CN109863388B - 一种用于检测钻石标记的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于识别材料流中的部分析出的钻石的存在的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻石检测，例如，检测诸如角砾云橄岩等岩石颗粒流中的未析出的钻石。
背景技术
在钻石回收领域和提供钻石回收技术的时候观察到了未析出的钻石和部分析出的钻石的问题。未析出的钻石是那些仍附着至诸如角砾云橄岩及其他矿物等岩石产物/颗粒/砂砾的钻石。这些未析出的钻石可能在选矿过程中被错放，这可能是由于未析出的钻石的密度低于DMS旋风分离器的分选点并且随后被发送至尾矿，而导致未析出的钻石在重介质选矿DMS过程中被错放。
未析出的钻石在循环过程中也可能受到损坏/压坏或严重破坏，因为未析出的钻石未报告至工厂的回收工段，而是报告至粉碎工段并且随后由于材料的尺寸减小而被压碎、以通过转而损坏钻石的CSS。这给处理沉淀物的采矿公司和针对钻石的出售收各种税的政府造成可防止和不必要的经济损失。
现有技术中的钻石检测涉及激光束的激励和对由钻石的晶体结构散射的激光的测量。通过利用钻石在其晶体结构内散射光的性质和“照射”或“照亮”镜面反射周期的区域的效应，即使钻石仅部分析出并且仍附着至砂砾，仍可以使用这种性质和效应作为区分钻石与诸如角砾云橄岩及其他矿物等岩石产物或颗粒/砂砾的特征。该基本原理的缺点在于类似石英、一些方解石等其他传输的矿物也发生散射并且在分选工艺中可能被错放，从而导致产量更高。
其他现有技术文献描述了用于检测材料流中的目标材料的其他方法，诸如EP2392414中描述的方法等，该方法涉及利用具有预定光谱带宽的照明射材料流，所述预定的带宽在被检测的目标材料的光谱峰值的半最大值全宽度的附近；之后，捕获并且分析来自照明物质的反射及散射光。
因此，本发明的目标是提出一种改进否则被损坏或丢失的部分析出的钻石的回收的高速工艺。进一步的目标是改进钻石检测。进一步的目标是通过提供适合于各种各样的矿石类型的合适钻石回收技术而改进钻石价值管理。
本发明的目标是克服或缓解上述所述至少一个问题。通过独立权利要求中限定的方法实现了此目标。从从属权利要求及下列描述中导出了本发明的有利实施方式。
令人惊讶的是，发现使用至少一个单色SWIR激光束能够有利于以精确并且可靠的方式回收部分析出的钻石。由于通常通过采用被检测的目标材料的光谱峰值的半最大值全宽度选择照射光束的带宽，这种发现令人惊讶。其支撑的基本原理在于本领域技术人员了解到，为了实现对材料流中的钻石的检测的可靠性，需要一定的带宽。本领域技术人员了解到，使用较小的带宽导致方法产生丢失钻石的风险，出于各种原因，这些钻石可能与钻石检测器布置成检测的矿石具有略微不同的光谱峰值。
发明内容
根据本发明，提供一种用于识别材料流中的部分析出的钻石的存在的方法，所述方法包括以下步骤：
利用多波长光束照射材料，多波长光束包括至少一个单色SWIR激光束和至少一个IR散射/反散射激光束；
在所述单色SWIR激光束被材料反射和/或散射之后，捕获所述至少一个单色SWIR激光束的一部分；
基于所捕获的所述至少一个单色SWIR激光束的一部分生成SWIR信号；
在所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料散射并且可选地被材料反射之后，捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束的第一部分；
从所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料散射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的部分中分离并且之后捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料反射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的反射部分；
基于所捕获的所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述第一部分生成IR散射信号；
基于所捕获的所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述反射部分生成IR反射信号；
基于SWIR信号、IR反射信号、以及IR散射信号的组合中的钻石标记的存在，将材料分类成包括钻石。
在一个示例性实施方式中，基于所捕获的所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述第一部分和所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料的所述第二部分被反射之后捕获的所述至少一个IR散射/反散射激光束的第二部分，IR散射信号是IR组合的反射与散射信号，本领域技术人员易于理解的是，在材料分类中，可以使用IR散射信号与IR组合的反射和散射信号中的任一种。
捕获来自材料的SWIR反射可以包括将SWIR波长反射至SWIR检测器。
