JP4063885B2 - 分類装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は分類装置に関する。特に本発明は、粒子のカラー特性に従って流れの中の粒子を等級分けし、また前記等級分けに基づいて排出機構を作動させ、選択された粒子を流れから除去する分類装置に関する。
発明の背景
上記の型式の特定のカラー分類装置は名称Ｓｏｒｔｅｘ５０００で英国、ロンドンのＳｏｒｔｅｘ社から入手可能である。この装置は、自由流れの中の微粒子材料を空気を通して走査するために２色のシステムを使用し、このシステムは流れの中の各粒子を等級分けし、また下流側に配置されたエゼクタに所定の受入れ基準に合わない粒子を流れから除去するように指示する。
異なった波長範囲の光を反射する能力によって微粒子材料を等級分けする種々の分類装置が、米国特許第３，０６６，７９７号、第４，２０３，５２２号、第４，５１３，８６８号、及び第４，６９９，２７３号に説明され、これらの開示は参考として本出願に組み込まれている。英国特許第９９３，０６３号も参考とされている。’５２２号特許に開示された装置では、検出器は異なった波長範囲の粒子からの反射光に反応し、また異なった品質の製品を示す信号を発生する。これらの信号は比較かつ分析され、関連粒子を製品の流れから除去するためにエゼクタを作動できる比較信号を発生する。
製品の流れの中のある個々の粒子が異なった寸法である場合、上記の一般的な型式の分類装置に問題が生じる可能性がある。より大きな暗い製品は、ある状況では、はるかに小さな明るい対象物よりも多くの総光量を反射する場合がある。これらの問題は慎重に選択した背景色の使用によってある程度解決することができるが、ライン走査システムが使用されるとしても、この解決方法は通常ある程度の妥協を含む。ライン走査システムの１つの問題は、製品の間の空間が、例えば暗い欠陥として現われる場合があることである。ライン走査の全体範囲にわたって整合した背景を得るために、対応する粒子を横断する照明の変化は、色と輝度の両方で背景に相関させなければならないであろう。たとえこれが達成可能であるとしても、操作中に維持することは難しいと思われる。２色分類におけるさらにある程度の強化と柔軟性は、例えば受入れ部分と不良品部分とに分割された赤色／緑色のデカルト図を創出することによって達成することが可能である。すべての背景はこのような操作方法の完全な包含を制限し、また複雑にする。かくして、最善の解決方法は色測定から背景を除去することである。
発明の開示
本発明によれば、分類装置の主走査システムは、流れの中の分類すべき微粒子製品の存在を確認するために使用される補助走査システムによって補完される。補助システムが領域からの製品粒子の欠如を示すならば、前記領域のエゼクタ機構の作動を阻止するために信号が送られる。通常、このような信号は前記領域の主走査システムそれ自体からの出力を阻止する。製品で占められていない流れ断面の領域を走査機構から効率的に除外することによって、より詳しくまた背景を間違って不良製品として識別する結果としての分類エラーの危険なしに、主走査システムをプログラミングすることができる。主走査システムは単色または多色によることが可能であるが、たいていは２色である。
本発明に基づく特定の装置は、所定の通路に沿って粒子の流れを移動するための手段と；移動通路上の粒子から反射される複数の波長範囲の光を分析するための通常は２色の主走査システムと；粒子を流れの中から除去するために走査システムの下流側に配設されたエゼクタと；選択された粒子を製品の流れから除去するために、走査システムからの信号に応答してエゼクタを作動させるための手段と；を備え、主走査システムは、さらに別の異なった波長範囲で光を放射するように適合された背景から製品の流れを横断して送信される光を受光するために配設された補助走査システムによって補完され、またこの補助システムは、エゼクタの作動を阻止するために、またはこのような光が背景から補助システムに直接送信される１つまたは複数の領域の製品の流れにおいて、主走査システムの動作を阻止するために、主システムに結合される。この機構によって、主走査システムによって分析されるすべての光が、製品の流れの中の材料からの反射光であるという事実に基づいて、主走査システムを作動できることが理解される。
