CN1143630C - 原料中的夹杂物检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种检测原料中的夹杂物的装置和方法，该方法包括：向传送带(2)上的原料(T)照射红外线或红外线的多个特定波长成分，测量由原料(T)反射的特定波长成分的反射强度，将测定的反射强度和原料(T)固有的特定波长成分的反射强度进行比较，根据该比较结果检测出原料(T)的夹杂物。
Description
技术领域
本发明涉及高效检测混入原料中的各种异物即夹杂物的检测装置及其检测方法。
背景技术
农产品烟叶是以各种捆包形式运往香烟原料厂和卷烟厂等场所的。在这些工厂里打开捆包后，烟叶以按品种分开或与其他品种混合的状态，作为香烟的原料往下一道工序输送。
可是，处于输送过程的原料有时候会混入一部分捆包的打包材料、包装带和作为包装箱内衬的防湿纸，而构成原料的异物。对于这样的异物即夹杂物，必须在原料的输送过程中予以去除。为此，在原料的输送过程中就必须检测夹杂物。特别是，如果夹杂物是燃烧时发生有毒气体的合成树脂系材料时，那就更需可靠地检测和去除。
以往，对于夹杂物的检测，人们熟悉的是用有摄像机的检测装置。采用这种检测装置，摄像机在原料输送中对原料提像，然后检测装置的判定电路根据上述摄像的图像数据检测原料中的夹杂物。更具体地说，判定电路根据烟叶和夹杂物互不相同的色彩来检测原料中的夹杂物。
上述检测装置只是在所需检测的夹杂物的色彩和烟叶的色彩大不相同时方才有效，如果夹杂物的色彩和烟叶相同或近似，则实际上不可能检测夹杂物。
再者，即使烟叶是同一品种，各烟叶的色彩也不会一样，而且烟叶的色彩还随其品质而有很大不同。因而，在原料是由不同品种的烟叶组成的情况下，检测原料中的夹杂物更加困难。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种检测装置和检测方法，该方法不取决原料和夹杂物的色彩互不相同，能准确检测原料中的夹杂物。
本发明的检测装置配备有用于向在传送带上输送的原料照射检验光的照射器、受光器和判定电路。所述受光器既是接收由原料反射的检验光的受光器，又是就原料和夹杂物之间产生反射强度差异的检验光的多个特定波长成分输出这些特定波长成分的反射强度的光电检测器；所述判定电路对原料固有的特定波长成分的反射强度和受光器输出的反射强度进行比较，并根据该比较结果检测原料中的夹杂物。
本发明对夹杂物检测的原理是基于：将检验光照射在原料和夹杂物上，于是在测量由这些原料和夹杂物反射的检验光的反射率即反射强度时，对检验光的特定波长来说，其反射强度在原料和夹杂物两者间有明显的不同。
因此，对检验光的特定波长来说，若对原料固有的特定波长成分的反射强度与测定的特定波长成分的反射强度进行比较，那么即使原料和夹杂物的颜色相同，也能检测原料中的夹杂物。
作为检验光可以使用红外线和激光等光。
例如，检测装置具有红外线发生源时，受光器就具有取出来自原料的反射红外线的特定波长成分的取出器，输出取出的特定波长成分的反射强度。
具体地说，照射器又可包括能旋转的多角镜，该多角镜使来自发生源的红外线向传送带上的原料反射，使来自原料的反射红外线沿传送带的宽度方向扫描。多角镜最好把反射红外线传输给受光器，这样就能使提供的检测装置达到紧凑而小型化。
检测装置的照射器能够只将检验光的特定波长成分照射在原料上。例如，照射器包括发生用作检验光的红外线的发生源和从该发生源发生的红外线中取出特定波长成分的取出器，这样照射器就只将取出的特定波长成分照射在传送带上的原料上。
当红外线被用作检验光时，红外线会加热原料。然而，当只将红外线的特定波长成分照射在原料上时，原料因接受的热能少而可防止过热。结果，在检测夹杂物时，原料不会过于干燥而能保证品质。
