TW201808086A - 在串流中分選顆粒的裝置及方法 - Google Patents

Abstract

藉由以下方式，顆粒基於可量測參數經揀選至路徑中。將該等顆粒在攜帶於圍繞軸線旋轉的主體上的至少一個管道中形成為串流，其中該管道經成形，使得該等顆粒經加速以使分離至管道中的該等顆粒在該管道中於一列中相繼對準。該等顆粒之該參數係在該經對準的串流中相繼量測，且該等顆粒經導向至如藉由該量測決定的複數個路徑中之一個中。在一個配置中，該主體包含圓盤部件，該圓盤部件具有面對供應導管的前面，且該管道位於該圓盤部件之徑向平面中。在一個配置中，該參數之該量測係藉由攜帶於該圓盤上或該圓盤之邊緣外側的一或多個量測設備實行。

Description

在串流中分選顆粒的裝置及方法

本發明係關於分選顆粒的方法，使得可對顆粒實行動作，諸如偵測串流中之顆粒之參數。本發明可以但未必使用在用於在分選之後揀選顆粒之方法及裝置中。下文所描述之配置主要針對基於顆粒之光學評估來揀選種子或籽粒例如以提取患病的種子；但本發明可應用於將任何評估方法使用於顆粒之任何參數之偵測且基於該參數揀選。另外，當經分選例如用於在串流中包覆、滅菌或補充顆粒時，本發明可使用於對顆粒實行操作。

光學種子揀選機器通常具有三個子系統：用來分選或分離籽粒之構件；用來偵測籽粒之品質特性之構件；以及用來依正面或負面品質特性使籽粒位移之構件。

種子選別機中最常見的分選方法為瀑布方法，其中種子自振動漏斗排出且藉由重力沿以大角度的斜置平面加速。歸因於重力的位移為時間的二次方，因此間隙在於稍微不同的時間處進入系統的籽粒之間打開。在商業技術中，滑軌通常超過1m長。藉由瀑布方法分選的種子以隨機間隔排出且具有一速度範圍。確定性更高的系統使用具有經界定的籽粒 位置之移動皮帶、圓筒或板。在一個變化中，籽粒藉由重力暫時地限制在皮帶或板上之凹痕內。在另一變體中，籽粒藉由離心力限制在凹痕內。在又一變體中，籽粒藉由吸力嚙合至板、圓筒或皮帶上之固定位置。

籽粒性質通常經光學地量測，但聲波方法在文獻中亦為已知的。光學方法可經分類為成像及非成像。在成像方法中，一或多個攝影機在二至四個波長頻帶中擷取影像。通常使用頻閃照明。此等方法受限於各種量測之間的同步化問題且已經提出改善以幫助同步化。非成像方法量測籽粒之一大部分之集體性質。實例包括近紅外頻譜及散射。

大多數先前技術使用壓縮空氣來噴射籽粒。儘管若干技術進步，但是壓縮空氣噴射為不精確的，具有低回應速率，且不節能。2008年，使用附接至旋轉音圈的機械杠桿的系統被提出，該系統為更精確的，且使用壓縮空氣系統使用的能量之10%。然而，音圈之循環時間與壓縮空氣噴射器之啟動時間相當。

在一個實例中，本文之本發明可用來偵測且自穀粒移除感染籽粒。入射光藉由籽粒散射，並且感染籽粒與健康籽粒不同地定量反射且散射。反射及散射光之振幅藉由偵測器量測，標準化至籽粒面積，且與得自於已知健康及感染籽粒之分離樣本之統計分析的臨界值比較。在如開發的方法中，當振幅超過臨界值時，籽粒經視為「感染的」，當散射光下降至臨界值以下時，籽粒經視為「健康的」。臨界可經設定以便最小化視為「健康的」籽粒中之黴菌毒素之整體量。「感染的」籽粒隨後經與「健康的」籽粒分離。

儘管本發明經特定地描述與提及為其係關於藉由散射及反 射光之振幅之比較來偵測且分離感染穀粒之方法及用來執行該方法之裝置，但將理解，本發明之原理同樣適用於任何類型之顆粒分離之類似方法、設備、機器及結構。因此，將理解，對於感染榖粒分離而言，本發明不限於此類方法、設備、機器及結構。

本發明尤其適用於鐮菌赤黴病(Fusarium head blight)，該鐮菌赤黴病流行於全世界所有榖粒生產區域，且感染諸如小麥之禾榖類穀粒。感染率自乾燥氣候區域中的百分之幾變化至濕潤氣候區域中的超過50%。感染之嚴重性範圍自小於1% FDK(鐮菌損害籽粒)至100% FDK，其中介於1% FDK與5% FDK之間的值具有最大體積。與感染籽粒相關聯的黴菌毒素降低商業價值。1%感染籽粒通常與1百萬分率(part per million)之黴菌毒素平衡，為當前加拿大用於食品之最大值，而EU之最大值為½百萬分率。具有超過3% FDK之榖粒通常急劇地打折扣。由於感染小麥幾乎沒有商業價值，所以黴菌毒素之有效移除具有顯著經濟價值。小麥按0.25%、0.5%、1%、1.5%、2%、5%的最大鐮菌感染籽粒之階級分級，並非所有階級都存在於各類型的小麥中，在較高感染處具有增加的折扣。在加拿大，超過5%被分級為「鐮菌損害」，超過10%分級為「商業救助」，此可以極高折扣或完全無折扣銷售，取決於市場情況。黴菌毒素含量當前藉由篩分籽粒降低，因為健康籽粒大於感染籽粒，或藉由在碾磨處研磨(移除毒素集中的籽粒表面)降低。根據經驗，碾磨藉由移除籽粒之外層使黴菌毒素在2ppm處降低一半(降低至1ppm)。重力桌選機亦用來藉由密度分離籽粒。籽粒懸浮在空氣串流中。密度較大的健康籽粒下沉且密度較小的籽粒漂浮至頂部。憑經驗，篩分及重力桌選機移除FDK之約40%。

根據本發明，提供一種用於分選顆粒之方法，該方法包含：在供應導管中提供集中顆粒之供應；圍繞軸線旋轉旋轉主體；該旋轉主體界定至少一個管道，該至少一個管道自鄰近該軸線的內末端向外延伸至與該軸線以相較於該內末端的較大徑向距離向外隔開的外末端；在該至少一個管道之該內末端處進料該等集中顆粒；該內末端配置於鄰近該軸線的陣列中，使得該供應導管作用來將該等顆粒堆積在該至少一個管道之該內末端處，以用於使該等顆粒進入至該內低速度末端中且用於將該導管中之顆粒之串流分離至該至少一個管道之分離的管道中；該至少一個管道經成形且配置，使得該等顆粒在其自該內末端傳遞至該外末端時加速，以便使分離至該至少一個管道中的該等顆粒在其朝向該外末端移動時在該管道中於一列中相繼對準。

在許多狀況下，該方法包括當該等顆粒保持分選時對該等分選顆粒實行操作。該操作可包括僅察看或計數分選顆粒。然而，分選對於諸如藉由包覆、接種、滅菌來處理分選顆粒為尤其有效的。在其他狀況下，操作可包括實行顆粒之分析或評估。然而，在其他狀況下，顆粒可在分選狀態中使用於諸如播種中，其中分選可以高速實行至分離管道中以用於高速播種操作。

雖然系統對於用來產生分選顆粒之高速串流的單個管道為 有效的，但在許多狀況下，提供圍繞中心進料導管以陣列配置的複數個管道。

以上界定之方法可使用在用於偵測顆粒之串流之至少一個可量測參數之方法中，該方法包含：在供應導管中以顆粒之串流攜帶顆粒；圍繞軸線旋轉旋轉主體；該旋轉主體界定至少一個管道，該至少一個管道自鄰近該軸線的內末端向外延伸至與該軸線以相較於該內末端的較大徑向距離向外隔開的外末端；該內末端鄰近該軸線配置，使得該供應導管作用來將該等顆粒堆積在該至少一個管道之該內末端處以用於使該等顆粒進入至該內末端中；該至少一個管道經成形且配置，使得該等顆粒在其自該內末端傳遞至該外末端時加速，以便使分離至該管道中的該等顆粒在其朝向該外末端移動時在該管道中於一列中相繼對準；以及對於該至少一個管道中每一個，量測該等顆粒之該至少一個參數。

在一些狀況下，該方法提供來用於揀選該等顆粒，使得對於該等管道中每一個，該等顆粒經導向至如藉由該參數之該量測決定的複數個路徑中之一個中。然而，基於使用本文配置的顆粒之分選之增加的程度更有效地獲得的參數或多個參數之量測可使用於其他目的。

因此以上界定的配置可提供以下優點：藉由主體之旋轉獲得的增加之速度與主體上之顆粒之增加之加速度一起將每一顆粒與下一個較好地分離，以用於參數之偵測。另外，顆粒之增加之速度可用來增加系統 之產出量，因為參數之偵測或量測可更迅速地實行。

