KR20080079174A - 두께에 따라 물품을 자동으로 검사하고 분류하는 방법 및장치 - Google Patents

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KR20080079174A
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Abstract

본 발명은 비금속성 물체를 자동으로 검사하고 분류하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 상기 물체(1)들의 표층 또는 외부층(4)을 하나 이상의 원격 가열 수단(5)이 방출하는 열 방사에 일시적으로 노출시켜, 운송판(2)의 표면 단위로 적용되는 열 에너지를 이용하여 이동하는 각각의 물체(1)에 일정한 값의 열 충격을 가하는 단계, 상기 열 충격을 가한 후 일정한 시간이 지난 후, 예컨대 열 카메라와 같은 하나 이상의 선형 또는 매트릭스 열 센서(6)를 통하여 각각의 물체의 하나 이상의 열 영상을 획득하는 단계, 상기 하나 이상의 열 영상에 포함된 데이터에 따라 이동하는 각각의 물체(1)를 특성에 따라 구분하는 단계, 각각의 물체에 대한 제어 또는 작동 신호를 보내는 단계, 마지막으로 각각의 물체의 종류 또는 카테고리 및/또는 이들에 상응하여 전달된 제어 또는 작동 신호에 따라 이동하는 물체(1)를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
비금속성 물체, 자동 검사 및 분류 장치, 가열 수단, 운송판, 열 센서, 열 영상 데이터.

Description

두께에 따라 물품을 자동으로 검사하고 분류하는 방법 및 장치{METHOD AND MACHINE FOR AUTOMATICALLY INSPECTING AND SORTING OBJECTS ACCORDING TO THEIR THICKNESS}
본 발명은 여러 유형의 물체, 물품, 제품 또는 유사 혼합물의 특징을 확인하여 그 결과에 따라 이들을 물리적으로 분리하는 기술 분야에 관한 것으로, 특히 물체, 물품 및/또는 제품들이 연속적으로 배출될 때 이들을 실시간으로 자동 분류하는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 특히 상이한 두께를 가지는 둘 이상의 다른 카테고리에 속하는 비금속성 물품을 검사하고 분류하는 자동화 장치 및 그 방법을 목표로 한다.
다양한 유형의 전자파 방사선을 이용하여, 반사되는 방사선 또는 연속적으로 배출되는 물품을 관통하는 방사선을 분석하는 방법을 사용하는 자동 검사 및 분류 장치 및 방법이 기존에 이미 알려져 있다. 이러한 유형의 장치는 특히 Pellenc사 명의의 프랑스 특허 FR 2 822 235 및 국제 특허 출원 WO 02/074452에 기술되어 있다.
하지만 상기된 유형의 종래의 자동화 장치 및 방법을 이용해서는 상이한 구조를 지닌 물체 또는 물품을 구별할 수 없으며, 단지 그 표면이 동일한 물질로 구성된 물품만을 구별할 수 있다.
아울러, 상기 종래의 방법을 이용하면 방사선이 적용되는 구역 및 그 측정 구역이 혼동되기 때문에, 부수적인 방사선 적용 수단 및 반사 또는 전달된 방사선을 측정하는 수단들이 동시에 축소 한정된 볼륨으로 통합되어야 한다는 문제, 즉 부피의 문제가 야기된다.
또한, 상기 종래의 해결책들은 어느 정도 그 성과를 나타내기는 하지만 특별한 방사선 유형, 즉 가격이 비싼 특정 송신기 및 수신기를 필요로 한다.
그러므로 본 발명은 상기의 단점들을 극복할 수 있는 해결책을 제안하고자 하는 것이다.
또한, 서머그래피(thermography) 원리 및 그 적용 방법, 다시 말해 물체를 통해 방사되는 열을 활용하는 기술이 이미 알려져 있다.
대기 온도의 물체는 약 10㎛의 파장을 발사하며, 그것은 물체가 가열되는 것 만큼이나 강하다. 300 내지 400℃에서 물체는 약 5㎛의 파장을 발사한다. 온도에 따라 매우 빠르게 변하는 강도가 탐지되며, 상기 강도가 흑백 영상으로 전환된다. 그 결과 가장 빛나는 물품이 가장 뜨거운 물건임을 나타내는 영상을 획득하게 된다.
몇 년 전부터, 서머그래피 기술이 상당히 진보되었으며, 특히 밴드 3 (7 내지 12 ㎛)에서 획기적인 진전을 보이고 있다. 예들 들어 마이크로볼로미 터(microbolometer) 방식의 서머그래피 등의 비싸지 않은 가격의 신형 카메라들이 출시되어 있다. 이러한 카메라들은 다음과 같은 매우 흥미로은 특징들을 나타낸다:
- 냉각 장치 없이 작동한다;
- 약 0.1℃, 심지어는 0.01℃의 아주 민감한 온도차에서도 반응하는 해상도를 가진다. 어떤 시스템도 약한 온도 차이에 대해서 동일한 열 상태를 나타내지 않으므로 상이한 물체들 간의 대조 결과가 한 장면에서 훌륭하게 나타난다;
- 공간적 해상도가 좋다: 현재 320×240 화소가 가장 많이 사용된다;
- 반응 시간은 영상의 이동량과 일치하며, 초당 25개의 이미지를 나타낸다.
상기 서머그래피 맥락에 속하는 다양한 제품 및 적용 방법들이 이미 알려져 있으며, 본 발명 또한 상기 서머그래피 맥락에 속하는 것으로서 분석 대상이 되는 다양한 물품에 동일한 열 충격을 가하여 그 온도들을 측정하게 된다.
서머그래피의 전통적인 적용 방식은 용접 또는 접합된 금속의 특질을 검사하는 것이다. 미국특허 US 4 996 426은 박판 형태의 물질, 특히 금속의 내부에 발생하는 균열 또는 비정상적인 접합부가 있는지 등를 탐지하는 방법을 기술하고 있다. 상기 특허는 폴리머 스폰지 롤러 상에서의 접촉을 통해 부품(평편한 것)을 열 영상으로 전환하는 것을 제안한다. 뜨거운 포인트(영상으로 표시됨) 또는 차가운 포인트(전도 형태로 표시됨)는 전도성이 차단되는 것, 즉 물질 내의 연속성에 관련된 결함이 있음을 나타낸다. 측정이 순간적으로 이루어지므로, 결함 부위에 열이 도달하는 순간과 이 열에 의해 결함부가 완전히 방전(flashover)되는 순간 사이의 짧은 시간 동안만 결함 상태가 화면상에 표시된다. 부여되는 열이 물질 내에서 동일한 가치를 가지게 되면 결함은 더 이상 볼 수 없게 된다. 상기 방법은 결함부의 깊이 평가를 위해서도 사용될 수 있다. 하지만 반응 속도는 결함부의 형태 및 상태에 종속된다.
미국특허 US 6 914 678은 결함부를 탐지하기 위해, 검사 대상이 되는 물체의 전체 표면상에서 일정한 속도로 이동하며 가열 구역의 고정된 일정 거리 즉 고정 시간 마다 온도를 관찰하는 분석 시스템에 의해 조정되는 레이저를 활용하고 있다.이 문서는 물체의 재질에 따라 필요한 상기 시간을 정확히 조절할 것을 강조하고 있다.
1990년대 상기 기술은 베니어판 등의 목제 제품의 질을 검사하기 위해 적용되었다. 목제 제품의 검사 시 적용 시간은 금속보다 현저하게 더 길어지며, 목제 제품의 가열 온도는 5℃가 된다. 하지만 그 원리는 동일하며, 물질 내에서 온도가 동일화되면 결함부는 더 이상 보이지 않게 된다. 이 방법은 식료품(헤이즐넛 초콜릿, 캔디)의 검사에 확장되어 상기 제품에 삽입되는 이상 물체의 탐지에 응용되었다.
서머그래피는 다른 방법으로는 구분하기가 어려운 이상한 물체의 탐지에도 적용될 수 있다. 독일특허 DE 43 17 513은 감자에서 흙덩어리 및 돌덩어리를 탐지하는 방법을 제안하고 있다. 검사 대상이 되는 물품의 밀도에 따라 달리 변화하는 것이 바로 반사 열 방사선의 편광(polarization)이며, 이러한 편광은 반사를 통해, 즉 가열과 동시에 측정된다.
서머그래피는 또한 1999. 6. 23일 발간된 J.C. Krapez의 저서인 "Thermal Metrology : 물질에서 구조까지"라는 서적에 기술된 것처럼 측벽의 두께를 측정하기 위해서도 이용될 수 있다. 상기 서적은 표면상에 열 충격이 가해지고 온도가 안정된 후 가열을 측정하는 것을 제안하고 있다. 이 방법은 그 속도가 느린 것으로 평가되는데, 왜냐하면 수 밀리미터 두께의 부품에 적용되기 때문이다. 또한 가열 시의 순간적인 단면 분석을 통한 판독을 가속화하기 위해 기타 다른 방법들도 제안되었으나, 이러한 방법들은 다수의 열 영상 획득 및 그 처리를 강제하는 방법들이다.
서머그래피의 또 다른 적용 방법들이 다음 문서들에 기술되어 있다:
- 영국특허 GB-A-2 278 440은 상이한 특성의 물품(다이아몬드/다면석 또는 자갈)들을 각각의 방사율에 따라 분류할 수 있는 시스템을 기술하고 있다. 이 시스템의 실행을 위해서는 처리 전에 제품의 온도를 일정하게 해야 한다.
- 국제특허 WO 96/23604는 여러 물품의 분리 시스템에 관한 것으로서, 이 시스템에 따르면 물품을 사전 가열시킨 후, 미리 정해진 온도 범위에 대비한 각 물품의 온도 상황에 따라 물품을 분리한다. 하지만 이 문서는 실현되는 판별 방법이 어떤 기초 하에 이루어지는지 명확하게 밝히지 못하고 있다.
- 프랑스특허 FR-A-2 697 450은 과일 및 야채의 분류 장치 및 그 방법을 기술하고 있다. 판별 요인은 함유 수분의 비율로서, 수분 비율(높은 비율/낮은 비율)을 통해 제거해야 할 제품(씨, 줄기, 이미 나무로 변해버린 부분)과 좋은 제품(과일 및 채소)을 구별할 수 있게 된다.
- 미국특허 US-A-2002/0027943은 물품의 특성(구성 물질)에 따른 포장 분류 시스템 및 방법을 제안하고 있다. 이 방법을 위해서는 가열 시간이 상당히 연장되어야 하며, 그 결과 사용되는 에너지의 비용이 터무니없이 비싸게 되며, 빠른 작업 속도를 낼 수 없게 된다.