照射器最好包括冷却红外线发生源的冷却装置，这样能够减少照射器放出的热量。
使用上述检测装置就可实施本发明的检测方法。
附图说明
图1是实施夹杂物检测方法的第一实施例的检测装置结构示意图。
图2是从原料和各种夹杂物上得到的红外线光谱的反射特性曲线图。
图3是具体说明图1的判定电路的结构方框图。
图4是用于第二实施例的检测装置的红外线摄像机配置图。
图5是图4的红外线摄像机的结构示意图。
图6是第三实施例的检测装置示意图。
图7是用于图6的检测装置的行式照明器和红外线摄像机配置图。
图8是图7的红外线摄像机结构图。
图9是第四实施例的检测装置示意图。
具体实施方式
参见图1，第一实施例的检测装置配备有传送带2，该传送带2沿图1上的箭头方向输送原料T。原料T是多品种烟叶的混合物，它在传送带2上处于薄薄一层的分布状态。例如，原料T包含普通烟、华来烟、东方烟和黄烟等四种烟叶。
检测装置还配备红外线灯等光源4。该光源4向多面反射镜6射出红外线。多面反射镜6置于传送带2的上方，单向旋转。多面反射镜6一旋转就使光源4射出的红外线向传送带2的原料偏转，于是偏转的红外线对传送带2的全区沿宽度方向进行扫描。另一方面，来自原料T的反射红外线同样通过多面反射镜6传输给光源4。
在光源4和多面反射镜6之间配置半透镜8。该半透镜8使光源4射出的红外线通过并射向多面反射镜6，但使来自多面反射镜6的反射红外线按规定方向偏转。
在反射红外线的偏转路径上，从半透镜8一侧依次配置分束镜10和12。分束镜10使一部分反射红外线偏转而成为第一反射红外线，并使其余的反射红外线通向分束镜12。分束镜12使通过分束镜10的反射红外线的一部分偏转而成为第二反射红外线，并使其余的反射红外线通过而成为第三反射红外线。
第一～第三反射红外线通过第一～第三带通滤波器14，16和18后，分别供给第一～第三红外线检测器20，22和24。第一～第三带通滤波器14，16和18只使反射红外线中的特定波长成分通过，并供给对应的红外线检测器。第一～第三红外线检测器20～24把对应的波长成分的电平即反射强度转换成电信号，把这些电信号作为第一～第三检测信号S1，S2和S3供给判定电路26。
这里，第一～第三带通滤波器14，16和18各自从反射红外线中取出第一～第三波长成分，而选择这些波长成分的波长是为了有效识别原料T和夹杂物。具体地说，第一～第三波长成分的波长是1200nm，1700nm和1940nm。
选择上述第一～第三反射成分的理由如下：
图2中的实线T1，T2，T3和T4表示由普通烟、华来烟、东方烟及黄烟等四种烟叶反射的红外线光谱的反射特性。
另一方面，图2中的虚线、点划线和二点划线A，B和C表示由各种夹杂物反射的红外线光谱的反射特性。具体地说，A，B和C的反射特性是分别从用于烟叶捆包的打包材料和包装带即合成树脂、包装箱材料即氨基甲酸乙酯泡沫材料以及用作包装箱内衬的防湿纸上得到的。此外，图2中的三点划线D的反射特性是从构成传送带的黑色合成橡胶上得到的。
正如图2所明确的，反射特性T1，T2，T3和T4起因于烟叶的色彩不同，稍有差异。但是反射特性T1，T2，T3和T4具有相同的趋势。
从第一波长成分(1200nm)来看，很难把合成树脂材料的反射特性A(虚线)和烟叶的反射特性T1～T3明显区别开来。但是从第三波长成分来看，反射特性A能够明显区别于烟叶的反射特性T1，T2，T3和T4中的任何一个。
另一方面，氨基甲酸乙酯泡沫材料和防湿纸的反射特性B和C，从第三波长成分来看不能明显区别于烟叶的各反射特性T1，T2，T3和T4，但是用第一波长成分或第二波长成分能够区别于反射特性T1，T2，T3和T4中的任何一个。
因此，图2表明：把在第一～第三波长成分的包含原料T反射特性(T1，T2，T3和T4)的反射率的区域，即把反射强度区R1，R2，R3和第一～第三波长成分的反射强度进行比较，就能检测原料T中的夹杂物。