在一個配置中，參數之量測是在顆粒處於管道中實行。此具有以下優點：顆粒之位置更清楚且經界定，因為該位置藉由主體之旋轉及管道之定位控制。基於顆粒之更精確位置，參數之量測可在許多狀況下更有效地實行。

在此狀況下，較佳地，參數之量測藉由攜帶於旋轉主體上的量測設備實行。以此方式，量測設備位於相對於管道且因此相對於顆粒的特定定位處。此可簡化量測設備之操作，因為該量測設備可更精確地聚焦於特定位置。在此狀況下，每一管道可包括專用於流過該管道的顆粒之量測的一或多個分離量測設備。亦即，每一顆粒在沿管道移動時可經過在一列中對準的許多感測器或量測設備，其中每一感測器或量測設備偵測顆粒之不同參數以使顆粒之較好評估能夠進行。然而，在一些狀況下，單個感測器可提供所有需要的資訊。

較佳地，接近於量測設備的管道之至少一部分包含透明材料。將管道之一部分提供為透明允許量測將藉由透明區段實行，同時管道保持恆定形狀以繼續控制顆粒之移動。

在一個配置中，管道之壁或管道自身由分段之間的一或多個間隙分割。一或多個量測設備位於接近間隙處，以在不受管道之壁阻礙的視野的情況下量測顆粒之不同參數。在管道自身經分成分離分段的情況下，每一分段較佳地沿大體上平行於顆粒在該分段之位置處之平均速度向量的管道之路徑配置，以最小化沿管道的顆粒流動之擾動。因此可在顆粒處於間隙中時使用本文所描述之任何技術對顆粒操作。

在另一配置中，顆粒之分離可使用靜電力實行，其中顆粒根據選定的參數經差別地充電且隨後通過磁場，使得差分充電使顆粒轉向至不同路徑。通常，提供在每一顆粒上產生相等電荷的配置，使得不同質量之顆粒藉由使該等顆粒通過基於該等顆粒之不同質量差別地作用於顆粒的磁場來分離，因為每一顆粒具有不同的或唯一的每單位質量電荷。

在一替代性配置中，參數之量測可藉由複數個量測設備實行，該等複數個量測設備位於包圍管道之外末端的環形區域中，使得在顆粒經自管道釋放之後實行量測。此具有以下優點：量測設備在空間上為或可為靜止的，並且僅旋轉主體上之管道旋轉。此具有以下缺點：顆粒之特定位置可在較大範圍上變化，因此降低量測設備經特定地聚焦之能力。量測設備因此可需要在較寬區域中實行量測以在顆粒位於該區域中的情況下精確地實行量測。

較佳地，每一量測設備與複數個分離設備中之個別一個相關聯，該等複數個分離設備各自經配置來用於將個別顆粒導向至如藉由相關聯量測設備進行的參數之量測決定的複數個路徑中之一個。亦即，每一顆粒藉由量測設備偵測且量測，且該量測用來啟動取決於顆粒之參數將該顆粒轉向至複數個分離路徑中之一個中的相關聯分離設備。

在一較佳配置中，參數之量測藉由複數個量測設備實行，其中設備之數目等於管道之數目或可存在用於每一管道之多於一個設備。亦即，每一管道中之每一顆粒使用用於管道中每一個之分離量測設備獨立地量測。然而，將瞭解，管道可經配置以將顆粒導向至與複數個管道相關聯的量測設備，前提為顆粒各自與下一個適當地間隔且經適當地導向。量測 設備可包括複數個分離量測組件，例如X射線、UV、可見的、散射、紅外線的、微波及聲波偵測器。

在一個配置中，一或多個量測設備及顆粒分離設備兩者位於旋轉主體上。此確保顆粒之位置經更特定地界定，但操作組件需要經安裝以用於與主體一起旋轉。

在另一配置中，提供靜止顆粒分離設備之陣列，該等靜止顆粒分離設備配置在旋轉主體周圍，使得取決於顆粒自管道之外末端之釋放的角定位來藉由分離設備中之一個對自管道之外末端釋放的顆粒操作。

亦即，顆粒可在其沿藉由旋轉主體之角速度及外末端處的管道之方向決定的軌跡自管道之外末端傳遞至分離設備之陣列時無導引，且其中相關聯偵測設備相對於分離設備定位以作用於處於顆粒之軌跡中的顆粒。

在此配置中，可提供每一管道之外末端處的導引部件，該導引部件可操作以用於在顆粒自旋轉主體釋放時改變軌跡。

較佳地，每一分離設備與顆粒在該顆粒自外末端釋放時進入的導引溝道相關聯，且當該顆粒處於導引溝道中時，相關聯偵測設備作用於該顆粒。

在一個較佳配置中，旋轉主體包含圓盤，該圓盤具有面對供應導管的前面，且管道位於圓盤之徑向平面中且自軸線向外延伸至圓盤之周邊。然而，可使用旋轉主體之其他形狀及配置。例如，主體可為三維的，並且溝道或管道亦具有沿旋轉軸線在Z方向上延伸的組件。當顆粒徑向向外移動時，此可用來改變管道中之顆粒上的加速力。在一個較佳配置中，管道之 成形使得存在第一加速區域以使顆粒加速以產生需要的分離，隨後接著為無淨加速度之區域。在第三區段中，可存在減速區域，以便在顆粒靠近分離系統或收集系統時減緩顆粒，以降低分離期間或顆粒停止至收集系統時的撞擊負荷。此等區域可使用二維結構或三維結構之管道的成形獲得。

在第二區域中，管道之路徑經配置，使得慣性力藉由摩擦平均地平衡，因此不存在淨加速度且籽粒間隔保持幾乎恆定。幾乎恆定速度區域之優點在於，存在較多時間來進行籽粒量測。

在一些狀況下，可為有利的是在分離或揀選之前，或在動作已經實行之後降低顆粒速度(減速)，以最小化或消除來自高速度撞擊之損害。降低之量級藉由以下要求來限制，作用於籽粒n的分離機構需要時間以在籽粒n+1到達之前返回至中立定位。籽粒之間的間隙可在量測之後減少至用於噴射循環之時間。減速之目的係用於系統與可在高速度撞擊下損害的顆粒一起之使用。對減速的需求必須與對動作所需要的分選之程度的需求及對最大產出的需求平衡。

顆粒之速度可藉由調整沿管道之路徑的徑向位移之速率以使摩擦力與慣性(離心及科氏)力平衡，在用以獲得需要的分選的加速之後保持幾乎恆定。

在旋轉主體為圓盤的情況下，較佳地，管道形成具有面朝供應導管的敞開面之溝道。然而，可使用其他配置，其中圓盤未必為完整實心結構，但可藉由圓盤形主體之提供顆粒通過的管道或導管所必需的該等部分簡單地提供。在一個實例中，結構可藉由輪轂及輪輻構造提供，其中顆粒在輪轂處進料至各自藉由輪輻中之個別一個界定的管道中。雖然通常 結構包括可形成至結構中的盡可能多的管道，以藉由最大化管道之數目來最大化系統之流動速率，但在一些狀況下結構可包括極其有限數目的管道，例如在不需要高通量的情況下僅一個或兩個。

較佳地，管道經彎曲，使得外末端相對於內末端角度延遲。此形狀通常緊密地遵循顆粒之路徑，因為該顆粒在離心力及科氏力下加速，使得顆粒可沿路徑行進而無抵靠管道之側的過度摩擦。

較佳地，管道在鄰近軸線的內末端處直接並排配置，使得進料導管以直接將顆粒分離至管道之內末端的方式堆積顆粒，並且管道朝向外末端在間隔上增加，因為管道朝向旋轉主體上的增加之直徑之面積移動。

為最大化管道之數目，在管道之外末端處，較佳地管道可包括分支，該等分支將顆粒之串流分離至分離的分支管道中以相對於入口之數目增加出口之數目，因此最大化旋轉主體之外邊緣處的出口之數目。

在另一任選配置中，管道可在內末端處一個堆疊在另一個之頂部上，以最大化入口之數目，且配置於外末端處的共用徑向平面中，使得所有出口並排位於旋轉主體之外邊緣處的徑向平面中。

在另一任選配置中，藉由稱為「母管道」之中心進料導管進料的每一管道可具有稱為「子管道」的一或多個副管道。每一子管道藉由母管道或另一子管道進料。子管道大體上平行於母管道延伸。顆粒經由第一管道之將力施加於顆粒上的壁中之一或多個通道自第一管道傳遞至第二管道中。第一管道中之每一通道經成形以允許小於臨界尺寸的顆粒傳遞至第二管道中。大於臨界值的顆粒藉由第一管道保留。通道充當大小過濾器，使得母管道之排出末端輸送最大顆粒且每一後續子管道漸進地輸送較小顆 粒。子管道可與偵測器及噴射器或在該等子管道中對顆粒之其他動作相關聯，或可簡單地將不需要的顆粒輸送至丟棄倉。在榖粒籽粒之狀況下，子管道可用來輸送不太合意的顆粒，諸如未成熟種子、破裂種子、雜草種子及汙物。