もちろん補助走査システムによって発生される信号が正確であることを保証するために、背景照明の適切な輝度を保証することが重要である。このため、本発明に基づく装置では、連続的な清浄を行うことができる回転シリンダの表面から反射される光ビームの形態の背景を創出することが好ましい。
本発明に基づく装置は、目に見える波長範囲、典型的には「赤色」と「緑色」の反射光を分析するように適合された２色の走査システムを含む。補助システムに対する背景にも異なった可視波長範囲の光を使用することが好ましく、かくしてこの場合「青色」を使用することができる。次に２色の走査システムは、可視光カメラと製品の流れとの間に赤外線ブロックフィルタを有する当該可視光カメラを備えることができる。これは赤外線を除去するために通常実施されており、例えばコダックＫＬＩ２１０３の３つのカラーアレイも感光する。コダックアレイの「赤色」、「緑色」および「青色」検出器は、製品の流れの位置から観測した光が運動方向に互いに離間するように配置されている。走査システムの色感度画素列の出力の順次タイミングを記憶して補償するために、またエゼクタに指示する前に適切な調整を行うために、コンピュータまたはマイクロプロセッサが通常装置に含まれる。
既述した主および副走査システムと組み合わせて追加の赤外線走査アセンブリを含むことも可能である。本装置は、そこで使用される赤外線ブロックフィルタの代わりに好ましくは可視光ブロックフィルタも用いて、可視光発光に関して説明したシステムと同様のシステムを使用することができる。赤外線走査アレイでは、通常組み込まれるカラーフィルタを省略することができる。上記のように、背景を発生するために異なった波長範囲の光を混合することができ、また赤外線範囲の光を容易に含むことができる。この赤外線走査アセンブリは、上に参照した米国特許第４，２０３，５２２号で説明されているのとほぼ同じように、「暗さ」または「明るさ」の分類として使用される。代わりに、背景上の赤外線照明が「暗さ」のみの分類で必要とされないように、赤外線走査システムのセンサは例えば「青色」背景に反応するようにすることができる。
さらなる開発で、我々は、二重の目的に使用するために、赤外線走査アセンブリを効率的に上述の主走査システム内に組み込むことができることを確認した。赤外線アセンブリは、走査領域からの製品の存在または欠如を監視し、また同時に「暗さ」および／または「明るさ」の分類を行うために、補助走査として使用することができる。赤外線照明の輝度のため、観測領域からの製品片の明らかな欠如を示すものとして受光されるしきい値光量を認識するように、赤外線センサをプログラミングすることができる。大まかに、観測領域からの製品片の欠如の際に受光される光量は、製品片が存在する時に受光される光量の２倍の大きさである。この差は、２つの目的を達成するために、同一のセンサまたはセンサグループの同時使用を可能にするのに十分な差である。
上記の開発によって、すべての走査局面をほぼ同時段階で実施できるようになっている。その結果、異なるシステムから受信された信号をコンピュータが記憶して相関させる必要性は低減する。
実例例によって、また添付した概略図を参考にして、本発明について以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に基づく装置の操作を概略的に示している。
図２は図１の装置の修正図である。
図３は図１の装置のさらに別の修正図である。
図４は、図３のライン４−４から見た装置の断面図である。
発明の実施の形態
