KR102354515B1 - 컨테이너들의 검사 - Google Patents

Abstract

비어 있는 컨테이너 안에 먼지가 있는지 감지하기 위한 검사 장치가 개시된다. 상기 장치는 여기 방사선을 발생하기 위한 방사선원(1)을 포함하며, 이 여기 방사선은 컨테이너의 안쪽 벽을 향해 지향되고 먼지 알갱이가 발광 방사선을 방출하도록 감지할 먼지를 여기 시킨다. 이 장치는 먼지에 의해 방출된 발광 방사선을 감지하기 위한 적어도 하나의 장치(5)와 감지된 발광 방사선을 분석하기 위한 장치를 더 포함한다. 본 발명은 또한 내부의 먼지를 감지하기 위한, 비어 있는 컨테이너 검사 방법에 관한 것이다.

Description

컨테이너들의 검사 {INSPECTION OF CONTAINERS}

본 발명은 여기 방사선(exciting radiation)을 발생하기 위한 방사선원을 사용하여 비어 있는 컨테이너에 오염물질이 있는지 검사하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 여기 방사선은 비어 있는 컨테이너의 내부 벽으로 지향되어 오염물질을 여기 시켜 발광 방사선(luminescent radiation)을 방출하도록 하여, 상기 오염물질에 의해 방출된 발광 방사선을 감지하기 위한 장치와 감지된 발광 방사선을 분석하기 위한 장치로 오염물질이 검출되도록 한다.

본 발명은 특히 컨테이너들이 시간당 90,000병까지의 높은 속도로 수송되는 자동 필링 (filling) 시스템에 사용하기 위한 것이다. 그와 같은 병 필링 시스템의 처리량에 어떠한 부정적인 영향을 주지 않기 위하여, 컨테이너들을 감시하기 위한 검사 장치들이 컨테이너들을 고속으로 검사할 수 있도록 설계되어야 한다.

자동 필링 시스템에 있어서, 비어 있는 컨테이너들은 채워지기 전에 오염물질 또는 외래 물질이 있는지 검사되어야 한다. 종래기술에서는, 이는 가시광선 광원과 CCD 카메라를 구비한 검사 장치를 통해 컨테이너들이 지나가게 하는 단계를 필연적으로 수반한다. 이는 오염물질들을 확실하게 감지하기 위하여 실질적으로 컨테이너들을 통해 빛을 비추고 다양한 각도로 그들을 검사하는 단계를 필연적으로 수반한다. 이와 같은 검사 장치는 예를 들어 EP 0 415 154 A1 에 개시되어 있다.

종래의 검사 장치들은, 어떤 오염물질들, 특히 곰팡이, 지방, 탄수화물(hydrocarbons), 곤충 유충(insect larvae), 미생물 또는 플라스틱과 같은 유기 오염물질들은 그와 같은 검사 장치들로 감지하기 아주 어렵거나 거의 불가능하다는 것이 알려져 왔다.

더욱이, 특히 유기물 오염물질들은 발광 현상을 보이는 것으로 알려져 있는데, 다시 말하자면 외부에서 오는 에너지의 작용에 의해 여기 상태(excited state)로 전이되었다가 발광 방사선을 방출함으로써 기저 상태(ground state)로 되돌아갈 수 있다는 것이다. 발광의 다양한 형태는 여기 작용이 끝나고 나서 발광의 지속 시간에 따라 분류된다. 형광은 여기 작용에 대한 직접적인 결과이자 그에 수반되는 현상으로서 발생하는 매우 짧은 잔광을 나타낸다. 인광(phosphorescence)은 여기 작용이 끝난 후 1 ms 이상 지속되는 좀 더 긴 잔광을 나타낸다.

일반적으로 여기에서 말하는 여기 작용은 자외선(UV)에 의해 발생한다. 자외선은 종래의 기술에서 컨테이너를 검사하는 데에 사용되지 않았는데, 특히 컨테이너 유리가 자외선에 대해 매우 낮은 또는 거의 전무한 투명도를 갖고 있기 때문이었다.

