專利名稱：可對被傳送物體進行自動分析或檢測的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及產品及商品檢測或光學識別領域，特別可以實現對上述物體的分揀。本發明將提供物體識別和/或檢測更為有效的系統和方法，特別針對容器、包裝或類似產品。
背景技術：
市面上已存在很多可實現對物體識別和/或檢測的設備、裝置及工藝，其方法是讓物體通過某種平面傳送載體，例如2001年3月19日申請法國專利的，其專利號01 03700(公告號碼為2 822 235)。
市面上使用的帶有平面傳送結構的分揀機通常使用黑色橡膠傳送帶。
為了確保工業使用的可靠性，上述分揀機，特別是前面提到的申請專利的設計，采用的都是安裝在傳送帶上方的照明及探測系統。這些設計均利用的是被檢物體的反射光，而不是穿越被檢物的光。
此種設計—在可視區域(波長為400～800nm)，通過攝像機實現對顏色的分揀。
—在近紅外線或NIR區域對材料進行分揀(近紅外線所指的是波長為800～500nm區域)。
物體反射的光線十分微弱，特別是透明物體的反射光。如果我們拿一張白紙作為參考(反射效果定為100％)，阻光的白色塑料在NIR區域反射率為60～80％，在可視區域可達100％。黑色的橡膠傳送帶能反射15％光線，對于透明的光滑物體，例如無色汽水瓶將反射20％光線，而其中15％來自傳送帶。對于不光滑物體，比如帶有凹凸花紋的瓶子，最終的反射率最高能達到25～30％，而其中15％仍來自于傳送帶。
如此低的反射水平，正是這些物體很難被探測的原因。
盡管如此，有些明顯特征還是可以被識別的。比如，在NIR區域可以對聚氯乙烯產生的信號以及苯二甲酸乙二酯PET的信號進行分析識別。然而，有一些細微的差別卻很難被識別，比如—對苯二甲酸乙二酯(PET)PET-G的區分(在MR區域)。
—對無色物體和淺藍色物體的區分(可視范圍)。
工業上所采用的一種相應的解決方法是對物體進行無載體傳送，即在物體墜落的過程中通過安裝在物體流通兩端的照明及探測系統進行分析。比如，將探測器安置在物體通過的上端，照明裝置放在下端。這種方法最大的弊端就是探測器或照明裝置其中至少有一個會因為物體流通而很快變臟受損。
發明內容
本發明旨在超越現存體系及工藝的限制，克服其缺陷。
此外，本發明還希望無論為“材料”或是“顏色”的檢測或分揀，提供實用的解決方法。
為此，本發明所提供的是一個可對在某一載體上通過的物體進行分析或自動檢測的系統或裝置。該系統或裝置配有至少一種照明手段或照明設備，優選采用寬光譜的照明設備；并配備至少一種探測手段或多頻探測器。這兩種裝置均安裝在物體流通的上方，通過的物體至少為部分透明。該系統的特點是，在相關光譜范圍內，傳送載體能反射大部分的接收光線，反射率至少為50％。
當傳送物體的載體表面為白色時，載體將能反射70％的接收光線，效果更為明顯。
此外，該系統可配備一個清理傳送載體的手段或裝置，特別是可對擺放運送物體的載體表面進行清洗。這里所涉及的傳送載體為無端頭傳送帶或輸送帶，周而復始地環狀運行。
因此，本發明的原理在于使用白色傳送載體消除上述工藝所帶來的缺陷。
這種輸送帶或傳送帶形式的傳送載體，可采用例如白色橡膠或聚合物等材料。
圖1是本發明系統圖。
具體實施例方式
對照參考附圖，下面的描述將更為清晰地反映本發明的理念。附圖僅簡要地反映了本發明系統的部分圖樣。下列描述對應的是最理想的采用模式，在實際應用中并無限制。
下列描述中，載體3傳送獲檢物體2，載體3可為輸送帶或傳送帶。
