ES2206085T3 - Dispositivo y procedimiento para la inspeccion automatica de objetos que desfilan formando un flujo sensiblemente sobre una sola capa. - Google Patents
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Abstract
Máquina para la inspección automática de objetos que desfilan formando sensiblemente una sola capa sobre un plano de conducción de un transportador, permitiendo descriminar estos objetos de acuerdo con su composición química, comprendiendo esta máquina al menos un puesto de detección a través o por debajo del cual circula el flujo de objetos, comportando especialmente este puesto de detección - medios de aplicación de radiaciones electromagnéticas en dirección al plano de circulación, emitiendo dichas radiaciones en vistas a definir un plano de iluminación, definiendo la intersección de este plano con el referido plano de circulación una línea de detección que se extiende transversalmente con respecto al sentido de circulación de los objetos, - un dispositivo de recepción que permite barrer periódicamente cualquier punto de la referida línea de detección, recibiendo en todo momento las radiaciones reflejadas por una zona de medición elemental situada en las proximidades del punto barrido encada instante, denominándose plano de barrido el plano definido por la referida línea de detección y el centro óptico de entrada de dicho dispositivo, - medios de transmisión a al menos un dispositivo de análisis de dichas radiaciones reflejadas a nivel de la zona de medición elemental barredora, cuya máquina se caracteriza porque las radiaciones emitidas se hallan concentradas en las proximidades del plano de iluminación (Pe) y porque dicho plano de iluminación (Pe) y el plano de barrido (Pb) se confunden, estando inclinado este plano común (Pe, Pb) con respecto a la perpendicular (D) al plano de transporte (Pc).
Description
Dispositivo y procedimiento para la inspección
automática de objetos que desfilan formando un flujo sensiblemente
sobre una sola capa.
La presente invención hace referencia a la
caracterización -y, en su caso, a la selección- automática de
objetos, especialmente embalajes de tipo doméstico reciclables,
según sean sus materiales constitutivos y/o según sea su color,
denominándose en lo sucesivo una categoría la combinación de un
material o de una sustancia constitutiva o de un color.
La invención tiene por objeto un dispositivo y
un procedimiento de inspección automática de objetos que desfilen,
con caracterización y discriminación de los mismos en función de su
composición química.
La máquina que constituye objeto de la invención
resulta particularmente, pero no limitativamente, adecuada para la
inspección, y en su caso la selección, con una elevada cadencia, de
diferentes embalajes plásticos reciclables, especialmente los
frascos de PET, PEHD, PVC, PP y PS, así como los embalajes
papel/cartón, los materiales compuestos (paralelepípedos de bebidas)
o metálicos.
De todas formas, la indicada máquina podría
igualmente ser utilizada para la inspección y la discriminación de
cualquier clase de otros objetos o artículos que comprendieran
compuestos químicos orgánicos y que desfilaran constituyendo una
representación plana sensiblemente monocapa, tales como, por
ejemplo, frutos (discriminación por porcentaje de azúcar), y la
discriminación queda en condiciones de realizarse sobre la base de
un compuesto químico mayoritario o minoritario, o de una pluralidad
de compuestos químicos.
Además, la indicada discriminación puede
conducir a una separación del flujo de objetos o simplemente a un
recuento y a una caracterización del expresado flujo.
Existen ya numerosas máquinas y numerosos
procedimientos del indicado tipo, especialmente para clasificar los
envases de acuerdo con su material constitutivo.
Un procedimiento y una máquina de selección
automática de objetos de acuerdo con su composición ha sido ya
divulgados a través del documento
US-A-5 791 497.
Sin embargo, estas máquinas de tipo conocido
presentan en su totalidad inconvenientes bastante serios y adolecen
de notables limitaciones.
A consecuencia de ello, la selección de los
envases de tipo doméstico se realiza ampliamente, aún en la
actualidad, de una manera manual, especialmente en los países
europeos en los que la selección según el material es solicitada por
las autoridades responsables del reciclaje, pero igualmente en otros
países.
En Alemania se ha producido recientemente una
automatización significativa de la selección, pero ello en un
contexto muy particular, especialmente para los plásticos. Los
criterios de selección no se refieren al material sino a la forma
(películas, cuerpos huecos o plásticos mezclados diversos). Estas
máquinas existentes seleccionan de esta manera una categoría
"plásticos mezclados" con respecto a los papeles/cartón,
después de una preselección de las películas, y una preselección
manual de los cuerpos huecos. Existen asimismo máquinas para la
selección de embalajes a base de material compuesto o de embalajes
de naturaleza metálica.
Las máquinas existentes presentan grandes
diferencias en términos de eficacia según el tipo de preparación
mecánica del flujo de objetos a seleccionar. Es posible distinguir
tres soluciones principales:
- -
- individualización completa con un sólo objeto por receptáculo, sin asimiento del objeto;
- -
- flujo lineal, los objetos se hallan alineados unos tras otros;
- -
- flujo plano, los objetos se hallan dispuestos sin orden sobre una cinta claramente más ancha que la mayor dimensión de los mismos, y se hallan distribuidos formando una sola capa.
Únicamente la última solución ha demostrado ser
adecuada, desde los puntos de vista de la eficacia y de la
productividad, a unos productos tan heterogéneos como son los
desperdicios, especialmente de tipo doméstico. En
efecto:
efecto:
- -
- La individualización completa no se ha demostrado jamás eficaz a nivel industrial. Los prototipos que se han realizado en relación con esta forma de presentación han dejado de funcionar, en su totalidad, en una fase sucesiva;
- -
- el flujo lineal existía ya en las máquinas de sobreselección industrial en las que el flujo principal era homogéneo, y la preselección consistía en retirar un reducido porcentaje de objetos indeseables. Aplicados a un flujo heterogéneo de embalajes, los sistemas lineales han funcionado sobre flujos particularmente limpios; Sin embargo, estas máquinas presentan limitaciones en lo que respecta al caudal y requieren, por delante de la máquina, la presencia de operarios manuales para retirar los objetos susceptibles de perturbar el funcionamiento, especialmente las hojas de material plástico de grandes dimensiones y los recipientes voluminosos. En consecuencia, estas máquinas no constituyen una solución satisfactoria de automatización de la selección, y han merecido un reducido éxito;
- -
- Por el contrario, los flujos planos han demostrado su eficacia, dado que se trata exactamente de la presentación de los objetos que pueden hallarse en una selección manual. Es sabido, pues, como llevarlo a cabo simplemente en un contexto de desperdicios de tipo doméstico, y las máquinas que utilizan este tipo de flujo resultan adaptadas a las condiciones de selección de un conjunto desordenado y han merecido un éxito claramente superior a los dos tipos precitados.
En lo sucesivo, se hará pues únicamente
referencia a la selección sobre un flujo plano, lo que permite la
realización de las máquinas más eficaces en la actualidad.
En el documento
EP-A-0 706 838, a nombre de la
propia solicitante, se presentan una máquina y un procedimiento de
selección adaptados a objetos sobre un flujo plano. Esta máquina
utiliza al menos un sistema de visión artificial para localizar los
objetos, así como para reconocer la forma de los mismos y su
coloración, un brazo robotizado para asir y sujetar los objetos, y
al menos un captador complementario para reconocer el material
constitutivo de tales objetos. Este captador complementario se halla
ventajosamente constituido por un espectrómetro de infrarrojos.
Este sistema presenta la ventaja de ser por
principio multimateriales, puesto que los principales embalajes son
seleccionados según sus materiales y/o según su coloración y son
distribuidos en una pluralidad de recipientes apropiados. De esta
manera, una misma máquina queda en condiciones de seleccionar hasta
ocho categorías diferentes. Por otra parte, el aprehensión
individual de los objetos garantiza una excelente calidad de la
selección, típicamente, un único defecto para cada 1.000 objetos
sometidos a la selección.
Sin embargo, la cadencia de selección de este
sistema queda limitada por la aprehensión individual de los objetos
seleccionados y no puede exceder de entre 60 y 100 kg/h por módulo
de selección. La única manera de poder aumentar esta cadencia
estriba en poner unos a continuación de otros varios módulos de
selección idénticos, lo que aumenta el volumen total de la máquina,
así como su precio de coste.
En el documento
US-A-5 260 576 se presenta una
máquina de selección planaria que emite unas radiaciones
electromagnéticas por encima del flujo, los cuales son recibidos a
través de una transmisión por debajo del flujo de objetos. La
intensidad de estas radiaciones permite distinguir los materiales
según sea su grado relativo de opacidad a la transmisión. De esta
manera, cuando las radiaciones se hallan constituidas por rayos X,
este documento menciona una separación satisfactoria del PVC, que
contiene un átomo de cloro opaco a los rayos X, con respecto a otros
materiales plásticos que no lo contienen, especialmente el PET. En
función del resultado, una alineación de boquillas expulsa o no
hacia abajo una de las indicadas clases de objetos.
Sin embargo, el indicado principio de selección
resulta excesivamente elemental para los casos complejos: todos los
objetos presentan un cierto grado de opacidad, y es fácil comprender
que una multiplicidad de espesores de un material poco opaco (tal
como, por ejemplo, el PET - polietileno tereftalato) no pueden
distinguirse de un espesor único de un material diferente más opaco
(por ejemplo, el PVC - policloruro de vinilo). Existe, pues, el
riesgo de expulsar de un solo golpe y por error todos los indicados
objetos poco opacos. Además, este sistema no sabe distinguir el PVC
de otros materiales: resulta incapaz de distinguir el PET del PEHD
(polietileno de alta densidad), o del PAN (poliacrilonitrilo). Las
máquinas existentes de acuerdo con este documento presentan un grado
de eficacia limitado y unos rendimientos reducidos (proporción de
objetos que deberían haber sido admitidos incluidos entre los
objetos rechazados): entre un 10 y un 30%. En fin, un notable
inconveniente del montaje de la transmisión estribe en que al menos
uno de los elementos que la integran debe quedar situado por debajo
del flujo. Existe a causa de ello un riesgo de acumulación de
suciedad o de taponamiento del elemento inferior, que exige unas
intervenciones repetidas a unos intervalos relativamente cortos.
En el documento
EP-A-0 776 257 se describe una
máquina de selección planaria con un caudal elevado, y susceptible
de reconocer un material de entre varios otros. El material que se
trate de reconocer debe ser elegido en el momento de construcción de
la máquina a través de una calibración fija adecuada.
En esta máquina, se emite desde la parte
superior una iluminación de infrarrojos y el captador debe
igualmente hallarse situado por debajo, de manera que queda en
condiciones de analizar la luz retrodifundida verticalmente por los
objetos.
La recepción se lleva a cabo por medio de un
espejo plano o cóncavo en forma de semicírculo que se extiende
sobre toda la anchura de la cinta, y después por medio de un espejo
giratorio poligonal. Existe, pues, un barrido cíclico del punto de
medición sobre la totalidad de la anchura de la cinta.