WO 2008/092537 A1에 표본 물질의 광학적 특성 검사를 위한 장치가 개시되어 있는데, 그중에서도 자외선이 채택되었다. 적어도 하나의 자외선 감지기가 구비되고, 그를 이용하여 표본의 형광 또는 발광을 결정할 수 있다. 표본에 대한 조사(illumination)는 컨테이너 벽을 통해 외부로부터 이루어지기 때문에, 그 외부 벽은 사용된 방사선에 대해 투명해야 한다.

DE 10 2010 043 131 B1에는 전자기 방사선을 이용하여 컨테이너의 내용물의 성질을 무접촉 조사하는 장치가 개시되어 있다. 컨테이너는 예를 들어 곡물 사일로(silo), 발효 탱크 또는 비슷한 용기일 수 있으며, 컨테이너 안에 있는 내용물의 공정의 진행 과정을 감시하기 위한 무접촉 측정을 수행하기 위해 상기 장치가 사용된다. 방사선의 투과 깊이가 상대적으로 작을 수 있기 때문에 컨테이너 내부에 소용돌이를 만들기 위하여 매개물질이 컨테이너 안으로 흘러들어가는 장치가 구비된다. 이 경우에 소용돌이를 일으키는 매개물질은 전자기파에 투명하여, 그 소용돌이 안에서 무접촉 측정이 이루어져, 컨테이너 내용물의 성질(property)이 결정된다.

본 발명의 목적은 검사 장치 안에서 컨테이너가 머무는 시간을 상당히 많이 늘리지 않으면서도 컨테이너 검사 장치의 신뢰도를 향상시키는 것이다.

본 발명의 이와 같은 목적은, 방사선원으로 비어 있는 컨테이너 내부 벽이 조사되고 컨테이너 내부 벽에 붙어 있는 오염물질에 의해 발생한 발광 방사선이 적절한 장치에 의해 감지되고 분석됨으로써 달성된다. 컨테이너에 일반적으로 사용되는 물질은 여기 방사선에 대한 투명도가 낮기 때문에, 내부 벽의 조사는 어느 하나의 구멍, 예를 들면 비어 있는 컨테이너의 입구를 통해 이루어진다.

방사선원은 바람직하게는 전자기 방사선원, 예를 들면 가시광선 영역의 광선, UV-A, UV-B, UV-C, 또는 엑스선의 방사선원 또는 그 조합이 될 수 있다.

UV-C 방사선은 살균 작용을 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 그렇기 때문에, UV-C 방사선을 이용함으로써, 박테리아, 포자 또는 곰팡이에 의한 경미한 유기물 오염은 감지할 뿐만 아니라 동시에 제거할 수도 있다는 사실을 이용하는 것도 추가적으로 그리고 발전적으로 가능하여, 그와 같은 오염물질을 가진 컨테이너들은 필링 장치에서 거부될 필요가 없다.

방사선원은 펄스 모드로 작동될 수 있으며, 컨테이너가 상기 방사선원의 전면에 위치할 때에만 광선 펄스가 방출되도록 제어될 수 있다. 컨테이너 구성 물질의 여기 방사선에 대한 일반적으로 낮은 투명도 때문에, 컨테이너 그 자체는 일종의 방사선 차폐막으로 기능하여, 있다 해도 매우 적은 양의 방사선만이 외부로 빠져나간다. 상기 검사 장치의 추가적인 차폐는 설계하기가 매우 용이하거나, 심지어 아예 생략될 수도 있다. 펄스 작동(pulsed operation)은 상기 감지 장치들에 있어서 움직임 관련 번짐 현상이 감소되는 추가적인 효과를 가져다 준다.

상기 방사선원은 또한 연속 작동에 채택되는 연속 방사선원일 수도 있다. 예를 들면, 형광 튜브 또는 형광등이 특히 적절하다.