因而正如图3所示，判定电路26配备有第一～第三门电路28，30和32。这些门电路28，30和32的输入端子接收上述第一～第三检测信号S1，S2和S3，分别与OR电路34连接。第一～第三门电路28，30和32各具有上限值和下限值，这些上限值和下限值表示与对应的反射强度区R1，R2和R3两端电平相对应的阈值。
如果供给一个门电路的检测信号S偏离了该门电路的上限值和下限值之间规定的容许区，则该门电路就向OR电路34输出导通信号，而OR电路34就输出排除信号。
以上业已明确说明，当OR电路34接收来自第一门电路28的导通信号而输出排除信号时，该排除信号表示原料T中存在反射特性B或C的夹杂物。同样，当OR电路34接收来自第二门电路30或第三门电路32的导通信号而输出排除信号时，该排除信号表示原料中存在反射特性A，B或C的夹杂物。
OR电路34发出的排除信号供给排除装置(图中未示出)。该排除装置处在比多面反射镜6还靠下游的原料T输送路径上，包括夹杂物的原料T到达此处时，该排除装置就将传送带2上的全宽度方向区的原料T连同检测的夹杂物一起排除出输送路径。
上述判定电路26不仅能够检测原料T中的夹杂物，还能够在传送带2的宽度方向确定检测夹杂物的具体位置。具体地说，由判定电路检测夹杂物时，根据上述多面反射镜6射出的红外线的偏转角可确定传送带2上的红外线的扫描位置，即可专门确定夹杂物的位置。这时候，排除装置能够在传送带2的宽度方向将夹杂物周围的原料T连同夹杂物一起排除，这样就可减少原料T的排除量。
采用上述第一实施例的检测装置，向原料T传输红外线和传输原料T的反射红外线是使用同一路径，所以提供的检测装置是紧凑而小型的。
下面，说明图4和图5的第二实施例的检测装置和检测方法。
第二实施例的检测装置在传送带2的上方配有红外线摄像机36。该红外线摄像机36具有覆盖传送带2全宽度的摄像视场，其内部结构具体示于图5。红外线摄像机36具有摄像透镜38。该摄像透镜38聚集来自传送带2上的原料T的反射红外线，并将该反射红外线入射到分束镜42上。
分束镜42使来自摄像透镜38的一部分反射红外线通过而通向第一带通滤波器14，而使其余的反射红外线向分束镜44偏转。再者，分束镜44使来自分束镜42的一部分反射红外线通过而通向第二带通滤波器16，而使其余的反射红外线向第三带通滤波器18偏转。
如上所述，第一～第三带通滤波器14～18分别从反射红外线取出第一～第三波长成分，然后取出的波长成分通过各自的聚光透镜51入射到第一～第三红外线行扫描器50，52和54。
第一～第三红外线行扫描器50～54具有CCD阵列，CCD阵列把入射的波长成分的反射强度转换成电信号，将这种电信号作为检测信号S1，S2和S3输出。在此，检测信号S对传送带2的宽度方向表示其红外线光谱的反射强度分布。
来自各红外线行扫描器50～54的检测信号供给具有与上述判定电路26同样功能的判定电路56。判定电路56检测原料中的夹杂物，同时还确定带送带2宽度方向的夹杂物的具体检测位置，并输出该位置信号。因此第二实施例的检测装置和检测方法也同第一实施例的检测装置和检测方法一样，能够准确检测原料T中的夹杂物。
下面，说明图6～图8的第三实施例的检测装置和检测方法。
第三实施例的检测装置配备有壳体60，该壳体60内装有红外线发生源62。红外线发生源62可包括诸如碘钨灯、钠蒸气灯或红外线加热器。
红外线发生源62发生的红外线通过第一～第三带通滤波器64，66和68分别射到光纤70上。这里，第一～第三带通滤波器64，66和68能够只分别接收红外线中的上述第一～第三波长成分，并将接收的波长成分引入对应的光纤70。
