KR100315247B1 - 입상물색채선별기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실질적으로 고정된 경로 (A) 를 따라 떨어지는 원료입자 (G) 를 광학적으로 검출하기 위한 입상물 색채선별기에 관한 것이다. 이러한 입상물 색채선별기의 광검출유닛 (21; 230) 은 컨덴서 렌즈 (9; 90), 복수개의 광학 필터(10a, 10b; 100a, 100b, 100c) 및 필터에 대응하는 복수개의 수광센서 (12A, 13B; 120a, 120b, 120c) 를 구비하며, 복수개의 파장을 검출할 수 있다. 수광센서(12A, 13B; 120a, 120b, 120c) 는 동일 평면으로 나란히 놓이며 일체로 되어 있어, 수광센서간에 위치 조정이 필요하지 않고 광검출 시스템을 소형화할 수 있는 장점을 갖추고 있다. 집광렌즈 (9; 90) 와 수광센서들 사이에는 프리즘이 제공된다. 프리즘은 수광센서와 동일한 수의 광로굴절면 (11a, 11b; 110a, 110b, 110c)을 가짐으로서 수광센서들이 동일 관측점의 빛을 수용하여 색채선별을 실행할 수 있다. 광검출의 정밀도를 향상시키기 위해 프리즘의 인접한 굴절면들 사이에, 및 대응하는 인접한 수광센서들 사이에는 검출광 칸막이 판 (15; 150a, 150b) 이 제공된다.

Description

입상물 색채선별기

본 발명은 곡립 (cereal grain), 플라스틱 펠러트 (plastic pellets), 원두커피 및 그 밖의 입상물을 선별하기 위한 장치, 특히 입상물 색채선별기 (粒狀物 色彩選別機) 에서의 광전검출장치 또는 광학검출장치 (optical detection device)에 관한 것이다.

여기서 논의되는 입상물 색채선별기는 원료공급장치, 공급수단으로부터 공급된 원료입자를 실질적으로 고정된 궤적 또는 경로를 따라 떨어뜨리는 이송장치, 떨어지는 원료입자를 광학적으로 검출하기 위해 원료곡물의 유하궤적 (流下軌跡)을 따라서 설치된 광학검출장치 및 불량입자를 제거하기 위한 선별장치를 구비하는 형태로 되어 있다. 이러한 기계장치는 유하궤적을 따라 지나가는 불량입자, 즉 착색 입자 및 유리, 돌등과 같은 이물질에서의 수광량 변화를 광학검출장치를 통해서 검출하며, 검출 신호값을 근거로 선별장치를 동작시켜, 예를 들어, 공기분사와 같은 방법으로 불량입자를 날려버림으로써 원료입자로부터 불량입자를 선별할 수 있다.

이러한 형태로서는, 원료입자에 조명빛을 비추고, 반사되는 빛을 적색과 녹색, 또는 적색, 녹색 및 청색의 파장으로 각각 분리하여 가시광선 센서에 의해 각각의 파장을 광검출하고 얻어진 검출값에 기초하여 불량입자가 되는 특정한 색채를 갖는 입자들을 판별하는 형태의 광학검출장치가 있다.

도 5 를 참조하여 이러한 광학검출장치의 일 예를 설명한다. 도면에 도시된 광검출장치에는 집광렌즈(350), 색분해, 프리즘(360) 및 2개의 가시광선 센서(330, 330)를 구비하는 광검출유닛(300)이 설치된다. 이러한 색분해 프리즘(360)은 원료입자로부터 반사된 빛이 적색 파장과 녹색 파장으로 분리되고, 이러한 파장들 중에서 하나의 파장, 예를 들어 적색 파장이 직각 방향으로 진행되도록 구성된다. 프리즘(360)에 의해 분해된 파장들은 파장들 각각의 진행경로에 제공되는 적색 파장을 검출하기 위한 가시광선 센서(330) 및 녹색 파장을 검출하기 위한 가시광선 센서 (330)에 입사되어 각각 검출된다. 검출된 적색 파장 및 녹색 파장의 검출값들을 근거로 비율계산, 즉 색 해석이 행해지며, 이러한 비율계산의 검출값들이 소정의 한계값들을 벗어날 때, 분사노즐장치가 동작하여 적색의 불량입자가 선별된다. 이러한 광검출장치들은, 예를 들어 일본 공개 특허 공보 3-62532 호 및 3-78634 호에 개시되어 있다.

또한, 근적외선 및 가시광선에 의해 선별되는 재료로부티 채색된 입자들 및 돌과 유리의 무기성 불순물들과 같은 불량입자를 선별하는 입상물 선별기가 일본 공개 특허 공보 8-229517 호에 개시되어 있다. 도 6 에서 보는바와 같이, 이러한 입상물 색채선별기에서, 검출광은 다이클로익 미러 (310)에 의해 근적외선 및 가시광선의 두 개의 파장으로 분리되며, 이러한 파장들 중에서 하나는 다른 하나에 직각 방향으로 진행한다. 이와 같이 분리된 각 파장은 상기 파장들이 통과하는 위치에 설치되는 근적외선 센서(340) 및 가시광선 센서(330)에 의해 검출된다. 분사노즐장치는 이 센서들에 의해 검출된 값들과 불량입자들을 선별하기 위해 미리 설정된 표준값들간의 비교에 따라 동작한다.

또한, 일본 공개 특허 공보 8-229517 호는, 도 7 에 도시된 것과 같은 광학검출수단(300)을 보여준다. 이러한 수단에는 가시광선 센서 (330) 및 이 가시광선 센서와 일체로 형성된 근적외선 센서(340)를 갖는 센서부(380)를 포함한다. 광검출유닛(300)은 가시광선 센서(330)에 의해 선별물의 유하궤적의 상부측 광검출위치 (F1)를, 및 근적외선 센서(340)에 의해 검출될 유하궤적의 하부측 광검출위치(F2) 를 검출한다.