상기 종래 기술들 중 어떠한 기술도 두께가 아주 얇은, 특히 밀리미터 또는 밀리미터 이하의 두께를 지닌 물품의 처리에 대해선 전혀 거론하지 않는다. 상기 선행 기술의 틀 내에서 분석되는 환경은 측정 시간상 반-무한대처럼 보이거나 (열 은 측정 전에 물품의 반대쪽 벽에 도달하지 못한다) 또는 열 에너지가 물품 내에 여전히 균등하게 분포되지 않게 하기 위해서 충분히 두꺼운 것처럼 나타난다. 결론적으로 상기 방법들은 비교적 복잡한 실현을 요하며, 또한 실현 시 많은 시간을 요하고, 또한 온도의 순간적 양상을 기록하는 방법을 취하고 있다.
본 발명은 연이어 나열되는 물체, 물품, 또는 동일 특성의 제품들을 실시간으로 특성화하고 분리하기 위하여, 비교적 얇은 물품 또는 얇은 표면층을 가진 물품에 적용될 수 있는 서머그래피 특성을 이용하는, 신뢰성 높고 단순하며 또한 적은 양의 에너지를 필요로 하는 해결책을 제안하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 컨베이어의 운송판 위에서 일렬로 이동하는 두 개 이상의 상이한 범주에 속하는 비금속성 물체들을 자동으로 검사하고 분류하는 방법에 있어서,
상기 방법은, 상기 물체들의 표층 또는 외부층을 하나 이상의 원격 가열 수단이 방출하는 열 방사에 일시적으로 노출시켜, 운송판의 표면 단위로 적용되는 열 에너지를 이용하여 이동하는 각각의 물체에 일정한 값의 열 충격을 가하는 단계,
상기 열 충격을 가한 후 일정한 시간이 지난 후, 예컨대 열 카메라와 같은 하나 이상의 선형 또는 매트릭스 열 센서를 통하여 각각의 물체의 하나 이상의 열 영상을 획득하는 단계,
상기 하나 이상의 열 영상에 포함된 데이터에 따라 이동하는 각각의 물체를 특성에 따라 구분하는 단계,
각각의 물체에 대한 제어 또는 작동 신호를 보내는 단계,
각각의 물체의 종류 또는 카테고리 및/또는 이들에 상응하여 전달된 제어 또는 작동 신호에 따라 이동하는 물체를 분리하는 단계를 포함하며,
상기 방법에서,
- 이동하는 각각의 물체의 하나 또는 다수의 열 영상 데이터들은, 열 방사에 노출된 표층의 두께에 따라 물체를 구분하거나 특성화하기 위하여 처리되며, 상기 이동하는 물체의 표층의 구성 물질은 모든 물체들에 있어서 동일하고,
- 상기 물체에 대한 열 방사 적용 순간과 열 영상 촬영 순간 사이에 소요되는 시간은, 물체의 표면이 가열된 후 야기되는 온도 차가 상기 표층의 두께와 반비례할 수 있도록 흡수된 열 에너지가 상기 표층 내로 균일하게 분배되기에는 충분한 시간이고, 측부 열 확산 현상, 복사 냉각 현상 및 대류 냉각 현상은 무시할 수 있을 정도로 짧은 시간인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 청구항 12에 기술된 바와 같이, 비금속성 물체의 자동 검사 및 분류 장치에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 장점과 특징들은 첨부된 도면을 참조한 비한정적인 예로 주어진 하기의 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
- 도 1은 본 발명에 따른 방법의 실행을 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치의 사시도,
- 도 2는 도 1의 장치의 가열 수단 및 운송판의 일부분을 도시한 확대 단면도,
- 도 3은 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예의 사시도,
- 도 4는 도 2와 유사한 도면으로서 본 발명에 따른 장치의 일 부분인 조명 수단의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 컨베이어(3)의 운송판(2)에서 일렬로 이동하는 둘 이상의 상이한 카테고리에 속하는 비금속성 물체(1)들을 하나 이상의 구성적 또는 구조적 특징에 따라 하나 이상의 유형의 식별화 또는 특성화를 실행하기 위하여 상기 물체들을 자동으로 검사하고 분류하는 방법에 관한 것이다.
특히, 이 방법은, 상기 물체(1)들의 표층 또는 외부층(4)을 하나 이상의 원격 가열 수단(5)이 방출하는 열 방사에 일시적으로 노출시켜, 운송판(2) 위에서 표 면 단위로 적용되는 열 에너지로 상기 이동하는 각각의 물체(1)에 일정한 값의 열 충격을 가하는 단계, 상기 열 충격을 가한 후 일정한 시간이 지난 후 열 카메라와 같은 하나 이상의 선형 또는 매트릭스 열 센서(6)를 통하여 각각의 물체의 하나 이상의 열 영상을 획득하는 단계, 이어서 하나 이상의 열 영상에 포함되어 있는 데이터에 따라 상기 이동하는 각각의 물체(1)를 분류하거나 또는 구분하는 단계, 각각의 물체에 대한 제어 또는 작동 신호를 보내는 단계, 및 각각의 물체의 종류 또는 범주 및/또는 전달된 제어 또는 작동 신호에 따라 이동하는 물체(1)들을 분리하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은, 열 방사에 노출된 표층(4)의 두께에 따라 물체를 구분하거나 또는 특징짓기 위하여 이동하는 각각의 물체(1)들의 하나 또는 다수의 열 영상 데이터가 처리되는 것을 특징으로 하며, 여기서 물체(1)의 표층(4)을 구성하는 물질은 모든 물체에 있어서 동일하다.
본 방법은 또한 특정 물체(1)에서 열 방사의 적용과 열 영상의 촬영 사이의 시간은, 물체의 표면이 가열된 후 야기되는 온도 차가 표층(4)의 두께와 완전히 역 비례할 수 있도록 흡수된 열 에너지가 표층(4)에 균등하게 분포되기에 충분한 반면, 측부 열 확산 현상, 복사 냉각 현상 및 대류 냉각 현상 등이 발생하기에는 짧은, 즉 무시할 수 있는 시간인 것을 특징으로 한다.
여기서 "무시할 수 있다"의 의미는, 열 영상 및 이 영상의 활용 결과를 통해 제공되는 데이터에 영향을 전혀 끼치지 않거나 또는 아주 적은 영향(보통 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만의 편차)만을 끼친다는 것이다.
매우 바람직한 일 실시예에 따르면, 이동하는 물체(1)의 식별 또는 특성화는, 가열 수단(5)을 통한 열 방사의 적용 전후에 찍힌 다수의 열 영상 또는 열 방사 적용 후 찍힌 단 하나의 열 영상을 기초로 얻어진 다양한 데이터 또는 데이터의 다양한 활용을 통해 실행된다.
바람직하게는, 열 충격은 이동하는 각 물체(1)의 표층(4) 전체 표면 또는 일부 구역에 적용될 수 있다.
열 영상에 의해 제공되는 강도 데이터를 통해 상이한 카테고리에 속하는 이동하는 물체들을 직접 식별하고 분류할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 전형적인 특징에 따라, 물체(1)의 식별 또는 특성화를 실시하는데 관련된 표층(4)은 20㎛ 이상의 두께를 가지며, 바람직하게는 20㎛ 내지 2mm 이며, 특히 30㎛ 내지 1mm 사이의 두께가 바람직하다. 열 방사 적용과 열 영상 촬영 사이의 간격은 밀리세컨드(millisecond) 단위에 불과하며, 바람직하게는 50ms 내지 600ms, 특히 250ms 내지 400ms 사이가 바람직하다.
본 방법을 통해 처리되는 모든 물체(1)들이 외부층에서 동일하고 균질한 온도를 나타내는 것이 보장되면, 열 충격 적용 전의 열 영상 촬영을 생략할 수 있으며, 이 경우 이동하는 물체의 식별 또는 특성화는 물체를 가열 수단(5)에 의해 가열한 후 획득되는 열 영상만을 바탕으로 실행되며, 시작 또는 초기 열 상태는 모든 물체(1)들에 있어 동일하다.
그러나, 가열 수단을 통한 열 방사 적용 전에 분석할 상이한 물체(1)들의 열적 상태가 어떠하든 간에 신뢰할 만한 서머그래픽적 식별을 실현하기 위해서는, 다 시 말해 다양한 물체들이 서로 상이한 초기 열적 상태를 나타내는 경우에는, 본 방법에 따라 이동하는 각 물체(1)들이 가열 수단(5)의 열 방사에 노출되기 전에 각 물체의 부분적 또는 전체적 열 영상을 획득하여야 하며, 이 경우 이동하는 물체(1)들의 식별 또는 특성화는 가열 수단(5)을 통해 발사되는 열 방사의 적용 전후에 획득된 열 영상들에 입각하여 제공되는 차별화 된 데이터 베이스를 기초로 실현되며, 열 방사 노출 전후의 영상들은 동일한 하나의 열 센서(6) 또는 상이한 두 개의 열 센서를 통해 획득된다.
도 1 및 도 2 에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 가열 수단(5)에 의해 발사된 열 방사(5') 적용을 통해 야기되는 열 에너지의 분포는 운송판(2)에서 노출되는 전체 표면(7)상에서 동일 균등하게 분포된다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 적합한 가열 수단(5)의 사용이 요구되며, 가열 수단을 운송판(2) 상의 정해진 위치에 배치하는 것이 요구된다.
도 3에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 가열 수단(5)에 의해 발사된 열 방사(5')를 통해 실현되는 열 에너지의 분포는 불연속적 특성을 나타내며 운송판(2) 상에 노출된 표면(7)의 일부 구역, 예를 들어 물체가 진행하는 방향 또는 컨베이어(3)가 이동하는 방향으로 뻗어있는 라인 또는 밴드의 세그먼트 구역에만 한정되어 분포된다. 경우에 따라서는 이동하는 물체(1)들에 상응하는 구역에만 한정될 수도 있다.
운송판의 노출된 구역 또는 가열 구역(7) 내에서 열 에너지를 불연속적으로 적용하는 것은 불연속적 또는 간헐적 발사식 방사 에너지원(source)을 사용하여 실 행될 수도 있고, 또는 에너지원과 운동 판 사이에 매개 요소(마스크)를 설치하여 공간적인 차단을 행하면서 연속적 또는 지속적 발사식 방사 에너지원을 사용하여 실행될 수도 있다. 물론 첫번째 방법이 소비 파워 면에서 이익이 되는 것은 자명하다.