La luz recibida por el punto de medición es
seguidamente dividida por un montaje de espejos
semi-reflectores en varios flujos. Cada uno de
estos flujos atraviesa un filtro interferencial centrado sobre una
longitud de onda específica, y después desemboca en un detector.
Cada uno de estos detectores mide, pues, la proporción de la luz
recibida contenida en la banda que atraviesa el filtro. El análisis
de las intensidades relativas medidas por los diferentes detectores
permite decidir si el material presente en el punto de medición es o
no el que se trata de identificar. El número de filtros al que se
hace referencia en este documento se halla comprendido entre 3 y
6.
La presencia del indicado espejo de grandes
dimensiones constituye un punto frágil de la estructura del
conjunto, alarga la distancia emisión-recepción,
aumenta el volumen total ocupado por el puesto de detección y es
susceptible de provocar distorsiones y de introducir defectos de
homogeneidad en el flujo luminoso recuperado para el análisis,
ocasionando finalmente errores de detección.
Por otra parte, en la indicada arquitectura, el
problema principal estriba en la velocidad de detección: existen
entre 25 y 50 zonas de medición para cada linea, y resulta necesario
analizar entre 100 y 150 líneas por segundo teniendo en cuenta la
velocidad de circulación del flujo. La velocidad debe
consecuentemente alcanzar las 5000 mediciones por segundo. Una
velocidad de este tipo impone unas condiciones importantes:
- -
- el algoritmo de detección debe ser bastante simple (lo que entraña un número reducido de operaciones y un tratamiento grosero) para poder ser llevado a cabo en un tiempo real;
- -
- la electrónica de recepción debe ser muy rápida;
- -
- la cantidad de luz recibida debe ser suficiente en un tiempo real sumamente breve.
Ahora bien, el algoritmo de detección debe
llevar a cabo una reconstitución bidimensional de los objetos que se
trate de seleccionar antes de proceder a su expulsión, lo que supone
una distancia relativamente importante entre la zona de detección y
la zona de expulsión, aumentando los riesgos de expulsión errónea
como consecuencia del movimiento de los objetos entre la detección y
la expulsión.
El precitado problema de la cantidad de luz es
crítico, y explica el hecho de que la máquina que constituye objeto
de este documento pueda tan sólo reconocer un determinado material
predefinido:
- -
- el reconocimiento de una multiplicidad de materiales obligaría a utilizar no tan sólo entre 3 y 6 márgenes de longitudes de onda (o PLO) sino al menos entre 8 y 16;
- -
- además, las anchuras de las PLO, relativamente importantes en el ejemplo citado (32 a 114 nm) deberían quedar reducidas a una gama de entre 5 y 20 nm, dado que debería ser reconocido un número más importante de PLO dentro de la misma anchura espectral.
Los dos efectos se acumulan: el mayor número de
PLO dividiría aproximadamente por 3 la cantidad de luz recibida por
cada uno de los filtros; la anchura reducida de cada PLO significa
que cada uno de los filtros dejaría pasar una fracción
aproximadamente 5 veces más débil de la luz recibida. Para mantener
un mismo nivel de señal, la potencia de iluminación necesaria para
la máquina pasaría, pues, de 1 a 3x5 = 15 KW. Una potencia de este
tipo no sería realista (precio, consumo energético,
calentamiento).
En el documento WO 99/26734 se presenta una
máquina de selección planaria de elevado caudal, con una
arquitectura bastante próxima a la del documento precedente, pero en
relación con la que se anuncia un reconocimiento de una
multiplicidad de materiales.
Para alcanzar la indicada finalidad, el
expresado documento enfoca de una manera diferente el problema de
la cantidad de luz; propone un sistema anterior de visión sobre el
transportador de la detección infrarroja, cuyo sistema resulta
totalmente comparable al que se menciona en el documento
EP-A-0 706 838 anteriormente
mencionado. Este sistema permite localizar cada uno de los objetos
presentes, y, a nivel de la detección infrarroja, permite gobernar a
través de un sistema de espejos comandado en posición un punto de
medida que sigue al objeto que desfila. El tiempo de análisis
disponible se convierte en relativamente largo, del orden de entre
3 y 10 ms, puesto que se analiza un sólo punto por cada objeto. La
realización práctica, a pesar de no haber sido mencionada, puede
recurrir a una tecnología conocida compatible con el indicado tiempo
de análisis. Resulta posible utilizar, por ejemplo, un espectómetro
con una barrita de fotodetectores (típicamente 256 elementos, cada
uno de los cuales corresponde a una longitud de onda), con una
resolución de entre 4 y 6 nm para cada uno de los detectores.
Sin embargo, esta solución adolece igualmente de
numerosos inconvenientes:
- -
- requiere un material suplementario, a saber un sistema de visión;
- -
- impone la elección por visión del punto de medida espectrométrica sobre el objeto, lo que puede resultar delicado en presencia de etiquetas o de suciedades;
- -
- supone la inmovilidad del objeto con respecto a la cinta transportadora: al efectuarse las dos detecciones sobre una zona de aproximadamente 1 m x 1 m, el objeto se desplaza de como mínimo 1 m entre su detección por visión y su detección por espectrometría, y después de 0,5 m como promedio entre su detección por espectrometría y su expulsión final. Sin embargo, la inmovilidad no se halla totalmente asegurada cuando el transportador avanza a 2,5 m/s como promedio, sobre todo cuando los objetos se hallan constituidos por botellas susceptibles de rodar.
Es cierto que la máquina descrita en el
documento en cuestión resulta más flexible, pero es más cara y
claramente menos eficaz que la precedente.
En fin, en el documento
DE-A-1 96 09 916 aparece descrito un
espectrómetro miniturizado para una máquina para la selección de
plásticos, que funciona con una red de difracción para extender el
espectro infrarrojo sobre una banda de salida, y un pequeño número
de captores correspondientes a unas longitudes de onda
irregularmente distribuidas sobre una banda de salida. En este
documento se indica que pueden resultar suficientes diez captores
bien elegidos, en lugar de los 256 captares incluidos en una barrita
de fotodiodos de tipo clásico. Sin embargo, cada uno de los
indicados diez captores presenta una superficie equivalente a cada
uno de los captores de una barrita, o sea, típicamente, un
rectángulo de 30 x 250 \mum^{2}. Una superficie como ésta recoge
poca luz y limita la cadencia del análisis a 200 mediciones/segundo.
En consecuencia, un espectómetro de este tipo no puede analizar
todos los puntos de un transportador rápido con las velocidades y
resoluciones que han sido indicadas con anterioridad.
Este último documento propone, pues, una línea
de micro-espectrómetros paralelos para analizar un
flujo plano. Según el inventor, el costo de un espectrómetro se
vería minimizado por las técnicas de fabricación de los
micro-sistemas, pero la resolución necesaria impone
entre 25 y 50 espectrómetras sobre la línea para cubrir la anchura
de la cinta del transportador: el costo total, al igual que las
necesidades de mantenimiento, resultarían en tal caso muy elevados.
Por otra parte, en este documento se proporcionan pocos detalles
sobre la realización de una máquina del indicado tipo y no parece
que en la actualidad funcione ninguna máquina perteneciente al
mismo.
Además de los inconvenientes y las limitaciones
propios de cada uno de los dispositivos y procedimientos a los que
se ha hecho anteriormente referencia, debe mencionarse igualmente un
inconveniente de mayor entidad, común a la totalidad de los
indicados dispositivos y procedimientos, a saber su incapacidad para
seleccionar de manera eficaz objetos que presenten una altura
significativa, por ejemplo, del orden de entre 10 y 30 cm, ya sea
como consecuencia de una radiación aplicada insuficiente a esta
distancia del plano de transporte Pc de los objetos que desfilan, ya
sea como consecuencia de una inadaptación de la recuperación de las
radiaciones que se trata de analizar, o incluso por las dos razones
referidas.
Así, el principal objetivo de la presente
invención estriba en proponer una máquina y un procedimiento de
inspección y, en su caso, de selección, que funcione con un alto
caudal y para un flujo de objetos sensiblemente monocapa, siendo
capaces dicha máquina y dicho procedimiento de discriminar de una
manera fiable objetos que presenten alturas significativas,
beneficiándose al mismo tiempo de una construcción y de una puesta
en práctica que se mantienen simples y económicas.
Además, la invención deberá contar con un
sistema de visión independiente para localizar los objetos,
minimizar el número de captadores necesarios, conservar un buen
grado de fiabilidad, especialmente en caso de selección, cuando los
objetos se muevan con respecto al soporte que los transporta y
presentar un grado optimizado de eficacia de explotación de la
radiación emitida.
Al indicado efecto, la invención tiene por
objeto una máquina para la inspección automática de objetos que
desfilen de una manera sensiblemente monocapa sobre el plano de
transporte de un transportador, permitiendo discriminar dichos
objetos según su composición química, comprendiendo dicha máquina al
menos un puesto de detección a través del que o sobre el que circula
el flujo de objetos, comportando especialmente este puesto de
detección:
- -
- medios de aplicación de radiaciones electromagnéticas en dirección hacia el plano de transporte, emitiendo dichas radicaciones en vistas a definir un plano de iluminación, definiendo la intersección entre dicho plano de iluminación y el referido plano de transporte una línea de detección que se extiende transversalmente con respecto al sentido de desfile de los objetos abarcando toda la anchura del flujo transportado;
- -
- un dispositivo de recepción que permite barrer periódicamente cualquier punto de la referida línea de detección, y que recibe en todo momento las radiaciones reflejadas por una zona de medición elemental situada en las proximidades del punto barrido en este instante, denominándose plano de barrido el plano definido por la indicada de detección y el centro óptico de entrada de dicho dispositivo;
- -
- medios para la transmisión a al menos un dispositivo de análisis de las indicadas radiaciones reflejadas a nivel de la zona de medición elemental de barrido.
caracterizándose dicha máquina
porque las radiaciones emitidas son concentradas en las proximidades
del plano de iluminación y porque dicho plano de iluminación y el
plano de barrido se confunden entre sí, estando este plano común
inclinado con respecto a la perpendicular del plano de
transporte.
Estas disposiciones permiten la obtención de una
aplicación de radiación máxima en la zona explotada por la
adquisición, así como una correspondencia sistemática entre la zona
iluminada y la zona analizada sea cual sea la altura de los objetos
dentro de un margen de alturas definido por la altura de la máquina
y los medios de adquisición y de análisis.
De esta manera, la superposición de los planos
de iluminación y de barrido (detección) confiere una buena
profundidad de campo y su inclinación con respecto al plano de los
objetos sometidos a análisis permite eliminar eficazmente la luz
parásita que constituye la reflexión especular.
De acuerdo con una forma preferente de
realización de la invención, el dispositivo de recepción comprende
un órgano reflector móvil que soporta el centro óptico de entrada,
el cual recibe directamente las radiaciones reflejadas a nivel de la
zona de medición elemental barredora y presentando unas dimensiones
sensiblemente del mismo orden de magnitud que las dimensiones de la
expresada zona de medición elemental en relación con la que asegura
el desplazamiento, de manera preferente ligeramente superiores.
