CN1129615A - 谷物颗粒颜色分拣机 - Google Patents

Abstract

颜色分拣机包括：谷物引导装置；谷物供给装置；光学检测装置，它包括谷粒照射装置，接收受照谷粒和背景光度的光接收探测器；和去除颗粒的喷射器装置。照射装置包括分别在可见光范围和近红外范围内具有光谱能量分布的第一光源和第二光源，光接收探测器包括分别对可见光范围和近红外范围内的光有高敏感度的第一部分和第二部分，从而用一台分拣机既在可见光范围内检测和去除颜色与谷粒不同的异物，也在近红外范围内识别和去除颜色与谷粒相同或透明的异物。

Description

谷物颗粒颜色分拣机

本发明涉及谷物颗粒颜色分拣机，它从光学上检测混合在象稻谷颗粒，小麦颗粒这样的谷物中的外来物质(异物或杂质)，或混合在其中的豆子或坏的谷物颗粒，以便分拣或鉴别和去除上述东西。

在本说明中，粒状物体的“颜色”一般意指“可见光范围内的颜色”，而粒状物体是“透明”的意指就没有别的规定而言，“它对可见光是透明的”，也就是，“它具有透过可见光的特性”。

如在日本专利未审查公开第1—258781号中所揭示的，例如，在常规的颜色分拣机中，谷物颗粒用象白炽灯，荧光灯或诸如此类的可见光范围内的光源照射，来自光源照射的谷物颗粒的光度和来自用作基准色板的背景光度之间的差别用分别对可见光范围内的多个波长带专用的光接收元件检测，从而利用好的谷物颗粒和外来物质之间的颜色差别来区分和去除外来物质。但是，在上述常规颜色分拣机中，至于象玻璃、塑料、金属、陶器、瓷器或诸如此类的碎块这样的，混合在谷物颗粒中的外来物质具有与好的谷物相同的颜色，或者是透明的，适当的区分和去除这些外来物质就不能实现。

日本专利未审查公开第5—200365号揭示了一种外来物质检测装置，其中近红外光照射到检查区，并且近红外范围(波长为750—2500nm)内两种特定波长(约1300nm和约1460nm)的光被从要检查的物体散射的和透过的光中检测出来，将检测到的两个值与相应的预定值相比较，以便确定被检查的物体是否是象白色的稻粒这样的所希望的物体或是象玻璃块或塑料块这样的外来物质，从而将与好的谷物颗粒颜色相同的或是透明的外来物质检测出来并将它们与好的谷物区分开来。

但是，仅具有用近红外光作光源的上述外来物质检测装置，坏的或不合乎要求的谷物颗粒等等不能从好的颗粒中分拣出来，因此，为了完成区分和去除坏的谷物颗粒等等，必须另外装备用可见光作光源的常规颜色分拣机。换句话说，有效的分拣只有用这样一种方式进行，即颜色与好的谷物不同的平常的外来物质首先用常规颜色分拣机在可见光范围内从好的谷物颗粒中挑选出来并除去，而后，颜色与好的谷物相同的或是透明的其它外来物质通过使用近红外范围内的光的外来物质检测装置从好的谷物颗粒中区分开来并除去。另一方面，把日本专利未审查公开第5—200365号中揭示的，其中近红外光用来作光源的外来物质检测装置加入到使用可见光范围内的光的常规颜色分拣机中，将引起该机器太复杂并增加整体尺寸，从而导致机器的维护过于麻烦。

鉴于以上问题，本发明的目的是要提供一种谷物颗粒颜色分拣机，它能够用一台颜色分拣机，既可在可见光的范围内检测，将颜色与好的谷物颗粒不同的外来物质从好的谷物颗粒中挑选出来并除去，又可在近红外光的范围内检测，将在可见光范围内颜色与好的谷物颗粒相同的或是透明的其它外来物质，例如玻璃块、塑料块或诸如此类，从好的谷物颗粒中区分出来并除去。

