專利名稱：原料中的夾雜物檢測裝置及其檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高效檢測混入原料中的各種異物即夾雜物的檢測裝置及其檢測方法。
背景技術：
農產品煙葉是以各種捆包形式運往香煙原料廠和卷煙廠等場所的。在這些工廠里打開捆包后，煙葉以按品種分開或與其他品種混合的狀態(tài)，作為香煙的原料往下一道工序輸送。
可是，處于輸送過程的原料有時候會混入一部分捆包的打包材料、包裝帶和作為包裝箱內襯的防濕紙，而構成原料的異物。對于這樣的異物即夾雜物，必須在原料的輸送過程中予以去除。為此，在原料的輸送過程中就必須檢測夾雜物。特別是，如果夾雜物是燃燒時發(fā)生有毒氣體的合成樹脂系材料時，那就更需可靠地檢測和去除。
以往，對于夾雜物的檢測，人們熟悉的是用有攝像機的檢測裝置。采用這種檢測裝置，攝像機在原料輸送中對原料攝像，然后檢測裝置的判定電路根據(jù)上述攝像的圖像數(shù)據(jù)檢測原料中的夾雜物。更具體地說，判定電路根據(jù)煙葉和夾雜物互不相同的色彩來檢測原料中的夾雜物。
上述檢測裝置只是在所需檢測的夾雜物的色彩和煙葉的色彩大不相同時方才有效，如果夾雜物的色彩和煙葉相同或近似，則實際上不可能檢測夾雜物。
再者，即使煙葉是同一品種，各煙葉的色彩也不會一樣，而且煙葉的色彩還隨其品質而有很大不同。因而，在原料是由不同品種的煙葉組成的情況下，檢測原料中的夾雜物更加困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種檢測裝置和檢測方法，該方法不取決原料和夾雜物的色彩互不相同，能準確檢測原料中的夾雜物。
本發(fā)明的檢測裝置配備有用于向在傳送帶上輸送的原料照射檢驗光的照射器、受光器和判定電路。；所述受光器既是接收由原料反射的檢驗光的受光器，又是就原料和夾雜物之間產生反射強度差異的檢驗光的多個特定波長成分輸出這些特定波長成分的反射強度的光電檢測器；所述判定電路對原料固有的特定波長成分的反射強度和受光器輸出的反射強度進行比較，并根據(jù)該比較結果檢測原料中的夾雜物。
本發(fā)明對夾雜物檢測的原理是基于將檢驗光照射在原料和夾雜物上，于是在測量由這些原料和夾雜物反射的檢驗光的反射率即反射強度時，對檢驗光的特定波長來說，其反射強度在原料和夾雜物兩者間有明顯的不同。
因此，對檢驗光的特定波長來說，若對原料固有的特定波長成分的反射強度與測定的特定波長成分的反射強度進行比較，那么即使原料和夾雜物的顏色相同，也能檢測原料中的夾雜物。
作為檢驗光可以使用紅外線和激光等光。
例如，檢測裝置具有紅外線發(fā)生源時，受光器就具有取出來自原料的反射紅外線的特定波長成分的取出器，輸出取出的特定波長成分的反射強度。
具體地說，照射器又可包括能旋轉的多角鏡，該多角鏡使來自發(fā)生源的紅外線向傳送帶上的原料反射，使來自原料的反射紅外線沿傳送帶的寬度方向掃描。多角鏡最好把反射紅外線傳輸給受光器，這樣就能使提供的檢測裝置達到緊湊而小型化。
檢測裝置的照射器能夠只將檢驗光的特定波長成分照射在原料上。例如，照射器包括發(fā)生用作檢驗光的紅外線的發(fā)生源和從該發(fā)生源發(fā)生的紅外線中取出特定波長成分的取出器，這樣照射器就只將取出的特定波長成分照射在傳送帶上的原料上。
當紅外線被用作檢驗光時，紅外線會加熱原料。然而，當只將紅外線的特定波長成分照射在原料上時，原料因接受的熱能少而可防止過熱。結果，在檢測夾雜物時，原料不會過于干燥而能保證品質。
照射器最好包括冷卻紅外線發(fā)生源的冷卻裝置，這樣能夠減少照射器放出的熱量。
使用上述檢測裝置就可實施本發(fā)明的檢測方法。


圖1是實施夾雜物檢測方法的第一實施例的檢測裝置結構示意圖。