Ventajosamente, los medios de aplicación
consisten en unos medios de iluminación de amplio espectro,
consistiendo las radiaciones aplicadas en una mezcla de radiaciones
electromagnéticas del ámbito visible y del ámbito infrarrojo, y los
indicados medios de iluminación comportan unos órganos que
concentran las radiaciones emitidas, a nivel del plano de
transporte, sobre una banda transversal de detección barrida
periódicamente por la zona de medición elemental y cuyo eje medio
longitudinal corresponde a la línea de detección.
La utilización de una iluminación de amplio
espectro, por ejemplo, del tipo halógeno y de longitudes de onda
comprendidas entre 1000 y 2000 nm (para cada uno de los puntos de
emisión) permite el análisis químico de los objetos dispuestos sobre
el correspondiente transportador.
En vistas a homogeneizar la iluminación de la
zona de detección, los medios de aplicación de la radiación se
hallarán preferentemente constituidos por dos unidades de aplicación
distanciadas entre sí y dispuestas según una alineación transversal
con respecto al sentido o a la dirección de desfile de los objetos,
comprendiendo cada una de las unidades un órgano de emisión alargado
asociado a un órgano bajo la forma de un reflector perfilado que
presenta una sección elíptica.
De acuerdo con una característica de la
invención, cada uno de los órganos de emisión alargados se halla
sensiblemente posicionado a nivel del foco próximo del reflector
elíptico que se halla asociado al mismo, estando posicionados los
medios de aplicación de la radiación y estando conformados y
dimensionados los reflectores de tal manera que el segundo foco
alejado se halle situado a una distancia del plano de transporte
que corresponda sensiblemente a la altura media de los objetos que
en cada caso se trate de seleccionar.
En las expresadas condiciones, resulta posible
realizar una focalización de la indicada iluminación sobre un amplio
margen de profundidades (típicamente alrededor de 200 mm).
Con objeto de aumentar aún más, en su caso, la
intensidad luminosa a nivel de la zona de detección, en particular
en las proximidades de las referidas zonas extremas, puede preverse
la disposición de unas paredes de reflexión de las radiaciones
emitidas por los medios de reflexión de las radiaciones emitidas por
los medios de aplicación a lo largo de los bordes laterales del
transportador (por ejemplo, una cinta o una banda transportadora),
especialmente a nivel de las extremidades de la banda de detección,
extendiéndose, horizontalmente y verticalmente, sensiblemente hasta
la altura de los referidos medios de aplicación de radiaciones.
De acuerdo con una variante preferente de
realización de la invención, el dispositivo de recepción se presenta
bajo la forma de un cabezal de recepción situado a una cierta
distancia por encima del plano de transporte, el cual soporta, por
una parte, un órgano reflector móvil bajo la forma de un espejo
plano (cuyo centro geométrico de manera ventajosa se confunde
ventajosamente con el centro óptico de entrada), dispuesto de manera
sensiblemente central con respecto al plano de transporte del
transportador y oscilando por basculación con una amplitud
suficiente para que la zona de medición elemental móvil pueda
explorar la totalidad de la banda de detección durante una
semioscilación y, por otra parte, un medio de focalización, por
ejemplo, bajo la forma de una lentilla, de la fracción de
radiación(es) reflectada por una parte elemental de la banda
de detección y transmitida por el espejo oscilante en dirección al
expresado medio, soportando igualmente dicho cabezal las extremidad
que presenta la abertura de entrada de los medios de transmisión de
la referida fracción de radiación(es), después de su
focalización por el medio, hacia al menos un dispositivo de análisis
espectral.
La zona de medición elemental móvil, que barre
de una manera progresiva la totalidad de la superficie del soporte
de transporte que desfila, se halla definida, en combinación, por
las características de la abertura de entrada y por las
características del medio de focalización, así como por su
disposición relativa, estando situados los medios de focalización y
los medios de transmisión consecutivos fuera del campo de
exploración del espejo oscilante (definido por su centro óptico o
geométrico) situado en el plano de barrido, estando situado el eje
de alineación espejo/medio de focalización/abertura de entrada
dentro del referido plano que contiene el expresado
campo.
campo.
La fracción de la superficie de detección o de
medición reflejada por el espejo oscilante será ventajosamente al
menos ligeramente superior en superficie a la zona de medición
elemental, se hallará centrada con respecto a esta última y
presentará o no la misma forma.
En vistas a poder obtener una estructura
compacta, puede ventajosamente preverse que el espejo plano
oscilante que constituye el órgano reflector móvil se halle situado
entre las dos unidades que constituyen los medios de aplicación de
radiaciones y en una disposición relativa calculada de manera que
las indicadas unidades no interfieran el campo de exploración del
expresado espejo.
Tal como se ha indicado precedentemente, el
plano de barrido que contiene el expresado campo de exploración y el
plano que contiene los focos de los reflectores elípticos se
confunde entre sí y esta coincidencia de las zonas iluminadas y
analizadas permite que se tomen en cuenta de una manera óptima
objetos que presenten una alturas significativas.
El espejo se hallará preferentemente situado a
una distancia más grande del plano de transporte que las unidades de
los medios de aplicación, bajo la forma de lámparas halógenas, por
ejemplo. Sin embargo, podría igualmente disponerse dicho espejo a la
misma altura o incluso más próximo al expresado plano que las
indicadas unidades, sin que resultara influenciada la eficacia del
puesto de detección.
De acuerdo con una característica de la
invención, los medios de transmisión consistirán preferentemente en
un haz de fibras ópticas 10'' la totalidad o una mayoría de las
cuales se hallará conexionada a un dispositivo de análisis que
descompondrá la radiación reflejada en sus diferentes componentes
espectrales, determinando la intensidad de algunos de dichos
componentes que presenten unas longitudes de onda características de
los materiales integrantes de los objetos que se trata de
seleccionar, y una minoría de los cuales puede hallarse
ventajosamente acoplada a un dispositivo de análisis que detecte las
respectivas intensidades de tres colores fundamentales, presentando
las referidas fibras ópticas una conformación de sección cuadrada o
rectangular a nivel de la abertura de entrada.
De acuerdo con otra ventajosa característica de
la invención, un primer dispositivo de análisis se halla
constituido, por una parte, por un espectrómetro con una red de
difracción que descompone el flujo luminoso multiespectral en sus
diferentes componentes espectrales constitutivos, especialmente en
el ámbito del infrarrojo, por otra parte, por unos medios de
recuperación y de transmisión de los flujos luminosos elementales
correspondientes a los diferentes márgenes espectrales
irregularmente espaciados caracterizando las substancias y los
componentes químicos de los objetos que se trata de discriminar, por
ejemplo, bajo la forma de haces de fibras ópticas separadas y, en
fin, por unos medios de conversión fotoeléctrica que proporcionan
una señal analógica para cada uno de los referidos flujos luminosos
elementales.
El flujo luminoso multiespectral que proviene de
la zona de medición elemental es introducido en el espectrómetro a
nivel de una rendija de entrada y los flujos luminosos elementales
son recuperados a nivel de unas rendijas de salida que presentan una
forma y unas dimensiones idénticas a las de la rendija de entrada y
que se hallan posicionadas en función del factor de dispersión y de
los márgenes espectrales que se trata de recuperar, constituyendo
las porciones extremas de salida de las fibras de la componente
mayoritaria del haz de fibras los medios de transmisión y las
porciones de la extremidad de entrada de las fibras ópticas de los
medios de recuperación y de transmisión presentando unas
disposiciones lineales idénticas y hallándose montadas,
respectivamente, en la rendija de entrada y en las rendijas de
salida.
Con la finalidad de facilitar la manipulación y
la instalación de los medios de recuperación y de transmisión, sin
correr el riesgo de un deterioro de estos últimos, las porciones de
la extremidad de entrada de las fibras ópticas de los haces que
constituyen los medios de recuperación y de transmisión se hallan
montadas en unas plaquitas delgadas provistas de refuerzos de
recepción apropiados, preferentemente asociadas a unas
contra-plaquitas de sujeción y de bloqueo, en vistas
a la constitución de unos soportes de montaje y de posicionamiento
de las referidas fibras ópticas en el cuerpo del espectrómetro.
Preferentemente, el cuerpo del espectrómetro
presenta una estructura rígida de recepción y de sujeción con
bloqueo de los referidos soportes, permitiendo que puedan ser
colocados en posición por deslizamiento y permitiendo su instalación
por apilamiento, con eventual interposición de calces ajustados, en
vistas a posicionar los indicados soportes en los emplazamientos
correspondientes a las zonas de impacto de los flujos luminosos
elementales que se trata de detectar.
Un disposición del indicado tipo permite una
adaptación rápida, fácil y precisa de la máquina de inspección para
detectar grupos de materiales diferentes, caracterizados por unos
grupos de márgenes de longitudes de onda específicas diferentes,
caracterizados por grupos de márgenes de longitudes de onda
específicas diferentes, en función del tipo de objetos y de la
selectividad con la que se opere.
En consecuencia, el primer dispositivo de
análisis espectral se halla principalmente constituido por un medio
que permite distribuir la luz sin pérdidas significativas de acuerdo
con sus longitudes de onda constitutivas, así como de un reducido
número de detectores (10 a 20) bajo la forma de medios de conversión
fotoeléctrica con una superficie unitaria elevada, siendo cada uno
de estos detectores específico de un margen de longitudes de onda
(PLO), siendo convenientemente elegidos estos PLO para una
identificación robusta y simultánea de de varias substancias o
compuestos químicos que correspondan, por ejemplo, a diferentes
materiales.
Además, un segundo dispositivo de análisis que
lleva a cabo el reconocimiento del color de los objetos se halla
asociado al dispositivo precedente extrayendo una reducida parte del
flujo luminoso del haz de fibras para dirigirlo hacia tres
captadores cada uno de los cuales sea sensible a uno de los colores
fundamentales, es decir Rojo, Verde o Azul.
Para coordinar y gobernar los diferentes
dispositivos, órganos y componentes que integran la máquina, esta
última comprende igualmente una unidad de tratamiento y de gestión
del funcionamiento del puesto de dirección, tal como un ordenador
que gobierne principalmente el movimiento del órgano reflector móvil
y, eventualmente, el movimiento del transportador, secuenciando la
adquisición de las radiaciones reflejadas a nivel de la zona de
medición elemental móvil y tratando y evaluando las señales
suministradas por los dispositivos de análisis, por ejemplo,
mediante la comparación con unos datos programados, en vistas a la
determinación de la composición química de cada uno de los objetos
inspeccionados o de la presencia de una substancia química en estos
objetos, estableciendo al mismo tiempo una correlación entre los
resultados de la expresada determinación con una determinación de la
localización espacial de los referidos objetos.