根據附圖所顯示的設計，系統1配備至少一種照明設施4，最好采用寬光譜照明設備；配備至少一種探測手段或多頻帶多頻帶探測器5。這兩種設備均安置在被檢物體2流通的上方，被檢物體至少部分為透明。本體系特點是，載體3在相關光譜范圍內將能反射大部分所接收到的光線，反射率至少為70％。
在傳送載體3為白色或是敷設白色材料時，載體可將吸收的光線中的70％進行反射。
通常，我們把在相應光譜區內可將接收輻射大量反射(反射率至少為70％)的物體稱為白色物體，那么在NIR范圍內，可以至少反射70％輻射強度為800～2500nm的傳送帶被視為白色。
如果將單位面積受光定為E，載體的全部反射量(各個方向)將為R×E，其中R為載體反射率，反射率至少為70％。
這里所涉及的“白色”定義更為廣泛，因為對應不同的波長，R的數值并非必須為固定值，只要反射率保持在較高的水平并保持穩定即可(比如可在波長1100nm時保持在82％，在1500nm時為90％，在1700nm時為70％)。
在本發明最理想的應用模式中，我們認為物體2為部分透光，由白色載體3進行傳送，并接受來自上方的照明，照明設施4相對載體3呈一定傾角，以防止鏡面反射。接收放射光的多頻帶探測器5同樣放置在被檢物體2的上方，但無須同寬光譜照明設施4呈同一水平線上。這里需要選擇照明設備的安放位置，以避免鏡面反射光(圖中虛線部分)射入多頻帶探測器5。
我們認為物體2絕對光滑，以至沒有任何鏡面反射光射入多頻帶探測器5。
所以探測器所接收的光線L由下列三部分構成—來自被檢物體2上層2′的反射光線Ds，該光線將部分穿過物體2的上層；—來自被檢物體2下層2″的反射光線Di，該光線將部分穿過物體下層，并兩次完全穿過物體上層一去一回共兩次。
—載體3表面的反射光，由T×R表示，該光線4次完全穿過物體2，即在到達載體前，穿過上層2′和下層2″共兩次，通過載體反射后再次穿過2′和2″共兩次。在這部分光線中，R表示載體的反射率，T表示穿過物體時的光損失(下面將具體談到)。
顯然，多頻帶探測器5只能接收到上述反射光中的一小部分這同所觀察到的像素大小(窗口或基本觀測區)以及探測器所連接的光學接收器的尺寸相關，我們可將所有這些用一個傳感參數來表示，記為C。可將上述描述簡單地表示為L＝(Ds+Di+T×R)×E×C (1)根據載體像素，載體直接反射給多頻帶探測器5的Ls＝R×E×C(2)當我們獲取一個完全透明的玻璃瓶的圖像時(比如通過掃描)，由于該產品不吸收紅外線，所以Ds＝Di＝0。此外，我們知道根據折射指數在1.5左右的材料(比如玻璃瓶)的反射規律，在圖中顯示的情況下(非水平入射)，每個光學界面(屈光面)的反射損失為入射流量的4％。圖1中，一共存在9個屈光面(獲檢物體的兩個層面被四次穿過，另一個位于載體)。
T可由下列公式算出，在這個例子中T＝(1-0,04)9＝0.69，或69％。
將等式(1)和(2)相除，得到L/Ls＝T在這種情況下，T直接表示物體2與載體3之間的亮度比率。我們在實際中測量到的兩值差值在30％左右，這也證明本模式的可靠性。
如果將玻璃物體換成透明的白色物體，以下兩個效果相互抵消—Di，Ds不再為零，而將成為可測得信息納入計算。
—由于以下幾個原因，T值將減少光線在穿過每個層面時(一共四個層面)的散射損失，在這些層面被吸收造成的損失(這兩種損失是有利的，因為可以使T成為有效信息，因為每種材料的選擇吸收是有差異的)，這里我們簡單地認為這種情況下T比前面的值小，即T＜69％。
附圖1反映的即為上述系統，該系統的第一個優點就是可以將載體(3)本身作為參考，無需再選擇其他參照物(如果采用黑色傳送載體，由于所能獲得的信號太弱且重復率過低，無法利用。所以我們通常會采用一個可拆卸的金屬盤作為參考，同黑色傳送帶一起使用)。