음료 산업에서 일반적으로 사용되는 컨테이너의 벽은 여기 방사선에 불투명하여, 여기 방사선 또는 방사선원 그 자체는 컨테이너의 내부 벽에 방사선을 조사하기 위하여 컨테이너에 난 구멍을 통해 컨테이너의 안쪽으로 향하거나 들어가야 한다.

상기 방사선원은 바람직하게는 컨테이너 바깥쪽에 배치되고, 여기 방사선은 상기 입구를 통하여 컨테이너 안쪽으로, 예를 들어 하나 또는 그 이상의 거울들을 통해 지향된다.

또 다른 실시 예에서, 장치 머리 부분이 상기 입구를 통해 컨테이너의 안쪽으로 들어가는 장치가 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 장치 머리 부분에는 광학 도파관이 배치될 수 있고, 그것을 통해 여기 방사선이 컨테이너 안쪽으로 지향된다. 선택적으로는, 상기 장치 머리 부분은 방사선원 그 자체를 포함할 수도 있다. 상기 장치 머리 부분은 또한 반사광을 감지하기 위한 감지 장치를 포함할 수 있다.

상기 오염물질에 의해 방출된 발광 방사선은 컨테이너의 입구를 통해 컨테이너 밖으로 인도될 수 있고, 예를 들어 거울을 이용하여 감지 장치로 인도될 수 있다. 그와 같은 배열은 발광 방사선을 감지하는 데에 단 하나의 장치만이 필요하기 때문에 특히 용이하게 구성될 수 있다는 장점을 갖는다.

유리하게는, 상기 거울은 입사 방사선은 컨테이너 안쪽으로 통과시키고 컨테이너의 입구를 빠져나오는, 여기 방사선보다 더 긴 파장을 가진 발광 방사선은 감지 장치를 향하도록 반사하는 이색성(dichroic)의 거울이다.

반면에, 컨테이너로부터 반사되어 나오는 여기 방사선의 일부는 상기 이색성 거울에 의해 반사되지 않으며, 그렇기 때문에 그 방사선은 감지 장치에 도달하지 않는다. 방사선 필터는 자외선 또는 일반적으로 바람직하지 않은 파장의 방사선을 선택적으로 막기 위하여 상기 감지 장치 앞에 추가적으로 구비할 수 있다.

바람직한 실시 예에서, 상기 오염물질에 의해 방출된 발광 방사선은 컨테이너의 벽을 통해 컨테이너 밖으로 인도되어, 컨테이너 주변에 배열된 하나 또는 그 이상의 감지 장치에 의해 수집된다. 이 실시 예는 컨테이너의 기하학적 구조 때문에 입구를 통해 컨테이너의 내부 벽에의 직접적인 조사가 불가능할 때 적절하다. 물론 이는 컨테이너 벽이 적어도 일부의 발광 방사선에 투명해야 한다는 것을 전제로 한다. 종래의 컨테이너 유리는 이와 같은 전제를 만족시킨다.

채택된 감지 장치의 배치와 그 개수는 본 실시 예에서 자유로이 선택가능하다. 다만 오염물질이 있는지 컨테이너 전체를 검사하는 것을 확실히 하게 위하여 상기 컨테이너의 내부 벽 전체의 영상이 필요하다는 점이 중요하다.

컨테이너 벽을 통해 컨테이너의 안쪽으로부터 발광 방사선을 인도해내는 것은 또한 방사선원이 컨테이너 입구를 통해 컨테이너 안쪽으로 들어가고 따라서 컨테이너 구멍을 통해 발광 방사선의 광선 경로가 막히는 실시 예들에서 적절하다.

