JPH09304413A

JPH09304413A - 透明流体中の異物検出方法と装置

Info

Publication number: JPH09304413A
Application number: JP8120603A
Authority: JP
Inventors: Akinori Kuwaki; 亮仙桑木; Koju Ando; 幸樹安藤
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】流体中の異物検出に際して、その流れ方向の
大きさを正確に測定することのできる流体中の異物検出
装置を提供することを課題とする。【解決手段】流路内を流れる透明流体に、その流れと
交差する方向からレーザビームを走査し、その透過光を
受光装置で受光して電気信号に変換し、前記透明流体中
に異物が混在している場合に生ずる受光量の低下に基づ
いて異物を検出する異物検出方法において、前記透明流
体中の異物の流速Ｖと、前記受光量が連続して低下した
レーザビームの走査回数Ｎを検出し、これらの検出値と
レーザビームの走査周期Ｔに基づいて、前記透明流体中
における異物の流れ方向の大きさＬを算出することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は透明流体中に混在す
る異物の有無や大きさをレーザビームを用いて検出する
異物検出方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高電圧の電力ケーブルとしては、
ケーブル絶縁層に架橋ポリエチレンを用いたＣＶケーブ
ルが多用されている。このＣＶケーブルは通常、架橋剤
を添加したポリエチレンを押出機からケーブル導体上の
内部半導電層の外周に押出し被覆し、更にその外周に外
部半導電層を押出し被覆した後、架橋管内で加圧状態で
加熱し、架橋剤を反応させてポリエチレンを架橋させる
工程を経て製造される。一般に、ＣＶケーブルを使用し
て長距離の電力ケーブル線路を構築するする場合には、
ＣＶケーブルを短スパンごとにケーブルルートに沿って
敷設した後、その前後端を順次接続し、線路の終端に終
端接続部を設置する。このＣＶケーブルの接続方法とし
ては、種々の方法が開発されているが、中でも、ＥＭＪ
（押出しモールドジョイント）法やＢＭＪ（ブロックモ
ールドジョイント）法が、絶縁性能および信頼性の点か
ら、広く採用される傾向にある。ＥＭＪ法は、ケーブル
絶縁層や内外の半導電層をペンシリングし、露出したケ
ーブル導体間を導体スリーブで接続した電力ケーブルの
導体接続部の周囲にモールド型を組立て、架橋剤を添加
したポリエチレンを押出機からモールド型内に導入し、
加熱・加圧してポリエチレンを成形すると共に架橋させ
るものである。また、ＢＭＪ法は、予め半円筒状に成形
した架橋剤入りのポリエチレンブロックを上記電力ケー
ブルの導体接続部の周囲に円筒状に組立て、あるいは予
め円筒状に成形した架橋剤入りのポリエチレンブロック
を上記電力ケーブルの導体接続部に挿入し、その外周に
モールド型を配置し、加熱・加圧してポリエチレンを成
形一体化させると共に架橋させるものである。

【０００３】上述の電力ケーブルのケーブル絶縁層やそ
のモールドジョイント部は高い電界のもとで使用される
ものであるから、それらの中に金属粉やゴミ、あるいは
ヤケ（樹脂材料の熱劣化物）などの異物が混入している
と、それらが起点となって絶縁破壊を引き起こす恐れが
ある。また、電力ケーブルを長期間に亘って使用する間
に、異物の周囲に水トリーなどが発生し、絶縁性能を次
第に低下させる恐れがある。したがって、電力ケーブル
のケーブル絶縁層やモールドジョイント部に使用される
絶縁材料は、押出機に供給される前に、異物が混入して
いないか十分な検査を受けると共に、押出し工程やモー
ルド工程においても、過度の加熱や滞留によって樹脂が
異物化して絶縁性能が低下することのないように、細心
の注意が払われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電力ケーブルの絶縁材
料として使用される樹脂材料中の異物の検査方法として
は種々の方法が開発され、実用化されているが、いずれ
も一長一短がある。例えば、押出機に供給される前の樹
脂ペレットを抜取って、異物の有無や程度（大きさや個
数）を目視検査したり、あるいは押出機から押出した樹
脂材料をフィルム状に成形し、これにレーザビームを照
射してその透過像から異物の有無や程度を判定する方法
が知られているが、これらの方法はいずれも全量検査で
ないため、その信頼性に懸念がある。また、押出機の先
端の樹脂通路に透明な窓を設け、そこからレーザビーム
を照射して走査させ、その透過光の強度の変化から異物
の有無や程度を判定する方法も知られているが、この方
法では、樹脂中の異物は樹脂と一緒に流動しているた
め、異物の大きさ、特にその流れ方向の大きさを正確に
測定することができないという難点がある。本発明は、
レーザビームによる異物検出に際して、異物の有無と、
その大きさを正確に測定することのできる流体中の異物
検出方法と装置を提供することを課題とするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明において、流体中
の異物検出方法に関する第１の発明は、流路内を流れる
透明流体に、その流れと交差する方向からレーザビーム
を走査し、その透過光を受光装置で受光して電気信号に
変換し、前記透明流体中に異物が混在している場合に生
ずる受光量の低下に基づいて異物を検出する異物検出方
法において、前記透明流体中の異物の流速Ｖと、前記受
光量が連続して低下したレーザビームの走査回数Ｎを検
出し、これらの検出値とレーザビームの走査周期Ｔに基
づいて、前記透明流体中における異物の流れ方向の大き
さＬを次式Ｌ＝Ｖ×Ｎ×Ｔ …………………………………………………… （１）により算出することを特徴とするものであり、第２の発
明は、流路内を流れる透明流体に、その流れと交差する
複数の方向からレーザビームを走査し、それらの透過光
を受光装置で受光して電気信号に変換し、前記透明流体
中に異物が混在している場合に生ずる受光量の低下に基
づいて前記透明流体の流れと直交する方向の異物の大き
さＷを検出すると共に、前記透明流体中の異物の流速Ｖ
と、前記受光量が連続して低下したレーザビームの走査
回数Ｎを検出し、これらの検出値とレーザビームの走査
周期Ｔに基づいて前記透明流体中における異物の流れ方
向の大きさＬを算出することを特徴とするものである。