根據上面的描述，我們在正常照明情況下，把白色傳送帶不載物時的反射水平定為100％，我們完全轉換了測量方式，將探測器接收的光線強度同載體自身亮度進行比對I＝L/Ls。
將等式(1)和(2)進行處理，可得到I＝(Di+Ds)/R+T(3)
也就是說，我們比對的是物體2相對載體的亮度，而不是相對于一個完全反射器的亮度。這種方式可以更方便和頻繁地進行流線檢測，甚至可以隨時更新參照比率只需要獲得不載物時傳送帶區域的圖像，將其轉換為新的參數即可。如此一來我們可以隨時將燈泡的老化、傳感器的老化、載體污跡以及防護玻璃等因素，納入對獲取信息的處理及比對過程。
由附圖顯示的本發明所涉及的探測及檢測系統所采取的方法是測量Ls值—傳送載體上每個點的對應值；—每個傳感器(波長幅度，或稱為“波長范圍”)；—持續測量(僅記錄載體所屬像素以進行更新)。
上述系統1的第二個優點是能夠更為有效地探測到載體3所傳送的透明物體2。
探測某個物體存在的最簡單的方法是測量它與載體亮度的差異。
我們只需要測得I＝(Di+Ds)/R+T≠1即可。
以一個無色光滑的透明塑料為例，我們測得Ds+Di≈5～10％，T≈60％，而我們測得白色傳送載體R≈80％，所得到的I≈65～70％。
物體整體亮度為載體的65％至70％，主要由反射光實現。
相反，在黑色傳送載體上，我們測得R≈15％，Di+Ds的值不變，這樣就得到Imin＝5/15+0.6＝0.93 et Imax＝10/15+0.6＝1.27。
物體的亮度僅稍高于載體亮度，而且很可能相同。所以使用白色傳送載體更容易探測到物體的存在，因為物體亮度與載體亮度的差異更為明顯。
總的來說，本系統最主要的功能就是白色傳送帶可以改善對其傳送物體的探測，由于在各個界面反向反射造成的損失，物體亮度比傳送載體亮度值小，而不是高于傳送帶亮度值。
但是需要注意的是，由于擺放方向不合適，白色載體上的被檢物體很可能反射亮光，射入探測器，這樣一來，結果很可能會反過來，也就是被檢物體顯得比載體還亮。
此外，在物體2為不透光物體時，T＝0，只有Ds不為0，這時候載體就起不到任何作用了，因為此時I＝Ds。
所以，如果Ds＝R時，也就是說物體為不透光物體或是與載體一樣同為白色時，物體與載體的區分就完全不存在了。那么白色物體是無法被探測到的。然而在實際應用中，對于在NIR區域進行塑料瓶的檢測，很難發生類似情況。即便是高密度聚乙烯瓶，由于吸收了30％～40％的輻射，它在NIR區域所顯現出來的也是“灰色”。
總的來說，除了完全阻光或全白色物體，采用白色載體，能夠更好探測出傳送物體的存在。
上述裝置的第三個優點是可以探測出黑色或暗色物體，根據上面的描述，這一點是不容置疑的。而在黑色傳送帶上，此類物體是無法被探測到的。
事實上，在顏色識別領域，只要測定被檢物體為黑色即可。
對于材料識別，還需要確定其光譜，由于獲得信號水平較低，這可能會比較困難。如果光譜還未被確定，至少可以將物體從被檢物流中區分出來，然后再通過特殊系統進行再分揀。這種方式可應用在包裝識別中，因為包裝中黑色或深色物體是極少的。
上述由附圖所顯示的系統的第四個優點就是可以提高多頻帶探測器5所接收光線中的有效信息。
這里需要提到的是，不同光譜區內的吸收差異為系統提供了有效信息一個物體在吸收了綠色和藍色輻射的時候顯現出來的是紅色(該物體不吸收紅色輻射)。
載體在所有的波長內的亮度強度(見方程式(3))為1，而相對于其他物體，這個值是變化的。
這樣在各波長范圍內，物體平均亮度相對接近載體亮度時，我們就獲取了第二種方法來區分獲檢物體和載體。
在探測或檢測工藝方面，我們可以采用下面的方式對探測器獲取像素的所屬進行識別—如果物體平均亮度接近1，同時每個光區的亮度也接近1；—那么探測器獲取的像素屬于載體3；—否則像素屬于物體2或者與物體2相關。