발광 방사선을 감지하기 위한 장치는 바람직하게는 CCD 카메라이다. 움직임 관련 흐림 현상을 피하거나 감소시키기 위해서는, 고속 셔터 속도를 갖는 셔터 카메라가 채택될 수 있다. 이는 방사선원이 연속적으로 작동할 경우에 특히 효과적이다. 방사선 세기를 높이기 위해서는, 여기 방사선은 렌즈를 이용하여 상기 입구로 초점을 맞출 수 있다.

본 발명은 또한 비어 있는 컨테이너에 오염물질이 있는지 검사하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 방사선원으로 컨테이너 내부 벽을 조사하는 단계, 감지 장치를 이용하여 존재하는 오염물질에 의해 방출된 발광 방사선을 감지하는 단계, 및 감지된 발광 방사선을 분석 장치에서 분석하는 단계를 포함한다.

강한 UV 방사선원, 예를 들어 UV-C 방사선원이 본 발명에 따른 방법에 사용된다면, 상기 방사선이 오염물질의 감지에만 사용되는 것은 아니고, 동시에 미생물, 박테리아, 곰팡이 또는 포자 등과 같은 오염물질을 방사선으로 제거하는 데 이용될 수도 있다는 장점이 있다.

상기 오염물질을 감지하는 데 있어서, 예를 들면 미생물 오염과 같은 약하지만 넓은 면적에 걸친 오염과 좀 더 거친 오염물질(coarser contaminants)을 구별하는 것을 가능케 하는 높은 감도를 얻을 수 있다. 얇은 미생물 층들은 UV-C 방사선을 조사함으로써 파괴할 수 있기 때문에, 필링 과정에서 그와 같은 컨테이너를 거부할 필요가 없게 된다. 반면에 컨테이너에서 더 거친 오염물질이 발견되면, 그와 같은 컨테이너는 다시 세척되어야 한다.

또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 오염된 컨테이너는 감지된 발광 방사선이 미리 정해진 한계치를 초과할 때에만 거부된다. 오염을 확인하고 그 특성을 파악하기 위하여, 발광 방사선에 기반한 컨테이너의 이미지를 전자 이미지 분석기에 입력하는데, 이 분석기는 예를 들어 특별히 연한 색깔을 띤 영역 또는 색이 다른 부위를 감지한다. 이러한 분석은 예를 들어 저장된 자료 또는 패턴과 비교함으로써 이루어질 수 있다. 편차가 있거나 한계치가 초과된 경우에, 상기 전자 분석기는 오류 신호를 출력함으로써, 적절한 경우 상기 해당 컨테이너를 거부하게 할 수 있다.

본 발명은 형광 및 인광 오염물질을 둘 다 감지하는 데에 적합하다.

본 발명은 어느 물질로 만들어진 컨테이너라도 검사하는 데에 채택될 수 있다. 특히 유리하게는, 본 발명은 여기 방사선에 불투명하지만 발광 방사선에는 투명한 물질로 만들어진 컨테이너에 채택될 수 있다. 따라서, 본 발명은 유리 또는 예를 들어 PET와 같은 투명한 플라스틱으로 만들어진 컨테이너에 사용하기에 특히 적합하다.

다음의 도면들을 참조하여, 본 발명의 방법과 장치가 더 상세하게 설명된다. 다음의 도면과 같이 도시된다.
도1은 비어 있는 컨테이너를 검사하기 위한 제1 장치의 개략도이다.
도2는 비어 있는 컨테이너를 검사하기 위한 제2 장치의 개략도이다.
도3은 도2의 장치의 평면도이다.

도1에 도시된 장치는 렌즈(2)를 이용하여 방사선이 병의 입구 영역에 초점이 맺히도록 하는 전자기 방사선원(1)을 포함한다. 여기에서 방사선은 렌즈(2)와 병 입구 사이에 배치된 이색성 거울(3)을 통과한다. 상기 이색성 거울(3)은 여기 방사선은 통과시키지만 예상되는 긴 파장의 발광 방사선은 반사시키도록 구성되어 있다.