De acuerdo con una variante de realización de la
invención particularmente preferente, la banda de detección se
presenta bajo la forma de una superficie rectangular alargada de
reducida anchura que se extiende perpendicularmente al eje medio y
transversalmente sobre toda la longitud del plano de transporte del
transportador, por ejemplo, bajo la forma de una cinta o de una
banda cuya superficie superior coincide con el expresado plano de
transporte.
Así, en el marco de una aplicación a la
selección de objetos y para un transportador bajo la forma de una
banda que desfila a aproximadamente 2,5 m/s, la distancia
detección-discriminación puede quedar limitada a
aproximadamente 100 mm, lo que minimiza la probabilidad de qué un
objeto no estabilizado sobre la cinta se desplace antes de su
discriminación, que se traducirla, por ejemplo, por su
evacuación.
La invención se refiere asimismo a una máquina
para la selección automática de objetos de acuerdo con su
composición química, desfilando estos objetos de una manera
sensiblemente monocapa sobre un transportador, comportando dicha
máquina de selección un puesto de detección anterior aparejado
funcionalmente con un puesto posterior de separación de los
indicados objetos en función del resultado de las mediciones y/o de
los análisis efectuados por el indicado puesto de detección,
caracterizada porque el puesto de detección está constituido por un
puesto de detección tal como el que ha sido descrito
anteriormente.
Ventajosamente, el puesto de detección, o su
unidad de tratamiento y de gestión del funcionamiento, suministra
unas señales de accionamiento a un módulo de gobierno de los medios
de eyección, alineados transversalmente, del puesto de separación
activa en función de los resultados de los expresados análisis,
siendo emitida una salva de señales de accionamiento después de cada
exploración completa de una banda de detección transversal por la
zona de medición elemental móvil.
De una manera preferente, y con objeto de evitar
al máximo los errores de selección debidos a un desplazamiento de
los objetos con respecto al transportador entre la detección y la
eyección, la línea de detección se halla situada en la proximidad
inmediata (por ejemplo, a menos de 30 cm) de los medios de
eyección, por ejemplo, por levantamiento bajo la forma de una
alineación de boquillas que suministran chorros de un gas,
preferentemente constituido por aire.
La presente invención tiene igualmente por
objeto un procedimiento de inspección automática de objetos que
desfilan de una manera sensiblemente monocapa sobre un plano de
transporte o sobre la superficie de un transportador, permitiendo
dicho procedimiento discriminar los indicados objetos de acuerdo con
la composición química de los mismos, y consistente en:
- -
- hacer pasar el flujo de objetos que se trata de inspeccionar a través o por debajo de al menos un puesto de detección,
- -
- emitir radiaciones electromagnéticas hacia el plano de transporte a través de unos medios de aplicación correspondientes, de manera que se defina un plano de iluminación, definiendo la intersección entre dicho plano de iluminación con el referido plano de transporte una línea de detección que se extiende transversalmente con respecto al sentido de desplazamiento de los objetos,
- -
- barrer periódicamente cualquier punto de la referida linea de detección por medio de un dispositivo de recepción que recibe en todo momento las radiaciones reflejadas por una zona de medición elemental situada en las proximidades del punto barrido en cada instante, denominándose plano de barrido el plano definido por la indicada linea de detección y el centro óptico de entrada de dicho dispositivo,
- -
- transmitir las referidas radiaciones reflejadas a nivel de la zona de medición elemental barredora a al menos un dispositivo de análisis a través de unos medios de transmisión de tipo apropiado,
cuyo procedimiento se caracteriza
porque las radiaciones emitidas son concentradas en las proximidades
del plano de iluminación y porque el referido plano de iluminación y
el plano de barrido coinciden, estando este plano común inclinado
con respecto a la perpendicular al plano de
transporte.
De acuerdo con una ventajosa característica de
la invención, el referido procedimiento consiste especialmente en
concentrar las radiaciones, preferentemente del ámbito visible e
infrarrojo, a nivel del plano de transporte sobre una banda
transversal de detección barrida periódicamente por la zona de
medición elemental y cuyo eje medio longitudinal corresponde a la
línea de detección, de manera que se obtenga una intensidad de
radiación elevada y sensiblemente homogénea sobre la totalidad de la
referida banda de detección.
Más exactamente, el referido procedimiento puede
consistir en barrer secuencialmente la banda de detección con la
zona de medida elemental móvil por oscilación basculante de un
espejo plano que constituye el órgano reflector, en localizar el
flujo luminoso proveniente de la zona de medida elemental sobre la
abertura de entrada de los medios de transmisión bajo la forma de un
haz de fibras ópticas, en conducir la mayoría del flujo luminoso
multiespectral captado hacia la rendija de entrada de un
espectrómetro que forma parte de un primer medio de análisis, en
descomponer este flujo luminoso en sus diferentes componentes
espectrales elementales, en recuperar los flujos luminosos de
determinados de dichos componentes que corresponda a márgenes de
longitudes de onda estrechos específicos a nivel de las rendijas de
salida y en transmitirlos a través de los medios de conversión
fotoeléctrica para proporcionar unas primeras señales de lectura,
en conducir, en su caso, simultáneamente, una reducida parte del
flujo luminoso multiespectral captado hacia un segundo medio de
análisis que determine las intensidades respectivas de tres colores
fundamentales y que proporcione unas segundas señales de medición, a
nivel de una unidad de tratamiento y de gestión informática que
gobierna especialmente el movimiento del órgano reflector móvil,
secuenciando la adquisición de las radiaciones reflejadas a nivel de
la zona de medición elemental móvil y tratando y evaluando las
señales proporcionadas por los dispositivos de análisis, por
comparación con unos datos programados, en vistas a la determinación
de la composición química de cada uno de los objetos sometidos a
inspección o de la presencia de una determinada substancia química
en dichos objetos.
Cuando el procedimiento de inspección se utiliza
en relación con una máquina de selección tal como la que se ha
descrito anteriormente, puede además consistir en hacer suministrar
por la unidad de tratamiento y de gestión, en función del
tratamiento de las señales de medición, unas señales de
accionamiento a un módulo de gobierno de unos medios de eyección de
un puesto de separación situado después del puesto de detección con
respecto al flujo de objetos, y, en fin, en expulsar o en no
expulsar cada uno de los diferentes objetos que desfilan sobre el
plano de soporte del transportador en función de las señales de
accionamiento suministradas.
De acuerdo con una característica suplementaria
y preferente de la invención, se emite una salva de señales de
accionamiento después de acabarse cada barrido de la banda de
detección y tratamiento de las señales de medida correspondientes,
en su caso, tomando en consideración las señales de medida del
barrido precedente.
La presente invención se comprenderá más
fácilmente merced a la descripción que sigue, la cual se refiere a
una forma preferente de realización, que se da a título de ejemplo
no limitativo, y que se explica haciendo referencia a los dibujos
esquemáticos anexos, en los qué:
- la figura 1A es una representación esquemática
de una máquina de inspección automática de acuerdo con la
invención;
- la figura 1B es una representación esquemática
parcial de una máquina automática de selección según la invención,
especialmente equipada con un puesto de detección anterior y con un
puesto de detección posterior;
- la figura 2 es una vista esquemática en
alzado lateral mostrando la inclinación de los medios de iluminación
y del medio reflector del cabezal de recepción que forma parte del
puesto de detección;
- la figura 3 es una vista parcial por
transparencia, según una dirección opuesta a la dirección de desfile
del medio de transporte de una parte de las máquinas representadas
en la figura 1;
- la figura 4A representa esquemáticamente los
órganos funcionales del cabezal de recepción que forma parte de la
máquina que constituye objeto de la invención, así como la amplitud
de las oscilaciones del órgano reflector y el barrido resultante a
nivel de la zona de detección;
- en las figuras 4B a 4D se han representado
tres posiciones de la zona de medición elemental móvil en el curso
de un barrido de la zona de detección;
- las figuras 5 y 6 son sendas representaciones
parcialmente esquematizadas y parcialmente constructivas de los
medios de recuperación y de transmisión, así como de los
dispositivos analizados;
- la figura 7 es una vista parcial en alzado
frontal de las porciones de extremidad de entrada de los medios de
recuperación y de transmisión montados en las rendijas de salida del
espectrómetro que forma parte del primer dispositivo de análisis,
y
- la figura 8 es una vista de detalle de un
montaje especial de dos porciones de extremidad de entrada
adyacentes de los medios de recuperación y de transmisión.
Tal como puede verse en las figuras integrantes
del dibujo anexo, y, más en particular, las figuras 1 a 4, la
máquina de inspección automática de objetos 2 comprende al menos un
puesto de detección 4 a través del que o por debajo del que pasa el
flujo de objetos 2, comportando especialmente este puesto de
detección:
- -
- medios 6 de aplicación de radiaciones electromagnéticas en dirección hacia el plano de transporte Pc del transportador 3, emitiendo dichas radiaciones de manera que definen un plano de iluminación Pe, definiendo la intersección entre este plano de iluminación Pe y el referido plano de transporte Pc una línea de detección 7 que se extiende transversalmente con respecto al sentido en que desfilan los objetos 2,
- -
- un dispositivo de recepción 8 que permite barrer periódicamente cualquier punto de la referida línea de detección 7 y que recibe en todo momento las radiaciones reflejadas por una zona de medición elemental 12 situada en las proximidades del punto barrido en cada instante, denominándose plano de barrido Pb el plano definido por la expresada línea de detección 7 y el centro óptico de entrada 8'' del referido dispositivo 8,
- -
- unos medios de transmisión 10 a al menos un dispositivo de análisis 11, 11' de las referidas radiaciones reflejadas a nivel de la zona de medida elemental barredora 12.
De acuerdo con la invención, las radiaciones
emitidas se concentran en las proximidades del plano de iluminación
Pe y este plano de iluminación Pe y el plano de barrido Pb
coinciden, estando inclinado este plano común Pe, Pb con respecto a
la perpendicular D al plano de transporte Pc. Esta última
disposición permite especialmente prescindir de la reflexión
especular.
Por transversal, en relación con la línea de
detección 7, se entiende una extensión sobre toda la anchura del
plano de transporte Pe definido por el transportador 3, y ello, de
una manera preferente pero no limitativa, de una manera rectilínea y
perpendicular a la dirección de desfile de los objetos 2.
El plano de transporte Pc, en un soporte de
transportador plano, corresponderá a la superficie de este último,
y, en el caso de soportes no planos, tales como canjilones montados
sobre cadenas (para un transporte individualizado, por ejemplo, para
frutos), corresponderá a un plano medio que caracterice el desfile
de los expresados objetos.
Se comprenderá que la descripción que sigue
corresponde a una forma de realización práctica, pero no limitativa,
de una máquina seleccionadora que comprenda una máquina de
inspección de acuerdo con la invención y que se explicará en
relación con las figuras 1 a 6 anexas.
Se comprenderá igualmente que el puesto de
detección 4 es idéntico para las dos indicadas máquinas, comportando
además la máquina seleccionadora un puesto de separación 5.
