用于检测物品的装置、系统以及方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于检测物品的装置(10)，该装置包括：第一光源(14a)，该第一光源适于发射第一光束(16a)；第二光源(14b)，该第二光源适于发射第二光束(16b)，其中，该装置布置成使得第一光束与第二光束朝向扫描元件(20)汇聚，该扫描元件例如为旋转多边形镜；扫描元件，该扫描元件适于使汇聚的第一光束以及第二光束朝向待检测的物品改变方向；以及检测器(26)，该检测器适于接收物品通过扫描元件反射的光(38)。
【专利说明】用于检测物品的装置、系统以及方法
[0001] 本发明涉及一种用于检测物品的装置。本发明还涉及一种检测物品的系统以及方 法。
[0002] US6449036(W〇llmann等人）公开了一种设备，其中，两个激光器均产生激光束。激 光束通过镜发生偏转并且汇聚成共同的光束。为了这个目的，一个镜是透明的，以用于位 于该镜后面的激光器的激光束。组合的激光束穿过另一镜中的孔并射在旋转的多边形镜 轮的一个平面多边形表面上。多边形镜轮引导抛物面镜上方的激光束，并且被抛物面镜反 射的激光束被引导至斜交镜并射在待扫描物体的表面上。物体表面被投影至光接收器上。 US6449036中的设备的缺点在于激光器是单色的（monochromatic，单频的）。
[0003] W09844335Al(Ruymen)公开了一种可安装在分类装置中的设备。该设备设置有两 个光源，每个光源均产生强烈的聚焦光带。两个光源产生不同频率的光并且可通过选择性 的半反射镜（二向色镜）以及普通镜汇聚成一个激光束带。这个光带被朝向移动的棱镜反 射。这个镜的面是反射性的，并且这些面设置成彼此成基本相同的角度。此外，这个棱镜绕 着该棱镜的中央轴线旋转。落在这种面上的光带被引导朝向待分类的产品。由于镜的旋转， 光带在产品的部分的流上横向移动。在这样做时，所述带每次均沿相同的方向在部分的流 的宽度上方的两个位置之间移动。当光带落在产品的一部分上时，该光带被所述部分散射 和/或反射。散射的光被相同的面至少部分地捕获，并且该散射的光通过所述面沿着与光 带近似相同的路径被引导至分束器，该分束器朝向两个检测器成角度地反射该散射的光。 W09844335A1中的设备的缺点在于照射是在与检测相同的光路上，从而可产生关于全反射 的问题。
[0004] US3176306涉及一种用于测试材料的表面质量的装置，并且其公开了一种"移动" 狭缝观测装置，其中，锡片沿特定方向再次移动。上下排灯（线光源）安装成给出期望的偏 离镜面的照射角度，并且对横向于其移动方向的锡片的带进行照射。罩（hood)定位成与该 带相对，以便将电视摄像机的视角约束至该带。
[0005] 本发明的一个目的是提供一种用于检测物品的改善的装置以及方法。本发明限定 在所附的独立权利要求中。在所附的从属权利要求中阐述了实施方式。
[0006] 根据本发明的一方面，提供了一种用于检测物品的装置，该装置包括：第一光源， 该第一光源适于发射第一光束；第二光源，该第二光源适于发射第二光束，其中，该装置布 置成使得第一光束以及第二光束朝向扫描兀件汇聚；扫描兀件，该扫描兀件适于使汇聚的 第一光束以及第二光束朝向待检测的物品改变方向；以及检测器，该检测器适于接收物品 通过扫描元件反射的光。
[0007] 装置可进一步包括第一镜以及第二镜，该第一镜布置在第一光源与扫描兀件之间 的光路中，该第二镜布置在第二光源与扫描元件之间的光路中，其中，第一镜适于使第一光 束改变方向，并且第二镜适于使第二光束改变方向，以使得第一光束与第二光束朝向扫描 元件汇聚。
[0008] 第一光源与第一镜之间的距离可不同于第二光源与第二镜之间的距离。
[0009] 检测器可布置成接收在第一光束与第二光束之间传播的反射光。
[0010] 检测器可定位在第一镜与第二镜之间，或者镜元件可定位在第一镜与第二镜之 间，以用于使反射光改变方向至检测器。
[0011] 用于传送物品的传送工具可设置在装置下方。
[0012] 传送工具包括以下三者中的至少一个：传送带；坡道（chute，斜槽），以及自由下 落路径。
[0013] 装置可进一步包括安装板，其中，至少扫描元件安装在该安装版上，并且其中，安 装板布置成与传送工具的法线成2度至15度的角（A)，所述角优选地为大约10度。