根据本发明，以上目的可以用一台谷物颗粒颜色分拣机实现，该机包括：将谷物沿预定的谷物流通引导到预定的检测位置的谷物引导装置；将谷物陆续输送到谷物引导装置的谷物供给装置；光学检测装置，它包括照射沿流道通过预定的检测位置流下的谷物颗粒的照射装置，接收来自被照射的谷物颗粒的光度的光接收探测器装置和布置在光接收装置对面的背景装置，所述谷物流道介于光接收装置和背景装置之间；以及喷射器装置，它位于光学检测装置的下面，用来去除其光度与背景装置的光度不同的谷物颗粒；其中照射装置包括在可见光范围内具有光谱能量分布的第一光源和在近红外范围内具有光谱能量分布的第二光源，而且其中光接收探测器装置包括对可见光范围内的光具有高敏感度的第一光接收探测器部分和对近红外范围内的光具有高敏感度的第二光接收探测器部分。

在根据本发明的谷物颗粒颜色分拣机中，因为照射沿流道通过预定的检测位置流下的谷物颗粒的照射装置包括在可见光范围内具有光谱能量的第一光源和在近红外范围内具有光谱能量的第二光源，并且因为接收谷物颗粒的光度的光接收探测器装置包括分别对可见光范围内的光和近红外范围内的光具有高敏感度的第一和第二光接收探测器部分，所以通过检测位置的谷物颗粒可以同时用可见光和近红外光二者照射，并且由可见光的辐射或照射获得的反射光的强度和由近红外光的辐射获得的反射光的强度能够分别用各自对可见光和近红外光的波长带具有高敏感度的第一和第二光接收探测器部分检测。因此，可以用一台颜色分拣机，既可在可见光范围内检测，以便从好的谷物颗粒中区分和去除颜色与好的谷物不同的外来物质，又可在近红外范围内检测，以便从好的谷物颗粒中鉴别和去除在可见光范围内颜色与好的谷物相同的或者是透明的其它外来物质。

下面将对本发明作更详细的说明。

要分拣的粒状物体通过谷物传送装置传送，以便沿预定的流道输送到检测位置。

送到检测位置的要分拣的每一个柱状物体，受照射装置的照射。照射装置包括第一光源，例如发光波长带为350—700nm的荧光灯，和第二光源，例如发光波长带为500—2000nm的卤素灯。由第一光源照射的要分拣的粒状物体反射的和透过的光度由第一光接收探测器部分检测，例如硅光敏元件(通过允许可见光范围内的光透过的滤光器)，而由第二光源照射的要分拣的粒状物体反射的和透过的光度由第二光接收探测器部分检测，例如锗光敏元件(通过允许近红外范围内的光透过的滤光器)。而且，这两个光接收探测器部分受设置在相应的光接收探测器部分对面的背景反射的光的辐射。

如果设置在第一光接收探测器部分对面的背景反射的光度事先加以调整，以便与合乎要求的好的谷物颗粒(例如白色的稻谷)的光度一致，则正当好的谷物颗粒通过检测位置时，第一光接收探测器部分接收的光度(通过滤光器)和第一光接收探测器部分的输出信号不变。但是，当颜色与好的谷物不同的粒状物体或外来物质通过检测位置时，所接收的光度和输出信号改变，因此响应该输出信号操作喷射器装置，将颜色不同的粒状物体或外来物质诱导到另一个流道。

即使在第一光接收探测器部分接收的光度和其输出信号基本不变的情况下，也有可能好的谷物颗粒和颜色与好的谷物相同的或是透明的外来物质(例如玻璃、塑料、金属、陶器、瓷器或诸如此类的碎块)混合在一起。

同时，好的谷物颗粒，例如好的白色的或变白的稻谷颗粒吸收近红外光，因此它在近红外范围内的反射率低。但是，外来物质，例如玻璃、塑料、金属、瓷器或诸如此类的碎块，不吸收近红外光，因此它在近红外范围内的反射率高。