【０００６】本発明において、流体中の異物検出装置に
関する第３の発明は、流路内を流れる透明流体に、その
流れと交差する方向からレーザビームを走査し、その透
過光を受光装置で受光して電気信号に変換し、前記透明
流体中に異物が混在している場合に生ずる受光量の低下
に基づいて異物を検出する異物検出装置において、前記
透明流体中の異物の流速Ｖを検出する流速検出手段と、
前記受光量が連続して低下したレーザビームの走査回数
Ｎを検出する走査回数検出手段と、これらの検出手段か
らの信号とレーザビームの走査周期Ｔに基づいて、前記
透明流体中における異物の流れ方向の大きさＬを前記
（１）式により算出する大きさ算定手段とを備えること
を特徴とするものであり、第４の発明は、単一のレーザ
光源から得られたレーザビームを多角形回転ミラーで反
射させ、平行な走査レーザビームを出力するレーザビー
ム照射装置と、この走査レーザビームを２つのレーザビ
ームに分光する分光手段と、これらの分光された２つの
レーザビームを、透明流体の流れ方向に異なる位置か
ら、かつそれに直交する異なる方向から透明流体に照射
する光学系と、これらの２つのレーザビームの透過光を
それぞれ受光して電気信号に変換する受光装置と、これ
らの受光装置から出力される信号を処理し、前記透明流
体中の異物の流速Ｖと、前記受光量が連続して低下した
レーザビームの走査回数Ｎと、レーザビームの走査周期
Ｔに基づいて、前記透明流体中における異物の流れ方向
の大きさＬを算出すると共に、前記異物の流れと直交す
る方向の大きさＷを算出する信号処理装置と、この信号
処理装置の出力に基づいて検出された異物の大きさを表
示する出力装置とを備えることを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、前述した電力ケーブル
のケーブル絶縁層やそのモールドジョイント部に供給さ
れるポリエチレン材料中の異物検出に利用することがで
きる。ポリエチレン樹脂は常温では乳白色の半透明であ
り、光の透過性は十分でないが、押出機で混練する際に
加熱されて溶融すると透明になり、溶融樹脂中に異物が
混在している場合には、外部から容易に透視することが
できる。したがって、押出機とクロスヘッドの間、ある
いは押出機とモールド型の間を連結する樹脂流路の途中
に透明なガラスあるいは樹脂材料からなる透明流路を介
挿しておき、その外側から、レーザビームを照射してそ
の受光量の変化をとらえ、それを信号処理または画像処
理すれば、流路内を通過したポリエチレン樹脂中の異物
の有無および大きさを検出することができる。

【０００８】レーザビームの走査によって異物の透過像
を電気信号としてとらえる場合、異物はポリエチレン樹
脂の流れの方向に移動するので、異物の大きさは、流れ
の方向に実際よりも異なった大きさの信号として出力さ
れる。また、透明流路内を流れるポリエチレン樹脂中の
流速の分布は一様ではなく、流路の中心で大きく、流路
壁の近くでは小さい。例えば透明流路の内径が円筒形
で、そこを流れる流体がニュートンの粘性法則に従う場
合には、その流速分布は次式に示すようになり、これを
図示すれば図２（ａ）のようになる。

【０００９】Ｕｒ＝Ｋ（Ｒ²−ｒ²） ……………………………………………… （２）ただし、Ｕｒ：ｒ位置における流速Ｋ：定数Ｒ：流路の半径ｒ：流路の半径方向位置ポリエチレン樹脂は、上記（２）式に完全に従うニュー
トン流体ではないが、押出し時の平均流速が所定の範囲
内の場合にはそれに近い挙動を示す。また、それよりも
流速が低い場合には、むしろ図２（ｂ）のＶｒのよう
に、ビンガム流体に近い流速分布を示す。