만약 병에 오염물질이 없다면, 여기 방사선의 일부는 병의 입구를 통해 재반사되어 나와서 CCD 카메라(5)로 방향이 바뀌지 않고 상기 이색성 거울(3)을 통과한다.

하지만 만약 발광성 오염물질이 병 안에 존재하면, 즉 여기 방사선에 반응하여 발광현상을 일으키는 오염물질이 있으면, 상기 오염물질에 의해 방출된 발광 방사선의 일부는 입구를 통해 병을 나와서 이색성 거울(3)에 도달한다. 상기 이색성 거울(3)은 이 긴 파장의 발광 방사선을 CCD 카메라(5)를 향해 반사시키고, 그 방사선은 거기에서 감지된다.

이에 더하여, 필터(4)는 여기 방사선의 일부가 CCD 카메라에 도달하는 것을 방지하기 위하여, 또는 특정 주파수 범위만이 선택적으로 통과하도록 허용하기 위하여 제공될 수 있다.

도1에 도시된 실시 예는 컨테이너의 내부 공간 전체가 컨테이너 구멍을 통해 조사될 수 있는, 예를 들어 길고 서서히 넓어지는 병목을 가진 컨테이너 또는 커다란 입구를 가진 컨테이너를 검사하는 데에 특별히 적합하다.

기하학적 구조 때문에 병 입구를 통해 내부 벽을 조사하는 것이 허용되지 않는 컨테이너의 경우에는, 도2에 도시한 개조된 셋업이 적합하다. 그러나 여기에서 전제 조건은 컨테이너 벽이 발광 방사선에 투명한 물질로 구성되어 있어야 한다는 것이다.

도2에 따른 장치에 있어서, 방사선원은 검사할 컨테이너 위에 마찬가지로 위치된다. 여기 방사선은 컨테이너의 입구를 통해 컨테이너의 내부 안으로 향한다. 도2에 나타낸 것처럼, 입사 방사선은 검사되는 컨테이너의 내부 측벽과 바닥에서 반사되어, 이 장치에서도 컨테이너의 내부 공간 전체가 조사된다.

도2의 장치에서, 만약 컨테이너 안에 발광성 오염물질이 있다면, 이 오염물질은 여기 방사선을 받아 발광 방사선을 방출한다. 위에서 설명한 대로, 발광 방사선의 파장은 여기 방사선의 파장보다 더 길고, 따라서 만약 컨테이너가 발광 방사선의 주파수 영역에서 투명한 물질로 구성되어 있다면, 바로 컨테이너 벽을 통해 컨테이너를 빠져나갈 수 있다. 이 발광 방사선을 감지하기 위하여, 컨테이너의 외부에 장착된, 예를 들어 CCD 카메라와 같은 감지 장치가 제공된다. 감지 장치의 배치는 도3의 평면도에 도시되어 있다. 이와 같은 배열에서, CCD 카메라 두 세트는 서로 마주 보도록 쌍으로 배치되어 있다. 그러나 감지 장치의 수와 배열은 컨테이너의 완전한 이미지를 얻을 수 있다면 자유로이 선택될 수 있다. 또한, 검사할 컨테이너의 아래 또는 위에 감지 장치를 장착할 수도 있다.

만약 컨테이너의 물질이 여기 방사선에 불투명하다면 여기 방사선을 막기 위한 추가 필터는 본 실시 예에서는 필요하지 않다. 도2의 실시 예는, 예를 들어 유리 컨테이너를 UV방사선(UV radiation)으로 검사하는 데에는 특히 적합하다. 컨테이너 유리는 전형적으로 UV방사선을 거의 통과시키지 않는다. 반면에 오염물질에 의해 방출된 발광 방사선은 더 긴 파장을 갖고 있어서, 주로 가시광선 영역에 속하며, 따라서 컨테이너 벽을 아무 문제없이 통과할 수 있다.