从反射光中分离出散射光并且仅捕获入射光束的反射可以包括：检测在大小上与入射光束的大小对应的视野。
该方法可以包括：在捕获之前聚焦反射光。方法可以包括：在被材料反射或散射之后，分裂光的光束，以捕获IR反射信号和IR散射信号。方法可以包括：将SWIR信号、IR散射信号、以及IR反射信号中的每个信号转换成数字信号。
根据一个示例性实施方式，该方法还包括以下步骤：将所述至少一个IR散射/反散射激光束已经被所述材料散射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的第一部分从所述至少一个IR散射/反散射激光束已经被所述材料反射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的一部分中分离，并且之后，捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述第一部分。
由此，可以从所述至少一个IR散射/反散射激光束的散射部分中分离所述至少一个IR散射/反散射激光束的反射部分，反之亦然。然后，可以捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束的反射部分并且使用所述至少一个IR散射/反散射激光束的反射部分生成IR反射信号。然后，可以捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束的散射部分并且使用所述至少一个IR散射/反散射激光束的散射部分生成IR散射信号。
根据一个示例性实施方式，通过可选地从反射光中过滤散射光完成分离所述IR散射/反散射激光束的反射部分的步骤。可替代地，通过捕获所述IR散射/反散射激光束的反射部分和散射部分并且减去捕获的所述IR散射/反散射激光束的反射部分可以完成该步骤。由此，通过例如从散射光中过滤反射光的机械掩模或通过从被反射和散射的光中减去反射光可以获得散射信号。
根据一个示例性实施方式，通过从散射光中光学过滤反射光来完成分离所述IR散射/反散射激光束的第一部分的步骤。
根据一个示例性实施方式，其中，所述至少一个IR散射/反散射激光束是至少一个单色IR散射/反散射激光束。
根据一个示例性实施方式，方法还包括以下步骤：过滤具有相同偏振的光作为入射光束，因此，仅捕获交叉偏振光。
根据一个示例性实施方式，方法还包括分裂所述IR散射/反散射激光束的步骤。
根据一个示例性实施方式，方法还包括以下步骤：通过各自除以IR反射信号而归一化SWIR信号和IR散射信号。
根据一个示例性实施方式，方法还包括对所述材料流扫描所述多波长光束的步骤。
根据一个示例性实施方式，材料流包括具有部分析出的钻石的至少一个岩石颗粒。
根据一个示例性实施方式，方法还包括：使用归一化的SWIR信号和归一化的IR散射信号表示材料而形成二维空间。
根据一个示例性实施方式，二维空间表示多种岩石颗粒。
根据一个示例性实施方式，方法还包括：将二维空间内的像素分类成钻石或其他材料类别。
根据一个示例性实施方式，方法还包括：从所述材料流的输送方向喷射包括被分类成钻石的材料的物质。
IR光的多波长光束可以包括被组合成一个共同光束的IR光的多个光束。IR光的多波长光束可以包括被组合成一个共同光束的IR光的三个光束，其中，至少一个光束是SWIR光的光束。方法可以包括：对材料扫描光束。
材料可以包括多种岩石颗粒。多种岩石颗粒可以形成岩石颗粒流的一部分。
方法可以包括：使用归一化的SWIR信号和归一化的IR散射信号表示材料而形成二维空间。方法可以包括：将二维空间内的像素分类成钻石或其他材料类别。二维空间可以表示单一岩石颗粒。二维空间可以表示多种岩石颗粒。
在分选工艺中，可以使用该方法，其中，可以从被分类的物质的流路径中喷射包括被分类成钻石的材料的物质。
根据本发明的一方面，提供一种装置，装置包括用于利用多波长光束照射材料的器件，多波长光束包括至少一个单色SWIR激光束和至少一个IR散射/反散射激光束；
在所述单色SWIR激光束被材料反射和/或散射之后，捕获所述至少一个单色SWIR激光束的部分的器件(means)；
基于捕获的所述至少一个单色SWIR激光束的部分生成SWIR信号的器件；
在所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料散射并且可选地被材料反射之后，捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束的第一部分的器件；
从所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料散射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的部分中分离并且之后捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料反射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的反射部分的器件；
基于捕获的所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述第一部分生成IR散射信号的器件；