En la figura 1 se ha representado la estructura
general de la máquina 1 de selección automática según la composición
química o los materiales. Los objetos 2 llegan a la máquina
desfilando rápidamente (entre 2 y 3 m/s) sobre un medio de
transporte o transportador 3 de manera que queden sensiblemente
distribuidos sobre una sola capa. La superficie del transportador 3
es oscura, y su material constitutivo (por lo general, caucho negro
mate) se elige de manera que sea diferente de los materiales o los
compuestos químicos que se trate de reconocer.
Los indicados objetos 2 pasan a través de una
región de detección definida a nivel de un puesto de detección 4.
Esta región se halla sensiblemente delimitada por unos medios de
iluminación 6 de amplio espectro (visible e infrarrojo) que
concentran el flujo luminoso para iluminar intensamente una zona 7'
en forma de banda estrecha de detección efectiva, cuya anchura es
de entre 25 y 40 mm.
La zona 7' es analizada con una gran cadencia
por medio de un espejo oscilante 8', gobernado por un ordenador 23,
y que dirige cíclicamente la medición hacia cada una de las zonas
elementales 12' constitutivas de la zona 7'. Un ciclo completo de
barrido de la zona 7' ocupa aproximadamente 8 ms. Durante este
tiempo, el transportador 3 habrá avanzado de una distancia
sensiblemente igual a la anchura de la expresada zona 7', de manera
que no se produce ningún "orificio" de detección: son
analizados la totalidad de los puntos del transportador 3, o del
plano de transporte Pc que desfilan.
La luz recogida por el espejo 8' es focalizada
por una lentilla que constituye un medio de focalización 9, hacia la
abertura de entrada 10' de un haz 10 de fibras ópticas 10''. El haz
10 se halla subdividido en dos partes: la primera parte conduce la
mayoría del flujo luminoso hacia un espectrómetro 14, que forma
parte de un primer dispositivo de análisis 11 y que subdivide esta
parte de flujo de acuerdo con sus longitudes de onda constitutivas
en el ámbito infrarrojo próximo (NIR). Un reducido número n de PLO
(Playas de Longitudes de Onda) convenientemente elegido es enviado a
un módulo que contiene los medios conversión 16 bajo la forma de
fotodiodos NIR de superficie unitaria elevada, y una estación de
amplificación. Este módulo convierte las señales luminosas en otras
tantas señales eléctricas analógicas, las cuales son seguidamente
analizadas por el ordenador 23.
La segunda parte del haz 10 es conducida hacia
un segundo dispositivo de análisis 11' que corresponde a módulo de
detección de color. Este módulo permite aislar los componentes Rojo,
Verde y Azul por filtración, y permite después convertir las señales
luminosas en señales eléctricas, amplificándolas. Después de su
conversión, las señales de salida son igualmente analizadas por el
ordenador 23.
El indicado ordenador permite combinar la
totalidad de las informaciones precedentes para definir unas
características de objetos que deban ser rechazados o no, y
gobierna el puesto de separación 5, así como cada uno de los medios
de eyección 5' bajo la forma de boquillas alineadas, por medio de un
módulo de gobierno 24.
Los objetos moldeados por soplado 2' van a parar
a un receptáculo 25, mientras que los objetos no soplados 2'' caen
directamente por delante de este mismo receptáculo. Como se
comprende, esta disposición no constituye la única solución posible
las boquillas 5' podrían igualmente hallarse emplazadas por encima
del transportador 3, impulsando en tal caso hacia abajo los objetos
2' que se trata de separar. Esta segunda configuración resulta
ventajosa en determinadas aplicaciones.
Una primera ventaja determinante de la máquina 1
estriba en que el dispositivo de recepción de la luz reflejada
(conjunto del espejo 8' y la lentilla 9) no se extiende físicamente
sobre toda la anchura del plano de transporte Pc que corresponde,
por ejemplo, a la superficie de una cinta de un transportador 3,
sinó que se halla únicamente implantado sobre el centro de la línea
mediana de un transportador 3. De esta manera se evitan las
diferencias de homogeneidad entre diferentes puntos de recepción que
perturbarían la uniformidad de la señal a través de la zona de
detección 7'.
Una segunda ventaja determinada por la geometría
de la máquina 1 estriba en el hecho de qué la zona de detección
quede situada lo más cerca posible de la alineación de boquillas de
eyección 5'. La distancia detección-eyección d, con
unos medios informáticos apropiados, puede quedar limitada a
aproximadamente 100 mm, lo que reduce al mínimo la probabilidad de
que un objeto que no se halla estabilizado sobre la cinta se
desplace antes de su eyección. La expresada distancia se halla
únicamente limitada por el tiempo de tratamiento logiciel, el cual
es muy rápido dado que se refiere a las informaciones provenientes
de una única linea de mediciones, e incluso solamente sobre dos
líneas contiguas. Esta distancia es netamente más reducida que la
que existe en las máquinas de flujo plano ya conocidas que se han
descrito anteriormente.
Los técnicos en la materia advertirán que una
distancia d tan reducida no permite un análisis bidimensional de
cada objeto antes de la decisión: para un objeto de forma alargada,
tal como una botella de 300 mm de longitud, la decisión de accionar
las boquillas 5' sobre la parte anterior del objeto debe adoptarse
antes de que la parte posterior del mismo objeto haya sido
completamente analizada. Sin embargo, esta limitación no perturba de
manera significativa la detección o la eyección.
Haciendo ahora referencia, en particular, a las
figuras 1, 2 y 3 de los dibujos anexos, se procederá seguidamente a
una descripción más detallada de los medios de iluminación.
La finalidad que se persigue estriba en conducir
un máximo de luz sobre la zona de detección 7' con la condición de
alejar suficientemente las lámparas de los objetos 2 que circulan,
para permitir esta circulación sin interferencias. Se prevén
aproximadamente 50 cm entre las lámparas y la cinta. Se evalúa
someramente la cantidad de luz en W eléctricos/cm^{2}, sabiendo
que se hace referencia a una lámpara halógena de temperatura de
color 3400 K.
De entre las diferentes tecnologías de
iluminación posibles, se ha adoptado un juego de lámparas halógenas
fijas, solución que constituye al mismo tiempo la más simple y la
más corriente. Sin embargo, las realizaciones más clásicas utilizan
unos spots industriales que dispersan notablemente la luz.
Ahora bien, la utilización de spots que pueden
hallarse en el comercio, incluso si presentan una débil abertura
angular, requiere la utilización de muchas lámparas individuales y
conduce a una reducida intensidad de iluminación.
Para paliar los inconvenientes derivados de los
indicados medios de tipo conocido, los inventores han desarrollado
una iluminación basada en tubos halógenos finos 6' como órganos de
emisión, alineados a la misma altura por encima de la cinta
transportadora 3 y asociados a unos reflectores elípticos 6'. Un
reflector 6' de este tipo, si se emplaza el tubo halógeno 6'' en uno
de sus focos, permite enfocar perfectamente la luz hacia el otro
foco F'. Para obtener unas dimensiones compatibles con la máquina 1
en su realización práctica, la elipse debe presentar los siguientes
parámetros:
- -
- semi-eje mayor a = 300 a 400 mm
- -
- excentricidades e de aproximadamente entre un 85 y un 92%
La fabricación de los reflectores 6' debe ser
muy precisa para obtener un buen funcionamiento, pero resulta más
fácil que la correspondiente a los reflectores de tipo clásico con
una simetría circular, tal como los espejos parabólicos. En el
primer supuesto se trata de una superficie que puede obtenerse a
partir de un desarrollo plano, pudiendo realizarse por plegado.
Preferentemente, el montaje se realiza de manera
que F' quede situado a algunos centímetros por encima de la cinta
transportadora 3, a una altura (H) que corresponda al espesor medio
de los objetos que desfilan (H = 25 a 60 mm).
Con una realización de los medios de iluminación
6 tal como la que se ha mencionado anteriormente, los inventores
determinaron que la mejor distribución de intensidad se obtiene
utilizando únicamente dos reflectores 6', bastante largos, separados
por un espacio vacío, tal como se ha representado en la figura 3.
Además, para evitar las pérdidas de luz en las extremidades de la
cinta 3, si resulta necesario pueden añadirse unos reflectores
planos verticales o unas paredes de reflexión 13 y 13' sobre dichas
extremidades. Estos últimos reenvían la luz hacia la cinta.
De la indicada manera se obtiene una
implantación simple, con un reducido número de lámparas, a mayor
abundamiento poco costosas, y se concentra la totalidad de la luz
sobre una banda estrecha sometida a análisis: 800 mm x 40 mm, que
encierra la zona de detección y que queda centrada sobre esta
última.
Con dos órganos de 1000 W eléctricos, la
densidad media obtenida es de 2 x 1000/(80 x 4) = 5 W/cm^{2}, o
sea aproximadamente 60 veces más que el sol en pleno día. Una
concentración de este tipo resulta únicamente compatible con una
cinta transportadora 3 sometida a un movimiento rápido, para evitar
quemarla. Se prevén unos elementos eléctricos de seguridad para
cortar automáticamente la iluminación en caso de que se produzca la
detención de la expresada cinta.
Haciendo ahora referencia a las figuras 1, 2 y 4
de los dibujos anexos, se describirán a continuación de una manera
más detallada los medios de recepción y de transmisión 8, 9, 10 de
la luz reflejada a nivel de la zona de detección 7'.
El objetivo que se persigue estriba en analizar
aproximadamente entre 40 y 60 caras elementales en el interior de la
zona 7' por medio de una zona elemental de medición 12 móvil. Estas
superficies elementales 12' presentan una forma rectangular, con
unas dimensiones de entre 10 x 20 mm y 20 x 20 mm. En lo sucesivo,
en el presente documento, una superficie elemental de este tipo 12'
se denominará un "pixel", correspondiente la totalidad de
dichos pixels a la zona de detección 7'.
Para disminuir al máximo el número de
captadores necesarios, los inventores han elegido un montaje móvil
que barre secuencialmente la totalidad de los pixels. En este caso,
un único captador permite la totalidad de las mediciones, a
condición de qué la medición se lleve a cabo con mucha rapidez.
La solución preferida es un espejo oscilante 8'
de 30 mm de diámetro, montado sobre un cabezal de detección 8 y que
oscila con una amplitud angular c entre las posiciones que se han
representado en la figura 4A. En función del ángulo instantáneo
delta (figura 4C) este espejo refleja la luz de un pixel 12' hacia
la lentilla fija 9 que la focaliza en un haz 10 de fibras ópticas
10'', el pixel 12' ha sido representado como un punto para
facilitar la lectura de las figuras 4.
El número de mediciones por segundo se obtiene
en función de la velocidad de circulación de la cinta 3 y del tamaño
de pixel que se haya elegido. Así, a titulo de ejemplo, con un pixel
de 20 mm x 20 mm, existen 40 mediciones por línea para una anchura
de 800 mm. Con una velocidad de circulación de 2,5 m/s existen 125
lineas de 20 mm de anchura por segundo: resultan pues 125 x 40 =
5000 mediciones/segundo. Además, por unas razones geométricas, se
puede únicamente explotar una semi-alternancia de
oscilación. La duración de una medición individual debe ser pues de
entre 1/(5000 x 2) = 10^{-4} segundos = 100 \mus.
Teniendo en cuenta el indicado barrido, son
aceptados unos ángulos no verticales de retorno de la luz. Debe
elegirse una altura del espejo 8' suficientemente importante para
limitar el ángulo b del campo de exploración C a un valor
ligeramente inferior a 60º. Por experiencia, los defectos
geométricos de dirección resultan aceptables para los indicados
ángulos. Como sea que cualquier variación del ángulo \alpha de un
espejo giratorio se traduce en una variación de 2 \alpha de la
posición del haz reflejado, el espejo plano puede en este caso
oscilar sobre un ángulo equivalente a la mitad, o de 30º en
total.
La lentilla 9 se halla dispuesta el máximo
posible por debajo del espejo 8', sin interferir el campo de
exploración C (ángulo b). Esta lentilla no debe tampoco quedar
situada excesivamente por debajo de la cinta transportadora 3.
La concepción de la iluminación con un espacio
vacío en el centro, por encima de la cinta 3, se aprovecha para
hacer coincidir el plano de oscilación o de barrido Pb del espejo 8'
(comprendiendo el campo de exploración C) con el plano de
iluminación Pe (plano que contiene los focos F y P y que pasa por el
eje mediano de la zona de detección 7'. Con unas dimensiones y una
disposición convenientemente elegidas, la zona de medición (ángulo
b) no se interfiere con los tubos 8'' ni con los reflectores 6'.
Esta concepción resulta muy ventajosa para
analizar unos objetos 2 de una altura significativa (hasta 200 mm de
altura), dado que la zona iluminada y la zona de análisis coinciden
siempre, sea cual se la altura del objeto.
A pesar de que, si la superficie del objeto se
aleja del punto F', la iluminación y el spot de medición no se
hallen ya focalizados, la detección resulta fiable a pesar de una
disminución de la nitidez del pixel, dado que la luminosidad se
mantiene sensiblemente idéntica. En efecto, la iluminación se
dispersa de todas formas sobre una superficie de mayores
dimensiones, pero al mismo tiempo el objeto se acerca del tubo
halógeno y en consecuencia recibe un flujo directo más importante, y
la distancia espejo/objeto disminuye, lo que aumenta la densidad
recibida sobre el espejo 8'.
En las concepciones de los dispositivos ya
conocidos no coplanarios, la iluminación debe dispersarse sobre un
ángulo importante para iluminar eficazmente un objeto alto, y la
intensidad disponible queda proporcionalmente reducida.
Con la finalidad de evitar que los rayos
especulares, desprovistos de informaciones, no sean tenidos en
cuenta en el flujo luminoso reflejado recuperado, el plano común
(plano de iluminación Pe y plano de barrido Pb) de los medios de
iluminación 6 y del espejo oscilante 8' se halla inclinado de un
ángulo alfa con respecto a la vertical del plano de transporte Pc.
Se ve entonces que existe un ángulo gama entre el rayo especular más
próximo y el eje del captor (eje espejo 8'/lentilla 9/abertura 10').
Este ángulo gama debe ser como mínimo de 5º, y de preferencia
superior a 10º para un buen grado de seguridad (véase la figura 2
de los dibujos anexos).
Inversamente, una inclinación alfa excesivamente
elevada disminuiría la cantidad de luz útil recogida por el
captador. Un buen compromiso parece consistir en un ángulo alfa de
aproximadamente 20º.
La lentilla 9 sirve para limitar las dimensiones
del pixel 12' analizado, incluso a una elevada distancia de la cinta
transportadora 3.
Esta lentilla proporciona sobre la abertura de
entrada 10' del haz de fibras 10, una imagen nítida del pixel 12'
analizado, a condición de situar la extremidad del haz
correspondiente a la abertura 10' algo después de la distancia
focal, por delante de la lentilla 9. El grado de aumento, es decir
la relación entre el tamaño del pixel 12' y las dimensiones de la
entrada 10' del haz 10 debe ser igual a la relación con las
distancias a la lente.
En las indicadas condiciones, el flujo captado
es óptimo. En efecto, puede demostrarse matemáticamente que el flujo
es casi independiente de la distancia
espejo-transportador, y que es idéntico al flujo
captado por un haz de fibras de la misma superficie, situado en las
proximidades del transportador y sometido al mismo grado de
iluminación, y sin ninguna óptica.
Las máquinas preexistentes a las que se ha hecho
referencia mono-materiales utilizan de 3 a 6 PLO
debidamente elegidos. Un PLO queda definido por el valor de una
longitud de onda central, y por una anchura espectral. Por ejemplo,
el PLO centrado en 1420 nm y de una anchura de 20 nm es el margen de
todas las longitudes de onda comprendidas entre 1410 y 1430 nm. La
utilización de entre 3 y 6 PLO resulta efectivamente suficiente para
distinguir un determinado producto de todos los restantes. La
experiencia, en cambio, ha puesto de manifiesto que resulta
insuficiente para poder reconocer simultáneamente toda la gama de
materiales que corrientemente se hallan en los desperdicios, a
saber:
- -
- los principales plásticos: PET, PVC, PE, PS, PP, PAN, PEN;
- -
- los plásticos denominados "técnicos": ABS, PMMA, PAS, PA 6, PA 6,6, PU, PC;
- -
- Los envases compuestos alimentarios (tetras), los papeles-cartón, en relación con los cuales se detecta la celulosa;
- -
- otros productos, sin característica espectral: metales y vidrio.
Para separar los PLO resultan posibles múltiples
tecnologías:
- -
- filtras interferenciales
- -
- AOTF (Acousto Optic Tunable Filters - filtros acousto-ópticos ajustables)
- -
- Red de difracción
Los inventores han adoptado la tercera solución
dado que resulta a toda prueba, sin movimientos físicos y con un muy
buen rendimiento luminoso: de entre un 60 y un 90% dentro del
espectro que nos interesa.
La descripción que sigue se refiere a las
figuras 5 y 6 de los dibujos anexos.
En una red de difracción, la luz es dispersada a
través de la rendija a la manera de un arco iris, en función de las
longitudes de onda. La red se caracteriza por una dispersión, que
es la relación entre los cambios de longitudes de onda expresada en
nm, y la distancia con respecto a la rendija de salida, expresada en
mm. Para una buena resolución de análisis, los inventores han
elegido una dispersión comprendida entre 20 nm/mm y 30 nm/mm.
El haz de fibras ópticas 10 permite transportar
la luz reflejada recibida del pixel 12' (flujo luminoso
multiespectral 14'') desde la extremidad de sección cuadrada que
soporta la abertura 10', de forma idéntica a la del pixel, hacia la
rendija de entrada 17 del espectrómetro 14, donde las fibras son
reordenadas según una rendija fina vertical 17'.
La imagen de la rendija de entrada 17 para cada
PLO elegida a la salida de la red 14' es una rendija 17' que
presenta la misma forma y las mismas dimensiones que a la entrada.
Los diferentes flujos luminosos elementales 14'' corresponden a los
diferentes PLO son recogidos por unas rendijas de salida 17'. A este
nivel se ha previsto una red de haces de fibras 15' que constituyen
unos medios de recepción y de transmisión 15 y estas fibras son
reordenadas en la otra extremidad en unos círculos 15'', cada uno
de los cuales se halla fijado en contacto con un fotodiodo 16 en
inGaAs, cuya superficie activa equivale aproximadamente a 1
mm^{2}.
Ventajosamente, la anchura espectral de los PLO
es fija, y vale aproximadamente 5 nm, lo que permite utilizar
fotodiodos idénticos. Pero resulta asimismo posible constituir haces
15 de secciones diferentes, asociados a unos fotodiodos 16 de
superficie correspondiente (por ejemplo, una anchura espectral de 10
nm con dos alineaciones de fibras ópticas adosadas, para una
superficie de fotodiodo de aproximadamente 2 mm^{2}). De esta
manera, según convenga, resulta posible aumentar el flujo luminoso
recibido, o afinar la resolución.
Merced al montaje que acaba de describirse, la
cantidad de luz queda dividida una sola vez: si se dobla el número
de haces de salida, cada uno de ellos obtendrá tanta luz como en la
forma de montaje de origen.
Resulta muy ventajoso que la construcción de la
máquina 1 de acuerdo con la invención, permite cambiar fácilmente la
elección de los PLO para optimizar la investigación de nuevos
productos que puedan aparecer en el futuro en el mercado.
La concepción adoptada, que ha sido
representada en las figuras 7 y 8 garantiza un alto grado de
flexibilidad para modificar los PLO elegidos con la condición de que
permanezca fijo el número de los mismos. Las soluciones tecnológicas
que permiten modificar fácilmente el montaje son las siguientes:
- -
- los haces de fibras 15 se hallan provistos de férulas rectangulares mecanizadas con precisión, realizadas a base de dos piezas 18 y 19. De esta manera resulta fácil manipularlas sin romperlas. Una férula de este tipo se halla constituida por una primera placa 18 dotada de un refuerzo 18' que aprisiona, bloqueándolas, las extremidades de las fibras ópticas 15' y que queda cerrada por medio de una contraplaca 19.
- -
- La distancia mínima entre las férulas define la resolución del sistema (figura 8), es decir, la separación mínima entre dos PLO: esta distancia viene definida por las dimensiones de las férulas. Como solución extrema, cabe suprimir la placa de protección o contraplaca 19 de una de las dos férulas, lo que proporciona una separación en longitud de onda de 10 mm (figura 8).
- -
- Para elegir un posicionamiento arbitrario de las férulas en la zona de salida de la red 14', se utiliza un juego de cuñas 22 mecanizadas con un alto grado de precisión (aproximadamente una tolerancia de +/- 15 \mum). Por ejemplo, una cuña de 5000 \mum, y una cuña de 280 \mum, permiten definid una separación de 5280 \mum. El conjunto formado por las férulas 18, 19 y las cuñas 22 es apilado en un soporte 20 fijado a una caja rectangular de manutención 21, de una manera debidamente ajustada.
Una disposición de los PLO consiste entonces
simplemente en retirar las férulas 18, 19 y las cuñas 22 de la caja
de mantenimiento 21, y después en sustituir determinadas cuñas por
otras dotadas de diferentes dimensiones, y, en fin, en situarlas de
nueva en la caja. La operación es fácil, rápida (una sola sesión de
trabajo) y reversible.
Los fotodiodos de los medios de conversión 16
suministran una intensidad proporcional al número de fotones que
inciden sobre la totalidad de su superficie durante un determinado
periodo de tiempo. Esta corriente es convertida en tensión y es
ampliada antes de ser suministrada al ordenador 23.
La amplificación puede comprender un elemento
integrador, que determina que el nivel final de la señal sea
proporcional al tiempo de exposición. Resultan posibles varias
formas de puesta en práctica equivalentes:
- -
- un simple filtro RC (resistencia - capacidad), cuya constante de tiempo se halle regulada para equivaler aproximadamente a la mitad del tiempo de medición;
- -
- un dispositivo de transferencia de carga (CCD) que vacía a intervalos regulares una capacidad en la que se acumulan las cargas;
- -
- un módulo de suma que calcula una integral, implantado formando logiciel después de la conversión numérica.
Los inventores han preferido la primera
solución, que es la más simple y la que menos exigencias representa
para el sistema informático de tratamiento 23.
La superficie activa de los fotodiodos
utilizados dimensiona de hecho toda la concepción del conjunto
recuperación/transmisión/análisis. En efecto, no sirve de nada
realizar un haz de salida 15 de la red de difracción 14' que sea más
grande que la superficie del diodo 16 asociado: la superficie
suplementaria no seria utilizada. Igualmente, las leyes de la óptica
exigen que las dimensiones de la rendija de entrada 17 de la red 14'
sean iguales que las dimensiones de la rendija de salida 17'. En lo
que respecta al haz de fibras ópticas 10, este haz conserva con
toda evidencia la superficie activa incambiada, o sea
aproximadamente 1 mm^{2}. En fin, tal como se ha expuesto
anteriormente, el flujo recibido sobre la extremidad con abertura de
entrada 10' de este haz depende únicamente de su superficie y de la
intensidad de iluminación a nivel del plano de transporte Pc (por
ejemplo, la superficie de la cinta del transportador 3) con la
condición de un dimensionamiento adecuado del conjunto óptico 8' y
9.
El resultado de cuanto antecede estriba en qué
el nivel de la señal final para el análisis del material es
únicamente proporcional a las siguientes variables:
- -
- la superficie iluminada del fotodiodo;
- -
- la intensidad de iluminación sobre la cinta transportadora;
- -
- la anchura espectral del PLO en cada caso utilizado;
- -
- el tiempo de exposición de cada medición.
De esta manera, aumentando al máximo la
intensidad de iluminación, conservando unos PLO estrechos y
utilizando unos captadores (fotodiodos) de una gran superficie
iluminada, se obtiene un sistema de análisis mucho más rápido, pero
tan fino como el que podría obtenerse a base de utilizar un
espectrómetro de barritas.
La figura 6, en relación con las figuras 1,
ilustra una posible forma de realización del segundo dispositivo de
análisis 11' (análisis del color).
Este segundo dispositivo 11' podría igualmente
realizarse por medio de una red de filtración.
Sin embargo, en la parte visible, la selectiva
en lo que respecta a la longitud de las ondas no tiene ninguna
necesidad de ser muy fina. Unas longitudes de banda de 60 mm
resultan perfectamente suficientes. Además, no existe ninguna
exigencia de flexibilidad, dado que los tres colores fundamentales
se hallan ajustados a la percepción del ojo humano: en consecuencia,
los PLO no cambian nunca. En lugar de utilizar una red de
filtración, resulta, pues, más simple y más económico utilizar unos
filtros coloreados dispuestos para ser emplazados delante de cada
uno de los diodos receptores. Estos son los filtros que se indican
con las referencias 6R, 6V y 6B, respectivamente específicos de los
colores rojo, verde y azul.
Los fotodiodos 27 asociados a los referidos
filtros se constituyen a base de silicio y cubren la totalidad del
ámbito visible: este material es muy barato y tiene un buen grado de
detectividad, aproximadamente 100 veces más elevado que el InGaAs en
la gama infrarroja. Merced a este elevado grado de sensibilidad,
resulta inútil conducid un haz de fibras ante el diodo; una única
fibra de un diámetro de 200 \mum proporciona una señal
suficiente.
En consecuencia, resulta suficiente extraer tres
fibras ópticas del haz 10 para afectarlas a la detección de los
colores. De esta manera, la extremidad que comporta la abertura de
entrada 10' puede comprender aproximadamente veinte fibras,
dieciséis o diecisiete de las cuales se hallan situadas en la
extremidad que penetra a través de la rendija 17 del espectrómetro
14, y tres de las cuales penetran en el dispositivo de análisis 11'
o módulo del color. Dada la cantidad de luz visible de la que se
dispone, cabe incluso imaginar la utilización de una sola fibra para
el color y distribuir su luz sobre tres filtros: de esta manera, se
reserva un máximo de superficie sensible para la parte del haz 10
conexionada al espectrómetro 14.
Después de los fotodiodos de silicio 27, una
estación de amplificación de tipo clásico, que no ha sido
representada, permite conducir las señales analógicas a un nivel
suficiente para ingresarlas en el ordenador 23.
Como se comprende, la invención no queda
limitada a la forma de realización que se ha descrito y representado
en los dibujos anexos. Resulta posible introducir modificaciones,
especialmente desde el punto de vista de la constitución de los
diferentes elementos o mediante la sustitución de equivalentes
técnicos, sin que ello signifique apartarse del marco de las
reivindicaciones.
Claims (25)
1. Máquina para la inspección automática de
objetos que desfilan de una manera sensiblemente monocapa sobre un
plano de transporte (Pc) de un transportador, permitiendo
discriminar dichos objetos según su composición química,
comprendiendo dicha máquina al menos un puesto de detección a través
del que o por debajo del que pasa el flujo de objetos, comportando
especialmente este puesto de detección (4):
- -
- medios (6) de aplicación de radiaciones electromagnéticas en dirección hacia el plano de transporte, emitiendo dichas razones de manera que quede definido un plano de iluminación, la intersección entre dicho plano de iluminación y el referido plano de transporte definiendo una línea de detección (7) que se extiende transversalmente con respecto al sentido de circulación de los objetos,
- -
- un dispositivo de recepción (8) que permite barrer periódicamente cualquier punto de la referida línea de detección y que recibe en todo momento las radiaciones reflejadas por una zona de medición elemental situada en las proximidades del punto barrido en cada instante, denominándose plano de barrido (Pb) el plano definido por la referida linea de detección y el centro óptico de entrada de dicho dispositivo,
- -
- medios (10) de transmisión a al menos un dispositivo de análisis (11, 11') de las referidas radiaciones reflejadas a nivel de la zona de medición elemental que barre,
cuya máquina se caracteriza
porque las radiaciones emitidas son concentradas en las proximidades
del plano de iluminación (Pe) y porque el referido plano de
iluminación (Pe) y el plano de barrido (Pb) coinciden, estando
inclinado este plano común (Pe, Pb) con respecto a la perpendicular
(D) al plano de transporte
(Pc).
2. Máquina según la reivindicación 1,
caracterizada porque el dispositivo de recepción (8)
comprende un órgano reflector móvil (8') que soporta el centro
óptico de entrada (8''), el cual recibe directamente las radiaciones
reflejadas a nivel de la zona de medición elemental de barrido (12)
y presenta unas dimensiones sensiblemente del mismo orden de
magnitud que las dimensiones de la referida zona de medición
elemental (12) cuyos desplazamientos asegura, y preferentemente unas
dimensiones ligeramente superiores.
3. Máquina según una cualesquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque los medios de
aplicación (6) consisten en unos medios de iluminación de amplio
espectro, consistiendo las radiaciones aplicadas en una mezcla de
radiaciones electromagnéticas del ámbito visible y del ámbito
infrarrojo, y porque los referidos medios de iluminación (6)
comportan unos órganos (6') que concentran las radiaciones emitidas,
a nivel del plano de transporte (Pc), sobre una banda transversal de
detección (7') barrida periódicamente por la zona de medición
elemental (12) y cuyo eje medio longitudinal corresponde a la línea
de detección (7).
4. Máquina según una cualesquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los medios (6)
de aplicación de radiaciones se hallan constituidos por dos unidades
de aplicación separadas entre sí y dispuestas sobre una alineación
transversal con respecto al sentido de desplazamiento de los objetos
(2), comprendiendo cada una de dichas unidades un órgano de emisión
alargado (6'') asociado a un órgano (6') bajo la forma de un
reflector perfilado, de sección elíptica.
5. Máquina según la reivindicación 4,
caracterizada porque cada uno de los órganos de emisión
alargados (6'') se halla sensiblemente posicionado a nivel del foco
próximo (F) del reflector (6') que está asociado al mismo, estando
posicionados los medios de aplicación de radicaciones (6) y estando
conformados y dimensionados los reflectores (6') de tal manera que
el segundo foco alejado (F') queda situado a una distancia del plano
de transporte (3) que corresponde sensiblemente a la altura media
(H) de los objetos (2) que se trata de seleccionar, estando situados
los referidos focos (F, F') sobre el plano de iluminación (Pe).
6. Máquina según una cualesquiera de las
reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque a lo largo de
los bordes laterales del transportador (3) se hallan dispuestas unas
paredes de reflexión (13, 13') de las radiaciones emitidas por los
medios de aplicación (6), especialmente a nivel de las extremidades
de la banda de detección (7') que se extienden, horizontalmente y
verticalmente, sensiblemente hasta la altura de los referidos medios
de aplicación.
7. Máquina según una cualesquiera de las
reivindicaciones 3 a 6, caracterizada porque el dispositivo
de recepción (8) se presenta bajo la forma de un cabezal de
recepción que soporta, por una parte, un órgano reflector móvil (8')
bajo la forma de un espejo plano, dispuesto de una manera
sensiblemente central con respecto al plano de transporte (Pc) del
transportador (3) y capaz de oscilar por basculación con una
amplitud suficiente para que la zona de medición elemental móvil
(12) pueda explorar la totalidad de la banda de detección (7')
durante una semioscilación y, por otra parte, un medio (9) de
focalización de la fracción de radiación o radiaciones reflejada por
una parte elemental de la banda de detección (7') y transmitida por
el espejo oscilante (8') en dirección al referido medio (9),
soportando igualmente el referido cabezal (8) la extremidad que
presenta la abertura de entrada (10') de los medios (10) de
transmisión de la referida fracción de radiaciones, después de su
focalización por el medio (9) hacia al menos un dispositivo de
análisis espectral (11, 11').
\newpage
8. Máquina según la reivindicación 7,
caracterizada porque el medio de focalización (9) y los
medios de transmisión (10) consecutivos se hallan situados al
exterior del campo de exploración (C) del espejo oscilante (8')
situado en el plano de barrido (Pb), estando situado en el referido
plano de barrido (Pb) el eje de alineación del espejo (8')/medio de
focalización (9)/abertura de entrada (10').
9. Máquina según una cualesquiera de las
reivindicaciones 7 y 8, caracterizada porque el espejo plano
oscilante que constituye el órgano reflector móvil (8') se halla
situado entre las dos extremidades que constituyen los medios de
aplicación de radiaciones (6) y en una disposición relativa tal que
las indicadas unidades no se interfieren con el campo de
exploración (C) del indicado espejo (8').