較佳地，旋轉主體之軸線為垂直的，使得圓盤位於於水平平面中。然而，可使用其他定向。

較佳地，顆粒跑動所抵靠的每一管道之側壁在沿軸線之方向上斜置，使得顆粒上的加速力作用來來將顆粒移動至共用徑向平面中以用於自旋轉主體釋放。亦即，加速力傾向於沿旋轉主體之軸向朝共用軸向定位移動顆粒。以此方式，即使顆粒在沿軸線隔開的定位處進入管道，管道之形狀將該等顆粒全部帶至相同軸向位置。

在一個較佳配置中，每一管道經成形，使得加速度使該顆粒抵靠該管道之壁移動，其中該壁為V形的，以將該顆粒限制於V形狀之基部。壁可包括表面，該表面包括用於嚙合及旋轉管道中之顆粒的膛線。另外，壁可包括一位置處的一或多個開口，使得小於顆粒的組件藉由經由開口釋放與顆粒分離。每一管道可包括相關聯第二管道，該相關聯第二管道平行於分離的較小組件所進入的管道。此可使用於存在此類管道之堆疊的系統中，使得顆粒自一開始藉由大小分離。

在一個實例中，每一分離設備包含：分離頭，其具有前邊緣，該前邊緣經配置，使得將要經分離的顆粒在串流中朝向前邊緣移動；以及致動器，其用於在該串流之一側上的經配置來將顆粒導向至該串流之第二側的第一定位與該串流之第二側上的經配置來將顆粒導向至該串流之該一 側的第二定位之間移動該前邊緣。

在此實例中，較佳地，該分離頭配置於旋轉主體之徑向平面中，且該第一側及該第二側配置於該徑向平面之個別側上。

在此實例中，較佳地，該分離頭包括在該前邊緣之該第一側及該第二側上的斜置導引表面，使得分離頭為大體楔形的。

較佳地，致動器藉由壓電部件移動。然而，可使用其他驅動力，例如電磁音圈。

較佳地，致動器安裝於在分離頭外側徑向延伸且位於於分離頭之徑向平面中的管中。

根據本發明之可獨立於其他特徵使用的另一重要特徵，每一分離設備包含：管道部分，其經配置使得將要經分離的顆粒在串流中移動穿過該管道部分；以及致動器，其用於在至少兩個分離定位之間移動該管道部分之排出末端，該等至少兩個分離定位經配置以將顆粒導向至對應的分離收集位置。

在此配置中，較佳地，管道部分之排出末端經移動至在旋轉主體之軸向上隔開的該第一定位及該第二定位。然而，其他移動為可能的，只要第一定位及第二定位允許至分離位置中或至分離收集溝道中之所需要的分離。

在此配置中，較佳地，管道部分安裝於旋轉主體上以用於與該旋轉主體一起旋轉。然而，可移動管道部分亦可與顆粒在其離開旋轉主體之後經導向至管道部分中的實施方式一起使用，其中該管道部分取決於發生的量測而經移動至分離定位。

在一些狀況下，致動器藉由壓電部件移動。然而，更較佳地，為提供必要的力及移動之量，致動器更通常為電磁音圈。

根據本發明之可獨立於其他特徵使用的另一重要特徵，每一管道較佳地包括經配置來用於藉由加速度將顆粒各自與下一個分離的第一部分及用於量測之第二部分，其中該第一部分及該第二部分經配置，使得第一部分中之顆粒加速度大於第二部分中之該顆粒加速度。意圖在於，在此方法中，第二部分經配置，使得第二部分中之顆粒加速度為低的或接近於零，以在量測期間將顆粒保持在恆定速度處或接近於恆定速度。

根據本發明之可獨立於其他特徵使用的另一重要特徵，較佳地，提供管道之進一步部分，在該進一步部分中，顆粒減速以降低該顆粒之速度以用於分離，或在動作已經完成之後，用於顆粒之收集。以此方式，可能充分地降低顆粒之速度以避免撞擊損害，尤其在顆粒為具有高質量且為相對柔軟的諸如豌豆或豆或漿果的較大種子的情況下。

在一個實例中，顆粒可藉由管道之該進一步部分之形狀來減速，該進一步部分作用來使其中之顆粒減速。亦即，管道部分之形狀經配置以對抗使顆粒加速的離心力。

在另一實例中，顆粒可藉由位於進一步部分中的空氣串流諸如藉由空氣噴嘴等減速。

根據本發明之可獨立於其他特徵使用的另一重要特徵，顆粒在經導向時可藉由撞擊表面嚙合，該撞擊表面經配置以撞擊顆粒，同時降低該顆粒上的撞擊負荷。例如，撞擊表面包括彈性材料以降低顆粒上的撞擊負荷。然而，可使用其他配置諸如撞擊表面之成形。

根據本發明之可獨立於其他特徵使用的另一重要特徵，提供用於封堵自供應導管至管道中之一或多個之出入口的閉合部件。此可使用於以下情形中，管道中之一或多個自供應導管封堵，使得當來自供應導管之顆粒供應量低時，僅一些管道可被使用。

當診斷測試表明量測設備或噴射器中之較多個中之一個故障失效時，此閉合特徵在允許單元之繼續操作(在降低的容量下)亦為有用的，其允許系統以適當作用的管道繼續進行。

根據本發明之一個態樣，提供一種用於揀選顆粒之方法，該方法包含：在供應導管中攜帶將要揀選的顆粒；將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之串流；將顆粒分離設備定位在該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一顆粒導向至如藉由該分離設備之操作決定的複數個路徑中之一個中；其中每一分離設備包含：分離頭，其具有前邊緣，該前邊緣大體沿著該串流放置，使得該串流中之顆粒朝向該前邊緣移動；以及致動器，其用於在該串流之第一側上的經配置來將該顆粒導向至該串流之第二側的第一定位與該串流之該第二側上的經配置來將該顆粒導向至該串流之該第一側的第二定位之間移動該前邊緣。

根據本發明之一個態樣，提供一種用於揀選顆粒之方法，該方法包含：在供應導管中攜帶將要揀選的顆粒； 將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之串流；將顆粒分離設備定位在該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一顆粒導向至如藉由該分離設備之操作決定的複數個路徑中之一個中；其中每一分離設備包含致動器，該致動器用於在經配置來將該顆粒導向至第一路徑的第一定位與經配置來將該顆粒導向至第二路徑的第二定位之間移動分離組件；其中該致動器藉由壓電部件移動。

根據本發明之一個態樣，提供一種用於揀選顆粒之方法，該方法包含：在供應導管中攜帶將要揀選的顆粒；將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之串流；將顆粒分離設備定位在該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一顆粒導向至如藉由該分離設備之操作決定的複數個路徑中之一個中；其中每一分離設備包含：管道部分，其經配置使得將要經分離的該等顆粒在一串流中移動穿過該管道部分；及致動器，其用於在至少兩個分離定位之間移動該管道部分之排出末端，該等至少兩個分離定位經配置以將該等顆粒導向至對應的分離收集位置。

根據本發明之一個態樣，提供一種用於揀選顆粒之方法，該方法包含：在供應導管中攜帶將要揀選的顆粒；將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之串流；將顆粒分離設備定位在該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一顆 粒導向至如藉由該分離設備之操作決定的複數個路徑中之一個中；其中每一顆粒通過經配置來用於藉由加速度將該等顆粒各自與下一個分離的路徑之第一部分及第二部分，其中該第一部份及該第二部分經配置，使得該第一部分中之該顆粒加速度大於該第二部分中之該顆粒加速度。

根據本發明之一個態樣，提供一種用於揀選顆粒之方法，該方法包含：在供應導管中攜帶將要揀選的顆粒；將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之串流；將顆粒分離設備定位在該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一顆粒導向至如藉由該分離設備之操作決定的複數個路徑中之一個中；以及使每一顆粒減速以降低該顆粒之速度以防止顆粒損害。

根據本發明之一個態樣，提供一種用於揀選顆粒之方法，該方法包含：在供應導管中攜帶將要揀選的顆粒；將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之複數個分離串流；將顆粒分離設備定位在該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一顆粒導向至如藉由該分離設備之操作決定的複數個路徑中之一個中；包括封堵自該供應導管至該串流中之一或多個出入口。

在所有以上態樣中，分離設備之操作係基於在路徑中量測的顆粒之參數之量測。然而，分離設備可使用於無量測發生的其他情形下。

本文配置可包括以下可能性：量測分選顆粒之品質參數、對 分選顆粒執行操作，及隨後在該操作之後量測品質參數以決定進一步操作。量測及操作之循環可發生若干次。本文之配置可亦包括以下可能性：對分選顆粒執行操作，及隨後在該操作之後量測品質參數以決定進一步操作。操作及量測之循環可發生若干次。本文配置可亦包括在無操作步驟的情況下量測分選顆粒之品質參數之可能性。本文之配置可亦包括在無量測步驟的情況下對分選顆粒執行操作或操作之序列之可能性。

