CN1675005A - 可对被传送物体进行自动分析或检测的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可对被传送物体进行自动分析或检测的系统，包括至少一种照明装置4，优选为宽光谱；另外包括至少一种探测装置或多频带探测器5。两者均安装在物体传送的上方，被检物体2至少为部分透明。本发明特征为，载体3可以将相关光谱区内接收的光线大部分反射，反射率至少达到50％。

Description

可对被传送物体进行自动分析或检测的系统

技术领域

本发明涉及产品及商品检测或光学识别领域，特别可以实现对上述物体的分拣。本发明将提供物体识别和/或检测更为有效的系统和方法，特别针对容器、包装或类似产品。

背景技术

市面上已存在很多可实现对物体识别和/或检测的设备、装置及工艺，其方法是让物体通过某种平面传送载体，例如2001年3月19日申请法国专利的，其专利号01 03700(公告号码为2 822 235)。

市面上使用的带有平面传送结构的分拣机通常使用黑色橡胶传送带。

为了确保工业使用的可靠性，上述分拣机，特别是前面提到的申请专利的设计，采用的都是安装在传送带上方的照明及探测系统。这些设计均利用的是被检物体的反射光，而不是穿越被检物的光。

此种设计：

—在可视区域(波长为400～800nm)，通过摄像机实现对颜色的分拣。

—在近红外线或NIR区域对材料进行分拣(近红外线所指的是波长为800～500nm区域)。

物体反射的光线十分微弱，特别是透明物体的反射光。如果我们拿一张白纸作为参考(反射效果定为100％)，阻光的白色塑料在NIR区域反射率为60～80％，在可视区域可达100％。黑色的橡胶传送带能反射15％光线，对于透明的光滑物体，例如无色汽水瓶将反射20％光线，而其中15％来自传送带。对于不光滑物体，比如带有凹凸花纹的瓶子，最终的反射率最高能达到25～30％，而其中15％仍来自于传送带。

如此低的反射水平，正是这些物体很难被探测的原因。

尽管如此，有些明显特征还是可以被识别的。比如，在NIR区域可以对聚氯乙烯产生的信号以及苯二甲酸乙二酯PET的信号进行分析识别。然而，有一些细微的差别却很难被识别，比如

—对苯二甲酸乙二酯(PET)PET-G的区分(在MR区域)。

—对无色物体和浅蓝色物体的区分(可视范围)。

工业上所采用的一种相应的解决方法是对物体进行无载体传送，即在物体坠落的过程中通过安装在物体流通两端的照明及探测系统进行分析。比如，将探测器安置在物体通过的上端，照明装置放在下端。这种方法最大的弊端就是探测器或照明装置其中至少有一个会因为物体流通而很快变脏受损。

发明内容

本发明旨在超越现存体系及工艺的限制，克服其缺陷。

此外，本发明还希望无论为“材料”或是“颜色”的检测或分拣，提供实用的解决方法。

为此，本发明所提供的是一个可对在某一载体上通过的物体进行分析或自动检测的系统或装置。该系统或装置配有至少一种照明手段或照明设备，优选采用宽光谱的照明设备；并配备至少一种探测手段或多频探测器。这两种装置均安装在物体流通的上方，通过的物体至少为部分透明。该系统的特点是，在相关光谱范围内，传送载体能反射大部分的接收光线，反射率至少为50％。

当传送物体的载体表面为白色时，载体将能反射70％的接收光线，效果更为明显。

此外，该系统可配备一个清理传送载体的手段或装置，特别是可对摆放运送物体的载体表面进行清洗。这里所涉及的传送载体为无端头传送带或输送带，周而复始地环状运行。

因此，本发明的原理在于使用白色传送载体消除上述工艺所带来的缺陷。

这种输送带或传送带形式的传送载体，可采用例如白色橡胶或聚合物等材料。

附图说明

图1是本发明系统图。

具体实施方式

对照参考附图，下面的描述将更为清晰地反映本发明的理念。附图仅简要地反映了本发明系统的部分图样。下列描述对应的是最理想的采用模式，在实际应用中并无限制。

下列描述中，载体3传送获检物体2，载体3可为输送带或传送带。

根据附图所显示的设计，系统1配备至少一种照明设施4，最好采用宽光谱照明设备；配备至少一种探测手段或多频带多频带探测器5。这两种设备均安置在被检物体2流通的上方，被检物体至少部分为透明。本体系特点是，载体3在相关光谱范围内将能反射大部分所接收到的光线，反射率至少为70％。

