专利名称：用于检测和分离出杂质的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测并分离出材料流中的杂质的装置。这样的装置主 要被用在纺纱厂中，用于原棉清理。原棉通常会含有纺纱工艺所不希望有 的杂质。杂质例如可能是软绳、黄麻碎料或其它织物碎料、塑料薄膜或材 料颗粒。
背景技术：
在例如约格.乌尔曼的论文"原棉中的杂质检测"(苏黎世1996,参见 第5.1章并参照图5.1)中，公开了一种类型相似的装置。在这里，棉屑在 气动输送流中经过展示通道并且借助飞点扫描器进行监控。为了分行扫描 材料流，设有呈棱柱形状的镜轮，带有激光器的光源装置和传感器装置对 准镜轮，在这里，激光束通过光耦合输入被转至朝向镜轮。此外，光源和 传感器在镜轮俯视图中以大致相互垂直的方式排列。事实已经证明这种结 构占据相当大的地方。由于将半透明镜用于光耦合输入，所以出现损失， 这对光学效率产生不利影响。发明内容因而，本发明的目的是避免现有技术的缺点，特别是提供上述类型的、 占地较小的装置。特别是，检测单元应该以结构紧凑为特点。为了实现上述目的，本发明提供一种用于从纤维材料特别是原棉的材 料流中检测并分离出杂质的装置，它具有至少一个用于辐照材料流的辐 射机构和至少 一个用于检测材料流中的被照射的杂质的传感器装置，其中 为了分行扫描材料流，设有可旋转的多棱镜，利用多棱镜，该辐射机构的 辐射能被偏转向材料流，并且由材料流反射的辐射能被偏转向传感器装 置；分离装置，与传感器装置有效连接用于分离出被检测到的杂质，其中， 辐射机构和传感器装置关于光学照射轴是同轴前后布置的。由于主要构件(即辐射机构、传感器装置和多棱镜)布置在一条线上，所以可以形成细长的#企测单元。这种配置结构的特点还在于具有高的光学 效率。此配置结构的另一个优点是，在每个镜轮位置上的照射和成像都是 全等的。来自辐射机构的辐射可以直接或间接地被多棱镜偏转向或引导向 材料流。可以在输送管路中以气动方式输送材料流。但是，也可以例如以 棉网形式在传送带上输送材料流。该装置尤其也适于在纺纱准备中的开松 辊区域内扫描这样的材料流。多棱镜可以是棱柱体，其各个镜面平行于旋转轴线地延伸。不过也可 以想到，多棱镜^"以棱锥体或平截头棱锥体的形状构成，在这里，各镜面 显然相对旋转轴线是倾斜的。入射光线的偏转程度可以通过倾斜角度来确 定。在某些情况下，甚至可以想到以略凹或略凸的形状构成各镜的表面。在第一实施例中，辐射机构包括用于产生辐射的辐射源、和至少一个 用于沿照射轴使辐射准直射向多棱镜的凹面反射镜。当然，作为使辐射准 直照射的替换方案，可以设置透镜或透镜系统。辐射源可以发出光，例如可见光、紫外光或红外光，特别是近红外光(NIR)。辐射的波长总是如此 选择，即能最佳区分出合格材料与要除去的杂质。此时，最好可以如此进 行辐射的准直照射，即它在照射到材料流上时近似呈点状，或者辐射的横 截面具有介于待检测颗粒的数量级内的至少一次扩展。这样一来，可以精 确定位材料流中的杂质。例如，单独的或阵列式的电磁传感器或光电传感器可以用作传感器 (例如，就是单传感器或矩阵传感器)。辐射机构还优选地包括后反射体，通过后反射体，辐射的背侧部分能 被引向或反射向该凹面反射镜。在这里，后反射体可以优选也按照凹面反 射镜的方式构成。除了光聚束功能外，后反射体还具有以下优点，即传感 器装置安置在由后反射体产生的光阴影中。这样，通过简单的方式来保护 传感器装置，使其不受因辐射源直接照射而带来的干扰辐射影响。还可能有利的是，后反射体被安置在传感器装置与凹面反射镜之间， 其中该传感器装置的传感器入口与辐射源之间的距离Dl小于辐射源与凹 面反射镜之间的距离D2。传感器入口例如可以通过配置在传感器装置的 前端的透镜来限定。可以特别优选以下措施，Dl小于0.9D2,最好小于 0.75D2，特别优选大约为D2的2/3。还可能有利的是，后反射体大致紧挨着辐射源安置。在以点光源作为 辐射源的情况下，后反射体与点光源之间的距离D3例如可以小于20毫米。辐射源位于凹面反射镜和后反射体之间，在这里，后反射体最好紧挨着辐 射源安置。可能有利的是，辐射源为具有灯丝的卣素灯。这样的灯非常好地适用 作点光源。当然，也可以采用其它的灯或其它的辐射源。辐射源与呈球形凹面反射镜形状的后反射体之间的距离D3大致对应于该凹面反射镜的半径。