【００１０】したがって、本発明の第１の発明（請求項
１の発明）においては、流路内を流れる透明流体に、そ
の流れと交差する方向からレーザビームを走査し、その
透過光を受光装置で受光して電気信号に変換し、前記透
明流体中に異物が混在している場合に生ずる受光量の低
下に基づいて異物を検出する異物検出方法において、前
記透明流体中の異物の流速Ｖと、前記受光量が連続して
低下したレーザビームの走査回数Ｎを検出し、これらの
検出値とレーザビームの走査周期Ｔに基づいて前記透明
流体中における異物の流れ方向の大きさＬを算出するよ
うにしている。また、本発明の第２の発明（請求項２の
発明）においては、流路内を流れる透明流体に、その流
れと交差する複数の方向からレーザビームを走査し、そ
れらの透過光を受光装置で受光して電気信号に変換し、
前記透明流体中に異物が混在している場合に生ずる受光
量の低下に基づいて前記透明流体の流れと直交する方向
の異物の大きさＷを検出すると共に、前記透明流体中の
異物の流速Ｖと、前記受光量が連続して低下したレーザ
ビームの走査回数Ｎを検出し、これらの検出値とレーザ
ビームの走査周期Ｔに基づいて前記透明流体中における
異物の流れ方向の大きさＬを算出するようにしている。

【００１１】これらの発明において、透明流体中の異物
の流速Ｖを求める方法としては、請求項３に記載されて
いるように、透明流体の流れの方向に異なる複数の位置
から透明流体にそれぞれレーザビームを走査し、それら
の透過光をそれぞれ受光装置で受光して電気信号に変換
し、これらの電気信号に基づいて、前記複数の受光装置
で検出された同一の異物の検出時間差からその異物の流
速Ｖを求めることができ、あるいは請求項５に記載され
ているように、流路内を流れる透明流体を、その流れと
交差する方向からビデオカメラで撮像し、このビデオカ
メラで撮像された、ある画面における異物の画像の位置
と、その後に撮像された画面における同一の異物の画像
の位置とを比較し、それらの位置の差から前記異物の流
速Ｖを求めることもできる。なお、ビデオカメラで撮像
した異物の画像の位置の差から異物の流速Ｖを求める場
合には、請求項６に記載されているように、流路内を流
れる透明流体にその流れと交差する方向からレーザビー
ムを走査し、その透過光を受光装置で受光して電気信号
に変換し、前記透明流体中に異物が混在している場合に
生ずる受光量の低下に基づいて異物を検出した際に、ト
リガーを掛け、最初の画像を取込むようにすることが望
ましい。

【００１２】２組のレーザビーム照射装置と受光装置を
使用する場合、一般にレーザビーム照射装置は高価であ
るので、単一のレーザビーム照射装置を使用し、そのレ
ーザ光源から得られたレーザビームをポリゴンミラーな
どの多角形回転ミラーで反射させ、得られた走査レーザ
ビームをミラーおよびハーフミラー等からなる分光手段
を通して２つのレーザビームに分光し、これらのレーザ
ビームを、透明流体の流れ方向の異なった位置から透明
流体に照射し、それらの透過光をそれぞれ受光装置で受
光するようにすることが望ましい。また、２つのレーザ
ビームを、透明流体の流れ方向の異なった位置から、か
つ透明流体の流れと交差する複数の方向から同時に透明
流体に照射するようにすれば、異物の有無および流速を
知ることができるだけでなく、異物が重なって通過する
場合でも、それらの重なりを識別できるので、異物の個
数や大きさを正確に求めることができる。本発明におい
て、レーザビームを照射するための透明流路は、管路の
途中に透明リングを介挿することにより構成することが
できる。この場合、透明リングは横断面を四角形として
おくこともできるが、中を流れる流体の流れを乱した
り、滞留を生じさせることがないよう、管路と同じ内径
の円筒状としておく方が好ましい。また、透明リングは
レーザビームの屈折を少なくする関係上、中を通過する
透明流体とほぼ等しい屈折率を持つことが望ましい。し
たがって、例えば透明流体が溶融ポリエチレンの場合に
は、その屈折率１．４４に近い屈折率を持つパイレック
スガラス（屈折率１．４７）で構成することが望まし
い。

【００１３】

【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図３は、ＣＶケーブルの絶縁層を前述したＥＭＪ
法により接続する際にモールド型に供給されるポリエチ
レン樹脂中の異物検出に本発明を適用する例を示すもの
で、押出機からモールド型へ至る樹脂供給用の管路１の
途中には、パイレックスガラスなどからなる透明リング
２が介挿されている。この透明リングは管路１と同じ内
径（約２０mm）の円筒状であり、その上下両端はＯ−リ
ング３を介して管路側のフランジ４，５間に対面してい
る。また、フランジ４と５は、それらの周囲４か所に設
けた透孔に挿通したボルト・ナット６により締付けら
れ、透明リング２との間をシールしている。