在传送载体3为白色或是敷设白色材料时，载体可将吸收的光线中的70％进行反射。

通常，我们把在相应光谱区内可将接收辐射大量反射(反射率至少为70％)的物体称为白色物体，那么在NIR范围内，可以至少反射70％辐射强度为800～2500nm的传送带被视为白色。

如果将单位面积受光定为E，载体的全部反射量(各个方向)将为R×E，其中R为载体反射率，反射率至少为70％。

这里所涉及的“白色”定义更为广泛，因为对应不同的波长，R的数值并非必须为固定值，只要反射率保持在较高的水平并保持稳定即可(比如可在波长1100nm时保持在82％，在1500nm时为90％，在1700nm时为70％)。

在本发明最理想的应用模式中，我们认为物体2为部分透光，由白色载体3进行传送，并接受来自上方的照明，照明设施4相对载体3呈一定倾角，以防止镜面反射。接收放射光的多频带探测器5同样放置在被检物体2的上方，但无须同宽光谱照明设施4呈同一水平线上。这里需要选择照明设备的安放位置，以避免镜面反射光(图中虚线部分)射入多频带探测器5。

我们认为物体2绝对光滑，以至没有任何镜面反射光射入多频带探测器5。

所以探测器所接收的光线L由下列三部分构成：

—来自被检物体2上层2′的反射光线Ds，该光线将部分穿过物体2的上层；

—来自被检物体2下层2″的反射光线Di，该光线将部分穿过物体下层，并两次完全穿过物体上层：一去一回共两次。

—载体3表面的反射光，由T×R表示，该光线4次完全穿过物体2，即在到达载体前，穿过上层2′和下层2″共两次，通过载体反射后再次穿过2′和2″共两次。在这部分光线中，R表示载体的反射率，T表示穿过物体时的光损失(下面将具体谈到)。

显然，多频带探测器5只能接收到上述反射光中的一小部分：这同所观察到的像素大小(窗口或基本观测区)以及探测器所连接的光学接收器的尺寸相关，我们可将所有这些用一个传感参数来表示，记为C。可将上述描述简单地表示为：L＝(Ds+Di+T×R)×E×C  (1)

根据载体像素，载体直接反射给多频带探测器5的Ls＝R×E×C(2)

当我们获取一个完全透明的玻璃瓶的图像时(比如通过扫描)，由于该产品不吸收红外线，所以Ds＝Di＝0。此外，我们知道根据折射指数在1.5左右的材料(比如玻璃瓶)的反射规律，在图中显示的情况下(非水平入射)，每个光学界面(屈光面)的反射损失为入射流量的4％。图1中，一共存在9个屈光面(获检物体的两个层面被四次穿过，另一个位于载体)。

T可由下列公式算出，在这个例子中T＝(1-0,04)⁹＝0.69，或69％。

将等式(1)和(2)相除，得到L/Ls＝T

在这种情况下，T直接表示物体2与载体3之间的亮度比率。我们在实际中测量到的两值差值在30％左右，这也证明本模式的可靠性。

如果将玻璃物体换成透明的白色物体，以下两个效果相互抵消：

—Di，Ds不再为零，而将成为可测得信息纳入计算。

—由于以下几个原因，T值将减少：光线在穿过每个层面时(一共四个层面)的散射损失，在这些层面被吸收造成的损失(这两种损失是有利的，因为可以使T成为有效信息，因为每种材料的选择吸收是有差异的)，这里我们简单地认为这种情况下T比前面的值小，即T＜69％。

附图1反映的即为上述系统，该系统的第一个优点就是可以将载体(3)本身作为参考，无需再选择其他参照物(如果采用黑色传送载体，由于所能获得的信号太弱且重复率过低，无法利用。所以我们通常会采用一个可拆卸的金属盘作为参考，同黑色传送带一起使用)。

根据上面的描述，我们在正常照明情况下，把白色传送带不载物时的反射水平定为100％，我们完全转换了测量方式，将探测器接收的光线强度同载体自身亮度进行比对：I＝L/Ls。

将等式(1)和(2)进行处理，可得到：

I＝(Di+Ds)/R+T    (3)

也就是说，我们比对的是物体2相对载体的亮度，而不是相对于一个完全反射器的亮度。这种方式可以更方便和频繁地进行流线检测，甚至可以随时更新参照比率：只需要获得不载物时传送带区域的图像，将其转换为新的参数即可。如此一来我们可以随时将灯泡的老化、传感器的老化、载体污迹以及防护玻璃等因素，纳入对获取信息的处理及比对过程。

由附图显示的本发明所涉及的探测及检测系统所采取的方法是测量Ls值：

—传送载体上每个点的对应值；

—每个传感器(波长幅度，或称为“波长范围”)；

—持续测量(仅记录载体所属像素以进行更新)。

上述系统1的第二个优点是能够更为有效地探测到载体3所传送的透明物体2。

探测某个物体存在的最简单的方法是测量它与载体亮度的差异。

我们只需要测得I＝(Di+Ds)/R+T≠1即可。

以一个无色光滑的透明塑料为例，我们测得Ds+Di≈5～10％，T≈60％，而我们测得白色传送载体R≈80％，所得到的I≈65～70％。

物体整体亮度为载体的65％至70％，主要由反射光实现。

相反，在黑色传送载体上，我们测得R≈15％，Di+Ds的值不变，这样就得到I_min＝5/15+0.6＝0.93 et I_max＝10/15+0.6＝1.27。

物体的亮度仅稍高于载体亮度，而且很可能相同。所以使用白色传送载体更容易探测到物体的存在，因为物体亮度与载体亮度的差异更为明显。

总的来说，本系统最主要的功能就是白色传送带可以改善对其传送物体的探测，由于在各个界面反向反射造成的损失，物体亮度比传送载体亮度值小，而不是高于传送带亮度值。

但是需要注意的是，由于摆放方向不合适，白色载体上的被检物体很可能反射亮光，射入探测器，这样一来，结果很可能会反过来，也就是被检物体显得比载体还亮。

此外，在物体2为不透光物体时，T＝0，只有Ds不为0，这时候载体就起不到任何作用了，因为此时I＝Ds。

所以，如果Ds＝R时，也就是说物体为不透光物体或是与载体一样同为白色时，物体与载体的区分就完全不存在了。那么白色物体是无法被探测到的。然而在实际应用中，对于在NIR区域进行塑料瓶的检测，很难发生类似情况。即便是高密度聚乙烯瓶，由于吸收了30％～40％的辐射，它在NIR区域所显现出来的也是“灰色”。

总的来说，除了完全阻光或全白色物体，采用白色载体，能够更好探测出传送物体的存在。

上述装置的第三个优点是可以探测出黑色或暗色物体，根据上面的描述，这一点是不容置疑的。而在黑色传送带上，此类物体是无法被探测到的。

事实上，在颜色识别领域，只要测定被检物体为黑色即可。

对于材料识别，还需要确定其光谱，由于获得信号水平较低，这可能会比较困难。如果光谱还未被确定，至少可以将物体从被检物流中区分出来，然后再通过特殊系统进行再分拣。这种方式可应用在包装识别中，因为包装中黑色或深色物体是极少的。