도 5 및 6 과 같이, 근적외선 영역에서의 파장 및 가시광선 영역에서의 파장의 검출을 수행하거나, 또는 적색의 파장과 녹색의 파장, 또는 적색, 녹색 및 청색의 파장을 단일의 광검출기에 의해 검출하는 입상물 색채선별기는 선별물로부터의 빛을 다이클로익 미러 또는 색분해 프리즘을 통해서 둘 또는 세 개의 파장들로 분리하여, 각 파장들의 진행방향에 제공되는 수광센서에 파장들이 입사하도륵 한다. 이러한 종류의 광검출구조에 의해, 둘 또는 세 개의 수광센서들이 다이클로익 미러 또는 색분해 프리즘 주위에 서로 직각으로 배치됨으로써 전체 광검출장치가 대형화 되었다. 또한, 선별될 물질의 동일 입자로부터 검출되는 빛이 동일한 위치에서 각 센서에 입사하는 것이 중요하다. 그러나, 상기와 같이, 각각의 수광센서들이 서로 직각으로 배치됨으로써, 검출되는 빛이 대응하는 둘 또는 세 개의 센서들 중의 하나에 정확하게 입사하도록 각 센서의 위치를 조절하기가 매우 어려웠다.

한편, 가시광선 센서 (330) 와 근적외선 센서 (340) 가 일체로 이루어진 센서부 (380)를 포함하는 도 7 에 도시된 광검출유닛 (300) 은 상기에 언급된 대형화 및 위치조정의 문제에 대해 해법을 제공할 수 있었다. 그러나, 상기 센서부(380) 의 수광센서들이 예를 들어 적색 파장을 검출하기 위한 가시광선 센서 및 녹색 파장을 검출하기 위한 가시광선 센서로 구성되고, 상기 각 파장에 기초하며 소위 색채선별에 사용될 때, 색채선별이 불가능하였다. 그 이유는 적색 파장 및 녹색 파장이 서로 상이한 광검출위치 (F1 및 F2) 에서 각각 검출되므로, 서로 상이한 검출위치 (F1 및 F2) 로부터 검출된 광을 동일한 입자로부터의 적색 파장 및 녹색 파장이라고 할 수 없기 때문이다.

본 발명의 목적은 상기의 문제들을 고려하여 색채선별을 실행할 수 있는 소형화된 광검출장치가 장착된 입상물 색채선별기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 색채선별을 실행하고 불량입자들을 정확하게 제거할 수 있는 입상물 색채선별장치를 제공하는 것이다.

지금까지, 본 발명의 목적은 나란히 배열된 복수개의 수광센서들을 일체로 형성하고, 집광렌즈로부터 각각의 수광센서들까지 복수개의 광학경로들을 일체로 제공함으로써, 장치를 소형화하고 복수개의 센서들을 동시에 사용하여 동일한 위치의 동일한 입자를 광학적으로 검출하는 것이다.

도 1a 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입상물 색채선별기에 있어서의 광검출장치를 도시한 개략도.

도 1b 는 도 1 의 장치에 있어서의 두 개의 광센서를 도시한 평면도.

도 1c 는 도 1 의 장치에 있어서의 집광렌즈의 변형예를 도시한 개략도.

도 2 는 도 1 의 장치에 연관된 수광신호 처리수단을 도시한 개략도.

도 3 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입상물 색채선별기에 있어서의 광검출장치를 도시한 개략도.

도 4 는 도 3 의 장치에 연관된 수광신호 처리수단을 도시한 개략도.

도 5 는 종래의 입상물 색채선별기에 있어서의 광검출장치를 도시한 개략도.

도 6 은 또다른 종래의 입상물 색채선별기에 있어서의 광검출장치를 도시한 개략도.

도 7 은 또다른 종래의 입상물 색채선별기에 있어서의 광검출장치를 도시한 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 입상물 색채선별기 2 : 이송수단

3 : 광검출장치 4a : 제 1 반사판

4b : 제 2 반사판 5 : 칸막이 판

6a : 형광 램프 6b : 할로겐 램프

7a : 형광 램프 7b : 할로겐 램프

9 : 집광렌즈 10a : 제 1 광학필터

10b : 제 2 광학필터 11 : 프리즘

11a, 11b : 광로굴절면 12A : 근적외선 센서

13B : 가시광선 센서 14 : 센서부

15 : 검출광 칸막이 판 16 : 패키지

17A, 17B : 증폭기 18A, 18B : 비교회로

19 : 이젝터 동작회로 20 : 수광신호 처리수단

21 : 광검출유닛 22 : 우량입자 수집통

23, 24 : 경계부 30 : 광검출장치

40 : 반사광 40a : 제 1 반사부

40b : 제 2 반사부 40c : 제 3 반사부

50a, 50b : 칸막이 판 70 : 형광 램프

80a, 80b, 80c : 조명수단 90 : 집광렌즈

100a : 제 1 광학필터 100b : 제 2 광학필터

100c : 제 3 광학필터 110 : 프리즘

110a, 110b 및 110c : 광로굴절면 110d, 110e : 경계부

120 : 센서부 120a : 제 1 가시광선 센서

120b : 제 2 가시광선 센서 120c:제 3 가시광선 센서

120d, 120e : 경계부 150 (a, b) : 검출광 칸막이 판

170 (A, B, C) : 증폭기 180 : 비율계산회로

190 : 비교 회로 200 : 이젝터 동작회로

210 : 수광신호 처리수단 220 : 분사노즐장치

230 : 광검출유닛 300 : 광검출유닛

310 : 다이클로익 미러 320 : 반사부

330 : 가시광선 센서 340 : 근적외선 센서

350 : 집광렌즈 360 : 색분해 프리즘

370 : 증폭기 380 : 센서부

a1, b1,c1 : 반사광 G : 원료입자 (피선별물)