제 2 실시예에 있어서, 이동하는 각 물체(1)의 식별 또는 특성화는, 방사 노출 후에 획득되는 열 영상만을 기초로, 물체의 노출된 표면 즉 표층(4)에 광선이 쏘이는 구역 또는 광선이 쏘이지 않는 구역에 관련된 데이터를 차별적으로 활용함으로써 실행된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 열 방사 운송판에 있는 적용 창이 노출된 표면(7)을 한정하며, 그 결과 밴드(바람직하게는 작은 폭의 밴드) 또는 라인 형태로 된 가열 구역을 한정한다. 밴드 또는 라인은 컨베이어(3)의 이동 방향(D) 또는 물체(1)들의 행렬 방향(D)에 대해 횡단 방향으로 뻗어있다.
또한, 열 방사는 특히 적외선 또는 거의 적외선으로 구성된 유형의 초점 방사식인 것이 바람직하며, 또한 열 방사는 운송판(2) 위에서 최소한의 거리에 위치된, 특히 이동하는 물체(1)들의 최대 높이보다 약간 더 높은 곳에 위치된 적용 수단(8)에 의하여 발산되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 실시예에 있어서, 가열 수단(5)에 의해 생성되어 운송판(2) 쪽으로 향하는 열 방사는, 가열 수단(5)에 의해 생성된 열 방사 전체가 가열 수단(5)의 일부분이면서 상기 적용 수단(8)을 형성하기도 하는 반사-집중 요소를 통해 상기 운송판(2)의 노출된 표면(7) 상에 적용될 수 있도록 반사막(5"')에 의해 차단된다.
특히, 구성물질, 구조, 성분 또는 기타 면에서 매우 다양한 양상의 여러 물체(1)들이 사용되는 경우, 물체의 식별 또는 특성화가 상당히 신뢰할 만한 수준을 나타내는 경우, 다양한 분석 기준 및 척도에 기초하는 경우, 이 방법은 하나 이상의 부가 센서(10)를 통하여 이동하는 물체(1)들에 관련된 보충 데이터들을 획득할 수도 있게 해준다. 부가 센서는 예를 들어 자기 탐지기, 분광계(spectrometer) 및 흑백 또는 컬러 비디오 카메라 등의 그룹 내에서 선택될 수 있다. 또한 상기 보충 데이터들의 활용 결과는 이동하는 물체(1)들의 식별 또는 특성화를 실현하기 위해 하나 또는 다수의 열 영상 내에 포함된 데이터를 활용한 결과에 상호 조합될 수도 있다.
상기 부가 센서(10)가 물체(1)들이 이동하는 방향에서 가열 수단(5)의 상부에 위치하는 경우 (또는 감시 창과 함께 가열 구역(7)의 상부에 위치하는 경우), 센서(10)를 통해 획득된 데이터들은 가열 수단(5)이 불연속적 적용 상황에 놓여 있을 경우 가열 수단(5)을 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 이는 하나의 변형 또는 보충적인 형태의 실시예이다.
첨부 도면에 도식적으로 그리고 부분적으로 나타나 있듯이, 본 발명은 또한 둘 이상의 상이한 범주에 속하며, 컨베이어(3)(필요할 경우 장치(11)의 일 부분을 이루기도 함)의 운송판(2) 위에 놓여 이동되는 비금속성 물체(1)를 자동으로 검사하고 분류하는 장치(11)에 관한 것이기도 하다. 이 장치를 통해 구성적 또는 구조적 특징에 따라 물체(1)들을 하나 이상의 유형으로 식별하거나 특성화할 수 있다.
상기 장치(11)는, 운송판(2)의 표면 단위로 적용되는 열 에너지를 이용하여 이동하는 각각의 물체에 일정 값의 열 충격을 가하기 위해서 이동하는 물체(1)의 표층 또는 외부층(4)에 일시적으로 열 방사를 가하는 하나 이상의 원격 가열 수단(5)을 포함하고, 물체가 진행하는 방향을 따라 가열 수단(5)의 하부에 한정된 거리를 두고 배치되어 각 물체의 하나 이상의 열 영상을 찍을 수 있는 열 카메라 등의 하나 이상의 선형 또는 매트릭스 열 센서(6)를 포함하며, 또한 하나 또는 다수의 열 영상 내에 포함된 데이터에 따라 이동하는 각각의 물체(1)들을 구분하고 분류하며 각각의 물체에 대한 제어 또는 작동 신호를 보내는 하나 이상의 처리 유닛(12)으로서 물체의 카테고리 또는 분류에 따라 그리고 그에 상응하여 야기되는 제어 또는 작동 신호에 따라 이동하는 물체(1)들을 분리하는 하나 이상의 수단(13)에 연결되는 하나 이상의 처리 유닛(12)을 포함한다.
상기 장치는, 각각의 열 방사 적용 구역(또는 가열 구역)(7)과 각각 열 영상 촬영 구역(7') 사이의 거리(d)는, 이동하는 각 물체(1)의 구성 물질의 표층(4) 내로 흡수된 열 에너지가 거의 균일적으로 분포되기에 충분한 거리이고, 측부 열 확산 현상, 복사 냉각 현상 및 대류 냉각 현상 등의 효과는 무시할 수 있는 충분히 짧은 거리인 것을 특징으로 한다.
또한, 이동하는 각 물체(1)에 관한 하나 또는 다수의 열 영상 데이터들은 각 물체의 표층(4)의 두께에 따라 식별 또는 특성화가 실행될 수 있도록 처리되며, 이동하는 물체(1)의 표층(4)을 구성하는 물질은 모든 물체에 있어서 동일한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 처리 유닛(12)은 가열 수단(5)을 통해 발산되는 열 방사의 적 용 전후에 찍힌 다수의 열 영상에 입각하여 또는 열 방사 적용 후에 찍힌 하나의 열 영상에 입각하여 얻어진 다양한 데이터를 기준으로 또는 데이터의 차별적인 활용을 통해 이동하는 상기 물체(1)들의 식별 또는 특성화를 실행하게 된다.
본 발명의 특징에 따르면, 운송판(2)을 형성하는 컨베이어(3)의 밴드는 동일한 이동 속도를 나타내며, 하나 이상의 가열 수단(5) 및 하나 이상의 열 센서(6)는 운송판(2) 위에 배치된다. 또한, 각각의 열 방사 적용 구역(또는 가열 구역)(7)과 이 구역에 연계되는 각각의 열 영상 촬영 구역(7') 사이의 거리(d)는, 이동하는 각 물체(1)의 구성 물질의 표층(4) 내로 흡수된 열 에너지가 표층 내에 거의 균일적으로 분포되기에 충분한 거리이고, 또한 측부 열 확산 현상, 복사 냉각 현상 및 대류 냉각 현상 등이 발생하기에는 짧은, 즉 무시해도 좋은 거리이다.
첨부된 도면에서 볼 수 있듯이, 원격 가열 수단(5)에 의해 발산된 열 방사(5')는 좁은 밴드 또는 운송판(2)의 라인에 미칠 수 있는 방향을 가지며, 밴드 또는 라인은 노출된 표면 또는 가열 구역(7)을 형성하도록 컨베이어(3)의 이동 방향 또는 물체(1)의 이동 방향(D)에 대해 횡단 방향으로 뻗어있다. 그리고 상기 열 방사(5')는 특히 적외선 또는 거의 적외선으로 구성된 성분으로 된 유형의 초점 방사이다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있듯이, 본 발명에 따른 장치(11)의 제 1 실시예에 있어서, 가열 수단(5)은 원통형 방사 에너지원(5") 또는 점형이나 장방형의 줄지어 늘어선 다수의 방사 에너지원과, 열 방사(5')의 반사-집중 요소(8)의 조합으로 구성되며, 가열 수단(5)을 형성하는 상기 두 개의 요소(5" 및 8)는 특정한 외형을 갖 는 팽창부를 가지고, 운송판(2) 폭의 상당한 부분에서, 바람직하게는 전체 폭 상에서, 횡단 방향으로 확장되며, 또한 초점 열 방사를 수령하는 운송판(2)의 밴드 형태로 된 가열 구역(7)의 전체 표면상에 거의 동일하고 균일한 열 에너지가 퍼지도록 상호 협력하게 된다.
원통형 방사 에너지원(5")은, 운송판(2)을 향하는 표면부에 예컨대 금속이 도포된 형태의 차단막 또는 반사막(5"')을 포함하는 방사 튜브(5")로 구성되며, 이에 따라 예컨대 평균적으로 거의 2000nm 이상의 파장의 적외선 방사를 발산하는 유형의 방사 튜브(5")와 연계된 반사-집중 요소(8)에 의해 거의 열 방사 전체가 운송판(2) 쪽으로 향하게 된다.
이동하는 각 물체(1)가 열 방사(5')에 노출되기 전후에 하나 또는 다수의 열 센서(6)가 이 물체를 촬영하고, 처리 유닛(12)은 이동하는 물체가 열 방사(5')에 노출되기 전후에 찍힌 물체들의 열 영상들에 입각하여 얻어진 상이한 데이터들을 기초로 이동하는 물체(1)를 식별하거나 특성화한다.
도 3에 도시된 본 발명에 따른 장치(11)의 제 2 실시예에 따르면, 가열 수단(5)은 2차원 스캐닝 시스템을 구비한 적용 수단(8)(예컨대 수직축과 함께 회전하는 두 개의 거울 형태)에 결합된 연속적 또는 간헐적 발사식의 레이저 에너지원(5")으로 구성되며, 열 에너지의 도포는 불연속적 방법으로 운송판(2) 상에 노출된 표면의 일부 구역에만 한정되어 실행된다. 여기서 일부 구역이란 물체의 진행방향 또는 컨베이어(3)의 이동 방향으로 확장되는 라인 또는 밴드의 세그먼트들을 일컫는 것이며, 경우에 따라서는 이동하는 물체(1)에 상응하는 구역에 한정되기도 한다.
상기 제 2 실시예에 있어서, 처리 유닛(12)은 분류할 물체(1)가 놓이는 표면(7), 즉 표층(4)에서 광선이 쏘이는 구역 및 광선이 쏘이지 않는 구역에 관련된 데이터를 차별적으로 활용함으로써 방사 노출 후에 획득된 열 영상만을 기초로 이동하는 각 물체(1)에 대한 식별 또는 특성화를 실행한다.
