Способ и устройство для детектирования вещества Российский патент 2018 года по МПК G01N21/85 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системам и способам неразрушающего контроля. В частности, изобретение относится к оптическим системам, устройствам и способам детектирования вещества и определения одного или нескольких параметров предмета. Изобретение особенно подходит для определения свойств одного или нескольких полупрозрачных предметов.

Предпосылки изобретения

Существуют различные способы определения качества собранных фруктов и овощей. В сельскохозяйственной отрасли представляют интерес сортировка продукции на основании внутренних параметров, таких как содержание сахара, кислотность, спелость, наличие гнили и повреждений, и внешних признаков, таких как размер, геометрическая форма и цвет, и на основании этих параметров и признаков проведение определенных сортировочных операций.

Хорошо известно использование при определении различных свойств собранных фруктов и овощей спектроскопии в ближней инфракрасной (NIR) области и спектроскопии в видимой области (VIS). Излучение в ближней инфракрасной (NIR) области обычно определяется как диапазон электромагнитного спектра в пределах от 780 до 2500 нм, а спектр в пределах от 400 нм до 780 нм называется излучением в видимой (VIS) области. При спектроскопии в ближней инфракрасной (NIR) области или видимой области (VIS) предмет, подвергаемый анализу, облучают, и измеряют отраженное или проходящее излучение. Изменения отраженного света анализируют для определения различных характеристик поверхности предмета. Проходящий свет, т.е. излучение, проникающее через предмет, претерпевает рассеивание и/или поглощение, что влияет на его длину волны. Эти изменения зависят от светорассеивающих свойств предмета, а также от его химического состава.

Известный уровень техники включает документ JP 2010 210355 А, в котором описаны способ и устройство для выполнения неразрушающего измерения концентрации целевого компонента. В этом способе пищевой объект, подлежащий измерению, такой как овощ, фрукт, мясо, облучают светом с длиной волны в диапазоне от 400 до 2500 нм. Путем детектирования проходящего света и/или отраженного света получают спектр поглощения, и концентрацию целевого компонента в измеряемом предмете определяют, используя калибровочную кривую, полученную из значений поглощения всех измерительных длин волн или конкретной длины волны.

Известный уровень техники включает также документ CN 2733343 Y, в котором описывается внутреннее интегральное аналитическое оборудование для неразрушающего контроля сельскохозяйственной продукции, такой как фрукты и овощи, содержащее систему источника света, фильтр и систему визуализации. Оборудование может освещать разную сельскохозяйственную продукцию под разными углами, и свет, проникающий через образцы, может поступать в спектрометр (если источник света является хроматическим) или детектор (если источник света является монохроматическим) посредством максимально возможного использования функции визуализации с помощью линзы для использования спектроскопии в ближней инфракрасной области для анализа качества сельскохозяйственной продукции.

Более того, в документе JP 2009226248 описан способ детектирования обесцвеченных гранул путем анализа света, отраженного/обратно рассеянного от гранул.

Кроме того, в документе US 6646218 описано устройство для сортировки изделий, в котором свет, отраженный от изделий, анализируется с целью установления различия между приемлемыми и неприемлемыми изделиями.

Кроме того, в документе JP 2007033273 описано устройство для детектировнаия инородного вещества в белых пищевых продуктах с применением отраженного и проходящего белого света, причем оптическая ось света, который должен проходить, выровнена с полем обзора камеры, вследствие чего инородное вещество четко различимо.

В известных системах и способах предметы облучают и анализируют по одному, что требует помещения каждого предмета вовнутрь детектора либо вручную, либо на конвейерной ленте, имеющей специально выделенные гнезда для каждого предмета. Желательно, таким образом, повысить пропускную способность предметов в вышеупомянутых устройствах.

Сущность изобретения

Изобретение изложено и характеризовано в независимых пунктах формулы изобретения, а в зависимых пунктах формулы изобретения описаны других характеристики изобретения.

Таким образом, предлагается устройство для детектирования вещества, отличающееся тем, что содержит:

- средства групповой подачи, предназначенные для подачи нескольких предметов в зону детектирования;

- по меньшей мере один источник света, имеющий фокусирующий элемент и предназначенный для освещения по меньшей мере одного предмета, движущегося в плоскости предмета в зоне детектирования; и

- первое анализирующее свет устройство, предназначенное для считывания света, прошедшего через предмет.

В соответствии с одним примером предлагается устройство для детектирования вещества, отличающееся тем, что содержит:

- средства групповой подачи, предназначенные для подачи нескольких предметов зону детектирования;

- по меньшей мере один источник света, каждый из которых имеет фокусирующий элемент и предназначен для отправки света в соответствующем первом направлении для освещения по меньшей мере одного предмета, движущегося в плоскости предмета в зоне детектирования; и

- первое анализирующее свет устройство, предназначенное для считывания света, прошедшего через предмет, и для установления количества света, полученного от указанного по меньшей мере одного источника света, причем указанное первое анализирующее свет устройство предназначено для считывания света, имеющего направление в пределах поля обзора указанного первого анализирующего свет устройства, и

причем указанное соответствующее первое направление отличается от направлений в пределах поля обзора указанного первого анализирующего свет устройства.

Иными словами, при отсутствии предмета в зоне детектирования свет, излучаемый или отправляемый указанным по меньшей мере одним источником света, обычно не будет считываться указанным первым анализирующим свет устройством. Выражаясь иначе, при отсутствии предмета в зоне детектирования свет, излучаемый или отправляемый указанным по меньшей мере одним источником света, будет отправляться вне поля обзора указанного первого анализирующего свет устройства. В частности, при отсутствии предмета в зоне детектирования указанным первым анализирующим свет устройством обычно не будет считываться никакая часть или будет считываться не более чем очень малая часть света, отправленного от указанного по меньшей мере одного источника света, вследствие, например, рассеяния в окружающую среду или поверхность (поверхности). В соответствии с одним примером при отсутствии предмета в зоне детектирования указанное первое анализирующее свет устройство идентифицирует не более 10%, или не более 5%, или не более 1%, или не более 0,5%, или не более 0,1%, или не более 0,05% света, отправленного из по меньшей мере одного источника света.

В соответствии с одним примером, если предмет присутствует в зоне детектирования и облучается указанным по меньшей мере одним источником света, свет от указанного по меньшей мере одного источника света, прежде чем достигает датчика анализирующего свет устройства, диффузно проходит через указанный предмет или отражается от него. В частности, более 75% или более 90% этого света от указанного по меньшей мере одного источника света, достигающие датчика указанного первого анализирующего свет устройства, диффузно прошли через указанный предмет или отразились от него, прежде чем достигли датчика анализирующего свет устройства.

Как уже отмечалось, указанное первое анализирующее свет устройство предназначено для идентификации света, полученного от указанного по меньшей мере одного источника света; иными словами, указанное первое анализирующее свет устройство предназначено для проведения различия между окружающим светом и светом, полученным от по меньшей мере одного источника света. Выражаясь иначе, количество света, получаемое от указанного первого анализирующего свет устройства, намного выше уровня шума, присутствующего, когда по меньшей мере один источник света не выключен.

В соответствии с одним примером источник света и фокусирующий элемент имеют результирующую оптическую ось, направленную в первом направлении. Указанное первое направление находится вне поля обзора указанного первого анализирующего свет устройства, иными словами, непреломленный свет, излучаемый по указанной первой оптической оси, находится вне поля обзора указанного первого анализирующего свет устройства и не будет считываться указанным первым анализирующим свет устройством.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один источник света предназначен для отправки падающего света в направлении нескольких предметов, движущихся в плоскости предмета, и причем первое анализирующее свет устройство расположено так, что плоскости измерения для проходящего света и падающего света лежат не в одной плоскости.

В одном варианте осуществления средства групповой подачи предназначены для подачи предметов в зону детектирования случайным образом.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один источник света расположен в первом фокусе отражателя в форме усеченного эллипсоида, а отражатель расположен таким образом, что второй фокус отражателя в форме усеченного эллипсоида совпадает с плоскостью предмета.

Иными словами, свет, излучаемый от по меньшей мере одного источника света, вначале будет сходиться в фокус, а затем расходиться. Анализирующее свет устройство преимущественно расположено таким образом, что расходящийся свет не достигнет его датчика.

По меньшей мере один источник света может содержать один или несколько светоизлучающих диодов (светодиодов) и может дополнительно содержать по меньшей мере одну линзу, которая может фокусировать свет в плоскости предмета.

В одном варианте осуществления источник света и первое анализирующее свет устройство расположены с противоположных сторон плоскости предмета. В одном варианте осуществления первый источник света расположен симметрично второму источнику света относительно центральной оси.

В одном варианте осуществления второе анализирующее свет устройство расположено с противоположной стороны плоскости предмета относительно первого анализирующего свет устройства и предназначено для приема отраженного света от предмета, полученного в результате из света, отправленного от соответствующих первого и второго источников света.

В одном варианте осуществления по меньшей мере третий источник света расположен по ту же сторону от плоскости предмета, что и первое анализирующее свет устройство, и предназначен для облучения предмета светом, отраженным на первое анализирующее свет устройство.

Анализирующее свет устройство может содержать систему спектроскопии или систему гиперспектральной камеры.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один источник света представляет собой импульсный источник света, предназначенный для отправки пульсирующего света в зону детектирования. Средства управления светом могут быть обеспечены и предназначены для отправки пульсирующего света в зону детектирования управляемым образом.

Средства групповой подачи могут включать вибрационный питатель или конвейерную ленту, факультативно в сочетании с желобом, посредством которых обеспечивается падение предметов через зону детектирования. Кроме того, средства групповой подачи может представлять собой полупрозрачную конвейерную ленту, проходящую в зону детектирования и предназначенную по меньшей мере для частичной поддержки предмета в зоне детектирования.

В одном варианте осуществления конвейерная лента включает конвейерную ленту из проволочной сетки или две конвейерные ленты, разделенные промежутком.

Кроме того, предлагается система для сортировки предметов, в которой устройство согласно изобретению объединено с выталкивающим устройством, предназначенным для управляемого и избирательного выталкивания предмета из системы, исходя из свойств света, полученного первым анализирующим свет устройством.

Кроме того, предлагается способ определения параметра по меньшей мере одного предмета, включающий этапы:

i) обеспечения перемещения предмета в плоскости в зоне детектирования;

ii) освещения предмета падающим светом;

iii) детектирования света, прошедшего через предмет и падающего в плоскости измерения; и

iv) определения специфического для предмета параметра на основании детектированного проходящего света, падающего в плоскости измерения.

Кроме того, предлагается способ определения параметра по меньшей мере одного предмета, включающий этапы:

i) обеспечения перемещения предмета в плоскости (Р-Р) в зоне детектирования (D);

ii) освещения предмета падающим светом, имеющим первое направление, который излучается по меньшей мере от одного источника света;

iii) детектирования и идентификация света, поступающего от указанного по меньшей мере одного источника света и проходящего через предмет, причем указанный свет имеет второе направление, отличающееся от указанного первого направления; и

iv) определения специфического для предмета параметра на основании детектированного проходящего света.

В одном варианте осуществления плоскости измерения для проходящего света и падающего света лежат не в одной плоскости. Движение на этапе i) включает свободное падение или может осуществляться посредством конвейерной ленты.

В одном варианте осуществления способа согласно изобретению этап освещения включает отправку пульсирующего света в направлении зоны детектирования, а этап детектирования дополнительно включает детектирование окружающего света в течение промежутков времени, в которые свет не отправляют в направлении зоны детектирования.

Специфический для предмета параметр может представлять собой один или несколько параметров из списка, содержащего: содержание сахара, кислотность, спелость, наличие гнили, наличие механических повреждений, присутствие постороннего вещества, присутствие кости.

В одном варианте осуществления предмет сортируют, исходя из специфического для предмета параметра, определенного на этапе iv).

Изобретение не ограничивается спектроскопией в ближней инфракрасной (NIR) или видимой (VIS) областях спектра и может в целом использоваться с любым способом спектроскопии, включая также, но без ограничения, спектроскопию в ультрафиолетовой (UV) и средней инфракрасной (MIR) областях спектра.

Кроме того, все, что указано выше в отношении устройства, как правило, может быть применимо и к способам.

Краткое описание графических материалов

Эти и другие характеристики изобретения станут понятными из последующего описания одного предпочтительного вида варианта осуществления, приведенного как пример, не ограничивающий объем настоящего изобретения, со ссылками на прилагаемые графические материалы, на которых:

фиг. 1а и 1b представляют собой вид сбоку и вид сверху соответственно первого варианта осуществления системы согласно изобретению;

фиг. 2 представляет собой вид сбоку второго варианта осуществления системы согласно изобретению;

фиг. 3 представляет собой вид сбоку третьего варианта осуществления системы согласно изобретению;

фиг. 4 представляет собой вид сбоку четвертого варианта осуществления системы согласно изобретению;

фиг. 5 представляет собой вид сбоку пятого варианта осуществления системы согласно изобретению;

фиг. 6 представляет собой вид сбоку, иллюстрирующий еще один вариант осуществления изобретения; и

на фиг. 7 показано расположение, в котором свет из корпуса лампы является пульсирующим.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

В последующем описании будут использоваться такие термины, как «горизонтальный», «вертикальный», «боковой», «вперед и назад», «вверх и вниз», »верхний», «нижний», «внутренний», «наружный», «передний», «задний» и т.д. Эти термины, как правило, относятся к видам и ориентациям, как показано на графическом материале, и связаны с нормальным использованием изобретения. Эти термины используются лишь для удобства читателя и не должны ограничивать объем настоящего изобретения.