多棱镜的镜面、凹面反射镜的反射面和/或后反射体的反射面可以镀 银、镀铝或镀金。但是，也可以想到其它的反射性金属表面。因此，尤其 优选镀金表面，这是因为镀金表面具有耐化学性，并且即便在恶劣的外界 环境条件下，也发挥作用(不失去光泽)。如果多棱镜的各个镜面配有偏振滤光镜，并且优选是如此配备的，即 每个镜面具有不同的偏振方向，则可以获得进一步的优点。镜轮例如可以 具有五个单镜，其中一个单镜没有偏振滤光镜，另外四个单镜分别配有一 个不同的偏振滤光镜。镜轮的旋转速度可以如此选择，即分别以不同的偏 振方向扫描材料流中的一行。借此可以明显提高对杂质特别是塑料膜的检 测识别能力。在下述情况下得到检测单元在该装置中的优选配置结构，由辐射机构 和传感器装置构成的装置如此安置在用于使材料流穿过的观测通道上，即 来自辐射机构并被多棱镜偏转的辐射沿观测通道的上侧以锐角倾斜角传输。此时，倾斜角可以优选地小于10°,特别优选地小于5。。当然，被多 棱镜偏转的辐射也能平行于观测通道上侧地传输(倾斜角将会为0)。为了 使辐射偏转向材料流，可以设置平面转向镜。这样的从多棱镜起或至多棱 镜的间接辐射引导的特点是占地非常小。整个检测单元能相当平扁地安装 在观测通道上。借助平面转向镜，可以如此偏转辐射，即辐射在侧视图中 近似以直角照中^L测通道的上侧。可以在传感器装置的前面设置遮光罩，由此能阻止传感器装置受到因 在多棱镜上反射而直接来自辐射机构的辐射的影响。遮光罩可以关于照射 轴在多棱镜方向上位于传感器装置的前面。此外，遮光罩可以大致直接与 限定传感器装置前端的透镜相连接。遮光罩的横截面或遮光罩在侧视图中 可以按照楔形形状构成，在这里，楔角可以大致对应于^^测单元的、由多 棱镜规定的偏转角。可以在传感器装置的一个或多个传感器的前方设置滤光器，以确定光在另一个实施例中，多棱镜可以通过电动枳4皮驱动，电动机可以优选 以外转子电动机的形式构成。在此情况下，多棱镜的多个镜面配属于外转 子。通过这种方式，该驱动电动机可以简单地整合在多棱镜中。还可能有利的是，传感器装置包括一个或多个基于半导体的传感器。为了冷却，传感器装置可以配备有至少 一个散热用的帕耳帖效应元 件，并且或许附加配备有或者作为替换方案地配备有散热用通风机构(如 热管)。因为传感器装置直接配置在光束中，所以冷却可能是必要的，不 管选择了什么样的传感器。优选作为光源的闺素灯将其大部分能量以热的 形式发出，这对传感器装置产生不利的影响。当辐射机构和传感器装置限定出 一个检测单元时，该装置包括至少两 个检测单元可能是有利的。此时，这些检测单元可以如此安装，即材料流 能在相同的高度上分成横向相互错开的两行被扫描。此时，这两行最好关 于材料流的输送方向相互间隔开。至少两个检测单元可以关于材料流的输送方向并排安装，在这里，能 用每个检测单元扫描整个通道区域或者只分别扫描部分区域。通过这样的 扫描区域分配，可以通过简单方式提高识别材料流中的杂质的检测率。材料流当然也可以通过其它的输送机构(如在传送带上)来输送，而 不是通过展示通道。还可能有利的是，材料流能以气动方式通过展示通道来输送，并且该 装置具有至少两个4全测单元。此时，这两个检测单元可以布置在展示通道 的同 一侧或相只于两侧上。此时可能非常有利的是，所述至少两个检测单元布置在展示通道的相 对两侧上并且关于材料流的输送方向是相互错开的。这样的双重配置结构 保证了高的除杂率，而不会出现检测单元相互干扰。所述装置可以包括这样的展示通道，即该展示通道的前侧对于辐射机 构的、射向材料流的辐射来说是可透的。在与前侧相反的后侧，在展示通 道中可以设置如此匹配于材料流中的合格材料的背景，即当背景反光时， 能产生与检测合格材料时相同的检测信号。因此，可以通过这种方式排除 由后侧引起的错误检测。还可能有利的是，至少观测通道上侧的、暴露在辐照下的区域由透明 圆片形成。暴露于辐照下的后侧区域也优选通过由透明材料构成的圓片形成，上述背景可以布置在该圆片的后面。