在第一光接收探测器部分接收的光度和其输出信号基本不变的情况下，正当好的谷物颗粒(白色的稻谷)通过检测位置时，第二光接收探测器部分和其输出信号也基本不变。但是，当颜色与好的谷物相同的或是透明的外来物质通过检测位置时，外来物质反射的和第二光接收探测器部分接收的光度改变，因此，第二光接收探测器部分的输出信号改变。喷射器装置响应第二光接收探测器部分输出信号的变化而动作，将颜色与好的谷物相同的或是透明的外来物质诱导到另一个流道，从而实现外来物质的识别和去除。

然后，象白色稻谷这样的在通过检测位置时在第一和第二光接收探测器部分接收的光度和上述二者的输出信号方面不引起任何变化的好的谷物颗粒，被输送到接收好的谷物的接收斜管并作为产品由适当的传送装置输出。

根据本发明的最佳实施例，第一光源包括一个产生可见光范围内的光的荧光灯，第二光源包括一个产生近红外范围内的光的卤素灯，第一光接收探测器部分包括一个硅光敏元件，而第二光接收探测器部分包括一个锗光敏元件。

在根据本发明的最佳实施例的谷物颗粒颜色分拣机中，因为第一和第二光源分别包括适合于可见光范围的荧光灯和适合于近红外范围的卤素灯，而且因为第一和第二光接收探测器部分分别包括对可见光范围有高敏感度的硅光敏元件和对近红外范围有高敏感度的锗光敏元件，所以，颜色与好的谷物不同的平常外来物质可以在可见光范围内识别出来并从好的谷物中除去，同时在可见光范围内颜色与好的谷物相同的或是透明的其它外来物质，例如玻璃、塑料或诸如此类的碎块可以在近红外范围内识别出来并从好的谷物中除去。要做到这一点，只要在常规颜色分拣机中，通过在检测位置前面和后面增添卤素灯，并将在检测位置前面和后面装设的两个光接收探测器之一换成锗光敏元件。因此，本发明的谷物颗粒颜色分拣机可以结构简化和尺寸减小而不增加维护的困难。

在根据本发明的最佳实施例的谷物颗粒颜色分拣机中，第一和第二光接收探测器部分具有分别允许可见光范围内的光通过和近红外范围内的光通过的滤光器。在要分拣的粒状物体作为好的谷物颗粒是白色的稻谷颗粒或诸如此类的情况下，最好第二光接收探测器部分的近红外滤光器有选择地允许波长带为1400—1600nm的光透过。

本发明的上述和其它目的，特点和优点此后参考附图通过一些最佳实施例的说明将变得更加清楚。

图1是根据本发明的一个最佳实施例的谷物颗粒颜色分拣机的侧面剖视图。

图2是图1的谷物颗粒颜色分拣机的光学检测部分的放大的剖视图。

图3是表示图1的机器中所用的光源的光谱能量分布的曲线图。

图4是表示波长带从可见光范围到近红外范围的白色稻谷、玻璃块、塑料块和白色石子的反射光强度特性波长与反射率的关系)的曲线图。

图5是图1中所示的谷物颗粒颜色分拣机的颜色识别和分离(去除)的控制部分的方块图。

图6是表示图5中所示的部件的输出信号波形的时间曲线图；以及

图7是用来说明图2的光学检测部分的光源、背景和光接收探测器的更详细的布置(位置关系)的图解。

本发明的最佳实施例将就分拣谷物颗粒的白色或变白的稻谷颗粒的情况，结合附图加以说明。在图1中，原谷粒料箱2设在机架1一侧的上部。在原谷粒料箱2的下端，振动供给槽3设在具有象振动器这样的部件的振动发生装置4上。在这个实施例中，原谷粒料箱2和振动供给槽3构成谷物供给装置。振动供给槽3与用作谷物引导装置的向下倾斜的斜槽5相连。换句话说，具有V字形断面的向下斜槽5设置成在其上端紧靠振动供给槽3的一端并在其下端面对一对光学检测部分6之间的空间。