図１には、製品である微粒子材料をホッパ４から下のシュート６まで送るためのコンベヤ２を示している。このベルトコンベヤは、製品の流れ８の中にある材料を容器１０に放出するのに十分な速度（例えば、毎秒３ｍ）で、コンベヤの上方レベルが図示したように右から左へ動くように駆動される。材料がコンベヤ２の端部から容器１０へと移動する間、この材料はそれ自体の運動量のみによって製品の流れ８の中に保持される。エゼクタ１２は、製品の流れ８の幅にわたって延在し、不良品容器１４に向かって配向されており、噴射する高圧エアジェットによって製品の流れ８の特定の領域から粒子を除去するように操作自在である。通常は、製品の流れの横方向の幅は２０インチであり、その上方に４０個のエゼクタノズルが等しい距離で離間している。エゼクタ１２はコンピュータまたはマイクロプロセッサ１６によって制御され、このコンピュータは、以下に説明する走査装置１８と２０から入力データを受信する。
参照番号２２は、製品が走査される製品の流れ８の領域を示している。この領域２２は、青色光をブロックするブロックフィルタ５０を備えた光源２４によって照らされ、また領域２２の微粒子は光を反射し、この光は走査装置１８に受光される。走査装置１８は実質的に可視光カメラ２６と、レンズ２８と、赤外光をブロックするブロックフィルタ３０とを備えている。前記カメラ２６は、特定の可視光波長範囲（この場合「赤色」、「緑色」および「青色」の３色（Ｒ、Ｇ、Ｂ））で受光される光を監視する電荷結合デバイスを備える。カメラ２６内の電荷結合デバイスは列状に配設され、各観測範囲は製品の流れの横方向寸法全体に延在する。
図示したように、走査領域の入口において微粒子は、「赤色」波長範囲の反射光によって最初に走査される。次に微粒子は「緑色」の波長範囲の反射光により検査され、最後に「青色」範囲の光によって検査される。本発明における装置が使用される大部分の分類プロセスでは、「赤色」および「緑色」の波長範囲の反射光に基づいて製品を充分に等級分けすることができる。したがって、「青色」検出器アレイは等級分けプロセスの部分としては使用されず、製品の流れの中の前記領域が製品で完全に占められているかどうかを決定するために使用される。「青色」の検出器アレイは、製品の流れ８の他方の側に設置されたローラやドラムなどの円筒３２と位置合わせされており、この円筒は、図示したように、２色または部分的に銀色のミラー（ハーフミラー）３８を使用して、青色光源３４と赤外光源３６とによって照らされている。前記赤外光源の目的については以下に説明する。背景照明には、上記のものの代わりにまたはそれに追加して、適切な色の、例えば閃光ＬＥＤを設けることができる。
「赤色」と「緑色」の光検出器は、コンピュータ１６に入力するための信号を発生し、このコンピュータはこの型式の装置で既知のように製品の流れの中の粒子の２色のソート分析を行う。分析によって粒子に欠陥があることが分かったならば、コンピュータ１６は不良品信号を発してエゼクタ１２の１つ以上のバッテリを制御し、除去領域４０の流れの適切な部分に空気パルスを供給することにより、流れの中から前記粒子を選択的に除去させる。このように選択されて除去された粒子は、製品の流れの中から不良品容器１４の中に排出される。
製品の流れが粒子で満たされている限り、「青色」検出器は作動しないままである。しかし、空間が現われた場合、円筒３２で反射される光源３４からの青色光は、特定の領域の製品材料の欠如を示すものとして「青色」検出器によって認識される。この事象に応答して青色検出器はコンピュータ１６に送信するための信号を発生し、この信号を受信するとコンピュータは阻止信号を発生し、前記検出器による前記特定領域の２色分析と、この分析のためのエゼクタの作動とを阻止する。
赤色、緑色および青色検出器の順次的なかかわりと、走査領域２２より除去領域４０が下流側に位置していることとのため、前記検出器からの信号は分析の前にコンピュータ１６のメモリ内に記憶される。これによっても青色検出器からの信号の分析が可能になり、当然これは、青色検出器からの信号の分析結果が所定領域の製品の流れからの粒子の欠如を示すならば、赤色および緑色検出器からの信号を無視または捨てることができることを意味する。かくして、青色検出器からの「阻止」信号の受信は、赤色および緑色検出器からの信号の分析を効率的に防止する。