从以下对实施例的说明中以及从附图中，得到了本发明的其它具体特征和优点，其中图l是表示本发明装置的高度概括的示意图；图2是表示用于装置的检测单元的基本结构的透视图；图3是表示安置在观测通道上方的可供选的检测单元的俯视图；图4是表示根据图3的检测单元的侧视图；图5稍微详细地示出了根据图4的检测单元；图6是表示根据图5的检测单元的辐射机构的放大剖视图；图7是表示用于检测单元的传感器装置的简单示意图；图8表示展示通道的横截面；图9是表示具有属于检测单元的多棱镜的展示通道的示意图；图10表示具有两个多棱镜的观测通道，这两个多棱镜配置在相对两 侧上并且每个多棱4竟对应于 一 个冲全测单元；图11表示具有两个检测单元的另一配置结构(每个由多棱镜表示)， 但此时的两个4企测单元配置在同 一侧并且相互并列；图12是表示根据图11的、具有彼此并列的检测单元的装置的透视图。
具体实施方式
图l示出了用标记l表示的装置，用于检测并分离出在气动输送的原 棉材料流中的杂质。本身已知的基本结构主要包括用于检测材料流中的杂 质的检测单元2、和与该检测单元有效连接的分离装置5。材料流通过输 送管路6输送，在这里，在检测单元2的区域内设有相应的观测通道7。当检测到杂质时，相应的事实通过分析处理单元9 ^皮转换成启动分离 装置5的控制信号。现在，被检测到的杂质通过分离管18或其它排出管 路被送走，直至其最终到达废料容器(未示出)。在图1中，分离例如利 用压缩空气(用压缩空气源23表示)或是直接通过吹出杂质或是通过操 作偏转闸板来完成。但对本发明而言，原则上任何用于在输送管路6中气动输送的材料流的分离方法都适用。当然，下述装置并不仅仅限于气动输 送装置。该装置尤其也适用于以棉网形式在传送带上输送的或以其它方式输送的棉花。图2表示用于检测纤维材料流中的杂质的检测单元的基本结构。如图所示，辐射机构3和传感器装置4关于光学照射轴L是同轴前后布置的。 来自辐射机构3的辐射总是被一个旋转的多棱镜10的镜面17偏转向观测 通道19中的材料流。为了朝向材料流地引导辐射，设有平面转向镜20和 辅助镜21。当然，辐射也可以被多棱镜直接偏转向材料流。由材料流反射 的辐射在相反方向上通过多棱镜10和透镜被引导至传感器装置4。利用这 样的才佥测单元2，能以分行方式扫描材料流。这样的行由点划线表示。在 随后的图3和图4中示出了该检测单元的一个可行的设计结构。如图3所示，辐射机构基本上包括用于产生辐射的辐射源8、用于沿 光学照射轴L使辐射准直射向多棱镜10的凹面反射镜11、以及直接安置 在辐射源8后面的后反射体12,通过后反射体12，辐射的后侧部分可以 被引导向凹面反射镜11。从材料流至传感器装置4的辐射光路用粗线和箭 头表示。如图3且特别是图4及图5所示，辐射不一定是截面中呈点状的 辐射。横截面具有小扩展的、最好具有大致呈圆形的横截面扩展的辐射束 也可以作为辐射。如图所示，来自辐射机构的辐射和射向传感器装置的辐 射是同心但彼此相反的。因此，产生了相对观测通道的中央平面(图3中 的L)是对称的检测单元结构。辐射可以是可见光、紫外光或红外线。在 棉花应用领域中，已经i正明近红外线(MR，约800纳米~ 2500纳米)是 有利的。在根据图3的实施例中，检测辐射的最大偏转大约是45。。具有五个 镜面17的五面镜轮用作多棱镜10。如图3所示，该扫描单元的扫描区域 一般应对应于观测通道19的通道宽度。每个镜面17分别确定一个扫描4亍。从图4的侧视图中可以看到，来自辐射机构的被多棱镜10偏转的辐 射、或者被材料流颗粒反射向多棱镜10的辐射以锐角倾斜角a沿上侧22 传输。在这里，倾斜角a约为9。。呈棱柱形的多棱镜10相对上侧22的面 法线倾斜一角度Y (R是多棱镜10的旋转轴线)。也在侧视图中，包括凹 面反射镜11、辐射源8、后反射体2和传感器装置4的配置是倾斜布置的。 设有相对上侧22大致倾斜45。的平面转向镜20,用于使沿上侧传输的辐 射偏转，从而引导辐射几乎垂直地经过该上侧的、由透明圆片形成的区域 22，。通过检测单元的平扁布置和由于辐射只直接在观测通道19中时才被 引导向材料流，所以结构体积能总体上被有利地最小化。后反射体12安置在传感器装置4与凹面反射镜11之间，传感器装置4的传感器入口与 辐射源8之间的距离Dl小于辐射源8与凹面反射镜ll之间的距离D2。如图5所示，检测单元的、关于光学照射轴L按照凹面反射镜11 _辐 射源8-后反射体12-传感器装置4和多棱镜10的顺序前后排成一排的 多个构件被安装在支撑盘31上。可围绕旋转轴线R旋转的多棱镜在一侧 安装在楔30上，楔30又被紧固在支撑盘31上。检测单元可以通过筒单 方式被预安装。当然，当代替棱柱体形镜轮采用其旋转轴线R垂直于支撑 盘31布置的平截头棱锥体形镜轮时，在此实施例中可以省掉楔30。