상기 제 2 실시예와 관련하여, 열 방사(5') 적용을 최대한 효율적으로 실현하기 위해, 즉 불연속적 열 방사 적용시 가열 수단(5)의 에너지 소비를 최대한 효율적으로 실행하기 위해, 장치(11)는 진행 방향으로 가열 수단(5)의 앞쪽에 위치되어 운송판(2) 상에 물체(1)의 표면이 정확하게 놓이게 해주는 위치결정 및 구역확정 수단을 또한 포함할 수 있으며, 이 위치결정 및 구역확정 수단을 통해 획득된 데이터들은 유닛 형태[레이저 에너지원(5") / 스캐닝 시스템을 갖춘 적용 수단(8)]의 가열 수단(5)을 제어하기 위해 이용된다.
장치(11)의 식별 성능을 증대시키기 위해, 경우에 따라서는 장치가 이동하는 물체의 열 특성에 관련되지 않은 기타 보충 데이터들을 실시간으로 획득할 수도 있다.
이를 위해, 장치는 자기 탐지기, 분광계(spectrometer) 및 흑백 또는 컬러 비디오 카메라 등으로 형성되는 그룹 내에서 선택된 하나 이상의 부가 센서(10)를 포함할 수 있으며, 상기 보충 데이터들의 활용 결과는 처리 유닛(12) 내에서 이동하는 물체(1)들의 식별 또는 특성화를 실현하기 위해 하나 또는 다수의 열 영상 내에 포함된 데이터들을 활용한 결과와 조합된다.
상기 위치결정 및 구역확정 수단은, 경우에 따라 가열 구역(7)의 상류에 위치된 부가 센서(10)를 포함할 수 있다.
본 발명의 장치(11)는, 위에서 설명되고 도면에 도시된 수단들 외에도, 사용자 또는 오퍼레이터에 의한 프로그래밍 및 기타 설비 또는 시스템과의 커뮤니케이션에 관한 수단과 상기된 방법을 실행하기 위해 필요한 기타 모든 수단들(하드웨어 및 소프트웨어)을 포함할 수 있다. 기존에 이미 알려져 있거나 또는 당업자가 쉽게 구할 수 있는 기타 모든 수단들은 여기서는 구체적으로 언급하지 않을 것이다.
다양한 유형의 분류 방법을 제공하는 본 발명의 가능한 다른 실시예들을 더욱 잘 나타내기 위하여, 본 발명에 따른 방법 및 장치의 구체적인 실시예 및 적용예를 아래에서 더욱 상세하게 기술한다.
아래에서 기술될 다양한 실시예 및 적용예는, 상기된 Pellenc사의 두 개의 특허 출원에서와 같이, 컨베이어(3) 상에 단층으로 안정적으로 배치되어 신속하게(1 내지 3m/s) 이동하는 물체(1)들에 관한 것임을 공통점으로 한다.
일반적 원리가 도 1 및 도 3에 도시되어 있다.
본 장치(11)는 이동하는 물체 또는 제품(1)을 위한 하나 이상의 가열 수단(5)을 포함하며, 이 가열 수단은 방사 에너지원(5")으로서 2000nm 이상의 파장의 에너지를 생성하는 레이저 에너지원이나 열 유형 램프(Globar, 백열전구, 할로겐 램프, 크세논 플래쉬 램프 등)를 포함하고, 이 유닛은 컨베이어(3) 위에 고정된다. 장치(11)는 또한 예컨대 타원형 거울 또는 반사 수단 등의 굴곡형 또는 초점형 적용 수단(8)도 포함하며, 이 적용 수단은 컨베이어(3)의 전체 면적 상에서 그 폭은 좁으면서 강한 조명이 쏘이는 구역(7)을 생성한다. 그러므로 이 컨베이어 상에서 이동하는 모든 물체(1)들은 가열 수단(5)의 특징에 따라 몇 밀리세컨드(millisecond) 동안의 열 충격에 놓이게 된다.
선형 또는 매트릭스 열 카메라(6)는 하나 이상의 측정 구역(7')을 영상화하며, 물체 또는 제품(1)의 표층(4) 내에 열이 전파된 후 이 측정 구역에서 영상이 획득된다. 가열 전 단계의 참조 구역(7") 또한 가열 전의 물체(1)의 표면 온도를 표시하기 위하여 영상화될 수 있다. 열 카메라(6)가 매트릭스형일 경우, 촬영 시야는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 선택될 수 있으며, 그 결과 한 카메라가 두 개의 구역(7' 및 7")을 동시에 영상화할 수 있다. 열 카메라(6)가 선형일 경우, 구역(7")은 동일한 유형의 두 번째 열 카메라(도시되지 않음)에 의해 영상화되어야 한다.
가열 구역(7) 및 후 촬영 구역(7')은 거리 d 만큼 떨어져 있으며, 그 거리 d는 적용 방식에 따라 달라질 수 있다.
경우에 따라, 상이한 특성(컬러 비전, 적외선 분석기 등)을 가진 또 다른 센서(10)가 열 카메라(6)의 전 또는 후 위치에서 동일한 컨베이어 상에 놓일 수 있다. 이 센서(10)에 의해 제공되는 정보는 컴퓨터 및 적당한 알고리즘(처리 유닛(12))을 통해 물체(1)를 분류하기 위해 열 카메라(6)에 의해 제공된 정보와 조합될 수 있다. 선별된 물체들을 분리 배출하기 위해, 분리 수단(13)을 형성하는 도관의 노즐 바(nozzle bar)의 몇몇 노즐들이 컨베이어의 말단에서 작동된다.
분류대상이 되는 물체(1)들은, 예를 들어 종이 상자, 플라스틱(포장, 필름, 가방, 전자제품 또는 자동차 폐부품 등), 또는 유기물 찌꺼기 처리를 위해 또는 바이오 처리를 위해 분류되어야 할 바이오 폐품들이다.
일반적으로 물체(1)들은 뒤죽박죽 널려 있는 상태 또는 뭉쳐있는 상태의 두 가지 형태로 분류 센터에 저장된다. 이들은 그 표면 온도가 모두 균일하게 될 때까지 충분한 시간 동안 분류 센터에 머무른다. 하지만 항상 그렇지는 않은데, 특히 외부에 저장되는 경우(햇빛, 비, 결빙 영향)에 그렇지 아니하다. 장치(11)의 구성부인 분류 라인 상에 놓인 후, 물체의 온도는 1 내지 수 단계로 정해진 한도 내에서 변할 수 있다. 달리, 재활용 센터에서 물체(1)들은 분류 구역 바로 전에서 핫(hot) 세척 과정을 거칠 수 있으며, 여기서 물체의 온도는 더욱 균일하게 된다.
각 물체(1)는 컨베이어(3) 상에서 처음에는 가속된 후 안정된다. 컨베이어의 속도는 물체가 미끄러지거나 구르지 않으면서 단층으로 진열될 수 있도록 물체(1)의 특성에 따라 최적화된다. 일반적으로 선택되는 속도는 1 내지 3m/s 이다.
각 물체(1)는 먼저 제1 열 영상이 획득될 수 있는 참조 구역(7")을 통과하며, 이때 얻어진 영상이 물체(1)의 초기 온도를 나타낸다. 일반적으로 물체는 그 바닥의 차가운 온도에 의하여 컨베이어(3) 밴드와 명확히 구분된다. 왜냐하면 컨베이어는 가열 수단(5)을 통해 항상 가열되는 반면, 물체는 단 한 번만 신속하게 통과하기 때문이다.
이어서 물체(1)는 자신의 전체 표층(4) 상으로 균일하게 분포되는 열 충격을 수령하는 구역(7)을 통과한다. 이 구역(7)은 5 내지 10cm의 폭을 가지는 것이 바람직하며, 이 폭은 물체의 통행 순간을 최대한 특성화할 수 있도록 최소화되어야 한 다.
물체의 두께가 얇으면(0,5mm 이내), 물체(1)가 거리 d 를 통과하는 동안 입수된 열은 물체의 표층(4) 내에서 균일화게 분포되는 반면, 물체가 깊거나 두꺼우면(이하에서의 모델링 참조), 입수된 열은 물체 깊숙이 퍼진다. 거리 d는 분류 대상 물체의 표층 재질 및 그 두께의 특성에 따라 선택된다. 그 크기는 100 내지 600mm 이다. 물체가 거리 d를 이동하는 동안, 물체 표층의 복사에 의한 냉각 정도는 아래에 나타나 있듯이 무시할 수 있는 정도이다.
물체가 촬영 구역(7')을 통과할 때 제2 열 영상이 획득되며, 이 제2 영상을 통해 열 안정화 이후의 물체(1)의 온도를 알 수 있다. 가열 전후의 온도 차를 통해 대상 물체(1)의 전반적인 가열 정도를 알 수 있다.
동일 구역에 위치된 하나(또는 다수)의 다른 센서(10)는 아래와 같은 중요한 보충 정보를 제공할 수 있다:
- 컨베이어(3) 상의 물체(1)의 위치에 관한 정보로서, 이는 열 영상에서 물체의 위치를 파악하기에 열 대조가 불충분할 경우에 사용되며, 가장 적합한 센서(10)는 컬러 비전 카메라;
- 물체의 색깔, 인쇄 디자인의 특성 등의 물체의 다른 분류 기준 정보(비전 카메라);
- 예컨대 상기된 Pellenc사의 두 개의 특허 출원(프랑스, PCT)에 기술된 것과 같은 적외선 분광계를 통해 제공되는 물체의 구성 물질에 관한 정보.
물체(1)의 구성 물질이 알려져 있는 경우라면, 계산된 가열을 통해 제 1 층 또는 표층(4)의 두께를 추론할 수 있다. 그 결과 예컨대 종이와 상자를 구분할 수 있을 것이다. 종이와 상자는 두께와 직접적으로 관련된 고유 무게(프랑스 표준 상 224g/㎡ 정도)를 통해서만 구분되기 때문이다.
마지막으로, 장치(11)에서는 센서(6 및 10)의 정보를 이용하여 분류 수단을 통해 각 물체(1)의 배출 여부가 결정된다. 여기서는 한 줄의 배출 노즐(13) 만이 도시되어 있다. 그러나, 하나의 노즐만으로 한정되는 것은 아니며, 특히 물체 또는 제품(1)의 흐름의 같은 쪽에 또는 반대 쪽에 두 줄의 평행한 노즐들이 삼중 분류를 실행할 수도 있다.
상기한 작동의 변이형으로서, 물체가 이동하는 동안 둘 이상의 영상을 획득할 수도 있다. 이는 매트릭스 카메라를 이용하면 쉽게 실현된다. 이러한 방식은 가열 단계 중 또는 열 분산 단계 중 획득되는 중간 영상을 가지는 특정 경우에 특히 바람직한 방식일 수 있다.
