CN1419969A

CN1419969A - 带有包括电荷耦合器件线性传感器的光检测器件的颗粒色分选装置

Info

Publication number: CN1419969A
Application number: CN02156337A
Authority: CN
Inventors: 池田宪政; 池田信义
Original assignee: Satake Corp
Current assignee: Satake Engineering Co Ltd; Satake Corp
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-11-09
Publication date: 2003-05-28
Also published as: EP1314489B1; EP1314489A3; JP2003205269A; DE60218962T2; KR100755224B1; DE60218962D1; US20030098978A1; US6784996B2; KR20030038515A; EP1314489A2; BR0207595A

Abstract

一种用于颗粒色分选装置的光学探测装置包括一CCD线性传感器(7)。该CCD线性传感器包括多个排列成一行的光接收元件(7a)，每个光接收元件都能检测到红、绿和蓝光波长。该CCD线性传感器(7)接收来自被红光光源(14)、绿光光源(15)和蓝光光源(16)照射的颗粒和背景(12)的光。当颗粒物经由光学检测区(X)时，红、绿和蓝光光源切换。该CCD线性传感器与上述光源(14、15、16)的切换操作同步接收来自颗粒物的光。

Description

带有包括电荷耦合器件线性传感器的光检测器件的颗粒色分选装置

技术领域

本发明涉及一种色分选装置，该装置用来分选混杂在像谷粒或树脂颗粒等未处理颗粒中的伪颗粒物或异物，更具体地讲，本发明涉及一种用于这类色分选装置中的光探测器件。

背景技术

通常这类色分选装置这样构造，使得由倾斜流料槽上部所供应的未处理颗粒流到流料槽上；光线沿着下落轨迹A照射到在从流料槽下端释放的颗粒物上；由在光探测位置处到达和通过的每个颗粒所得到的光被一个光传感器探测；基于该检测信号确定伪颗粒物或异物，并将其从可接受的颗粒物中移除。上述使用的光传感器是一种利用RGB(红，绿和蓝)三原色来检测伪颗粒的CCD线性传感器(以下称为“彩色CCD线性传感器”)。

彩色CCD线性传感器包括下述类型。第一种类型，如图10所示，带有一个只允许红(R)光波长通过滤光片的CCD线性传感器100(以下称为“R-CCD”线性传感器)，带有一个只允许绿(G)光波长通过滤光片的CCD线性传感器101(以下称为“G-CCD”线性传感器)，以及带有一个只允许蓝(B)光波长通过滤光片的CCD线性传感器102(以下称为“B-CCD”线性传感器)被独立地设置。在图11中，示出了一种改进的设置，其中提供一双色镜103来反射并透射光线进入各个R-，G-和B-CCD线性传感器100，101，102中。

第二种类型，如图12示出另一种排列，其中R-CCD线性传感器100，G-CCD线性传感器101和B-CCD线性传感器102成三行垂直地排列。

第三种类型，如图13示出一种直线型CCD线性传感器104，其中光接收元件104a带有只允许红光(R)波长通过的滤波片，光接收元件104b带有只允许绿光(G)波长通过的滤波片和光接收元件104c带有只允许蓝光(B)波长通过的滤波片，它们按次序排成一行。

然而，上述惯用的CCD线性传感器有以下的问题。对于第一种类型，因为三个分离的CCD线性传感器100，101和102，以及双色镜103是必不可少的，所以光检测器件的尺寸和成本会不可避免的增大和升高。对于第二种类型，由于三个CCD线性传感器100，101和102整体地排列成三行，与第一种类型比较，器件的尺寸可更加紧凑。然而，如图12所示，从焦点X1，X2，X3射入各自R-CCD线性传感器100，G-CCD线性传感器101和B-CCD线性传感器102中的光线不在同一光学检测点X上，而是彼此垂直地偏离。由于这个原因，对于接受光学检测的颗粒表面，在一次扫描中基于独立的焦点X1，X2，X3对各个RGB波长进行光学检测。例如，从R-波长被探测的点，就不能进行G-和B-波长数据的检测。也就是说，从被光学检测的物体整个表面上获得RGB-波长数据是困难的。因此，就需要对基于RGB-波长数据的可接受和不可接受检测的精确性作进一步的改进。