F, F1, F2: 수광검출위치 A : 유하궤적

501 : 원료공급수단 502 : 제어수단

본 발명에 따르면, 원료입자 공급수단, 공급수단으로부터 공급된 원료입자들을 실질적으로 고정된 궤적 또는 경로를 따라 떨어뜨리는 이송수단, 떨어지는 원료입자를 광학적으로 검출하고 검출된 신호를 출력하기 위해 원료입자의 유하궤적을 따라서 제공된 하나 이상의 광검출장치, 광검출장치의 출력신호에 응답하여 떨어지는 원료입자로부터 불량입자를 제거하기 위한 선별수단 및 동작을 제어하기 위한 공급수단, 광검출장치 및 선별수단에 접속된 제어수단을 구비하는 입상물 색채선별기가 제공된다. 상기 광검출장치는, 떨어지는 원료입자로부터 빛을 모으기 위한 집광렌즈, 렌즈를 통과하는 빛을 분해하기 위한 복수개의 광학 필터들 및 필터들에 대응하는 복수개의 수광센서들을 구비한 광검출유닛, 반사부, 및 조명수단을 포함한다. 복수개의 수광센서들은 일체로 형성되어 동일 평면에 나란히 놓여있다. 광검출유닛은 집광렌즈와 수광센서 사이에 위치된 프리즘을 더 구비한다. 이러한 프리즘은 복수개의 수광센서가 동일한 관측점에서의 빛을 수용하도록 하기 위하여 동일한 수의 광로굴절면을 갖는다.

이러한 입상물 색채선별기에서는, 동일한 광검출 위치로부터의 광은 집광렌즈를 통과하고 광학필터에 의해 분해되어, 프리즘의 광로굴절면에 의해 수광센서들 각각에 정확하게 입사한다.

복수개의 광학필터는 프리즘의 수광현상에 나란히 부착되는 것이 바람직하다. 또한, 광로굴절면은 집광렌즈로부터 프리즘의 반대편 측부상으로 오목하게 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 인해, 프리즘을 통과하는 광이 수렴하도록 진행되어, 수광센서의 배치가 더욱 소형화할 수 있게 된다.

광검출유닛은 프리즘의 인접한 광로굴절면의 경계부와 대응하는 인접한 수광렌즈의 경계부 사이에 칸막이 판을 갖는다. 칸막이 판은 프리즘의 굴절면으로부터 대응하는 센서까지의 광로를 인접한 광로로부터 분리시킴으로서, 각 수광센서의 광검출치가 다른 어떤 수광센서의 광에 의해서도 영향을 받지 않아, 광검출의 정밀도는 향상되게 된다.

이송장치는 복수개의 원료입자들이 측면으로 나란히 있는 밴드 형태(band-like) 의 흐름으로 원료입자를 유하하도록 되어 있으며, 선별장치는 밴드 형태 흐름의 원료입자에 대응하는 복수개의 공기 노즐을 갖는 분사노즐수단을 구비하고, 수광센서들 각각은 벨트 형태 흐름의 원료입자의 개수와 공기 노즐들의 개수에 대응하는 수광 요소들을 갖는다. 벨트 형태 흐름의 불량입자들은 수광 요소들에 의해 해당 위치에서 검출되며, 해당 위치에서 공기 노즐들에 의해 정확하고 확실하게 제거된다.

이하, 도 1 내지 도 4 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2 는 제 1 실시예에 따른 입상물 색채선별기의 필수 구성요소를 나타낸다.

입상물 색채선별기는 통상 참조번호 (1) 로서 표시되며, 원료입자 공급수단(501), 공급수단으로부터 공급된 원료입자 (G) 를 실질적으로 고정된 궤적 또는 경로로 떨어뜨리는 이송수단, 원료입자 (G) 를 검출하는 광검출장치 (3), 불량입자를 선별하는 선별수단, 우량입자 수집통 (22) 및 동작을 제어하기 위해 원료공급수단, 광검출장치 및 선별수단에 접속된 제어수단 (502) 을 구비한다.

예를 들어, 원료공급수단 (501) 은 그 하부에 제공된 저장용 호퍼 및 공급밸브 또는 롤러이다. 원료이송수단은 곡물을 고르게 하여 얇은 벨트 형태로 유하시키는 홈통 형태의 경사진 이송로 (2)를 포함한다. 선별수단은 도면에는 하나만 도시되어 있는 복수개의 노즐 개구 (25a) 로부터 공기를 분사하도록 되어 있는 분사노즐장치 (25) 를 포함한다. 또한, 수집통 (22) 은 떨어지는 입자를 수용하고, 이입자들을 기계장치로부터 꺼내는 수단으로 사용된다.

광검출장치 (3) 는 이송수단의 이송로 (2) 로부터 떨어지는 원료입자 (G) 의 유하궤적 (A) 을 가로질러 위치된 두 개의 구성부 집합체로 이루어진다.

유하궤적 (A) 의 일측부에 위치된, 도면의 좌측에 있는, 집합체는 제 1 반사판 (4a), 제 2 반사판 (4b) 을 구비하는 반사부 (4), 형광 램프 (6a) 및 할로겐 램프 (6b) 를 포함한다. 제 1 반사판 (4a) 및 제 2 반사판 (4b) 은 분리되어, 상하로 위치에 설치된다. 형광 램프 (6a) 는 이에 대응하는 제 1 반사판 (4a) 위에 배치되며, 할로겐 램프 (6b) 는 이에 대응하는 제 2 반사판 (4b) 아래에 위치된다. 반사판 (4a, 4b) 사이에는 칸막이 판 (5) 이 설치되어 이 반사판간의 간섭을 방지한다. 제 1 반사판 (4a) 과 제 2 반사판 (4b) 은 검출위치 (F) 의 원료입자 (G)로 광을 진행시키기 위해 각도가 조정 가능하도록 되어 있다.

유하궤적 (A) 의 타측부상에 위치된 도면의 우측에 있는 집합체는 형광 램프(72), 할로겐 램프 (7b) 및 광검출유닛 (21) 을 포함한다. 상기 광검출유닛 (21)은 집광렌즈 (9), 제 1 광학필터 (10a), 제 2 광학필터 (10b), 프리즘 (11) 및 센서부 (14)를 구비한다. 센서부 (14)는 근적외선 센서 (12A)와 가시광선 센서 (13B) 를 가지며, 상기 두 개의 센서는 상하로 배치되어 일체로 부착된다. 집광렌즈 (9), 프리즘 (11) 및 센서부 (14) 는 검출위치 (F) 로부터의 광을 수용하기 위해 유하궤적 (A) 의 가까운 측부로부터 먼 측부까지 순서대로 정렬되어 있다. 형광 램프 (7a) 는 집광렌즈 (9) 위로 배치되며, 할로겐 램프 (7b) 는 집광렌즈(9) 아래에 배치되고, 두 개의 램프는 조명수단으로서 기능 한다.