본 발명을 최대한도로 잘 이해하기 위해 그리고 본 발명의 이론적인 기초를 증명하기 위해, 실험된 현상들의 열적 모델링을 이용하는 것이 바람직할 것이다.
두께가 얇은 물체에서 열 균일화에 필요한 시간: 열 충격 이후 물체의 변화는 열 방정식에 따르며, 열 방정식은 1차원의 경우 열 에너지원의 부재 시 다음과 같이 표시된다:
∂T/∂t = α·∂2T/∂x2
여기서, T는 온도, t는 경과 시간, x는 깊이, α는 물체의 열 확산율이다.
반-무한 환경에서, 즉 열 확산 시간에 비해 두께가 클 경우, 확산 시간은 다음과 같이 표시된다:
Td = e2/4α, 여기서 e는 열이 도달한 두께이다.
상기 시간의 끝에서 물체를 구성하는 얇은 층의 한계에 도달하게 되며, 확산이 멈추고, 온도는 다음 단계 동안 균일화된다. 열 충격 이후 계산되는 균일화 시간은 Th = 2·Td 이다.
종이-상자의 경우, α는 0.14 ㎟/s의 값을 나타낸다. e = 100㎛ 에 대해서 Td = 18ms를 나타내고, 그 결과 Th = 36ms이다.
아울러 열 충격이 표면의 한 구역에만 한정되면 열 충격은 측면 상으로는 상당히 느리게 확산된다는 점을 주의해야 할 것이다. 측부 확산 1mm의 경우,
Td = 1.8s 이고, 2mm의 경우에는 Td = 7.2s 이다.
그러므로 열은 물체의 두께 내로 급속히(초 이하의 속도(in a split second)) 확산된다고 할 수 있다. 하지만 열의 측부 확산은 급속히 진행되는 본 발명의 시간 측면에서 볼 때 무시해도 좋을 정도이다. 동일한 결과가 플라스틱에도 적용될 수 있는데, 이때 열 확산율은 유사한 값을 나타내며, 두께만 약간 더 두꺼워질 뿐이다(500㎛까지, Td = 400ms에 대응).
얇은 상자에 관한 최종 가열 계산: 종이 또는 상자의 열 저장 용량으로 소나무의 열 저장 용량을 취한다 : C = 920 kJ/㎥·K. 흡수된 전체 에너지(폭이 800mm인 장치의 경우)가 2000W이고 컨베이어가 3m/s로 진행된다면, 이 에너지는 다음과 같이 분포된다: 2000J/s/(3m/s x 0.8m)=833J/㎡. 그 두께가 200㎛인 상자의 경우, 상기 에너지 유동은 2·10-4m로 분포되는데, 즉 용적 밀도(volume density) W=4165kJ/㎥이다. 이때 가열은 W/C=4.5℃이다. 50㎛의 얇은 종이의 경우, 동일한 추론의 결과 18℃의 값을 얻을 수 있다.
따라서, 이는 기초 수준의 카메라를 이용해서도 측정할 수 있는 상당한 가열인 것이다. 균일한 온도로 보관되는 물품의 경우라면 가열만으로도 충분할 것이며, 따라서, 가열 수단에 의해 열을 가하기 전 단계에서 획득되는 참조 영상은 찍을 필요가 없을 것이다.
가열된 물체의 복사를 통한 냉각:
Stefan-Boltzmann의 공식 W = σ·T4 이 상온에서 물체에 적용될 수 있다. 이를 통해 가열된 물체의 복사열의 크기를 측정할 수 있다. 300K(27℃)에서 W = 460W/㎡ 또는 0.046W/㎠ 이다.
또한, 물체가 주변 환경으로부터 받아들이는 복사열(그 온도는 거의 유사함)이 물체 자체의 방사 복사열을 보상해준다. 주변 환경과 함께 온도 ΔT의 차이를 보이는 경우, 300K의 상온 환경에서 상기 공식을 달리하면서 기본 열량을 측정한다:
ΔW = 4·σ·T3ΔT = 6.16·ΔT
예를 들어 위에서 나왔던 최대값, 즉 가장 좋지 않은 값인
ΔT = 18℃을 취하면, ΔW = 111 W/㎡ 의 값을 나타낸다.
이 추론에 있어서, 종이-상자의 다음 연계층으로의 전도를 통한 열 전이는 무시한다. 실제로 아주 미약하긴 하지만 두 층 사이에 존재하는 작은 공기 공간의 존재로 인해 열의 기본 전이는 복사를 통해 아래쪽으로 이루어지는 것이지 전도를 통해 이루어지는 것이 아니다. 하지만 표층의 두 면 상에서의 냉각은 고려해야 한다. 여기서는 ΔW' = 222W/㎡ 이며, ㎡은 가열된 표면(한쪽 표면)에 관련된 값이다.
만일 가열 단계에서 약 800J/㎡(상기 참조) 값이 나오면, 열은 복사를 통해 천천히 빠져나간다(가장 얇은 종이의 경우 4초 이상, 그리고 두꺼운 상자의 경우 1분에까지 이를 수 있음). 그러므로 0.5초 이내에 실행되는 상기된 두 영상의 촬영 시간 사이에 발생하는 물체의 복사를 통한 냉각을 무시할 수 있다.
위에서 이미 기술된 것처럼, 가열 수단(5)은 그 각각이 장점 및 특정 한계를 지니는 다양한 형태의 실시예로서 나타날 수 있다.
물체(1)들에 통제된 가열을 실현할 수 있는 첫 번째 가능성은 적외선 조명수단(MIR)을 사용하는 것이다.
동시에 적은 침투 깊이 및 강한 흡수(색채 및 잉크와는 상관관계 없음)를 보장하기 위하여, 2000nm 이상의 파장에 집중된 조명이 요구된다. 이러한 유형의 흡수성은 모든 유기 물질에 대하여 80% 이상이다.
강한 흡수로 인하여, 복사 에너지의 침투 깊이는 적으며(3000nm 이상에서, 물의 경우 약 20㎛ 이후 90% 감쇠), 그 결과 표면 가열이 보장된다. 그러므로 물체의 제 1 층만이 가열 조명에 연관되는 것이다. 이러한 추론은 두께가 너무 얇은 물 체는 방사열 전체를 멈추게 하지 못한다는 것을 의미하는 것으로서, 두께가 10㎛인 플라스틱 봉투는 파장에 따라 10 내지 50%의 에너지만 흡수할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 조명 시스템 형태로 된 가열 수단(5)의 일 변형 실시예가 도 2에 도시되어 있다.
바로 원통형 방사 튜브(5")를 갖춘 조명 시스템이다. 이러한 튜브는 잉크 건조 시스템 또는 유리 융해 오븐 등의 전통적 산업 시설에 사용되는 구성 성분이다. 그 비용은 비싸지 않으며, 다년간 사용할 수 있는 수명을 가진다. 830℃의 표면 온도, 즉 1100K에서 'Full radiator' 법칙에 따라 복사 에너지 W = 8.3 W/㎠이다.
방출 고점의 파장 λp = 2630nm 이다.
이러한 온도가 본 발명에서 적용된다. 이러한 온도에 있어서, 직경 1cm 튜브를 통해 실행되는 복사가 선형 1미터당 2500W의 에너지를 제공하기에 충분하다.
물체의 진행 축 내에서 좁은 밴드(7) 위로 열 충격을 집중시킬 필요가 있다. 물체이 순환하기 때문에(350mm 이상의 통행 높이), 그리고 안전성 문제(화재 위험)로 인해, 일반적으로 조명 장치가 컨베이어 바로 주변에 위치될 수 없다. 하지만 본 발명에 따르면 열의 유동을 집중시킬 수 있다: 이를 위해 타원형 반사 요소(8)가 튜브(5") 주위에 위치되는데, 이 반사 요소는 튜브 자체가 초점 중의 하나가 되도록 구성되며, 다른 초점은 컨베이어의 주변부에 놓인다. 그러므로 반사 요소(8)를 통과하는 빛은 구역(7)에서 컨베이어에 도달하도록 반사된다. 예를 들어 튜브로부터 반사 요소 바닥까지의 거리가 약 12cm이고, 튜브로부터 컨베이어까지의 길이가 약 50cm 라면, 구역(7)은 컨베이어(3)의 밴드를 통해 형성되는 운송판(2) 상에 서 약 5cm의 폭을 가지게 된다.
또한, 선택된 온도를 위하여, 운송판(2)을 향한 튜브 표면에 튜브 절반을 금속 물질로 한 층(5"')을 입히는 것이 가능하다. 이렇게 함으로써 금속화 된 구역에서 발사된 광선의 절대량을 차단할 수 있으며: 광선(14)은 발사되지 않거나, 아주 적은 양만 발산된다. 이때 방사 열은 반사 요소(8) 측부에 위치한 나머지 반-공간에만 미치게 된다. 내부 측부에 금속을 입히면서 가열 시의 순간 특성에 해를 끼치는 직접 조명 전체를 생략하게 되며, 모든 광선은 반사 요소를 통해서만 통과하게 된다. 그 결과 효율성을 최적화할 수 있다: 구역(7)은 방사 열 대다수를 입수한다.
그러나, 도 2에 도시된 실시예는 단지 하나의 예시로서 도시한 것이다.
튜브(5")로부터 컨베이어(3)까지 긴 거리가 필요치 않는 경우에는, 튜브를 컨베이어와 아주 가까운 거리, 예를 들어 약 20cm의 거리에 위치시킬 수 있다. 이 경우, 반사 요소(8)를 생략할 수 있으며, 방사 각 범위를 한정하기 위하여 금속 층(5"') 만을 이용할 수 있다. 경우에 따라서는 반사 및 집중 요소를 이용해 보충될 수도 있을 것이다. 이 경우, 구역(5"')은 좀 더 위쪽으로 위치되어야 할 것이며, 직접적 방사는 아래쪽을 향하여 이루어질 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 가열 수단(5)에 비교되는 또 다른 가열 수단의 실시예를 도시한 것이다.
예컨대 튜브형인 방사원은 튜브 표면 상에서 운송판(2)의 반대편에 위치되어 방사 분산각을 한정하는 반사층(5"')을 가진다.
분산각을 한정하는 이 반사층의 기능은 상부 및 측부 쪽이 반사 파트로 구성 된 예컨대 평평한 거울로 구성된 반사 요소(8)로 보충될 수 있다. 이러한 요소들을 통해 튜브에 의해 발사된 광선을 집중하면서, 그러나 초점은 모으지 않으면서 운송판 쪽으로 향하게 할 수 있다.