在實際應用中，我們測得載體每個光譜的相對強度(見方程式(3))差值在1～3％之間，而被檢物體在每個光譜的差值在5％～50％之間，這就可以使我們進行有效的區分。
其中，Ds(在一層中進行反射)提供了部分有效信息，而Di明顯提供了較多的有效信息(完全穿過兩層，加上一次反射)，而T(穿過4層)就提供了更多的有效信息。
如果使用黑色載體，這三個指數提供的信息不相上下，而且黑色載體由于自身的光譜信號并非為中性，因而可能干擾獲取的信息。
采用白色載體，T參數明顯起到主要作用，我們可以利用穿過物體四層界面的信息。此外，如果載體為參照物，其本身的光譜波長為中性，不會干擾探測。即便載體為白色聚氯乙烯傳送帶，對于一個白色透明的聚氯乙烯瓶子，該系統也可以識別。
當然，對于不透光物體，無論選擇何種載體都不會改變任何有效信息，但是獲得的信號整體上來講是比較好的。
需要提到的是本發明在實際應用中的一個限制，即需要保持白色載體的相對清潔，特別是在對顏色進行識別的時候，白色載體必須非常干凈。
事實上，在對色彩進行識別時，載體是否清潔是一個基本要求，因為傳送帶上的一個帶色污跡很可能就會改變獲檢透明物體的顏色。但是，在NIR光譜范圍內，污跡信號與被檢物體信號相近是很罕見的。
所以，本發明應優先應用于材料分揀。首先可應用在那些可以相對經常清理傳送載體的領域，特別是塑料瓶清洗流水線上。如果可以保證足夠的清理，也可以將白色載體應用在對透明物體微弱色差的區分上。
如附圖所示，本系統還可以配置一種對載體3進行清理的方式或設備7，至少確保對運載物體2的那個表面進行清洗，這里提到的載體呈無端頭的傳送帶或輸送帶，作環狀運行。
最后，配置一個信息處理裝置8，以控制4、4′、5和/或7及載體3，并可對多頻帶探測器5所獲取的信號進行處理和比對，以便對獲檢物體2的下一步處理進行控制。
這里沒有對本發明系統的安裝及運行進行細節描述，本發明相關人士可根據場地現存裝置提供相關信息。
當然，本發明并非只限于上述及附圖所顯示的應用。可以進行一些改動，特別是在不超出本發明保護的范圍內，可對不同配件的構成或相應技術的替換上進行更改。
權利要求
1.一種可對被傳送物體進行自動分析或檢測的系統，配備至少一種照明手段，優選是寬光譜照明手段；配備至少一種探測手段或探測器，兩者安裝在物體流動的上方；其特征在于，被檢物體至少部分為透明，所述傳送載體(3)能將相對應的光譜區內所獲取的光線大部分反射傳播，反射率至少為50％。
2.根據權利要求1所述的自動分析或檢測的系統，其特征在于，所述載體(3)反射至少70％的接收光線。
3.根據權利要求1和2所述的自動分析或檢測的系統，其特征在于，所述放置被檢物體(2)的載體(3)表面為白色。
4.根據權利要求1～3中的任一權利要求之一所述的自動分析或檢測的系統，其特征在于，所述系統還將配備一種清理載體(3)的手段或設備(7)，特別是至少清潔傳送物體(2)的載體表面，所述載體呈無端頭輸送帶或傳送帶，作環狀運行。
全文摘要
本發明涉及一種可對被傳送物體進行自動分析或檢測的系統，包括至少一種照明裝置4，優選為寬光譜；另外包括至少一種探測裝置或多頻帶探測器5。兩者均安裝在物體傳送的上方，被檢物體2至少為部分透明。本發明特征為，載體3可以將相關光譜區內接收的光線大部分反射，反射率至少達到50％。
文檔編號G01N21/90GK1675005SQ03818689
公開日2005年9月28日 申請日期2003年8月8日 優先權日2002年8月9日
發明者安托萬·布雷尼 申請人:佩朗精品工藝股份有限公司