KR20060057622A - 분류장치 및 방법 - Google Patents

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KR20060057622A
KR20060057622A KR1020067003877A KR20067003877A KR20060057622A KR 20060057622 A KR20060057622 A KR 20060057622A KR 1020067003877 A KR1020067003877 A KR 1020067003877A KR 20067003877 A KR20067003877 A KR 20067003877A KR 20060057622 A KR20060057622 A KR 20060057622A
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트로이 블래그덴
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라이트하우스 원 피티와이 엘티디, 에즈 트러스티 오브 더 라이트하우스 유닛 트러스트
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Abstract

본 발명은 분류장치에 관 것으로서, 미립자 물품흐름(25)이 집중기(26)에 의해서 집중되어 원뿔형 분산판(27)의 정점부상에 물품을 공급한다. 상기 분산판(27)은 환형 단층의 물품을 균일하게 콜리메이터로 전달하며, 상기 콜리메이터는 내,외측 물품가이드(30, 31)를 포함한다. 상기 내,외측 물품가이드(30, 31)는 둥지 형상으로 동축으로 대향하여 배치되는 뿔이 잘린 원뿔형상으로 환형의 수직으로 향하는 물품흐름(32)을 생성한다. 검출기 어셈블리가 환형의 물품흐름(32) 내에 위치된다. 상기 검출기 어셈블리는 상부 검출기와 광학박스(32)를 포함하며 환형의 검출영역(36) 내에서 물품을 스캐닝 한다. 상기 광학박스(32)의 아래측으로는 모터(35)에 의해서 구동되는 빔 분리 미러(34)가 회전 가능하게 장착된다. 상기 검출영역(36)을 지나는 물품은 소스와 충돌하고, 그러면 반사 또는 투과된 세기 신호(37)가 상기 검출기와 광학박스(33)내의 검출기에 의해서 측정된다. 검출이 이루어지고, 그 결과 물품이 수용 불가한 것으로 판단되면 상기 검출기 및 광학박스(33)내의 검출기에 의해서 안내되는 제어수단에 의해서 작동되는 다수의 제거기(40)중 관련된 하나를 통하여 물품흐름으로부터 제거된다. 그 궤적이 상기 제거기(40)에 의해서 변화된 상기 제거된 물품(41)은 분리판(43) 일측의 제거슈트(Reject Chute)(42)내로 지나가 폐기된다. 나머지 수용된 물품은 방해받지 않고 수용슈트(Accept Shute)(44)로 들어가 수집된다.
미립자 물품흐름, 집중기, 분산판, 빔 분리 미러, 광학박스

Description

분류장치 및 방법{SORTING APPARATUS AND METHODS}
본 발명은 분류장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 석탄 및 그 유사물과 같은 대량의 물품을 분류하는 장치 및 방법에 특히 적용되고 있지만, 이에 한정되지는 않으며, 그러한 적용은 일 예로서 참고로 이루어진 것으로서, 본 발명은 다른 응용분야, 예를 들면, 미립자 흐름 내에서의 차단(interdiction)과 같은 분야에도 일반적으로 이용될 수 있을 것이다.
흐름(flow)을 실질적인 단층(substantial monolayer)으로 전환하고, 흐름내의 입자들을 확인하기 위하여 상기 단층이 센서 어레이를 지나가도록 하고, 그리고 그렇게 확인된 것을 바탕으로 상기 흐름을 처리하여 흐름 내의 물질들을 분류하는 기술이 개발되어 왔다. 상기 처리는 확인된 입자들을 상기 흐름으로부터 추출하거나 배출하는 것 또는 상기 확인된 입자들을 능동적으로 변형하는 것을 포함할 수 있다.
일반적으로서, 종래 기술에 따른 분류장치는, 도 1의 비교예에서 도시되는 바와 같이, 2차원(평면) 단층 물품흐름을 포함한다. 이 물품흐름(10)은 수평, 수직 또는 이들 사이의 어떠한 각으로도 이루 질 수 있다. 물품흐름이 검출영역(11)을 지나가면서, 그 물품은 소스빔(source beam)과 충돌한다. 그러면, 빔의 반사 또는 투과 세기 신호(13)가 검출기(14)에 의해서 측정된다.
적어도 하나의 단일 포인트소스(Single Point Source) 또는 몇몇 파장들 각각의 적어도 하나의 단일 포인트소스를 이용할 경우 여러 장점이 있다. 그러나, 근본적인 법칙에 의해서 완전히 해결되지 않고 있는 파생문제가 있다는 단점이 있다. 즉, 흐름의 진행방향을 가로지르는 흐름의 폭에는 근본적인 한계가 있는데, 그러한 한계는, 첫 번째는 흐름으로부터 소스의 거리에 의해서 그리고 두 번째로는 흐름의 폭에 의해서 검출기와 이웃하는 흐름에 대하여 결정된다.
물품에 투사되고 그 물품으로부터 반사되는 광의 각도는 전체 검출영역에 걸쳐 검사되는 모든 지점에서 다르다. 역제곱법칙(Inverse Square Law)(I=Io/d2, I는 최종 세기, Io는 초기 세기, 그리고 d는 거리)으로 인하여, 반사된 광 또는 다른 반사된 신호가 x의 세기로 일정소스(이 경우 물품)로부터 일정거리에서 측정되고 다시 그 거리의 두 배 지점에서 측정된다면, 상기 신호는 1/4 x 또는 x의 세기로 측정된 신호강도의 1/4이 되어 매체손실을 무시하게 된다.