1: 방사선원 2: 렌즈
3: 이색성 거울 4: 필터
5: CCD 카메라

Claims (14)

1. 비어 있는 컨테이너의 오염물질 검사 장치에 있어서, 상기 검사 장치는:
   여기 방사선을 상기 컨테이너의 내부 벽을 향하도록 하고 감지할 오염물질을 여기 시켜 상기 오염물질이 발광 방사선을 방출하도록 하기 위한 상기 여기 방사선을 발생하는 방사선원;
   상기 오염물질에 의해 방출된 상기 발광 방사선을 감지하기 위한 적어도 하나의 감지 장치; 및
   감지된 상기 발광 방사선을 분석하기 위한 장치를 포함하고,
   상기 여기 방사선은 상기 컨테이너의 구멍을 통해 상기 컨테이너의 내부로 들어가도록 향하고,
   상기 여기 방사선을 통과시키고 상기 컨테이너의 상기 구멍으로부터 방출되는 상기 발광 방사선을 상기 감지 장치로 향하도록 하는 이색성 거울을 포함하고,
   상기 방사선원이 상기 컨테이너의 상기 구멍을 통해 상기 컨테이너의 내부로 들어가는 상기 여기 방사선으로 상기 컨테이너의 전체 내부공간을 조명하도록 구성되고, 그리고
   상기 방사선원이 펄스 방사선원(pulsed radiation source)으로 구성되거나 상기 발광 방사선을 감지하기 위한 상기 감지 장치가 셔터 카메라인 것을 특징으로 하는 비어 있는 컨테이너의 오염물질 검사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 방사선원은 전자기 방사선원인 것을 특징으로 하는 비어 있는 컨테이너의 오염물질 검사 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 비어 있는 컨테이너의 오염물질 검사 방법에 있어서, 상기 검사 방법은:
   상기 컨테이너의 내부 벽을 여기 방사선으로 조사하되 상기 여기 방사선은 상기 컨테이너의 구멍을 통해 상기 컨테이너의 내부로 들어가도록 향하고, 상기 여기 방사선은 감지할 오염물질을 여기 시켜 상기 오염물질이 발광 방사선을 방출하도록 하는 단계;
   이색성 거울을 이용하여 상기 여기 방사선을 통과시키고 상기 컨테이너의 상기 구멍으로부터 방출되는 상기 발광 방사선을 감지 장치로 향하도록 하고, 상기 오염물질에 의해 방출된 상기 발광 방사선을 상기 감지 장치를 사용하여 감지하는 단계; 및
   감지된 상기 발광 방사선을 분석 장치에서 분석하는 단계를 포함하고,
   상기 컨테이너의 전체 내부공간이 방사선원에 의해 발생되어 상기 구멍을 통해 상기 컨테이너의 내부로 들어가는 상기 여기 방사선에 의해 조명되고, 그리고
   상기 방사선원이 펄스로 작동되거나 상기 발광 방사선을 감지하기 위한 상기 감지 장치가 셔터 카메라인 것을 특징으로 하는 비어 있는 컨테이너의 오염물질 검사 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 방사선원은 전자기 방사선원인 것을 특징으로 하는 비어 있는 컨테이너의 오염물질 검사 방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제8항에 있어서, 사용되는 상기 방사선원은 곰팡이, 포자 및 박테리아와 같은 유기물 오염물질이 감지되고 동시에 무해하게 만들어지도록 적어도 일부의 UV-C 방사선을 가지는 것을 특징으로 하는 비어 있는 컨테이너의 오염물질 검사 방법.
13. 제8항에 있어서, 오염된 상기 컨테이너는 감지된 상기 발광 방사선이 미리 정해진 한계치를 초과할 때에만 거부되는 것을 특징으로 하는 비어 있는 컨테이너의 오염물질 검사 방법.
14. 제8항에 있어서, 상기 오염물질의 형광과 인광 둘 다 분석되는 것을 특징으로 하는 비어 있는 컨테이너의 오염물질 검사 방법.

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