【００１４】透明リング２の側方には、図１に示すよう
に、レーザビーム照射装置１０と、ハーフミラー２０
と、このハーフミラーによって分光されたレーザビーム
Ｌａ，Ｌｂをそれぞれ図１の紙面と平行な面内において
直角に屈折させる一対のミラー２１ａ，２１ｂと、これ
らのミラー２１ａ，２１ｂを出たレーザビームＬａ，Ｌ
ｂを透明リング２の軸線方向（図１の紙面と直交する方
向）に下方または上方にそれぞれ直角に屈折させる一対
のミラー２２ａ，２２ｂ（図示せず）と、これらのミラ
ー２２ａ，２２ｂを出たレーザビームＬａ，Ｌｂを再び
透明リング２の軸線と直交する方向（図１の紙面と平行
な面内）にそれぞれ直角に屈折させる一対のミラー２３
ａ，２３ｂと、これらのミラー２３ａ，２３ｂを出て透
明リング２内を透過したレーザビームＬａ，Ｌｂを受光
する一対の受光装置３０ａ，３０ｂが配置されている。
ハーフミラー２０は、レーザビームＬａ，Ｌｂが１／２
ずつ等分に分光されるように透過率と反射率を選択され
ており、またミラー２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，
２３ａ，２３ｂは、ハーフミラー２０から受光装置３０
ａ，３０ｂに至る２本のレーザビームＬａ，Ｌｂの光路
長さが等しくなり、同一の減衰量になるように反射率を
等しくされ、かつレーザビームの光軸に対してそれぞれ
４５°の角度に正確に位置決めされている。なお、図３
には、上記レーザビームＬａおよびＬｂの２系統の内、
レーザビームＬａに関する構成部材だけが図示されてい
る。上記において、ミラー２１ａ，２１ｂはレーザビー
ムＬａ，Ｌｂを透明リング２の軸線と直交する２つの方
向から照射するために使用するものであり、またミラー
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂは、図３に示すよう
に、レーザビームＬａ，Ｌｂが透明リング２の軸線方向
に適当な距離（例えば、１０ｍｍ程度）離れた位置を通
過するようにするために使用されるものである。

【００１５】受光装置３０ａ，３０ｂから出力されたデ
ジタル信号は信号処理装置４０において処理され、異物
の個数、幅方向の大きさＷ、幅方向の位置、および検出
された異物の流速に基づく異物の流れ方向の大きさＬを
算定され、出力装置５０およびモニタ６０に出力され
る。

【００１６】レーザビーム照射装置１０は図４に示すよ
うに、半導体レーザなどからなるレーザ発振器１１と、
モータ（図示せず）によって駆動されて高速回転し、入
射したレーザビームをスキャンニングしてスイープさせ
る８面体ポリゴンスキャナーなどからなる多角形回転ミ
ラー１２と、この多角形回転ミラー１２からのレーザ光
線を反射させる反射ミラー１３と、入射したレーザビー
ムを平行光線にするコリメータレンズ（Ｆθレンズ）１
４とを備えている。受光装置３０ａ，３０ｂは図５に示
すように、それぞれ集光レンズ３１と、その焦点位置に
設置され、光信号をアナログ電気信号に変換する受光素
子３２と、このアナログ電気信号をデジタル信号に変換
するアナログ・デジタル変換装置３３とから構成されて
おり、その出力端子３４には、図６に示すように、受光
量に応じたデジタル信号が時系列の２値信号としてそれ
ぞれ出力される。図６において、受光装置出力“０”
は、レーザビームが異物に遮られ、その透過光が減少し
て受光量がしきい値以下に低下したことを意味するの
で、異物の存在を示すことになる。信号処理装置４０
は、透明流体中の異物の流速Ｖを検出する流速検出手段
と、前記受光量が連続して低下したレーザビームの走査
回数Ｎを検出する走査回数検出手段と、これらの検出手
段からの信号とレーザビームの走査周期Ｔに基づいて透
明流体中における異物の流れ方向の大きさＬを（１）式
により算出する大きさ算定手段とを備えている。

【００１７】信号処理装置４０は、受光装置３０ａ，３
０ｂからの信号に異物の存在を示す“０”信号が含まれ
ている場合には、その数と位置とから異物の数と走査方
向の大きさＷ（流路横断面内の大きさ）を演算する。ま
た、“０”信号が連続して含まれているレーザビームの
走査回数Ｎを検出すると共に、走査レーザビームＬａと
Ｌｂによる同一異物の検出時間差からその異物の流速Ｖ
を求め、これらの検出値Ｎ，Ｖと予め入力されているレ
ーザビームの走査周期Ｔ（レーザビームの走査周波数の
逆数）に基づいて、前述の（１）式の演算を行い、異物
の流れ方向の大きさＬを出力する。なお、信号処理装置
４０は画像処理回路を内蔵しており、その入力信号に異
物の存在を示す“０”信号が含まれている場合には、そ
の間の走査レーザビームの時系列データをそれぞれ記憶
装置に保存し、所定の時系列データ（例えば走査線１０
２４本分ずつ）が集積される度に画像処理してモニタ６
０に送り出す。これは受光装置３０ａおよび３０ｂから
の信号系列ごとに別々に行われる。これによってモニタ
画面ａ，ｂ上には、それぞれ受光装置３０ａ，３０ｂに
よって検出された異物の拡大像がゆっくりと移動する像
として写し出される。出力装置５０は、信号処理装置
４０の出力結果を印字して出力すると共に、予め設定さ
れた一定値以上の大きさ、または個数の異物が検出され
た時は警報を出力する。

