专利名称：用于光学分类机的多层反射背景的制作方法
技术领域：
本发明涉及至少在两个波长范围内与由分类机进行分类的产品匹配的光学分类机的背景，一个波长范围通常由可见光谱中的一种颜色来表示，而另一个波长范围通常在红外光谱中。
本发明所用类型的一种典型的分类机是一般在食品等工业中用于分选可换(fungible)产品的高速分类机。例如，通过重力给料使单个食用豆沿陡斜的通道或斜槽滑下，再由这种机器分类以从标准豆中分离出“低于标准”的豆。术语“低于标准”适用于那些在一个或多个辐射波段中预先设定的合格“颜色”色调范围之外的豆，在某些情况中这些波段是在可见光谱之外。在最简单的情况中，物品由单个光谱中的色调或色度的变化进行分类，包括黑白色度或灰度。这种分类过程称作单色分类，因为只观测单个辐射频谱。在更复杂的光学彩色分类操作中，流动物品的分类是确定何时一个物品在两个辐射波段的任何一个中反射了不合格的辐射量。这种分类过程称作双色分类。很明显，如果需要可以采用两个以上的辐射波段。
以上大概描述的那种类型的光学分类机采用的传感器包括一个或多个光探测器，比如光电二极管。光探测器被放置用来通过透光窗口观测被照明的产品流。产品流在光学传感器和背景之间经过，背景的颜色或色度和具有标准颜色或色度的产品流相匹配，这样只有产品颜色或色度的变化才会引起检测事件。照明来自直接照到产品流上的一个或多个灯，使得在一个或多个辐射波段中对标准产品观测到标准反射率，而在这些波段中对低于标准的产品观测到低于标准的反射率。
分类机还包括位于一个或多个传感器下游的喷射机构，由传感器检测所产生的电信号起动。当检测到低于标准的物品或产品时，恰好在低于标准的产品和喷射机构对准时产生电信号，并起动喷射器。因此，从探测的时刻到喷射的时刻有非常小的延时。典型的喷射机构通常是空气喷射器。
如上所述，产品流在背景前经过，而背景具有对整个工作过程很关键的颜色或色度，其中在传感器所观测的波长或波段中在检测时所述背景的颜色或色度必须和标准产品相匹配。通常其实现方法是对背景仔细上色，使背景干燥后再运行机器，或者分析背景的颜色或色度是否合格。对于双色分类，背景必须在两个波段中对反射特性是合格的，而这实际上不可能由偶然的观测来区别，特别是当这些波段之一是在红外光谱而不是可见光谱中时。这种过程要消耗很多时间，而且这种试错技术仍可导致和合格的辐射范围不完全匹配的结果，而反过来这正是随后所述的本发明想要完成的。也就是说，由于产品的材料和背景的支撑材料(通常是金属)的不同，在可见光谱和红外光谱二者中的颜料的反射率很少在这些光谱中和产品一直完全匹配。
一种典型产品在其表面下的结构对红外光谱范围如何反应或反射是很重要的，而这种产品的表面情况对可见光谱范围如何反射是重要的。例如，试图用颜料深浅的混合来只处理背景的表面，就不考虑背景表面下的材料或衬底材料如何反射红外光谱范围。采用不同颜色光投射到背景上。如描述于1993年11月30日授予William C.Long的U.S.patent 5,263,732，仍未考虑反射表面下的材料的情况。
因此，本发明的一个特点是提供一种用于分类机的改进背景，它具有分层结构，其第一层在短波长范围内对反射光有响应，而第二层在长波长范围内对穿过第一层并从第二层反射回的反射光有响应。
本发明的另一个特点是提供一种用于分类机的改进背景，它具有分层结构，其第一层在可见光谱范围对反射光有响应，而第二层在不可见的红外光谱范围对穿过第一层并从第二层反射回的反射光有响应。
本发明还有一个特点是提供一种上述类型的用于分类机的改进的分层背景，其中第一层是塑料叠层，薄膜或透明带，而第二层是不同的材料，比如木/胶基底。