上記のように、円筒３２の回転面は赤外線の波長範囲の光によって照らされており、またこのような反射光を監視するために、電荷結合デバイスの単一ラインアレイ形態の追加の検出器４２が設けられている。この検出器４２は、走査領域の上流端部における製品の流れ８を横断する通路と、可視光ブロックフィルタ４４と、集束レンズ４６とに沿って円筒３２からの光を受光する。この走査システムにより、もちろんカメラ２６の青色検出器の阻止作用に全く無関係に処理することが可能な赤外光源３６の輝度（光量）に応じて、暗さおよび／または明るさによる追加の分類を行うことができる。かくして、検出器４２によって発生された信号は再びコンピュータ１６に送信されるが、エゼクタ１２を適切に制御するために全く個別に分析される。
図２に示す変形例では、走査領域２２における製品の流れ８の中の粒子から反射光を受光するために、可視光カメラ２６は図１のカメラ２６と同様に動作するようになっている。領域２２は青色光のブロックフィルタ５０を有する光源４８によって照らされ、また円筒３２から製品の流れ８を横断して送信される青色光は、カメラ２６の「青色」検出器によって受光され、監視される。しかし、光源４８は赤外線の波長範囲の光も放射し、また赤外線カメラ５２は青色および赤外線範囲の反射光を監視するために使用される。カメラ５２はカメラ２６と同一型式であるが、「青色」範囲（４００から５００ｎｍ）で、また赤外線範囲（７００から１０００ｎｍ）で反応する青色検出器アレイのみを使用する。かくして、カメラ５２は製品の流れ８の中の粒子から反射された明るい赤外線または青色背景を観測した時に「明るさ」出力を発生し、これに対して赤外線吸収粒子を観測した時に、暗さ出力を発生する。カメラ５２によって発生される信号もコンピュータ１６によって処理され、「青色」の背景に関して設定限度よりも暗い赤外線の製品粒子が観測される時に、適切なエゼクタを作動させる。これによって赤外線による「暗さ」分類の実施が可能になり、同時にカメラ２６を使用して２色の分類が実施される。
図３に示したさらに別の変形例では、走査領域２２における製品の流れ８の中の粒子からの反射光のみを監視するだけでなく、走査領域２２を横断して送信される光源５６、好ましくは赤外線光源からの光をも監視するために、単一のカメラ６２が使用される。走査領域は光源５４によって領域２２のカメラ側から照らされる。領域２２内の粒子から反射される緑色、赤色および赤外線波長範囲の光は、それぞれのフィルタ６４を通してカメラ６２によって受光され、このカメラは、概して上述のように、流れの中の製品品質を示す信号を発生する。これらの信号はコンピュータ１６に送られ、このコンピュータは、観測領域で選択された製品片を分析してその存在を確認すると、エゼクタ１２に信号を出力してそれぞれの製品片を放出させる。３つの反射波長範囲が監視されるので、これは効率的な３色の分類プロセスである。
図１と図２の実施形態に対して、図３の実施形態では、カメラ６２から相対向する製品の流れの側において、好ましくは赤外光５６の光源も含む。この光源は他の実施形態の光源と同様の目的のために使用されるが、製品の流れを横断して送信される赤外光もカメラ６２によって受光される。赤外線波長の光に反応してＣＣＤによって発生される信号は、ほぼ走査領域からの製品片の存在または欠如に応じて異なる。製品片がないならば、走査領域に横断して送信される光束は対応信号をカメラに発生させ、走査領域からの製品片の欠如を示す信号としてコンピュータによって認識され、したがって、上述のように製品の流れのこの部分からカメラによって発生される信号のさらなる分析が、前記信号によって阻止される。ＣＣＤは、光源５６から放射される赤外光の輝度に応じてこの種の信号を発生することができ、また走査領域に製品片がない時にこの走査領域を通して送信される光量は、製品片が存在する場合の受光光量の２倍ほどであり、製品片が白い場合でも同様である。かくして、受光された光量がしきい値未満である時に、カメラ６２によって発生されるそれぞれの信号は、観測領域内の製品片に関係するものとしてコンピュータによって認識され、また受信されたすべての信号の分析が通常の方法で継続される。
赤外線源５６は、散乱するが強力な背景照明を供給する１つ、２つまたはそれ以上の列の、発光おそらくは閃光ダイオード（ＬＥＤ）からなるアレイを備えることが可能である。図示したように、単一列のＬＥＤ６０は前方のフレネルレンズ６８と共に使用することができる。
