專利名稱：材料在線檢測、分選系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用光熱法在線檢測、分選原材料(包括半成品、成品)的系統(tǒng)，實現(xiàn)了光熱輻射測量方法在生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，為工業(yè)自動化提供了一種新手段。
光熱方法問世已十余年了，主要用于物質(zhì)表面及表面下性質(zhì)的研究及無損檢測，如Murphy，JC.& Westel，G.C.，Material Eval，44(1986)1224。敘述了用高功率脈沖激光束或調(diào)制的連續(xù)波激光束加熱后又使用激光探針探測的光束偏轉(zhuǎn)等方法，敘述了偏轉(zhuǎn)的機理。這些方法可用于對材料裂縫，夾雜等缺陷的無損檢測，但由于所采用的裝置精密，需避免振動及背景輻射等干擾，因此只能在實驗室條件下進行，不能用于生產(chǎn)現(xiàn)場。美國專利US3808439，文中提供了一種用激光束加熱的熱成象裝置用于無損檢測。所選的輻照源為CO2激光束，目的是避開紅外熱象儀的接收波長，并且具有足夠的加熱功率，與被檢物體無關(guān)。歐洲專利57290A1，提供了一種溫度掃描器用于熱軋帶鋼的溫度分布的探測和分析顯示。這是被動式探測，沒有輻照源。美國專利US3791635，提供了一種簡單的輻射測量計探測熱狀態(tài)下的金屬帶的輻射能，其輻射計安置在特定位置上以消除發(fā)射率的影響。美國專利US4650345，提供了一種微波輻射方法和裝置測量移動的紡織品溫度。屬于烘干過程中的溫度自動控制，其測溫原理為具有一定溫度的紡織物通過波導(dǎo)時的熱噪聲發(fā)射。
本發(fā)明的目的在于提供一種光熱法原材料(包括半成品、成品)在線檢測分選系統(tǒng)，實現(xiàn)在工業(yè)化生產(chǎn)線上快速、簡便地分離各種原材料。
本發(fā)明由輻照源〔1〕，紅外探測頭〔3〕，分離裝置〔4〕，屏蔽罩〔5〕附加在生產(chǎn)線傳送帶兩側(cè)構(gòu)成，其中輻照源〔1〕帶有反射罩〔2〕，并根據(jù)待測物體的吸收特性加以選擇。紅外探測頭〔3〕由光學(xué)系統(tǒng)〔6〕，調(diào)制盤〔7〕，探測器〔8〕，低噪聲選頻放大器〔9〕，參考信號電路〔10〕，鎖相放大器〔11〕，顯示記錄裝置〔12〕，電平鑒別電路〔13〕構(gòu)成，在紅外探測頭安放處設(shè)有屏蔽罩〔5〕。分離裝置〔4〕受紅外探測頭〔3〕的信號控制，完成分選動作，兩者之間通過信號線聯(lián)接。在工業(yè)生產(chǎn)線上待選物體的分離步驟為首先測試待選物體吸收特性，根據(jù)其吸收比隨波長的改變不同在待測物吸收比相差較大的波段選擇相應(yīng)的輻照源，即在待選物體吸收特性相差較大的區(qū)間，根據(jù)待選物體吸收特性的不同，可選擇不同功率、波長的輻照源，以造成待選物體吸收輻照能的差別，如鹵鎢燈、水銀燈、氙燈、激光器、微波源、射線源等，輻照源帶有反射罩〔2〕或其它聚束裝置將能量限制在輻照區(qū)內(nèi)。然后用輻照源加熱待選物體，輻照功率與輻照時間的安排以取得最佳分辨率為準，(即造成待選物體間可分辨的溫差)，如圖3中ab為選擇輻照源的最佳區(qū)間。輻照時間為輻照源長度/在線傳輸速率。根據(jù)輻照源總功率選擇輻照時間而得出輻照源長度，輻照功率越大，所需輻照時間愈短。經(jīng)輻照后的待選物體由紅外探測頭測定其再輻射量，所得信號經(jīng)電平鑒別電路〔13〕處理后再由分離裝置〔4〕分離。
檢測原理根據(jù)不同材料的吸收特性選擇輻照源，使所選波段上材料的吸收特性有明顯差異，應(yīng)用該輻照源輻照這些材料，由于吸收比的不同將導(dǎo)致物體的溫度有不同程度的升高。這又將引起物體自身對外熱輻射的改變，輻照后隨即由紅外探測頭接收來自物體的熱輻射，顯然，熱輻射量的差別包含了物體自身特性的信息，根據(jù)紅外探測頭所接收到的信號差異進行相應(yīng)的特性測量或?qū)⒋诵盘査椭练蛛x執(zhí)行裝置，完成所希望的分選過程。適當試驗選擇輻照時間，可得出最佳分辨率。
材料表面單位面積所吸收的功率為1H∫λ1λ1η(λ)a(λ)M(λ)dλ]]>a(λ)為材料的光譜吸收比，M(λ)為光源的輻射度，H為幾何因子，η(λ)則為光路衰減因子，λ1，λ2為光源的上波長限及下波長限。
設(shè)物體單位體積內(nèi)吸收的輻射能，則其溫升為下列熱傳導(dǎo)方程的解
式中 K＝k/cρ，k為材料的熱導(dǎo)，ρ為密度，c為比熱。
若受輻照后的材料表面溫度為T，由探測系統(tǒng)所輸出的信號為VS=1Δf∫λ′1λ′2DλϵλMo(λT);τ(λ)dλ]]>式中ελ為材料的光譜發(fā)射率，Dλ＊為探測總的光譜探測率，ζ為探測系統(tǒng)與材料的相對配置有關(guān)的幾何因子，△f為系統(tǒng)帶寬，
