記照射機器は、前記検査光としての赤外線を発生する発生源と、前記発生源からの赤外線から前記各特定波長成分を抽出する抽出手段とを含み、前記抽出された特定波長成分のみを前記コンベア上の原料に照射することを特徴とする請求項５に記載の原料中の夾雑物検出装置。
- 前記照射機器は、前記発生源を冷却する冷却手段をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の原料中の夾雑物検出装置。
- 前記３個の特定波長成分は、１２００ｎｍ，１７００ｎｍ，１９４０ｎｍの波長をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載の原料中の夾雑物検出装置。
- 前記受光機器は、前記原料の移送幅全域をカバーする撮影視野を有し、前記原料からの反射赤外線を受け取る赤外線カメラを含み、
前記赤外線カメラは、
受取った反射赤外線を複数の分割赤外線に分割する分割手段と、
前記各分割赤外線から前記第１〜第３特定波長成分を抽出する複数のバンドパスフィルタと、
前記各バンドパスフィルタにより抽出された前記特定波長成分を受け取り、これら特定波長成分の反射強度をそれぞれ出力する複数の赤外線ラインスキャナと
を有することを特徴とする請求項１に記載の原料中の夾雑物検出装置。 - たばこ葉からなる原料中の複数種の夾雑物を検出する検出方法において、
コンベア上を移送される原料に向けて検査光を照射し、
前記原料から反射された検査光を受取り、前記原料と前記夾雑物との間にてその反射強度に差が生じる前記検査光の第１〜第３特定波長成分に関し、これら特定波長成分の反射強度を出力し、
前記原料に固有の前記各特定波長成分の参照反射強度と前記出力された反射強度とを比較し、この比較結果に基づいて前記原料中の夾雑物を検出し、
ここでの検出には、前記各特定波長成分に対する前記参照反射強度として第１〜第３参照反射強度域が使用されるとともに、これら参照反射強度域は互い異なる上側閾値及び下側閾値をそれぞれ有し、
前記第１〜第３参照反射強度域に関して前記比較結果の少なくとも１つが外れている場合、夾雑物の検出を示す信号を出力することを特徴とする原料中の夾雑物検出方法。 - 前記検査光は赤外線であり、
前記原料から反射された赤外線の前記各特定波長成分が抽出されることを特徴とする請求項１０に記載の原料中の夾雑物検出方法。 - 前記検査光は、前記特定波長成分のみからなる赤外線であることを特徴とする請求項１０に記載の原料中の夾雑物検出方法。
- 前記３個の特定波長成分は、１２００ｎｍ，１７００ｎｍ，１９４０ｎｍの波長をそれぞれ有すること特徴とする請求項１０に記載の原料中の夾雑物検出方法。
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