基于捕获的所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述反射部分生成IR反射信号的器件；
基于SWIR信号、IR反射信号、以及IR散射信号的组合中的钻石标记的存在将材料分类成包括钻石的器件。
捕获来自材料的SWIR反射的器件可以包括将SWIR波长反射至SWIR检测器的器件。将SWIR波长反射至SWIR检测器的器件可以包括二向色镜。过滤散射光并且仅捕获入射光束的反射的器件可以包括检测在大小上与入射光束的对应的视野的器件。检测在大小上与入射光束的大小对应的视野的器件可以包括具有直径与入射光束的横截面直径大致对应的孔的检测器。可以限定板或隔片(plate or diaphragm)中的孔。捕获来自材料的其余反射或散射光的器件与生成IR组合的反射和散射信号或IR散射信号的器件可以包括具有视野大于仅捕获入射光束的反射的检测器的视野的检测器，其中，存在被布置成过滤被材料镜面反射的光的光学滤波器或机械掩模。所述光学滤波器或机械掩模可以是圆盘。所述圆盘可以与入射光束的反射部分共轴对准。
此外或可替代地，例如，从所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料散射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的部分中分离所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料反射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的反射部分的所述器件是针孔、隔片、或其他已知器件。所述针孔或隔片可以被布置成允许反射光束的中心穿过并且将光的散射部分阻挡在外面。
装置可以包括过滤具有相同偏振的光作为入射光束的器件，因此，仅捕获交叉偏振光。用于过滤的器件可以包括偏振光束分裂器。装置可以包括在捕获之前聚焦反射光的器件。用于聚焦的器件可以包括至少一个聚焦透镜。装置可以包括分裂被材料反射和散射的光的光束、以捕获IR反射信号和IR散射信号的器件。用于分裂的器件可以是非偏振光束分裂期。
装置可以包括将SWIR信号、IR散射信号、以及IR反射信号中的每个信号转换成数字信号的器件。用于转换的器件可以是数模转换器。装置可以包括通过各自除以IR反射信号而归一化SWIR信号和IR散射信号的器件。
IR光的多波长光束可以包括被组合成一个共同光束的IR光的多个光束。装置可以包括第一IR激光和第二SWIR激光。装置可以包括将IR光的多个光束组合成一个共同光束的器件。器件可以包括一个或多个二向色镜。IR光的多波长光束可以包括被组合成一个共同光束的IR光的三个光束，其中，至少一个光束是SWIR光的光束。
装置可以包括对材料扫描光束的器件。用于对材料扫描光束的器件可以包括旋转多角镜。
材料可以包括多种岩石颗粒。多种岩石颗粒可以形成岩石颗粒流的一部分。
装置可以包括使用归一化的SWIR信号和归一化的IR散射信号表示材料而形成二维空间的器件。
装置可以包括将二维空间内的像素分类成钻石或其他材料类别。二维空间可以表示单一岩石颗粒。二维空间可以表示多种岩石颗粒。
根据本发明的一个实施方式，通过包括下列器件的装置执行所述方法：
利用多彼此光束照射材料的器件，多波长光束包括至少一个单色SWIR激光束和至少一个IR散射/反散射激光束；
在所述单色SWIR激光束被材料反射和/或散射之后，捕获所述至少一个单色SWIR激光束的部分的器件；
基于捕获的所述至少一个单色SWIR激光束的部分生成SWIR信号的器件；
在所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料散射并且可选地被材料反射之后，捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束的第一部分的器件；
从所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料散射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的部分中分离并且之后捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料反射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的反射部分的器件；
基于捕获的所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述第一部分生成IR散射信号的器件；
基于捕获的所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述反射部分生成IR反射信号的器件；
基于SWIR信号、IR反射信号、以及IR散射信号的组合中的钻石标记的存在将材料分类成包括钻石的器件；并且
所述过程包括从被分类的材料流中喷射被分类成包括钻石的材料的步骤。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述装置还包括对材料扫描光束的器件。
根据本发明的一个示例性实施方式，对材料扫描光束的所述器件包括旋转多角镜。