圖2是從原料和各種夾雜物上得到的紅外線光譜的反射特性曲線圖。
圖3是具體說明圖1的判定電路的結構方框圖。
圖4是用于第二實施例的檢測裝置的紅外線攝像機配置圖。
圖5是圖4的紅外線攝像機的結構示意圖。
圖6是第三實施例的檢測裝置示意圖。
圖7是用于圖6的檢測裝置的行式照明器和紅外線攝像機配置圖。
圖8是圖7的紅外線攝像機結構圖。
圖9是第四實施例的檢測裝置示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，第一實施例的檢測裝置配備有傳送帶2，該傳送帶2沿圖1上的箭頭方向輸送原料T。原料T是多品種煙葉的混合物，它在傳送帶2上處于薄薄一層的分布狀態(tài)。例如，原料T包含普通煙、華來煙、東方煙和黃煙等四種煙葉。
檢測裝置還配備紅外線燈等光源4。該光源4向多面反射鏡6射出紅外線。多面反射鏡6置于傳送帶2的上方，單向旋轉。多面反射鏡6一旋轉就使光源4射出的紅外線向傳送帶2的原料偏轉，于是偏轉的紅外線對傳送帶2的全區(qū)沿寬度方向進行掃描。另一方面，來自原料T的反射紅外線同樣通過多面反射鏡6傳輸給光源4。
在光源4和多面反射鏡6之間配置半透鏡8。該半透鏡8使光源4射出的紅外線通過并射向多面反射鏡6，但使來自多面反射鏡6的反射紅外線按規(guī)定方向偏轉。
在反射紅外線的偏轉路徑上，從半透鏡8一側依次配置分束鏡10和12。分束鏡10使一部分反射紅外線偏轉而成為第一反射紅外線，并使其余的反射紅外線通向分束鏡12。分束鏡12使通過分束鏡10的反射紅外線的一部分偏轉而成為第二反射紅外線，并使其余的反射紅外線通過而成為第三反射紅外線。
第一～第三反射紅外線通過第一～第三帶通濾波器14，16和18后，分別供給第一～第三紅外線檢測器20，22和24。第一～第三帶通濾波器14，16和18只使反射紅外線中的特定波長成分通過，并供給對應的紅外線檢測器。第一～第三紅外線檢測器20～24把對應的波長成分的電平即反射強度轉換成電信號，把這些電信號作為第一～第三檢測信號S1，S2和S3供給判定電路26。
這里，第一～第三帶通濾波器14，16和18各自從反射紅外線中取出第一～第三波長成分，而選擇這些波長成分的波長是為了有效識別原料T和夾雜物。具體地說，第一～第三波長成分的波長是1200nm，1700nm和1940nm。
選擇上述第一～第三反射成分的理由如下圖2中的實線T1，T2，T3和T4表示由普通煙、華來煙、東方煙及黃煙等四種煙葉反射的紅外線光譜的反射特性。
另一方面，圖2中的虛線、點劃線和二點劃線A，B和C表示由各種夾雜物反射的紅外線光譜的反射特性。具體地說，A，B和C的反射特性是分別從用于煙葉捆包的打包材料和包裝帶即合成樹脂、包裝箱材料即氨基甲酸乙酯泡沫材料以及用作包裝箱內襯的防濕紙上得到的。此外，圖2中的三點劃線D的反射特性是從構成傳送帶的黑色合成橡膠上得到的。
正如圖2所明確的，反射特性T1，T2，T3和T4起因于煙葉的色彩不同，稍有差異。但是反射特性T1，T2，T3和T4具有相同的趨勢。
從第一波長成分(1200nm)來看，很難把合成樹脂材料的反射特性A(虛線)和煙葉的反射特性T1～T3明顯區(qū)別開來。但是從第三波長成分來看，反射特性A能夠明顯區(qū)別于煙葉的反射特性T1，T2，T3和T4中的任何一個。
另一方面，氨基甲酸乙酯泡沫材料和防濕紙的反射特性B和C，從第三波長成分來看不能明顯區(qū)別于煙葉的各反射特性T1，T2，T3和T4，但是用第一波長成分或第二波長成分能夠區(qū)別于反射特性T1，T2，T3和T4中的任何一個。
因此，圖2表明把在第一～第三波長成分的包含原料T反射特性(T1，T2，T3和T4)的反射率的區(qū)域，即把反射強度區(qū)R1，R2，R3和第一～第三波長成分的反射強度進行比較，就能檢測原料T中的夾雜物。
因而正如圖3所示，判定電路26配備有第一～第三門電路28，30和32。這些門電路28，30和32的輸入端子接收上述第一～第三檢測信號S1，S2和S3，分別與OR電路34連接。第一～第三門電路28，30和32各具有上限值和下限值，這些上限值和下限值表示與對應的反射強度區(qū)R1，R2和R3兩端電平相對應的閾值。
如果供給一個門電路的檢測信號S偏離了該門電路的上限值和下限值之間規(guī)定的容許區(qū)，則該門電路就向OR電路34輸出導通信號，而OR電路34就輸出排除信號。
以上業(yè)已明確說明，當OR電路34接收來自第一門電路28的導通信號而輸出排除信號時，該排除信號表示原料T中存在反射特性B或C的夾雜物。同樣，當OR電路34接收來自第二門電路30或第三門電路32的導通信號而輸出排除信號時，該排除信號表示原料中存在反射特性A，B或C的夾雜物。
OR電路34發(fā)出的排除信號供給排除裝置(圖中未示出)。該排除裝置處在比多面反射鏡6還靠下游的原料T輸送路徑上，包括夾雜物的原料T到達此處時，該排除裝置就將傳送帶2上的全寬度方向區(qū)的原料T連同檢測的夾雜物一起排除出輸送路徑。
上述判定電路26不僅能夠檢測原料T中的夾雜物，還能夠在傳送帶2的寬度方向確定檢測夾雜物的具體位置。具體地說，由判定電路檢測夾雜物時，根據(jù)上述多面反射鏡6射出的紅外線的偏轉角可確定傳送帶2上的紅外線的掃描位置，即可專門確定夾雜物的位置。這時候，排除裝置能夠在傳送帶2的寬度方向將夾雜物周圍的原料T連同夾雜物一起排除，這樣就可減少原料T的排除量。
采用上述第一實施例的檢測裝置，向原料T傳輸紅外線和傳輸原料T的反射紅外線是使用同一路徑，所以提供的檢測裝置是緊湊而小型的。
下面，說明圖4和圖5的第二實施例的檢測裝置和檢測方法。
第二實施例的檢測裝置在傳送帶2的上方配有紅外線攝像機36。該紅外線攝像機36具有覆蓋傳送帶2全寬度的攝像視場，其內部結構具體示于圖5。紅外線攝像機36具有攝像透鏡38。該攝像透鏡38聚集來自傳送帶2上的原料T的反射紅外線，并將該反射紅外線入射到分束鏡42上。
分束鏡42使來自攝像透鏡38的一部分反射紅外線通過而通向第一帶通濾波器14，而使其余的反射紅外線向分束鏡44偏轉。再者，分束鏡44使來自分束鏡42的一部分反射紅外線通過而通向第二帶通濾波器16，而使其余的反射紅外線向第三帶通濾波器18偏轉。
如上所述，第一～第三帶通濾波器14～18分別從反射紅外線取出第一～第三波長成分，然后取出的波長成分通過各自的聚光透鏡51入射到第一～第三紅外線行掃描器50，52和54。
第一～第三紅外線行掃描器50～54具有CCD陣列，CCD陣列把入射的波長成分的反射強度轉換成電信號，將這種電信號作為檢測信號S1，S2和S3輸出。在此，檢測信號S對傳送帶2的寬度方向表示其紅外線光譜的反射強度分布。
來自各紅外線行掃描器50～54的檢測信號供給具有與上述判定電路26同樣功能的判定電路56。判定電路56檢測原料中的夾雜物，同時還確定帶送帶2寬度方向的夾雜物的具體檢測位置，并輸出該位置信號。因此第二實施例的檢測裝置和檢測方法也同第一實施例的檢測裝置和檢測方法一樣，能夠準確檢測原料T中的夾雜物。
下面，說明圖6～圖8的第三實施例的檢測裝置和檢測方法。
第三實施例的檢測裝置配備有殼體60，該殼體60內裝有紅外線發(fā)生源62。紅外線發(fā)生源62可包括諸如碘鎢燈、鈉蒸氣燈或紅外線加熱器。
紅外線發(fā)生源62發(fā)生的紅外線通過第一～第三帶通濾波器64，66和68分別射到光纖70上。這里，第一～第三帶通濾波器64，66和68能夠只分別接收紅外線中的上述第一～第三波長成分，并將接收的波長成分引入對應的光纖70。