中空的圆柱形接收斜管7设置在向下的斜槽5的下面，以便接收从向下的斜槽5的下端落下的谷物颗粒或想要的粒状物体。接收斜管7在其下端与作为输出产品的输送装置使用的螺旋输送机30连接。而且，在位于从向下的斜槽5的下端进行接收斜管7的途中的检测位置F附近，布置有喷射器阀8的喷嘴出口，以便去除非所要的例如颜色与通过检测位置F落下的谷物颗粒不同的粒状物体或外来物质。喷射器阀8通过空气管9与空气压缩机(未示出)连接。在喷射器阀8的下面形成废弃或非所要的粒状物体排出口10，并且用于排出废弃或非所要的粒状物体的输送装置29，例如螺旋输送机，连至废弃物排出口10。在这个实施例中，喷射器阀8连同喷嘴出口，空气管9和空气压缩机(未示出)构成喷射器装置(或称剔除装置)。控制箱11和控制板12设置在机架1的上部。

在说明谷物颗粒颜色分拣机50之前，将描述作为要检测和识别(挑选)的对象的谷物的反射特性和外来物质的反射特性。将好的谷物颗粒与颜色和好的谷物的颜色不同的坏的谷物颗粒或外来物质相比较(在可见光范围内)，当然它们在可见光范围内的反射特性(波长与反射率的关系曲线)是不同的。另一方面，如图4中所示，在谷物颗粒，例如好的稻谷颗粒，与外来物质，例如在可见光范围内颜色与好的谷物相同的白色石子和塑料块以及透明的玻璃块之间，在可见光范围内的反射特性方面没有多么大的差别，但是，在近红外范围内，例如波长带约为1400—1600nm，在反射特性方面有大的差别。换句话说，正如从图4中可以明显地看到的，在近红外范围内波长带约为1400—1600nm时，白色稻谷颗粒的反射率是低的，而这些可能的外来物质的反射率较高。

现在，参考图2将说明光学检测装置的光学检测部分6。光学检测部分6包括固定有第一光接收探测器部分的硅光敏元件13的光学检测箱14，和固定有第二光接收探测器部分的锗光敏元件15的光学检测箱16。具有镜头筒17的硅光敏元件13插装在光学检测箱14中。另外，在光学检测箱14内部装有作为硅光敏元件13的照射装置或第一光源使用、并具有如图3中所示的发光或光发射特性的一对荧光灯18，作为锗光敏元件15的照射装置或第二光源使用、并具有如图3中所示的发光或光发射特性的一对卤素灯19，以及面对锗光敏元件15的背景20。同样，具有镜头筒21的锗光敏元件15插装在光学检测箱16中。另外，在光学检测箱16内部装有作为硅光敏元件13的照射装置或第一光源使用、并具有与荧光灯18同样的发光特性的一对荧光灯22，作为锗光敏元件15的照射装置或第二光源使用、并具有与卤素灯19同样的发光特性的一对卤素灯23，以及面对硅光敏元件13的背景24。镜头筒17装有滤光器17a，它允许可见光范围内的光透过，而镜头筒21装有滤光器21a，它允许近红外范围内的光透过。对于通过可见光的滤光器17a，为了能只靠可见光将谷物颗粒的颜色区分为白色和黑色，这样的滤光器是要适当选择的，以便允许例如波长带为420—490nm的光透过，如图3中的阴影部分所示。

另一方面，对于通过近红外光的滤光器21a，为了使在可见光范围内难以区分的外来物质能与好的谷物颗粒区分开，这样的滤光镜是要适当选择的，以便允许例如波长带为1400—1600nm的光透过，如图3的阴影部分所示。正如从图4中可以清楚地看到的，在波长带1400—1600nm中，白色稻谷颗粒的反射率大大地不同于白色石子、塑料块和透明玻璃块的反射率，因此白色稻谷颗粒能够与这些外来物质区别开来。

背景24设置在光学检测箱16中，以便面对硅光敏元件13，使检测位置F位于其间，并且背景24是由玻璃板或此类物品做成，其表面呈白色。光的漫反射或透射是可以获得的。荧光灯22设置在背景24附近，以便恒定地照射背景24。背景24这样建立，以致它绕轴24a的旋转角度或它相对于荧光灯22的倾斜角被伺服马达(未示出)改变，由此改变从荧光灯22接收的光度。同样，背景20设置在光学检测箱14中，以便面对锗光敏元件15，使检测位置F位于其间，并且背景20是由玻璃板或此类物品做成，其表面呈白色。光的漫反射或透射是可以获得的。卤素灯19设置在背景20附近，以便恒定地照射背景20。背景20是这样建立的，以致它绕轴20a的旋转角或它相对于卤素灯19的倾斜角改变，由此改变从卤素灯19接收的光度。