따라서, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 반사된 신호들이 진행하는 거리는 물품이 검출영역의 중심으로부터 멀어질수록 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 측정된 신호 세기는 검출영역 전반에 걸쳐서 다르게 된다. 만약, 두 개의 동일한 물품이 검출영역에 위치되어 있고, 그 중 하나는 이 검출영역의 중심에 위치되고 다른 하나는 검출영역의 가장자리에 위치되어 있을 경우, 이 물품들로부터 반사되는 신호의 세기를 비교하였을 때, 중심에 위치되는 물품의 신호 세기가 가장자리에 위 치되는 물품의 신호 세기보다 강하다는 것을 알 수 있었다. 즉, 물품으로부터 반사되는 신호 또는 특징은 검출영역 내에서의 그 물품의 위치에 따라서 달라 지게 된다.
물품을 검사하고 수용 가능한 또는 수용 불가한 물품을 결정하기 위한 이러한 이용 가능하도록 하기 위해서는, 물품의 특징이 그 특징을 결정하는 장치의 전자기기에 의해서 동일하게 확인되어 져야 한다. 상기 역제곱법칙의 문제를 해결하기 위하여, 몇몇 시스템들은 신호를 전달하는 복합 전처리 공정을 채용하여, 물품이 위치에 관계없이 동일한 특징을 나타내도록 하고 있다. 또 다른 시스템들은 상기 역제곱법칙의 문제를 해결하기 위하여 다이어프램들을 이용하고 있다(국제특허 공개번호 WO98/443350의 명세서 참조). 상기 다이어프램들은 반사되는 신호의 총량을 감소시켜 선형의 반사신호를 생성시킨다. 그 결과, 검출영역의 극단부에서 가장 약한 신호와 동일하도록 모든 위치에서 반사되는 신호가 감소 된다.
신호의 세기는 검출영역의 폭이 증가할수록 감소한다. 따라서, 검출영역의 폭을 늘리는 것은 근본적으로 한계를 가지게 된다. 즉, 그러한 한도는 상기 검출영역의 극단부에 있는 물품에서 반사된 신호의 세기가 사용가능 하지 않게 되기 시작하는 폭이 그 검출영역 폭의 한계가 된다.
또한, 큰 물품의 경우 그림자를 생성할 수도 있다. 이것은 흐름 중심부에서는 큰 문제가 되지 않지만, 중심에서 멀어 질수록 더욱 커진 입사각이 각각의 입자들이 상기 검출영역의 중심으로부터 더욱 먼 다른 입자들에게 부분적으로 그림자를 형성하게 된다. 따라서, 흐름의 외측부는 신호의 세기가 감소 될 뿐만 아니라, 상 기 그림자로 인하하여 신호의 손실이 증가하게 된다.
넓은 의미의 본 발명의 일 측면에 따르면, 미립자 물질들을, 이 미립자 재료들이 지나는 실질적으로 원뿔형태의 흐름 면을 가지는 몸체 부재를 거쳐서 축으로 흐르게 함으로서, 미립자 물질의 적어도 부분적으로 환형의 흐름을 형성하고;
상기 몸체 부재의 하류 측에서 상기 환형흐름 내의 중심에 실질적으로 위치되며 상기 미립자 재료들의 분류 기준을 적용할 수 있도록 선택되는 검출기를 작동시키고; 그리고
상기 분류 기준에 따라서 상기 흐름 내의 입자들을 분류하기 위하여 상기 검출기에 반응하는 분류수단을 작동시키는 단계를 포함하는 분류방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 가장자리에 의해서 한정되는 실질적으로 원뿔형상의 표면을 가지는 몸체 부재와;
적어도 부분적으로 환형흐름을 형성하는 상기 가장자리를 미립자 물질들이 축으로 지나가도록 선택되는, 상기 원뿔형상의 표면으로 상기 미립자물질을 공급하기 위한 공급기와; 그리고
상기 몸체 부재의 하류 측에서 상기 환형흐름 내의 중심에 실질적으로 위치되며 상기 미립자 재료들의 분류 기준을 적용할 수 있도록 선택되는 검출기; 그리고
상기 분류 기준에 따라서 상기 흐름 내의 입자들을 분류하기 위하여 상기 검출기에 반응하는 분류수단을 포함하는, 분류장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 미립자물질의 흐름을 형성하고;
복사광원 및 적어도 하나의 회절 격자형 분광기를 가지며 상기 흐름 의 입자들에 대한 분류기준을 제공하기 위하여 선택된 검출기를 포함하는 광학 검출기 어셈블리를 상기 흐름 내에서 작동시키고; 그리고
상기 기준에 따라 상기 흐름 내의 입자들을 분류하기 위하여 상기 광학 검출기 어셈블리에 대응하여 분류수단을 작동시키는 단계를 포함하는 분류방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 미립자물질의 흐름을 형성하고;
상기 흐름 내의 입자들에 대한 분류기준을 제공하기 위하여 선택된 검출기를 포함하는 광학 검출기 어셈블리를 상기 흐름 내에서 작동시키고; 그리고
상기 기준에 따라 상기 흐름 내의 입자들을 충격에 의하여 분류하기 위하여 상기 광학 검출기 어셈블리에 대응하여 다수의 유체분사형 분류수단 어레이를 협력적으로 또는 연속적으로 작동시키는 단계를 포함하는 분류방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 미립자물질의 흐름을 형성하는 연속공급기;
복사광원 및 적어도 하나의 회절 격자형 분광기를 가지며 상기 흐름 내의 입자들에 대한 분류기준을 제공하기 위하여 선택된 검출기를 포함하는 광학 검출기 어셈블리; 그리고
상기 기준에 따라 상기 흐름 내의 입자들을 분류하기 위하여 상기 광학 검출기 어셈블리에 반응하는 분류수단을 포함하는 분류장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 미립자물질의 흐름을 형성하는 수단;
상기 흐름 내의 입자들에 대한 분류기준을 제공하기 위하여 선택된 검출기를 포함하는 광학 검출기 어셈블리; 그리고
상기 기준에 따라 상기 흐름 내의 입자들을 충격에 의하여 분류하기 위하여 상기 광학 검출기 어셈블리에 반응하여 협력적으로 또는 연속적으로 작동하는 다수의 유체 분사형 분류수단 어레이를 포함하는 분류장치를 제공한다.