上述由附图所显示的系统的第四个优点就是可以提高多频带探测器5所接收光线中的有效信息。

这里需要提到的是，不同光谱区内的吸收差异为系统提供了有效信息：一个物体在吸收了绿色和蓝色辐射的时候显现出来的是红色(该物体不吸收红色辐射)。

载体在所有的波长内的亮度强度(见方程式(3))为1，而相对于其他物体，这个值是变化的。

这样在各波长范围内，物体平均亮度相对接近载体亮度时，我们就获取了第二种方法来区分获检物体和载体。

在探测或检测工艺方面，我们可以采用下面的方式对探测器获取像素的所属进行识别：

—如果物体平均亮度接近1，同时每个光区的亮度也接近1；

—那么探测器获取的像素属于载体3；

—否则像素属于物体2或者与物体2相关。

在实际应用中，我们测得载体每个光谱的相对强度(见方程式(3))差值在1～3％之间，而被检物体在每个光谱的差值在5％～50％之间，这就可以使我们进行有效的区分。

其中，Ds(在一层中进行反射)提供了部分有效信息，而Di明显提供了较多的有效信息(完全穿过两层，加上一次反射)，而T(穿过4层)就提供了更多的有效信息。

如果使用黑色载体，这三个指数提供的信息不相上下，而且黑色载体由于自身的光谱信号并非为中性，因而可能干扰获取的信息。

采用白色载体，T参数明显起到主要作用，我们可以利用穿过物体四层界面的信息。此外，如果载体为参照物，其本身的光谱波长为中性，不会干扰探测。即便载体为白色聚氯乙烯传送带，对于一个白色透明的聚氯乙烯瓶子，该系统也可以识别。

当然，对于不透光物体，无论选择何种载体都不会改变任何有效信息，但是获得的信号整体上来讲是比较好的。

需要提到的是本发明在实际应用中的一个限制，即需要保持白色载体的相对清洁，特别是在对颜色进行识别的时候，白色载体必须非常干净。

事实上，在对色彩进行识别时，载体是否清洁是一个基本要求，因为传送带上的一个带色污迹很可能就会改变获检透明物体的颜色。但是，在NIR光谱范围内，污迹信号与被检物体信号相近是很罕见的。

所以，本发明应优先应用于材料分拣。首先可应用在那些可以相对经常清理传送载体的领域，特别是塑料瓶清洗流水线上。如果可以保证足够的清理，也可以将白色载体应用在对透明物体微弱色差的区分上。

如附图所示，本系统还可以配置一种对载体3进行清理的方式或设备7，至少确保对运载物体2的那个表面进行清洗，这里提到的载体呈无端头的传送带或输送带，作环状运行。

最后，配置一个信息处理装置8，以控制4、4′、5和/或7及载体3，并可对多频带探测器5所获取的信号进行处理和比对，以便对获检物体2的下一步处理进行控制。

这里没有对本发明系统的安装及运行进行细节描述，本发明相关人士可根据场地现存装置提供相关信息。

当然，本发明并非只限于上述及附图所显示的应用。可以进行一些改动，特别是在不超出本发明保护的范围内，可对不同配件的构成或相应技术的替换上进行更改。

Claims (4)

1.一种可对被传送物体进行自动分析或检测的系统，配备至少一种照明手段，优选是宽光谱照明手段；配备至少一种探测手段或探测器，两者安装在物体流动的上方；其特征在于，被检物体至少部分为透明，所述传送载体(3)能将相对应的光谱区内所获取的光线大部分反射传播，反射率至少为50％。

2.根据权利要求1所述的自动分析或检测的系统，其特征在于，所述载体(3)反射至少70％的接收光线。

3.根据权利要求1和2所述的自动分析或检测的系统，其特征在于，所述放置被检物体(2)的载体(3)表面为白色。

4.根据权利要求1～3中的任一权利要求之一所述的自动分析或检测的系统，其特征在于，所述系统还将配备一种清理载体(3)的手段或设备(7)，特别是至少清洁传送物体(2)的载体表面，所述载体呈无端头输送带或传送带，作环状运行。