亦即，其中一些順序操作可為本文所界定之分離。分離操作可在多個步驟中級聯。例如，第一量測可用來決定顆粒遵循二或更多個後續路徑中之哪一個。每一路徑可具有相異進一步操作及量測。循環可重複多次以產生複數個輸出串流。然而，其他過程可在相同系統中實行，諸如顆粒之包覆或用於滅菌之顆粒之照射。分選允許接近所有顆粒表面以用於包覆或照射。在無分選的情況下，包覆料可為不均勻的，或橋接在鄰近顆料之間。分選可促進上位包覆過程。藉由UV輻射之滅菌例如僅在具有表面與輻射源之間的直接視線之表面上為有效的。陰影表面未經滅菌，因此分選對於滅菌過程之有效性為關鍵的。每一管道因此可與複數個順序過程相關聯，該等複數個順序過程中之一些或全部與分離有關且一些可涉及顆粒上的其他過程。過程中之一些可對顆粒操作以改良沿管道之後續工作站處的量測步驟。在一些處理之間，使顆粒減速及/或加速可為必要的。

因此，本發明可用來在多步處理中控制顆粒之流動且基於量測的參數定製每一顆粒之處理。可存在複數個偵測步驟及基於在每一偵測步驟處量測的顆粒性質對顆粒執行的複數個操作。例如，第一步驟可用以偵測且移除外來材料諸如穀殼，且剩餘的材料可進一步沿管道流動至量測 種子品質參數的第二偵測器。在另一實例中，沿管道流動的分選種子可基於量測的種子參數經給予不同包覆料(肥料、殺真菌劑、殺蟲劑、益生菌等)。在另一實例中，諸如電磁輻射或光子處置的一劑量輻射可經施加至在管道中流動的顆粒，且可取決於量測的顆粒參數施加此劑量。電磁輻射可用來烘烤天然產物(微波、紅外線)或控制珠粒中之光聚合作用之程度(UV)。

多步驟過程亦可使用第二旋轉主體實行，該第二旋轉主體自第一、諸如環形圓盤接收顆粒，該環形圓盤包圍內圓盤，該內圓盤隨後能夠以不同速率旋轉。

通常進行揀選以將非均質原料隔離至較均質的倉中，且隨後可對較均質的原料進行進一步處理。概念上，可對分選顆粒進行處理步驟。

在需要「軟著陸」以防止對脆弱顆粒之撞擊損害的狀況下，顆粒可撞擊具有可在與撞擊週期同量的時間標度上變形的條帶之幕簾或刷子。幕簾可由水組成。在一個實施方式中，水彎月面藉由與分選裝置一起繞共用軸線旋轉的倉形成。在另一實施方式中，水幕簾為包圍分選裝置的瀑布。包括水幕簾的此等實施方式為較佳的，以最小化或消除對諸如藍莓或榿葉唐棣(Saskatoon)之軟水果的損害。用於提供諸如漿果之脆弱顆粒之受控減速的替代性配置包括表面，該等表面在相對於管道之水平平面的垂直方向上平穩地且逐漸地翻轉顆粒，使得抵抗向上移動顆粒的重力以來自減速的低力降低速度。此效應可亦藉由在包圍管道的圓盤中形成旋轉液體彎月面使得顆粒在液體中向上翻轉出管道之平面來獲得。將瞭解，在諸如量測及分離的操作完成之後且在顆粒經收集之前，許多顆粒取決於其結構在管道中或在管道下游需要受控減速。用於受控減速之各種方法可經提供且 在本文中予以描述。

本發明不限於所涉及的顆粒之類型或大小且可與將要經分離的不同顆粒或物件一起操作。

漿果類諸如榿葉唐棣及藍莓由於腐敗而具有短儲架壽命且需要在收穫之後立即處理。腐敗及未成熟漿果經揀選出。本發明提供用以較快速地揀選漿果之構件，其減少腐敗且向消費者呈現較高品質的產品。

在農業中，作物產量藉由每一單位面積種植特定數目的種子最佳化。並非所有種子產生活性植物。額外種子經種植以補償未能發芽或未能產生有生機的植物的種子。本發明可通常在播種或種植裝置上用來根據與活力有關的量測參數揀選種子，使得最可能產生活性植物的種子經種植且活性較小的種子用於其他目的。本發明可用來根據大小揀選種子以用於與種植設備之相容性。本發明可用來計數種子，使得特定數目可經種植。本發明亦可用來在種植設備中提供已知品質及數目的分選種子之快速串流。因為藉由本發明提供的每秒分選種子之數目比先前技術高得多，所以農民可每小時播種更多英畝。

採礦操作產生礦石，該礦石經壓碎以產生類似大小之顆粒且隨後經熔煉。通常，礦石之僅一小部分為有用礦物質且其餘部分作為礦渣經拒絕。熔化最終成為礦渣的岩石之能量投資為相當可觀的。本發明提供用來改良採礦操作之能量效率之構件。每一礦石顆粒中存在的礦物質變化且可藉由諸如x射線、拉曼(Raman)及紅外線的各種光譜方法量測。含有超過有用礦物質之臨界濃度的顆粒可經導向至熔爐，且含有小於有用礦物質之臨界濃度的顆粒可經導向至廢碴堆。節省熔化拒絕顆粒之成本。

本發明可應用來揀選膠體顆粒，該等膠體顆粒通常在產生大小及形狀之分佈的冷凝過程中製造。金屬膠體中之允許的電子躍遷敏感地取決於膠體之大小及形狀。本發明可用來基於大小及形狀或基於吸收光譜將膠體微粒揀選為均質分類。

雖然如本文在一些實例中描述的管道通常為具有形成於圓盤中的直立側之溝道，但管道亦可為圓形的、卵形的、三角形的或四邊形的等，或可為大體C形、V形或L形的部分管。管道亦可藉由最少二維或三維表面，或藉由在顆粒上給予力的接觸點界定的表面界定。管道亦可為諸如圓形、卵形、三角形或四邊形的許多不同橫截面形狀之封閉管。

當前技術之實施方式能夠達成具有良好精確度的近似每溝道每秒100籽粒之速率及具有不良精確度的近似每秒200籽粒之速率。

如下文所描述之配置可提供物件以增加籽粒速率，降低裝備之大小，且降低能量要求。

現將結合伴隨圖式描述本發明之一實施方式，在圖式中： 圖1為榖粒揀選裝置的等角視圖，其展示根據本發明之顆粒分選之方法。

圖2為貫穿圖1之裝置的垂直橫截面圖。

圖3A、圖3B及圖3C展示貫穿圖1及圖2之裝置之分離設備的垂直橫截面圖。

圖4為展示圖1之裝置之凹槽或管道中一個之形狀的部分等角視圖。

圖5為使用根據本發明之方法的裝置之第二實施方式的垂直橫截面圖。

圖6為用於在圖1之裝置中使用的用於顆粒之大小分離的管道之堆疊的示意圖。

圖7為使用根據本發明之方法的裝置之第二實施方式的垂直橫截面圖。

圖8為圖7之實施方式的平面圖，其僅展示管道中的一個。

圖9為包括使用圖1之分離裝置的一系列階段的方法之示意圖。

圖10為分離系統在種植系統中使用於活性種子與較少活性種子之分離且使用於計數種子以便將需要的計數數目的活性種子種植至地面中的另一實施方式的示意圖。

圖11為用於使用圖1之分離裝置對顆粒實行不同動作的方法的示意圖。

圖12為用於在根據本發明之方法中使用的圓盤且展示用於管道形狀之不同形狀的示意圖。

圖1及圖2中所示的用於基於顆粒之可量測參數揀選顆粒之裝置包含供應導管10，該供應導管攜帶將要自進料供應10A揀選的顆粒，該進料供應將顆粒以連續串流供應，以經由導管傳送至圍繞軸線12可旋轉的旋轉主體11。在所示實施方式中，旋轉主體為具有垂直配置的軸線12之平坦圓盤，使得圓盤提供上水平表面，顆粒13在串流中自導管10供應至該上水平表面上。導管配置在圓盤之中心處，使得顆粒堆積至圓盤正旋轉但存在極小向外速度的位置之中心上。此點處的籽粒速度為來自供應導管10中之流動。圓盤上之一點處的速率為v=wr，其中w為角速度且r為半徑。若籽粒堆積在速度之改變過高的區域中，則該等籽粒跳動且流動為混亂 的。籽粒經堆積在中心區域以最小化速度之改變。

在形成旋轉主體的圓盤之上表面上提供複數個管道14，該等複數個管道14各自從鄰近軸線的內末端15向外延伸至與軸線以相較於內末端的更大徑向距離向外隔開的外末端16。在此實施方式中，管道之外末端16配置成鄰近於圓盤11之邊緣17但與該邊緣向內隔開。在此實施方式中，每一管道14自與中心緊密鄰近的位置延伸至圓盤之周邊17，使得該等管道在中心直接並排配置，且該等管道向外發散，使得在外末端16處，該等管道圍繞周邊17而間隔開。