对于第三种类型，因为是水平直线型CCD线性传感器104，所以光检测器件的尺寸会比第二种类型能更紧凑些。然而，如上所述，由于CCD线性传感器104的结构使得只允许R-波长通过的滤波片、只允许G波长通过的滤波片和只允许B波长通过的滤波片顺序排成一行，如图14所示，各个R-，G-和B-波长从光检测位置X上的一端至另一端被光学检测到，因为这样的原因，如图15所示，对于一个颗粒物S的光学检测表面，例如在检测到R-波长的位置，G-和B-波长不能被光学检测到，因此，就需要以与上述第二种类型相同的方式来进一步提高在RGB基础上的探测精度。

因此，本发明的主要目的在于提供一种用于颗粒物的光学分选装置，其中提高了分选精度并且降低了成本。

发明内容

根据本发明，此颗粒色分选装置包括：

传输装置，用于将未处理的颗粒传送至光检测区域；

光学探测装置，设置在从光学传输装置上释放的未处理颗粒的下落轨迹周围，光学探测装置包括一CCD线性传感器，一照明装置和一背景装置，该光学检测装置用来探测来自背景装置和被照明装置照射的颗粒的光，CCD线性传感器包括多个排成至少一行的光接收元件，每一个都能检测到红、绿和蓝光波长，照明装置包括红光光源、绿光光源和蓝光光源；

控制装置，用来基于从CCD线性传感器接收到的检测信号与预先设置的阈值相比来确定光检测区处的颗粒是否可接受，当颗粒进入光学探测区时控制装置连续切换红、绿和蓝光光源，CCD线性传感器与所述光源的转换同步从颗粒物上接收光；

分选装置，用来响应来自控制装置的信号，将不可接收的颗粒物从下落轨迹中移出。

在上述色分选装置中，最好是要满足V≤L/3T的条件，其中T表示CCD线性传感器一次扫描的速度，V表示颗粒落下的速度，L表示沿下落轨迹方向CCD线性传感器光检测区域的长度。

按照上述排列，当颗粒进入预设的光探测区时，红、绿和蓝光光源连续地切换，与光源的切换操作同步，CCD线性传感器检测每个被光学检测的颗粒表面的红、绿和蓝光波长。以这种方式，从被检测颗粒表面获得包含有红、绿和蓝光波长的色信号。

