检测碎玻璃中不需要物质的方法和装置的制作方法

专利名称:检测碎玻璃中不需要物质的方法和装置的制作方法
本发明涉及从准备送往玻璃熔炉的碎玻璃中检测出难熔碎块或其它渣砾一类的不需要的物质。
碎玻璃中的玻璃碎块一般是来自在平板玻璃的生产中将有缺陷的平板玻璃或玻璃条打碎。这些包含有碎玻璃的玻璃碎块经常是码垛成堆，然后再送往玻璃熔炉，以免浪费玻璃，还有助于熔炼作业。碎玻璃的另一个来源是偶然性破碎，例如在建筑物上装玻璃门窗时打碎的玻璃，或者为生产玻璃容器而收集的准备循环再生的碎玻璃瓶。不论来源如何，在将碎玻璃回送进玻璃熔炉之前，显然需要将不需的物质完全除净。如果不需要的物质是铁类或非铁类金属，这种消除就比较简单，因为可以采用一个适用的金属检测器，用来查明碎玻璃中有无金属，但是碎玻璃中的非金属类不需要物质就很难从中分拣出来。
迄今为止，需要时一般都是用肉眼检查碎玻璃中有无不需要的非金属类物质，如果发现有这类物质，就要在碎玻璃被送往玻璃熔炉之前用人工从中分拣出来。的确需要一种能够从碎玻璃中分拣出诸如难熔碎块或其他渣砾一类的不需要物质的设备，然而为达此目的又存在明显困难，而此困难在检验平板玻璃或玻璃条的工作中是不会遇到的。在英国书1315654中介绍了在检查平板玻璃或玻璃条的缺陷所用仪器的一个实例，现一并揭示此专利的内容以供参考。该专利使用一套激光系统，能够在平板玻璃移动的过程中用激光横断扫描。在平板玻璃或玻璃条的下方远离激光光束正常的入射和出射路径的地方，设置一个光检测器，当光束射在一个缺陷上时，光束就偏离正常的入射及出射路径而发射，于是部分散射光就被光检测器检出。而光检测器逐发出一个表示有缺陷存在的信号。
如果在1315654号英国专利中介绍的这种装置可以用来检测碎玻璃中不需要的物质，那当然是需要的，只是要想区分被碎玻璃本身散射的光线和被难熔碎块一类不需要的物质散射的光线显然是一件困难的事。也许正是出于这种原因，所以迄今为止在发明家的知识领域中还找不到一种令人满意的利用光束进行检测的自动化方法或设备，借以从碎玻璃中检测出难熔碎块或其他渣砾一类的不需要的物质。本发明的目的就在于提供这样的方法和设备。
根据本发明的第一方面，提供了检验设备，用来检验在碎玻璃中有无不需要的物质。这套设备包括一个光源，例如激光，用来直接照在碎玻璃上。至少要装一列光检测器，每列至少装两个光检测器，用来分辨发自碎玻璃的不均匀散射光和均匀的散射光。不均匀散射光表示是由碎玻璃反射出来的光;而均匀散射光表示在碎玻璃中存在有难熔碎块一类不需要的物质，另外还有一套信号装置，同时将上述分辨结果用信号送出以指示受检碎玻璃中有无不需要的物质。
根据本发明的第二个方面，提供了用来检测玻璃中有无不需要物质的自动化方法。这套方法有几道步骤，从一个光源(例如激光)将光线射在碎玻璃上，然后再用至少一列光检测器(而每列又至少装有两个光检测器)检测反射光;利用此列或每一列检测器，分辨碎玻璃，反射的不均匀散射光和一般为均匀散射的光。不均匀散射光表示是来自碎玻璃的反射;均匀散射光表示在碎玻璃中含有难熔碎块一类的不需要的物质，并将上述分辨信号送出以指示在受检的碎玻璃中有无不需要的物质。
本发明提供用以鉴别来自碎玻璃的反射光和来自不需要的物质诸如难熔碎块的散射光的装置。来自碎玻璃的反射光一般射向个别的方向;而来自难熔碎块的不需要的物质的散射光一般则是均匀地向所有方向散射。经过鉴别之后就可以发现，在经过碎玻璃块反射的光和经过难熔碎块散射的光之间在光的分布上存在本质差别。在后一种情况下，在一列或几列中的所有的光检测器都会接收到一部分散射的光线，从而产生一个表明这种情况的电信号。因此，如一列或几列中的所有光检测器同时发送电信号，说明已经有经过难熔碎块散射的光线存在。反之在前一种情况下，由于光线是由一块碎玻璃反射来的，于是，很明显并不是在一列或几列中的所有光检测器都会收到这种反射光，因而也就不会同时发出电信号，因此，本发明简洁而完全地解决了从碎玻璃中区分出玻璃和渣砾的这一难题，而该难题乃是迄今为止一直存在着的。