【００１８】このような構成の異物検出装置を用いて、
前述のＥＭＪ法によりＣＶケーブルを接続する際にモー
ルド型に供給されるポリエチレン樹脂中の異物検出を行
う場合には、ケーブル絶縁層や内外の半導電層をペンシ
リングし、露出したケーブル導体間を導体スリーブで接
続した一対の電力ケーブル（図示せず）は、導体接続部
の周囲にモールド型（図示せず）を組立てられる。モー
ルドに使用されるポリエチレン樹脂は押出機（図示せ
ず）において、架橋剤とともに混練され、加熱溶融して
透明流体となり、樹脂供給用の管路１を通してモールド
型内へ供給されるが、管路１に介挿した透明リング２内
を通過する際、レーザビームを照射され、異物が混在し
ているか否かを検査される。すなわち、照射装置１０の
レーザ発振器１１から発振されたレーザ光線は多角形回
転ミラー１２によって６００Ｈｚ程度の周波数でスキャ
ンニングされ、コリメータレンズ１４によって平行光線
となる。なお、このスキャンニングは図１および図４の
紙面と平行な面内で行われる。また、スキャンニングさ
れるレーザビームの高さＨ（図１および図４の紙面に直
交する方向の長さ）は６０μｍ程度とされる。このレー
ザビームは、ハーフミラー２０などの分光手段を通して
５０％ずつの２つのレーザビームＬａ，Ｌｂに分光さ
れ、それぞれミラー２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，
２３ａ，２３ｂで反射した後、透明リング２内を通過す
るポリエチレン樹脂に、透明リング２の軸方向および円
周方向の異なった位置から照射される。

【００１９】その際、ポリエチレン樹脂中に異物が混在
していると、それによってレーザビームの一部は吸収ま
たは散乱されるので、受光装置３０ａ，３０ｂに到達す
る光量は減少する。受光装置３０ａ，３０ｂにおける受
光量の変化は受光素子３２によって電気信号に変換さ
れ、さらにアナログ・デジタル変換装置３３によってデ
ジタル信号に変換されて出力される。この信号変換は、
図６に示すように、各走査線ごとに、かつ走査の途中に
おいても刻々と行われ、所定のしきい値で区分され、
“０”または“１”の２値信号として出力される。ここ
で、図７に示すように、ポリエチレン樹脂がＺ−Ｚ´方
向に下から上に流れており、レーザビームの走査をＹ−
Ｙ´方向に行っている場合に、異物Ａが混在しているポ
リエチレン樹脂が通過していく場合を想定すると、同図
（ａ）や（ｃ）のように、異物Ａが走査線の高さＨ（レ
ーザビームのスポット径）内にない場合には、図８
（ａ）や（ｃ）に示すように、スキャンデータは全て
“１”となるが、図７（ｂ）のように異物Ａが走査線の
高さＨ内にある場合には、図８（ｂ）のようにスキャン
データには“０”が含まれることになり、異物が通過し
たことが検出される。この場合、異物Ａの横断面方向の
大きさＷ（横幅）はスキャンデータにおける横に並んだ
“０”の数（これは受光量が低下した時間幅と走査線の
スィープ速度の積に等しい）から求めることができる。
例えば、透明リングの内径が２０ｍｍ、レーザビームの
走査速度が６００Ｈｚのとき、透明リング内のレーザビ
ームの通過時間は１２２．２μｓｅｃ（実測結果）であ
る。サンプリング時間が０．１２５μｓｅｃであるとす
ると、分解数ＭはＭ＝１２２．２μｓｅｃ／０．１２５μｓｅｃ＝９７８となり、分解能ＰはＰ＝２０ｍｍ／９７８＝２０μｍとなる。したがって、スキャンデータにおける横に並ん
だ“０”の数が３個の場合には、異物Ａの横幅ＷはＷ＝２０μｍ×３＝６０μｍとなる。

【００２０】なお、前述したように、走査線の高さ方向
の寸法Ｈ（レーザビームのスポット径）を６０μｍ程
度、走査の周波数を６００Ｈｚ程度としておけば、異物
が通常時の最高速度（上記実施例の場合は平均流速７ｍ
ｍ／ｓｅｃ程度）で通過する場合でも、いずれかの走査
レーザビームによって異物を確実に照射することができ
る。換言すれば、走査レーザビームと次の走査レーザビ
ームとの間に到達した異物は次の走査レーザビームによ
って照射されるので、異物の検出を取り逃がすことはな
い。本実施例においては、レーザビームＬａ，Ｌｂの透
過位置を透明リング２の軸線方向に１０ｍｍ程度ずらし
てあるので、受光装置３０ａ，３０ｂにおいて同一の異
物を検出した際に生ずる信号には、その異物の流速に関
する情報が含まれている。すなわち受光装置３０ａ，３
０ｂによって同一の異物を最初に検出した際の検出時間
差をレーザビームＬａ，Ｌｂの透過距離（図３のＳ）で
割れば、その異物の流速を求めることができる。また、
異物Ａの流れ方向の大きさＬは、図９において縦方向に
並んだ“０”の数に基づいて求めることができる。即ち
“０”信号が連続して含まれているレーザビームの走査
回数Ｎを検出すると共に、走査レーザビームＬａとＬｂ
による同一異物の検出時間差からその異物の流速Ｖを求
め、これらの検出値Ｎ，Ｖと予め入力されているレーザ
ビームの走査周期Ｔに基づいて、前述の（１）式の演算
を行い、異物の流れ方向の大きさＬを出力する。例え
ば、走査レーザビームＬａ，Ｌｂが６００Ｈｚで走査し
ている場合、走査周期ＴはＴ＝１／６００Ｈｚ＝１．６７ｍｓｅｃ／ｓｃａｎであるから、例えば異物の流速Ｖが１０ｍｍ／ｓｅｃと
求められ、また“０”信号が連続して含まれているレー
ザビームの走査回数Ｎが４ｓｃａｎの場合には、異物の
流れ方向の大きさＬは、（１）式より、Ｌ＝１０ｍｍ／ｓｅｃ×４ｓｃａｎ×１．６７ｍｓｅｃ／ｓｃａｎ＝６７μｍであることが検出される。なお、複数の異物が透明リン
グ２内を同時に通過するような場合、レーザビームＬａ
によって最初に検出された異物が、流速が遅いため、レ
ーザビームＬｂを通過する際に、流速の速い他の異物よ
りも後に検出されることも考えられるが、これは異物の
大きさによって異同を判別するシステムを付加すること
によって解決できる。