內末端15因此配置於鄰近於軸線的陣列中，使得供應導管10作用以將要揀選的顆粒堆積在管道之內末端15處，以用於將要揀選的顆粒進入內末端中。因為內末端在圓盤之中心處為直接鄰近的，彼處在中心處形成一堆之顆粒經自動地均勻揀選至管道在其內末端處之敞開口中。假定在中心連續堆放顆粒，圓盤之旋轉將作用來在一串流中將顆粒均勻地揀選至單獨管道中，該串流由相對於顆粒尺寸的口之尺寸來界定。在沿管道之路徑之開頭處，顆粒將為直接鄰近的或重疊。然而，沿管道的顆粒之通道在該等顆粒藉由離心力加速時將作用以使顆粒各自與下一個展開以形成不重疊的一排顆粒。當力隨著距軸線12增加的徑向距離而增加時，顆粒將漸增地加速且因此顆粒之間的距離將沿管道之長度增加。籽粒在管道之第一部分中與管道軸向對準，且籽粒長度界定初始中心至中心間隔，該初始中心至中心間隔具有歸因於籽粒大小差異的一些變化。離心加速度在給定半徑下為一致的，但用於榖粒籽粒之摩擦力變化約20%。摩擦力與科氏力成比例，摩擦力=uN(u=近似0.2-0.25的摩擦係數，N=主要由科氏力供應的 管道壁的法向力)。如以上所闡述，藉由將管道沿淨力(先前在本文中提到的)之線彎曲，該管道可經成形以來最小化法向力及摩擦。相反地，藉由將管道彎曲以增加法向力，將管道彎曲至恆定或甚至減少的半徑，或藉由改變紋理及/或材料增加管道之選定部分之摩擦係數，顆粒之加速度可被降低。

可進行相對於顆粒之大小的管道長度之選擇，使得每一顆粒與後面的顆粒之間的間隔可經選擇為顆粒長度之比例。在分離器經使用於種子的實例中，每一種子與下一種子之間的分離可至少等於種子之長度，且通常為種子之長度的1.5或2.0倍。

因此，管道經成形且配置，使得顆粒在其自內末端傳遞至外末端時加速，以便使顆粒在其朝向外末端移動時於一列中相繼對準。

外末端16以角度隔開的陣列配置在旋轉主體之外周邊處，使得每一管道中之該列顆粒中之顆粒藉由來自圓盤的離心力自圓盤之軸線向外釋放。開口全部位於圓盤之共用徑向平面中。管道可經形成為切割至較厚圓盤之上表面中的凹槽，或藉由施加至圓盤之頂部表面上的額外壁形成，或形成為二維及/或三維形的導軌。

顆粒分離設備21之陣列20在圓盤之外邊緣17處以環形配置，使得個別分離設備21圍繞圓盤配置在角度隔開的位置處。

每一分離設備可操作以將每一顆粒導向至複數個路徑中之一個中，如藉由分離設備之操作所決定。在所示實例中，分離設備經配置以相對於出口16之平面向上或向下導向顆粒。如圖2及圖3A中所示，分離設備21可佔據顆粒未分離至一方向或另一方向的初始中間或開始位置。如圖3B中所示，分離設備可向上移動以便將顆粒向下導向至路徑22中以 用於收集在收集腔室23內。類似地，當分離設備移動至如圖3C中所示之降下位置時，顆粒沿路徑24在分離設備之頂部上向上移動以用於收集在腔室25內。兩個路徑22及24藉由導引板26分離，該導引板確保顆粒移動至腔室23、25中之一個或另一個。

為控制分離設備21，提供大體表示為28之量測系統，當顆粒自圓盤之邊緣處的管道之末端朝向分離設備移動時，該量測系統用來量測顆粒之一或多個選定的參數。量測設備攜帶於安裝環28A上。

量測系統可以是此工業中已知的任何適合的類型，例如偵測顆粒之某些光學特性以決定需要經量測的特定參數的光學量測系統。亦可使用其他量測系統，因為將要使用的系統之類型及將要選擇的參數並非本發明之部分。

在一典型實例中，顆粒之分析涉及歸因於疾病的種子之劣化之存在，且此可通常例如使用系統光學地偵測且揭示於本發明人之先前美國專利8227719中，該美國專利之揭示內容以引用方式併入本文或可經參考以用於進一步細節。

每一分離設備21與各別偵測設備28相關聯，該各別偵測設備可包括多個偵測組件，且可操作以量測顆粒之參數且回應於藉由相關聯偵測設備量測的參數，各別或分離設備經操作以選擇路徑22或路徑24。

將瞭解，若需要，可修改路徑之數目以包括超過兩個路徑，取決於將要量測的參數。路徑之增加的數目之此選擇可藉由提供定位在初始分離下游的後續分離設備21來實行。以此方式，路徑中之一個或兩個可分成二或更多個副路徑，並且所有分離設備藉由自量測設備28接收資料的 控制系統29控制。

圓盤11因此具有面對供應導管的前面30，且管道14位於圓盤之徑向平面中且自軸線向外延伸至圓盤11之周邊17。

如圖4中所示，管道14形成直立壁14A，該直立壁14A具有面朝供應導管10的敞開面且橫跨圓盤。該壁14A界定V形橫截面，該V形橫截面具有彙聚於頂點14E之兩個側14B及14C，在該頂點14E處提供膛線14D。然而，管道可在頂部表面處閉合，並且僅口15及排出末端16敞開。

如圖1中所示，管道14經彎曲，使得外末端16相對於內末端15角度延遲。此形成每一管道之側表面14B，如圖4中最好地展示，該側表面相對於如D所示的反時針方向上之旋轉方向角度延遲。管道之此曲率經配置以大體上遵循科氏力及離心力，使得顆粒跟隨管道而無抵靠管道之任一側壁的過量壓力。然而，管道之形狀經配置，使得科氏力傾向於驅動顆粒抵靠管道14之下游側14B。如圖4中所示，側壁14B經斜置，使得顆粒上的力F推動顆粒抵靠斜置壁，從而朝向管道14之頂點14E驅動顆粒。此作用來使所有顆粒朝向管道之頂點14E，因此顆粒在管道14之頂點14E之徑向平面處自圓盤出現。

如圖4中所示，壁14B包括膛線14D，該膛線經形成為沿側壁延伸的凹槽或肋狀物，使得當顆粒在表面上自表面之上邊緣滾動至底部壁時，顆粒圍繞顆粒之縱向軸線旋轉，從而傾向於使顆粒與其縱向於壁之較長軸線對準且亦傾向於使顆粒圍繞此縱向軸線自旋。圖4中所示的膛線凹槽或肋狀物為橫斷管道表面的大體螺旋路徑之分段。螺旋節距調節顆粒 之自旋。以此方式，當顆粒沿表面自入口15滑動至出口16時，顆粒朝向表面之頂點移動且圍繞該等顆粒之軸線旋轉以適當地定向顆粒且給予自旋或旋轉。當顆粒自排出口16出現時，此等顆粒因此在共用徑向平面中對準，與該等顆粒沿管道之縱向軸線對準且在該等顆粒出現時具有一些自旋，以用於藉由偵測系統28對顆粒之較好分析。該旋轉允許顆粒之不同表面向偵測系統28呈現以獲得表面特性之平均。同時，顆粒以共用定向呈現。

如圖1中最好地所示，管道14在鄰近軸線的內末端15處直接並排且朝向外末端16在間隔上增加。在內末端15處，管道直接並排，使得藉由最大數目的開口15提供最大數目的管道。在未示出的配置中，管道之數目可增加，其中管道包括分支使得每一管道沿其長度分成一或多個分支。

在未示出的另一配置中，管道可在內末端15處一個堆疊在另一個之頂部上，以增加內末端處的管道開口之數目。亦即例如，若管道之三個環一個堆疊在另一個頂部上，則管道之總數目可增加三倍。隨後，當空間在外邊緣處變得可在共用平面中容納管道之三個環時，藉由將最高管道向下移動以在外末端處將管道配置於共用徑向平面中。以此方式，管道之外末端16可在圓盤之周邊17處或鄰近該周邊直接並排配置。

在圖1及圖2之實施方式中，偵測設備28及分離設備21兩者皆位於圓盤之周邊17內。以此方式，顆粒在其自管道之外末端傳遞至分離設備之陣列時經導引。

在圖5中展示分離設備21超出圓盤之周邊17的替代性配置。在此實施方式中，顆粒沿藉由圓盤11之角速度及管道14在外末端16 處之方向決定的軌跡行進。相關聯偵測設備28相對於分離設備21定位以作用於顆粒之軌跡中的顆粒。亦即，軌跡配置於外周邊17與分離設備21之間的自由空間中，使得退出管道之排出末端16的顆粒取決於該顆粒之釋放位置而行進經過偵測設備28中之一個，且自該偵測設備，顆粒移動至相關聯分離設備21，該相關聯分離設備21作用來取決於藉由其相關聯偵測設備28實行的分析來進行分離。因此必要的是軌跡為一致的，且確保經偵測的顆粒經移動至必需的分離設備。

若需要，則在每一管道之外末端處提供可移動導引部件(未示出)，以用於使用形成可為剛性或可撓性的導引表面的導引部件改變軌跡，當圓盤及該圓盤上之管道旋轉且自一個偵測器移動至下一個偵測器時，該導引表面在角度方向上改變定向以將顆粒導向至最近偵測器及相關聯分離器。