在传感器装置的前面设有透镜26,该透镜限定传感器装置的前端。就 在透镜26的前方设有遮光罩13，借助遮光罩13阻止来自辐射机构的辐射 因在多棱镜10上反射而直接射入传感器装置4。如图所示，遮光罩13的 横截面成楔形，其楔角大致对应于辐射在多棱镜IO上的偏转角。图5还示出了，对应于照射和检测的辐射(用箭头表示)是同心但彼 此相反地传输的。多棱镜10的镜面17、凹面反射镜11的反射面和后反射 体12的反射面都镀有金。例如，作为驱动装置，采用被整合在多棱镜IO 中的电子整流型外转子电动机。可以优选采用基于半导体的光敏传感器。为了散热，传感器装置4可 以配备有至少一个帕耳帖效应元件(未示出)。该传感器装置还如此构成， 即可以使空气流流经电气电子元件。如图6所示，与至凹面反射镜11的距离D2相比，辐射源8与后反射 体12是相互紧挨着的。距离D3例如约为15mm。呈J求形凹面反射镜形状 的后反射体12的半径r在此实施例中同样是15mm。就是说，辐射源8与 呈球形凹面反射镜形状的后反射体12之间的距离D3对应于凹面反射镜 ll的半径r。辐射源8以点光源形式构成，在这里，该光源例如可以是具 有灯丝27的卣素灯。凹面反射镜11以椭球形凹面反射镜的形式构成，其 目的是通过多棱镜将来自闺素灯的尽可能多的光聚焦到材料流上。图7表示传感器装置4，其中辐射通过透镜26被引导至介质分光镜， 该介质分光镜将一部分辐射引导至传感器15，将另一部分辐射引导至传感 器16。为了确定光谱范围，分别在传感器15和16的前方设有滤光器28 和29。也可以只设置一个传感器，代替具有两个传感器的结构。根据图8的观测通道19的横截面示意图(沿扫描区域或扫描行的截面， e表示材料流输送方向)示出了呈矩形的观测通道在三侧衬有特殊背景。入射辐射和反射辐射用箭头表示。不仅上侧22，和后侧25，由玻璃片构 成，而且由37表示的边侧也均由玻璃片构成。不^义在后侧25，的后面， 而且在侧片37的后面，均配置有棉花层作为背景36。因此，即使辐射没 有照中材料流颗粒，检测单元也能提供正确的信号。因此当背景反射时， 产生了与检测材料流的合格材料时相同的检测信号。图IO和图11示意表示具有两个检测单元的配置结构，这两个^r测单 元仅用其所属的多棱镜10和10，来表示。在这里， 一个辐射机构和一个 传感器装置限定一个检测单元。为了对比，图9表示只具有一个检测单元 即多棱镜10的实施例。在图10中，检测单元配置在展示通道19的相对两侧上。检测单元或 多棱镜IO、 10，可以关于材料流的输送方向e相互错开地布置，由此可以 在相互错开的两行中扫描材料流。但这种错开并非总是需要的。图11示意表示两个检测单元，它们关于材料流的输送方向并排设置 (无错开)，在这里，可以用每个检测单元或用每个多棱镜10、 10，来分 别扫描一个部分区域。在图11中由ii表示的重叠区域是可以任选的，或 者也可以省掉。图12表示根据图ll配置结构中的、具有两个检测单元2和2，的检 测配置结构的透视图。用Z和Z，表示行，随此可以分别扫描材料流的大 致一半。如图所示，这两行相互重叠。当然，根据展示通道19的宽度， 也可以采用多于两个的、关于输送方向e并排布置的检测单元。此时，有 利地如此构成这些纟企测单元，即由并排的^r测单元扫描的部分区域在重叠 区中重叠。
权利要求
1.一种用于从纤维材料特别是原棉的材料流中检测并分离出杂质的装置，具有至少一个用于辐照该材料流的辐射机构(3)和至少一个用于检测该材料流中的被照射的杂质的传感器装置(4)，其中为了分行扫描该材料流，设有可旋转的多棱镜(10)，利用该多棱镜，该辐射机构(3)的辐射能被偏转向该材料流并且由该材料流反射的辐射能被偏转向该传感器装置(4)；分离装置(5)，与该传感器装置(4)有效连接，用于分离出所检测到的杂质，其特征在于，该辐射机构(3)和该传感器装置(4)关于光学照射轴(L)是同轴前后布置的。
2. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，该辐射机构(3)包括用 于产生辐射的辐射源(8)、和至少一个用于沿该照射轴(L)使辐射准直 射向该多棱镜(10)的凹面反射镜(11 )。