(λT)為黑體的輻射度，τ(λ)則為光路衰減因子，在一定的近似下，由輻射理論可證，物體溫升而引起的信號相對變化為溫度相對變化的4倍，因而可得到較高的分辨率。
本發(fā)明的優(yōu)點在于實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)中材料(包括成品、半成品)的在線檢測、分選，具有快速、簡便、非接觸測量及分辨率高的特點。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明
圖1為檢測、分選系統(tǒng)示意圖。待測物體A，B等在傳送帶上以恒定速率運動，首先從輻照源〔1〕正前方通過經(jīng)受輻照，反射罩〔2〕將輻射能量限制在輻照區(qū)域內(nèi)，物體經(jīng)受輻照的時間等于傳輸速率與輻照源總長度的乘積，可由改變輻照源的總長來改變輻照時間以取得最佳分辨率。經(jīng)輻照加熱后的物體進入屏蔽罩〔5〕，并由紅外探測頭〔3〕接收物體的熱輻射信號。屏蔽罩〔5〕的作用是減小背景及雜散輻射干擾。紅外探測頭〔3〕對不同物體輸出不同大小的信號，控制分離裝置(機械手)〔4〕動作，對不同物體進行分離，分別置于不同的傳送帶上?；蛑苯佑娠@示記錄裝置給出測定結(jié)果。
圖2為紅外探測頭及分離裝置線路框圖，〔6〕為光學(xué)系統(tǒng)，將來自待測物體的熱輻射聚焦至探測器〔8〕上，在到達探測器〔8〕前由調(diào)制盤〔7〕調(diào)制。探測器輸出的信號由低噪聲放大器〔9〕放大后送至鎖相放大器〔11〕，鎖相放大器的參考信號由參考信號電路〔10〕提供。鎖相放大器測得的結(jié)果視需要可送至顯示、記錄裝置〔12〕提供測量結(jié)果或送至電平鑒別電路〔13〕后取出控制信號給分離裝置(機械手)〔4〕，控制它執(zhí)行分選動作，分離裝置(機械手)〔4〕應(yīng)根據(jù)待分選物體的形狀設(shè)計不同的拾取機構(gòu)。
圖3為一選擇輻照源的實例，A為棕色玻璃瓶吸收特性線，B為綠色玻璃瓶吸收特性線，C為無色玻璃瓶吸收特性線，在可見及近紅外(2.7-3.5μ)區(qū)有明顯不同(即圖中ab段)，故可選用1000W鹵鎢燈，實驗證明在輻照源距瓶子表面10cm時輻照時間只需15秒即可造成明顯信號差。
權(quán)利要求
1.一種光熱法原材料在線檢測、分選系統(tǒng)，其特征在于由輻照源[1]、反射罩[2]、紅外探測頭[3]、分離裝置[4]、屏蔽罩[5]構(gòu)成，其分離步驟為首先測試待選物體吸收特性，根據(jù)待選物體吸收比隨波長的改變不同在其吸收比相差較大的波段選擇相應(yīng)的輻照源，然后用輻照源加熱待選物體，輻照時間為輻照源長度/在線傳輸速率，經(jīng)輻照后的待選物體由紅外探測頭測定其再輻射量，所得信號經(jīng)電平鑒別電路[13]處理后由分離裝置[4]分離。
2.按照權(quán)利要求1所述的光熱法原材料在線檢測、分選系統(tǒng)，其特征在于輻照源〔1〕選擇在待選物體吸收特性相差較大的區(qū)間，根據(jù)待選物體吸收特性的不同，可選擇各種不同功率、波長的輻照源，如鹵鎢燈、水銀燈、氙燈、激光器、微波源、射線源等，輻照源帶有反射罩〔2〕或其它聚束裝置將能量限制在輻照區(qū)內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1所述的光熱法原材料在線檢測、分選系統(tǒng)，其特征在于紅外探測頭〔3〕由光學(xué)系統(tǒng)〔6〕，調(diào)制盤〔7〕，探測器〔8〕，低噪聲選頻放大器〔9〕，參考信號電路〔10〕，鎖相放大器〔11〕，顯示記錄裝置〔12〕，電平鑒別電路〔13〕構(gòu)成，配有屏蔽罩〔5〕。
4.按照權(quán)利要求1所述的光熱法原材料在線檢測、分選系統(tǒng)，其特征在于分離裝置〔4〕受紅外探測頭〔3〕的信號控制，完成分選動作，兩者之間通過信號線聯(lián)接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用光熱法在線檢測、分選原材料(包括半成品、成品)的系統(tǒng)，由輻射源(1)、反射罩(2)、紅外探測頭(3)、分離裝置(4)、屏蔽罩(5)構(gòu)成，其分離步驟為首先測試待選物體吸收特性，然后用輻照源加熱待選物體，經(jīng)輻照后的待選物體由紅外探測頭測定其再輻射量，所得信號經(jīng)電平鑒別電路(13)處理后再由分離裝置(4)分離。該系統(tǒng)的優(yōu)點是實現(xiàn)了在工業(yè)化生產(chǎn)中快速簡便地分離各種原材料(包括半成品、成品)。
文檔編號G01N21/39GK1057718SQ9010313
公開日1992年1月8日 申請日期1990年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月27日
發(fā)明者顧彤 申請人:北京科技大學(xué)