본 발명의 설명에서, 용어 "실질적으로 원뿔형 흐름면"은 몸체의 상류측으로부터 그 가장자리로 가면서 테이퍼진 형태의 몸체의 표면 또는 그러한 형태의 몸체 일부를 의미한다. 본 발명의 방식에 따른 몸체를 지나는 입 자흐름의 일 예에 따르면, 입자들이 중력에 의해서 떨어져 상기 원뿔의 첨단부를 지나 중력에 의해서 상기 원뿔의 기저부의 가장자리에서 환형의 흐름으로 상기 몸체로부터 떨어진다. 이와 같이, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 몸체부재가 부분적 원뿔 또는 사다리꼴 원뿔이 될 수 있으며 그리고 원형 이외에 타원 또는 다각형으로 이루어진 기저부를 가진다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 용어 "환형 흐름"은 상기에서 언급한 구조에 의해서 이루어지는 모든 흐름을 포함하는 것을 의미하며, 몸체부분의 가장자리의 형상에 의해서 결정될 것이다.
검출기 어셈블리가 분류를 위한 적절한 식별을 수행할 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 입자의 흐름 중에 원치 않는 아이템들을 검출하는 방법을 제공하기 위하여 검출기가 선택될 수 있다. 대안으로, 흐름 내의 선택된 입자들에 꼬리표를 부치거나 변형시킬 수 있도록 센서가 선택될 수 있다.
상기 입자들은 환형의 실질적인 단층 흐름을 형성할 수 있다. 대안으로, 상기 입자들은 더 두꺼운 흐름 내에 위치될 수 있는데, 이 경우, 하나의 센서 어셈블리가 이용될 수 있으며 국부적 난기류가 입자를 상기 센서 어셈블리 또는 다른 센서 어셈블리로 보내 검출이 이루어지도록 한다. 상기 흐름은 모든 선택된 모든 방향으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 미립자 물질이 선택된 방향으로 통과하는 가스흐름 내에 섞여 유동될 수 있다. 그러나, 본 발명은 몸체가 실질적으로 수평인 가장자리부를 가지는 장치에서 대부분 적용됨을 예상할 수 있다.
미립자 흐름이 몸체의 가장자리를 지나감에 따라, 상기 몸체부재의 하류측에 있으며 검출기 어셈블리를 포함하고 있는 검출영역으로 들어가게 된다. 상기 검출기 어셈블리는 검출부와 연계하여 상기 미립자 흐름을 능동적으로 스캔하기 위하여 소스를 포함할 수 있다. 대안으로, 상기 검출이 수동적 스캔이 될 수도 있다.
상기 검출기 어셈블리는, 대부분의 경우, 상기 입자 흐름이 기존의 또는 효과적으로 회전하는 소스에 의해서 조사되거나 충격을 받아 반사되거나 투과되는 세기신호가 검출기에 의해서 측정되는 능동형 스캐닝 수단을 포함한다.
소스가 흐름 경로의 중앙에 위치하며, 포인트 소스 검출기 또는 내부 검출기(반사, 방출 또는 분산용) 또는 외부검출기(투과, 방출 또는 분산용)로서 검출기가 역시 중앙에 배치되는 포인트소스 검출기 어셈블리의 장점은 상기 소스로부터 입자 그리고 검출기까지의 경로길이를 의미하는 거리들이 모든 입자에서 동일하다는데 있다. 물론, 환형흐름의 축상에 위치되는 단일의 포인트소스를 이용하여 얻어지는 목적과 동일한 목적을 실현할 수 있는, 다른 구조, 예를 들면, 다수의 소스들이 환형 배열되어 있는 구조도 예상될 수 있다.
상기 환형흐름의 개념은 석탄 등과 같이 중력에 의해서 장치를 통하여 통과될 수 있는 재료들에 적합한 장치에서 실시될 수 있다. 공급슈트(In-feed Chute)와 같은 적절한 수단으로 이루어질 수 있는 실질적으로 원뿔형의 분산플레이트가 제공될 수 있다. 상기 분산 플레이트는 물품을 단일 층으로 검출영역까지 일정하게 전달하는데 이용될 수 있다.