참조 번호 14'는 반사 요소(8)의 도움으로 운송판의 구역(7)에 도달하는 꺽인 광선을 나타낸다.
물체에 통제된 가열을 실현할 수 있는 또 다른 한가지 가능한 방법은 할로겐 조명을 사용하는 방법이다.
위에서 언급된 특허 출원에 기술되어 있듯이, 타원형 반사 요소에 결합된 할로겐 튜브를 통해 열 충격을 생성할 수도 있다. 이렇게 함으로써 적외선 분광계 및 열 카메라용 동일 조명을 이용할 수 있으며, 3cm 이하의 폭의 밴드(7) 상에 아주 훌륭하게 조명을 초점 집중시킬 수 있다.
반면, 이러한 방법은 다음과 같은 다수의 한계점을 드러낸다:
- 튜브(5")의 반에 금속 물질을 입힐 수 없으며, 에너지의 절반은 초점 집중되지 않는다. 반사 요소(8)를 통과하지 않은 채 컨베이어(3)에 도달하는 직접 광선은 물체도 가열시키지만, 이에 상응하는 가열 순간이 제대로 한정되지 못한다;
- 물체(1)의 흡수성은 이러한 유형의 희미한 영역에서는 100%에 근접하지 못한다. 밝은 색 또는 하얀색의 보통 색깔의 종이의 경우, 주요 에너지를 반사시키거나 분산시킨다. 가열의 정도는 200㎛ 의 상자의 경우 약 0.25℃ 정도, 50㎛ 종이의 경우 1℃ 정도로 앞에서 언급된 값의 5% 내지 10% 값만을 나타낸다.
이 경우 낮은 해상도의 카메라가 탐지하는 한계점에 접근하며, 차별적 방법 (가열 전에 획득되는 참조 영상)이 꼭 필요하게 된다. 하지만 이 조명 방법은 다수의 센서를 이용한 적용 시에는 조명의 수를 최소화하기 위하여 유리한 방법이기도 하다.
본 발명의 범위 내에서 통제된 가열을 실현할 수 있는 세 번째 가능성은 진동 조명을 사용하거나 또는 반복적 열 충격 방식을 사용하는 것이다.
가열 수단은 짧은 순간 동안 반복적으로 작동하는 플래시(1 ms, 더 나아가서는 10㎲)에 기초한다. 크세논 램프(xenon lamp) 또는 영화 영사기를 이용하여 이러한 플래시를 실현할 수 있다. 하지만 이러한 플래시는 일반적으로 가시 영역에서 작동하도록 최적화되어 있으며, 적외선 수단으로서의 그 효율성은 상대적으로 낮은 편이다. 이러한 단점에도, 플래시는 완벽하게 한정된 가열 순간을 가진다는 장점을 나타낸다.
이동하는 물체(1)의 통제된 가열을 실행하는 네 번째 가능성은 레이저(바람직하게는 적외선)를 통한 조명 방식을 사용하는 것이다.
제어가능한 2차원 스캐너에 연결된 레이저 조명은 분명히 더 복잡한 양상을 나타내지만, 이하에서 기술될 열 에너지원에 비해 많은 장점을 나타낸다.
우선 레이저 조명을 이용하면 단 한 장의 영상을 이용하여 가열에 관련된 다양한 분석을 수행할 수 있으므로, 분석이 단순화될 수 있다. 레이저를 이용하여 간단하게 가열할 물체의 특정 지점을 겨냥한다면, 100 내지 200ms의 간격을 둔 채 가열을 평가할 수 있다. 위에서 보았듯이, 이러한 시간은 열이 물체의 두께 내로 분산되기에 충분한 시간이지만, 열이 측부로 분산되기에는 충분하지 못한 시간이다. 그러므로 가열된 구역을 아직 균일한 열 상태를 나타내는 주변 구역과 직접 비교할 수 있다. 적합한 정도의 구역 크기는 그 측부 또는 직경의 길이가 5 내지 10mm이다. 이는 시장에서 구할 수 있는 시준된(collimated) 레이저 빔과 완벽하게 양립할 수 있는 수치이다.
일 변형예로서, 주변 라인은 가열되지 않은 채로 남겨두면서 해당 라인만을 레이저로 가열하는 방법이 있다. 몇 밀리세컨드의 순간(진행거리 10 내지 20mm에 상응함)에 작동하는 열 카메라에도 희미하게 잡히는 현상을 고려하기 위해, 상기 라인은 컨베이어의 진행 방향과 평행하게 놓여져야 한다.
레이저를 통해 에너지를 관심 구역에 집중시킬 수 있으며, 그 결과 요구되는 에너지를 상당히 감소시킬 수 있으며, 또한 이와 관련하여 화재의 위험을 감소시킬 수 있다. 레이저가 물체의 위치를 확정시켜주는 이미지 시스템의 하류에 위치되면 레이저는 물체가 있는 지점 방향으로만 향할 수 있다. 앞선 장치와 조합되면서 컨베이어(3)의 진행 방향과 평행한 선들을 스캐닝할 수 있으나, 물체(1)가 존재하는 곳만 스캐닝할 수 있다.
두 번째 작동 방법이 도 3에 도시되어 있다. 레이저(5")가 시준된 빔을 생성하며, 이 빔은 수직축(8) 방향의 두 개의 거울 세트를 통해 물체(1) 쪽으로 휘며, 가열/비가열 라인을 구분한다. 이 라인들은 물체들이 진행하는 방향과 평행하게 놓인다. 레이저는 지속적으로 작동할 수도, 진동 작동할 수도 있다. 앞에서처럼, 영상 획득 전 거리 d를 지나가는 동안 물체들의 온도가 안정화되도록 한다. 참조 구역(7")는 더 이상 필요치 않게 된다.
이 실시예를 통해 컨베이어(3) 밴드의 가열을 방지할 수 있으며, 요구되는 에너지 양을 굉장히 감소시킬 수 있다. 상기 밴드가 약 20% 정도 채워지고, 각 물체의 표면이 50% 가열된다면, 동등한 열 효과를 획득하기 위해서는 앞선 경우가 요구하는 에너지의 약 10% 정도만 가지면 된다. 즉 2000W 대신에 200W면 충분하다는 것이다. 만일 각 물체 표면의 10%만 조사하는 것(또한 이는 충분히 현실적인 내용임)으로 만족한다면 40W면 충분하다. 두꺼운 물체(200㎛)의 경우에는 1℃의 가열, 얇은 물체(50㎛)의 경우에는 4℃의 가열만으로 충분하다고 본다면, 표층(4)이 요구하는 것 또한 줄일 수 있다. 이 경우 적용 가능한 가장 작은 레이저는 10W의 파워를 가진 것이다.
레이저는 그 자체가 다음과 같은 장점을 나타낸다:
- 자신의 흑백 특성으로 인해, 그 흡수성이 레이저 파장에서 최대화될 수 있는 특정 물질 상에서 아주 정확하게 반응할 수 있다;
- 구성 물질 등의 기타 다른 기준에 따라(이러한 기준점이 적외선 분광계 등의 다른 센서(10)에 의해 미리 제공된다면) 물체의 가열 시간을 선택할 수 있다.
아래에서는 본 발명에 따른 방법 및 장치가 어떻게 다른 기타 물체 분류 유형과 연계되어 적용되는지를 소개할 것이다.
본 발명의 첫 번째 적용예는 종이에 관한 것으로, 특히 인쇄물과 판지로 된 포장용품 간의 분류에 관한 것이다.
이 적용예에서는 강한 분산성과 불투명성을 나타내는 구조화 된(섬유 포함) 물품을 언급할 것이다. 이러한 물품은 MIR 파장에 대하여 대단히 흡수성이 강하며, 그 방사율은 높으며(> 0.9) 불변성을 나타낸다.
분류는 유사한 양상을 띠는 아래의 두 종류의 인쇄물에 대해 행해진다:
- 포장 상자: 두께 250 내지 400㎛
- 잡지 및 광고물: 속지는 약 40㎛의 두께를 나타내며, 겉표지는 150㎛에 이른다.
종이의 확산율: a = 0.14㎟/s
- 얇은 상자: Th_c =e2/2·a = 0.252/(2 x 0.14)s = 0.224s = 224ms.
- 잡지 표지 : Th_m = 0.162/(2 x 0.14) = 92ms.
안정화 이후, 여기서는 두 물품의 가장 긴 균일화 시간인 224ms 이후, 영상을 획득한다.
3 m/s 진행 속도에 따라 두 지점 사이의 이전 거리는 약 670mm 이다. 이러한 값은 320 x 240 픽셀 카메라를 사용한다면 동일한 영상 내에 두 개의 영상 밴드를 가지기에는 충분한 값이다. 상기 동일 영상에서 밴드상의 영상은 측부 4mm를 가진다.
MIR 조명을 이용하여 잡지 표지는 약 5.6℃ 정도의 가열, 상자는 3.6℃ 정도의 가열이 요구된다. 이러한 차이는 상당한 차이이며, 또한 측정 가능한 차이이다.
아울러, 습도의 영향을 고려해야 한다: 습도가 열 용량을 상당히 증대시키므로 더 두꺼운 두께를 가진 것과 동등하게 고려되어야 한다. 상당히 습한 종이는 상자로 혼동되는 경향을 보일 것이다. 이 경우는 재활용 분류의 목표와 부합하는 것 으로 볼 수 있는데, 왜냐하면 오염된 물품들은 원하는 대상이 아니기 때문이다. 일반적으로 오염된 물품들은 거의 항상 젖어 있는 상태를 나타낸다. 따라서, 장치는 젖은 종이를 제거하려는 경향을 보일 것이다.
분리되어 있는 종이장(또는 컨베이어 상에 놓인 플라스틱 필름) 등이 대단히 얇은 물품인 경우, 물품을 관통하여 드러나 보이는 것은 컨베이어 자체이고 그 온도는 더욱 올라간다. 이 경우 해당 물품을 종이로 분류하고자 하는 경향을 보인다. 그러므로 그 효과는 이익이 되는 것이다. 하지만 플라스틱 필름의 경우는 그렇지 아니하다.
본 발명의 두 번째 적용예는 물품에 관한 것으로서, 특히 다수의 층을 가진 폴리머 물질(PET)로 제조된 포장지에 관한 것이다.
여기서 분류는 PET 단 한 층으로 되거나 또는 겹쳐진 세 층 이상으로 된 채색되지 않은 투명 플라스틱 병에 대해 실행된다. 중앙층은 가스(O2 또는 CO2)를 가로 막는 물질로 구성된다. 이 물질은 예를 들어 나일론이다. 유사하지만 더욱 단순한 또 다른 케이스는 세척 후에도 표면부에 라벨이 붙어있거나 또는 플라스틱 돌출부가 있는 경우인데, 이 경우 표면 라벨의 존재를 특성화시켜야 한다.