在未示出的另一配置中，代替使用顆粒軌跡來控制經過所需要的偵測設備及相關聯分離設備的顆粒之移動，每一分離設備21與導引溝道相關聯，當顆粒自外末端16釋放時，該顆粒進入該導引溝道中，且相關聯偵測設備28作用於導引溝道中之顆粒。

在未示出的另一配置中，偵測設備及分離設備兩者安裝於圓盤上以用於與管道一起旋轉。以此方式，分離設備直接與管道中之個別一個相關聯，以確保在管道中行進的顆粒移動經過相關聯偵測設備，且自該偵測設備直接移動至分離設備以確保精確分離，而無藉由圖5之配置中的軌跡之差異引起的錯誤之可能性。再次，分離設備作用來取決於顆粒之所偵測特性而將顆粒分離至一路徑中，或藉由導軌分離。在此配置中，路徑 穿過圓盤中之開口。

如圖3A、圖3B及圖3C中最好地所示，每一分離設備包含分離頭40，該分離頭具有前邊緣41，該前邊緣大體位於圓盤11之徑向平面中，使得自外末端16釋放的顆粒朝向前邊緣41移動。分離頭40包括前邊緣41之個別側上的斜置導引表面42及43。以此方式，分離頭40為大體楔形的。分離頭安裝於杠桿44上，該杠桿安裝在管45內側，使得杠桿及用於杠桿之致動機構在管內側經保護，該管位於分離器頭背後且藉由該分離器頭保護。致動器46經提供來用於在徑向平面47以上及以下的第一位置與第二位置之間移動前邊緣41，該徑向平面47藉由顆粒13之路徑界定。因此，圖3A示出了中心及中立位置。在圖3B中，前邊緣41已向上移動，該前邊緣經配置來將顆粒導向至徑向平面以下的徑向平面之側。在圖3C中所示之位置中，前邊緣向下移動至徑向平面之第二側，且經配置來將顆粒導向至徑向平面之第一或上側。楔形頭及其前邊緣之此移動需要前邊緣41之極小移動且使用顆粒自身之動量來藉由顆粒在導引表面42及43上滑動簡單地引起分離。分離頭因此不需要移動至與顆粒撞擊或在顆粒上產生橫向力，因為該頭僅需要移動至允許顆粒產生所需要的分離力的位置中。

考慮到杠桿之提供，致動器46僅需要產生小距離移動，且因此可藉由壓電部件移動。替代地，移動可藉由小電磁線圈實行。此設計允許使用可產生必要的高速動作以充分迅速地佔據圖3B及圖3C之兩個定位以適應顆粒之高速移動的組件。如所示，致動器46位於分離頭外側且位於分離頭之徑向平面中。

本發明之配置因此提供用於例如籽粒的顆粒之分離之系 統，其中顆粒在進料區域中經供應且藉由管道及管道之入口分離以便形成顆粒之複數個串流。

進料管10之流動速率藉由其之最窄腰部決定且此可經控制以為顆粒提供適合的流動速率。籽粒填充圓盤之中心處的中心區域且徑向地流動至對準區域中之溝道中。顆粒沿管道的移除速率藉由尺寸及旋轉速率之選擇而配置為與進料管道10供應的進料速度相等。流動滿足連續方程式P1V1=P2V2，其中P1及P2為籽粒數目密度且V1及V2為籽粒速度。籽粒之間的平均中心至中心分離與V成比例。

第二約束條件藉由管道14之寬度提供，其中溝道寬度經選擇以便避免籽粒堵塞。因此，溝道寬度較佳地大於籽粒長度以避免堵塞。在溝道寬度大於籽粒長度的1.5倍的情況下，籽粒可無收縮的情況下流動。以此方式，溝道之數目乘上溝道之寬度可近似等於進料管直徑。然而，溝道不需要以進料管直徑開始。通常，在溝道之開始之前，可存在具有直徑大於進料管直徑的平坦區域。

進一步約束條件涉及最接近於進料管道10的圓盤11與進料管道10自身之間的容許速度差。對於小麥籽粒，進料區域半徑處的進料與圓盤之間的速度差必須小於2m/s，且較佳地小於1m/s。容許速度差通常隨將要分選的顆粒之類型變化。具有大差量v之籽粒自圓盤跳起。在中心進料位置處提供於圓盤上方提供一蓋子的配置可容忍較大速度。來自進料管的小初始速度為合意的，以幫助自進料區域至對準區域的移動。若初始速度過大，則籽粒跳起。初始速度藉由進料管與圓盤11之間的垂直分離調節。中心圓錐可經提供以幫助在中心處向外導向材料遠離軸線。

在藉由管道提供的對準區域中，籽粒自進料區域流動至溝道中。流動藉由在此區域中接近1G的離心力促進。最初，籽粒緊密堆集。當籽粒獲得徑向速度時，平均分離增加，且與徑向速度成比例的通常為1G至3G的科氏力施加於籽粒上。科氏力使籽粒沿溝道或管道之下游或後端側壁端對端地對準。由於來自側壁的摩擦，籽粒受到拖曳力，該摩擦與重力及科氏力之向量和成比例。藉由以平滑耐磨材料製造圓盤，摩擦係數經最小化或降低。較佳地，使管道之側壁彎曲或在垂直方向上斜置，使得籽粒由於沿溝道之側壁的科氏力而移動至Z方向上的共用徑向平面中。

在加速區域中，當籽粒藉由離心力加速時，籽粒之間的間隔增加。如所示，管道經彎曲，使得科氏力亦有助於籽粒加速。溝道之側壁由平滑硬質材料製造以最小化摩擦及磨損。每一籽粒上之淨力通常比1G大得多且隨徑向位移快速地增加。在一個實例中，在以400rpm自旋的220mm直徑之圓盤中，最大的力約為44G。籽粒上之空氣動力拖曳力隨遞增的速度變得重要，最終將終端速度設定在8m/s與9m/s之間。若在圓盤處藉由真空泵降低環境壓力或使圍繞圓盤的區域充滿相較於空氣的較低密度氣體諸如氦，則可達成較高速度。壓力差可用來增加進料管中之流動速率，同時增加終端速度。忽略摩擦力，離開圓盤之周邊邊緣17的籽粒之最終速度等於圓盤之角速度乘上圓盤半徑。

關於經過偵測器28的籽粒之速率，理想的是中心至中心之分離足以允許一個籽粒之噴射不影響隨後籽粒之軌跡。藉由以上給出的連續方程式，對於每個1m/s的籽粒速度，兩個小麥籽粒長度之分離符合近似每秒80籽粒之籽粒速率。

籽粒之特性之偵測並非本發明之一部分且因此未詳細描述。可使用許多不同感測系統，該等許多不同感測系統使用不同技術及顆粒之不同特性。

在一個實例中，使用取樣區域由適合的光特性照明的光學系統。當顆粒穿過取樣區域行進時，自研究中的顆粒接收反射光。可在不同波長處針對不同特性分析反射光。分析可藉由光譜儀實行。

如以上所描述，籽粒藉由機械杠桿偏轉。在一個實施方式中，機械杠桿可附接至旋轉音圈。在一較佳實施方式中，機械杠桿藉由壓電轉換器驅動。在一個實施方式中，壓電堆產生藉由杠桿作用放大的小位移。在一較佳實施方式中，壓電轉換器為雙壓電晶片。具有介於20度與45度之間的頂角之楔頭40安裝於雙壓電晶片之末端上。更佳地，頂角介於30度與35度之間。籽粒藉由分選裝置朝向楔形頭之前邊緣導向。當電壓施加至雙壓電晶片時，楔經偏轉遠離其中心靜止定位。若電壓之符號反向，則偏轉之方向反向。40mm長之雙壓電晶片可產生約2mm的位移。雙壓電晶片可比其他類型的噴射器顯著更快地經驅動。噴射器處的較短回應時間允許較高籽粒速率。

轉向圖7及圖8，展示包括藉由馬達301驅動的圓盤300之又一實施方式。進料導管302沿路徑303將微粒材料供應至進料位置304，在該進料位置處，特定材料降落至圓盤300之上表面上。中心圓錐或圓頂部分305直接位於導管302下方，以便幫助將材料向外散佈至複數個管道306、307中，該等複數個管道之數目當然為可變化，自最小值一個直至可在可利用的面積內獲得的最大數目。具體而言，當存在大量管道時，提供 閘308、309，每一個閘定位在個別管道的入口之外，以便控制特定材料至管道中之流動。以此方式，當進料材料之量相對低時，管道中之一些可藉由操作驅動個別閘的致動器310封堵。

每一管道藉由具有兩個大體直立側壁311及312之溝道形成，顆粒在該兩個大體直立側壁之間通過。此等可為垂直的，但更可能具有如先前所描述之「斜置」側壁。另外，取決於經揀選的項目及旋轉主體之幾何形狀，此管道可為管(圓形、卵形、三角形或四邊形等)或部分管，亦即，C形、L形、V形，或遵循藉由管道將力施加於顆粒上的路徑的最少二維及/或三維形狀。

諸如圖8中所示之管道307的每一管道包括在沿管道之長度的隔開定位處的第一部分313、第二部分314及第三部分315，該等部分通向與閘309相對的管道之末端處的排出口316。管道之第一部分313經成形且配置，以便提供顆粒在經由閘309進入之後的加速度，以便沿管道部分之長度將每一顆粒與下一顆粒縱向地分離。

第二管道部分314包括在沿管道部分314之長度的隔開定位處的一或多個感測器317、318、319。該等感測器可用來量測通過管道部分314的顆粒之不同特性，使得自感測器接收信號的控制設備320可導向分離系統以在管道內分離顆粒。

第二管道部分314經成形且配置以便在第二管道部分內提供顆粒之降低的加速度。較佳地，配置使得在第二管道部分中顆粒之加速度為極低或零，使得該等顆粒在其通過感測器時維持穿過第二管道部分的幾乎恆定速度。此可例如藉由設定第二管道區域中之摩擦以平衡離心加速 度來達成。替代地或與摩擦組合，可藉由沿距旋轉軸線的幾乎恆定徑向距離之彎曲配置第二管道部分來降低離心加速度。

第三管道部分315充當分離系統，其中管道部分315繞安裝銷321樞轉，以便在至少兩個分離位置之間移動排出末端316。在管道307處之右末端上所示的位置中，排出開口316位於與圓盤相同的平面中且將退出此排出開口的顆粒導向至第一溝道322中以用於收集為具有藉由感測器量測的第一特性之顆粒之集合。第二溝道323經提供來用於在如關於管道306在圖8之左末端處所示的管道部分315之第二定位中接收顆粒。

因此，將注意，管道部分315藉由致動器324在溝道322及323之第一定位與第二定位之間移動，該致動器在溝道322及323之間向上及向下升舉排出末端316。通常，致動器324為電磁音圈，該電磁音圈提供充分的力及移動以在兩個定位之間升舉管道部分315。

如所示，在此實施方式中，第三管道部分315形成主管道306或307之一部分且攜帶於圓盤300上以用於與該圓盤一起旋轉。

如所示之第三管道部分315亦以引起通過該第三管道部分的顆粒之減速的方式與第一管道部分及第二管道部分不同地成形。因此，顆粒在其自排出末端316出現時處於相對於在量測階段期間的速度降低的速度，以便在顆粒離開排出末端之後降低撞擊損害之可能性。應注意，穿過管道之所要的速度分佈取決於材料性質。對於一些材料，第三管道部分可經成形以提供速度之增加。作為一替代方案，第三管道部分可藉由斜置閘替換，該斜置閘可為剛性的，但更佳地為可撓性的且彎曲的，以便將較低之重導向力施加於顆粒上。

另外或替代地，管道部分314內之顆粒可藉由沿管道導向的傾向於減緩顆粒之移動的氣流減速。再次，此用以使顆粒減速以防止或減少來自顆粒離開開口316時的撞擊損害。

另外或替代地，管道部分314內之顆粒可藉由諸如如先前所描述之瀑布或彎月面的水幕簾減速。

另外或替代地，撞擊損害可藉由在溝道322、323之表面上提供彈性層326來減少，顆粒在其離開排出開口316時撞擊在該彈性層上。在一個實例中，層326為諸如橡膠的彈性材料。在另一配置中，撞擊損害可藉由使顆粒撞擊的表面斜置來減少。

在圖1之配置中，分離器21包括蓋部分21A，該蓋部分形成閉合溝道，為路徑24選擇的顆粒通過該閉合溝道。此溝道可包括撞擊表面及/或作用來引起減速的其他組件。另外在圖1中，自圓盤之周邊17退出的材料經收集在收集器溝道98中，該收集器溝道容納如本文所描述之適合的減速材料99。

提到的所有關於在靠近分離系統時減速的方法為可用來使顆粒在分離之後減速的可能技術。分離之後的減速將為極重要的，取決於何物將經揀選。

因此在此實施方式中，管道之末端部分安裝於鉸鏈上，該鉸鏈使管道之末端部分能夠向上或向下傾斜，使得退出管道經向上或向下偏轉。管道之末端部分附接至致動器，該致動器可為壓電致動器、旋轉音圈或其他適合的致動器。此方法之優點在於管道之末端部分之角位移可基於籽粒品質特性加以變化以使用單個設備將籽粒揀選至複數個輸出串流中。

在噴射器中，籽粒朝向噴射器行進，該噴射器由安裝於壓電雙壓電晶片之末端上的楔形頭40組成，該壓電雙壓電晶片安裝於管中。圖3A中所示之定位展示無動力壓電雙壓電晶片，其中籽粒具有經偏轉至藉由分割器分離的上倉或下倉中的相等可能性。圖3B中所示之定位展示當+100V施加至壓電雙壓電晶片且籽粒經偏轉至下倉中時的噴射器之定位。圖3C中所示之定位展示當-100V施加至壓電雙壓電晶片且籽粒經偏轉至上倉中時的噴射器之定位。

如本文描述且例示之分離器系統可與不存在顆粒之參數之特定量測的系統一起使用，因為分離設備之特徵可使用於其他領域中。

如圖10中所示，展示大體用400表示的播種系統，該播種系統包括播種工具桿401，在該播種工具桿上安裝一系列單獨種植設備402。每一種植機402藉由傳送管道系統403供給種子，該傳送管道系統以來自大體如以上所描述之分離器404供給種子，其中漏斗405將種子供應至分離器。

因此，本發明之量測及分離系統在播種或種植裝置400上用來根據與活力有關的量測參數揀選種子，使得最可能產生活性植物的種子經種植且活性較小的種子使用於其他目的。本發明可用來根據如藉由感測器406偵測的大小揀選種子，以與種植設備相容。感測器406可用來計數種子，使得指定的數目可經種植或封裝。配置亦在種植設備中提供藉由分離器407分離的已知品質及數目的分選種子之快速串流。因為藉由本發明提供的每秒分選種子之數目比先前技術高得多，所以農民可每小時播種更多英畝。

如在408處所示，接近於量測設備406的管道之一部分包含透明材料409。

另外如410處所示，量測設備位於接近於管道間隙中之間隙411處，以在不受管道壁阻礙的視野的情況下量測顆粒之不同參數。在此配置中，管道部分412大體上平行於間隙411之位置處的顆粒之平均速度向量，以最小化沿管道的顆粒流動之擾動。

如圖6中所示，展示基本上具有圖4中所示之V形輪廓的一個管道。亦即，管道14經成形，使得加速度使顆粒抵靠管道之壁14B、14C移動，其中壁為V形的，以將顆粒限制於V形狀之基部。

壁14包括頂點處之一或多個開口14G，使得顆粒13在壁14B、14C上跑動，但小於顆粒的組件13A藉由經由開口14G釋放與顆粒分離。在所示實施方式中，開口14G呈沿頂點的大體連續開口之形式。因此，每一管道包括平行於管道14的相關聯第二管道14S，經分離的較小組件進入該相關聯第二管道14S。此隨後繼之以第三管道14T，該第三管道再次取得進一步較小顆粒13B。因此，存在此類管道14、14S、14T之堆疊，使得顆粒藉由大小與第一管道14分離。

另外如圖10中示意性地所示，顆粒在分離器407處之分離使用靜電力實行，其中顆粒根據選定的參數經差別地充電且隨後通過磁場412，使得差分充電使顆粒轉向至不同路徑。

圖9為包括使用圖1之分離裝置的一系列階段的方法之示意圖。

如所示，在500處指示的基於顆粒大小的初始分選及分離過 程將分離材料傳送於路徑501及502中。在路徑501中，顆粒經受包覆步驟503，接著為UV固化步驟504。在路徑502中，顆粒經受UV滅菌步驟505，接著為抗體施加步驟506。

在路徑501之末端處，基於大小的第二分離步驟507經由路徑508傳遞接受的顆粒。在路徑508中，顆粒經受UV滅菌步驟509，接著為抗體施加步驟510。在路徑508之末端處，進一步分離步驟511選擇用於接受或拒絕路徑之顆粒。類似地，在路徑502之末端處，進一步分離步驟512選擇用於接受或拒絕路徑之顆粒。

圖11為使用本發明之方法的對顆粒之不同動作的示意圖。亦即，在此等狀況下，分選方法並未使用於如以上所描述之揀選，但替代地使用於各種操作諸如計數、包覆、滅菌及其他。

圖12為圖1之裝置之圓盤的示意圖，其展示用於管道形狀之不同選項。在每一管道中，管道與圓盤半徑之角度引起加速度、無加速度(恆定速度)及減速之不同效應。亦即，在管道141中，顆粒在其向外移動時經受恆定加速度。在管道142中，顆粒在其向外移動時經受加速度，接著為恆定速度，接著為進一步加速度。在管道143中，顆粒在其向外移動時經受加速度，接著為恆定速度，接著為減速。在管道144中，顆粒在其向外移動時經受可變速度分佈。

Claims (37)