【００２１】また、本発明においては流路内を異物が同
時に２個通過する場合でも直交方向から測定することに
よってそれらが２個であること、およびそれらのＸ方向
とＹ方向の大きさ（横幅と大きさ）をそれぞれ識別する
ことができる。図１０はそのパターンと、モニタ画面
ａ，ｂ上の異物像を示すもので、Ｎｏ．１は流路の中央
に球状の異物Ａがあり、Ｙ軸上の壁面近くにもう１個の
球状の異物Ｂ（この異物は壁面の近くにあるため、モニ
ター画面上には流れ方向に拡大され、長丸状に写る。）
があるパターンを示している。Ｎｏ．２は流路の中央と
Ｘ軸上の壁面近くに球状の異物Ａ，Ｂがあるパターンを
示しており、またＮｏ．３はＹ軸およびＸ軸上の壁面近
くに球状の異物Ａ，Ｂがあるパターンを示している。こ
のように本実施例においては流路内を異物が同時に２個
通過する場合でも、それらの個数と大きさを識別するこ
とができ、また一般的には３個以上の場合でもそれらを
識別することができる。ただし、３個の異物が流路の中
央とＹ軸およびＸ軸上に各１個ずつあるような特異な場
合には、例外的に識別できない場合もある。それは、モ
ニター画面ａにもモニター画面ｂにも、異物像は重り合
って２個ずつしか写らないからである。しかしながら、
このようなケースは極めて希なことと考えられるので、
実用上は問題がない。

【００２２】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図１１は、流体中の異物の流速Ｖの検出にＣＣＤカ
メラなどのビデオカメラを用いた例を示す。この実施例
においては、１組のレーザビーム照射装置１０と受光装
置３０が使用されており、透明リング２を中心とし、そ
の軸線と直交する同一横断面内の両側に対向して配置さ
れている。また、これらのレーザビーム照射装置１０と
受光装置３０を結ぶ軸線および透明リング２の軸線にそ
れぞれ直交する位置にビデオカメラ７０が設置され、透
明リング２内を通過する透明流体を撮像している。透明
リング２を中心とし、ビデオカメラ７０の反対側には照
明用のライト８０が配置され、透明リング２内を照射し
ている。レーザビーム照射装置１０と受光装置３０とし
ては、それぞれ図４および図５におけると同様の構成の
ものが使用されており、レーザビーム照射装置１０から
出力されるレーザビームは透明リング２内を通過する透
明流体を横断するようにして走査している。また、この
レーザビームの透過光は、受光装置３０によって検出さ
れて電気信号に変換され、図６の場合と同様に、その受
光量がしきい値を越えた場合は“１”、しきい値以下の
場合は“０”のデジタル信号を出力している。

【００２３】信号処理装置４０は、走査回数検出手段４
１と、流速検出手段４２と、演算手段４３と、モニタ画
像信号生成手段４４と、比較手段４５とを備えている。
走査回数検出手段４１は、受光装置３０から入力するデ
ジタル信号を処理し、図９に示すように、“０”信号が
連続して含まれているレーザビームの走査回数Ｎ（図９
の場合は、Ｎ＝４）を検出する。この走査回数検出手段
４１は、Ｎ＞０の間、流速検出手段４２に向けて信号取
込み指令信号を発する。流速検出手段４２は、ビデオカ
メラ７０からの画像信号を入力しているが、常時は出力
を生じていないが、走査回数検出手段４１より、信号取
込み指令信号を受信するとトリガされ、ビデオカメラ７
０からの画像信号を処理し、異物の流速Ｖを算出する。
この流速Ｖの算出については後述する。