물품 가이드 플레이트가 정확한 물품흐름을 이루기 위하여 이용될 수 있다. 상기 원뿔형 분산 플레이트의 각도 및 표면은 물품의 특징에 따라 정해진다. 상기 공급슈트는 분산 플레이트 전면에 걸친 분산의 균일성을 최대화할 수 있도록 조절될 수 있다. 상기 검출영역을 지나는 물품은 소스와 충돌될 수 있다. 그러면, 반사 또는 투과된 세기 신호가 검출기에 의해서 측정될 수 있다. 검출 결과, 물품이 수용가능하지 않은 것으로 판단될 경우, 이 물품은 제거수단에 의해서 제품흐름으로부터 제거된다.
그 궤적 또는 다른 특징들이 상기 제거기에 의해서 변화된 상기 제거된 물품은 분리 플레이트의 분리측에 배치된 제거슈트 등을 거쳐서 폐기될 수 있다. 나머지 수용 가능한 물품들은 수용슈트 등을 거쳐서 수집될 수 있다.
작동에 있어서, 검출영역 어디에나 위치된 동일한 물품은 동일한 반사신호 또는 특징을 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 소스 및/또는 검출기로부터 물품까지의 거리가 항상 동일하므로, 상기한 역제곱의 법칙에 영향을 받지않는다. 원 또는 환형의 물품흐름에서, 물품에서 검출기까지의 반경 또는 거리는 일정하게 유지된다. 그림자 현상 또한 물품으로부터의 각 반사가 없기 때문에 최소화될 수 있다.
상기 센서장치는 광을 근간으로 이루어질 수 있으며, 미립자흐름을 그 흐름방향에 수직한 방향으로 스캔하는 통상의 단일파장 포인트 소스빔의 형태를 취할 수 있다. 물품상에 조준되는 포인트소스광을 이용하는 통상의 광학 분류 시스템들처럼, 본 발명의 포인트 소스는 레이저광 또는 다른 포인트 소스로 이루어질 수 있다. 상기 반사된 광은 여과되어 필요한 파장 이외의 다른 모든 파장들이 제거될 수 있도록 함으로서, 신호 단일파장을 생성할 수 있다. 이는 필요한 파장만을 투과시켜 세기를 측정하는, 즉, 반사된 세기의 나머지는 반사되어 폐기되는, 통상의 대역통과 광학필터(Band Pass Optical Filter)를 이용하여 실현할 수 있다. 광학계의 설치에 따라서, 반대의 경우도 실현될 수 있다. 즉, 대역제거 필터(Band Reject Filter)를 이용할 경우, 필요한 파장이 반사되어 측정되며 나머지는 투과되어 폐기된다.
경우에 따라서, 미립자 흐름으로부터 반사된 신호는 다른 파장의 대역들(다파장)로부터 분리되어 검출기에 의해서 측정될 필요가 있는데, 이러한 방법이 선택을 위한 기준으로서 이용될 수 있다. 다른 파장 세기들의 결합은 물품의 전형적인 패턴 또는 특징을 결정하는데, 이를 기준으로 분류수단이 작동할 수 있다.
밴드 통과 또는 밴드 제거 필터를 이용할 경우 몇 가지 한계를 가진다. 첫 번째로는, 광학필터가 분리하도록 되어 있는 파장만이 분리되며, 두 번째로는, 광학 밴드 통과 또는 제거 필터들은 투과 또는 반사손실을 가진다는 것이다. 만약, 다수의 필터들이 일렬로 위치하고 상기 제1 밴드 제거 필터가 소정의 파장을 제거할 경우, 나머지 파장들은 상기 광학필터를 통과 또는 투과하게 되어, 세기의 손실이 발생하게 된다. 이것은 각각의 광학필터에서 반복적으로 발생하여, 광이 투과 또는 반사될 때마다, 광 세기의 손실이 발생한다. 나머지 파장들에 발생하는 전체 투과손실이 쓸모없어지기 전까지만 필터들이 추가될 수 있다. 따라서, 필터들의 수 및 측정 가능한 개별적인 파장들의 수에는 물리적 한계가 있다.
분류기계의 광학계에서의 회절격자는 광학 밴드통과 또는 밴드 제거필터의 제한적인 효과를 감소시킬 수 있으며, 특히 종래 기술에 따른 시스템에서 나타나는 역제곱법칙에 의한 단점들을 해소할 수 있는 본 발명에 따른 원형의 스캐닝 형상에 적합하다.
회절격자로 이루어진 시스템이 센서수단의 핵심으로서 이용되는 장치에서, 포인트소스에 의해서 스캐닝될 때 반사되며 그리고 검출영역을 통과하는 광(다파장)은 회절격자의 표면에 투사될 수 있다. 그러면 설계에 따라 상기 회절격자는 상기 광을 스펙트럼내로 회절 시킨다. 이 스펙트럼은 소정 갯 수의 광전자 증배기, CCD 어레이, 또는 다른 광전감도 측정장치(들)(55)를 이용하여 개별 위치에서 측정된다. 이는 소정의 파장 또는 회절격자에서의 세기의 단손실(Single Loss)만을 가지는 파장들에서의 세기의 측정을 가능하게 한다. 이 손실은 광학적 특성들에 의해서 결정되며 모든 제조자들로부터 얻어질 수 있다. 물리적 크기, 밀리미터당 홈들 그리고 회절 격자의 진행 각은 그 응용 분야에 적당하도록 가변 될 수 있다.
