專(zhuān)利名稱：分揀物品的方法和裝置的制作方法
本申請(qǐng)是1996年9月13日提交的08/713702號(hào)申請(qǐng)的后續(xù)申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及到用來(lái)從選定的物品中分離未選定物品的方法和裝置，包括從不需要的物品中分離出需要的谷物，堅(jiān)果和豆子。
食品加工工業(yè)中的許多領(lǐng)域涉及到從次等的物品中分揀具有較高市場(chǎng)價(jià)值的物品。例如，碾米，堅(jiān)果加工和豆類(lèi)加工工業(yè)都要對(duì)批量物品進(jìn)行分揀，從中去除低質(zhì)量或是不好看的物品。
例如在碾米工業(yè)中，完整的谷物成品的價(jià)值很高。與完整的谷物相比，破碎谷物的市場(chǎng)價(jià)格要低得多。另外，在碾過(guò)的谷物中，破碎谷物等級(jí)在數(shù)量上的微小差別會(huì)明顯地降低其質(zhì)量等級(jí)。因此要從碾過(guò)的谷物中除去破碎的谷物并且低價(jià)銷(xiāo)售。
碾米工業(yè)包括兩種主要的碾米方法生碾米和半熟碾米。生碾米是對(duì)粗米進(jìn)行去殼和碾壓，同時(shí)還要進(jìn)行許多機(jī)械清洗和缺陷分離操作。按照半熟碾米方法，將粗米浸入熱水，蒸熱，干燥，去殼和碾壓，同時(shí)還要進(jìn)行許多機(jī)械清洗和缺陷分離操作。半熟加工的優(yōu)點(diǎn)在于可以改善稻米的烹調(diào)質(zhì)量和碾米產(chǎn)量。
在生碾米中，碾過(guò)的米出現(xiàn)破碎的一部分原因是谷物的結(jié)構(gòu)缺陷。在粗米中存在未成熟的谷物，白堊質(zhì)的谷物和內(nèi)部有裂紋的谷物。沒(méi)有長(zhǎng)成的未成熟谷物往往是薄弱易碎的。白堊質(zhì)谷物存在白漿或是有時(shí)被稱為白肚的不透明的心。白堊質(zhì)是由于存在空氣或者是由于在坯乳灌漿時(shí)不夠密實(shí)所造成的。這種谷物很軟并且易碎。裂紋的核是由于收割之前過(guò)分干燥或是濕度控制不適，機(jī)械收割的損傷，或者是收割后的某種損傷造成的。急劇和不受控制的濕度變化會(huì)在米核中造成機(jī)械應(yīng)力。如果應(yīng)力超過(guò)了米核的張力強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生裂縫或細(xì)裂紋。對(duì)于半熟碾米來(lái)說(shuō)，白堊和裂紋的谷物都不會(huì)破裂，因?yàn)樗鼈冊(cè)跓崴幚砥陂g幾乎已經(jīng)完全合攏了。因此，半熟碾米的整核產(chǎn)量比生碾米要高。如果生碾米機(jī)能夠獲得沒(méi)有裂紋和白堊的米，也就消除了這一缺點(diǎn)。
另一個(gè)例子是樹(shù)生和土生堅(jiān)果的加工業(yè)，堅(jiān)果的產(chǎn)量會(huì)明顯地受到異物和缺陷堅(jiān)果的影響。異物和缺陷中包括但是并不僅限于原色的堅(jiān)果，脫色的堅(jiān)果，成形但卻未成熟的堅(jiān)果，堅(jiān)果的表皮顆粒，玻璃，石頭，金屬，堅(jiān)果外皮，果殼，梗和核。
在堅(jiān)果加工業(yè)中，利用機(jī)械破碎，吹風(fēng)去掉果殼，從果殼物質(zhì)中分離，并且按照密度-體積進(jìn)行分類(lèi)。這種工藝并不能從果肉中有效或是完全地去掉不需要的物質(zhì)。在成品中仍然存在缺陷和異物，還需要通過(guò)進(jìn)一步的努力將這種不理想的等級(jí)降低到一種可以接受的等級(jí)。生產(chǎn)這種高度分離物質(zhì)所需要增加的基本設(shè)備和人力會(huì)給用戶帶來(lái)很高的成本。這樣使堅(jiān)果制品的生產(chǎn)商由于高質(zhì)量堅(jiān)果需要很高的加工成本而面臨價(jià)格上的缺點(diǎn)。為了補(bǔ)償一部分再加工和分離的成本，堅(jiān)果制造商采用了電子分揀機(jī)來(lái)降低廢物原料流中的成品量，以期提高總產(chǎn)量。進(jìn)而用這些分揀機(jī)去掉異物，維持可以接受的質(zhì)量等級(jí)。因此，制造商面臨著在隨著質(zhì)量特征而變化的原料成本和最終成品的成本(或是量)之間的平衡問(wèn)題。如果能夠從技術(shù)上優(yōu)化分揀設(shè)備的效率和基本成本，就能給制造商帶來(lái)明顯的優(yōu)點(diǎn)。
以下是與本發(fā)明的分揀方法有關(guān)的一些出版物。Massen等人的專(zhuān)利5524746公開(kāi)了一種用于分揀粗米的裝置，它采用光學(xué)監(jiān)視器來(lái)檢測(cè)在一個(gè)傳送帶上輸送的不同顏色或是亮度的谷物，或者是不同大小和形狀的谷物。當(dāng)光學(xué)監(jiān)視器檢測(cè)到有缺陷的谷物時(shí)，就從一個(gè)噴嘴中射出一束空氣，從傳送帶上除去這種谷物。Satake等人的專(zhuān)利5245188公開(kāi)了一種采用開(kāi)槽的滑槽來(lái)估算谷物等級(jí)的裝置，在其中讓單獨(dú)的谷粒在下落時(shí)通過(guò)一個(gè)光源。檢測(cè)器測(cè)量每個(gè)谷粒的反射和透視光，從中確定谷粒是否完整，有無(wú)劃痕或是脫色。將劣質(zhì)的谷粒吸離開(kāi)槽的滑槽，通過(guò)不同的出口排出。Satake的專(zhuān)利4806764公開(kāi)了一種用來(lái)估算谷物質(zhì)量的裝置，它采用了裝有帶通濾波器和用于測(cè)量反射光的檢測(cè)器的紅外光譜儀，用來(lái)測(cè)量預(yù)先選定的成分的含量百分?jǐn)?shù)，諸如蛋白質(zhì)，直鏈淀粉，支鏈淀粉，以及濕度等等。根據(jù)各種含量百分?jǐn)?shù)來(lái)確定質(zhì)量的估算值。