根据本发明的背景改进的工作是结合用于在较小可换物品流中对这些产品进行分类的机器的电光观察台而进行的。通常，这种使用该背景改进的机器是双色分类机，至少有一个观察台相对于产品通道对准，以使在预先选定的可见光范围内的光和在预先选定的不可见红外光谱范围内的辐射波照射到其中的产品流。灯源通常和滤波器结合以产生所需的、和被分类产品已知的反射响应有关的双色辐射。即，正常或合格的产品已知可在每个预选的光谱范围内反射高于各自的脱开级(triplevel)。不过，不合格产品的反射不高于至少一个脱开级，这会对不合格产品产生一个喷射信号。这种分类机的工作过程在本领域中是熟知的。
背景是很重要的，因为它被选来在每个双色光谱范围内和合格产品匹配。这样，当没有产品流过或在产品间有间隙时，不会产生喷射信号。
背景的形成是通过选取可反射所用双色光波中较长波长的衬底材料和颜色。衬底可以是木头或塑料，可以有一层胶面用来粘上选来反射所用双色光波中较短波长的表面层。优选地，较短波长是在可见光谱范围内，而较长波长是在不可见的红外光谱范围内。表面层可选用预定的合适颜色或色调上色，也可以是薄膜或薄透明带。已经发现这种性质的背景比现有技术更加自然地匹配双色分类机的两个工作范围内的颜色。这可能是由于较长波长的辐射穿过了表面层并从下面层或衬底层反射开，该层结构从反射性来说类似于被分类产品表面下的结构，尽管还可能有一些其他技术性解释。
显然，当使用多个观察器以不同角度观察产品流时，每个光学观察台可以装上一个以上基本上是相同构造的背景。还有，如果需要也可采用两个以上的光谱范围。
因此，可得到以上所述的、以及其他一些会变明白的本发明的特点、优点和目的，并通过对以上简要概述的本发明更具体的描述得以详细理解，其方式是通过参照在附图中图示说明的示例性优选实施方案，而附图是本详细说明的一部分。不过应当指出，附图只是图示出本发明一种典型的优选实施方案，而不应被认为是其范围的限制，因为本发明可允许其他等效的实施方案。
在附图中
图1是含有至少一个根据本发明的背景的电光分类机的侧视图。
图2是如图1所示电光分类机的光学观察台的顶视图。
图3是图示说明根据本发明的背景应用的简化示意图。
图4是根据本发明的背景的截面图，示意出其多层或分层结构。
现在参照附图，首先是图1，画出了一种用于从经过的产品流中分离出不标准可换产品或物品的高速分类机。一般地，机器10包括角度陡斜的一个或多个通道或斜槽或斜面12，角度通常大于45°，优选地以80°左右近乎垂直。这些通道由支架14固定到位，并由固定在同一支架上的送料斗16使产品以重力送料而在顶部被分选。产品通过分离振动进料器18从送料斗16送到通道12。尽管商用机通常有两个或多个通道12同时工作，这时产品分别经过这些通道，但为了讨论简单，在此讨论的机器10只包括单个通道12。
要由机器10分离或分类的产品是小的可换物品，比如可食用的豆等。应当知道，食用豆可通过一个或多个光谱波段中的颜色被逐个鉴别。经过振动进料器从送料斗沿通道向下进行送料全是通过重力作用。产品流只是通过由弯道和路径表面引起的摩擦而减缓其自由下落。不过，如在本领域中熟知的，产品确实是快速、大量地移动。
光学观察器或传感器20，下面会更全面地描述，朝着通道的底部安装。当产品流经过传感器后，任何不标准或低于标准的产品被探测或检测出来。应当知道这种探测或检测需要既从标准产品又从背景中区别出低于标准的产品。典型地，低于标准的物品，比如可食用的豆，其可探测的依据是相对于对标准或合格物品预先设定的暗度、亮度或颜色的合格范围，它是更暗些、还是更亮些，还是有不同颜色或色调。这种检测对单色探测可在单个光谱范围内，对双色探测可在两个分离的光谱范围内，对多色探测可在多个光谱范围内。应当理解，“光谱范围”可完全或部分地在可见光谱中，也可完全或部分地在不可见光谱中。例如，通常是在红外范围进行检测。当低于标准的产品或物品被检测出，就产生一个电信号，使得通过喷射机构的动作而弹出该低于标准的物品。