1. 一種用於分選顆粒之方法，該方法包含：在一供應導管中提供集中顆粒之一供應；將一旋轉主體圍繞一軸線旋轉；該旋轉主體界定至少一個管道，該至少一個管道自鄰近該軸線的一內末端向外延伸至一外末端，該外末端與該軸線以相較於該內末端的更大徑向距離向外隔開；在該至少一個管道之該內末端處進料該等集中顆粒；該內末端經配置於鄰近該軸線的一陣列中，使得該供應導管作用來將該等顆粒堆積在該至少一個管道之該內末端處，以用於使該等顆粒進入至該內低速度末端中且用於將該導管中之顆粒之串流分離至該至少一個管道中之分離的管道中；該至少一個管道經成形且配置，使得該等顆粒在其自該內末端傳遞至該外末端時經加速，以便使分離至該至少一個管道中的該等顆粒在其朝向該外末端移動時在該管道中於一列中相繼對準。
2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其包括對該等分選顆粒實行一操作。
3. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中該操作藉由攜帶於該旋轉主體上的一或多個設備實行。
4. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該操作藉由位於一環形區域中的複數個設備實行，該環形區域包圍該至少一個管道之該等外末端，使得該操作在該等顆粒自該至少一個管道釋放之後實行。
5. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中該至少一個管道包含複數個管道，該等複數個管道配置於圍繞該軸線的一陣列中，其中該等管道在鄰近該軸線的該等內末端處直接並排，以用於與該供應導管合作及朝向該等外末端增加間隔。
6. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中該操作包含一量測設備，該量測設備與複數個分離設備中之一個別一個相關聯，該等複數個分離設備各自經配置來用於將個別顆粒導向至如藉由以該相關聯量測設備進行的該參數之該量測決定的複數個路徑中之一個中。
7. 根據申請專利範圍第6項之方法，其中該參數之該量測係藉由在數目上等於管道之數目的複數個量測設備實行，其中該等量測設備中每一個包括用於該等顆粒之分離參數之一或多個組件。
8. 根據申請專利範圍第1至7項中任一項之方法，其中該旋轉主體包含一圓盤部件，該圓盤部件具有面對該供應導管的一前面，且該至少一個管道位於該圓盤部件之一徑向平面中且自該軸線向外延伸至該圓盤之一周邊。
9. 根據申請專利範圍第1至8項中任一項之方法，其中該至少一個管道經彎曲，使得該外末端相對於該內末端角度延遲(angularly retarded)。
10. 根據申請專利範圍第1至9項中任一項之方法，其中該至少一個管道包括分支。
11. 根據申請專利範圍第1至10項中任一項之方法，其中該至少一個管道包括一側壁，該等顆粒藉由該加速度驅動抵靠該側壁，該側壁經成形，使得該等顆粒上之加速度作用來將該等顆粒移動至一共用徑向平面中以用 於自該旋轉主體釋放。
12. 根據申請專利範圍第1至11項中任一項之方法，其中該至少一個管道包括經配置來用於藉由加速度將該等顆粒各自與下一個分離的一第一部分，及用於量測之一第二部分，其中該第一部分及該第二部分經配置，使得該顆粒經減速以降低其速度。
13. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中該顆粒藉由該管道之進一步部分之一形狀減速，該進一步部分作用來使其中之該等顆粒減速。
14. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中該顆粒藉由一流體串流減速。
15. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中該顆粒藉由改變該至少一個管道之一表面之摩擦特性減速。
16. 根據申請專利範圍第1至15項中任一項之方法，其中該等顆粒藉由一撞擊表面減速，該撞擊表面經配置來降低該撞擊表面上之撞擊負荷。
17. 根據申請專利範圍第1至16項中任一項之方法，其包括用於封堵自該供應導管至該等管道中之一或多個出入口的一閉合部件。
18. 根據申請專利範圍第1至17項中任一項之方法，其中該管道之至少一部分包含透明材料。
19. 根據申請專利範圍第1至18項中任一項之方法，其中該至少一個管道具有一壁，該壁由該壁之分段之間或該管道之分離分段之間的至少一個間隙分割。
20. 根據申請專利範圍第1至19項中任一項之方法，其中該至少一個管道之一表面包括用於嚙合及旋轉該管道中之該等顆粒的膛線。
21. 根據申請專利範圍第1至20項中任一項之方法，其中該至少一個管道包括在一位置處之一或多個開口，使得小於該等顆粒的組件藉由經由開口釋放與該等顆粒分離。
22. 根據申請專利範圍第21項之方法，其中該至少一個管道具有平行於該管道的一相關聯第二管道，該等經分離的較小組件進入該相關聯第二管道中。
23. 根據申請專利範圍第1至22項中任一項之方法，其中該至少一個管道經成形，使得該加速度使該顆粒抵靠該管道之一壁移動，且其中該壁為V形的，以將該顆粒限制於該V形狀之一基部。
24. 根據申請專利範圍第1至23項中任一項之方法，其中提供該至少一個分離設備，該至少一個分離設備包含：一分離頭，其具有一前邊緣，該前邊緣經配置，使得將要經分離的該等顆粒在一串流中朝向該前邊緣移動；以及一致動器，其用於在該串流之一側上的經配置來將該顆粒導向至該串流之一第二側的一第一定位與該串流之一第二側上的經配置來將該顆粒導向至該串流之該一側的一第二定位之間移動該前邊緣。
25. 根據申請專利範圍第24項之方法，其中該分離頭配置於該旋轉主體之一徑向平面中，且該第一側及該第二側配置於該徑向平面之個別側上。
26. 根據申請專利範圍第24或25項之方法，其中該分離頭包括該前邊緣之該第一側及該第二側上的斜置導引表面。
27. 根據申請專利範圍第24至26項中任一項之方法，其中該分離頭為大體楔形的。
28. 根據申請專利範圍第24至27項中任一項之方法，其中該致動器藉 由壓電部件移動。
29. 根據申請專利範圍第1至28項中任一項之方法，其中每一管道包括一管道部分及一致動器，該致動器用於在至少兩個分離定位之間移動該管道部分之一排出末端，該等至少兩個分離定位經配置來將該等顆粒導向至對應的分離收集位置。
30. 一種用於分離顆粒之方法，該方法包含：在一供應導管中攜帶將要揀選的顆粒；將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之一串流；將一顆粒分離設備定位於該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一顆粒導向至複數個路徑中之一個中；其中每一分離設備包含：一分離頭，其具有一前邊緣，該前邊緣大體沿著該串流放置，使得該串流中之顆粒朝向該前邊緣移動；以及一致動器，其用於在該串流之一第一側上的經配置來將該顆粒導向至該串流之一第二側的一第一定位與該串流之該第二側上的經配置來將該顆粒導向至該串流之該第一側的一第二定位之間移動該前邊緣。
31. 根據申請專利範圍第30項之方法，其中該分離頭包括該前邊緣之該第一側及該第二側上的斜置導引表面。
32. 根據申請專利範圍第30至31項中任一項之方法，其中該分離頭為大體楔形的。
33. 根據申請專利範圍第30至32項中任一項之方法，其中該致動器藉由壓電部件移動。
34. 一種用於揀選顆粒之方法，該方法包含：在一供應導管中攜帶將要揀選的顆粒；將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之一串流；將一顆粒分離設備定位於該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一顆粒導向至複數個路徑中之一個中；其中每一分離設備包含一致動器，該致動器用於在經配置來將該顆粒導向至一第一路徑的一第一定位與經配置來將該顆粒導向至一第二路徑的一第二定位之間移動一分離組件；其中該致動器藉由一壓電部件移動。
35. 一種用於揀選顆粒之方法，該方法包含：在一供應導管中攜帶將要揀選的顆粒；將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之一串流；將一顆粒分離設備定位在該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一顆粒導向至如藉由該分離設備之操作決定的複數個路徑中之一個中；其中每一分離設備包含：一管道部分，其經配置使得將要經分離的該等顆粒在一串流中移動穿過該管道部分；及一致動器，其用於在至少兩個分離定位之間移動該管道部分之一排出末端，該等至少兩個分離定位經配置以將該等顆粒導向至對應的分離收集位置。
36. 一種用於揀選顆粒之方法，該方法包含：在一供應導管中攜帶將要揀選的顆粒；將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之一串流；將一顆粒分離設備定位在該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一 顆粒導向至如藉由該分離設備之操作決定的複數個路徑中之一個中；其中每一顆粒通過經配置來用於藉由加速度將該等顆粒各自與下一個分離的一路徑之一第一部分及一第二部分，其中該第一部份及該第二部分經配置，使得該第一部分中之該顆粒加速度大於該第二部分中之該顆粒加速度。
37. 一種用於揀選顆粒之方法，該方法包含：在一供應導管中攜帶將要揀選的顆粒；將來自該供應導管之該等顆粒在一列中形成為該等顆粒之一串流；將一顆粒分離設備定位在該串流處，該顆粒分離設備可操作以將每一顆粒導向至如藉由該分離設備之操作決定的複數個路徑中之一個中以用於收集；以及提供每一顆粒之受控減速以防止對該顆粒之損害。