根据本发明的一个示例性实施方式，利用多波长光束照射材料的所述器件是至少一个单色SWIR激光和至少一个单色IR激光。
根据本发明的一个示例性实施方式，在所述单色SWIR激光束被材料反射和/或散射之后，捕获所述至少一个单色SWIR激光束的部分的所述器件是单一PIN二极管。
根据本发明的一个示例性实施方式，在所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料散射并且可选地被材料反射之后，捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束的第一部分的所述器件是单一PIN二极管。
根据本发明的一个示例性实施方式，在所述至少一个IR散射/反散射激光束被材料反射之后，捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束的反射部分的所述器件是单一PIN二极管。
根据本发明的一个示例性实施方式，从所述至少一个IR散射/反散射激光束的散射部分中分离所述至少一个IR散射/反散射激光束的反射部分的所述器件是光学滤波器。
根据本发明，进一步提供一种包括上面限定的装置的分类系统，分类系统还包括从被分类的物质的流路径喷射包括被分类成钻石的材料的物质的器件。用于喷射物质的器件可以被适配成在下落(falling)的同时喷射物质。
根据本发明，进一步提供一种包含程序指令的计算机可读介质，当通过处理器运行程序指令时，程序指令致使处理器执行上述方法。
用于识别钻石标记的装置可以形成激光扫描仪的一部分。可以在分类系统中设置多个激光扫描仪。
如果设置多个激光器，则各个激光器可以产生光的集中光束。可以将光的光束组合成一个共同的光束。可以使用偏振光束分裂器除去共同光束偏振时的不规则性。
可以提供将光束定向至产物中的器件并且该器件可以包括至少一个镜。至少一个镜可以包括具有多个面的可旋转镜。一种可能的可旋转镜是多角镜。
优选地，至少一个激光在700nm至1000nm的范围内操作。例如，在800nm至900nm的范围内、或以730nm或830nm操作。至少一个激光在1100nm至1700nm的范围内操作，例如，在1110nm至1600nm的范围内、或1450nm至1550nm的范围内、或以1490nm操作。可以提供例如在1100nm至1700nm的范围内、例如在1110nm至1600nm的范围内、或在1400nm至1600nm的范围内、或以1550nm操作的至少一个额外的激光。
通过组合IR散射信号、IR反射信号、以及SWIR信号，本领域技术人员获得关于与众不同并且具有唯一性的钻石的特征。这就是指稀释浓度的砂砾的错位被最小化，由此在不妥协高回收率的情况下因钻石精矿的较高纯度而导致产量下降。
可以使用方法检测岩石颗粒流中的钻石，其中，在通过检测区移动时，可以将至少一个激光束定向为朝向岩石颗粒流。激光束可以形成在岩石颗粒的路径上横向地移动的光带的一部分，其中，至少一个检测器被布置成检测反射和散射光。
在该描述中，“散射光”指，一方面，在产物的表面上发生漫反射的光，和另一方面，由于所述光带至少部分穿透产物、扩散至产物中、并且由此照亮产物的对应部分而导致产物发射的光。
可以将岩石颗粒呈现为一定宽度和速度的单层。该层能够由斜槽(chute)装置或带状装置(belt arrangement)形成。通过激励或照射馈送颗粒的多角镜装置，当从斜槽或带装置下落时，可以将每种激光束定向至颗粒。经由同一多角镜可以接收并且通过将一定量的光转换成电信号的光电元件可以测量被颗粒表面镜面反射的光以及在颗粒内散射、由此照亮镜面反射周期的区域的光。例如，所述光电元件中的每一个元件可以是相应的光敏二极管。通过测量从散射光中分离的反射光可以判断反射强度与散射强度之比。
来自所述检测器的信号可以与材料流中的光束的位置相关或耦合。例如，可以使用旋转多角镜的可旋转位置判断当前照射材料流的哪一部分。由此，来自同一传感器的两个连续信号彼此可以在空间上通过已知的方式而相关。
例如，通过乘以与光带的位置有关的因数，可以电子地修改来自所述检测器的信号，因此，获得不与光带的位置有关的信号。
为了检测产物中具有相同感光度的钻石，可以通过与所述检测区中的所述部分的位置无关的方式调整从产物部分散射的光落在所述检测器上的光流。为此，可以将调整元件放置在所述检测器与产物移动通过检测区的位置之间，通过落在所述检测器上的散射光的光流与所述部分的位置无关的方式，调整元件仅让由产物部分散射的光的一部分通过。所述调整元件能够有利地包括具有至少一个校准开口的隔片。隔片可以具有调整所述开口的大小的器件。有利地，所述隔片可以在所述开口的边缘处设置有小的、可移动板，其中，通过落在所述检测器上的光流与所述光带的位置无关的方式，所述板能调整开口的大小和/或形状。
优选地，扫描系统被设置成同时对岩石颗粒的多个面进行扫描。可以使用包括彼此相对的两个扫描系统的双扫描系统。
与现有技术钻石检测方法相比较，通过使用本发明的方法与装置确保在被压碎之前提前回收钻石承载岩石，可以减少钻石损坏。本发明避免使用重介质选矿，即，已知在钻石回收方面具有缺点。进一步地，在回收过程中，由于要求代理商调整水密度，所以DMS是一个成本高的阶段。
本发明进一步使得Type I&Iia钻石的回收最大化。现有技术中的X射线分类丢失了极可能被排除在外的高质量钻石。本发明改进了展示不良优先析出因素的矿体中的钻石回收。还希望回收仍附着至角砾云橄岩的钻石，以增加其作为地质标本的价值，并且鉴于此，可以使用本发明。