На фиг. 1а и 1b приведено схематическое представление системы согласно изобретению. Осветительная система 8 передает свет L в направлении системы 4 спектроскопии. Конвейер 3 подает несколько предметов 2 (например, собранные фрукты или овощи) в направлении, показанном стрелкой М, и при этом предметы 2 последовательно сваливаются и (в целом по параболической траектории) падают вниз через освещенную зону, образованную между осветительной системой и системой спектроскопии. Буквой S обозначена линия сканирования, буквами Р-Р - плоскость предмета, и буквами SR - диапазон сканирования. Таким образом, предметы 2 освещаются снизу, когда они падают в плоскости предмета в зоне D детектирования, и проходящий свет детектируется и анализируется системой 4 спектроскопии.

Осветительная система может содержать один или несколько источников света и вспомогательные устройства (например, отражатели, линзы), способные фокусировать свет в плоскости Р-Р предмета. Таким образом, подходящие источники света могут включать суперконтинуумные лазеры, широкополосные источники света, такие как галогенные лампы, или один или несколько светоизлучающих диодов (светодиодов) в сочетании с подходящими линзами или другими фокусирующими элементами. Один пример такой фокусирующей системы раскрыт в документе ЕР 0772498 В1, описывающем систему оптического контроля, имеющую линзы для направления света из его источников, таких как светодиоды, на продукты, проходящие через зону контроля. Источник света может представлять собой, например, одиночный широкополосный светодиод или матрицу из нескольких светодиодов, каждый из которых имеет разную ширину спектральной полосы.

В проиллюстрированном варианте осуществления система 4 спектроскопии содержит вращающееся зеркало 6 и датчик 7. Эта установка создает одиночный спектр для каждой точки на линии S сканирования. Следует понимать, что датчик может включать, например, спектрометр или систему гиперспектральной камеры. Кроме того, система спектроскопии может использовать очень чувствительные системы спектрометров, имеющие, например, лавинные фотодиоды (APD) или фотоэлектронные умножители (РМТ), известные в данной области техники.

На фиг. 2 приведено схематическое представление второго варианта осуществления системы согласно изобретению. Позицией 3 обозначено устройство групповой подачи, такое как конвейерная лента или вибрационный питатель и желоб, функцией которого является подача нескольких предметов таким образом, чтобы они падали в зону D детектирования. Для наглядности иллюстрации на фиг. 2 проиллюстрирован только один предмет. Однако следует понимать, что несколько предметов могут падать в зону D детектирования одновременно подобно ситуации, показанной на фиг. 1а, b. На фиг. 2 изображена ситуация, когда предмет 2 (например, фрукт или овощ) свалился с подающего устройства 3 и падает в зоне D детектирования, как показано стрелкой G.

Источник 10 света предназначен для отправки луча I₁ падающего света в направлении предмета 2, падающего в плоскости Р-Р предмета. Линией Т показан проходящий свет, падающий в плоскости измерения (видимый вдоль плоскости), т.е. проходящий свет Т, детектируемый системой 4 спектроскопии. Иными словами, часть луча I₁ падающего света проходит через предмет и после этого детектируется/идентифицируется системой 4 спектроскопии; эта часть далее называется проходящим и детектируемым светом. Как можно видеть на фиг. 2, направление падающего света I₁ отличается от направления проходящего и детектируемого света TD₁. В частности, направление падающего света может быть одинаковым с направлением центральной оси падающего света, а направление проходящего и обнаруживаемого света может быть одинаковым с центральной осью проходящего и детектируемого света.

При отсутствии предмета в зоне детектирования свет, излучаемый или отправляемый источником 10 света, не будет считываться системой 4 спектроскопии, поскольку свет, излучаемый источником 10 света, будет отправляться вне поля обзора указанной системы 4 спектроскопии. В частности, при отсутствии предмета в зоне детектирования системой 4 спектроскопии обычно не будет считываться никакая часть или будет считываться лишь очень малая часть света, отправленного из источника света, вследствие, например, рассеяния в окружающую среду. В соответствии с одним примером при отсутствии предмета в зоне детектирования система 4 спектроскопии идентифицирует не более 10%, или не более 5%, или не более 1%, или не более 0,5%, или не более 0,1%, или не более 0,05% света, отправленного из источника 10 света.

Если предмет присутствует в зоне детектирования и облучается указанным источником 10 света, свет от источника света, прежде чем достигает датчика системы 4 спектроскопии, диффузно проходит через указанный предмет или отражается от него. В частности, более 75% или более 90% этого света от источника света, достигающие датчика системы 4 спектроскопии, диффузно прошли через указанный предмет или отразились от него, прежде чем достигли датчика анализирующего свет устройства.

В соответствии с одним примером источник 10 света и фокусирующий элемент 12 имеют результирующую оптическую ось (OA), направленную в первом направлении. Указанное первое направление находится вне поля обзора указанной системы 4 спектроскопии, иными словами, непреломленный свет, излучаемый по указанной первой оптической оси, находится вне поля обзора указанной системы 4 спектроскопии и не будет считываться системой 4 спектроскопии.

В системе спектроскопии проходящий и детектируемый свет анализируется для определения внутренних свойств предмета. Если эти внутренние свойства находятся вне заданных допусков, например, если предмет имеет внутренние участки, которые сгнили или повреждены, выталкивающему устройству 9 (расположенному после зоны D детектирования) отправляется сигнал команды (линии управления не показаны), и это устройство удаляет предмет из системы. Выталкивающее устройство 9, являющееся факультативным, может представлять собой любое известное выталкивающее или удаляющее устройство, такое как заслонка, механические пальцы, воздушные сопла и т.д.

Источник 10 света и система 4 спектроскопии расположены таким образом, что падающий свет I₁ и плоскость Т измерений не находятся на одной линии. Зона DB, находящаяся по другую сторону предмета 2 относительно системы 4 спектроскопии, является либо пустой, либо содержит факультативный темный контрольный элемент 61. Этот контрольный элемент предотвращает «ослепление» системы спектроскопии при отсутствии предметов в зоне детектирования.

Для того чтобы оптимизировать интенсивность света в плоскости предмета, в проиллюстрированном варианте осуществления источник 10 света представляет собой широкополосный источник света, такой как галогенная лампа, расположенный внутри отражателя 12, как показано на фиг. 2. Таким образом, со ссылкой на фиг. 1а, b, в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 2, осветительная система 8 содержит источник 10 света и отражатель 12 в корпусе 42 лампы. Отражатель 12 имеет форму усеченного эллипсоида (усеченного параллельно малой оси эллипсоида), а источник 10 света расположен в первом фокусе f₁ усеченного эллипсоида. Поскольку каждый луч света, излученный из первого фокуса f₁ усеченного эллипсоида, отражается отражателем для схождения во втором фокусе f'₁ система разработана таким образом, что плоскость Р-Р предмета проходит через второй фокус f'₁. Это обеспечивает, что при падении через зону D детектирования предмет 2 облучается концентрированным светом. Иными словами, свет, излучаемый источником 10 света, будет вначале сходиться в фокусе f'₁ после чего расходиться. Анализирующее свет устройство обычно располагается так, что расходящийся свет не достигает его датчика.

Следует понимать, что хотя на фиг. 2 предмет 2 показан падающим вертикально в плоскости Р-Р предмета, это не является обязательным для изобретения. Достаточно, чтобы предмет проходил через второй фокус f'₁ и плоскость предмета в зоне D детектирования, т.е. предмет может иметь не вертикальную траекторию.

На фиг. 3 приведено схематическое представление третьего варианта осуществления системы согласно изобретению. Далее будут рассмотрены лишь те аспекты, которые отличаются от описанных выше со ссылкой на фиг. 2. В этом третьем варианте осуществления второй источник света 20 и соответствующий второй отражатель 22 в форме усеченного эллипсоида расположены аналогично первому источнику 10 света и первому отражателю 12, как описано выше, внутри корпуса 42 лампы, со вторым источником 20 света в первом фокусе f₂ усеченного эллипсоида. Второй отражатель 20 и первый отражатель 10 расположены симметрично относительно общей центральной оси С, и второй отражатель 20 (подобно первому отражателю 10) расположен так, что плоскость Р-Р предмета проходит через второй фокус f'₂ второго отражателя. Таким образом, вторые фокусы f'₁, f'₂ совпадают и лежат в плоскости Р-Р предмета, как проиллюстрировано на фиг. 3. Этот вариант осуществления позволяет эффективно удвоить интенсивность облучения на предмете 2 по сравнению с вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг. 2.

Первый и второй источники 10, 20 света отправляют свои соответствующие первый и второй лучи I₁, I₂ света в направлении предмета 2, падающего в плоскости Р-Р предмета. Проходящий свет, падающий в плоскости Т измерения, детектируется системой 4 спектроскопии, как описано выше. Иными словами, часть луча I₁ падающего света и часть луча I₂ падающего света проходят через предмет и затем детектируются системой 4 спектроскопии; эти части называются проходящим и детектируемым светом. Как можно видеть на фиг. 3, направления лучей I₁, I₂ падающего света отличаются от направления проходящего и детектируемого света TD₁₂. В частности, направление лучей падающего света может быть одинаковым с направлением центральной оси луча падающего света, а направление проходящего и обнаруживаемого света может быть одинаковым с центральной осью проходящего и детектируемого света.

Между отражателями 12, 22 расположен темный контрольный элемент 61, предотвращающий «ослепление» системы спектроскопии при отсутствии предметов в зоне D детектирования. В одном практическом варианте осуществления отражатели и их соответствующие источники света могут располагаться в одном корпусе 42 лампы. Таким образом, со ссылкой на фиг. 1а, b, в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 2, осветительная система 8 содержит источники 10, 20 света, отражатели 12, 22 и контрольный элемент 61 в корпусе 42.

На фиг. 2 и 3 показан также факультативный белый контрольный элемент 43, расположенный в корпусе 42 лампы, но в пределах диапазона сканирования системы 4 спектроскопии. Белый контрольный элемент 43 позволяет калибровать систему, когда она находится в режиме работы, что может повысить точность измерений. Белый контрольный элемент может, например, представлять собой небольшую пирамиду из бария, помещенную так, что она освещается источником (источниками) света.

На фиг. 4 приведено схематическое представление четвертого варианта осуществления системы согласно изобретению. На этой иллюстрации корпус лампы не показан. Далее будут рассмотрены лишь те аспекты, которые отличаются от описанных выше со ссылкой на фиг. 3.

В этом четвертом варианте осуществления темный контрольный элемент (позиция 61 на фиг. 3) заменен отверстием (или световодом) 62 между отражателями 12, 22, а вторая система 5 спектроскопии расположена на одной линии с первой системой 4 спектроскопии. При отправке первого и второго лучей I₁, I₂ падающего света в направлении предмета 2 часть Т проходит и отправляется в первую систему 4 спектроскопии. Однако часть падающего света также отражается (как показано R_1,2) в направлении второй системы 5 спектроскопии. Таким образом, эта конфигурация обеспечивает как спектроскопию пропускания (в первой системе 4 спектроскопии), так и спектроскопию отражения (во второй системе 5 спектроскопии).

Четвертый вариант осуществления содержит также третий источник света 30 и оптический фильтр 63, предназначенные для отправки третьего луча I₃ падающего света в направлении предмета 2. Оптический фильтр 63 предназначен для блокирования света длин волн, которые бы иначе создавали помехи проходящему свету, падающему в плоскости Т измерения. Таким образом, третий луч I₃ падающего (отфильтрованного) света отражается предметом 2, и отраженный свет R3 направляется в первую систему 4 спектроскопии. Этот третий источник 30 света обеспечивает измерение и оценку поверхностных свойств предмета. Следует понимать, что могут использоваться несколько источников света, подобных третьему источнику света 30, например, симметрично по другую сторону первой системы 4 спектроскопии.

На фиг. 5 приведено схематическое представление пятого варианта осуществления системы согласно изобретению. Этот вариант осуществления является по существу комбинацией третьего и четвертого вариантов осуществления. На этой иллюстрации корпус лампы не показан. Между первым и вторым отражателями 12, 22 расположен темный контрольный элемент 61, как описано выше со ссылками на фиг. 3, а третий источник света 30 и оптический фильтр 63 расположены так, как описано выше со ссылками на фиг. 4.

На фиг. 6 показан вариант, в котором предлагаемая система расположена так, что предмет 2 не падает в плоскости предмета (как в вариантах осуществления изобретения, описанных выше), а перемещается через зону D детектирования на конвейерной ленте 3', движущейся в направлении В. Конвейерная лента 3', выровненная с плоскостью Р-Р предмета, является прозрачной и/или полупрозрачной, благодаря чему лучи I_1,2 света могут проходить через ленту и на предмет. Конвейерная лента 3' может, таким образом, представлять собой, например, конвейерную ленту из проволочной сетки или две конвейерные ленты, расположенные с промежутком. Устройство, показанное на фиг. 6, позволяет использовать систему согласно изобретению для анализа и сортировки предметов, не пригодных для падения, например, мясных продуктов. Примерами таких мясных продуктов служат куриное мясо, свиная грудинка и мясной фарш. Это устройство подходит также для детектирования, анализа и сортировки предметов, имеющих менее определенные формы и способных образовывать слой или куски на конвейерной ленте 3', таких как говяжий фарш, рубленое мясо, мясной фарш и т.д. На фиг. 6 этот тип предмета обозначен позицией 2'. Следует понимать, что устройство на фиг. 6 может быть перевернутым, т.е. источники света могут находиться выше конвейерной ленты 3', а система спектроскопии - ниже.

При использовании любой из вариантов осуществления системы согласно изобретению и устройства обычно может устанавливаться в производственных цехах, например, рядом с оборудованием для упаковки продукции или в мясоперерабатывающих установках, где условия для проведения процессов оптического детектирования могут быть далеко не идеальными. Например, свет, детектируемый системой спектроскопии, обычно представляет собой сумму (i) света, генерируемого источниками света, который прошел через предмет, и (ii) окружающего света. Это изображено на фиг. 7, на которой стрелками, помеченными «А», показан окружающий свет, a L' представляет пульсирующий свет, поступающий от импульсного источника 40 света в корпусе 42 лампы. Окружающий свет может составлять значительную часть детектируемого света и может отрицательно влиять на процесс детектирования. Поэтому желательно суметь устранить окружающий свет из процесса детектирования и измерения.

Следовательно, согласно изобретению предлагаются способ и соответствующие средства для выключения источника (источников) света на некоторый период времени, чтобы система спектроскопии могла измерять лишь окружающий свет. Когда источник света выключен, свет через предмет не проходит. Устройство обработки (не показано) в системе 4 спектроскопии вычитает результат измерения окружающего света из результата измерения, выполненного системой спектроскопии, когда свет, генерируемый осветительной системой (источниками света), проходит через предмет.

Предметы обычно движутся (например, падают) через зону детектирования с высокой скоростью, и периоды времени, в которые источник света выключен, должны соответствовать этой скорости. Этого можно добиться при использовании импульсных сфокусированных светодиодов, обеспечивающих быстрый цикл включения/выключения. Использование импульсных светодиодов позволяет детектировать принятый свет от соседних пикселей, когда источник света выключен (только окружающий свет) и включен (сгенерированный свет + окружающий свет). Если источником света является, например, галогенная лампа (имеющая меньшее быстродействие), пульсирующий свет L' можно получить при расположении перед источником света средства 45 управления светом, как показано на фиг. 7. Средство 45 управления светом может представлять собой, например, механический затвор или так называемое электрохромное стекло. Электрохромные стекла хорошо известны; примером служит стекло SmartGlass™, выпускаемое компанией Schott AG.

Эта способность измерять и вычитать окружающий свет из процесса детектирования повышает универсальность системы. Например, зона детектирования не должна быть размещена в закрытом шкафу, она может находиться на открытом воздухе и подвергаться воздействию окружающего света. Следует понимать, что импульсные светодиоды можно комбинировать со средством 45 управления светом.

Хотя изобретение описано со ссылками на детектирование вещества во фруктах, овощах и мясе, следует понимать, что изобретение в равной мере применимо к детектированию вещества в полупрозрачных предметах вообще, включая без ограничения другие пищевые продукты.

Использование: для детектирования вещества. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для детектирования вещества содержит: средства групповой подачи, предназначенные для подачи нескольких предметов в зону детектирования; по меньшей мере один источник света, каждый из которых имеет фокусирующий элемент и предназначен для отправки света в соответствующем первом направлении для освещения по меньшей мере одного предмета, движущегося в плоскости предмета в зоне детектирования; и первое анализирующее свет устройство, предназначенное для считывания света, излученного из указанного по меньшей мере одного источника света и прошедшего через предмет, и для установления количества света, полученного от указанного по меньшей мере одного источника света, причем указанное первое анализирующее свет устройство предназначено для считывания света, имеющего направление в пределах поля обзора указанного первого анализирующего свет устройства, и причем указанное соответствующее первое направление отличается от направлений в пределах поля обзора указанного первого анализирующего свет устройства. Технический результат: обеспечение возможности на некоторый период времени измерения только лишь окружающего света с целью вычитания результата измерения окружающего света из результата проводимого измерения. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для детектирования вещества, отличающееся тем, что содержит:

- средства (3; 3') групповой подачи, предназначенные для подачи нескольких предметов (2; 2') в зону детектирования (D);

- по меньшей мере один источник (8; 10, 20; 40) света, каждый из которых имеет фокусирующий элемент и предназначен для отправки света в соответствующем первом направлении (I₁; I₂) для освещения по меньшей мере одного предмета (2; 2'), движущегося в плоскости (Р-Р) предмета в зоне детектирования (D); и

- первое анализирующее свет устройство (4), предназначенное для считывания света, излученного из указанного по меньшей мере одного источника света и прошедшего через предмет, и для установления количества света, полученного от указанного по меньшей мере одного источника света,

причем указанное первое анализирующее свет устройство (4) предназначено для считывания света (TD₁; TD₁₂), имеющего направление в пределах поля обзора указанного первого анализирующего свет устройства (4), и причем указанное соответствующее первое направление отличается от направлений в пределах поля обзора указанного первого анализирующего свет устройства (4).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средства (3) групповой подачи предназначены для подачи предметов (2) в зону (D) детектирования случайным образом.

3. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере один источник (10; 20) света расположен в первом фокусе (f₁; f₂) отражателя (12; 22) в форме усеченного эллипсоида, и отражатель расположен таким образом, что второй фокус (f'₁; f'₂) отражателя в форме усеченного эллипсоида совпадает с плоскостью (Р-Р) предмета.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один источник света содержит один или несколько светоизлучающих диодов (светодиодов).

5. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один источник (40) света дополнительно содержит по меньшей мере одну линзу, которая может фокусировать свет в плоскости предмета (Р-Р).

6. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что источник света и первое анализирующее свет устройство расположены с противоположных сторон плоскости (Р-Р) предмета.

7. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что первый источник (10) света расположен симметрично второму источнику (20) света относительно центральной оси (С).

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что второе анализирующее свет устройство (5) расположено с противоположной стороны плоскости (Р-Р) предмета относительно первого анализирующего свет устройства (4) и предназначено для приема отраженного света (R_{1, 2}) от предмета, полученного в результате из света (I₁, I₂), отправленного от соответствующих первого и второго источников света.

9. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере третий источник (30, 63) света, расположенный по ту же сторону от плоскости (Р-Р) предмета, что и первое анализирующее свет устройство (4), и предназначенный для облучения предмета светом (I₃), отраженным (R₃) на первое анализирующее свет устройство (4).

10. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что анализирующее свет устройство (4, 5) содержит систему спектроскопии или систему гиперспектральной камеры.

11. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один источник света представляет собой импульсный источник (40) света, предназначенный для отправки пульсирующего света (L') в зону детектирования.

12. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство (45) управления светом, обеспеченное и предназначенное для отправки пульсирующего света (L') в зону детектирования управляемым образом.

13. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что средства (3) групповой подачи представляют собой вибрационный питатель или конвейерную ленту, факультативно в сочетании с желобом, посредством которых обеспечивается падение предметов через зону (D) детектирования.

14. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что средства групповой подачи представляют собой полупрозрачную конвейерную ленту (3'), проходящую в зону (D) детектирования и предназначенную по меньшей мере для частичной поддержки предмета (2; 2') в зоне детектирования.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что конвейерная лента (3') включает конвейерную ленту из проволочной сетки или две конвейерные ленты, разделенные промежутком.

16. Система для сортировки предметов, отличающаяся тем, что содержит устройство по п. 1 или 2 и выталкивающее устройство (9), предназначенное для управляемого и избирательного выталкивания предмета из системы, исходя из свойств света, полученного первым анализирующим свет устройством.

17. Способ определения параметра по меньшей мере одного предмета (2; 2'), включающий этапы:

i) обеспечения перемещения предмета в плоскости (Р-Р) в зоне (D) детектирования;

ii) освещения предмета падающим светом;

iii) детектирования света, прошедшего через предмет и падающего в плоскости (Т) измерения; и

iv) определения специфического для предмета параметра на основании детектированного проходящего света, падающего в плоскости (Т) измерения.

18. Способ определения параметра по меньшей мере одного предмета (2; 2'), включающий этапы:

i) обеспечения перемещения предмета в плоскости (Р-Р) в зоне детектирования (D);

ii) освещения предмета падающим светом, имеющим первое направление, который излучается по меньшей мере от одного источника света;

iii) детектирования и идентификации света, поступающего от указанного по меньшей мере одного источника света и проходящего через предмет, причем указанный свет имеет второе направление, отличающееся от указанного первого направления; и

iv) определения специфического для предмета параметра на основании детектированного проходящего света.

19. Способ по п. 17 или 18, отличающийся тем, что движение на этапе i) включает свободное падение.

20. Способ по п. 17 или 18, отличающийся тем, что движение на этапе i) осуществляют посредством конвейерной ленты (3').

21. Способ по п. 17 или 18, отличающийся тем, что этап освещения включает отправку пульсирующего света (L') в направлении зоны детектирования; и этап детектирования дополнительно включает детектирование окружающего света (А) в течение промежутков времени, в которые свет не отправляют в направлении зоны детектирования.

22. Способ по п. 17 или 18, отличающийся тем, что специфический для предмета параметр может представлять собой один или несколько параметров из списка, содержащего: содержание сахара, кислотность, спелость, наличие гнили, наличие механических повреждений, присутствие постороннего вещества, присутствие кости.

23. Способ по п. 17 или 18, отличающийся тем, что предмет сортируют, исходя из специфического для предмета параметра, определенного на этапе iv).