Satake的專(zhuān)利4752689與前述的專(zhuān)利有關(guān)，但是還可以打印和顯示出成分的實(shí)際含量百分?jǐn)?shù)。Gillespie等人的專(zhuān)利4666045公開(kāi)了一種用于水果分揀的坑的檢測(cè)裝置和方法，它采用一種帶傳感器的大范圍透射掃描光束和一種帶傳感器的測(cè)量光束。通過(guò)分析從水果的各個(gè)點(diǎn)上透過(guò)水果的光量檢測(cè)出坑。用一個(gè)噴射閥門(mén)去掉帶坑的水果。Satake的專(zhuān)利4752666公開(kāi)了一種用來(lái)在去殼或是帶殼的谷物當(dāng)中檢測(cè)有裂紋的谷粒的一種裝置，它使用了一個(gè)滑槽或是傳送帶，一個(gè)光源和兩個(gè)光檢測(cè)器。通過(guò)將透過(guò)一個(gè)被測(cè)谷粒的前半部分的光與通過(guò)其后半部分的光相比較來(lái)確定裂紋的谷粒。根據(jù)谷粒的位置，通過(guò)裂紋谷粒的一半的光比通過(guò)另一半的光要少。Pilesi等人的專(zhuān)利4196811是在每個(gè)顆粒從一個(gè)滑槽上下落時(shí)測(cè)量透射的光量來(lái)分揀顆粒。Murata的專(zhuān)利3871774是通過(guò)用激光照射谷粒并且測(cè)量由激光束發(fā)出的透過(guò)谷粒的光來(lái)檢測(cè)帶殼谷粒中的裂紋。在掃描到裂紋時(shí)，透過(guò)谷粒的光量就會(huì)減少。該專(zhuān)利沒(méi)有涉及到分揀谷物的方法，激光線，用來(lái)分離谷物以便于檢測(cè)的裝置，谷物穩(wěn)定裝置，或者是任何使發(fā)明更具有商業(yè)價(jià)值的特征。Fraenkel的專(zhuān)利3197647是通過(guò)測(cè)量透過(guò)每個(gè)谷粒的光來(lái)分揀生米和熟米。Twamley的專(zhuān)利1031669是通過(guò)發(fā)射穿過(guò)核心的光來(lái)測(cè)量核心的成熟度。Brizgis等人的專(zhuān)利4713781是通過(guò)用長(zhǎng)波紫外線輻射來(lái)照射谷粒而分析出受損的谷粒，讓受損部位暴露的淀粉發(fā)出熒光。用熒光的量來(lái)確定谷粒的受損程度。
總而言之。物品的分揀設(shè)備可以大致歸納成兩類(lèi)重力滑槽型和傳送帶型。重力滑槽型是將物流分離并且輸送到用來(lái)使物品下滑通過(guò)一個(gè)“v”形管道滑槽后排成一行的多個(gè)平行滑槽。這樣做的意圖是讓物品以每次一件的形式出現(xiàn)在一個(gè)檢測(cè)器前面。這種方法的負(fù)面結(jié)果是當(dāng)物品開(kāi)始沿著滑槽下滑時(shí)無(wú)法加以適當(dāng)?shù)目刂?。這樣就會(huì)使滑槽的排放速度和間隔發(fā)生變化。這些因素和在一起就會(huì)使單個(gè)的物品沿著滑槽擺動(dòng)不定，不能準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)器。而這種對(duì)準(zhǔn)對(duì)于分揀機(jī)能否檢測(cè)和準(zhǔn)確地排出不需要的物品是至關(guān)重要的。在物品通過(guò)檢測(cè)器時(shí)用來(lái)照射物品的光源可以是白熾燈或是熒光燈?？梢钥吹降娜毕蓊?lèi)型是由光源的波長(zhǎng)和/或檢測(cè)器上適當(dāng)?shù)臑V波而確定的。
傳送帶型的分揀機(jī)是將物品送上一個(gè)高速傳送帶(大約是150米/分)，將物品分散成彼此不接觸的單件。在傳送帶的端部，當(dāng)物品自由下落時(shí)對(duì)物品進(jìn)行照射和檢測(cè)。從這一點(diǎn)上彈出不需要的物品。照射光源可以采用熒光燈或是激光源。通過(guò)采用濾波和/或特定波長(zhǎng)的光源還可以獲得特定的波長(zhǎng)。用激光器照射的方法是使用激光器產(chǎn)生一個(gè)光束，光束在一個(gè)多面旋轉(zhuǎn)鏡片的反射而產(chǎn)生一條穿過(guò)傳送帶的光。由于這種光線實(shí)際上只是在傳送帶上移動(dòng)的一個(gè)光點(diǎn)，在物品通過(guò)時(shí)并不能照射到完整的物品。這樣就會(huì)使可能的最高精確度直接正比于每件物品受到掃描的次數(shù)。
無(wú)論是哪一種情況，使用激光器可以用更強(qiáng)的光照射堅(jiān)果，以便降低檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度要求。激光器是一種相干光源。它可以選擇使用特定波長(zhǎng)的光，使裝置能夠針對(duì)特定的不需要的物質(zhì)。從上文的說(shuō)明中可以看出，如果讓物品反復(fù)出現(xiàn)在檢測(cè)器前面并且用激光器多次掃描或是采用連續(xù)發(fā)光的激光器就可以改善檢測(cè)器的精度。
按照上述已公開(kāi)的慣用的裝置或是方法不可能以滿足商業(yè)用途的效率來(lái)分揀許多物品。對(duì)于商業(yè)用途來(lái)說(shuō)，必須以最小的誤差快速完成對(duì)物品的估算。按照上文所述的現(xiàn)有技術(shù)，在對(duì)單件物品進(jìn)行分析時(shí)，往往不能適當(dāng)?shù)胤€(wěn)定高速運(yùn)動(dòng)的物品，因?yàn)榭諝庾枇推渌蛩刈匀粫?huì)影響物品的排列。如果物品是擺動(dòng)不定的，就難以檢測(cè)出結(jié)構(gòu)缺陷?，F(xiàn)有技術(shù)也沒(méi)有公開(kāi)在使用滑槽進(jìn)行分析之前用來(lái)分離物品的有效方法。另外，在前述的現(xiàn)有技術(shù)中用來(lái)分析物體的激光器都是盡可能采用最小的聚焦光點(diǎn)，因而不能照射到某些沒(méi)有準(zhǔn)確定位的缺陷。另外，所用的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)不能提供使信號(hào)具有更高分辨率的強(qiáng)大信號(hào)。按照本發(fā)明的具有商業(yè)效率的分揀技術(shù)，可以將物品分成兩類(lèi)選定和未選定的物品。例如，生碾米機(jī)在加工內(nèi)部完整的未脫殼谷物時(shí)可以達(dá)到更高的產(chǎn)量，降低內(nèi)部完整的未脫殼谷物的生產(chǎn)成本。內(nèi)部有缺陷的未脫殼谷物在生碾米機(jī)中會(huì)發(fā)生破裂，對(duì)這種米可以采用半熟加工。