各光纤70与接头72光学连接，从该接头72上伸出两根光纤74。因此光纤74只传输红外线发生源62发生的红外线中的三个特定的波长成分。光纤74从壳体60向传送带2延伸，并分别与行式照明器76光学连接。
行式照明器76配置在传送带2的上方，既沿传送带2的横向延伸，又与传送带2的运行方向保持间隔。因此，行式照明器76只将红外线的三个波长成分均匀地照射在传送带2上的原料T上，然后原料T反射三个波长成分。在此如图7所示，两个行式照明器76的照射线最好是相同的。
再者，壳体60内配置有冷却风扇78。该冷却风扇78一旋转，壳体内就产生通过红外线发生源62周围的外来气体气流，这样外来气体就冷却红外线发生源62。
如图7所示，在传送带2的上方配置有红外线摄像机80。该红外线摄像机80接收由原料T反射的红外线，即接收红外线的第一～第三波长成分，然后根据这些第一～第三波长成分的反射强度检测原料T中的夹杂物，而且专门确定其夹杂物的位置。
如图8所示，红外线摄像机80具有与上述摄像机36相同的结构，不过图8更具体地表示出红外线摄像机80的判定电路56。
判定电路56具有第一～第三比较器82，84和86，这些比较器接收来自对应的红外线行扫描器的检测信号S，并将接收的检测信号与其阈值进行比较。
具体地说，第一比较器82对第一波长成分具有第一阈值，该阈值相当于夹杂物B和烟叶T4的中间的反射强度即上述反射强度区R1(参见图2)的下限值。第一检测信号比第一阈值小时，比较器82通过OR电路88输出排除信号。这时候输出的排除信号表示检测的夹杂物是B或C。
另一方面，第二比较器84就第二波长成分的反射强度具有表示烟叶T1的电平的第二阈值。第二检测信号S2比第二阈值大时，第二比较器84通过OR电路88输出排除信号。这时候输出的排除信号表示检测的夹杂物是A。
再者，第三比较器86秒第三波长成分的反射强度具有表示烟叶T4的电平的第三阈值。第三检测信号S3比第三阈值小时，第三比较器86通过OR电路88输出排除信号。这时候输出的排除信号表示检测的夹杂物是B或C。
因此，第三实施例的检测装置和检测方法同上述第一和第二实施例的检测装置和检测方法一样，能够准确检测原料T中的各种夹杂物，而且第三实施例还能防止原料T的热变质。也就是说，第三实施例只在原料T上照射红外线的第一～第三波长成分，故原料T不会过热。因此，烟叶不会过于干燥，味道不会变坏。
第三实施例对原料T可以配备分别单独照射红外线的第一～第三波长成分的行式照明器和与各行式照明器构成各组的红外线摄像机，行式照明器沿传送带的运行方向相互保持间隔地配置。在这种情况下，各红外线摄像机就不必具有从反射红外线取出特定波长成分的功能。
图9表示第四实施例的检测装置和检测方法。
第四实施例的检测装置配备有第一～第三激光聚光灯90、92和94。这些激光聚光灯分别射出波长互不相同的第一～第三激光λ1，λ2和λ3。第一激光聚光灯90射出的第一激光λ1通过半透镜96和98后，由全反射镜100向行式激光发生器102反射。行式激光发生器102将第一激光λ1照射在传送带2上的原料T上。
第二和第三激光聚光灯92和94射出的第二和第三激光λ2和λ3由对应的半透镜反射后，由全反射镜100反射，然后和第一激光λ1一起由行式激光发生器102照射在传送带2上的原料T上。
这里，第一～第三激光λ1，λ2和λ3和上述红外线中的第一～第三波长成分一样，对于其反射强度当然也是从原料T和各种夹杂物间产生明显差异的波长中选择的。而且，第四实施例的检测装置对原料T的夹杂物采取和第二或第三实施例同样的判定方式，并根据激光的反射强度检测夹杂物。
第四实施例的检测装置也可以不使用光纤14和18，而使用反射镜和透镜等构成的光传输路径。
对于上述任何一个实施例来说，原料T中的夹杂物都是根据由原料T反射的光中的三个波长成分来检测的。但是检测夹杂物只使用两个波长成分也是可能的。具体地说，正如图2所明确的，只用第一和第二检测信号S1和S2，或者只用第二和第三检测信号S2和S3也能检测夹杂物A，B和C。