光源向碎玻璃扫描时，最好是采取一种光栅扫描方式，有两种方法都可以达到这个目的。采用的第一种方法适合于碎玻璃在受检时是处于移动状态，例如，在皮带运输机上输送的碎玻璃就是处于这种状态。在这种情况下，就只需要以重复间隔对碎玻璃进行单线扫描。这种扫描方式一般可以简便地利用一个多面旋转反光镜达到目的。将这种反光镜装在一台电动机上。反光镜的装设方式能使在电动机每转一周时就能沿碎玻璃运输皮带的横向对来自光源的光进行若干次扫描，扫描的次数与反光镜的镜面数目相对应。
第二种光栅扫描方式适用于碎玻璃相对于光源的静止状态。在这种情况下，采用一对检测电流驱动的普通镜面，镜面互相垂直，能够做例如，100线的光栅扫描。
令人感到满意的是在一列或几列中的光检测器的数目可以决定以本发明的方法或设备的虚警率表示的可靠性，因此在用一列或几列光检测器时，每列最好至少装四个。相邻的两列可以共用光检测器。每列都可以闭合或断开开关，在任一给定瞬间，当一列的光检测器开启时，其相邻列则断开。
因此，这种设备和方法可以用多个光检测器阵列沿一定的分布长度横跨在碎玻璃输送皮带的上方，在扫描时每一列可以用开关单独控制，以便在任一给定的瞬间与被扫描的光线位置重叠。
最好是提供能够分辨环境光线和光源光线的装置，借以排除或起码可减少伪信号。这种装置包括对从光源来的光进行调制的装置。采用对来自光源的光的振幅进行周期性的改变的方法就可以很方便的达到调制的目的。并设法用这种设备来区分环境光线和这种调制光线。
在本文中所用的“光”这个名词应该理解为并不限于电磁波谱中的可见光，也包括诸如红外线一类的其他部分。因此，当需要对来自光源的光进行调制时，只要利用开关，采用通断的方式，就可以很方便地将例如至100KHz的光源在高低输出之间进行转换。很明显，一般的普通光源不一定都能这样做，例如工作在光谱中可见部分的气体激光就不能这样做，但如果用的是在近红外区发生的固体激光就很容易办到。因此，最好是采用在高、低输出之间进行高速开、关(通、断)的办法，对固体激光进行调制，这样就可以对来自光源的光进行振幅调制。如后所述，采用适当的电子电路，就很容易将调幅光和环境光区分开来。
另外还有一种调制来自光源的光的方法，可以用来区分这种光与环境光。采用一个滤光镜，例如窄带滤光镜，就可以从光检测元件中有效地除去其他所有的光，只留下与光源的波长相同的光。
还可方便地采用一个参考光检测器，用来指示光源在碎玻璃的上方进行的每次扫描的开始。
下面参照本发明的一个实施方案图1是根据本发明的设备的示意图;
图2是图1中设备部分的详细示意图;
图3是操作图1中设备最佳方法的流程图;
图4是用于图1中的设备简化电路图。
首先参看附图中的图1。图中所示的是碎玻璃的运输皮带1，它沿箭头的所指方向输送碎玻璃2，横跨运输皮带1有一个台架，台架上有一个台板3，在台板的四角用支腿4及脚板5支撑在碎玻璃运输皮带1的上方。在台板3的中心处开有一个狭长的开孔6，在台板3上方的一端装有一个参考光检测器，其位置与狭长开孔6的中心相对。
在台板3上的狭长开孔6的两侧各装12个采样光检测器8，各自排成一列，并且穿过台板3，投射到3的下方对准碎玻璃运输皮带1上的碎玻璃2。
在台板3的上方装了一个截顶三角形的遮板架9，使用时在上面装一个金属遮板(图中未绘出)，用来防止尘土杂物侵入落在设备上，为了图示方便，截顶三角形遮板支架9未画全。
自顶板3的一侧的中部向上延伸，竖装一块背板10，其上端固定在遮板支架9的顶部。在背板10上装有一个固体激光器11，它的安装位置使它能够将激光向上射在一个多面反光镜扫描器转轮12上。为了旋转，转轮12装在一台扫描电动机13的轴(图中未绘出)上。扫描电动机13本身则装在背板10上，位于激光器11的上方，在电动机13的轴上装有一个编码器(图中未绘出)，用来指示扫描器转轮12在任一给定瞬间的角方位。