분류수단은 적절한 형태를 취할 수 있다. 현존하는 분류 장치들은 도 6의 비교에서 도시되는 바와 같이, 일렬의 에어 밸브들을 가지는 메니폴드로부터 생성되는 분사 기류를 이용하여 원치 않는 아이템들을 제거한다. 각각의 밸브들은 물품에 90도의 각도로 마주하고 있다. 상기 밸브들이 배열된 열은 일정한 여유거리를 두고 대체로 상기 물품흐름과 평행하다 (물품흐름의 각도와는 관계없이). 물품들 중 광 반사 또는 광 특징이 다른 물품은, 양호한 물품들의 흐름으로부터 원치 않는 아이템으로 검출된다.
원치 않은 물품이 검출되었을 때, 전자기기들은 배출기에 신호를 보내 이를 제거한다. 이 신호는 원치 않는 물품이 제거될 때 배출기의 전방으로 원치 않는 물품이 위치될 수 있도록 타이밍을 맞춘다. 배출기 또는 배출기들로부터 배출되는 집중된 제트공기는 물품표면에 힘을 가하여 이 물품을 편향시킨다. 무거운 물품을 편향시키기 위해서는 보다 큰 힘을 가하거나 또는 보다 오랜 시간동안 힘을 가하는 것이 필요하다. 상기 배출기는 고정되어 있고 상기 물품은 이동하므로, 상기 배출기가 상기 원치 않는 물품을 제거 및 물품에 힘을 가하는 시간은 제한되어 있다. 따라서, 충분한 힘을 물품에 가할 수 있는 경우는, 원치 않는 물품이 배출기의 전방에 위치될 때 이거나 그렇지 않으면, 높은 압력을 가지거나 큰 배출기를 이용하는 방법밖에 없다. 과도한 압력은 많은 먼지 및 물방울을 발생시킬 수 있으며, 이들이 검사 영역으로 들어갈 경우, 물품으로부터 반사되는 광량을 감소시키게 된다. 또한, 과도한 공기압은 물품을 손상시킬 수도 있다.
크고 무거운 물품을 위한 배출장치의 경우, 수직으로 간격을 두고 배열되어 있는 배출기 열들을 포함한다. 따라서, 물품들은 각각의 배출기를 지나면서 연속적으로 분사되는 많은 양의 제트공기를 받게 된다. 각각의 배출기가 전달해야 하는 힘은 적으나, 추가의 배출기들에 의해서 단일의 밸브의 경우보다 보다 강력한 편향력을 제공하게 된다. 이는 공기압을 줄여 먼지나 물방울들의 발생을 감소시키며, 따라서 물품을 품질저하를 감소시킨다. 부가적인 밸브 열의 수는 물품 및 그 응용분야에 따라서 변경될 수 있다.
본 발명을 더욱 명확히 이해하기 위하여 그리고 실시하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내고 있는 다음의 첨부한 도면을 참고 하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 스캐닝 장치를 도시하고 있는 도면;
도 2는 본 발명에 따른 방법에서 이용되는 스캐닝의 개념을 도시하고 있는 도면;
도 3은 본 발명에 다른 장치의 측면도;
도 4는 본 발명에 따른 방법에서 이용되는 다중 대역 통과 검출(Multiple Band Pass Detection)의 개념을 도시하고 있는 도면;
도 5A는 본 발명에 따른 방법에서 이용되는 회절 격자를 이용한 검출의 개념을 도시하고 있는 사시도;
도 5B는 측면에서 본 도 5A의 회절 격자를 이용한 검출의 개념을 보여주는 개념을 도시하고 있는 도면;
도 6은 본 발명에 따른 장치에서 이용될 수 있는 종래기술의 방출기의 동작 을 연속으로 보여주는 도면; 그리고
도 7은 본 발명에 따른 장치에서 이용될 수 있는 신규한 방출기 어레이의 동작을 연속으로 보여주는 도면.
도 1은 본 명세서의 초입부에 언급한 종래기술을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 원리를 기본으로 도시하고 있는 것으로서, 실선 화살표(20)로 나타내어지는 물품흐름은 실질적으로 축 방향으로 위치되는 검출기(22)를 지나 환형(21) 내로 유도된다. 각각의 입자들(23) 입사광을 검출기(22)로 반사시킨다. 반사된 빔들(24)은 입자(23)의 특성과 동일한 특성 및 특징(빔의 세기 등)을 가진다.
도 3을 참조하면, 환형흐름의 개념을 나타내는 실시 예가 도시되어 있는데, 미립자 물품흐름(25)이 집중기(26)에 의해서 집중되어 원뿔형 분산판(27)의 정점부상에 물품을 공급한다. 상기 분산판(27)은 환형 단층의 물품을 균일하게 콜리메이터(collimater)로 전달하며, 상기 콜리메이터는 내,외측 물품가이드(30, 31)를 포함한다. 상기 내,외측 물품가이드(30, 31)는 둥지 형상으로 동축으로 대향하여 배치되는 뿔이 잘린 원뿔형상으로 환형의 수직으로 향하는 물품흐름(32)을 생성한다.