实施方式的分项列表
第1项.一种用于识别钻石标记的方法，包括：
利用红外IR光的多波长光束照射材料，其中，多个波长中的至少一个波长在短波红外SWIR区域内；
从材料反射的光中捕获SWIR反射并且生成SWIR信号；
捕获来自材料的其余反射并且生成IR组合的反射与散射信号；
从材料反射的光中过滤被材料散射的光并且仅捕获入射光束的反射，以生成IR反射信号；
基于SWIR信号、IR反射信号、以及IR组合的反射与散射信号的组合中的钻石标记的存在，将材料分类成包括钻石。
第2项.根据第1项所述的方法，还包括：过滤具有相同偏振的光作为入射光束，因此，仅捕获交叉偏振光。
第3项.根据第1项或第2项所述的方法，还包括：通过各自除以IR反射信号而归一化SWIR信号及IR组合的反射与散射信号。
第4项.根据之前任一项所述的方法，还包括：对材料扫描光束。
第5项.根据之前任一项所述的方法，其中，材料包括至少一个岩石颗粒。
第6项.根据之前任一项所述的方法，其中，二维空间表示多种岩石颗粒。
第7项.根据之前任一项所述的方法，还包括：使用归一化的SWIR信号及归一化的IR组合的反射与散射信号表示材料而形成二维空间。
第8项.根据之前任一项所述的方法，还包括：将二维空间内的像素分类成钻石或其他材料类别。
第9项.根据之前任一项所述的方法，在分选工艺中使用时，其中，可以从被分类的物质的流路径中喷射被分类成钻石的材料。
第10项.一种用于识别钻石标记的装置，包括：
利用红外IR光的多波长光束照射材料的器件，其中，多个波长中的至少一个波长在短波红外SWIR区域内；
从材料反射的光中捕获SWIR反射的器件和生成SWIR信号的器件；
捕获来自材料的其余反射的器件和生成IR组合的反射与散射信号的器件；
从材料反射的光中过滤被材料散射的光的器件和仅捕获入射光束的反射、以生成IR反射信号的器件；
基于SWIR信号、IR反射信号、以及IR组合的反射与散射信号的组合中的钻石标记的存在将材料分类成包括钻石的器件。
第11项.根据第10项所述的装置，还包括第一IR激光和第二SWIR激光以及将IR光的多个光束组合成一个共同光束的器件。
第12项.根据第10项或第11项所述的装置，还包括对材料扫描光束的器件。
附图说明
将参考所附附图仅通过实施例方式描述本发明的实施方式，其中：
图1是表示现有技术钻石处理流程的流程图。
图2是表示结合了本发明的改进的钻石加工流程的流程图。
图3示出了根据本发明的分选器系统的一个实施方式。
图4示出了用于识别根据本发明的钻石标记的装置的一个实施方式。
图5是表示由图4中根据本发明的方法的装置生成的信号处理的一个实施方式的流程图。
图6是当SWIR’、IR_REF_SC’是砂砾、石英、或钻石中的一者时，如本发明中使用的分类函数所使用的对返回材料类别标识符的限定。
图7a、图8a、以及图9a是正常环境照明时的照片，示出了包括部分析出的钻石的相应岩石颗粒。
图7b至图7d、图8b至图8d、以及图9b至图9d是由本发明的方法中使用的三个不同的检测器捕获的岩石的灰度表示。
图7e、图8e、以及图9e示出了基于图7b至图7d、图8b至图8d、以及图9b至图9d的三种灰度表示的相应岩石的伪色表示。
图7f、图8f、以及图9f分别是示出图7a、图8a、以及图9a中的岩石颗粒的材料类别的图像。
具体实施方式
图1是表示典型的现有技术钻石加工流程的流程图。通过结合了大小分类和粉碎单元过程的析出阶段而表征过程。目的是在不损坏钻石的情况下使钻石析出。在下列精选阶段，所分类材料整体减少，以在保持钻石的最高可能百分比的同时，获得最小可能体积的精矿。最后，在回收阶段处理该精矿，其中，生产包含适于钻石出售百分比的最终精矿。
临界区是析出过程中发生的钻石损坏和精选过程中的未析出的钻石的丢失。如图2中所示，通过根据本发明的激光分类单元的结合而解决这些区域。图2是表示结合了本发明的改进钻石加工流程的流程图。通过在粉碎之前结合激光分选工艺，可以在经过潜在破坏力之前回收粗大尺寸范围内的析出和未析出的钻石。激光分类能够应用于高至100mm的颗粒尺寸，从而使得即使在初步的压碎循环中也适用。
关于精选阶段的尾矿的激光分选工艺的结合能够使得回收已丢失的析出和未析出的钻石。在低至4mm的尺寸范围内能够实现此操作。
图3示出了根据本发明的适合于在钻石处理流程中使用的分选器系统的一个实施方式。
系统的主框架14表示材料引导件、激光扫描仪盒子、以及喷射模块的支撑结构。在示出的实施方式中，提供了具有前后扫描能力的自由下落装置。例如，将由角砾云橄岩岩石形成的进料1馈送至振动或摇动盘式进料器2。该进料器的目的是将进料均匀地分配至装备的全部扫描和选矿宽度(典型地，300mm至2000mm宽)并且进一步分配至加速槽4。在该斜槽上，材料从较为水平方位的馈送方向变化成由斜槽4导向的较为竖直方位并且加速至仪表的速度为3m/s。通过该加速，均匀地在可用的区域上扩散过程并且析出大多数颗粒并且可能彼此不触碰。在形成扫描区5的斜槽内的间隙中，通过激光扫描仪7从2个相对的侧对颗粒进行扫描。斜槽的另一工段进一步在喷射模块的喷嘴杆(nozzle bar)上引导颗粒。在钻石回收应用的情况下，在这样的位置激活通过有关喷嘴8释放压缩空气的一个或多个电磁阀，即，已经检测到潜在析出或未析出的的钻石10，以通过分流板11推动颗粒被捕获并且被引导至喷射出口13。所有其他的角砾云橄岩颗粒将在不激活的情况下穿过喷嘴杆、滴到分流板下方、并且最终被引导至机器的滴定出口12。