다수 층을 가열한 후 열기는 특히 제 1 두께(표층)로 침투된다. 실상 모든 층들이 결속되어 있지 않으며, 제 2 층 쪽으로의 열 전도는 상당히 제한된다. 가열하는 동안 광학적 불연속성이 입사 에너지의 상부 쪽으로 반사를 야기하므로 이러한 현상은 가속화된다.
단층으로 된 병은 일반적으로 약 400㎛의 두께를 나타낸다. 병이 3 층으로 된 것이라면, 가운데 층은 얇으며, 그 두께는 약 20㎛ 정도이고, 각각 약 190㎛의 두께를 지닌 나머지 2개 층은 가운데 층을 통해 분리된다.
- 단층: Th_m =e2/2·a = 0.42/(2 x 0.14)s = 0.571s = 571ms.
- 3 층 (중 제 1 층): Th_t = 0.192/(2 x 0.14) = 129ms.
그러므로 상기 두 케이스를 구분하기 위해서는 250ms 이상을 기다려야 하는데, 이상적으로는 1500mm의 이동에 상응하는 570ms를 기다려야 한다. 1500mm 값으로 인해 동일한 카메라(6)로 두 영상을 처리하는 것이 불가능하다.
이러한 이유로 인해, 일반적으로 95℃에서 실행하는 세척 과정의 말미에 물체의 온도를 30℃ 정도로 낮추는 자연 냉각을 생각해야 한다. 3층으로 된 병은 단층으로 된 병보다 그 표면부가 훨씬 빨리 냉각된다. 그러므로 이 경우 단 하나의 영상만을 가지면 될 것이다.
본 발명의 세 번째 적용예는 플라스틱 재질로 된 봉투 및 필름의 분류에 관한 것이다.
플라스틱 필름은 대개의 경우 PE 또는 PP 유형의 폴리올레핀으로 만들어지며, 분광기술을 통해 동일한 물질로 만들어진 균질성의 물품을 구분하기는 어렵다. 특히, 특이한 다층 유형으로 카본 블랙(carbon black)으로 된 내부 층을 가진 PEHD는 플라스틱 봉투 PELD와 대단히 유사한 스펙트럼을 지니고 있다. 이 경우, 앞선 경우처럼, 상당한 차이를 보이는 두께의 차이를 이용하여 이들을 분류할 수 있다. 이러한 유형의 분류는 이미 PE(LD 또는 HD)의 존재를 파악한 적외선 분광계와 함께 보완 실현된다. 이들의 열 관성이 약하므로, 이상적인 대조를 위해 영상 획득은 가열 구역을 지난 후 PEHD 병이 완전히 안정화되기 전에 급속히 이루어져야 한다.
본 발명의 네 번째 적용예는 유기물 찌꺼기의 정화에 관한 것이다.
대다수가 유기물로 된 물체들은 초기 쓰레기 중에서 선별을 통해 걸러진다. 일반적으로 80mm 망을 이용해 두께가 얇은 쪽(망을 통과하는 조각들)에서 80% 이상의 유기 물질로 된, 즉 유동성이 강한 물체(식사 찌꺼기, 조리 찌꺼기, 야채 찌꺼기 등)을 걸른다.
기본적으로 아래의 두 종류의 오염물로 구분된다:
- 가벼운 것: (유연하거나 딱딱한) 플라스틱류, 다소간 오염된 종이류;
- 무거운 것: 유리, 돌, 금속, 재.
이 경우 가열의 영상화를 위해 연속적으로 두 영상을 획득하는 방법을 이용해야 한다.
해당 물체들은 거의 모두 불투명한 것들이며, 그래서 좁은 표층에서 열 방사를 잘 흡수한다.
유기물 찌꺼기는 고여있는 물을 덮고 있는 껍질부와 유사하다. 이들의 열 확산은 아주 느리다(물의 열 확산율 = 0.14㎟/s). 이들의 두께는 1mm 이상이다. 물의 열 용량은 모든 물체들 중 가장 높다.
그러므로 유기물 찌꺼기는 가장 낮은 균형 온도를 가진다.
광물 및 유리는 물보다 낮은 열 용량을 나타낸다. 하지만 이들은 항상 그 두 께가 두꺼우며(> 2mm), 물보다 적어도 네 배 이상 빨리 열을 확산시킨다: 그러므로 이들은 물 보다 빨리 냉각되며, 이는 가열 단계가 끝나자마자 확인된다.
금속은 강한 반사율(90 내지 95%)을 나타내며, 이들을 가열시키는 것은 상당히 어렵다. 아울러, 이들의 방사율은 약하며, 주어진 가열에 대해 거의 방사를 하지 않는다. 그래서 이들은 거의 검게 나타난다. 이러한 사항은, 금속이 열 균형 상태에 있다면, 참조 사진(가열 전 획득)을 보면 확인된다.
앞에서 언급된 것처럼, 가벼운 물체들은 MIR 유형의 가열에 상당히 민감하다. 이들은 거의 열 용량이 없으며, 두께가 얇다. 그리고 이들은 거의 열 방사를 하지 않으며, 수 초간 거의 동일한 온도를 유지한다.
두 영상 간의 가열되는 순서를 나열해보면 다름과 같다:
- 가장 뜨거운 것: 플라스틱 및 종이;
- 적당하게 가열되는 유기물 찌꺼기;
- 거의 가열되지 않는 광물 및 유리;
- 제 1 차 영상을 획득한 후에도 거의 검은 상태로 있는 금속.
이 경우 사용 전략은 전술된 경우들과는 약간 다르다: 종이를 안정화시키기 위해서는 약 200 내지 250ms 정도의 충분한 시간을 기다려야 한다. 다른 물체들은 여전히 안정화되지 않았다. 반면, 플라스틱도 유동성 찌꺼기보다 훨씬 더 더운 상태를 나타낸다. 왜냐하면 물의 열 용량이 유동성 찌꺼기의 온도를 하강하게 만들기 때문이다. 동일한 이유로, 유리, 광물 및 금속은 유동성 찌꺼기보다 훨씬 더 차갑고 어두운 상태를 나타낸다.
이어서 중간값의 물체를 유지시키면서 아주 더운 물체과 아주 차가운 물체는 배출할 것을 결정한다. 이러한 유형의 분류는 유일한 하나의 센서로서 열 카메라만을 이용할 수 있다. 그 결과 대단히 효율적인 분류를 실행하게 된다.
이처럼, 본 발명은 특히 하기와 같은 다양한 유형의 물체들을 실시간 분류하기 위해 열 방사식 가열 요소들에 결합된 서머그래픽 카메라를 적용하는 것에 관한 것이다:
- 제 1 층의 두께에 입각하여 종이 및 상자의 분류;
- 단층 및 복수층으로 된 플라스틱 제품의 분류;
- (1mm 이상의) 두꺼운 플라스틱 제품의 재질에 따른 분류;
- 유기 혼합물이 되는 유기물 찌꺼기에서의 다양한 유형의 오염물(플라스틱, 종이, 금속, 유리, 광물)의 분류.
앞에서 기술되었듯이, 본 발명은 그 두께가 20㎛ - 2mm 사이에 놓이는 비금속성의 두께가 얇은 물체 케이스에 적용되는 단순한 방법을 제안한다.
본 발명은 바람직한 적용예에서 다음과 같은 물리적 현상들을 이용한다:
- 표면 단위당 열 용량은 가열된 물질의 표층 두께와 직접적인 비례 관계에 있다. 즉, 표면에 부여된 열 방사에 있어 균등한 온도 상승은 상기 두께와 반비례한다. 여기서 이미 알려진 물질에 대한 두께를 유추할 수 있다;
- 열이 균등한 상태에 도달하기 위해 필요한 시간은 다른 열역학적 현상(측부 전도, 복사 냉각 또는 대류)을 무시해도 좋을 만큼 충분히 짧다(500ms 이하);
- 두께는 적어도 몇몇 파장의 경우에 있어서는 가열 방사 에너지의 거의 전 부를 흡수하기에 충분하다. 두께가 20㎛ 미만의 경우 이 조건들은 더 이상 존중되지 않는다.
이처럼 상이한 카테고리에 따라 물체들을 분류할 목적 하에서 물체의 두께를 통해 그 구분을 실현할 수 있다. 가열 및 탐지 순간 사이의 시간은 빠른 결정을 내릴 수 있도록 상당히 짧은 시간이며, 분류는 컴팩트한 장치를 이용하여 빠른 속도로 지나가는 물체들에 대해서도 실시간으로 이루어진다.