[0014] 装置可布置成使得第一光束与第二光束在传送工具上的物品上基本重叠。
[0015] 装置可进一步包括第一透镜以及第二透镜，该第一透镜布置在第一光源与第一镜 之间，该第二透镜布置在第二光源与第二境之间，其中，第一透镜以及第二透镜中的至少一 个是能移动的，以用于调节光源与透镜之间的距离。
[0016] 装置可进一步包括壳体，该壳体容纳至少扫描元件并且具有底壁，该底壁具有位 于扫描兀件下方的窗，其中，至少一个参考兀件布置成接近所述窗。
[0017] 所述参考元件可包括以下三者中的至少一个：白色参考件，该白色参考件包括两 个（基本）白色的参考区域以及中央三角镜；黑色或深色参考区域；以及开孔，该开孔位于 底壁中，具有用于收集环境光的透镜。
[0018] 扫描元件可为旋转多边形镜以及倾斜镜中的一个。
[0019] 第一光源以及第二光源可为点光源，其中，装置进一步包括适于照射物品的至少 一个线光源。
[0020] 第一光束与第二光束在被第一镜以及第二镜改变方向之前可为平行的或基本平 行的，其中，第一光源和第二光源以及第一镜和第二镜布置在平面P中，该平面垂直于扫描 元件的旋转平面或倾斜平面，其中，第一镜以及第二镜中的一个适于使第一光束在所述平 面P中以小于90度改变方向，并且第一镜以及第二镜中的另一个适于使第二光束在所述平 面P中以大于90度改变方向，并且其中，检测器或镜元件在第一镜与第二镜之间定位在所 述平面P中，所述镜元件适于使反射光改变方向至检测器。
[0021] 根据本发明的另一方面，提供了一种系统，该系统包括如上文限定的两个装置，这 两个装置并排放置，以使得两个装置的检测区域部分地重叠。
[0022] 两个装置的操作可为同步的，以使得检测区域的重叠部不被两个装置同时照射。
[0023] 根据本发明的又一方面，提供了一种检测物品的方法，该方法包括：发射第一光 束；发射第二光束；使第一光束以及第二光束定向或改变方向，以使得第一光束以及第二 光束朝向扫描元件汇聚；通过扫描元件使汇聚的第一光束以及第二光束朝向待检测的物品 改变方向；以及接收物品通过扫描元件反射的光。这个方面可显示出与前文描述的方面相 同或类似的特征以及技术效果，并且反之亦然。
[0024] 现将参考附图更详细地描述本发明，该附图示出了本发明当前优选的实施方式。
[0025] 图1是根据本发明的实施方式的装置的示意性俯视图。
[0026] 图2是图1中装置的侧视图。
[0027] 图3是图1中装置的主视图。
[0028] 图4是根据本发明的另一实施方式的装置的局部透视图。
[0029] 图5是本装置的示意性局部俯视图。
[0030] 图6是本装置的不意性局郃侧视图。
[0031] 图7是根据本发明的白色参考元件的主视图。
[0032] 图8是本装置的示意性局部主视图。
[0033] 图9示出了本发明的双重构造。
[0034] 图10是根据本发明的又一实施方式的装置的示意性俯视图。
[0035] 图1至图3示出了用于检测物品12的装置10。
[0036] 装置10包括第一光源14a以及第二光源14b。应该注意的是，如本文所使用的"光" 不限于人眼可见的电磁辐射，而可还包括其他波长的光，特别是紫外光和红外光。
[0037] 第一光源14a适于发射第一光束16a，而第二光源14b适于发射第二光束16b，该 第二光束平行于第一光束，例如，如在图1中可见。光源14a、14b可为相同的类型并且发射 相同种类的光。光源14a、14b可例如为55W的灯泡,但还可使用其他光源。而且，光源14a、 14b可为宽带源，例如具有400nm-1800nm的发射物（emission)。而且，与US3176306的上 下排灯相比，光源14a、14b可为点光源。
[0038] 装置10还包括第一镜18a以及第二镜18b。第一镜18a以及第二镜18b可为平面 折叠式反射镜（folding mirror)。第一镜18a布置在第一光源14a的前方一距离处，并且 适于使第一光束16a改变方向（重定向）。第二镜18b布置在第二光源14b的前方更远的 一距离处，并且适于使第二光束改变方向。具体地，第一镜18a成角度以使第一光束16a以 恰好小于90度改变方向，而第二镜18b成角度以使第二光束16b以恰好大于90度改变方 向，如在图1中可见。