프리즘 (11)은 광검출 위치의 일측부로 빛 (파장)이 입사하는 기울어진 입사면, 입사면의 반대편 측부로 한 쌍의 광로굴절면 및 입사면을 광로굴절면 각각에 연결하는 상하부 표면을 갖는 단면형상을 갖는다. 프리즘 (11)은 이러한 단면을 가지면서 횡길이로 연장하는 형태, 즉 도면의 평면에 수직한 방향으로 신장하는 형태이다. 프리즘 (11) 의 입사면 측부에는, 근적외선 영역의 파장만을 통과시키는 제1 광학 필터 (10a) 와 가시광선역의 파장만을 통과시키는 제 2 광학 필터 (10b) 가 부착된다. 필터들 (10a 및 10b) 은 프리즘의 입사면을 따라서 신장하는 형태이며, 이 실시예에서는 제 1 광학 필터 (10a) 가 아래로 배치된 제 2 광학 필터 (10b) 위에 제 1 광학 필터 (10a) 가 수직으로 배치된다.

프리즘 (11) 의 입사면으로부터 반대편 측부에, 즉 센서부 (14) 가까이에 있는 측부에는, 근적외선 영역 및 가시광선 영역으로 분리된 광로들을 결정하는 광로굴절면 (11a 및 11b) 가 형성된다. 광로굴절면 (11a) 은 하부 좌측을 향해 기울어져 근적외선 센서 (12A) 로 빛을 진행시키며, 광로굴절면 (11b) 은 하부 우측을 향해 기울어져 가시광선 센서 (13B) 로 빛을 진행시킨다. 검출광 칸막이 판(15) 은 광로굴절면 (11a) 과 광로굴절면 (11b) 사이에 있는 경계부 (23) 로부터 근적외선 센서 (12A) 와 가시광선 센서 (13B) 사이의 경계부 (24) 까지 신장되도록 제공되며, 칸막이 판 (15) 은 각 광로굴절면에서 방출되는 빛을 가시광선 영역과 근적외선 영역으로 분리한다.

또한, 비록 본 실시예의 집광렌즈 (9) 가 단일 부분으로 구성되어 있지만, 도 1c 에서와 같이 복수개의 요철 (凹凸) 렌즈를 적절하게 짝지은 렌즈 집합체(9a) 를 구성할 수도 있다.

이하, 센서부 (14) 에 대해 설명한다. 센서부 (14) 는 밴드 형태의 모재 또는 패키지 (16), 패키지 상에 장착된 근적외선 센서 (12A) 및 가시광선 센서(13B) 를 가진다. 센서들 (12A 및 13B) 각각은 패키지 (16) 를 따라서 길고 가는 스트립 형태로 신장하며, 근적외선 센서 (12A) 는 상부에, 가시광선 센서 (13B)는 하부에위치된다. 그러나, 광학 필터들 (10a 및 10b) 에 따라 센서들 (12A 및 13B) 의 배치는 상기의 배치과 역으로 이루어질 수도 있다. 즉, 가시광선 센서(13B) 는 상부에, 근적외선 센서 (12A) 는 하부에 위치된다.

근적외선 센서 (12A) 는 한 행에 나란히 배치된 센서 어레이 (A1-A12) 를 구비하며, 각 센서 어레이는 세 개의 수광소자가 일 세트로 형성되어 있다. 마찬가지로, 가시광선 센서 (13B) 는 수평방향으로 배치된 센서 어레이 (B1-B12) 를 구비하며, 각 센서 어레이는 세 개의 수광소자가 일 세트로 형성되어 있다. 근적외선 센서 (12A) 와 가시광선 센서 (13B) 가 패키지 (16) 상에 배치되는 형태는, 센서 어레이 (B1) 가 대응하는 센서 어레이 (A1) 바로 아래에 위치되고, 마찬가지로, 나머지 센서 어레이(A2-A12) 가 센서 어레이 (B2-B12) 각각에 대응하는 것이다. 이는 도 1b 에 도시되어 있다.

광학 필터 (10a 및 10b) 및 프리즘 (11) 의 길이, 즉 도면의 평면에 수직한 방향으로의 크기, 및 센서 어레이 (A1-A12 및 B1-B12) 의 개수는 동시에 검출위치(F) 를 통과하는 원료입자 (G) 의 전체 수에 거의 대응하도록 설정된다. 즉, 센서 어레이 (A1 및 B1) 는 검출 위치 (F) 를 통과하는 벨트 형태 흐름의 일 가장자리에서 원료입자에 대응하며, 센서 어레이 (A12 및 B12) 는 반대편 가장자리에서 원료입자에 대응한다.

이하, 도 2 를 참조하면, 근적외선 센서 (12A) 와 가시광선 센서 (13B) 가 제어 수단 (502) 의 수광신호 처리수단 (20) 에 접속되며, 수광신호 처리수단 (20)에는 분사노즐수단 (25) 이 전기적으로 접속된다. 수광신호 처리수단 (20) 은 증폭기 (17A 및 17B), 비교회로 (18A 및 18B) 및 이젝터 동작회로 (19) 를 구비한다. 분사노즐수단 (25) 은 복수개의 노즐 개구 (25a) 에 대응하는 각각의 이젝터 밸브 (E1-E12) 를 가지며, 이젝터 밸브 (E1-E12) 는 도면에서 보는 바와 같이 일렬로 나란히 배치된다.

그런데, 본 발명에 의해 개량된 광검출장치를 제외한 입상물 색채선별기 (1) 및 관련 부품인 제어 수단은 종래와 동일할 수도 있으며, 명료하게 하기 위해, 원료공급수단 (501), 이송수단 (2) 및 분사노즐수단 (25) 에 대한 설명은 하기에 더이상 제시되지 않을 것이다.

계속해서, 도 3 및 4 를 참조하여, 제 2 실시예에 따른 입상물 색채선별기에 대한 설명한다.