图4示出了根据本发明的用于识别钻石标记的装置的一个实施方式。该系统可以被结合在诸如图3中所示的分选器系统中或结合诸如图3中所示的分选器系统使用。
在该实施方式中，提供了三种激光20、22、23，每种激光产生光的集中光束，通过二向色镜19、21将集中光束组合成一个共同的光束。一种激光提供IR散射/反散射激光束。第二种激光和第三种激光的波长增加，以支持钻石与所有其他半透明材料的区别，并且其中，这些激光中的至少一个激光发射具有短波红外(SWIR)区域内的波长的激光束。这些激光束中的每一种是单色激光束。如果需要，能够增加/混合更多的波长来增加光感度。将组合光束引导至偏振光束分裂期18。本领域技术人员理解偏振光束分裂期的操作原理并且其细节说明不一定必然用于该描述之目的。总之，尽管激光已经发生偏振，并且尽管以这样的方式定向组合光束的偏振，即，其与光束分裂器的传输偏振方向对应，然而，当光束穿过偏振光束分裂器18时，除去了光束偏振的不规则性或瑕疵。将离开偏振光束分裂器18的组合光束导向至高速旋转多角镜17。
高速多角镜17将扫描平面内扫描区全宽度上的光束朝向参照物或背景元件15定向。优选为利用多角镜17与背景元件15之间的光栅16。PCT申请WO 98/44335中详细描述了该光栅16。通常，光栅16确保从扫描体反射回至检测器的光与光束的扫描图案中的扫描体的位置“无关”。按照这种方式，在扫描平面的全宽度内扫描产物时，获得大致均匀的感光度。光栅16可以被构造成具有开口的隔片形式，开口在来自扫描体的最大反射光的点的方向上(通常在扫描平面的中间)变窄。该开口设置在与光束移动的平面垂直的平面上。隔片开口的形式和大小选择为使得无论何时将光束定向产物时，通过接收由扫描产物“回退”的光的检测器产生的信号与产物在光束扫描平面内的位置无关。
背景元件15可以由取决于被扫描物质的类型的各种材料制成、并且优选为允许区分所有进料颗粒与背景的颜色或结构。被扫描的颗粒经过背景元件15与镜17之间的扫描区。
在扫描区中，光束对产物产生影响，并且一部分光被反射回至镜17和偏振光束分裂器18。反射光包含具有与入射光束具有相同偏振的光和来自扫描体的垂直偏振的光。相同偏振光并不具体用于处理循环并且甚至可能掩盖关于扫描产物的一定有用信息。偏振光束分裂器18将反射光分裂成两个偏振方向，一个偏振方向上的反射光与入射激光具有相同偏振，初始，通过相同偏振光束分裂器18经由来自激光20、22、23的光的初始集中光束的通路进一步对准该一个偏振方向上的反射光的偏振，并且另一偏振方向上的反射光相对于入射激光具有90度的偏振(交叉偏振光)。相同偏振的反射光直接经过光束分裂器18并且不再使用。由此，在从反射光中过滤相同偏振的光的方面，偏振光束分裂器18可以被视为用作“滤波”功能。
将来自光束分裂器18的交叉偏振光定向至聚焦透镜24并且然后定向至二向色镜25。例如，SWIR波长能够被该镜反射并且引导至SWIR检测器装置27，SWIR检测器装置27还包括部件26、28、以及29，其中，较长的波长穿过二向色镜25。检测器27产生与被引导至运算放大器28和模/数转换器29的整个反射交叉偏振SWIR光场成比例的控制信号。
穿过二向色镜25的光被引导至非偏振光束分裂器30(在本领域中，有时被称之为“50/50光束分裂器”。光束分裂器30将约50％的交叉偏振反射光传递至包括部件31、32、34、以及35的检测器装置33、并且将约50％的交叉偏振反射光传递至包括部件37、39、以及40的检测器装置38。检测器装置33和38中的每个装置具有不同的视野。检测器38具有直径足够大的视野，以使得捕获从扫描产物反射的基本所有的交叉偏振光，包括被漫射至半透明产物中的光(散射光)和从入射在产物上的激光的撞击点反射的相对密集的中心光。在本发明中、此处未示出的另一实施方式中，检测器38可以设置有板或隔片，其横截面直径与交叉偏振光的光束的横截面直径大致对应。由此，可以仅捕获被产物散射的光并且可选地过滤被材料镜面反射的光。
由于接收光的强度很高程度取决于颗粒表面的亮度或反射率(暗表面给出的信号低，亮表面给出的信号高)，散射效应的绝对测量是不可能的。需要允许对散射效应进行相对测量的参考通道。通过测量组合反射入射光与散射光的检测器38装置形成该参考通道。检测器33仅测量入射光的反射。
一次方程式允许使用两个通道对测量进行归一化：散射归一化＝镜面反射+散射/镜面反射。
该归一化信号与表面亮度无关。通过诸如板或隔片等上游限定元件36限定检测器38的视野，板或隔片具有被限定在其中的相对大的孔或洞，即，孔或洞的直径由此限定了视野的直径。检测器38产生与被引导至运算放大器39和模/数转换器40的整个反射交叉偏振光场成比例的控制信号。在本发明的一个实施方式中，限定元件36具有被布置成将来自入射在产物上的光束的撞击点的相对强烈的镜面反射光阻挡在外面的部分。在该实施方式中，从散射光中过滤反射光并且可以生成散射信号。