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的限制，提供了一種用于從選定物品中分揀未選定物品的裝置。本發(fā)明包括一個(gè)滑槽，它具有一個(gè)用截面準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)物品的分離段和一個(gè)穩(wěn)定段；在物品被分離，排列和穩(wěn)定之后讓一條具有連續(xù)激光線的激光線透過(guò)物品或是從物品上反射回來(lái)；一個(gè)光電檢測(cè)器和處理器，用來(lái)接收和分析透過(guò)物品或是受到其反射的光，從而確定該物品是不是選定的物品；以及一個(gè)連接到處理器上的分離裝置，用來(lái)分離選定和未選定的物品。
本發(fā)明還包含從選定物品當(dāng)中分揀未選定物品的一種方法，該方法包括以下步驟，將物品排列在滑槽中；在一個(gè)傾斜滑槽上的單個(gè)物品之間形成間隔；利用向心力來(lái)穩(wěn)定滑槽中的物品，以便進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)；用一條激光線對(duì)物品進(jìn)行光學(xué)分析并且產(chǎn)生一個(gè)輸出；根據(jù)光學(xué)分析的輸出確定物品是不是選定的物品；以及從選定的物品當(dāng)中分離出未選定物品。
上述的發(fā)明可以用來(lái)分揀帶殼的燙過(guò)或是沒(méi)燙過(guò)的地生堅(jiān)果和樹(shù)生堅(jiān)果，包括裂口或是不裂口的完整堅(jiān)果；用來(lái)從有缺陷的堅(jiān)果中分揀優(yōu)質(zhì)的堅(jiān)果；以及從異物中分揀優(yōu)質(zhì)的堅(jiān)果。上述的發(fā)明可以用來(lái)分揀未脫殼的谷物，包括未脫殼的稻米；用于分揀成熟的稻米；用于從內(nèi)部完整的谷物中分揀出內(nèi)部有裂紋的谷物；用于從顏色正常的谷物中分揀脫色的谷物；以及從非白堊質(zhì)的谷物中分揀出白堊質(zhì)的谷物。此外也可以利用本發(fā)明來(lái)分揀咖啡豆和其他豆類(lèi)。一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以用來(lái)分揀采用滑槽分揀方式的任何物品?？梢杂靡粋€(gè)光電檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)透射的光，并且可以通過(guò)吹風(fēng)從路徑中去掉一些物品，使物品實(shí)際上分離。光電檢測(cè)器還可以采用一個(gè)大窗口和多個(gè)透鏡。
本發(fā)明的目的是提供離散地輸送物品的一種滑槽，利用一個(gè)雙曲線滑槽來(lái)改善掃描和分離作業(yè)。
本發(fā)明的目的是提供一種激光線，用于連續(xù)和更加完整地掃描物品。
以下要參照


具體實(shí)施例方式圖1A表示本發(fā)明的整體，圖1B和1C表示本發(fā)明各部分的分解圖；圖2表示一個(gè)滑槽的側(cè)剖面圖；圖3表示滑槽的截面；圖4表示采用單個(gè)透鏡的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的工作方式；圖5A和5B表示與圖4類(lèi)似的一個(gè)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，但是采用了兩個(gè)透鏡和一個(gè)比較大的窗口；圖6表示涉及激光束分析的光學(xué)系統(tǒng)；圖7表示涉及激光線分析的光學(xué)系統(tǒng)；圖8表示檢測(cè)和分離系統(tǒng)的工作方式；圖9表示一粒完整稻米的信號(hào)和偏差；圖10表示一粒裂紋稻米的信號(hào)和偏差；圖11表示對(duì)一粒完整稻米的門(mén)限交叉分析；圖12表示對(duì)一粒裂紋稻米的門(mén)限交叉分析；
圖13表示在完整和裂紋稻米之間的一個(gè)比較信號(hào)；圖14表示對(duì)一粒完整稻米的長(zhǎng)度和間隙分析；圖15表示在完整，裂紋和未成熟稻米之間進(jìn)行比較的信號(hào)；圖16表示用本發(fā)明的方法對(duì)粗米作出的測(cè)試結(jié)果。
如圖1A所示，漏斗1內(nèi)的物品被散布到一個(gè)振動(dòng)進(jìn)料器3中，將物品帶入一個(gè)連續(xù)的通道9。單個(gè)物品從振動(dòng)進(jìn)料器3上落入連續(xù)通道9，物品在通道中分別進(jìn)入滑槽，滑槽是很窄的，每次僅僅能夠容納一件物品。物品被端對(duì)端地排列，如圖1B所示。將物品送入單個(gè)物品滑槽的裝置和方法在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。