제 2 실시예의 입상물 색채선별기는 제 1 실시예의 변형예이다. 여기서, 제 1 실시예와 유사한 구성품들에는 동일한 참조번호가 주어지며, 설명은 생략한다. 제 1 실시예와 유사하게, 본 기계의 광학검출장치 (30) 는 이송로 (2) 로부터 떨어지는 원료입자 (G) 의 유하궤적 (A) 에 따라 위치된 두 개의 구성요소 집합체를 구비하며, 상기 이송로 (2) 는 상기 구성품 집합체 사이에 위치된다.

도면 좌측의 유하궤적 (A) 의 일 측부상으로, 제 1, 제 2 및 제 3 반사판(40a, 40b, 40c) 를 구비하는 반사부 (40) 가 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 반사판(40a, 40b 및 40c) 각각은 분리되어 있으며, 각도의 조절이 가능하다. 또한, 적색의 조명광을 방출하는 조명수단 (80a) 이 제 1 반사판 (40a) 위로 대각선 방향으로 설치되며, 녹색의 조명광을 방출하는 조명수단 (80b) 이 제 2 반사판 (40b)위에 대각선으로 설치되고, 청색의 조명광을 방출하는 조명수단 (80c) 이 제 3 반사판(40c) 위에 대각선 방향으로 설치된다. 제 1 반사판과 제 2 반사판 사이에, 및 제 2 반사판과 제 3 반사판 사이에는 칸막이 판 (50a, 50b) 이 설치되어, 반사판의 조명광 각각이 다른 반사판들로 입사하지 않는다.

한편, 도면의 우측, 즉 유하궤적 (A) 의 반대편 측부상으로, 형광램프 (70) 및 광검출유닛 (230) 이 위치된다. 광검출유닛 (230) 은 유하궤적 (A) 에 가까운 측부로부터 차례로 정렬되어 있는 집광렌즈 (90), 프리즘 (110) 및 센서부 (120)를 갖는다. 형광램프 (70) 는 집광렌즈 (90) 의 상하부의 각각의 위치에 배치된다.

센서부 (120) 는 제 1, 제 2 및 제 3 가시광선 센서 (120a, 120b, 120c) 를 가지며, 이러한 센서들은 수직방향으로 배치되고 일체로 이루어진다. 또한, 프리즘 (110) 은 광학 검출위치 (F) 로부터 집광렌즈 (90) 를 통해 입사되는 제 1, 제 2 및 제 3 가시광선 센서 (120a-120c) 로 진행하도록 배치된다.

더 상세히 설명하면, 프리즘 (110) 은 광학검출위치의 일 측부상에서 빛(파장) 을 수용하는 기울어진 입사면, 이 입사면의 반대편 측부상에서의 광로굴절면 및 입사면과 광로굴절면을 연결하는 상하부 평면을 갖는 단면 형상을 갖는다. 프리즘 (110) 은 이러한 단면을 갖는 밴드 형태로 측면으로 신장되어 형성된다. 청색광만을 통과시키는 제 1 광학필터 (100a), 녹색광만을 통과시키는 제 2 광학필터 (100b) 및 적색광만을 통과시키는 제 3 광학필터 (100c) 는 프리즘 (110) 의 입사면에 이 순서대로 수직으로 장착되어 있다. 입사면으로부터 프리즘 (110) 의 반대편 측부상에, 또는 센서부 (120) 에 근접한 측부상에, 광학필터 (100a, 100b 및100c) 에 의해 청색, 녹색 및 적색으로 각각 분리된 빛의 광로를 결정하는 광로굴절면 (110a, 110b 및 110c) 이 형성된다. 광로굴절면 (110a) 은 하부 좌측으로, 광로굴절면 (110c) 은 하부 우측으로 경사져 있고, 광로굴절면 (110b) 은 경사면을 결합시키는 곡면을 이루고 있다.

검출광 칸막이 판 (150a) 은 광로굴절면 (110a) 과 광로굴절면 (110b) 사이에 있는 경계부 (110d) 와 가시광선센서 (120a) 와 가시광선센서 (120b) 사이에 있는 경계부 (120d) 사이에 설치된다. 마찬가지로, 검출광 칸막이판 (150b) 은 광로굴절면 (110b) 과 광로굴절면 (110c) 사이에 있는 경계부 (110e) 와 가시광선센서 (120b) 와 가시광선센서 (120c) 사이에 있는 경계부 (120e) 사이에 설치된다. 검출광 칸막이 판 (150a, 150b) 은 광로굴절면 (110a, 110b 및 110c) 으로부터 방사하는 적색, 녹색 및 청색의 빛을 분리한다.

제 1, 제 2 및 제 3 가시광선 센서 (120a-120c) 각각은 측면으로 나란히 배치된 복수개의 센서 어레이 (sensor array) 를 가지며, 센서 어레이 각각은 복수개의 수광소자로 구성된다. 제 1, 제 2 및 제 3 가시광선 센서 (120a-120c) 의 센서 어레이 각각은 제 1 실시예와 유사하게, 하나의 패키지내에 배치되어 다른 센서 어레이에 대응한다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 센서부 (120) 는 제어수단 (512) 의 수광신호 처리수단 (210) 에 접속된다. 수광신호 처리수단 (210) 은 증폭기 (170A, 170B, 170C), 비율계산회로 (180), 비교회로 (190) 및 이젝터 동작회로 (200) 를 구비하며, 이젝터 동작회로 (200) 는 분사노즐수단 (220) 에 연결된다.

이하, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 입상물 색채선별기의 동작을 설명한다.

먼저, 다시 도 1 및 2 를 참조하여 제 1 실시예를 설명한다. 윈료 공급수단 (501) 으로부터 공급된 원료입자 (G) 는 이송수단 아래로 미끄러지며, 이송수단(2) 의 이송 단부로부터 거의 직선인 하강궤적 또는 유하궤적 (A) 으로 방출된다.

동작시, 광학검출장치 (3) 에서는, 칸막이 판 (5) 에 의해 할로겐 램프 (6b)의 조명광이 제 1 반사판 (4a) 에 입사하는 것이 차단되고, 단지 제 2 반사판 (4b)에만 입사되어 반사광 (b1) 으로서 반사된다. 반사광 (b1) 은 광학검출위치 (F)를 통과해서 집광렌즈 (9) 상에 입사된 다음, 제 1 광학 필터 (10a) 에 입사한다. 제 1 광학 필터 (10a) 는 파장이 1,400-1600 nm 인 근적외선 영역의 광만을 수용하여 통과시킨다. 근적외선 영역의 이 반사광 (b1)은 프리즘 (11) 에 입사되고, 광로굴절면 (11a) 에 의해 그 광경로가 변화되어 근적외선 센서 (12A) 로 입사한다. 마찬가지로, 칸막이 판 (5) 에 의해 형광 램프 (6a) 로부터의 조명광이 제 2 반사판 (4b) 에 입사되는 것이 차단되고, 제 1 반사판 (4a) 에만 입사되어 반사광 (a1) 으로서 반사된다. 반사광 (a1) 은 광학검출위치 (F) 를 통과해서 집광렌즈 (9) 상에 입사하며, 파장이 420-490 nm 인 가시광선 영역만이 제 2 광학필터 (10b) 를 통과해서 프리즘 (11) 에 입사한다. 이러한 가시광선은 광로굴절면 (11b) 에 의해 그 광로가 변화되며, 가시광선 센서 (13B) 에 입사한다.

이때, 검출광 칸막이 판 (15) 은 빛이 그 대응하는 센서가 아닌 다른 수광센서로 들어가지 않도록 하기 위해 각 광로굴절면으로부터 방사하는 빛을 각각 분리한다.

이송수단 (2) 에 남아있는 원료입자 (G) 가 유하궤적 (A) 에서 광검출 위치(F) 로 보내져 형광 램프 (7a) 와 할로겐 램프 (7b) 에 의해 조명되면, 이 원료입자들은 형광 램프 (7a) 및 할로겐 램프 (7b) 로부터의 빛을 반사하게 된다. 반사된 광은 집광렌즈 (9) 를 통과하며, 제 1 및 제 2 광학 필터 (10a 및 10b) 에 입사되어, 가시광선 영역과 근적외선 영역으로 분리된다. 가시광선 영역의 반사광은 프리즘 (11) 의 광로굴절면 (11b) 를 통과해서 그 광로가 변화되어 가시광선 센서(13B) 에 입사된다. 또한, 근적외선 영역의 반사광도 프리즘 (11) 의 광로굴절면(11a) 을 통과해서 그 광로가 변화되어 근적외선 센서 (12A) 에 입사한다.

근적외선 센서 (12A) 로부터 검출된 신호는 증폭기 (17A) 에 보내져 증폭된 후에 비교회로 (18A) 에 보내진다. 비교회로 (18A) 는 증폭된 검출값 신호를 미리 저장된 한계 전압과 비교한다. 만일 검출값이 한계값으로부터 벗어나면, 비교회로 (18A) 는 이젝터 동작회로 (19) 에 신호를 보내어 분사노즐장치 (25) 가 동작하게 된다.

또한, 가시광선 센서 (13B) 에 의해 검출된 값은 동일한 방법으로 증폭기(17B) 에 보내져 증폭된 후에 비교회로 (18B) 로 보내진다. 비교회로 (18B) 는 이 증폭된 검출값 신호를 미리 저장된 한계값과 비교한다. 만일 검출값이 한계값에서 벗어나 있다면, 비교회로 (18B) 는 분사노즐장치 (25) 를 동작시키기 위해 이젝터 동작회로 (19)에 신호를 보낸다. 본 실시예에서, 불량입자의 검출은 원료입자 (G) 로부터 반사된 광량과 반사부 광량간의 차이가 소정의 한계값으로부터 벗어나는지 또는 한계값내에 있는지를 결정함으로써 실행된다. 그러나, 이러한 검출은원료입자 (G) 를 통과하는 광량 및 반사부 광량간의 차이를 통해서도 이루어질 수 있다.

분사노즐수단 (25) 의 이젝터 밸브 (E1-E12) 는 근적외선 센서 (12A) 의 센서 어레이 (A1-A12) 에, 및 가시광선 센서 (13B) 의 센서 어레이 (B1-B13) 에 대응하여 동작한다. 예를 들어, 만일 센서 어레이 (A1) 로부터의 검출값이 비교회로(18A)의 소정 한계값에서 벗어나 있다면, 이젝터 밸브 (E1) 가 이젝터 동작회로 (19) 에 의해 동작된다. 마찬가지로, 이젝터 밸브 (E3) 는 센서 어레이 (B3) 에 대응하고, 이젝터 밸브 (E5) 는 센서 어레이 (A5) 에 대응하는 식으로, 센서 어레이 (A1-A12 및 B1-B12) 는 이젝터 밸브 (E1-E12) 에 대응한다.

상기와 같이, 센서 어레이 (A1-A12) 및 (B1-B12) 는 서로 수직으로 뿐만 아니라, 검출위치 (F) 에서 원료입자 (G) 에 대응하며, 또한 분사노즐수단 (25) 의 이젝터 밸브 (E1-E12) 에도 대응한다. 따라서, 광검출 위치 (F) 로부터 검출된 광이 (A1 및 B2) 과 (A2 및 B1) 과 같이 각각 대응하지 않는 센서 어레이에 입사하지 않고, (A1 및 B1) 과 (A2 및 B2) 과 같이 각각 대응하는 센서 어레이에 입사할 것이다. 따라서, 이상물 (異狀物) 및 채색 입자와 같은 불량입자가 대응하는 센서 어레이 및 이젝터에 의해 신뢰할 만한 수준으로 선별될 것이다.

이하, 도 3 및 4 를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 제 2 실시예에 따른 기계장치의 동작은 제 1 실시예와 거의 동일하므로 상이한 부분만을 기재한다.