물론, 본 발명은 첨부된 도면과 함께 기술된 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 이들의 변이형들이 가능하며, 특히 본 발명의 보호 범위를 벗어남이 없이 동등한 기술의 대체를 통한 또는 다양한 요소들의 새로운 구성을 통한 변이형들이 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 컨베이어의 운송판 위에서 일렬로 이동하는 두 개 이상의 상이한 범주에 속하는 비금속성 물체들을 자동으로 검사하고 분류하는 방법에 있어서,
    상기 방법은, 상기 물체(1)들의 표층 또는 외부층(4)을 하나 이상의 원격 가열 수단(5)이 방출하는 열 방사에 일시적으로 노출시켜, 운송판(2)의 표면 단위로 적용되는 열 에너지를 이용하여 이동하는 각각의 물체(1)에 일정한 값의 열 충격을 가하는 단계,
    상기 열 충격을 가한 후 일정한 시간이 지난 후, 예컨대 열 카메라와 같은 하나 이상의 선형 또는 매트릭스 열 센서(6)를 통하여 각각의 물체의 하나 이상의 열 영상을 획득하는 단계,
    상기 하나 이상의 열 영상에 포함된 데이터에 따라 이동하는 각각의 물체(1)를 특성에 따라 구분하는 단계,
    각각의 물체에 대한 제어 또는 작동 신호를 보내는 단계,
    각각의 물체의 종류 또는 카테고리 및/또는 이들에 상응하여 전달된 제어 또는 작동 신호에 따라 이동하는 물체(1)를 분리하는 단계를 포함하며,
    상기 방법에서,
    - 이동하는 각각의 물체(1)의 하나 또는 다수의 열 영상 데이터들은, 열 방사에 노출된 표층(4)의 두께에 따라 물체를 구분하거나 특성화하기 위하여 처리되며, 상기 이동하는 물체(1)의 표층(4)의 구성 물질은 모든 물체들에 있어서 동일하 고,
    - 상기 물체(1)에 대한 열 방사 적용 순간과 열 영상 촬영 순간 사이에 소요되는 시간은, 물체의 표면이 가열된 후 야기되는 온도 차가 상기 표층의 두께와 반비례할 수 있도록 흡수된 열 에너지가 상기 표층(4) 내로 균일하게 분배되기에는 충분한 시간이고, 측부 열 확산 현상, 복사 냉각 현상 및 대류 냉각 현상은 무시할 수 있을 정도로 짧은 시간인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동하는 물체(1)의 식별 또는 특성화는, 상기 가열 수단(5)을 통해 발산되는 열 방사의 적용 전후에 찍힌 다수의 열 영상에 입각하여 획득되거나 또는 열 방사 적용 후 찍힌 단 하나의 열 영상에 입각하여 획득된 다양한 데이터에 기초하여 또는 데이터의 다양한 활용을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열 충격은 각 물체(1)의 표층(4) 전체 표면에 적용되거나 또는 구역별로 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물체(1)의 식별 또는 특성화를 실행하는데 관련된 상기 표층(4)은 두께가 20㎛ 이상이며, 바람직하게는 20㎛ 내지 2mm, 특히 30㎛ 내지 1mm 이고,
    열 방사가 적용되는 순간과 열 영상 촬영 순간 사이의 시간은 밀리세컨드(millisecond) 단위에 불과하며, 바람직하게는 50ms 내지 600ms, 특히 250ms 내지 400ms 인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물체(1)가 가열 수단(5)의 열 방사에 노출되기 전에 각 물체(1)의 부분적 또는 전체적 열 영상이 획득되며, 이 경우 상기 물체(1)의 식별 또는 특성화는 가열 수단(5)을 통해 발산되는 열 방사의 적용 전후에 획득되는 열 영상들에 입각하여 제공되는 차별화된 데이터에 기초하여 실행되며, 상기 열 방사 노출 전후의 영상들은 동일한 하나의 열 센서(6) 또는 상이한 두 개의 열 센서를 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단(5)에 의해 발산된 열 방사 적용을 통해 야기되는 열 에너지의 분포는, 상기 운송판(2)에서 노출되는 전체 표면(7) 상에 균등하게 분포되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단(5)에 의해 발산된 열 방사를 통해 야기되는 열 에너지의 분포는 불연속적 특성을 나타내며 운송판(2) 상에 노출된 표면(7)의 일부 구역, 예를 들어 물체가 진행하는 방향 또는 컨베이어(3)가 이동하는 방향으로 뻗어있는 라인 또는 밴드의 세그먼트 구역에만 한정되어 분포되며, 경우에 따라서는 이동하는 물체(1)들에 상응하는 구역에만 한정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이동하는 각 물체(1)의 식별 또는 특성화는, 방사 노출 후에 획득되는 열 영상만을 기초로, 물체의 노출된 표면 즉 표층(4)에 광선이 쏘이는 구역 또는 광선이 쏘이지 않는 구역에 관련된 데이터를 차별적으로 활용함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    열 방사는 특히 적외선 또는 거의 적외선으로 구성된 유형의 초점 방사이며, 또한 열 방사는 운송판(2) 위에서 최소한의 거리에 위치된, 특히 이동하는 물체(1)들의 최대 높이보다 약간 더 높은 곳에 위치된 적용 수단(8)에 의하여 발산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가열 수단(5)에 의해 생성되어 운송판(2) 쪽으로 향하는 열 방사는, 가열 수단(5)에 의해 생성된 열 방사 전체가 가열 수단(5)의 일부분이면서 상기 적용 수단(8)을 형성하기도 하는 반사-집중 요소를 통해 상기 운송판(2)의 노출된 표 면(7) 상에 적용될 수 있도록 반사막(5"')에 의해 차단되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    예컨대 자기 탐지기, 분광계 및 흑백 또는 컬러 비디오 카메라로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 부가 센서(10)를 통하여 이동하는 물체(1)들에 관련된 보충 데이터들을 획득하며, 상기 보충 데이터들의 활용 결과는 이동하는 물체(1)의 식별 또는 특성화를 실행하기 위해 하나 또는 다수의 열 영상 내에 포함된 데이터를 활용한 결과와 상호 조합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 컨베이어의 운송판 위에서 일렬로 이동하는 두 개 이상의 상이한 범주에 속하는 비금속성 물체들을 하나 이상의 유형으로 식별 또는 특성화하는 자동 검사 및 분류 장치에 있어서,
    상기 장치(11)는, 운송판(2)의 표면 단위로 적용되는 열 에너지를 이용하여 이동하는 각각의 물체에 일정 값의 열 충격을 가하기 위하여 이동하는 물체(1)의 표층 또는 외부층(4)에 일시적으로 열 방사를 가하는 하나 이상의 원격 가열 수단(5)과, 물체가 진행하는 방향을 따라 가열 수단(5)의 하부에 한정된 거리를 두고 배치되어 각 물체의 하나 이상의 열 영상을 찍을 수 있는 예컨대 열 카메라 등의 하나 이상의 선형 또는 매트릭스 열 센서(6)와, 하나 또는 다수의 열 영상 내에 포함된 데이터에 따라 이동하는 각각의 물체(1)들을 구분하고 분류하며 각각의 물체 에 대한 제어 또는 작동 신호를 보내는 하나 이상의 처리 유닛(12)으로서 물체의 카테고리 또는 분류에 따라 그리고 그에 상응하여 야기되는 제어 또는 작동 신호에 따라 이동하는 물체(1)들을 분리하는 하나 이상의 수단(13)에 연결되는 하나 이상의 처리 유닛(12)을 포함하며,
    상기 장치에서,
    - 각각의 열 방사 적용 구역 또는 가열 구역(7)과 각각의 열 영상 촬영 구역(7') 사이의 거리(d)는, 이동하는 각 물체(1)의 구성 물질의 표층(4) 내로 흡수된 열 에너지가 표층 내에 거의 균일적으로 분포되기에 충분한 거리이고, 측부 열 확산 현상, 복사 냉각 현상 및 대류 냉각 현상은 무시할 수 있을 정도로 짧은 거리이며,
    - 이동하는 각 물체(1)에 관한 하나 또는 다수의 열 영상 데이터들은 각 물체의 표층(4)의 두께에 따라 식별 또는 특성화가 실행될 수 있도록 처리되며, 이동하는 물체(1)의 표층(4)을 구성하는 물질은 모든 물체에 있어서 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 처리 유닛(12)은, 상기 가열 수단(5)을 통해 발산되는 열 방사의 적용 전후에 찍힌 다수의 열 영상에 입각하여 획득되거나 또는 열 방사 적용 후 찍힌 단 하나의 열 영상에 입각하여 획득된 다양한 데이터에 기초하여 또는 데이터의 다양한 활용을 통해 물체(1)의 식별 또는 특성화를 실행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 운송판(2)을 형성하는 컨베이어(3)의 밴드는 일정한 이동 속도를 나타내며, 상기 하나 이상의 가열 수단(5) 및 하나 이상의 열 센서(6)는 상기 운송판(2) 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가열 수단(5)은 원통형 방사 에너지원(5") 또는 점형이나 장방형의 줄지어 늘어선 다수의 방사 에너지원과 열 방사(5')의 반사-집중 요소(8)의 조합으로 구성되며, 상기 가열 수단(5)을 형성하는 두 개의 요소(5" 및 8)는 특정한 외형을 갖는 팽창부를 가지고, 운송판(2) 폭의 상당한 부분에서, 바람직하게는 전체 폭 상에서, 횡단 방향으로 확장되며, 또한 초점 열 방사를 수령하는 운송판(2)의 밴드 형태로 된 가열 구역(7)의 전체 표면상에 거의 동일하고 균일한 열 에너지가 퍼지도록 상호 협력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 원통형 방사 에너지원(5")은, 운송판(2)을 향하는 표면부에 예컨대 금속이 도포된 형태의 차단막 또는 반사막(5"')을 포함하는 방사 튜브(5")로 구성되며, 이에 따라 예컨대 평균적으로 거의 2000nm 이상의 파장의 적외선 방사를 발산하는 유형의 방사 튜브(5")와 연계된 반사-집중 요소(8)에 의해 거의 열 방사 전체 가 운송판(2) 쪽으로 향하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동하는 각 물체(1)가 열 방사(5')에 노출되기 전후에 하나 또는 다수의 열 센서(6)가 이 물체를 촬영하고, 상기 처리 유닛(12)은 이동하는 물체가 열 방사(5')에 노출되기 전후에 찍힌 열 영상들에 입각하여 얻어진 상이한 데이터들을 기초로 이동하는 물체(1)를 식별하거나 특성화하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단(5)은 2차원 스캐닝 시스템을 구비한 적용 수단(8)에 결합된 연속적 또는 간헐적 발사식의 레이저 에너지원(5")으로 구성되며, 열 에너지의 도포는 불연속적 방법으로 운송판(2) 상에 노출된 표면의 일부 구역, 예컨대 물체의 진행방향 또는 컨베이어(3)의 이동 방향으로 확장되는 라인 또는 밴드의 세그먼트, 경우에 따라서는 이동하는 물체(1)에 상응하는 구역에 한정되어 실행되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 처리 유닛(12)은 분류할 물체(1)가 놓이는 표면(7), 즉 표층(4)에서 광선이 쏘이는 구역 및 광선이 쏘이지 않는 구역에 관련된 데이터를 차별적으로 활용함으로써 방사 노출 후에 획득된 열 영상만을 기초로 이동하는 각 물체(1)에 대한 식별 또는 특성화를 실행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 장치는 진행 방향으로 가열 수단(5)의 앞쪽에 위치되어 운송판(2) 상에 물체(1)의 표면이 정확하게 놓이게 해주는 위치결정 및 구역확정 수단을 포함하며, 상기 위치결정 및 구역확정 수단을 통해 획득된 데이터들은 유닛 형태[레이저 에너지원(5") / 스캐닝 시스템을 갖춘 적용 수단(8)]의 가열 수단(5)을 제어하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 자기 탐지기, 분광계 및 흑백 또는 컬러 비디오 카메라로 형성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 부가 센서(10)를 포함하며, 상기 보충 데이터들의 활용 결과는 상기 처리 유닛(12) 내에서 이동하는 물체(1)들의 식별 또는 특성화를 실행하기 위해 하나 또는 다수의 열 영상 내에 포함된 데이터들을 활용한 결과와 상호 조합되는 것을 특징으로 하는 장치.
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