在运行过程中，从激光器11射出一道细光束，投射在反光镜扫描器转轮12的下沿，扫描器转轮12受扫描电动机13的驱动而旋转。反光镜扫描器12有8个反光面，因而扫描器每转动一周，由激光器11发射的细光束就按图中所示连续进行8次弧形扫描。每作这样的一次扫描运动，就有一束光线沿顶板3内狭长开孔6的中线有效地扫描一次，于是在这个区域中这束光线就能连续横向扫过碎玻璃运输带1上的碎玻璃2。在每次扫描过程中，开关装置(图中未绘出)连续使阵列光检测器8反复通、断，每个阵列共有4个检测器，在每次扫描过程中的任何一个时刻，设在光束正上方的光检测器8的阵列被开启，而两侧的其他阵列却处于未开启状态。这种情况如附图中的图2所示。该图是图1中装置的一部分详图。为了清晰地加以说明，图中，第1个这样的阵列所覆盖的区域用A表示，而第2个阵列所覆盖的区域则用B表示，以此类推。于是，当从扫描器12发出的光束横向扫过碎玻璃运输皮带1上用A表示的区域时，在这个区域正上方的4个光检测器8被开启，而与之相邻的其他光检测器则处于未开启状态。同样，当从扫描器12发出的光束横向扫过碎玻璃运输皮带1上用B表示的区域时，在它正上方的4个光检测器就被开启，而在两侧的其他相邻的光检测器8则却处于未开启状态。
由图2明显可见，阵列“A”和阵列“B”共有光检测器8中的一对相应的元件。当然，也可以不用这种方式而改用另一种布置方式，使每一个阵列都有专用的光检测器。
图1中所示的参考光检测器8是用来指示一次连续的扫描已经开始，这样一来，扫描电动机13每转完一周，即可认定必然发生八次这样的连续扫描。
如果在碎玻璃2中含有一块难熔融物质或其他类似的不需要的碎块，由这类物质表面散射的光线在一般情况下就会投射到此刻恰好处于被横向扫描的不需要的碎块正上方的阵列内的全部4个光检测元件上。信号装置(图中未绘出)与本设备相连接，当有这种情况存在时，能够动作指示，并输出一个信号，表示有不需要的物质存在。于是就可以通过一个自动转移工序将不需要的物质从碎玻璃皮带运输流水线下游除掉。
采用装设许多光检测器阵列的办法(各个阵列随同光线每一次扫描的进行过程顺序开启和不开启)，使每个这样的阵列中的光检测器的距离和散射光的有效源(也就是难熔碎块或其他渣砾)都保持恒定。这就保持了每个阵列中的光检测器在收到任何这样的散射光之后所输出的信号能够保持不变，而在扫描的整个宽度上也不会有很大的变化。
虽然在实施方案中介绍到采用激光器产生光束，但应理解，也可采用其他光源，例如一束非相干但又有足够强度的光束。
图3和图4更详细地显示了操作图1中设备的方法。这种方法可以方便地称为相敏检测法，为使这样的一个系统工作，从光源11所产生的光的强度必须随时间而变化。
图3是操作图1中的设备的最佳方法流程图。图中有一台电压发生器，用来产生一种固定频率的正弦波形，来从高输出到低输出调制由光源发射出的光。这种调制光在每个检测器中产生一种相应的调制，调制的本身相对于零进行平均，所以高输出就会产生一个正信号，而低输出就会产生一个负信号。原来的固定频率正弦波形此时就作为一个参考信号。这个信号也相对于零取均值。这个平均信号用来通断一个放大器。以便对正弦波形的正半周进行正放大，而对正弦波形的负半周进行负放大。来自检测器的平均信号通过被切换的放大器，于是经过正值放大的正信号发送一个正输出，而经过负值放大的负信号也同样发送一个正输出。此后，放大器的输出经过平滑滤波，产生一个直流电压，电压的大小则与每个光检测器可接收的、经过调制的光量成正比。
图4是一个电路的方框示意图。其中包括前述的信号发送装置，以供此设备之用。它将来自十二个光检测器的输入送至一个多路调制器，多路调制器还接收来自参考光检测器的一个信号，作为起始脉冲输入。扫描电动机轴上所装的编码器提供一系列电脉冲信号。在这种情况下，每当电动机轴转动约3/4度左右时，就产生一次这样的脉冲，因此，电动机每转动一整周，就产生总共500个脉冲。这种脉冲用来监控扫描器的转动位置，结果又转而可以在任何一个给定瞬间查明射在碎玻璃运输皮带1上的光束的位置。