互相面对的光学检测箱14和16的表面分别由透明的玻璃板25和26构成，以便防止灰尘和诸如此类的东西进入箱14，16。透明的玻璃板25，26可以装有清洁装置(未示出)，其中清洁元件进行往复运动来清洁。

另外，光源、背景和光接收探测器的一种优选的相对布置，用例如与日本专利未审查公开第1—258781号同样的方式更详细地在图7中示出。在图7中，参考数字53、54分别代表旋转轴20a、24a的伺服马达，而55代表即将到达检测位置F的要分拣的粒状物体。

图5是表示机器50用于检测、识别和去除控制的部件的方块图。来自硅光敏元件13和锗光敏元件15的输出信号SV、SI被送至由放大器、比较器、计算回路等等组成的信号处理器27。来自信号处理器27的分拣或识别信号S被送至喷射器阀8，使空气通过喷嘴出口喷出，以便分离或去除颜色不同的谷物颗粒或外来物质。

接下来，将参考图1和6说明如此构造的谷物颗粒颜色分拣机50的操作。合上控制板12上的开关，并且将谷物颗粒通过未示出的升降机料斗的斜管注入原谷粒料箱2，同时振动供给槽3驱动。然后，谷物从槽3的左端落入到向下的斜槽5中并陆续沿向下的斜槽5的底面滑下，从而从向下的斜槽5的下端被传送到检测位置F。

送到检测位置F的谷物颗粒受到照射装置的照射，照射装置设在光学检测箱14、16中而且包括荧光灯18、22和卤素灯19、23。由荧光灯18、22照射的谷物颗粒反射的和透过的光度由硅光敏元件13通过能透过可见光的滤光器17a检测，同时由卤素灯19、23照射的谷物颗粒反射的和透过的光度由锗光敏元件15通过能透过近红外光滤光器21a检测。

硅光敏元件13恒定地监测背景24，而背景绕轴24a的旋转角事先调整过，以便在可见光范围内与好的谷物颗粒(好的白色稻谷颗粒)有同样的亮度。图6是表示探测器15、13和信号处理器27的输出信号SI、SV和S的波形的曲线图。来自硅光敏元件13的输出信号SV在好的谷物颗粒(好的白色稻谷颗粒)通过检测位置F时变化很小，但是在要分离或去除的能用可见光范围内的光识别的粒状物体，例如彩色的谷物颗粒、黑色的石子或诸如此类通过那里时，输出信号SV的变化要大得多。因此，根据硅光敏元件13的输出信号SV，按照可见光范围内亮度的差别可以检测和辨别好的谷物颗粒(好的白色稻谷颗粒)和外来物质，例如彩色的谷物颗粒，黑色的石子或诸如此类。

即使在硅光敏元件13的信号SV不变的情况下，也有可能好的谷物颗粒与颜色与好的谷物相同的或是透明的外来物质(例如白色的石子、玻璃块、塑料块或诸如此类)混合在一起。锗光敏元件15恒定地监测背景20，而背景20绕轴20a的旋转角事先调整过，以便在近红外范围内与好的谷物颗粒(白色的稻谷)有同样的亮度。锗光敏元件15的输出信号SI在好的谷物颗粒(好的白色稻谷颗粒)通过检测位置F时变化很小，但是在要分离或去除的能在近红外光范围内识别的粒状物体，例如玻璃块、塑料块、白色的石子或诸如此类通过那里时，输出信号SI的变化大得多。因此，根据锗光敏元件15的输出信号SI，按照近红外范围内(见图6)亮度的差别可以检测和辨别好的谷物颗粒(好的白色稻谷颗粒)和外来物质，例如玻璃块、塑料块或诸如此类。