동작시, 조명장치 (80a) 의 적색 조명광은 칸막이 판 (50a) 에 의해 차단되어 오직 제 1 반사판 (40a) 에만 부딪히며, 반사광 (a1) 으로 반사되어 광검출 위치 (F) 를 통과한다. 반사광 (a1) 은 집광렌즈 (90) 와 제 3 광학 필터 (100c)를 통과하고, 프리즘의 광로굴절면 (110c) 에 의해 광로가 변화되어 프리즘 (110)에 입사되며, 그 후에 제 3 가시광선 센서 (120c) 에 입사한다. 이때, 광로굴절면 (110c) 으로부터 방사된 반사광 (a1) 은 제 2 가시광선 센서 (120b) 에는 어떠한 영향도 주지 않도록 검출광 칸막이 판 (150b) 에 의해 분리되어 제 3 가시광선 센서 (120c) 로 들어간다. 동일하게, 조명수단 (80b 및 80c) 의 녹색 및 청색 조명광 각각은 제 2 반사판 (40b) 과 제 3 반사판 (40c) 에 의해 반사광 (b1 및 c1)으로 반사되고, 반사광 (b1 및 c1) 각각은 광검출 위치 (F), 집광렌즈 (90), 제 2 및 제 1 광학 필터 (100b) 와 (100c) 및 프리즘 (110) 의 광로굴절면 (110b 및 110a) 을 통과해서 제 2 및 제 1 가시광선 센서 (120b) 와 (120a) 로 입사한다.

한편, 형광램프 (70) 로부티의 조명광은 원료입자 (G) 에 부딪혀 반사된다. 그 반사광은 집광렌즈 (90), 제 1, 제 2 및 제 3 광학 필터 (100a, 100b, 100c) 및 프리즘 (110) 의 광로굴절면 (110a, 110b, 110c) 을 통과해서 대응하는 제 1, 제 2 및 제 3 가시광선 센서 (120a, 120b 및 120c) 로 입사한다.

제 1, 제 2 및 제 3 가시광선 센서 (120a, 120b, 120c) 는 입사하는 반사광(a1, b1, c1) 과 원료입자에서의 반사광으로 구성된 광학 검출광으로부터 적색, 녹색 및 청색의 파장을 검출한다. 검출값들은 각 센서에 연결된 증폭기 (170A, 170B, 170C) 에 의해 증폭되고 비율계산회로 (180) 로 보내진다. 비율계산회로(180) 는 각각의 검출값에 근거해서 비율계산을 행하며, 계산된 비율값은 비교회로 (190) 에 입력된다. 비교회로 (190) 는 비율값을 특정색에 대응하는 소정의 한계 전압 비율값과 비교한다. 만약 비율값이 한계값으로루터 벗어나 있다면, 비교회로 (190) 는 이젝터 동작신호를 이젝터 동작회로 (200) 로 보낸다. 그 다음, 분사노즐장치 (220) 가 이젝터 동작회로 (200) 에 의해 동작하여 채색 곡물 및 불량입자는 선별된다. 또한, 이 제 2 실시예에서, 제 1 실시예에 기재된 바와 같이, 한계값과 비교되는 광검출광은 반사광 및 원료입자 (G) 를 통과하는 빛을 근거로 하고 있다.

또한, 제 2 실시예에서, 세 개의 가시광선 센서의 센서 어레이 각각이 서로 수직으로 대응하면서 배치되어 있으며, 동일한 광검출 위치 (F) 에서의 검출된 광이 세 개의 가시광선 센서의 대응하는 센서 어레이에 입사한다. 이와 같이, 검출되는 입자에 대응하는 센서 어레이 검출값으로부터 정확하게 비율계산이 행하게 되어, 목표하는 곡물 또는 표적 색상을 선별할 수 있게 된다.

본 발명의 입상물 색채선별기가 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위의 범주 내에서 다양한 변경이 가능하다. 도시되어 있지는 않지만, 특수개의 광학 센서들이 설치될 수 있으며, 동일한 종류의 센서들은 복수개로 배치될 수 있고, 조명 장치 및 광학 필터는 센서 각각에 대응하는 형태일 수도 있다. 예를 들어, 색채선별을 실행하기 위해 두 개의 가시광선 센서가 설치될 수 있으며, 적색 및 녹색 파장을 위한 두 개의 가시광선 센서 및 색채선별 및 무기물 선별을 실행하기 위한 하나의 근적외선 센서가 설치될 수 있다. 또한, 비록 일 세트로 이루어진 광검출장치를 제공하는 실시예가 상기에 기재되어 있다 하더라도, 두 개의세트가 원료입자 전후방의 광학 검출을 위해 함께 마련될 수 있음은 두 말할 필요가 없다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 입상물 색채선별기용 광학 검출장치에서, 집광렌즈, 광학 필터 및 동일 평면상에 부착된 복수개의 수광센서는 다음과 같이 배치되어 있다. 수광센서와 동일한 수의 광로굴절면을 갖는 프리즘이 집광렌즈와 수광센서 사이에 설치되며, 복수개의 수광센서가 동일한 관측점에서 빛을 수용한다. 따라서, 동일한 광검출 위치로부터의 빛이 집광렌즈를 통과해서 광학 필터로 분리되며, 각각의 빛 (파장) 은 프리즘의 광로굴절면을 통해 대응하는 수광센서에 입사하도록 되어 있다. 이와 같이 본 발명은, 상이한 파장을 검출하기 위해 일체로 형성되고 나란히 배치된 복수개의 수광센서를 갖는 소형 센서부를 사용하기 때문에, 그리고 대응하는 빛이 프리즘의 광로굴절면에 의해 각 수광센서에 정확하게 입사하기 때문에, 수광센서가 서로 직각으로 위치된 상기의 다이클로익 미러 또는 색분해 프리즘 시스템과 비교해서 광검출장치를 소형화할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 광학검출장치에서, 수광센서가 나란히 배치되어 있으므로, 일 센서의 구성부분이 다른 센서의 구성부분과 매칭되도록 하는 센서부 또는 센서수단을 쉽게 구성할 수 있으며, 종래 기술에서 필요했던 바와 같은 수광센서 각각의 위치를 개별적으로 조정할 필요 없이도 소정 파장의 빛이 복수개의 수광센서의 대응하는 부분에 가해지도록 할 수 있다. 또한, 일체로 형성된 복수개의 수광센서를 갖는 종래의 광검출유닛에서는 가시광선 센서 각각의 광검출 위치가 달라서, 검출광으로부터 동일한 원료입자를 구별해서 색채선별을 실행하는 것은 불가능하다. 본 발명에 따르면, 동일한 광검출 위치로부터의 빛을 각각의 가시광선 센서에 대응하는 광학 필터를 통해서 분해한 후, 프리즘의 광로굴절면을 통해서 대응하는 가시광선 센서에 입사하게 한다. 따라서, 검출광 각각에 근거한 색분석 또는 비율계산을 통해서 색채선별이 이루어질 수 있게 된다. 예를 들어, 두 개의 가시광선 센서 및 하나의 근적외선 센서를 설치함으로써, 또한 이러한 수광센서와 일치하도록 광로굴절면과 광학 필터를 설치함으로써, 색채선별 및 유리, 돌과 같은 이상물 선별은 단일의 소형 광학검출장치로 실행할 수 있다. 또한, 수광센서는 다양하게 조합될 수 있다.