多路调制器的全部输出分别送往用PSD1～4标志的4个相敏检测电路。这4个电路又接到一个加法器电路上。当从PSD1～4相敏检测电路来的4个输入信号都高于所要求的阈值电平时，加法器就输出一个信号。加法器将信号提供给碎玻璃运输皮带的转移器(图中未绘出)。具有常规形式的转移器将刚才检测出的含有不需要物质的一部分碎玻璃从皮带1中转移出去。由上所述显然可见，也可以采用其他形式的电路来操作根据本发明的设备，这种设备可以根据具体情况包括或不包括相敏检测器。这要根据是否需要对光源进行调制而定。
本发明特别适用于检测准备用于制造平板玻璃的碎玻璃中的难熔碎块。本发明也可用于浮法玻璃厂，检测聚苯乙烯垫片的碎块(这种垫片是在平板玻璃之间作支撑用的)、劳动保护手套、木桩、塑料杯子、硬纸板和纸张等不需要的渣砾。这些东西都是偶然落在碎玻璃中的。除此之外，本发明还可以用来检测有时会掉在碎玻璃中(特别是建筑工地的碎玻璃中)的混凝土碎块。
权利要求
1.检测存在于碎玻璃中的不需要物质的设备，其特征为包括一个诸如激光一类的光源，用来将光投射在碎玻璃上至少一个阵列的光检测元件，每个阵列中至少有两个光检测元件，用来区别非均匀散射光和均匀散射光，非均匀散射光来自碎玻璃，说明是从碎玻璃本身反射出来的光，均匀散射光则说明在碎玻璃中存在难熔碎块一类的不需要的物质；还有信号装置，用来将上述区别信号化，借以说明在受检的碎玻璃中有无不需要的物质。
2.根据权利要求
1的设备，进一步包括一套扫描装置，用来以光栅扫描的方式在碎玻璃上方进行扫描。
3.根据权利要求
2中的设备，其中的扫描装置包括一个可以旋转的多面反光镜，和一个驱动电动机，电动机用于旋转反光镜，其设置方式使来自光源的光照在反光镜上，然后经过反射照在碎玻璃上，从而电动机每转动一圈，就能将来自光源的光对碎玻璃横向扫描若干次，扫描次数与反光镜面的数目相对应。
4.根据上述任何一项权利要求
的设备，还包括能区分环境光与来自光源的光的装置，从而能排除或至少是减少伪信号。
5.根据权利要求
4的一种设备，其中的区分装置包括调制装置，用来调制来自光源的光;还有连接在检测器上的分辨装置，用来分辨环境光和这样的调制光。
6.检验存在于碎玻璃中的不需要物质的方法，其特征为包括如下步骤，将来自激光一类的光源的光投射在碎玻璃上，利用至少一个光检测器阵列、其中至少含有两个光检测器检测来自上述投射的反射光，由上述一个或数个阵列分辨非均匀散射光和均匀散射光，非均匀散射光来自碎玻璃，表示是由碎玻璃本身反射出来的光，均匀散射的光则表示在碎玻璃中含有难熔碎块一类不需要的物质，并且将上述的分辨结果变为信号输出，表明在受检的碎玻璃中是否存在不需要的物质。
7.根据权利要求
6的方法，其中，利用光栅扫描方式对碎玻璃进行扫描。
8.根据权利要求
7的方法，其中碎玻璃在受检时相对于光源移动，并由光源以重复间隔对碎玻璃进行单线横向扫描。
9.根据权利要求
6至8的任何一项的方法，还包括分辨环境光与来自光源的光，借以消除或至少是减少伪信号。
10.根据权利要求
9的方法，其中借助于对来自光源的光的调制，分辨照射在光检测器上的环境光和经过这样调制的光。
专利摘要
检测碎玻璃(2)中不需要物质的设备和方法。一个例如激光(11)的光源。将光投射在碎玻璃(2)上。至少一个装有至少两个光检测器(8)的阵列用于分辨来自碎玻璃(2)的非均匀散射光和来自渣砾的通常为均匀的散射光。还装有一个信号装置，用来发送经分辨所得的信号以表示在受检碎玻璃(2)中含有其他碎块。当碎玻璃(2)在一条移动的碎玻璃运输皮带(1)上时，来自光源(8)的光以光栅扫描方式对碎玻璃进行间歇扫描。可以采用一个多面反光镜(12)将光间歇地反射在碎玻璃(2)上。
文档编号B07C5/342GK87106592SQ87106592
公开日1988年4月27日 申请日期1987年9月26日
发明者巴里·雷蒙德·黑尔, 戴维德·米勒·伦格 申请人:皮尔金顿公共有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan