СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ СМЕСИ Российский патент 2010 года по МПК G01N21/35 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам идентификации исследуемого материала смеси, содержащей множество различных материалов практически одного цвета. В частности, изобретение относится к системе идентификации смеси в области детектирования примеси, причем смесь включает в себя материал и примесь, а также идентификации распределения или размещения компонентов, при этом смесь представляет собой композитный материал, состоящий из множества различных компонентов.

Уровень техники

Система идентификации смеси используется, например, для детектирования примесей, примешанных к материалу; в патентном документе 1 раскрывается устройство детектирования. В описанном в патентном документе 1 устройстве излучение ближнего инфракрасного диапазона направлено на табачные листья, выступающие в качестве материала, например табачного материала; для получения данных изображения используется ПЗС-камера, функционирующая в ближнем ИК-диапазоне, захватывающая отраженное излучение от табачного материала. Данные изображения обрабатываются, и по результатам обработки осуществляется детектирование примешанной примеси, имеющей практически тот же самый цвет, что и табачный материал. [Патентный документ 1] Публикация непрошедшей экспертизу японской патентной заявки 2002-28544 (см. [0016] по [0019] и Фиг.1).

В частности, устройство детектирования, описанное в патентном документе 1, выделяет излучение ближнего инфракрасного диапазона с определенными длинами волн (1,58 мкм, 1,73 мкм) из инфракрасного излучения, отраженного от табачного материала, и по отражательной способности выделенного инфракрасного излучения определяет, является ли объект, отражающий излучение ближнего инфракрасного диапазона, табачным материалом или примесью. Выделенное излучение ближнего инфракрасного диапазона показывает характерную отражательную способность табачного материала, и поэтому данный способ не может использоваться для детектирования сторонних примесей, примешанных к материалам, отличным от табачного материала. Таким образом, устройство детектирования согласно патентному документу 1 не обладает универсальным действием.

Устройство детектирования согласно патентному документу 1 также включает в себя спектроскоп для выделения (или разделения) излучения ближнего инфракрасного диапазона с определенными длинами волн из излучения, отраженного от табачного материала. Спектроскоп включает в себя призму и множество оптических фильтров. При наличии данного типа спектроскопа достаточно трудно изменять его настройки, если необходимо выделить излучение ближнего инфракрасного диапазона с длинами волн, отличными от заранее определенных длин волн.

Более того, инфракрасная ПЗС-камера выполнена с возможностью периодического приема изображений табачного материала по мере его продвижения (транспортировки), полученные при этом данные изображения обрабатываются по отдельности, т.е. по кадрам. Следовательно, для безошибочного детектирования примеси, примешанной к табачному материалу, продвижение табачного материала должно осуществляться с замедленной скоростью, чтобы на детектирование примеси приходилось больше времени. Таким образом, устройство детектирования согласно патентному документу 1 не может использоваться для материалов, примеси которых должны детектироваться при высоких скоростях.

К тому же при покадровом формировании изображений табачного материала ближнее инфракрасное излучение направлено на табачный материал, ограниченный кадром, неравномерно, и если часть табачного материала экранирована, невозможно добиться точного детектирования примеси. Впрочем, достаточно трудно равномерно направлять излучение ближнего инфракрасного диапазона на табачный материал, находящийся в пределах кадра.

Раскрытие сущности изобретения

Объектом настоящего изобретения является система идентификации смеси, предназначенная для высокоскоростного и высокоточного детектирования/идентификации исследуемых материалов в различных смесях, полученных смешиванием материалов практически одного цвета.

Для реализации поставленной цели система идентификации смеси по настоящему изобретению включает в себя: средство транспортировки для продвижения смеси вдоль предварительно заданного конвейерного тракта; смесь, состоящую из множества различных компонентов практически одного цвета; устройство облучения с линией технического контроля, направленное на конвейерный тракт, причем устройство облучения выполнено с возможностью испускания инфракрасного излучения на смесь, размещенную на линии технического контроля; устройство инфракрасной камеры для приема инфракрасного излучения, отраженного от смеси, и формирования данных изображения смеси, полученных из принятого инфракрасного излучения; а также схему дискриминатора для идентификации содержащегося в смеси исследуемого материала на основе выходных данных из устройства инфракрасной камеры. Устройство инфракрасной камеры включает в себя: спектральное зеркало для разделения принимаемого инфракрасного излучения на пучки излучения с различными областями длин волн; множество инфракрасных фильтров для приема соответствующих пучков излучения, пропускающих только инфракрасное излучение с соответствующими длинами волн, конкретные длины волн инфракрасного излучения, под действием которых компоненты смеси проявляют заданные различия в отражательной способности при облучении смеси и отражении от соответствующих компонентов; множество оптических линейных датчиков для приема потока инфракрасного излучения, проходящего через соответствующие инфракрасные фильтры, причем в каждом из оптических линейных датчиков содержится большое количество светоприемных элементов, выполненных с возможностью приема инфракрасного излучения, отраженного от смеси, находящейся на линии технического контроля, каждый из которых вырабатывает (в виде данных изображения) электрические сигналы, соответствующие количеству принимаемого инфракрасного излучения.

В данной системе идентификации сначала, исходя из комбинации компонентов, составляющих смесь, выделяются конкретные длины волн инфракрасного излучения, эффективно детектирующие и идентифицирующие исследуемый материал. Затем спектральное зеркало и инфракрасные фильтры, подобранные под выделенные конкретные длины волн инфракрасного излучения, закрепляются на устройстве инфракрасной камеры.

После завершения сборки инфракрасное излучение направляется от устройства облучения на линию технического контроля на конвейерном тракте. По мере продвижения смеси по линии технического контроля инфракрасное излучение, отраженное от смеси, принимается отдельными оптическими линейными датчиками устройства инфракрасной камеры посредством спектрального зеркала и инфракрасных фильтров, при этом каждый оптический линейный датчик формирует выходные данные изображения смеси на схеме дискриминатора. По принимаемым данным изображения схема дискриминатора детектирует или идентифицирует исследуемый материал смеси.

Таким образом, выбор инфракрасных фильтров осуществляется исходя из типа смеси. Значит, система идентификации смеси, описанная в настоящем изобретении, способна детектировать примесь, включенную в различные смеси, или идентифицировать исследуемый материал среди компонентов, образующих смесь, и поэтому универсальна.

Кроме того, устройство инфракрасной камеры содержит множество оптических линейных датчиков, каждый из которых выполнен с возможностью приема изображения смеси, сформированного инфракрасным излучением, отраженным от смеси, движущейся по линии технического контроля. Следовательно, детектирование примеси или идентификация исследуемого материала может выполняться на высокой скорости.

Целесообразно, чтобы устройство инфракрасной камеры также имело в своем составе цепь компенсации для компенсирования разницы в чувствительности между светоприемными элементами отдельных оптических линейных датчиков. Значения усиления и смещения в цепи компенсации заданы для отдельных светоприемных элементов с целью корректировки электрических сигналов соответствующих элементов.

Колебания чувствительности светоприемных элементов, входящих в отдельные оптические линейные датчики, неизбежны, к тому же трудно равномерно направлять инфракрасное излучение от источника облучения по всей линии технического контроля. Колебания чувствительности и неоднородность облучения устраняются посредством цепи компенсации. Следовательно, отдельные оптические линейные датчики способны формировать точные данные изображения смеси, тем самым обеспечивая точное детектирование примеси или идентификацию исследуемого материала.

Устройство инфракрасной камеры также может содержать калибровочную пластину, обеспечивающую однородное отражение инфракрасного излучения, и направляющее средство для перемещения калибровочной пластины между рабочим положением на линии технического контроля и исходным положением на расстоянии от линии технического контроля.

После установки калибровочной пластины в рабочее положение инфракрасное излучение от устройства облучения равномерно отражается калибровочной пластиной на оптические линейные датчики. По отраженному излучению точно задаются значения усиления и смещения соответствующих светоприемных элементов отдельных оптических линейных датчиков. В результате устройство инфракрасной камеры способно формировать точные данные изображения смеси.

Значения усиления и смещения задаются до начала работы устройства инфракрасной камеры или через равные промежутки времени.

С другой стороны, устройство облучения включает в себя пару ламповых блоков, с помощью которых инфракрасное излучение направляется на линию технического контроля. Ламповые блоки устанавливаются выше и ниже по потоку соответственно на линии технического контроля, если смотреть в направлении движения смеси.

По мере продвижения смеси по линии технического контроля пара ламповых блоков испускает инфракрасное излучение с обеих сторон линии технического контроля, т.е. выше и ниже по потоку, если смотреть в направлении продвижения смеси, чтобы избежать экранирования смеси. Таким образом, инфракрасное излучение отражается от всего облучаемого участка смеси, при этом отдельные оптические линейные датчики без сбоев принимают инфракрасное излучение. Следовательно, система идентификации способна с высокой точностью детектировать примесь или идентифицировать исследуемый материал.

В частности, каждый ламповый блок содержит в себе галогенную лампу в виде прямой трубки, расположенную параллельно линии технического контроля и адаптированную для инфракрасного излучения, отражатель для отражения инфракрасного излучения от галогенной лампы на линию технического контроля.

В случае с галогенной лампой в виде прямой трубки инфракрасное излучение, испускаемое противоположными концами галогенной лампы, слабее излучения, испускаемого центральной частью лампы. Значит, галогенная лампа в виде прямой трубки не способна равномерно направлять инфракрасное излучение по всей длине линии технического контроля. Поскольку устройство инфракрасной камеры включает цепь компенсации, неудобств в связи с неравномерностью инфракрасного излучения не возникает.

Устройство облучения может также включать в себя ламповый корпус, вмещающий пару ламповых блоков и имеющий отверстие для прохождения инфракрасного излучения, испускаемого парой ламповых блоков на линию технического контроля; стеклянное окно, закрывающее отверстие и пропускающее инфракрасное излучение; охлаждающий блок для охлаждения воздуха в ламповых блоках.

В частности, охлаждающий блок нагнетает охлажденный воздух в ламповые блоки и поддерживает в них давление выше наружного.

Охлаждающий воздух, циркулирующий по ламповому корпусу, служит не только для уменьшения тепла, излучаемого ламповым корпусом в направлении смеси, но и препятствует перегреву устройства облучения и системы идентификации, а также проникновению пыли в ламповый корпус. Следовательно, внутренняя поверхность стеклянного окна должна всегда содержаться в чистоте и пыль не должна препятствовать прохождению через него инфракрасного излучения.

Желательно, чтобы устройство облучения включало в себя блок нагнетания воздуха для формирования потока воздуха вдоль наружной поверхности стеклянного окна. Блок нагнетания воздуха препятствует прилипанию пыли на наружную поверхность стеклянного окна, поэтому наружная поверхность стеклянного окна также содержится в чистоте.

Устройство облучения также может включать в себя механизм скольжения, с помощью которого пара ламповых блоков выдвигается из лампового корпуса. Механизм скольжения поддерживает пару ламповых блоков так, чтобы ламповые блоки перемещались в направлении, параллельном линии технического контроля. При таком расположении галогенные лампы отдельных ламповых блоков можно менять на новые в процессе выдвижения ламповых блоков из лампового корпуса, что облегчает замену галогенных ламп.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 представлена схема системы идентификации смеси по одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.2 представлен вид части лампового корпуса в разрезе, показанного на Фиг.1.

На Фиг.3 в развернутом виде показана внутренняя часть лампового корпуса, представленного на Фиг.1.

Фиг.4 представляет собой блок-схему устройства обработки данных, показанного на Фиг.1.

Фиг.5 представляет собой график колебаний чувствительности светоприемных элементов оптического линейного датчика.

Фиг.6 представляет собой график, иллюстрирующий функцию компенсатора, показанного на Фиг.4.

На Фиг.7 представлен вид сбоку лампового корпуса с калибровочной пластиной, установленной в рабочее положение.

Фиг.8 представляет собой график соотношения спектральной отражательной способности табачного материала и примеси и инфракрасного излучения.

На Фиг.9 показана модификация преобразователя сигналов.

На Фиг.10 показана модификация устройства обработки данных.

Фиг.11 иллюстрирует выходную функцию преобразования устройства обработки данных.

Фиг.12 представляет собой график соотношения спектральной отражательной способности морской водоросли вакамэ и примеси и инфракрасного излучения.

Фиг.13 представляет собой график соотношения спектральной отражательной способности композитных материалов, например, салфетки и предмета санитарии, а также их компонентов и инфракрасного излучения.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

На Фиг.1 представлена система идентификации смеси, предназначенная, например, для детектирования сторонней примеси, примешанной к табачному материалу.

Система идентификации смеси, показанная на Фиг.1, включает в себя конвейерный тракт для табачного материала Т, т.е. конвейер 2 (средство транспортировки). Конвейер 2 размещен в горизонтальном направлении и транспортирует табачный материал Т с предварительно заданной скоростью в направлении, указанном стрелкой А на Фиг.1. Под табачным материалом Т подразумеваются табачные листья одного типа отечественного табака, табака Берлея, табака восточного типа и табака трубоогневой сушки или смеси из табачных листьев упомянутых типов. Табачный материал Т расстилается тонким слоем на конвейере 2.

В основном примесь примешивается к собранному табачному материалу Т, примесью могут быть искусственная смола, используемая в оберточном материале или шпагате для упаковки табачных листьев, пенополиуретан, используемый в ящиках для упаковки табачных листьев, а также фрагменты влагостойкой бумаги, которой выстилаются упаковочные ящики. Таким образом, табачный материал Т представляет собой смесь табачных листьев и этих примесных элементов.

Компоновка 4 камеры размещена над конвейером 2 (средство транспортировки) и включает в себя устройство 6 облучения, устройство 8 охлаждения, устройство 10 инфракрасной камеры и преобразователь 12 сигналов.

Устройство 6 облучения расположено в нижней части компоновки 4 камеры и содержит ламповый корпус 14. Нижняя сторона лампового корпуса 14 обращена к конвейеру 2 и снабжена термостойким стеклянным окном 16.

Как показано на Фиг.2, стеклянное окно 16 представляет собой отверстие 18, сформированное на нижней стороне лампового корпуса 14, и термостойкую стеклянную пластину 20, закрывающую отверстие 18 и размещенную внутри лампового корпуса 14. Точнее, стеклянное окно 16 состоит из оконной рамы 22, расположенной внутри лампового корпуса 14 и окаймляющей стеклянную пластину 20, прижимной пластины 24 для прижимания оконной рамы 22 и стеклянной пластины 20, уплотнения 26а, размещенного между прижимной пластиной 24 и оконной рамой 22 или стеклянной пластиной 20, и уплотнения 26b, размещенного между стеклянной пластиной 20 и внутренней поверхностью лампового корпуса 14.

Слева от лампового корпуса 14 (Фиг.1) размещено охлаждающее устройство 8 с охладительной камерой 26. Охладительная камера 26 и ламповый корпус 14 соединены между собой теплообменником 28 и вентилятором 30 циркуляции. Теплообменник 28 и вентилятор 30 циркуляции служат охлаждающим блоком для устройства 6 облучения.

Теплообменник 28 соединяется с трубой 34 водяного охлаждения и обратной трубой 36. Трубы 34 и 36 проходят по охладительной камере 26 к источнику водяного охлаждения. Источник водяного охлаждения снабжает охлаждающей водой постоянной температуры теплообменник 28 по подводящему трубопроводу 34, а также принимает по обратной трубе 36 возвратную охлаждающую воду из теплообменника 28. То есть источник водяного охлаждения обеспечивает циркуляцию охлаждающей воды по теплообменнику 28, который, в свою очередь, охлаждает воздух в охладительной камере 26 так, чтобы температура охлаждающего воздуха держалась на уровне или ниже заданного значения температуры.

Вентилятор 30 циркуляции нагнетает охлаждающий воздух в охладительную камеру 26 для последующего его доступа в ламповый корпус 14. С другой стороны, воздух в ламповом корпусе 14 возвращается по теплообменнику 28 в охладительную камеру 26. Таким образом, обеспечивается циркуляция охлаждающего воздуха между охладительной камерой 26 и ламповым корпусом 14.

Вентилятор 30 циркуляции нагнетает охлаждающий воздух во внутреннюю часть лампового корпуса 14, чтобы внутреннее давление в ламповом корпусе 14 было всегда выше давления воздуха за пределами лампового корпуса 14. Таким образом, внутренняя часть лампового корпуса 14 остается под давлением, тем самым препятствуя проникновению наружного воздуха в ламповый корпус 14. Следовательно, ситуация, когда пыль накапливается на стеклянном окне 16, например на внутренней поверхности стеклянной пластины 20, не возникает.

Блок 38 нагнетания воздуха закрепляется на нижней поверхности охладительной камеры 26. Блок 38 нагнетания воздуха из источника давления воздуха (не показан) снабжается сжатым воздухом и нагнетает сжатый воздух по наружной поверхности стеклянной пластины 20 (на Фиг.1 показано стрелкой). Струя сжатого воздуха предотвращает налипание пыли на наружную поверхность стеклянной пластины 20, поэтому внутренняя и наружная поверхности стеклянной пластины 20 поддерживаются в чистоте.

Как видно из Фиг.1, пара ламповых блоков 40 размещена внутри лампового корпуса 14. Внутренняя часть лампового корпуса 14 подробно показана на Фиг.3.

Ламповый корпус 14 располагается перпендикулярно конвейеру 2, его противоположные концы открыты. Эти отверстия можно закрыть соответствующими колпачками (не показаны), которые, например, подвешиваются к ламповому корпусу 14.

Пара держателей 42 блоков размещена в ламповом корпусе 14 по внутренней стороне лампового корпуса 14 перпендикулярно конвейеру 2. Крепежные скобы 44 располагаются на соответственных противоположных концах каждого держателя 42 блоков. Крепежные скобы 44 поддерживают соответствующие концы пары держателей 42 блоков и закрепляются подвижно в вертикальном положении на ламповом корпусе 14.

В частности, каждая скоба 44 держателя расположена в направлении движения конвейера 2 напротив соответствующего отверстия в ламповом корпусе 14, а винтовые блоки 46 поддерживают противоположные концы на ламповом корпусе 14. В каждом винтовом блоке 46 имеется блок 48, закрепленный на соответствующем торце лампового корпуса 14, и расположенное вертикально резьбовое отверстие, а также стержень 50 винта, ввинченный в резьбовое отверстие и проходящий через блок 48. Противоположные концы каждой скобы 44 держателя опираются на верхние концы соответствующих стержней 50 винтов.

Винтовые блоки 46 обеспечивают регулировку вертикального положения скоб 44 держателей, т.е. высоту держателей 42 блоков. После того как высота держателей 42 блоков отрегулирована, скобы 44 держателей крепятся к ламповому корпусу 14 установочными винтами (не показаны).

В нижней части каждого держателя 42 блока имеется механизм скольжения, механизм скольжения содержит ползун 52. Ползун 52 перемещается в продольном направлении от держателя 42 блока, т.е. перпендикулярно конвейеру 2, и открытые торцы не закрываются держателем 42 блока.

На каждом ползуне 52 установлен ламповый блок 40. Ламповый блок 40 содержит галогенную лампу 54 в виде прямой трубки и отражатель 56, закрывающий галогенную лампу 54. Отражатель 56 отражает инфракрасное излучение, испускаемое галогенной лампой 54, в направлении конвейера 2. Галогенная лампа 54 и отражатель 56 расположены перпендикулярно конвейеру 2 и распространяют свое действие на всю ширину конвейера 2.

Как только одно из отверстий лампового корпуса 14 открывается, через него из лампового корпуса 14 можно выдвинуть каждый ламповый блок 40 вместе с ползуном 52, выдвинутый таким образом ламповый блок 40 можно снова вернуть в заданное положение во внутренней части лампового корпуса 14. Для удобства выдвижения и возвращения назад лампового блока 40 на каждом торце ползуна 52 закреплена рукоятка 58 (Фиг.3).

Как видно из Фиг.3, пара ламповых блоков 40 размещена на обеих сторонах конвейера 2 выше и ниже по потоку соответственно, а линия IL технического контроля находится между ними. Линия IL технического контроля установлена в заданном положении на конвейере 2 и располагается перпендикулярно конвейеру 2. Галогенные лампы 54 пары ламповых блоков 40 испускают инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение действует на линию IL технического контроля прямо или косвенно, отражаясь от соответствующих отражателей 56, при этом инфракрасное излучение сходится на линии IL технического контроля.

Точнее говоря, если плоскость между осью галогенной лампы 54 каждого лампового блока 40 и линией IL технического контроля принимается за L, а вертикальная плоскость, представляющая собой линию IL технического контроля, принимается за VP, как показано на Фиг.3, тогда каждая плоскость L наклонена под предварительно заданным углом к вертикальной плоскости VP, а угол α между плоскостями L равен, например, 60°.

Вертикальная плоскость VP расположена в пространстве G между парой ламповых блоков 40. Следовательно, когда инфракрасное излучение от пары ламповых блоков 40 через стеклянное окно 16 облучает табачный материал Т на конвейере, часть инфракрасного излучения, отраженного от табачного материала Т, проходит через стеклянное окно 16 и перемещается по пространству между ламповыми блоками 40 вдоль вертикальной плоскости VP.

Обратимся снова к Фиг.1: корпус 59 устройства 10 инфракрасной камеры размещен на ламповом корпусе 14. Отсек 60 зеркал установлен внутри корпуса 59 камеры и в нем размещается в качестве спектрального зеркала пара дихроичных зеркал 62 и 64. Зеркала 62 и 64 образуют букву V и направлены в стороны, при этом зеркало 62 расположено под зеркалом 64. Корпус 66 линз спускается вниз из отсека 60 зеркал и нижней частью входит в ламповый корпус 14.

Дихроичные зеркала 62 и 64, а также корпус 66 линз размещены на вертикальной плоскости VP; следовательно, инфракрасное излучение, отраженное от табачного материала Т и направленное вверх вдоль вертикальной плоскости VP, падает на дихроичное зеркало 62 через корпус 66 линз.

Что касается инфракрасного излучения, падающего на дихроичное зеркало 62, инфракрасное излучение с длинами волн более или равными 1825 нм отражается как отраженный дихроичным зеркалом 62 пучок излучения, инфракрасное излучение с длинами волн короче 1825 нм проходит через дихроичное зеркало 62 как проходящий пучок излучения. Отраженный пучок излучения от дихроичного зеркала 62 входит в корпус 68 линз и падает на инфракрасный фильтр 70. В случае с отраженным пучком лишь инфракрасное излучение с длинами волн 1940 нм проходит через инфракрасный фильтр 70 и падает на оптический линейный датчик 72.

Проходящий пучок излучения от дихроичного зеркала 62 падает на дихроичное зеркало 64. В случае с проходящим пучком излучения инфракрасное излучение с длинами волн более или равными 1625 нм отражается как отраженный дихроичным зеркалом 64 пучок излучения, а инфракрасное излучение с длинами волн короче 1625 нм проходит через дихроичное зеркало 64 проходящим пучком излучения. Отраженный пучок излучения от дихроичного зеркала 64 входит в корпус 74 линз и падает на инфракрасный фильтр 76. Инфракрасный фильтр 76 пропускает лишь инфракрасное излучение с длинами волн 1720 нм, при этом проходящее инфракрасное излучение падает на оптический линейный датчик 78.

С другой стороны, проходящий пучок излучения от дихроичного зеркала 64 входит в корпус 80 линз и падает на инфракрасный фильтр 82. Инфракрасный фильтр 82 пропускает лишь инфракрасное излучение с длинами волн 1550 нм, при этом проходящее инфракрасное излучение падает на оптический линейный датчик 84.

Инфракрасные фильтры 70, 76 и 82 легко крепятся к соответствующим корпусам линз.

Каждый из оптических линейных датчиков 72, 78 и 84 содержит большое число светоприемных элементов (не показаны), расположенных близко друг к другу в ряд, и каждый из них способен генерировать электрический сигнал, соответствующий количеству падающего инфракрасного излучения. Каждый оптический линейный датчик расположен перпендикулярно конвейеру 2 и по длине перекрывает или равен ширине конвейера 2. Таким образом, каждый оптический линейный датчик посредством светоприемных элементов может принимать соответствующие длины волн инфракрасного излучения, отраженного от всего контролируемого участка с табачным материалом Т на линии IL технического контроля.

Электрические сигналы, генерируемые светоприемными элементами каждого из оптических линейных датчиков 72, 78 и 84, являются данными для формирования изображения табачного материала Т, проходящего поперек линии IL технического контроля, и в этом случае электрический сигнал от каждого светоприемного элемента соответствуют одному пикселю в полученном изображении.

Дихроичные зеркала 62 и 64, а также корпуса (66, 68, 74 и 80) линз, каждый в отдельности, размещены по ширине конвейера 2. Каждое дихроичное зеркало по длине перекрывает или равно ширине конвейера 2, и ширина апертуры корпуса каждой линзы больше или равна ширине конвейера 2. Не стоит и говорить о том, что каждый из корпусов 66, 68, 74 и 80 линз снабжается фокусирующими линзами (не показано), и такие имеются в данной конструкции.

Оптические линейные датчики 72, 78 и 84 электрически соединены с упомянутым преобразователем 12 сигналов. Преобразователь 12 сигналов состоит из трех устройств 86 обработки данных, предназначенных для обработки электрических сигналов соответствующих оптических линейных датчиков. Преобразователь 12 сигналов также содержит источник 87 питания постоянного тока, соединенный с отдельными галогенными лампами 54 ламповых блоков 40, и охлаждающее устройство 89, размещенное с внешней стороны его корпуса. Охлаждающее устройство 89 выполнено с возможностью охлаждения внутренней части преобразователя 12 сигналов.

На Фиг.4 представлено устройство 86 обработки данных.

Устройство 86 обработки данных содержит аналого-цифровой преобразователь 88, электрически соединенный с соответствующим оптическим линейным датчиком. Аналого-цифровой преобразователь 88 принимает аналоговые сигналы, генерируемые отдельными светоприемными элементами соответствующих оптических линейных датчиков, преобразует принимаемые электрические сигналы Х и посылает полученные сигналы Х на компенсатор 90.

Компенсатор 90 корректирует отдельные электрические сигналы Х от соответствующих светоприемных элементов для формирования скорректированных сигналов Y и выводит скорректированные электрические сигналы Y на выходной буферный накопитель 92. Выходной буферный накопитель 92 выводит электрические сигналы Y через цифровой выходной формирователь 94 на дискриминатор 96, находящийся за пределами преобразователя 12 сигналов.

Далее представлено подробное описание значения корректировки электрических сигналов Х.

Каждый из светоприемных элементов имеет неравномерную чувствительность к инфракрасному излучению, к тому же трудно равномерно облучать табачный материал Т, распределенный по всей длине линии IL технического контроля, инфракрасным излучением, идущим от устройства 8 облучения. Таким образом, если некая эталонная пластина, равномерно отражающая инфракрасное излучение, размещается на линии IL технического контроля, то электрические сигналы Х, генерируемые соответствующими светоприемными элементами каждого оптического линейного датчика, формируются с неравномерными уровнями (показано сплошной линией на Фиг.5). Уровни выходных электрических сигналов Х отражают чувствительность соответствующих светоприемных элементов к инфракрасному излучению.

На Фиг.5 пунктиром показано распределение облучения инфракрасным излучением, направленным на линию IL технического контроля, от источника 8 облучения. Как правило, галогенная лампа 54 в виде прямой трубки характеризуется тем, что инфракрасное излучение, испускаемое противоположными концами галогенной лампы, слабее излучения, испускаемого средней частью лампы.

Таким образом, по приведенному ниже поправочному уравнению электрические сигналы Х от соответствующих светоприемных элементов корректируются для получения скорректированных сигналов Y.

Y=αX+β,

где α и β - величины усиления и смещения соответственно, конкретные для каждого отдельного светоприемного элемента.

Усиление α представляет собой значение, полученное с тем, чтобы компенсировать изменения в уровнях выходных электрических сигналов Х от соответствующих светоприемных элементов, и задается для конкретных элементов. После того как отдельным светоприемным элементам каждого оптического линейного датчика заданы значения усиления α, электрические сигналы Y выходят из компенсатора 90 и связаны с соответствующими светоприемными элементами и имеют фиксированные уровни выходных электрических сигналов Y (Фиг.6).

С другой стороны, значения смещения β задаются для устранения негативного влияния инфракрасного излучения, отраженного направляющей рамой (не показано), расположенной по обе стороны конвейера 2. В частности, значения смещения β определяются только для заданного числа светоприемных элементов, размещенных на противоположных концах каждого оптического линейного датчика, и устанавливаются на значения, достаточно большие для того, чтобы компенсировать электрические сигналы от указанных светоприемных элементов. Следовательно, при распределении выходных электрических сигналов Y имеются зоны нечувствительности с каждой стороны (Фиг.6).

Для выполнения компенсатором 90 указанного корректирования, компенсатор 90 электрически соединяется с энергонезависимым ЗУ 98, сохраняющим значения усиления α и смещения β, определенные для соответствующих светоприемных элементов. Значения усиления α и смещения β соответствующих светоприемных элементов извлекаются из ЗУ 98 и накладываются на электрические сигналы Х с помощью компенсатора 90, где электрические сигналы Х корректируются по вышеуказанному уравнению, а выходными сигналами компенсатора 90 становятся скорректированные электрические сигналы Y.

Значения усиления α и смещения β сохраняются в ЗУ 98 с помощью задающего устройства 100. Кроме того, с помощью задающего устройства 100 можно перезаписывать значения усиления α и смещения β, хранящиеся в ЗУ 98.

Для того чтобы задавать надлежащие значения усиления α соответствующим светоприемным элементам каждого оптического линейного датчика, устройство 10 инфракрасной камеры снабжено калибровочной пластиной 102, используемой в качестве упомянутой выше эталонной пластины (показано на Фиг.1). При необходимости калибровочная пластина 102 размещается на линии IL технического контроля.

Если точнее, то пара направляющих рельс 104 закрепляется на внешней поверхности лампового корпуса 14 (Фиг.3). Направляющие рельсы 104 размещены на противоположных концах лампового корпуса 14 перпендикулярно конвейеру 2. Каждый направляющий рельс 104 имеет L-образную форму и проходит от нижней поверхности лампового корпуса 14 к его боковой стенке. Направляющие рельсы 104 служат для перемещения транспортерных цепей 106, а скобы 108 крепятся к транспортерным цепям 106. Скобы 108 выступают из лампового корпуса 14 и соединяются друг с другом стыковой накладкой 110. Как видно из Фиг.7, стыковая накладка 110 располагается в продольном направлении к ламповому корпусу 14 (в горизонтальном направлении к конвейеру 2) и на верхней поверхности несет калибровочную пластину 102.

Калибровочная пластина 102 изготовлена из материала, равномерно отражающего инфракрасное излучение и отличающегося хорошей деформационной теплостойкостью. Например, калибровочная пластина 102 может быть изготовлена из тефлона, полиэфирэфиркетона или керамики.

Если калибровочная пластина 102 установлена в рабочее положение на линии IL технического контроля, как показано на Фиг.3, пластина 102 однородно отражает инфракрасное излучение, испускаемое устройством 6 облучения. Следовательно, инфракрасное излучение, отраженное от калибровочной пластины 102, принимается светоприемными элементами отдельных оптических линейных датчиков, и значения усиления α, задаваемые соответствующим светоприемным элементам, определяются исходя из уровней выходных электрических сигналов Х соответствующих элементов.

Калибровочная пластина 102 перемещается вместе с цепями 106 вдоль пары направляющих рельс 104. Таким образом, пока табачный материал Т движется по конвейеру 2, как показано на Фиг.1, калибровочная пластина 102 находится в исходном положении рядом с боковой стенкой лампового корпуса 14, не препятствуя движению табачного материала Т.

Калибровочная пластина 102 используется не только для исходной установки значений усиления α, но и для регулировки значений усиления α, что выполняется через равные промежутки времени с учетом ухудшения чувствительности отдельных светоприемных элементов в результате их износа.

Схема 96 дискриминатора принимает выходные сигналы от устройств 86 обработки данных, например, данных изображения D1_n, D2_n и D3_n, полученных на основании излучения первой длины волны (1550 нм), второй длины волны (1720 нм) и третьей длины волны (1940 нм), и на основе данных изображения детектирует примесь, примешанную к табачному материалу Т. Индекс «_n» в данных изображения D1_n, D2_n и D3_n обычно обозначает номера светоприемных элементов соответствующих оптических линейных датчиков.

Выбор инфракрасного излучения первой-третьей длин волн сделан с учетом различий в способности отражения инфракрасного излучения табачным материалом Т и примесью вследствие того, что сочетание излучений первой-третьей длин волн наилучшим образом подходит для детектирования, например, идентификации примеси в табачном материале Т.

Следует дать более полное пояснение. Спектральная характеристика отражения табачных листьев в качестве табачного материала Т обозначена аналогичными сплошными линиями Т₁-Т₄ (Фиг.8), а спектральная характеристика отражения примесных элементов в качестве примеси обозначена пунктиром (F₁), штрих-пунктиром (F₂), точкой-точкой-штрихом (F₃) (Фиг.8). На графике Т₁-Т₄ обозначают спектральные характеристики отражения отечественных табачных листьев, табачных листьев Берлея, табачных листьев табака восточного типа и табака трубоогневой сушки соответственно, а F₁-F₃ обозначают спектральные характеристики отражения указанных выше примесей, например, искусственной смолы, используемой в оберточном материале или шпагате для упаковки табачных листьев, пенополиуретана и влагостойкой бумаги соответственно.

Как видно из Фиг.8, отражательная способность табачного материала Т₁-Т₄ относительно инфракрасного излучения первой длины волны несомненно отличается от отражательной способности примесных элементов F₁-F₃ относительно излучения той же длины волны.

В случае инфракрасного излучения второй длиной волны видимых различий между отражательной способностью табачных материалов Т₂ и Т₃ и примесного элемента F₁ не наблюдается. Однако отражательная способность табачного материала Т₁ значительно отличается от отражательной способности примесных элементов F₂ и F_3.