図３において、上述した走査システムでフィルタ６４を使用する代わりに、光源５４と観測領域２２との間にポラロイドフィルタ６０を含むことができ、このシステムでは、「緑色」と「赤色」波長範囲の光を監視するカメラ６２のそれぞれのＣＣＤ上にクロスポラロイドフィルタを有する。偏光フィルタを使用することによって、走査領域２２の製品からの反射光の鏡面反射から生じる問題を緩和することができる。しかし、この偏光フィルタはカメラ６２によって受光される光の品質を強化する一方で全体光量を低減するため、必要と思われるよりもＣＣＤの感度を高くする必要がある。分類装置における偏光の使用は、参考とした米国特許第３，０６６，７９７号に説明されている。
本発明の上述の実施形態は実例によってのみ与えられ、また本発明の実施が可能な種々の方法を例示している。本出願で請求した本発明の精神と範囲から逸脱することなしに、異なった形態を形成することができ、また代替装置を使用することができる。

Claims (7)

1. 観測部および排出部；これらの観測部および排出部を通る通路に沿って製品の流れを移動させるための手段；前記観測部内の製品からの反射光を得るために光で一方の側から該観測部を照らす手段；及び反対側から観測部を照らす手段；前記観測部を通過する製品片から反射される可視光と該観測部の前記他方の側から送信される光とを含む放射光を分析するために該観測部の前記一方の側に設けられていて、前記反射されかつ送信される光を受光するための光センサのアレイを備えた走査システム；前記観測部を通過する製品の存在と受容性とを確認するために前記光センサから発生される信号を分析するため、及び製品の欠如の確認に伴う阻止信号と、流れの観測領域において不受容の製品が存在することの確認に伴う不良信号とを発生するために設けられていて、前記排出部に設けられた排出手段に接続され、前記阻止信号により、前記領域から受光される光に応答してセンサから発生される他の信号の分析を妨げ、前記不良品信号により、前記選択された不受容の製品を排出するため前記排出手段を作動させるコンピュータ；を有する分類装置において、
   前記走査システムが、観測部の製品からの反射光と、反対側から観測部を横切って発せられる光との両方を受けるための光センサによる単一アレイを含み、
   前記反対側から観測部を照らす手段が、他の散乱反射光よりも明度の高い光を発する手段であり、
   前記センサによる単一アレイが、発せられた光を受け、観測部の反対側からの受光量に応じてコンピュータに信号を発する少なくとも一つの光センサを有し、
   前記コンピュータが、前記光センサからの信号が、製品が観測部にないことを示す境界レベルを超える光量に対応している時、前記阻止信号を発する、
   ことを特徴とする分類装置。
2. 請求項１に記載の装置において、観測部の他方の側から前記ビームを送信するための手段が赤外光源を備えていることを特徴とするもの。
3. 請求項１または２に記載の装置において、前記透過光を受光する光センサが、観測部の他方の側からの受光光量を監視し、また観測領域における製品の存在または欠如を示す信号を発生することを特徴とするもの。
4. 請求項１から３までのいずれかに記載の装置において、前記コンピュータが、観測領域からの製品の欠如を示す信号の透過光センサによる発生に応答して阻止信号を発生するが、観測領域からの製品の欠如の際に、前記コンピュータが、透過光センサによって受光された光を分析して、暗さおよび／または明るさ基準に従って観測領域の製品を分類する装置。
5. 請求項１から４までのいずれかに記載の装置において、前記観測部の他方の側から前記ビームを送信するための手段が発光ダイオードのアレイを備えていることを特徴とするもの。
6. 請求項１から４までのいずれかに記載の装置において、前記観測部の他の側から前記ビームを送信するための手段が、単一列のＬＥＤと、該ＬＥＤと製品の流れの通路との間にあるフレネルレンズとを備えていることを特徴とするもの。
7. 請求項５または６に記載の装置において、前記ＬＥＤが赤外光を放射することを特徴とするもの。

Images