검출기 어셈블리가 환형의 물품흐름(32) 내에 위치된다. 상기 검출기 어셈블리는 상부 검출기와 광학박스(33)를 포함한다. 상기 광학박스(33)의 아래측으로는 모터(35)에 의해서 구동되고 환형의 검출영역(36) 내에서 물품을 스캐닝하는 빔 분리 미러(34)가 회전 가능하게 장착된다. 상기 검출영역(36)을 지나는 물품은 소스 와 충돌하고, 그러면 반사 또는 투과된 세기 신호(37)가 상기 검출기와 광학박스(33)내의 검출기에 의해서 측정된다. 검출이 이루어지고, 그 결과 물품이 수용 불가한 것으로 판단되면 상기 검출기 및 광학박스(33)내의 검출기에 의해서 안내되는 제어수단에 의해서 작동되는 다수의 제거기(40)중 관련된 하나를 통하여 물품흐름으로부터 제거된다.
그 궤적이 상기 제거기(40)에 의해서 변화된 상기 제거된 물품(41)은 분리판(43) 일측의 제거슈트(Reject Chute)(42)내로 지나가 폐기된다. 나머지 수용된 물품은 방해받지 않고 수용슈트(Accept Shute)(44)로 들어가 수집된다.
물품 상에 조준된 광의 포인트 소스를 이용하는 광학분류 시스템들에서, 상기 포인트 소스는 레이저광 또는 다른 포인트 소스로 이루어질 수 있다. 반사된 광은 여과되어 필요한 파장(단파장) 이외의 다른 파장을 제거할 수 있다. 이는 일반적으로 대역통과 광학 필터(Band Pass Optical Filter)에 의해서 실현되는데, 이 대역통과 광학 필터는 필요한 파장만 투과시켜 그 세기가 측정될 수 있도록 한다. 즉, 나머지 파장은 반사되어 폐기된다. 광학장치에 따라서, 반대의 경우도 실현될 수 있다. 즉, 대역 제거필터(Band Reject Filter)를 이용할 경우, 필요한 파장이 반사되어 측정되며 나머지는 투과되어 폐기된다.
도 4를 참조하면, 물품으로부터 반사된 신호(45)는 시퀀스 캡쳐 필터(Sequential Capture Filter)(47)에 의해서 다른 파장 밴드로 분리되며, 그에 따라, 단일 파장 빔들(50)이 검출기(46)에 의해서 측정된다. 이는 다른 파장의 광의 세기를 측정하기 위한 것이다. 이 다른 파장 세기들의 결합은 물품의 전형적인 패 턴 또는 특징을 결정하는데, 이를 기준으로 분류전자기기가 결정을 하게 된다.
도 4를 참조로 설명된 밴드 통과 또는 밴드 제거필터를 이용할 경우 몇 가지 한계를 가진다. 첫 번째로는, 광학필터가 분리하도록 되어 있는 파장만이 분리되며, 두 번째로는, 광학 밴드 통과 또는 제거 필터들은 투과 또는 반사손실을 가진다는 것이다. 상기 투과 또는 반사손실은 광학적 특징들에 의해서 결정되며 모든 제조업자들이 얻을 수 있는 것이다. 만약, 다수의 필터들이 일렬로 위치하고 상기 제1 밴드 제거 필터가 소정의 파장을 제거할 경우, 나머지 파장들은 상기 광학필터를 통과 또는 투과하게 되어, 세기의 손실이 발생하게 된다. 이것은 각각의 광학필터에서 반복적으로 발생하여, 광이 투과 또는 반사될 때마다, 광 세기의 손실이 발생한다. 나머지 파장들에 가해지는 전체 투과 손실이 이 파장들을 쓸모없어지게 되기 전까지만 필터들이 추가될 수 있다. 따라서, 필터들의 수 및 측정 가능한 개별적인 파장들의 수에는 물리적 한계가 있다.
도 5A 및 5B에서 설명된 분류기계의 광학특성에서의 회절격자는 광학 밴드통과 또는 밴드 제거필터의 제한적인 효과를 감소시킬 수 있다. 검출영역(36)내의 물품으로부터 반사된 광(다파장)(37)은 모터(48)에 의해서 구동되는 회전 스캐닝 미러(49)에 의해서 상기 감지기 및 광학박스(33)로 반사된다. 그러면, 상기 빔은 고정된 미러(52) 표면으로 투사되고 회절격자(51)의 표면상에 투사되는 반사된 빔(53)을 생성한다. 설계에 따라, 상기 회절격자는 상기 광을 스펙트럼(54) 내로 회절시킨다. 이 스펙트럼은 소정 갯 수의 광전자 증배기, CCD 어레이, 또는 다른 광전감도 측정장치(들)(55)을 이용하여 개별 위치에서 측정된다. 이는 소정의 파장 또는 회절격자에서의 세기의 단손실(Single Loss)만을 가지는 파장들에서의 세기의 측정을 가능하게 한다. 이 손실은 광학적 특성들에 의해서 결정되며 모든 제조자들로부터 얻어질 수 있다. 물리적 크기, 밀리미터당 홈들 그리고 회절격자의 진행 각은 그 응용 분야에 적당하도록 가변 될 수 있다.