[0039] 装置10还包括扫描元件或设备，这里为旋转多边形镜20。多边形镜20具有多个 反射面22。而且，多边形镜20布置成绕着该多边形镜的中央轴线24旋转，例如通过马达 (未不出）。多边形镜20适于使第一光束以及第二光束进一步朝向物品12改变方向。
[0040] 装置10还包括检测器26,该检测器适于接收由物品12通过旋转多边形镜20反射 的光。检测器26可例如为光谱仪。检测器26可放置在与第一光源14a以及第二光源14b 以及镜18a、18b相同的平面P(由X方向与y方向限定）中，该平面P垂直于多边形镜20 的旋转平面，例如见图2至图3。而且，检测器26可放置在镜18a、18b的后面（如在X方向 可见），并且放置在镜18a与18b之间（如在y方向可见）。
[0041] 在使用装置10检测物品的方法中，使用第一光源14a以及第二光源14b产生第一 平行光束16a以及第二平行光束16b。第一光束16a通过第一镜18a改变方向，并且第二光 束16b通过第二镜18b改变方向，借此改变方向的第一光束16a以及第二光束16b朝向旋转 多边形镜20汇聚。落在一个面22上的汇聚的光束16a、16b进一步朝向传送工具改变方向， 并且在传送工具上方扫描，这里该传送工具为传送带30,待检测的物品12在传送带上被传 送。应该注意的是，当光束16a、16b击中面22时，光束还没有完全重叠或汇聚，但这些光束 比它们在镜18a、18b处时更接近彼此（在y方向上）。由于多边形镜20的旋转，光束16a、 16b在传送带30的宽度上的两个位置32与34之间的相同方向上在传送带30上重复地横 向移动，如由图2中的箭头36所示。当光束16a、16b通过一个面22落在物品12上时，光 束16a、16b的光（该光现在完全重叠）被物品12反射。该反射通常是漫反射（diffuse)， 并且用参考标号38来指代的反射光至少部分地被同一个面22捕获，并且该反射光在汇聚 的光束16a、16b之间被引导至检测器26。由于第一镜18a和第二镜18b在y方向上被充分 地间隔开，因此反射光38可在这两个镜之间穿过并且被检测器26所接收（见图1)。
[0042] 因此，在使用中，传送带30上的任何物品12均被来自两个光源14a、14b的光所照 射。如果光源14a、14b中的一个损坏，则装置10仍将用仅一个光源进行操作。而且，由于 光束16a、16b是汇聚的，因此可避免全反射（多个全反射）。
[0043] 在图4中的装置10类似于图1至图3的装置，但在这里，第一光源14a与镜18a 之间的距离比第二光源14b与镜18b之间的距离更长。这样，第一光束16a与第二光束16b 不相交。而且，镜元件40定位在第一镜18a与第二镜18b之间，以用于将反射光改变方向 至检测器26。这样，大体积检测器26将不阻挡光16a、16b、38的路径。
[0044] 本装置10可还包括第一透镜44a以及第二透镜44b，该第一透镜布置在第一光源 14a与第一镜18a之间，该第二透镜布置在第二光源14b与第二镜18b之间，如在图5中可 见。第一透镜44a以及第二透镜44b可在如由双箭头表示的y方向上移动，借此可调节相 应的光源14a、14b与透镜44a、44b之间的距离。这样，装置10可根据与传送带30的距离 而安装并恰当地聚焦。第一透镜44a和第二透镜44b可例如为聚焦透镜。优选地，每个透 镜44a、44b均布置在相应的管46a、46b中。除了设置用于透镜44a、44b移动的路径之外， 管46a、46b还可用于校准来自光源14a、14b的光。
[0045] 如在图5中（并且也在图4中）还可见，本装置10可还包括维护室48,该维护室 容纳第一光源14a以及第二光源14b。维护室48的内部优选地为隔离的，并且门50是导热 的并用作热交换器。
[0046] 本装置10还可包括至少一个参考元件，见图4和图6。该至少一个参考元件放置 成接近或邻近装置的在多边形镜20下方的壳体60中的窗58。为了这个目的，装置10构造 成使得第一光束16a以及第二光束16b在至少一个参考元件上方重复地扫动。因此，随着 多边形镜20旋转，检测器26通过每个扫描线检测到该至少一个参考元件，并且装置10可 相应地调节或校准。至少一个参考元件可例如用于表示光源老化以及缺陷光源。而且，通 过使用深色参考件和白色参考件（见下文），则不需要温度校准或补偿。