附图说明

从下述参照附图对发明优选实施例的描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得清楚明白，其中：

图1是本发明色分选装置的正视图；

图2是色分选装置中伪颗粒物分选单元的侧面剖视图；

图3是表明可见光接收装置和光检测区域之间关系的图解；

图4是用于伪颗粒分选单元的控制装置的框图；

图5是色分选装置中异物分选单元的侧面剖视图；

图6是用于异物分选单元的控制装置的框图；

图7A、7B、7C是示出颗粒经由光检测区域时光源的切换图；

图8A、8B是表示CCD线性传感器的扫描、光源切换操作和信号前进之间关系的时序图；

图9是表示检测到的RGB光接收信号与V和L/3T关系的图表；

图10示出常用的具有三个分离CCD线性传感器的通常光学检测器件的视图；

图11是示出除带有三个分离CCD线性传感器外，还具有双色镜的通常光学检测器件的视图；

图12是示出带有三个CCD线性检测传感器垂直排列成三行的通常光学检测器件的视图；

图13是示出具有多个排列成一行的光接收元件的CCD线性传感器的图；

图14是示出直线型CCD线性传感器和光学检测区域之间关系的平面图；

图15是示出颗粒被直线型CCD线性传感器光学检测情形的图解。

具体实施方式

以下参考附图将说明本发明的优选实施例。图1是本发明色分选装置1的正视图。该色分选装置1包括一伪颗粒物分选单元1a和一异物分选单元1b。图2是伪颗粒物分选单元1a的侧面剖视图。在伪颗粒物单元1a的上部设有一输送装置4，其包括提供未处理颗粒的供料斗3，向前输出供料斗3中未处理颗粒的振动加料器2，和由振动加料器2供应的颗粒物所流到其上倾斜流料槽5中。由流料槽5的最低端释放的颗粒沿着下落轨迹A自然地落下。围绕着下落轨迹A，设置由第一和第二光学检测器件6a、6b组成的光学检测单元6。第一和第二光学检测器件6a和6b配置在下落轨迹A的两侧，下落轨迹A夹入二者中间以使颗粒的前部和后部都被探测到。每个第一和第二光学检测器件6a和6b有可见光接收装置9，其带有用来探测红、绿和蓝光波长(光束)的内装(built-in)CCD线性传感器7，以及内装的聚光镜8；由各自发射红、绿和蓝光的光源14、15和16构成的照明装置11；和背景板12。优选的光源14、15和16由发光二极管(LED)构成。

上述CCD线性传感器7被如此构造使得多个光接收元件7a排列成一行，例如Si元件，每一个接收元件都能探测到红、绿、蓝光的任一个(见图3)。调节可见光接收装置9中的聚光镜8，使从位于下落轨迹A上的光学检测区X的光或背景板12的反射光有效地射入上述CCD线性传感器7中。光学检测区(焦点)X在下落轨迹A上，在此位置光线进入CCD线性传感器7，如图3示，沿着下落轨迹A有一预设的长度(L)(光检测区)。优选的预设长度(L)满足条件V＝L/3T，其中上述CCD线性传感器7一次扫描的扫描速度为T(s)，颗粒物的下落速度为V(mm/s)，上述预设的光检测区(焦点)X的长度为L(mm)。

在沿着下落轨迹A的上述光学检测区X的下面，设有一个分选装置18，用来分选被光学检测出的伪颗粒(有缺陷的颗粒)。分选装置18中包括在下落轨迹A附近的喷气嘴19，通过一适当的导管与喷气嘴19相连的阀20，和通过适当的导管与阀20相连的高压气源(未示出)。沿着下落轨迹A在上述喷气嘴19的下面，设有一用来接收可接受颗粒的收集管13。

下面，参考图4说明控制装置21。控制装置21具有作为主要元件的中央处理器(CPU)22，是与只读存储器(ROM)23、随机存储器(RAM)24和输入/输出(I/O)电路25电学连接。I/O电路25通过图象处理电路29、放大器(未示出)和A/D转换器(未示出)与上述可见光接收装置9耦合。I/O电路25还通过一转换电路28与红光光源14、绿光光源15和蓝光光源16相耦合。I/O电路25进一步与分选装置18连接。转换电路28的起着按照来自CPU22的信号通断和切换各个光源14、15和16的作用。用来控制上述伪颗粒物分选单元1a的指令存储在ROM23中。

接下来，参考图5说明异物分选单元1b。图5是本发明异物分选单元1b的侧面剖视图。异物分选单元1b的主要部分与上述伪颗粒分选单元1a的相同，下面只对两者间的区别作出说明。图2中用于伪颗粒分选单元1a的参考标记仍用于异物分选单元1b中，以示出相同或等同的部件或元件。这种相同或等同的部件或元件在这里不再重复。

异物分选装置1b和伪颗粒分选装置1a在结构上最大的不同在于，设置一近红外光接收装置10作为各自的光接收元件6a和6b来代替可见光接收装置9。该近红外接收装置包括一聚光镜和多个由InGaAs元件排列成一行的光接收元件。如图5所示，背景盘12上有开口17。进一步的区别是设置卤素灯26作为光源来替代设置在伪颗粒物分选单元1a中的RGB光源14、15和16。控制装置27被设置用于异物分选单元1b。如图6所示，与控制装置21相同的方式，控制装置27设置具有一CPU22，一ROM23、一RAM24和一I/O电路25与该CPU22电学连接。I/O电路25通过一放大器(未示出)与上述近红外光接装置10连接，也和上述分选装置18连接。在ROM23中，存储有控制异物分选单元1b的控制程序。CPU22将由近红外光接收装置10检测到的光接收信号与预设的阈值相比较，并对分选装置18发出分选信号。近红外光接收单元10中的聚光镜被如此调节使得将位于下落轨迹C上的光学检测区P的光或是从背景板12反射的光通过背景板12上的开口17入射进光接收传感器。