喷射器36或产品分离器靠近并装在光学传感器装置20的下面，它由上述起动电信号激发而产生喷气流，从而从产品流中的流动产品除去不想要的低于标准的产品。如果需要，喷射器可以是机械喷射器。当起动信号产生，一般由电磁阀工作来对产品流释放或发出喷气流，以及时除去低于标准的物品。在检测时刻之后有非常短的起动延时，其时间正好使得需要弹出探测到的低于标准的物品，这可用本领域中熟知的方法实现。这样从该过程中除去的物品落到次品收集器28中以进行下一步处理。没有被除去的物品继续沿通道延伸部分30向下，并作为通过了预定标准的优质产品被收集或包装，而不被排除开。流动的控制和传感器的灵敏度由在本领域中熟知的预定控制方法来控制。
现参照图2，图示出从上面看的观察或光学传感器以及机器的相关元件。传感装置20一般是具有中心开口32的环状结构，如上所述要被分离或分类的产品流在“窗口”位置或平面从开口经过。这是机器的电光观察台。光学或观察机构是熟知的，一般包括三个均匀圆周分布的独立的传感器37，每个都可包括一个光电池或光电二极管。至少有三个灯38包含在一个平面上，每个灯用于一个独立的传感器。每个灯38投射一束光到分开的背景40，从背景上以及从经过背景和光电池传感器之间的产品上的反射光由传感器探测。采用三个传感器的原因是为了保证检测出只从一个方向而不一定从另一个方向可探测到的低于标准的物品。对每个光电池传感器37和背景40的观察组合体只画出了一个灯38。实际上通常有多个灯38来均匀照明产品流，相同或另外的多个灯来均匀照明背景。
现参照图3，画出了表示产品流42经过光源或灯38的侧面示意图，如上所述。当没有产品打断光源38的光时，光源38的光从背景40反射回来，如路径44和46所示。因为背景在每个双色波段或光谱范围中和合格产品的反射特性匹配，所以探测器48和连接其上的电子线路反应为似乎是观察到合格产品，这意味着没有喷射信号产生。应当指出，探测器48一般包括光电二极管或类似的传感器，以及用来把接收到的光分离到所需光谱范围内的分光器和/或滤波系统。电子线路包括合适的放大器和电平探测器，用来以适当的延时产生所需的喷射器起动从而喷射出不合格产品。以上所述在本领域中都是熟知的，不需要作进一步的详细描述。
背景40包括两层，即第一层或前面层52首先接收灯源38的光，并匹配为对在产品分类中所用的较短的光谱范围有响应。通常这会在以某一频率为中心的可见光谱范围内，该范围已知可对合格产品引起明显的反射响应。例如，对食用豆在可见光谱中已知的实用分类范围是400nm至500nm。又例如，对向日葵种子在可见光谱中已知的实用分类范围是600nm至700nm。层52可以只是涂在基底层54上的匹配颜料，也可以是粘在诸如“Fomica”胶木板等反面(countertop)层板基底上的薄膜。
光源光的较长波长一般在红外光谱范围中，并可穿过第一层52而不会引起响应。不过，层52下面的基底或第二层54选取为在第二频率或工作光谱波段对进行分类的产品有反射响应。例如，对食用豆已知可引起适当响应的红外光谱范围是1500nm至1600nm。这种响应发现可由对反面(countertop)材料基底，比如“Formica”胶木板采用木胶组合物而产生。对向日葵种子，已知可引起适当响应的红外光谱范围是1500nm至1600nm。这种响应发现可由涂色金属和用来把第一层粘在第二层上的胶水来产生。这些技术性解释可能过分简单，但是大量实验证明了这些结果，如上所述。