硅光敏元件13和锗光敏元件15的输出信号SV和SI被供给信号处理器27，在信号处理器27它们被放大、比较和计算，结果产生分拣或识别信号S。当分拣信号S处于高电平Sh时，信号S就使喷射器阀8动作而从喷嘴出口喷射压缩空气。

压缩空气通过从好的谷物颗粒(好的白色稻谷颗粒)中吹掉不同颜色的谷物颗粒或外来物质或者颜色与好的谷物相同的或透明的外来物质来实现对上述东西的分离和去除。被吹掉的不同颜色的谷物颗粒或外来物质从废料排出口10送到输送装置29，以便排到机器50的外面。

另一方面，好的谷物颗粒(好的白色稻谷颗粒)，即使在通过检测位置F时也不使分拣信号S产生高电平sh，它们被输送到接收斜管7，以便由输送机装置30作为产品排到机器50的外面。

在本实施例中，谷物供给装置和谷物引导装置被说成包括振动供给槽、向下的斜槽和诸如此类，但是这些并不是限制性的。在分拣豆子的情况下，皮带型谷物供给装置可以用于谷物供给装置。

而且，以上说明是关于其中要分拣的谷物颗粒是白色的稻谷颗粒而作的，但是要分拣的好的谷物颗粒可能是深黄色的稻谷颗粒(未磨的或未碾压的稻谷颗粒)，未磨的(未碾压的)或磨过的(碾压过的)小麦颗粒，或豆子，代替白色的或变白的稻谷颗粒。附带地说，适合于辨别外来物质的可见光范围内和近红外范围内的波长带可以根据谷物颗粒的种类和状态(碾压过，未碾压或诸如此类)来选择，并且第一和第二光源以及第一和第二光接收探测器部分可以根据所选用的波长带来选择。在某些情况下，可能只更换附加在相应的光接收探测器部分前面的滤光器，而保持光源和光接收探测器部分不变。应注意，当光源的发射光谱窄小时或当光接收探测器部分可检测的光谱带窄小时，滤光器可以免除。

这里涉及的各种装置，诸如谷物引导装置，光学检测装置，照射装置，光接收探测器装置，背景装置和喷射器装置，可以全部或部分地由已知的常规机器或装置用的相应部件构成，例如在美国专利第4,344,539，4,235,342，4,168,005，4,096,949，4,088,227，3,930,991，3,890,221和3,800,147号中已知的相应部件，可在本发明中加以引用，只要保持本发明的精神即可。

Claims (4)

1.一种谷物颗粒颜色分拣机，它包括：

将谷物颗粒沿预定的谷物流道引导到预定的检测位置的谷物引导装置；

将谷物颗粒陆续地输送到上述谷物引导装置的谷物供给装置；

光学检测装置，它包括照射沿流道通过上述预定检测位置流下的谷物颗粒的照射装置，接收来自上述受照射的谷物颗粒的光度的光接收探测器装置，和设置在上述光接收装置对面的背景装置，所述谷物流道就位于所述光接收装置和背景装置之间；以及

喷射器装置，它位于上述光学检测装置的下面，用来去除其光度与上述背景装置的光度不同的颗粒。

其特征是，上述照射装置包括在可见光范围内具有光谱能量分布的第一光源和在近红外范围内具有光谱能量分布的第二光源，并且上述光接收探测器装置包括对可见光范围内的光具有高敏感度的第一光接收探测器部分和对近红外范围内的光具有高敏感度的第二光接收探测器部分。

2.根据权利要求1的分拣机，其特征是，上述第一光源包括产生可见光范围内的光的荧光灯，上述第二光源包括产生近红外范围内的光的卤素灯，上述第一光接收探测器部分包括硅光敏元件而上述第二光接收探测器部分包括锗光敏元件。

3.根据权利要求1的分拣机，其特征是，上述第一和第二光接收探测器部分具有滤光器，分别允许可见光范围内的光和近红外范围内的光透过。

4.根据权利要求3的分拣机，其特征是，上述第二光接收探测器部分的上述滤光器有选择地允许波长带为1400—1600nm的光透过。

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