[0047] 至少一个参考元件可包括白色参考元件52,如还在图7中所示。白色参考元件52 可包括两个白色参考区域或表面62a、62b，并包括布置在两个白色区域62a、62b之间的三 角镜64。三角镜64可为等边的或等腰的，其中，与基座隔开的两个侧面是反射的。在操作 时，入射光16a、16b被白色区域或表面62a、62b反射，并且这些入射光通过三角镜64改变 方向朝向检测器26返回。
[0048] 而且，至少一个参考元件可包括黑色或深色参考区域54。这个区域54可例如为绘 成或涂成黑色的表面。
[0049] 而且，至少一个参考元件可包括位于壳体60的底壁中的开孔66,该开孔具有用于 收集环境光的透镜68。这样，装置10可根据周围环境如何变亮或变暗（例如，通过从反射 光38中减去的环境光）而进行调节或校准。
[0050] 本装置10可还包括如在图8中可见的接地板或安装板42。至少多边形镜20安 装在安装板42上，但优选地，光源14a、14b以及镜18a、18b也安装在该安装板上。安装板 42布置成相对于传送带30和窗58的前玻璃的法线成2度至15度的角A，优选地为大约10 度。这样可避免来自物品12/传送带30以及来自窗58的前玻璃两者的全反射（即，入射 角不为零）。
[0051] 而且，两个装置10可布置成彼此接近，具有少量重叠的检测区域70a、70b，如在图 9中可见。用参考标号72来指代重叠部。通过使用并排的两个装置10,可有效地检查较宽 的传送带30。而且，两个装置10的操作可为同步的，这样使得检测区域70a、70b的重叠部 72不同时被两个装置10照射。为此，伺服马达可用于旋转多边形镜。
[0052] 图10中的装置10类似于图1至图3中的装置，但这里省略了第一镜18a以及第 二镜18b。替代地，第一光源14a以及第二光源14b定向成使得第一光束16a以及第二光束 16b朝向扫描兀件20汇聚。
[0053] 本装置10以及方法可用于基本检测在电磁场（电磁信号）内给出反射的任何物 品12。通过使用作为检测器26的光谱仪，不仅可检测存在的一些物品12而且可检测物品 12的类型或材料。本装置10以及方法的应用包括但不限于各种材料分类以及循环应用。
[0054] 本领域的技术人员将理解本发明绝不限制于上文描述的实施方式（多个实施方 式）。相反，可在所附权利要求的范围内做出许多修改以及变型。
[0055] 例如，传送带30可被坡道或自由下落路径替换。
[0056] 而且，多边形镜可被倾斜镜替换。
[0057] 而且，装置10还可包括适于照射物品的至少一个线光源。该至少一个线光源可适 于随着来自第一光源以及第二光源的扫描光束而对传送工具上的相同区域进行照射。而 且，该至少一个线光源可适于发射与第一光源以及第二光源相比不同波长或波长范围的 光，以便扩大装置的范围。以下一些源可进行组合：UV(紫外）光、NIR(近红外）光、MIR(中 红外）光以及VIS(可见/可视）光。
【权利要求】
1. 一种用于检测物品（12)的装置（10)，所述装置包括： 第一光源（14a)，所述第一光源适于发射第一光束（16a); 第二光源（14b)，所述第二光源适于发射第二光束（16b)，其中，所述装置布置成使得 所述第一光束与所述第二光束朝向扫描兀件（20)汇聚； 所述扫描元件，所述扫描元件适于使汇聚的所述第一光束以及所述第二光束朝向待检 测的所述物品改变方向；以及 检测器（26)，所述检测器适于接收所述物品通过所述扫描元件反射的光（38)。
2. 根据权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括第一镜（18a)以及第二镜（18b)， 所述第一镜布置在所述第一光源与所述扫描元件之间的光路中，所述第二镜布置在所述第 二光源与所述扫描元件之间的光路中，其中，所述第一镜适于使所述第一光束改变方向，并 且所述第二镜适于使所述第二光束改变方向，以使得所述第一光束与所述第二光束朝向所 述扫描元件汇聚。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一光源与所述第一镜之间的距离不同于 所述第二光源与所述第二镜之间的距离。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述检测器布置成接收在所述第一 光束与所述第二光束之间传播的反射光。