현존하는 분류 장치들은 도 6의 비교 예에서 도시되는 바와 같이, 일렬의 에어 밸브들(60)을 가지는 메니폴드로부터 생성되는 분사기류를 이용하여 원치 않는 아이템들을 제거한다. 각각의 밸브(60)들은 물품(61)에 90도의 각도로 마주하고 있다. 상기 밸브들이 배열된 열은 일정한 여유거리를 두고 (물품흐름의 각도와는 관계없이) 대체로 상기 물품흐름과 평행하다. 물품들 중 광 반사 또는 광 특징이 다른 물품은, 양호한 물품들의 흐름으로부터 원치 않는 아이템으로 검출된다.
원치 않은 물품이 검출되었을 때, 전자기기들은 배출기에 신호를 보내 이를 제거한다. 이 신호는 원치 않는 물품이 제거될 때 배출기의 전방으로 원치 않는 물품이 위치될 수 있도록 타이밍을 맞춘다. 배출기 또는 배출기들로부터 배출되는 집중된 제트공기(62)는 물품표면에 힘을 가하여 이 물품을 편향시킨다. 무거운 물품을 편향시키기 위해서는 보다 큰 힘을 가하거나 또는 보다 오랜 시간 동안 힘을 가하는 것이 필요하다. 상기 배출기는 고정되어 있고 상기 물품은 이동하므로, 상기 배출기가 상기 원치 않는 물품을 제거 및 물품에 힘을 가하는 시간은 제한되어 있다. 따라서, 충분한 힘을 물품에 가할 수 있는 경우는, 원치 않는 물품이 배출기의 전방에 위치될 때이거나 그렇지 않으면, 높은 압력을 가지거나 큰 배출기를 이용하는 방법밖에 없다. 과도한 압력은 많은 먼지 및 물방울을 발생시킬 수 있으 며, 이들이 검사 영역으로 들어갈 경우, 물품으로부터 반사되는 광량을 감소시키게 된다. 또한, 과도한 공기압은 물품을 손상시킬 수도 있다.
크고 무거운 물품을 위한 배출장치가 도 7에서 도시되어 있는데, 이 배출장치는 수직으로 간격을 두고 배열되어 있는 배출기(63) 열들을 포함한다. 따라서, 물품들은 각각의 배출기를 지나면서 연속적으로 분사되는 많은 양의 제트공기(62)를 받게 된다. 각각의 배출기가 전달해야 하는 힘은 적으나, 추가의 배출기들에 의해서 단일의 밸브의 경우보다 보다 강력한 편향력을 제공하게 된다. 이는 공기압을 줄여 먼지나 물방울들의 발생을 감소시키며, 따라서 물품을 품질저하를 감소시킨다. 부가적인 밸브 열들의 수는 물품 및 그 응용분야에 따라서 변경될 수 있다.
앞서 설명한 실시 예들(비교예는 제외하고)에 따른 장치 및 방법은 자유롭게 흐르는 대량물품을 대량으로 검사할 수 있으며 또한 매우 경제적인 방법으로 원하거나 원치 않는 아이템들을 이상적으로 검출 및 분류할 수 있도록 전체 검사영역에 걸쳐서 최적의 일정한 민감도를 확보할 수 있는 기술을 제공한다.
또한, 소스가 조사하며 신호가 통과하는 매체의 투과성에 영향을 미치는 처리 조건들은 신호를 거리를 두고 선형적으로 감소시킨다. 본 실시 예에서는, 흐름을 스캐닝하는 모든 지점에서 신호가 동일한 거리로 진행하기 때문에 그러한 감소문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 소정의 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 이러한 실시 예는 오직 예시적인 것이며, 본 발명의 범주를 한정하지 않는다. 기타 다양한 변형이 가능하 며, 이는 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 따라서 정의되어야 할 것이다.

Claims (24)

  1. 미립자 물질들을 이 미립자 물질들이 지나는 실질적으로 원뿔형태의 흐름면을 가지는 몸체 부재를 거쳐서 축으로 흐르게 함으로서, 적어도 부분적으로 환형의 미립자흐름을 형성하는 단계;
    상기 몸체 부재의 하류 측에서 상기 환형 흐름 내의 중심에 실질적으로 위치되며 상기 흐름 내의 미립자 재료들의 분류 기준을 적용할 수 있도록 선택되는 검출기를 작동시키는 단계; 및
    상기 검출기에 반응하여 상기 분류 기준에 따라서 상기 흐름 내의 입자들을 분류하도록 분류수단을 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분류방법.
  2. 가장자리에 의해서 한정되는 실질적으로 원뿔형상의 표면을 가지는 몸체 부재;
    적어도 부분 환형흐름을 형성하는 상기 가장자리를 미립자 물질들이 축방향으로 지나가도록 선택되는, 상기 원뿔형상의 표면으로 상기 미립자물질을 공급하기 위한 공급기;
    상기 몸체 부재의 하류 측에서 상기 환형흐름 내의 중심에 실질적으로 위치되며 상기 흐름 내의 미립자 재료들의 분류 기준을 적용할 수 있도록 선택되는 검출기; 및
    상기 분류 기준에 따라서 상기 흐름 내의 입자들을 분류하기 위하여 상기 검 출기에 반응하는 분류수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입자들은 환형이며 실질적으로 단일층의 흐름으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 몸체부재는 실질적으로 수평한 가장자리부를 포함하며, 상기 흐름은 상기 가장자리로부터 중력하에서 실질적으로 수직 하게 향하는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 미립자 흐름은 상기 몸체부재의 가장자리를 지나 상기 몸체부재 하류 측에 있으며 상기 검출기가 위치되는 검출영역으로 들어가는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검출기는 수동 또는 능동 수단으로부터 선택된 수단에 의해서 검출중에 상기 미립자흐름을 스캔하는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 능동수단은 상기 미립자 흐름을 능동적으로 조사하기 위한 방사소스(radiation source)을 포함하며 상기 검출기는 상기 입자흐름의 방사물에 반응하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 입자흐름은 상기 소스의 실질적 또는 효과적인 회전에 의해서 방사되며, 상기 검출기는 상기 방사물 중 반사 또는 투과성분의 세기를 검출하는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 소스는 환형의 흐름 경로의 길이, 즉 상기 소스로부터 입자 및 상기 검출기까지의 거리가 모든 입자에 대해서 동일하도록 상기 흐름 경로의 환형 내의 중앙에 위치되는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  10. 제7 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스는 상기 미립자 흐름 방향에 수직한 방향으로 상기 미립자 흐름을 스캔하는 단파장 포인트 소스빔(point-source beam)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반사된 광은 필요한 파장 이외에 다른 모든 파장이 제거되어 검출된 신호 파장을 생성할 수 있도록 여과되는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 여과는 필요한 파장 대역만을 투과시키는 적어도 하나 이상의 대역 통과 광학 필터를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 여과는 필요한 파장 대역만을 반사시키는 적어도 하나 이상의 밴드제거 광학 필터를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  14. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출된 광은 다파장으로 이루어진 것을 특징으로 하는 분류장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 다파장 광은 회절격자에 의해서 스펙트럼 내로 분해되며, 상기 검출기는 상기 스펙트럼을 분석하기 위하여 배치된 다수의 검출부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 검출부재는 광전자 증배기, CCD 어레이, 또는 유사한 광전감도 측정장치들로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  17. 제2항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분류수단은 선택된 입자를 상기 흐름으로부터 벗어나도록 상기 선택된 입자에 충격을 가하도록 적용되고 상기 검출기에 반응하는 적어도 하나의 제거기를 포함하는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제거기 각각은 상기 검출기에 의한 검출결과에 따라 생성된 신호에 반응하여 상기 입자 흐름으로부터 검출된 입자를 제거하기 위한 분사기류를 생성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제거기들은 일렬의 에어 밸브들을 가지는 환형 매니폴드를 포함하며, 상기 각각의 밸브는 상기 입자 흐름에 대하여 약 90도 각도로 마주하고 있으며 또한 실질적으로 물품흐름에 대하여 일정한 여유 간격을 가지고 평행하는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제거기들은 일렬의 에어 밸브들을 가지는 다수의 환형 매니폴드를 포함하며, 상기 각각의 밸브는 상기 입자흐름에 대하여 약 90도 각도로 마주하고 있으며 또한 실질적으로 물품흐름에 대하여 일정한 여유 간격을 가지고 평행하며, 그리고 상기 에어 밸브들은 상기 흐름의 방향으로 상기 열들 사이에 정렬되며, 상기 정렬된 에어 밸브들은 선택된 입자들에 연속적으로 충격을 가하기 위하여 작동되는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  21. 미립자물질의 흐름을 형성하는 단계;
    복사광원 및 적어도 하나의 회절 격자형 분광기를 가지며 상기 흐름 내의 입자들에 대한 분류기준을 제공하기 위하여 선택된 검출기를 포함하는 광학 검출기 조립체를 상기 흐름 내에서 작동시키는 단계; 및
    상기 기준에 따라 상기 흐름 내의 입자들을 분류하기 위하여 상기 광학 검출기 조립체에 대응하여 분류수단을 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분류방법.
  22. 미립자물질의 흐름을 형성하는 단계;
    상기 흐름 내의 입자들에 대한 분류기준을 제공하기 위하여 선택된 검출기를 포함하는 광학 검출기 조립체를 상기 흐름 내에서 작동시키는 단계; 및
    상기 기준에 따라 상기 흐름 내의 입자들을 충격에 의하여 분류하기 위하여 상기 광학 검출기 조립체에 대응하여 다수의 유체분사형 분류수단 어레이를 협력적으로 또는 연속적으로 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분류방법.
  23. 미립자물질의 흐름을 형성하는 연속공급기;
    복사광원 및 적어도 하나의 회절 격자형 분광기를 가지며 상기 흐름 내의 입자들에 대한 분류기준을 제공하기 위하여 선택된 검출기를 포함하는 광학 검출기 조립체; 및
    상기 기준에 따라 상기 흐름 내의 입자들을 분류하기 위하여 상기 광학 검출기 조립체에 반응하는 분류수단을 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 분류장치.
  24. 미립자물질의 흐름을 형성하는 수단;
    상기 흐름 내의 입자들에 대한 분류기준을 제공하기 위하여 선택된 검출기를 포함하는 광학 검출기 조립체; 및
    상기 기준에 따라 상기 흐름 내의 입자들을 충격에 의하여 분류하기 위하여 상기 광학 검출기 조립체에 반응하여 협력적으로 또는 연속적으로 작동하는 다수의 유체 분사형 분류수단 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 분류장치.
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