【００２４】演算手段４３は、走査回数検出手段４１か
らの走査回数Ｎ、流速検出手段４２からの流速Ｖの検出
信号を入力すると、レーザビーム照射装置１０からレー
ザビームの走査周期Ｔを読込み、前記（１）式により、
異物の流れ方向の大きさＬを演算して出力する。画像信
号生成手段４４は、演算手段４３の出力信号を入力する
と、受光装置３０から入力された走査レーザビームの時
系列データをそれぞれ記憶装置に保存し、所定の時系列
データ（例えば、走査線１０２４本分ずつ）が集積され
る度に画像処理してモニタ６０に送り出す。これによっ
てモニタのＣＲＴ画面上には、受光装置３０によって検
出された異物の拡大像がゆっくりと移動する像として写
し出される。また、演算手段４３の出力は比較手段４５
にも導かれ、異物の流れ方向の大きさＬが予め規定され
た限界値Ｌ´と比較され、Ｌ＞Ｌ´の場合には、ブザー
などからなる警報装置９０に駆動信号を送出し、これを
作動させると共に、押出機９１に停止指令信号を送り、
透明流体の押出しを停止させる。次に、流速検出手段４
２による流速Ｖの算出について説明する。例えば、ビデ
オカメラとして、走査方式がノンインターレース方式、
５２５本、３０フィールドのＣＣＤカメラを使用し、そ
の撮像エリアを透明リング２の内側寸法に等しい２０mm
×１５mmとし、シャッタースピードを１０ミリ秒（ｍ
ｓ）とした場合、撮像のタイムチャートは図１２のよう
になる。ここで、あるコマ（時刻ｔ＝ｔ1 ）におけるあ
る画面上の異物Ａの画像位置が図１３（Ａ）に示す通り
であり、その次のコマ（時刻ｔ＝ｔ1 ＋３３．３ｍｓ）
における画面上の異物Ａの画像位置が図１３（Ｂ）に示
す通りであったとすると、その間の移動距離Ｄmmをコマ
間の時間差（３３．３ｍｓ）で割ることにより、異物の
流速Ｖを求めることができる。なお、異物の流速Ｖが遅
い場合には、あるコマとその数コマ後の画面間の移動距
離をその間の時間差で割るようにすればよい。なお、こ
の実施例においては、１組のレーザビーム照射装置１０
と受光装置３０を用いた例につき述べたが、図１の場合
と同様に、レーザビーム照射装置１０からのレーザビー
ムをハーフミラーなどによって分光し、これらを同一平
面内において直交する方向から透明リング内を走査する
ようにすれば、異物の幅または奥行き方向の大きさを検
出することもでき、また流路内を異物が同時に２個通過
する場合でも、それらの個数と大きさを識別することが
できる。

【００２５】上述のように本発明の実施例によれば、溶
融樹脂に異物が含まれている場合、その流れ方向の大き
さを算出して表示することができ、また、必要に応じて
異物の幅または奥行き方向の大きさも検出することもで
きる。このように本発明においては、異物をその流速に
拘らず、真の大きさとして表示するので、異物混入時の
対策に正しく対応することができる。また、レーザビー
ムをハーフミラーなどからなる分光装置を用いて分光す
るようにすれば、高価なレーザビーム照射装置の設置台
数を増加させる必要がない。

【００２６】なお、以上の説明では、透明流体として、
ＣＶケーブルのケーブル絶縁層やその接続に使用される
ポリエチレン樹脂中の異物検出に本発明を利用する例に
つき説明したが、本発明は、ポリエチレン以外の各種の
透明溶融樹脂材料、あるいは絶縁油や食用油など異物の
混入を嫌う各種の透明流体の検査に広く適用することが
できる。もっとも、本発明における透明流体は、完全透
明であることは必要ではなく、流体中に混在している異
物をレーザビームで照射した際に、その透過像が得られ
る程度の透明度を持っておればよい。なお、透明流体は
気体であっても本発明の適用が可能であることは勿論で
ある。また、図１の実施例では、レーザビームＬａ，Ｌ
ｂを透明流体の流れと直交する２つの方向から透明流体
に照射する例につき述べたが、これは必ずしも直交方向
からでなくてもよく、場合によっては同一方向からでも
よい。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、透明流体中に異物が混
入している場合、その流れ方向の大きさを正確に検出す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の使用状態における全体構成
を示す概略構成図。