Claims (8)

1. 원료입자 (G) 공급수단 (501), 상기 공급수단으로부터 공급된 원료입자를 실질적으로 고정된 경로 (A) 로 떨어뜨리는 이송수단 (2), 상기 떨어지는 원료입자를 광검출하고 검출된 신호를 출력하기 위해 유하궤적을 따라서 설치된 하나 이상의 광검출장치 (3; 30), 상기 광검출장치로부티의 출력신호에 응답하여 상기 떨어지는 원료입자로부터 불량입자를 제거하기 위한 선별수단 (25; 220), 및 상기 동작을 제어하기 위해 상기 공급수단, 광검출장치 및 선별수단에 접속된 제어수단 (502; 512) 을 구비하는 입상물 색채선별기로서,

   상기 광검출장치는, 상기 떨어지는 원료입자로부터 빛을 모으기 위한 집광렌즈 (9; 90), 상기 렌즈를 통과하는 빛을 분해하기 위한 복수개의 광학 필터 (10a, 10b; 100a, 100b, 100c) 및 상기 필터에 대응하는 복수개의 수광센서 (12A, 13B; 120a, 120b, 120c) 를 구비한 광검출유닛 (21; 230), 반사부 (4; 40), 및 조명수단(6, 7; 70, 80) 을 포함하되,

   상기 복수개의 수광센서 (12A, 13B; 120a, 120b, 120c) 는 일체로 형성되어 동일 평면상에 나란히 놓여 있으며, 상기 광검출유닛은 상기 집광렌즈 (9; 90) 와 상기 수광센서 (12A, 13B; 120a, 120b, 120c) 사이에 위치된 프리즘 (11; 110) 을 더 구비하고, 상기 프리즘은 상기 복수개의 수광센서가 동일한 관측점에서의 빛을 수용하도록 하기 위하여 상기 센서와 동일한 수의 광로굴절면 (11a, 11b; 110a, 110b, 110c) 을 갖는 것을 특징으로 하는 입상물 색채선별기.
2. 제 1 항에 있어서, 복수개의 광학 필터 (10a, 10b; 100a, 100b, 100c) 는 상기 프리즘 (11; 110) 의 입사면에 나란히 장착되는 것을 특징으로 하는 입상물 색채선별기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광로굴절면 (11a, 11b; 110a, 110b, 110c) 은, 상기 프리즘의 반대편 측부가 오목해 지도록 하는 방식으로 상기 집광렌즈 (9; 90) 로부터 상기 프리즘 (11; 110) 의 반대편 측부상에 형성되는 것을 특징으로 하는 입상물 색채선별기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광검출유닛 (21; 230) 은 칸막이 판 (15; 150a, 150b) 을 가지며, 상기 칸막이 판 각각은 상기 프리즘 (11; 110) 의 인접한 광로굴절면 사이에 있는 경계부 (23; 11d, 110e) 와 대응하는 인접한 수광센서들 사이에 있는 대응 경계부 (24; 120d, 120e) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 입상물 색채선별기.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이송수단 (2) 은 복수개의 원료입자는 측면으로 나란히 배치되는 벨트 형태의 흐름으로 원료입자 (G) 를 떨어뜨리도록 구성되며, 상기 선별수단은 상기 벨트 형태 흐름의 원료입자와 대응하는 복수개의 공기 노즐이 장착된 분사노즐장치 (25; 220) 를 구비하며, 상기 수광센서 각각은 상기 벨트 형태 흐름의 원료입자의 개수 및 공기 노즐의 개수에 대응하는 수광 요소들 (A1-A12, B1-B12) 을 갖는 것을 특징으로 하는 입상물 색채선별기.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 광검출유닛 (21; 230) 은 칸막이 판 (15; 150a, 150b) 을 가지며, 상기 칸막이 판 각각은 상기 프리즘 (11; 110) 의 인접한 광로굴절면 사이에 있는 경계부 (23; 11d, 110e) 와 대응하는 인접한 수광센서들 사이에 있는 대응 경계부 (24; 120d, 120e) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 입상물 색채선별기.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 이송수단 (2) 은 복수개의 원료입자는 측면으로 나란히 배치되는 벨트 형태의 흐름으로 원료입자 (G) 를 떨어뜨리도록 구성되며, 상기 선별수단은 벨트 형태 흐름의 원료입자에 대응하는 복수개의 공기 노즐이 장착된 분사노즐장치 (25; 220) 를 구비하며, 상기 수광센서 각각은 상기 벨트 형태 흐름의 원료입자의 개수 및 공기 노즐의 개수에 대응하는 수광 요소 (A1-A12, B1-B12) 를 갖는 것을 특징으로 하는 입상물 색채선별기.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 이송수단 (2) 은 복수개의 원료입자는 측명으로 나란히 배치되는 벨트 형테의 흐름으로 원료입자 (G) 를 떨어뜨리도록 구성되며, 상기 선별수단은 상기 벨트 형태 흐름의 원료입자에 대응하는 복수개의 공기 노즐이 장착된 분사노즐장치 (25; 220) 를 구비하며, 상기 수광센서 각각은 상기 벨트 형태의 원료입자의 개수 및 공기 노즐의 개수에 대응하는 수광 요소들(A1-A12, B1-B12) 을 갖는 것을 특징으로 하는 입상물 색채선별기.