Что касается инфракрасного излучения третьей длины волны, значительных различий между отражательной способностью табачных материалов Т₃ и Т₄ и примесных элементов F₂ и не F₃ не наблюдается, но отражательная способность табачных материалов Т₁ и Т₂ явно отличается от отражательной способности примесного элемента F₁.

Следовательно, пока инфракрасное излучение, в том числе с первой-третьей длинами волн, отражается от табачного материала Т, фактические электрические сигналы Y сравнивают с допустимыми диапазонами уровней электрических сигналов Y, соответствующих допустимым диапазонам отражательной способности для первой-третьей длин волн, при которых примесные элементы, примешанные к табачному материалу Т, могут детектироваться, т.е. идентифицироваться схемой 96 дискриминатора.

То есть схема 96 дискриминатора рассчитывает соотношения R1 (=D1_n\D3_n) и R2 (D2_n\D3_n) данных изображения и, если оба соотношения R1 и R2 находятся в пределах определенных диапазонов, характерных для табачного материала Т, считается, что данные изображения характеризуют табачный материал Т. С другой стороны, если одно из соотношений R1 и R2 выходит за пределы определенного диапазона, схема 96 дискриминатора решает, что данные изображения характеризуют примесь.

Как было описано ранее, схема 96 дискриминатора детектирует примесь в табачном материале Т на основании непрерывных данных изображения, принимаемых от устройства 86 обработки данных, следовательно, можно быстро выполнить детектирование примеси, увеличив тем самым скорость продвижения, т.е., скорость обработки табачного материала Т.

Кроме того, схема 96 дискриминатора способна обрабатывать данные изображения D1_n, D2_n и D3_n как ложный RGB-сигнал, и результаты могут отображаться на дисплее (не показано) как ложное цветовое изображение.

Настоящее изобретение не ограничивается вышеизложенным вариантом осуществления, а может иметь различные модификации.

Например, в описанном варианте осуществления схема 96 дискриминатора выполнена с возможностью приема трех параллельных выводов для данных от преобразователя 12 сигналов. Также, как показано на Фиг.9, преобразователь 12 сигналов может дополнительно включать в себя коммутационную схему 112, подключенную между устройством 86 обработки данных и схемой 96 дискриминатора для того, чтобы периодически передавать данные с трех выводов устройства 86 обработки данных на схему 96 дискриминатора. В этом случае схема 96 дискриминатора детектирует примесь в табачном материале Т, исходя из выходных данных устройства 86 обработки данных, а результаты успешно отображаются на дисплее в виде монохромного изображения.

Кроме того, каждое устройство 86 обработки данных можно заменить устройством 114 обработки данных (Фиг.10). Устройство 114 обработки данных снабжено, кроме функции 116 коррекции электрических сигналов Х от оптических линейных датчиков 72, 78 и 84 для получения скорректированных сигналов Y, и выходной функцией 118 преобразования, когда выходные скорректированные сигналы Y на схему 96 дискриминатора формируются за предварительно заданное время (Фиг.11). В этом случае при остановке продвижения табачного материала Т схема 96 дискриминатора может детектировать примесь в предварительно заданном количестве табачного материала Т в любом режиме.

В основе описанного варианта осуществления изобретения лежит допущение о том, что табачный материал Т представляет собой смесь табачных листьев и примеси. Система идентификации, раскрытая в настоящем изобретении, также может быть использована для детектирования примеси, примешанной к материалам, отличным от табачных листьев, и для идентификации определенного компонента в смеси или композитном материале, состоящих из множества различных компонентов.

В качестве примера на Фиг.12 показана спектральная отражательная способность морской водоросли вакамэ или Undaria pinnatifida и примесных элементов, которые могли примешаться при сборе водоросли вакамэ, в частности, искусственная приманка зеленого и серого цвета. На графике также показаны волны первой-третьей длин волн (1300 нм, 1730 нм, 1940 нм) инфракрасного излучения, подходящие для детектирования примеси в вакамэ.

Из Фиг.12 видно, что в случае инфракрасного излучения с третьей длиной волны четких различий между отражательной способностью вакамэ и отражательной способностью примесных элементов не наблюдается, но в случае с первой и второй длинами волн отражательная способность вакамэ существенно отличается от отражательной способности примесных элементов. Таким образом, схема дискриминатора получает указанные соотношения R1 (=D1_n\D3_n) и R2 (D2_n\D3_n) данных изображения, по которым примесные элементы, примешанные к вакамэ, детектируются с точностью, определяемой по соотношениям R1 и R2.

Фиг.13 представляет собой график соотношения спектральной характеристики отражения композитных материалов, например салфетки и предмета санитарии, а также компонентов (бумага, нетканый материал, полимер), образующих композитные материалы, и инфракрасного излучения первой-третьей длин волн (1600 нм, 1750 нм, 1940 нм), подходящих для идентификации компонентов.

Из Фиг.13 видно, что композитные материалы или их компоненты демонстрируют четкие различия в отражательной способности при инфракрасном излучении первой-третьей длинах волн. Следовательно, схема дискриминатора способна идентифицировать размещение или распределение компонентов, составляющих отдельные композитные материалы, что делает возможным контролировать качество продукции, основываясь на результаты идентификации.

По описанию варианта осуществления настоящего изобретения инфракрасное излучение третьей длины волны (1940 нм) служит в основном для детектирования примеси в материалах и идентификации компонентов в композитных материалах. Причина состоит в том, что инфракрасное излучение третьей длины волны хорошо поглощается водой, содержащейся в материалах, а значит, может быть полезна для распознавания материалов, содержащих воду, и материалов, не содержащих ее.

Кроме того, в системе идентификации настоящего изобретения может быть использовано в сочетании инфракрасное излучение с третьей длиной волны, излучение с длиной волны, отличной от первой и второй длин волн. Более того, число волн не ограничивается тремя. В случаях, когда детектированию подвергаются многие типы примесей или многие типы исследуемых материалов, обязательно используется сочетание инфракрасного излучения четырех или пяти различных длин волн.

Изобретение относится к системам идентификации исследуемого материала смеси, содержащей множество различных материалов практически одного цвета. Система идентификации смеси для детектирования примеси, примешанной к табачному материалу (Т), содержит конвейер (2) для продвижения материала (Т), устройство (6) для испускания инфракрасного излучения на линию (IL) технического контроля, расположенную перпендикулярно конвейеру (2), устройство (10) инфракрасной камеры для приема инфракрасного излучения, отраженного от табачного материала (Т), движущегося перпендикулярно линии (IL) технического контроля, и формирования выходных данных изображения материала (Т), полученных на основе принимаемого инфракрасного излучения; схему (96) дискриминатора для детектирования примеси в материале (Т) исходя из выходных данных устройства (10) инфракрасной камеры. Устройство (10) инфракрасной камеры включает в себя инфракрасные фильтры (70, 76, 82) для приема инфракрасного излучения, отраженного от табачного материала (Т), и пропускания только инфракрасного излучения с соответствующими длинами волн, и оптические линейные датчики (72, 78, 84) для приема инфракрасного излучения, проходящего через соответствующие фильтры (70, 76, 82). Изобретение позволяет повысить скорость и точность идентификации. 6 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Система идентификации смеси, содержащая:
средство транспортировки для продвижения смеси вдоль предварительно заданного конвейерного тракта;
смесь, состоящую из множества различных компонентов практически одного цвета;
устройство облучения, включающее линию технического контроля, проходящую через конвейерный тракт, причем устройство облучения выполнено с возможностью испускания инфракрасного излучения к поверхности транспортировки конвейерного тракта и испускания инфракрасного излучения на смесь, размещенную на линии технического контроля, причем устройство облучения содержит пару ламповых блоков, с помощью которых инфракрасное излучение направляется на линию технического контроля, ламповые блоки устанавливаются выше и ниже по потоку, соответственно, на линии технического контроля, если смотреть в направлении движения смеси, при этом каждый ламповый блок содержит галогенную лампу в виде прямой трубки, расположенную параллельно линии технического контроля и выполненную с возможностью испускания инфракрасного излучения, и отражатель для отражения инфракрасного излучения от галогенной лампы на линию технического контроля, при этом указанное устройство облучения дополнительно содержит ламповый корпус, вмещающий указанную пару ламповых блоков и имеющий отверстие для прохождения инфракрасного излучения, испускаемого парой ламповых блоков, к линии технического контроля, стеклянное окно, закрывающее отверстие и пропускающее инфракрасное излучение, охлаждающий блок для охлаждения воздуха в ламповых блоках, при этом устройство облучения испускает инфракрасное излучение к поверхности транспортировки конвейерного тракта;
устройство инфракрасной камеры для приема инфракрасного излучения, отраженного от смеси, и формирования данных изображения смеси на основании принятого инфракрасного излучения;
цепь дискриминации для идентификации содержащегося в смеси исследуемого материала исходя из выходных данных устройства инфракрасной камеры,
при этом устройство инфракрасной камеры включает в себя спектральное зеркало для разделения принимаемого инфракрасного излучения на пучки света с различными областями длин волн;
множество инфракрасных фильтров для приема соответствующих потоков излучения и пропускания только инфракрасного излучения с соответствующими конкретными длинами волн, при этом под действием указанных конкретных длин волн инфракрасного излучения компоненты смеси проявляют предварительно заданные различия в отражательной способности при облучении смеси и отражении от соответствующих компонентов; и
множество оптических линейных датчиков для приема потока инфракрасного излучения, проходящего через соответствующие инфракрасные фильтры, причем в каждом из оптических линейных датчиков содержится большое количество светоприемных элементов, выполненных с возможностью приема инфракрасного излучения, отраженного от смеси, находящейся на линии технического контроля, каждый из которых вырабатывает в виде данных изображения электрические сигналы, соответствующие количеству принимаемого инфракрасного излучения.

2. Система идентификации смеси по п.1, в которой указанное устройство инфракрасной камеры дополнительно содержит цепь компенсации для компенсирования разницы в чувствительности между светоприемными элементами отдельных оптических линейных датчиков и в которой цепь компенсации задает значения усиления и смещения для отдельных светоприемных элементов для корректировки электрических сигналов от соответствующих светоприемных элементов.

3. Система идентификации смеси по п.2, в которой указанное устройство инфракрасной камеры дополнительно включает в себя
калибровочную пластину, обеспечивающую однородное отражение инфракрасного излучения, и
направляющее средство для перемещения калибровочной пластины между рабочим положением на линии технического контроля и исходным положением на расстоянии от линии технического контроля.

4. Система идентификации смеси по п.1, в которой охлаждающий блок нагнетает охлаждающий воздух в ламповый корпус и поддерживает в нем давление выше наружного.

5. Система идентификации смеси по п.4, в которой указанное устройство облучения дополнительно включает в себя блок нагнетания воздуха для генерирования потока воздуха вдоль наружной поверхности стеклянного окна.

6. Система идентификации смеси по п.1, в которой указанное устройство облучения содержит механизм скольжения, с помощью которого пара ламповых блоков выдвигается из лампового корпуса, механизм скольжения поддерживает пару ламповых блоков так, чтобы ламповые блоки перемещались в направлении, параллельном линии технического контроля.

7. Система идентификации смеси по п.1, в которой устройство инфракрасной камеры установлено над устройством облучения и имеет траекторию отражения, находящуюся в вертикальной плоскости, включающей линию технического контроля, и вдоль которой распространяется инфракрасное излучение, отраженное от смеси, при этом спектральное зеркало размещено на траектории отражения.

8. Система идентификации смеси по п.4, в которой охлаждающий блок включает теплообменник для охлаждения воздуха, подаваемого в ламповый корпус.