5. 根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其中，所述检测器定位在所述第一镜与所 述第二镜之间，或者其中，镜元件（40)定位在所述第一镜与所述第二镜之间，以用于使反 射光改变方向至所述检测器。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，用于传送所述物品的传送工具（30) 设置在所述装置下方。
7. 根据权利要求5所述的装置，其中，所述传送工具包括以下三者中的至少一个：传送 带（30);坡道，以及自由下落路径。
8. 根据权利要求5或6所述的装置，所述装置进一步包括安装板，其中，至少所述扫描 元件安装在所述安装板（42)上，并且其中，所述安装板布置成与所述传送工具的法线成2 度至15度的角（A)，所述角优选地为大约10度。
9. 根据权利要求5、6或7所述的装置，所述装置布置成使得所述第一光束与所述第二 光束在所述传送工具上的所述物品上基本重叠。
10. 根据权利要求2至8中任一项所述的装置，所述装置进一步包括第一透镜（44a)以 及第二透镜（44b)，所述第一透镜布置在所述第一光源与所述第一镜之间，所述第二透镜布 置在所述第二光源与所述第二镜之间，其中，所述第一透镜与所述第二透镜中的至少一个 是能移动的，以用于调节光源与透镜之间的距离。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置进一步包括壳体（60)，所述壳 体容纳至少所述扫描元件并且具有底壁，所述底壁具有位于所述扫描元件下方的窗（58)， 其中，至少一个参考元件布置成接近所述窗。
12. 根据权利要求10所述的装置，其中，所述参考元件包括以下三者中的至少一个： -白色参考件（52)，所述白色参考件包括两个基本白色的参考区域（62a，b)以及中央 三角镜（64); -黑色或深色参考区域；以及 -开孔，所述开孔位于底壁中，所述开孔具有用于收集环境光的透镜。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述扫描元件是旋转多边形镜以及 倾斜镜中的一个。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一光源以及所述第二光源是 点光源，并且其中，所述装置进一步包括适于照射所述物品的至少一个线光源。
15. 根据权利要求2至13中任一项所述的装置，其中，所述第一光束与所述第二光束在 被所述第一镜以及所述第二镜改变方向之前是平行的或基本平行的，其中，所述第一光源 和所述第二光源以及所述第一镜和所述第二镜布置在平面P中，所述平面垂直于所述扫描 元件的旋转平面或倾斜平面，其中，所述第一镜以及所述第二镜中的一个适于使所述第一 光束在所述平面P中以小于90度改变方向，并且所述第一镜以及所述第二镜中的另一个适 于使所述第二光束在所述平面P中以大于90度改变方向，并且其中，所述检测器或镜元件 在所述第一镜与所述第二镜之间定位在所述平面P中，所述镜元件适于使反射光改变方向 至所述检测器。
16. -种系统，所述系统包括根据前述权利要求中任一项所述的两个装置，所述两个装 置并排布置，以使得所述两个装置的检测区域（70a，b)部分地重叠。
17. 根据权利要求15所述的系统，其中，所述两个装置的操作是同步的，以使得所述检 测区域的重叠部（72)不被两个装置同时照射。
18. -种检测物品（12)的方法，所述方法包括： 发射第一光束（16a); 发射第二光束（16b); 使所述第一光束以及所述第二光束定向或改变方向，以使得所述第一光束以及所述第 二光束朝向扫描兀件（20)汇聚； 通过所述扫描元件使汇聚的所述第一光束以及所述第二光束朝向待检测的所述物品 改变方向；以及 接收所述物品通过所述扫描元件反射的光。
【文档编号】G01N21/84GK104067109SQ201380006071
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2012年1月24日
【发明者】迪尔克·巴尔塔扎, 奥勒·奥恩斯鲁德 申请人:陶朗分选有限公司