在物品分別進(jìn)入單件滑槽之后，物品移入本發(fā)明要求保護(hù)的部分12。物品最初通過(guò)一系列平行滑槽6當(dāng)中的一個(gè)滑槽。在滑槽6中，在每個(gè)滑槽內(nèi)利用滑槽6的一個(gè)雙角度段將各個(gè)物品彼此分開(kāi)(如圖1C所示)。用這些溝槽適當(dāng)?shù)嘏帕形锲芬员阌诠鈱W(xué)分析。滑槽6的曲線部分利用向心力來(lái)穩(wěn)定物品。當(dāng)物品被適當(dāng)?shù)胤珠_(kāi)，排列和穩(wěn)定時(shí)，讓物品離開(kāi)滑槽，用檢測(cè)和分離系統(tǒng)15利用激光器17和光電檢測(cè)器16進(jìn)行光學(xué)檢驗(yàn)。然后利用從噴嘴18中吹出的空氣去掉選定的物品。物品的分析和移動(dòng)都是在空氣懸浮狀態(tài)下執(zhí)行的。被吹走的物品取道路徑24，從那里用傳送帶30將選定的物品帶走。未選定的物品不會(huì)被噴嘴18吹走，并且沿著路徑21輸送到傳送帶27上被帶走。
在圖2中表示了平行的一系列滑槽6中的一個(gè)滑槽7的剖面圖?；?具有上部的加速段36和下部的徑向物品穩(wěn)定段39。加速段36的位置與水平面的角度在30到60度之間。加速段36包含兩個(gè)角度段37和38，用來(lái)沿著加速段36分離物品。第一角度段在轉(zhuǎn)彎35處相對(duì)于水平面變成一個(gè)陡峭的角度。物品在轉(zhuǎn)彎35處從第一角度段37落到第二角度段38上。落到第二角度段38上的物品借助重力加速脫離滑槽7上的下一件物品。物品必須適當(dāng)?shù)胤珠_(kāi)以便于分析。最佳的實(shí)施例是將物品分開(kāi)大約一件物品的長(zhǎng)度，對(duì)于通過(guò)檢測(cè)和分離系統(tǒng)15的米粒來(lái)說(shuō)，這一長(zhǎng)度大約是1.5到2.5毫秒。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員都會(huì)知道，這一長(zhǎng)度是隨著物品彈射器的性能限制，使用的光電檢測(cè)器和處理器，物品的重量，物品的形狀以及其他限制或是變量而變化的。物品之間的時(shí)間或是距離主要是由各段37和38的角度在物品和滑槽之間形成一定的摩擦力來(lái)確定的。摩擦力主要取決于滑槽的涂層，使用的物品的種類(lèi)及形狀，以及物品的速度。
滑槽7的穩(wěn)定段39被用來(lái)解決對(duì)快速移動(dòng)的物品進(jìn)行光學(xué)分析的問(wèn)題。放在一個(gè)水平面上的大多數(shù)單件物品都是按照谷物的幾何形狀自然排列的。例如，米粒的自然排列狀態(tài)往往是米粒的長(zhǎng)度與滑槽路徑保持平行。在低速下滑到一個(gè)普通的傳送帶上時(shí)，米粒保持其自然排列狀態(tài)。普通傳送帶與地表水平面之間的角度通常是超過(guò)45度的。傳送帶上可以有一個(gè)諸如H,V，或是U形的通道，用來(lái)引導(dǎo)谷物的排列方向。在高速狀態(tài)下，空氣阻力，動(dòng)量和其他因素會(huì)影響物品的自然排列。在圖3中表示了一種通道42和下面帶有槽48的一個(gè)H形通道45的截面。例如，一個(gè)高速滑動(dòng)的米粒不一定能保持正確的排列方向。當(dāng)物品在通道中失去其自然排列狀態(tài)時(shí)，就會(huì)給光學(xué)或是電子傳感器帶來(lái)問(wèn)題。這一問(wèn)題是用如圖2所示的滑槽7的穩(wěn)定段39那樣的曲線傳送帶來(lái)解決的。為了保持物體旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，必須有一個(gè)力推動(dòng)物體向內(nèi)指向中心。徑向向內(nèi)的力是一種向心力。曲線的傳送帶在谷物或是其他物品上施加一個(gè)向心的接觸力。這個(gè)力促使谷物或是其他物品平躺在自然的排列狀態(tài)，即使在高速狀態(tài)下也不會(huì)在滑槽7的穩(wěn)定段39上形成擺動(dòng)。
由于穩(wěn)定段39對(duì)物品有穩(wěn)定作用，在對(duì)物品進(jìn)行光學(xué)分析之前可以使物品從滑槽6上彈出。現(xiàn)有技術(shù)要求在滑槽中對(duì)高速的物品進(jìn)行分析，因?yàn)樵诜治鲋拔锲凡荒茏銐蚍€(wěn)定地彈入半空?，F(xiàn)有技術(shù)通常是在物品通過(guò)滑槽中的一個(gè)窗口或是縫隙時(shí)進(jìn)行分析。然而，雜物，塵土和其他顆粒會(huì)塞住窗口或是縫隙。當(dāng)窗口或是縫隙被堵塞時(shí)，就無(wú)法進(jìn)行光學(xué)分析。將物品穩(wěn)定地彈到半空進(jìn)行分析對(duì)于準(zhǔn)確性和防止故障是一種比較好的方法。
滑槽7上還有一個(gè)涂層43，用來(lái)產(chǎn)生摩擦力并且減少移動(dòng)物品對(duì)滑槽的磨損。最佳實(shí)施例是在鋁制的滑槽上采用一種陽(yáng)極化的特氟隆涂層。涂層形成的低摩擦系數(shù)便于物品沿著滑槽移動(dòng)。涂層還可以保護(hù)滑槽免受磨損和劃破。快速移動(dòng)的物品會(huì)在它通過(guò)的任何表面上產(chǎn)生摩擦。如果沒(méi)有一個(gè)保護(hù)層，鋁制的滑槽就會(huì)由于摩擦而縮短使用壽命。也可以用硬質(zhì)材料制成滑槽，但是采用帶有涂層的鋁制滑槽價(jià)格低廉并且便于制成槽的形狀。也可以使用諸如陶瓷等其他涂層來(lái)防止磨損和減少摩擦。
滑槽7還采用了一定的通道形狀來(lái)保證物品的正確排列，如圖3所示?；?的最佳實(shí)施例是在滑槽7的上部采用V-形通道42并且在滑槽7的下部采用H-形通道45。V-形通道42被用來(lái)排列物品，使物品的長(zhǎng)度與滑槽的方向平行。H-形通道45被用來(lái)排列物品，使物品的鼓肚處在通道的槽48中。特別是對(duì)于谷物來(lái)說(shuō)，這樣的位置保證了谷物中的任何裂紋都能正確地暴露在激光器下。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以使用其他任何形狀的通道。
在為了分析而將物品正確地分離，排列和穩(wěn)定之后，檢測(cè)和分離系統(tǒng)15用光學(xué)方式對(duì)物品進(jìn)行分析。圖4表示對(duì)一粒谷物進(jìn)行光學(xué)分析的過(guò)程。在圖4中，激光器17用一束激光64指向通過(guò)的谷粒51。激光透過(guò)谷粒51并且指向光電檢測(cè)器16。為了防止激光充滿檢測(cè)器，光電檢測(cè)器需要有一定的角度69并且相對(duì)于激光束64稍稍偏移。最佳實(shí)施例的角度69是大約20°，但是可以根據(jù)被分析的物體和使用的激光器來(lái)改變。透射的光65通過(guò)縫隙61并且穿過(guò)具有一條聚焦線66的透鏡62入射到光電檢測(cè)器16上?？p隙61的寬度應(yīng)該小于被分析的谷粒中的一個(gè)缺陷的寬度。縫隙61的長(zhǎng)度至少應(yīng)該一個(gè)半到兩個(gè)半谷粒的單位寬度或者是大約十分之二英寸的寬度。圖4中所示的透鏡62是一個(gè)雙凸面透鏡。在光電二極管檢測(cè)器63的位置上可以接收通過(guò)透鏡62的透射光65?？p隙61限制了光電二極管檢測(cè)器的檢測(cè)視角。除了圖示的激光器和光電二極管檢測(cè)器之外還可以使用其他任何適當(dāng)?shù)难b置來(lái)發(fā)射和檢測(cè)激光。
在圖5A和5B中設(shè)置的傳感器可以改善處理器90接收到的信號(hào)強(qiáng)度。不需要放大電信號(hào)。透射光65通過(guò)一個(gè)大約是12.5毫米的較大的孔徑72。大孔徑使得到達(dá)光電二極管檢測(cè)器63的光可以增加大約20倍，這樣就正比地增大了信號(hào)強(qiáng)度。多個(gè)透鏡75可以更好地將增大的光量通過(guò)縫隙78聚焦到檢測(cè)器63上?？p隙78限制了檢測(cè)器63的檢測(cè)視角。在圖5A中，縫隙78位于透鏡75和檢測(cè)器63之間，而圖4的縫隙61位于透鏡的前面。墊片68用來(lái)保持孔徑72的窗口位置。墊片70用來(lái)保持多個(gè)透鏡75的位置。墊片71將透鏡75和檢測(cè)器63分開(kāi)，而墊片74和76用來(lái)保持檢測(cè)器63的位置。擴(kuò)圈79和護(hù)圈77的螺紋也是用來(lái)保持檢測(cè)器63的位置。
本發(fā)明利用一條激光線81代替了圖6和7中所示的激光束64。用激光束照射物品以便檢驗(yàn)透過(guò)物品或是受到其反射的光是一種公知的概念。用這種方法可以檢測(cè)出谷物中的裂紋和其他特征。激光束通常需要聚焦成盡量小的光點(diǎn)。然而，必須將物體精確地定位，以便使激光束照射到物體。如果物體在z-軸方向上與光軸67的偏移超過(guò)了其高度的一半(+/-1/2h)，激光束就不能照亮物體。因此，在z-軸方向上存在的公差受到物體高度的限制。這一限制是通過(guò)用激光線81代替激光束64而解決的。激光線是用圓筒形透鏡84產(chǎn)生的。采用激光線還可以做到同時(shí)用一個(gè)激光器照射多個(gè)單件的物品51。激光線的寬度應(yīng)該小于物品的缺陷或是裂紋，例如對(duì)米粒來(lái)說(shuō)是大約千分之五英寸。激光線的長(zhǎng)度應(yīng)該能完全覆蓋與激光線垂直地通過(guò)激光線81的物品，并且容許物品的任何側(cè)向移動(dòng)。
在圖8中表示了用于谷物的檢測(cè)和分離裝置15的工作方式。激光器17按照前述的方式向谷物51發(fā)光。光電檢測(cè)器16接收通過(guò)谷物51的折射光。通過(guò)連線91將光電檢測(cè)器16連接到處理器90。光電檢測(cè)器16通過(guò)連線91向處理器90發(fā)送信號(hào)，信號(hào)是由光電檢測(cè)器16接收到的光量來(lái)確定的。處理器90將透過(guò)谷物51的光的亮度作為時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行記錄。曲線81說(shuō)明處理器90記錄到在谷物51的中間包含一個(gè)裂紋。如果激光束沒(méi)有透過(guò)谷物，激光束就不會(huì)折射到光電檢測(cè)器16上，在點(diǎn)86上記錄的就是一個(gè)低級(jí)亮度的光。隨著谷物不斷地通過(guò)激光束64或是激光線81，透射光65被折射到光電檢測(cè)器16上并且記錄下一定的亮度等級(jí)82。當(dāng)激光束64或是激光線81通過(guò)一個(gè)裂紋時(shí)，透射光65會(huì)受到不同角度或是散射角的折射，而光電檢測(cè)器不能接收到足夠的透射光，如點(diǎn)83處所示。隨著激光束64或是激光線81通過(guò)裂紋以及對(duì)谷物的整體部分進(jìn)行分析，光電檢測(cè)器16在點(diǎn)84處記錄到比較高的亮度等級(jí)。當(dāng)谷物通過(guò)激光束64或是激光線81時(shí)，光電檢測(cè)器16記錄的亮度會(huì)再次下降到點(diǎn)87。如果通過(guò)檢測(cè)和分離系統(tǒng)15的谷物是完整的，光電檢測(cè)器16就應(yīng)該得到大致恒定的亮度，不應(yīng)該出現(xiàn)類(lèi)似于點(diǎn)83的下降情況。
處理器90根據(jù)光電檢測(cè)器16接收到的亮度來(lái)確定谷物51的內(nèi)部有沒(méi)有裂紋。處理器90將亮度的偏差作為時(shí)間的函數(shù)，并且將這種偏差與一定的門(mén)限點(diǎn)相比較，從而對(duì)谷物51進(jìn)行分類(lèi)。圖9和10分別表示完整和裂紋的谷粒在信號(hào)與偏差之間進(jìn)行的比較。圖11和12分別表示完整和裂紋的谷粒的亮度偏差門(mén)限電平。圖13表示完整和裂紋的谷粒之間的偏差信號(hào)的比較。門(mén)限值是由透過(guò)谷粒的光的強(qiáng)度來(lái)確定的。
當(dāng)處理器90決定應(yīng)該選擇單件物品時(shí)，例如是一個(gè)內(nèi)部有裂紋或是缺陷的谷粒，處理器90就通過(guò)連接線92向噴嘴18發(fā)出信號(hào)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間釋放一股空氣88從路徑中將谷粒51或是物品噴到排出路徑24上。當(dāng)然，處理器90也可以向噴嘴18發(fā)出信號(hào)，將完整的谷粒或是選定的物品吹到路徑24上。也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中用于從未選定物品中分離選定物品的任何其他方法。另外，還可以將物品傳送到用來(lái)指向進(jìn)一步的加工步驟的其他傳送帶或是通道上。
本發(fā)明還可以確定物品的長(zhǎng)度和物品之間的間隙。如圖14中所示，光電檢測(cè)器16記錄到一定門(mén)限電平的時(shí)間長(zhǎng)度代表了物品的長(zhǎng)度。實(shí)際的長(zhǎng)度是用通過(guò)光電檢測(cè)器16的物品的已知速度來(lái)確定的。通過(guò)檢測(cè)和分離系統(tǒng)16的物品之間的時(shí)間可以代表物品之間的間隙。
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以用來(lái)對(duì)任何種類(lèi)的物品分類(lèi)，包括那些單件尺寸小于一英寸的大量農(nóng)產(chǎn)品。本發(fā)明可以從未選定物品中分揀出選定的物品。哪些是“選定的”物品以及哪些是“未選定的”物品是根據(jù)使用者的需要而決定的。例如，本發(fā)明可以選擇內(nèi)部有裂紋的或是完整的未脫殼谷粒，帶殼的物品，或是帶殼的大，小堅(jiān)果，成形或是未成形的豆子，或者是其他任何本發(fā)明范圍內(nèi)的物品。以下給出了一些例子。
本發(fā)明可以用來(lái)分揀未脫殼的谷物，特別是用來(lái)從未脫殼的完整谷粒中分揀出內(nèi)部有裂紋的未脫殼谷粒。在分離出有裂紋和無(wú)裂紋的谷粒之后，內(nèi)部有裂紋的未脫殼谷?？梢杂糜诎胧炷朊?，而內(nèi)部完整的未脫殼谷?？梢杂糜谏朊?。生碾米之所以要選用內(nèi)部完整的谷粒是因?yàn)榭梢越档蜕a(chǎn)成本。同時(shí)，半熟碾米可以使用生碾米機(jī)不想要的那種內(nèi)部有裂紋的未脫殼的米。另外，這種工藝允許生碾米機(jī)使用那些平常不能使用的具有某種變形的米。變形的米產(chǎn)量很高，但是含有高百分比的結(jié)構(gòu)缺陷。結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)降低磨坊的產(chǎn)量，在成品的生碾米制品中造成高破碎率。按照本發(fā)明，半熟碾米可以使用來(lái)自高產(chǎn)量大米的有結(jié)構(gòu)缺陷的谷物，而生碾米機(jī)可以使用內(nèi)部完整或是結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)的谷物。
本發(fā)明還可以用于去掉了外皮的谷物。谷物可能是已經(jīng)去掉了外皮并且在加工前儲(chǔ)存了一段時(shí)間。谷物在儲(chǔ)存期間可能產(chǎn)生裂紋。在加工前可以利用本發(fā)明去掉這些內(nèi)部有裂紋的谷物。
本發(fā)明還可以用于白堊質(zhì)的大米。大米的谷粒內(nèi)部可能具有不均勻的淀粉密度。密度的變化是一種結(jié)構(gòu)缺陷，在碾米過(guò)程中可能發(fā)生破碎。可以對(duì)這些結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行分析，并且在分析出內(nèi)部裂紋時(shí)用同樣的方式彈出這種谷粒。白堊質(zhì)谷粒內(nèi)部的密度變化會(huì)折射和透射光。根據(jù)通過(guò)谷粒透射到光電檢測(cè)器上的光量，處理器就可以確定谷粒是否存在這種結(jié)構(gòu)缺陷。
本發(fā)明也可以用于分離其他種類(lèi)的未選定的脫殼或是未脫殼谷物。例如，未成熟的谷物與成熟的谷物相比具有比較低的亮度，如圖15所示。通過(guò)設(shè)定不同的門(mén)限，處理器90能夠用噴嘴18彈射出未成熟的谷物。與帶殼的谷物相似，用本發(fā)明的方法同樣可以除去石頭，污物，紅米，粘在一起的米或是種子。對(duì)于每一種未選定的谷物，考慮到光電檢測(cè)器16接收的亮度和某一門(mén)限所需要的時(shí)間量，可能需要用不同的門(mén)限為處理器90編制程序。
本發(fā)明同樣可以用于分揀帶殼的漂白或是未漂白的堅(jiān)果，包括諸如榛子，花生和杏仁等等地生和樹(shù)生堅(jiān)果。特別是可以從未漂白的堅(jiān)果中分離出漂白的堅(jiān)果，從完整的堅(jiān)果中分離出裂縫的堅(jiān)果，從內(nèi)部完整的堅(jiān)果中分離出內(nèi)部有缺陷的堅(jiān)果，從外觀完好的堅(jiān)果中分離出外觀有缺陷的堅(jiān)果，以及從異物中分揀堅(jiān)果。如果將本發(fā)明用于分揀堅(jiān)果或是其他物品，滑槽7的截面和剖面結(jié)構(gòu)可能需要在本發(fā)明的范圍之內(nèi)進(jìn)行修改，與上述用于谷物的結(jié)構(gòu)不同。具體來(lái)說(shuō)，滑槽的截面應(yīng)該允許堅(jiān)果或是其他物品本身處在自然和一致的排列位置。另外，滑槽剖面所需要的曲率和長(zhǎng)度應(yīng)該設(shè)計(jì)成能夠在被分揀的特定的堅(jiān)果或是其他物品之間形成適當(dāng)?shù)拈g隙。大部分堅(jiān)果特別是那些厚實(shí)和透明度較差的堅(jiān)果可能需要用反射光而不是透射光對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)。
如果使用本發(fā)明，土生堅(jiān)果和樹(shù)生堅(jiān)果的加工廠商能夠取得經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢詮墓?yīng)者處采購(gòu)等級(jí)較低的堅(jiān)果。這種原材料不必被預(yù)處理到象目前采用那種等級(jí)。這樣做的效果是可以降低初期的直接成本，可以接受原先不能滿足要求的其他供應(yīng)來(lái)源。
在以下提供了本發(fā)明中涉及到谷物的一個(gè)有益的例子。圖16表示采用本發(fā)明的方法對(duì)粗米進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果。所有破碎值都是按照磨米的重量百分?jǐn)?shù)來(lái)算的。所有重量分?jǐn)?shù)都是以流入量作為標(biāo)稱值1.00。圖16中的行A表示在生碾米(不是半熟碾米)之后進(jìn)行采樣的破碎谷物測(cè)量值。行B直接將行A的重量百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)重量分?jǐn)?shù)。行C表示在分揀過(guò)程中彈出的粗米核的典型百分?jǐn)?shù)，在此處是用分揀機(jī)彈出完整的沒(méi)有缺陷的谷物。行D表示在生碾米加工之后對(duì)彈出的無(wú)缺陷米核測(cè)定的破碎谷物值。值得注意的是，對(duì)于彈出的部分來(lái)說(shuō)，在生碾米之后的破碎率從進(jìn)料流入值的23.8％被明顯地降低到4.1％。這種減少會(huì)帶來(lái)驚人的效果，與慣用的谷物半熟加工期間得到的破碎率相比，在生碾米加工過(guò)程中形成的破碎率非常低。行E是將生碾米之后從彈出的米核部分中的破碎率轉(zhuǎn)換成進(jìn)料米的重量分?jǐn)?shù)。從以下的例子中可以看出這一數(shù)值的重要性。行F表示經(jīng)過(guò)分析被認(rèn)為存在缺陷和結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)的沒(méi)有彈出的進(jìn)料粗米核的百分?jǐn)?shù)，這種米如果不經(jīng)過(guò)半熟加工很容易破碎。如果不經(jīng)過(guò)半熟加工就對(duì)這一部分采樣生碾米加工，就會(huì)產(chǎn)生很高的破碎值。行G表示在完成了谷物的半熟加工和碾磨之后在未彈出部分中的破碎量的重量百分?jǐn)?shù)。行H是將半熟加工和碾磨之后的破碎率轉(zhuǎn)換成進(jìn)料米的重量分?jǐn)?shù)。行I將彈出和未彈出流中的破碎量的重量分?jǐn)?shù)(行E和H)加在一起。行J計(jì)算出與全部采用生碾米相比本發(fā)明的方法總共減少的破碎量百分?jǐn)?shù)。如果分別對(duì)彈出和未彈出流中60％的米采用生碾米，對(duì)40％的米采用半熟加工工藝，在這種方案中就可以避免78％的破碎率。因此，使用本發(fā)明的方法有可能完成生碾米加工，不會(huì)造成很高的破碎率。
權(quán)利要求
1．用來(lái)從選定的物品中分揀未選定物品的一種裝置包括用來(lái)限定上述物品路徑的一個(gè)滑槽，上述滑槽的截面使上述物品定向，上述滑槽具有用來(lái)在上述滑槽上的上述物品之間產(chǎn)生間隙的一個(gè)分離段，上述滑槽具有一個(gè)穩(wěn)定段，上述滑槽還具有一個(gè)端部；用來(lái)分析上述物品的一個(gè)分析區(qū)；具有一條激光線的光源裝置，上述激光線透過(guò)上述物品或是從通過(guò)上述分析區(qū)的上述物品上反射；一個(gè)定位的光檢測(cè)裝置，用來(lái)接收透過(guò)或是從上述物品反射的激光線；用來(lái)確定選定和未選定物品的一個(gè)分析裝置，上述分析裝置被耦合到上述光檢測(cè)裝置；以及用于從選定物品中分離未選定物品的一個(gè)分離裝置，上述分離裝置被耦合到上述分析裝置。
2．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是上述光源裝置包括一個(gè)激光器，位于從上述激光器開(kāi)始激光束路徑中的一個(gè)圓筒形透鏡，從上述激光束中延伸的上述激光線穿過(guò)上述圓筒透鏡之后透過(guò)上述物品，或是通過(guò)上述分析區(qū)從上述物品上反射回來(lái)。
3．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是上述光檢測(cè)裝置包括限定一個(gè)縫隙的外殼，上述縫隙的位置可以接收透過(guò)上述物品或是被上述物品反射回上述外殼內(nèi)的上述激光線；具有一個(gè)焦點(diǎn)的至少一個(gè)透鏡，上述透鏡位于上述外殼的內(nèi)側(cè)，用來(lái)接收通過(guò)上述縫隙或是從上述縫隙反射回來(lái)的上述激光線，并且將上述激光線聚焦在上述焦點(diǎn)上；以及位于上述外殼內(nèi)側(cè)的上述焦點(diǎn)上的一個(gè)光電檢測(cè)器。
4．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是上述光檢測(cè)裝置包括一個(gè)外殼，它限定了一個(gè)前孔和一個(gè)內(nèi)部縫隙，上述前孔的位置可以將透過(guò)上述物品或是受到其反射的上述激光線接收到上述外殼內(nèi)，上述縫隙的位置可以接收透過(guò)上述物品或是受到其反射并且穿過(guò)上述前孔的上述激光線；具有一個(gè)焦點(diǎn)的至少一個(gè)透鏡，上述透鏡位于上述外殼內(nèi)側(cè)的上述前孔和上述縫隙之間，用來(lái)引導(dǎo)透過(guò)上述物品或是受到其反射的上述激光線，而上述的前孔通過(guò)上述縫隙，并且將上述激光線聚焦在上述焦點(diǎn)上；以及位于上述外殼內(nèi)側(cè)的上述焦點(diǎn)上的一個(gè)光電檢測(cè)器。