各光纖70與接頭72光學連接，從該接頭72上伸出兩根光纖74。因此光纖74只傳輸紅外線發(fā)生源62發(fā)生的紅外線中的三個特定的波長成分。光纖74從殼體60向傳送帶2延伸，并分別與行式照明器76光學連接。
行式照明器76配置在傳送帶2的上方，既沿傳送帶2的橫向延伸，又與傳送帶2的運行方向保持間隔。因此，行式照明器76只將紅外線的三個波長成分均勻地照射在傳送帶2上的原料T上，然后原料T反射三個波長成分。在此如圖7所示，兩個行式照明器76的照射線最好是相同的。
再者，殼體60內配置有冷卻風扇78。該冷卻風扇78一旋轉，殼體內就產生通過紅外線發(fā)生源62周圍的外來氣體氣流，這樣外來氣體就冷卻紅外線發(fā)生源62。
如圖7所示，在傳送帶2的上方配置有紅外線攝像機80。該紅外線攝像機80接收由原料T反射的紅外線，即接收紅外線的第一～第三波長成分，然后根據(jù)這些第一～第三波長成分的反射強度檢測原料T中的夾雜物，而且專門確定其夾雜物的位置。
如圖8所示，紅外線攝像機80具有與上述攝像機36相同的結構，不過圖8更具體地表示出紅外線攝像機80的判定電路56。
判定電路56具有第一～第三比較器82，84和86，這些比較器接收來自對應的紅外線行掃描器的檢測信號S，并將接收的檢測信號與其閾值進行比較。
具體地說，第一比較器82對第一波長成分具有第一閾值，該閾值相當于夾雜物B和煙葉T4的中間的反射強度即上述反射強度區(qū)R1(參見圖2)的下限值。第一檢測信號比第一閾值小時，比較器82通過OR電路88輸出排除信號。這時候輸出的排除信號表示檢測的夾雜物是B或C。
另一方面，第二比較器84就第二波長成分的反射強度具有表示煙葉T1的電平的第二閾值。第二檢測信號S2比第二閾值大時，第二比較器84通過OR電路88輸出排除信號。這時候輸出的排除信號表示檢測的夾雜物是A。
再者，第三比較器86秒第三波長成分的反射強度具有表示煙葉T4的電平的第三閾值。第三檢測信號S3比第三閾值小時，第三比較器86通過OR電路88輸出排除信號。這時候輸出的排除信號表示檢測的夾雜物是B或C。
因此，第三實施例的檢測裝置和檢測方法同上述第一和第二實施例的檢測裝置和檢測方法一樣，能夠準確檢測原料T中的各種夾雜物，而且第三實施例還能防止原料T的熱變質。也就是說，第三實施例只在原料T上照射紅外線的第一～第三波長成分，故原料T不會過熱。因此，煙葉不會過于干燥，味道不會變壞。
第三實施例對原料T可以配備分別單獨照射紅外線的第一～第三波長成分的行式照明器和與各行式照明器構成各組的紅外線攝像機，行式照明器沿傳送帶的運行方向相互保持間隔地配置。在這種情況下，各紅外線攝像機就不必具有從反射紅外線取出特定波長成分的功能。
圖9表示第四實施例的檢測裝置和檢測方法。
第四實施例的檢測裝置配備有第一～第三激光聚光燈90、92和94。這些激光聚光燈分別射出波長互不相同的第一～第三激光λ1，λ2和λ3。第一激光聚光燈90射出的第一激光λ1通過半透鏡96和98后，由全反射鏡100向行式激光發(fā)生器102反射。行式激光發(fā)生器102將第一激光λ1照射在傳送帶2上的原料T上。
第二和第三激光聚光燈92和94射出的第二和第三激光λ2和λ3由對應的半透鏡反射后，由全反射鏡100反射，然后和第一激光λ1一起由行式激光發(fā)生器102照射在傳送帶2上的原料T上。
這里，第一～第三激光λ1，λ2和λ3和上述紅外線中的第一～第三波長成分一樣，對于其反射強度當然也是從原料T和各種夾雜物間產生明顯差異的波長中選擇的。而且，第四實施例的檢測裝置對原料T的夾雜物采取和第二或第三實施例同樣的判定方式，并根據(jù)激光的反射強度檢測夾雜物。