【図２】流体の流路内半径方向位置と流速の関係を例
示するグラフ。

【図３】本発明を電力ケーブルの絶縁接続用ポリエチ
レン樹脂中の異物検出に利用する例を示す説明図。

【図４】本発明におけるレーザビーム照射装置の構成
例を示す説明図。

【図５】本発明における受光装置の構成例を示す説明
図。

【図６】本発明における受光装置の受光量と出力デー
タを例示するグラフ。

【図７】本発明における受光装置の走査線と異物の位
置関係を、時間の変化と共に示す説明図。

【図８】本発明装置において受光装置から出力される
デジタル信号を時間の変化と共に示す説明図。

【図９】本発明装置において受光装置から出力される
デジタル信号を時間の変化と共に示す説明図。

【図１０】本発明装置において、２個の異物が通過す
る場合の３つのパターンとそれぞれのパターンにおける
モニタ画面ａ，ｂ上の異物像を例示する説明図。

【図１１】本発明において異物の流速検出にＣＣＤカ
メラを使用する場合の実施例を示す説明図。

【図１２】図１０の実施例における撮像のタイムチャ
ート。

【図１３】図１０の実施例における、あるコマと次の
コマにおける異物の画像の状態を例示する説明図。

【符号の説明】

１……管路２……透明リング１０……レーザビーム照射装置２０……ハーフミラー２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ……
ミラー３０，３０ａ，３０ｂ……受光装置４０……信号処理装置５０……出力装置６０……モニタ７０……ビデオカメラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｇ０１Ｖ 8/14 Ｇ０１Ｖ 9/04 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路内を流れる透明流体に、その流れと
交差する方向からレーザビームを走査し、その透過光を
受光装置で受光して電気信号に変換し、前記透明流体中
に異物が混在している場合に生ずる受光量の低下に基づ
いて異物を検出する異物検出方法において、前記透明流
体中の異物の流速Ｖと、前記受光量が連続して低下した
レーザビームの走査回数Ｎを検出し、これらの検出値と
レーザビームの走査周期Ｔに基づいて、前記透明流体中
における異物の流れ方向の大きさＬを次式Ｌ＝Ｖ×Ｎ×Ｔ …………………………………………………… （１）により算出することを特徴とする透明流体中の異物検出
方法。
【請求項２】流路内を流れる透明流体に、その流れと
交差する複数の方向からレーザビームを走査し、それら
の透過光を受光装置で受光して電気信号に変換し、前記
透明流体中に異物が混在している場合に生ずる受光量の
低下に基づいて前記透明流体の流れと直交する方向の異
物の大きさＷを検出すると共に、前記透明流体中の異物
の流速Ｖと、前記受光量が連続して低下したレーザビー
ムの走査回数Ｎを検出し、これらの検出値とレーザビー
ムの走査周期Ｔに基づいて前記透明流体中における異物
の流れ方向の大きさＬを算出することを特徴とする透明
流体中の異物検出方法。
【請求項３】透明流体の流れの方向に異なる複数の位
置から透明流体にそれぞれレーザビームを走査し、それ
らの透過光をそれぞれ受光装置で受光して電気信号に変
換し、これらの電気信号に基づいて、前記複数の受光装
置で検出された同一の異物の検出時間差からその異物の
流速Ｖを求めることを特徴とする請求項１または２に記
載の透明流体中の異物検出方法。
【請求項４】単一のレーザ光源から得られたレーザビ
ームを多角形回転ミラーで反射させ、得られた走査レー
ザビームを分光手段を通して２つのレーザビームに分光
し、これらのレーザビームを透明流体の流れ方向に異な
る２つの位置から透明流体に照射し、それらの透過光を
それぞれ受光装置で受光することを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか一項に記載の透明流体中の異物検出
方法。
【請求項５】流路内を流れる透明流体を、その流れと
交差する方向からビデオカメラで撮像し、このビデオカ
メラで撮像された、ある画面における異物の画像の位置
と、所定時間経過後に撮像された画面における同一の異
物の画像の位置とを比較し、それらの位置の差と前記所
定時間の関係から前記異物の流速Ｖを求めることを特徴
とする請求項１または２に記載の透明流体中の異物検出
方法。
【請求項６】流路内を流れる透明流体にレーザビーム
を走査し、透明流体中に異物が混在している場合に生ず
る受光量の低下を検出した際に、ビデオカメラから画像
信号を流速検出手段に取込み、異物の流速Ｖを求めるこ
とを特徴とする請求項５に記載の透明流体中の異物検出
方法。
【請求項７】流路内を流れる透明流体に、その流れと
交差する方向からレーザビームを走査し、その透過光を
受光装置で受光して電気信号に変換し、前記透明流体中
に異物が混在している場合に生ずる受光量の低下に基づ
いて異物を検出する異物検出装置において、前記透明流
体中の異物の流速Ｖを検出する流速検出手段と、前記受
光量が連続して低下したレーザビームの走査回数Ｎを検
出する走査回数検出手段と、これらの検出手段からの信
号とレーザビームの走査周期Ｔに基づいて、前記透明流
体中における異物の流れ方向の大きさＬを次式Ｌ＝Ｖ×Ｎ×Ｔ …………………………………………………… （１）により算出する大きさ算定手段とを備えることを特徴と
する透明流体中の異物検出装置。
【請求項８】単一のレーザ光源から得られたレーザビ
ームを多角形回転ミラーで反射させ、平行な走査レーザ
ビームを出力するレーザビーム照射装置と、この走査レ
ーザビームを２つのレーザビームに分光する分光手段
と、これらの分光された２つのレーザビームを、透明流
体の流れ方向に異なる位置から、かつそれに直交する異
なる方向から透明流体に照射する光学系と、これらの２
つのレーザビームの透過光をそれぞれ受光して電気信号
に変換する受光装置と、これらの受光装置から出力され
る信号を処理し、前記透明流体中の異物の流速Ｖと、前
記受光量が連続して低下したレーザビームの走査回数Ｎ
と、レーザビームの走査周期Ｔに基づいて、前記透明流
体中における異物の流れ方向の大きさＬを算出すると共
に、前記異物の流れと直交する方向の大きさＷを算出す
る信号処理装置と、この信号処理装置の出力に基づいて
検出された異物の大きさを表示する出力装置とを備える
ことを特徴とする透明流体中の異物検出装置。
【請求項９】流路内を流れる透明流体を、その流れと
交差する方向から撮像するビデオカメラと、このビデオ
カメラで撮像された、ある画面における異物の画像の位
置と、その後に撮像された画面における同一の異物の画
像の位置とを比較し、それらの位置の差から前記異物の
流速Ｖを求める流速算定手段とを備えることを特徴とす
る請求項７に記載の透明流体中の異物検出装置。