5．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是上述分離裝置包括一個(gè)空氣噴嘴，用于從上述分析區(qū)內(nèi)吹出未選定的物品或是選定的物品。
6．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是上述物品是谷物，堅(jiān)果或是豆子。
7．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是上述分離段具有一個(gè)第一角度段和連接到上述第一角度段上的第二角度段，第二角度段的角度比上述第一角度段的角度更加接近垂直。
8．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是上述穩(wěn)定段具有一個(gè)曲線，上述曲線對(duì)通過(guò)上述分析區(qū)的上述物品施加一個(gè)離心力。
9．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是上述物品具有一定的長(zhǎng)度和鼓肚，上述的滑槽具有一個(gè)底部，并且上述滑槽進(jìn)一步具有一個(gè)V或是U形的截面和一個(gè)H形的截面，上述V或是U形截面使上述物品的長(zhǎng)度方向與上述滑槽路徑平行，而上述H形截面使上述物品的上述鼓肚排列在上述滑槽的上述底部上。
10．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是上述滑槽進(jìn)一步具有一個(gè)外套。
11．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是上述分析段位于上述滑槽上，或者是接在上述滑槽的上述端部。
12．用來(lái)從選定的物品中分揀未選定物品的一種裝置包括用來(lái)限定上述物品路徑的一個(gè)滑槽，上述滑槽具有一個(gè)端部，一個(gè)外套，一個(gè)分離段和一個(gè)穩(wěn)定段，上述分離段具有一個(gè)第一角度段和連接到上述第一角度段上的第二角度段，第二角度段的角度比上述第一角度段的角度更加接近垂直，而上述滑槽的上述穩(wěn)定段具有一個(gè)曲線，上述曲線對(duì)沿著上述穩(wěn)定段通過(guò)的上述物品施加一個(gè)離心力；接在上述滑槽端部的一個(gè)分析區(qū)；具有一條激光線的一個(gè)光源裝置，上述激光線透過(guò)通過(guò)上述分析段的上述物品或是從上述物品上反射；一個(gè)光檢測(cè)裝置具有一個(gè)外殼，一個(gè)透鏡和一個(gè)光電檢測(cè)器，其中的上述外殼限定了一個(gè)縫隙，上述縫隙的位置可以接收透過(guò)上述物品或是從上述物品上反射回來(lái)的上述激光線，并使其進(jìn)入上述外殼，上述透鏡的焦點(diǎn)位于上述的外殼內(nèi)，用來(lái)接收進(jìn)入上述外殼的上述激光線，并且將上述激光線聚焦在上述焦點(diǎn)上，而光電檢測(cè)器位于上述外殼內(nèi)的上述焦點(diǎn)上；用來(lái)從選定的物品中確定未選定物品的一個(gè)分析裝置，上述分析裝置被耦合到上述光檢測(cè)裝置；用于從選定物品中分離未選定物品的一個(gè)分離裝置，上述分離裝置具有一個(gè)用于將未選定物品或是選定物品從上述分析區(qū)中吹出來(lái)的空氣噴嘴，上述分離裝置被耦合到上述分析裝置。
13．從選定物品中分揀未選定物品的一種方法，其特征是包括以下步驟將上述物品排列在一個(gè)滑槽的縱向路徑上；在上述滑槽的一個(gè)傾斜段中在單個(gè)物品之間形成間隔；利用向心力將上述物品穩(wěn)定在上述滑槽中以便執(zhí)行光學(xué)檢測(cè)；用激光線對(duì)上述物品進(jìn)行光學(xué)分析，并且產(chǎn)生一個(gè)輸出；根據(jù)上述光學(xué)分析的上述輸出確定上述物品是選定的物品還是未選定的物品；以及從上述選定物品中分離出上述未選定的物品。
14．按照權(quán)利要求13的方法，其特征是上述光學(xué)分析步驟包括引導(dǎo)一束激光通過(guò)一個(gè)圓筒形透鏡，產(chǎn)生一條激光線；發(fā)射一條透過(guò)或是受到上述物品反射的激光線，使其落在一個(gè)光電檢測(cè)器上；以及在上述光電檢測(cè)器上接收透射或是反射的激光線。
15．按照權(quán)利要求15的方法，其特征是上述排列步驟包括使上述物品的長(zhǎng)度方向與上述滑槽的上述路徑平行地排列，并且使上述物品的鼓肚排列在上述滑槽的底部。
16．按照權(quán)利要求13的方法，其特征是上述物品是谷物，堅(jiān)果或是豆子。
全文摘要
本發(fā)明使用一個(gè)滑槽(6)從選定的物品中分揀未選定的物品,滑槽上具有一個(gè)谷物分離段(37,38),用來(lái)排列物品的一個(gè)交叉段(48),以及一個(gè)谷物穩(wěn)定段(39);讓激光器(17)的激光線(81)穿透物品;用光電檢測(cè)器(16)和處理器(90)接收和分析透過(guò)物品的光,從中確定是不是選定的物品;并且用一個(gè)分離器(15)來(lái)分離選定的和未選定的物品。
文檔編號(hào)G01N21/85GK1301200SQ98807043
公開(kāi)日2001年6月27日 申請(qǐng)日期1998年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
發(fā)明者T·J·諾瓦克, K·H·科洛姆波瓦拉, 小R·O·布蘭德特, R·A·佩茨 申請(qǐng)人:賓叔父有限公司