3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，该辐射机构(3)还包括 优选呈凹面反射镜形状的后反射体(12)，通过该后反射体，辐射的后侧 部分能被引导向该凹面反射镜(11 )。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，该辐射源 (8)是具有灯丝(27)的卤素灯，用于形成点光源。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，该辐射源(8)和呈球形 凹面反射镜形状的该后反射体(12)之间的距离(D3)大致对应于该凹面 反射镜(12)的半径(r)。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，包括该辐 射机构(3)和该传感器装置(4)的配置结构按以下方式安置在用于使该 材料流穿过的观测通道(19)上，该辐射机构的、被该多棱镜偏转的辐射 大致与该观测通道(19)的上侧(22)平行或沿该观测通道(19)的上侧(22)以锐角倾斜角(a)进行传输，并且设有平面转向镜(20)用于使 辐射偏转向该材料流。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，在该传感 器装置(4)的前方设有遮光罩(13)。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，在该传感 器装置(4)的传感器(15， 16)的前方设有滤光器(28、 29),用于确定光谱范围。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，该多棱镜 (10)可通过电动机(14)被驱动，该电动机优选呈外转子电动机的形式，其中该多棱镜(10)的多个镜面(17)对应于该外转子。
10. 如权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，该传感器 装置(4)包括基于半导体的传感器。
11. 如权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，该传感 器装置(4)配备有至少一个用于散热的帕耳帖效应元件，并且或许配备 有用于散热的替换手段。
12. 如权利要求1至11中任一项所述的装置，其中该辐射机构(3) 和该传感器装置(4)限定一个检测单元(2),该材料流优选以气动方式 通过展示通道(7， 19)输送，其特征在于，该装置包括至少两个检测单 元(2),所述至少两个检测单元(2)安置在所述展示通道(7)的同一侧 或相对两侧上。
13. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述至少两个检测单 元(2, 2，)关于该材料流的输送方向并排安置，其中可利用每个检测单 元(2, 2，)来分别扫描一个部分区域。
14. 如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述至少两个检测单 元(2、 2，)按以下方式设计，并排的所述检测单元(2、 2，)的部分区域 在重叠区域(ti)内重叠。
15. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述至少两个检测单 元(2)设置在该展示通道(7)的相对两侧并且关于该材料流的输送方向 相互错开地布置。
全文摘要
本发明提供一种用于检测和分离出材料流中的杂质的装置，具有用于辐照材料流的辐射机构(3)和至少一个用于检测材料流中的被照射的杂质的传感器装置(4)。设有可旋转的多棱镜(10)用于分行扫描材料流，利用该多棱镜，辐射机构(3)的辐射能被偏转向材料流并且由材料流反射的辐射可被偏转向传感器装置(4)。辐射机构(3)和传感器装置(4)关于光学照射轴(L)是同轴前后布置的。辐射机构(3)主要包括辐射源(8)、用于沿光学照射轴(L)使辐射准直射向多棱镜(10)的凹面反射镜(11)、和后反射体(12)，通过该后反射体，辐射的后侧部分能被引导向凹面反射镜(11)。
文档编号D01G9/00GK101250772SQ20081000728
公开日2008年8月27日 申请日期2008年2月22日 优先权日2007年2月23日
发明者A·克劳斯 申请人:鲁道夫·富克斯