斗状提升机31将未处理颗粒输送到伪颗粒分选单元1a中的供料斗3中。已经被上述伪颗粒分选单元1a分选或移出伪颗粒的未处理颗粒，通过伪颗粒分选单元1a中的通道30向前输送入斗式提升机32内部，然后，送入异物分选单元1b的进料斗3中。

现在，对上述色分选装置的操作作出说明。在伪颗粒分选单元1a中，未处理颗粒通过传输装置4流到流料槽5，在流料槽5的最低端释放，并沿着下落轨迹A自然地流下。来自经过上述下落轨迹A上光检测点(焦点)X的每个颗粒的光由可见光接收装置9接收来自每个颗粒的光。此时，红光光源14、绿光光源15和蓝光光源16响应CPU22发送到转换电路28的信号，被通断或切换。如图7A、7B和7C所示，当颗粒S流过上述焦点X的预定长度L时，这种通断操作被以这种发生来实现，使得连续并分别点亮红、绿和蓝光光源14、15和16，从而实现红、绿和蓝光对颗粒S的照射。可见光接收装置9的上述CCD线性传感器7每当RGB光源转换时执行一次扫描，并且在各个颜色的光束照射到颗粒S时，接收来自颗粒S的光。

图8A为时序图，分别示出了CCD线性传感器7的扫描时序(SCAN)，点亮红光光源14的时序(RED-ON)，点亮绿光光源15的时序(GREEN-ON)，点亮蓝光光源16的时序(BLUE-ON)，和由CCD线性传感器7接收的接收光信号的读出时序(SIGNAL READ OUT)。如图8A所示，每个光接收信号的读出“SIGNAL READ OUT”，例如，绿光接收信号的读出，是在一个光源切换到另一个光源时实现的，也就是说，从绿光光源15切换到蓝光光源16。这样取得的光接收信号通过放大器和A/D转换器向前传送到图象处理电路29，如图8B所示，顺序地将读出的红、绿和蓝光接收信号分别分解为红光、绿光和蓝光波长，红光信号、绿光信号和蓝光信号，并且对每个颜色的波长形成颗粒的图象。基于从光探测区X预定长度L内的最上端(图7A)的颗粒S获得的红、绿和蓝光波长之中的第一个色信号图象，从中间位置(7B)上获得RGB光波长之中的第二个色信号图象，和从最底端位置(7C)上获得RGB光波长之中的第三个色信号图象，识别出颗粒的色信号。将由此识别出的一个颗粒的色信号与预设的阈值相比较。色信号在预设阈值之外的颗粒被确认为伪颗粒(缺陷颗粒)，根据这个测定结果，CPU 22对上述的分选装置18发出剔除和接收信号，从而由喷射气体移出伪颗粒物。

通过上述可见光接收装置9接受的颗粒通过收集管13和通道30馈送到斗式提升机32中，并运送到异物分选单元1b的供料斗3中。输送到供料斗3中的颗粒以和伪颗粒物分选单元1a中一样的方式从流料槽5上流下，在流料槽5的低端释放，当用卤素灯26、26照射时，沿着下落轨迹C自然地下落。近红外光接收装置10检测来自位于下落轨迹C上光检测区P内颗粒的光，CPU22比较获得的检测值和预设的阈值，来确定颗粒是否为异物。如果确定颗粒为异物，分选装置18接收到从CPU22发出的分选信号，通过其中的喷射气体分选出或移出异物。由近红外光接收装置10确定的可接受颗粒通过收集管13直接接收并排放到装置之外。以这种方式，混杂在未处理颗粒中的伪颗粒和异物被独立的伪颗粒分选单元1a和异物分选单元1b分别分选出来。

在本发明的伪颗粒分选单元1a中，因为CCD线性传感器7具有许多排成一行的光接收元件，每一个都能检测到红、绿和蓝光，当物体经由预定的光学探测区域时，红、绿和蓝光光源连续地切换，与上述光源的连续切换操作同步，检测来自物体的光，就能根据来自被检测颗粒表面上的红、绿和蓝光波长来获得色信号，因此有效地提高了伪颗粒的分选精度。

V和L/3T之间如满足V＜L/3T而不是V(颗粒下落速度)＝L(探测区(焦点)X的预设长度)/3T(一次扫描的速度)的条件。在这种情况下，因为已经被检测的同一颜色波长被重复地接收，当以识别颗粒的色信号为目的处理信号时，就有必须忽视这些重复光接收数据。另一方面，如果V＞L/3T，则红、绿和蓝光波长均不能相反地获得，并且不能获得具有红、绿和蓝光波长的完全色信号。

依照本发明装置中的传送装置并不局限于上述的流料槽结构，也可使用皮带传送结构，直到颗粒能沿着预定的下落轨迹释放。

如上所述，按照本发明，当颗粒经由预设的光检测区时连续地切换红、绿和蓝光光源，与这个切换操作同步，CCD线性传感器检测来自被光检测颗粒表面上的红、绿和蓝光波长。按照这种方式，可以从被测颗粒物的整个表面获得包含有红、绿和蓝光三种波长的色信号，从而，有效地提高了伪颗粒和/或异物的分选精度。此外，由于该CCD线性传感器是一种在其中以一排设置由多个光接收元件的传感器，其中该多个光接收元件能够探测所有的红、绿和蓝光波长，故在不增加制造成本的同时，整个光学装置能够制造得紧凑。

尽管在优选实施例中已经描述了本发明。但应当理解所用的言词仅用于说明而不是限制，在不脱离会由权利要求书确定的本发明真正范围下，可作出多种变化。

Claims

1、一种用于颗粒物的色分选装置(1)，包括：

传输装置(4)，用于将未处理的颗粒传送至光检测区域(X)；

光学探测装置(6a，6b)，设置在从所述光学传输装置上释放的未处理颗粒的下落轨迹(A)周围，所述光学探测装置包括一CCD线性传感器(7)，一照明装置(11)和一背景装置(12)，所述光学检测装置用来探测来自所述背景装置(12)和被所述照明装置照射的每个所述颗粒物的光，所述CCD线性传感器(7)包括多个排成至少一行的光接收元件(7a)，每一个都能检测到红、绿和蓝光波长，所述照明装置(11)包括红光光源(14)、绿光光源(15)和蓝光光源(16)；

控制装置(21)，用来基于由所述CCD线性传感器接收到的检测光信号与预先设置的阈值相比来确定所述光检测区处的颗粒是否可接受，其中当所述颗粒进入所述光学探测区(X)时所述控制装置连续切换红、绿和蓝光光源(14、15、16)，其中，所述CCD线性传感器(7)与所述光源的所述转换同步从所述颗粒物上接收光；

分选装置(18)，用来响应来自所述控制装置(21)的信号，将所述不可接收的颗粒物从所述下落轨迹移出。

2、依照权利要求1所述的颗粒色分选装置(1)，其特征在于：满足条件V≤L/3T，其中T表示所述CCD线性传感器一次扫描的速度，V表示所述颗粒物落下的速度，L表示沿所述下落轨迹方向上的所述CCD线性传感器所述光检测区域的长度。

3、依照权利要求1所述的颗粒色分选装置(1)，其特征在于：其中在所述CCD线性传感器中的每个所述多个的光接收器件(7a)中包括一硅元件。

4、依照权利要求1所述的颗粒色分选装置(1)，其特征在于：其中每个所述的红、绿和蓝光光源(14、15、16)都包括一发光二极管(LED)。