检测器33具有在大小上与入射扫描光束的横截面直径基本对应的视野。由此，检测器33仅感测来自入射在产物上的光束的撞击点的相对强烈的镜面反射光。通过诸如板或隔片等上游限定元件31限定检测器33的视野，板或隔片具有被限定在其中的洞或孔，洞或孔具有与入射激光束的横截面直径对应的直径。检测器33仅生成与被引导至运算放大器34和模/数转换器35的镜面反射光成比例的输出信号。
所有检测器具有由偏振光束分裂器形成、以仅将交叉偏振光引导至检测器的上游限定元件26、32、以及37。通过形成二维图像的图像处理系统获取三个检测器通道的数字信号，二维图像表示在扫描区与分选器的喷射模块的喷嘴杆之间行进的分选器馈送部分。图像处理系统对数据进行实时评估，以区分颗粒与背景、对颗粒进行分类、并且控制关于应被喷射物质的阀块。
图5是根据本发明的图像处理系统内的信号处理的一个实施方式的流程图。
图5是表示根据由图像处理系统完成的本发明的方法的通过图4中的装置产生的信号的处理的一个实施方式的流程图。
下列信号定义适用于图5：
IR_REF：红外激光IR反射信号(检测器33)
IR_REF_SC：红外激光组合的反射与散射信号(检测器38)
SWIR：短波红外激光信号(对激光22加上激光23进行组合，检测器27)
通过亮度或相应的反射率归一化信号：
IR_REF_SC’＝IR_REF_SC/IR_REF
SWIR’＝SWIR/IR_REF
在图5示出的过程中，通过模/数(A/D)转换器将适当检测器的三种信号IR_REF、IR_REF_SC、以及SWIR转换成分辨率为12位的数字值。控制逻辑控制转换率与时刻以及与旋转多角镜的同步。作为实施例，在表示一行2048个像素的材料馈送的全宽度内，表示一次扫描的每个镜面发生2048次A/D转换。图5中的流程图描述了在区域图像处理之前按照像素级执行的功能。
对于三种信号中的每种信号，执行偏置与增益校正，以确保暗值是零并且最亮值是4095(12位范围)。为了获得与所测量的颗粒表面的宽带反射率几乎无关的信号，在下一阶段，通过值除以IR_REF信号而归一化数字值IR_REF_SC和SWIR。
参见图6，关于特征类别生成，仅使用归一化的值IR_REF_SC’和SWIR’形成二维空间。在该空间中，能够将所区分的感兴趣材料的性质描述成IR_REF_SC’值、SWIR’值的云，每种材料形成材料限定空间。使用离线分析工具从代表性采样中导出该限定空间并且设置特征类别生成功能。
一旦设置特征类别生成功能，由值IR_REF_SC’和SWIR’表示的实际像素则将形成输入信息。分类功能将返回材料类别标识符，其中，SWIR’、IR_REF_SC’是根据图6中所示的限定的砂砾、石英、或钻石中的一者。例如，对于砂砾，材料类别识别可以是0，并且对于石英，材料类别识别可以是1，并且对于钻石，材料类别识别可以是2。如果需要，针对材料馈送的其他岩石品种，能够限定更多的类别。
对于区域图像处理，在计算实例的存储器中形成二维照片，以能够识别颗粒并且描述颗粒表面上的特征类别的分布。这需要区分背景与前景像素，例如，通过IR_REF信号的简单阈能够完成此操作。从与阈相比较的大量的“砂砾”像素与大量的“钻石”像素中导出对颗粒级别的最终分类判断：颗粒是“钻石”或相应颗粒“不是钻石”。区域图像处理还生成单独控制阻波器的电磁阀所需并且与其位置和大小有关的位置和维度信息。
图7a、图8a、以及图9a是正常环境照明时的照片，示出了包括部分析出的钻石的相应岩石颗粒。在图7a中，钻石以某种方式从岩石中突出，使得用肉眼很容易看到。在图8a中，钻石部分嵌入在岩石颗粒内，使得它比图7a中的钻石更难以看到。在图9a中，钻石几乎完全嵌入在岩石颗粒内，并且因此肉眼非常难以看到。
图7b至图7d、图8b至图8d、以及图9b至图9d是由本发明的方法中使用的三个不同的检测器捕获的岩石的灰度表示。图7b、图8b、以及图9b是基于IR散射信号的岩石的灰度表示，图7c、图8c、以及图9c是基于IR反射信号的岩石的灰度表示，并且图7d、图8d、以及图9d是基于SWIR信号的岩石的灰度表示。
图7e、图8e、以及图9e示出了使用图7b至图7d、图8b至图8d、以及图9b至图9d中的三种灰度表示的相应岩石的伪色表示。在这些图中，将IR散射信号映射至红色通道，将IR反射信号映射至绿色通道，并且将SWIR信号映射至蓝色通道。由此，基于这三种信号形成伪色RGB图像。
然后，在各个像素的材料分类中使用图7b至图7e、图8b至图8e、以及图9b至图9e中的表示。例如，通过将阈值应用于三种灰度表示中的每一种、以及伪色RGB图像而完成此操作。如果像素与一定的预定标准相匹配，则将其分类成包括岩石、钻石、背景材料、另一种半透明材料(例如，石英)、或另一种材料。针对第一种岩石颗粒中的四种表示的所有像素进行该分类。
图7f、图8f、以及图9f分别是示出图7a、图8a、以及图9a中的第一种岩石颗粒的材料类别的图像。例如，如上所述，通过分析IR散射信号、IR反射信号、及SWIR信号来完成材料分类。在这些图中，被分类成包括背景材料的像素被着色成灰色，被分类成包括岩石颗粒的像素被着色成黑色，并且被分类成包括钻石(由于所分析的信号中存在钻石标记)的像素被着色成白色。当判断应从材料流中喷射岩石颗粒流中的哪些岩石颗粒时，使用在该步骤中完成的分类。在从材料流中喷射被分类成包括钻石的岩石颗粒的器件进行定向时，也使用该分类。由于喷射器件多数情况下适合于将附着的钻石定向至岩石颗粒的中心，所以获知岩石颗粒的外型以及其是否包括钻石很重要。