此外，用于检测夹杂物的红外线的波长成分不必专门限定为上述波长即1200nm，1700nm和1940nm，若原料T和夹杂物是在其反射强度上产生明显差异的波长成分，则可使用任意波长成分。
再者，在原料T中包括A～C以外的夹杂物的情况下，对这些夹杂物的检测就必须使用合适的波长成分。
本发明的检测装置和检测方法可适用于单品种烟叶和烟叶切成的烟丝等各种原料。
Claims (13)
1.一种检测原料中的多种夹杂物的检测装置，其特征在于，上述检测装置配备有向在传送带上输送的上述原料照射检验光的照射器、受光器和判定电路；所述受光器既是接收由上述原料反射的检验光并输出上述检验光中的多个波长成分的反射强度的受光器，又是把上述各波长成分设定为上述原料和上述夹杂物之间产生上述反射强度的各个差异的固有的特定波长成分的受光器；所述判定电路对上述原料的固有的上述特定波长成分的基准反射强度与由上述受光器输出的上述反射强度进行比较，并根据该比较结果检测上述原料中的上述夹杂物。
2.如权利要求1所述的上述装置，其特征在于：上述照射器包括发生作为上述检验光的红外线的发生源，上述受光器包括取出由上述原料反射的红外线的上述特定波长成分的取出器件。
3.如权利要求2所述的上述装置，其特征在于：上述照射器还包括能够旋转的多面反射镜，上述多面反射镜将来自上述发生源的红外线向上述传送带上的上述原料反射，并使上述反射红外线沿上述传送带的宽度方向进行扫描。
4.如权利要求3所述的上述装置，其特征在于：上述多面反射镜将来自上述原料的上述反射红外线传输给上述受光器。
5.如权利要求1所述的上述装置，其特征在于：上述照射器只将上述检验光的上述特定波长成分照射在上述原料上。
6.如权利要求5所述的上述装置，其特征在于：上述照射器包括发生作为上述检验光的红外线的发生源、以及从来自上述发生源的红外线中取出上述特定波长成分的取出器，上述照射器只将上述取出的特定波长成分照射在上述传送带上的原料上。
7.如权利要求6所述的上述装置，其特征在于：上述照射器还包括冷却上述发生源的冷却装置。
8.如权利要求1所述的上述装置，其特征在于：上述受光器输出上述检验光的至少三个特定波长成分的反射强度。
9.如权利要求1所述的上述装置，其特征在于：上述受光器包括红外线摄像机，该红外线摄像机具有覆盖上述原料的全输送宽度范围的摄像视场，接收来自上述原料的反射红外线；上述红外线摄像机具有把接收的反射红外线分割成多个分割红外线的分束器、从上述各分割红外线中取出互不相同的特定波长成分的多个带通滤波器、和多个红外线行扫描器，所述多个行扫描器接收由上述各带通滤波器取出的上述特定波长成分，并分别输出这些特定波长成分的反射强度分布。
10.一种检测原料中的多种夹杂物的检测方法，其特征在于，包括：向在传送带上输送的原料照射检验光；接收由上述原料反射的检验光，输出这些特定波长成分的反射强度；把上述各波长成分设定为上述原料和上述夹杂物之间产生上述反射强度的各个差异的固有的特定波长成分；对上述原料固有的上述特定波长成分的基准反射强度和上述输出的反射强度进行比较，并根据该比较结果检测上述原料中的夹杂物。
11.如权利要求10所述的上述方法，其特征在于：上述检验光是红外线；取出由上述原料反射的红外线的上述特定波长成分。
12.如权利要求10所述的上述方法，其特征在于：上述检验光是只由上述特定波长成分构成的红外线。
13.如权利要求10所述的上述方法，其特征在于：输出上述特定波长成分的反射强度的等级的步骤输出至少三个特定波长成分。
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