也许应当指出，由于基底层受到了顶层或第一层的保护，所以除非老化，基底层在使用中不会严重退化。也就是说，灰尘积累一般不是问题。在很多情况下由于第一光谱范围通常宽于第二光谱范围，而且可以容许灰尘积累，所以不仅是背景相对于光谱范围匹配得更好，如上所述，而且对整个分类机的维护和控制问题相对于以前使用传统的背景也有所减少。
尽管对几种可选结构给出并描述了一般性实施方案，应当理解的是本发明并不局限于此，因为可进行很多改动，这对那些本领域的技术人员会变得很明白。
权利要求
1.一种双色分类机，对经过电光观察台的选自一组产品的可换产品流进行分类，每组和其他组在波长分类要求上都不相同，分成有预定合格颜色和反射率范围的合格产品以及颜色或反射率在预定合格颜色和反射率范围之外的不合格产品，包括用于电光观察台的背景，具有与合格产品在短波长范围和长波长范围中的合格颜色和反射率范围内相同的合格颜色和反射率，灯源装置，用于在短波长范围和长波长范围从产品流反射光，第一和第二光学传感器，在产品流经过观察台时分别检测出现在短波长范围的波段中的反射光量以及出现在长波长范围的波段中的反射光量，连接到每个光学传感器以及相应的预定最小标准电平上的比较器，用来确定分别在短波长范围的波段和长波长范围的波段中的光量是否大于相应的预定最小标准量级，以及产品分离器，从产品流中分离出的产品在相应的短波长范围的波段和长波长范围的波段中的反射光低于相应的预定最小标准量级之一，在所述背景中的改进，包括第一层，在短波长范围的波段中对反射光有响应，而在长波长范围的波段中无响应且是可透光的，使得在长波长范围的波段中的光穿过该层，以及在第一层后面的第二层，在长波长范围的波段中对反射光有响应。
2.根据权利要求1的背景，其中短波长范围的波段是在可见光谱中，长波长范围的波段是在红外光谱中。
3.根据权利要求2的背景，其中第一层是薄膜，第二层是和第一层不同的材料。
4.根据权利要求2的背景，其中第一层是塑料叠层；第二层是木/胶基底。
5.根据权利要求2的背景，其中第二层是涂色的基底，第一层是粘在第二层表面上的薄透明带。
6.一种用于光学分类机的背景，至少在一个短波长范围的波段和一个长波范围的波段中与其中要分类的产品相匹配，包括第一层，在短波长范围的波段中对反射光有响应，而在长波长范围的波段中无响应且是可透光的，使得在长波长范围的波段中的光穿过该层，以及在第一层后面的第二层，在长波长范围的波段中对反射光有响应。
7.根据权利要求6的背景，其中短波长范围的波段是在可见光谱中，长波长范围的波段是在红外光谱中。
8.根据权利要求7的背景，其中第一层是薄膜，第二层是和第一层不同的材料。
9.根据权利要求7的背景，其中第一层是塑料叠层，第二层是木/胶基底。
10.根据权利要求7的背景，其中第二层是涂色的基底，第一层是粘在第二层表面上的薄透明带。
全文摘要
一种用于电光分类机的观察台的背景,在分类过程中可换产品从观察台经过,并在至少两个光谱范围内鉴定为合格或不合格,它包括第一层,在较短光谱范围中对光反射率有响应,而在较长光谱范围中无响应;以及在第一层后面的第二层,对在穿过第一层后接收到的较长光谱范围有响应。第一层可以是颜料,透明带或薄膜。第二层优选的是涂色的金属、塑料、木头或木胶组合物。
文档编号G01N21/85GK1193558SQ9810383
公开日1998年9月23日 申请日期1998年2月13日 优先权日1997年3月19日
发明者J·S·抛来, D·A·斯瓦特克, C·G·格莱 申请人:佐竹美国公司