此处，当参考本发明使用措词“包括(comprises)/包括(comprising)”及措词“具有/包括(including)”时，指存在所陈述的特征、整数、步骤、或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、部件、或其组合。
应当认识到，也可以结合单一实施方式提供在各个实施方式的上下文中描述(出于清晰起见)的本发明的特定特征。相反，也可以单独提供或以任何合适的子组合方式提供在单一实施方式的上下文中描述(出于简便起见)的本发明的各个特征。
Claims (14)
1.一种用于识别材料流中的部分析出的钻石的存在的方法，所述方法包括以下步骤：
利用多波长光束照射材料，所述多波长光束包括至少一个单色SWIR激光束和至少一个IR散射/反散射激光束；
在所述单色SWIR激光束被所述材料反射和/或散射之后，捕获所述至少一个单色SWIR激光束的一部分；
基于所捕获的所述至少一个单色SWIR激光束的一部分生成SWIR信号；
在所述至少一个IR散射/反散射激光束被所述材料散射并且被所述材料反射之后，捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束的第一部分；
从所述至少一个IR散射/反散射激光束已经被所述材料散射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的一部分中分离并此后捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束已经被所述材料反射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的反射部分；
基于所捕获的所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述第一部分生成IR散射信号；
基于所捕获的所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述反射部分生成IR反射信号；
基于所述SWIR信号、所述IR反射信号、以及所述IR散射信号的组合中的钻石标记的存在，将所述材料分类成包括钻石。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：将所述至少一个IR散射/反散射激光束已经被所述材料散射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的第一部分从所述至少一个IR散射/反散射激光束已经被所述材料反射之后的所述至少一个IR散射/反散射激光束的一部分中分离，并且之后，捕获所述至少一个IR散射/反散射激光束的所述第一部分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个IR散射/反散射激光束是至少一个单色IR散射/反散射激光束。
4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：过滤具有与入射光束相同的偏振的光，从而仅捕获交叉偏振光。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，分离所述IR散射/反散射激光束的反射部分的步骤是通过对来自反射光的散射光进行光学过滤而完成的。
6.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：分裂所述IR散射/反散射激光束。
7.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：通过将所述SWIR信号和所述IR散射信号分别除以所述IR反射信号而将所述SWIR信号和所述IR散射信号归一化。
8.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：对所述材料流扫描所述多波长光束。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述材料流包括至少一种具有部分析出的钻石的岩石颗粒。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括：使用归一化的SWIR信号和归一化的IR散射信号形成二维空间用于表示所述材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述二维空间表示多种岩石颗粒。
12.根据权利要求10或11所述的方法，还包括：将所述二维空间内的像素分类成钻石或其他材料类别。
13.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：从所述材料流的输送方向喷射包括被分类成钻石的材料的物质以用于分选工艺。
14.一种包含程序指令的计算机可读介质，所述程序指令在由处理器执行时使所述处理器执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。
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