10. Máquina según una cualesquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque los medios de
transmisión (10) consisten en un haz de fibras ópticas (10'') la
totalidad o una mayoría de las cuales se halla copiada a un
dispositivo de análisis (11) que descompone la radiación recibida en
sus diferentes componentes espectrales y que determina las
intensidades de algunas de dichas componentes que presenten
longitudes de onda características de los materiales constitutivos
de los objetos que en cada caso se trate de seleccionar, presentando
las referidas fibras ópticas (10''), a nivel de la abertura de
entrada (10') una disposición de su sección cuadrada o
rectangular.
11. Máquina según la reivindicación 10,
caracterizada porque una parte minoritaria de las fibras
ópticas (10'') del haz (10) se halla conexionada a un dispositivo de
análisis (11') que detecta las respectivas intensidades de los tres
colores fundamentales.
12. Máquina según la reivindicación 10,
caracterizada porque el dispositivo de análisis (11) se halla
constituido, por una parte, por un espectrómetro (14) con una red de
difración (14') que descompone el flujo luminoso multiespectral
(14'') que recibe de la zona de medición elemental (12) en sus
diferentes componentes espectrales constitutivas, especialmente en
la gama de los infrarrojos, y, por otra parte, por unos medios (15)
de recuperación y de transmisión de los flujos luminosos elementales
(14''') que corresponden a los diferentes márgenes espectrales
irregularmente espaciados, caracterizando las substancias y los
componentes químicos de los objetos (2) que se trata de discriminar,
por ejemplo, bajo la forma de haces de fibras ópticas separadas y,
en fin, por unos medios (16) de conversión fotoeléctrica que
suministra una señal analógica para cada uno de los referidos flujos
luminosos elementales (14''').
13. Máquina según la reivindicación 13,
caracterizada porque el flujo luminoso multiespectral (14'')
es introducido en el espectrómetro (14) a nivel de una rendija de
entrada (17) y porque los flujos luminosos elementales (14''') son
recuperados a nivel de unas rendijas de salida (17') que presentan
una forma y unas dimensiones idénticas a las de la rendija de entra
y que se hallan posicionadas en función del factor de dispersión y
de los márgenes espectrales que se trata de recuperar, constituyendo
las porciones de la extremidad de salida de las fibras (10'') de la
componente mayoritaria del haz de fibras los medios de transmisión
(10), y presentando las porciones de la extremidad de entrada de las
fibras ópticas (15') de los medios de recuperación y de transmisión
(15) unas disposiciones lineales idénticas y estando respectivamente
montadas en la rendija de entrada (17) y en las rendijas de salida
(17').
14. Máquina según la reivindicación 13,
caracterizada porque las porciones de la extremidad de
entrada de las fibras ópticas (15') de los haces que constituyen los
medios de recuperación y de transmisión (15) se hallan montadas
sobre unas plaquetas delgadas (18) provistas de refuerzos de
recepción (18') de forma adecuada, preferentemente asociadas a unas
contraplacas (19) de sujeción y de bloqueo, de manera que
constituyen unos soportes de montaje y de posicionamiento (20) de
las referidas fibras ópticas (15') en el cuerpo del espectrómetro
(14).
15. Máquina según la reivindicación 14,
caracterizada porque el cuerpo del espectrómetro (14)
comporta una estructura rígida (21) de recepción y de sujeción con
bloqueo de los referidos soportes (20), permitiendo su colocación en
posición por deslizamiento y su instalación por apilamiento,
eventualmente, con interposición de unas cuñas ajustadas (22) en
vistas a posicionar los referidos soportes (20) en los
emplazamientos que corresponden a las zonas de impacto de los flujos
luminosos elementales (14''') que se trata de detectar.
16. Máquina según una cualesquiera de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizada porque comprende
igualmente una unidad (23) de tratamiento y de gestión del
funcionamiento del puesto de detección (4), tal como un ordenador
que gobierne especialmente el movimiento del órgano móvil reflector
(8') y, eventualmente, del transportador (3), secuenciando la
adquisición de las radiaciones reflejadas a nivel de la zona de
medición elemental móvil (12) y tratando y evaluando las señales
suministradas por los dispositivos de análisis (11, 11'), por
ejemplo, mediante su comparación con unos datos programados, en
vistas a la determinación de la composición química de cada uno de
los objetos (2) sometidos a inspección o de la composición química
de cada uno de estos objetos o de la presencia de una determinada
substancia química en los mismos, en su caso, relacionando los
resultados de la expresada determinación con una determinación de la
localización espacial de dichos objetos (2).
17. Máquina según la reivindicación 16,
caracterizada porque la banda de detección (7') se presenta
bajo la forma de una superficie rectangular alargada, de reducida
anchura, que se extiende perpendicularmente con respecto al eje
medio y transversalmente sobre la totalidad de la anchura del plano
de transporte (Pc) del transportador (3).
18. Máquina para la selección automática de
objetos según la composición química de los mismos, desfilando estos
objetos de una manera sensiblemente monocapa sobre un transportador,
comportando esta máquina de selección una máquina de inspección con
un puesto anterior de detección emparejado funcionalmente con un
puesto posterior de separación activa de los expresados objetos en
función de los resultados de las mediciones y/o de los análisis
efectuados por el referido puesto de detección, caracterizada
porque la máquina de inspección está constituida por una máquina
según una cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 17.
19. Máquina de selección según la reivindicación
18, caracterizada porque el puesto de detección (4), o su
unidad de tratamiento y de gestión del funcionamiento, suministra
señales de accionamiento a un módulo de gobierno (24) de los medios
de eyección (5'), en alineación transversal, del puesto de
separación activa (5), en función de los resultados de los
expresados análisis, siendo emitida una salva de señales de
accionamiento después de cada exploración completa de una banda de
detección transversal (7') por la zona de medición elemental móvil
(12).
20. Máquina de selección según una cualesquiera
de las reivindicaciones 18 y 19, caracterizada porque la
línea de detección (7) se halla situada en la proximidad inmediata,
por ejemplo, a menos de 30 cm, de los medios de eyección (5'), por
ejemplo, por levantamiento, bajo la forma de una alineación de
boquillas que suministran unos chorros de gas, preferentemente
constituido por aire.
21. Procedimiento para la inspección automática
de objetos que desfilan de una manera sensiblemente monocapa sobre
el plano de transporte de un transportador, permitiendo dicho
procedimiento discriminar los expresados objetos según la
composición química de los mismos, y consistiendo en:
- -
- hacer pasar el flujo de objetos sometidos a inspección a través o por debajo de al menos un puesto de detección,
- -
- en emitir unas radiaciones electromagnéticas hacia el plano de transporte a través de unos correspondientes medios de aplicación, de manera que quede definido un plano de iluminación, quedando definida por la intersección entre el referido plano de iluminación y el expresado plano de transporte una linea de detección que se extiende transversalmente con respecto al sentido de desfile de los indicados objetos,
- -
- en barrer periódicamente todos los puntos de la referida linea de detección por medio de un dispositivo de recepción que recibe en todo momento las radiaciones reflejadas por una zona de medición elemental situada en las proximidades del punto barrido en este instante, denominándose plano de barrido el plano definido por la indicada linea de detección y el centro óptico de entrada del referido dispositivo,
- -
- en transmitir las indicadas radiaciones reflejadas a nivel de la zona de medición elemental barrida a al menos un dispositivo de análisis a través de unos medios de transmisión adecuados,
cuyo procedimiento se
caracteriza porque las radiaciones emitidas son concentradas
en las proximidades del plano de iluminación (Pe) y porque dicho
plano de iluminación (Pe) y el plano de barrido (Pb) coinciden,
estando inclinado este plano común (Pe, Pb) con respecto a la
perpendicular (D) al plano de
transporte.
22. Procedimiento según la reivindicación 21,
caracterizado porque consiste en concentrar las radiaciones,
preferentemente de la gama visible e infrarroja, a nivel del plano
de transporte (Pc) sobre una banda transversal de detección (7')
barrida periódicamente por la zona de medición elemental (12) y cuyo
eje medio longitudinal corresponda a la linea de detección (7), de
manera que se obtenga una intensidad de radiación elevada y
sensiblemente homogénea sobre la totalidad de la superficie de la
referida banda de detección (7').
23. Procedimiento según una cualesquiera de las
reivindicaciones 21 y 22, caracterizado porque consiste en
barrer secuencialmente la banda de detección (7') con la zona de
medición elemental móvil (12) mediante la oscilación basculante de
un espejo plano que constituye el órgano reflector (8'), en
focalizar el flujo luminoso que proviene de la zona de medición
elemental (12) sobre la abertura de entrada (10') de los medios de
transmisión (10) bajo la forma de un haz de fibras ópticas (10''),
en conducir la mayoría del flujo luminosos multiespectral (14'')
captado hacia la rendija de entrada (17) de un espectrómetro (14)
que forma parte del primer medio de análisis (11), en descomponer
este flujo luminoso (14'') en sus diferentes componentes espectrales
elementales (14'''), en recuperar los flujos luminosos de algunos de
estos componentes que corresponden a márgenes de longitudes de onda
estrechas especificas a nivel de las rendijas de salida (17) y en
transmitirlas a través de unos medios adecuados (15) a unos medios
(16) de conversión fotoeléctrica para proporcionar unas primeras
señales de medición, en conducir, en su caso, una reducida parte del
flujo multiespectral (14'') captado hacia un segundo medio de
análisis (11') que determina las respectivas intensidades de los
tres colores fundamentales y que proporciona unas segundas señales
de medida, en tratar dichas primeras y, eventualmente, segundas,
señales de medida, a nivel de una unidad (23) de tratamiento y de
gestión informática que gobierna especialmente el movimiento del
referido órgano reflector móvil (8'), secuenciando la adquisición de
las radiaciones reflejadas a nivel de la zona de medición elemental
móvil (12) y tratando y evaluando las señales proporcionadas por los
dispositivos de análisis (11, 11') por comparación con unos datos
programados, en vistas a la determinación de la composición química
de cada uno de los objetos (2) sometidos a inspección o de la
presencia de una determinada substancia química en dichos objetos
(2).
24. Procedimiento según la reivindicación 23,
caracterizado porque consiste en hacer proporcionar por la
unidad (23) en función de los resultados del tratamiento de las
señales de medición, unas señales de accionamiento a un módulo (24)
de gobierno de los medios de eyección (5') de un puesto de
separación (5) situado después del puesto de detección (4) con
respecto al flujo de objetos (2) y, en fin, en eyectar o a no
eyectar cada uno de dichos objetos (2) que desfilan sobre el plano
de transporte (Pc) del transportador (3) en función de las señales
de accionamiento proporcionadas.
25. Procedimiento según la reivindicación 24,
caracterizado porque se emite una salva de señales de
accionamiento después de haberse acabado cada una de las acciones de
barrido de la banda de detección (7') y del tratamiento de las
correspondientes señales de medición, teniendo en cuenta, en su
caso, las señales de medición procedentes del barrido anterior.
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