第四實施例的檢測裝置也可以不使用光纖14和18，而使用反射鏡和透鏡等構成的光傳輸路徑。
對于上述任何一個實施例來說，原料T中的夾雜物都是根據(jù)由原料T反射的光中的三個波長成分來檢測的。但是檢測夾雜物只使用兩個波長成分也是可能的。具體地說，正如圖2所明確的，只用第一和第二檢測信號S1和S2，或者只用第二和第三檢測信號S2和S3也能檢測夾雜物A，B和C。
此外，用于檢測夾雜物的紅外線的波長成分不必專門限定為上述波長即1200nm，1700nm和1940nm，若原料T和夾雜物是在其反射強度上產生明顯差異的波長成分，則可使用任意波長成分。
再者，在原料T中包括A～C以外的夾雜物的情況下，對這些夾雜物的檢測就必須使用合適的波長成分。
本發(fā)明的檢測裝置和檢測方法可適用于單品種煙葉和煙葉切成的煙絲等各種原料。
權利要求
1.一種檢測原料中的夾雜物的檢測裝置，其特征在于上述檢測裝置配備有向在傳送帶上輸送的原料照射檢驗光的照射器、受光器和判定電路；所述受光器既是接收由上述原料反射的檢驗光的受光器，又是就上述原料和上述夾雜物之間產生反射強度差異的上述檢驗光的多個波長成分輸出這些特定波長成分的反射強度的光電檢測器；所述判定電路對上述原料固有的特定波長成分的反射強度和由上述受光器輸出的反射強度進行比較，并根據(jù)該比較結果檢測上述原料中的夾雜物。
2.如權利要求1所述的上述裝置，其特征在于上述照射器包括發(fā)生作為上述檢驗光的紅外線的發(fā)生源，上述受光器包括取出由上述原料反射的紅外線的上述特定波長成分的取出器件。
3.如權利要求2所述的上述裝置，其特征在于上述照射器還包括能夠旋轉的多面反射鏡，上述多面反射鏡將來自上述發(fā)生源的紅外線向上述傳送帶上的上述原料反射，并使上述反射紅外線沿上述傳送帶的寬度方向進行掃描。
4.如權利要求3所述的上述裝置，其特征在于上述多面反射鏡將來自上述原料的上述反射紅外線傳輸給上述受光器。
5.在如權利要求1所述的上述裝置中，上述照射器只將上述檢驗光的上述特定波長成分照射在上述原料上。
6.如權利要求5所述的上述裝置，其特征在于上述照射器包括發(fā)生作為上述檢驗光的紅外線的發(fā)生源、以及從來自上述發(fā)生源的紅外線中取出上述特定波長成分的取出器，上述照射器只將上述取出的特定波長成分照射在上述傳送帶上的原料上。
7.如權利要求6所述的上述裝置，其特征在于上述照射器還包括冷卻上述發(fā)生源的冷卻裝置。
8.一種檢測原料中的夾雜物的檢測方法，其特征在于，包括向在傳送帶上輸送的原料照射檢驗光；接收由上述原料反射的檢驗光，就上述原料和上述夾雜物之間產生反射強度差異的上述檢驗光的多個特定波長成分輸出這些特定波長成分的反射強度；對上述原料固有的上述特定波長成分的反射強度和上述輸出的反射強度進行比較，并根據(jù)該比較結果檢測上述原料中的夾雜物。
9.如權利要求8所述的上述方法，其特征在于上述檢驗光是紅外線；取出由上述原料反射的紅外線的上述特定波長成分。
10.如權利要求8所述的上述方法，其特征在于上述檢驗光是只由上述特定波長成分構成的紅外線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種檢測原料中的夾雜物的裝置和方法,該方法包括:向傳送帶(2)上的原料(T)照射紅外線或紅外線的多個特定波長成分,測量由原料(T)反射的特定波長成分的反射強度,將測定的反射強度和原料(T)固有的特定波長成分的反射強度進行比較,根據(jù)該比較結果檢測出原料(T)的夾雜物。
文檔編號G01N21/85GK1354627SQ00808652
公開日2002年6月19日 申請日期2000年6月6日 優(yōu)先權日1999年6月8日
發(fā)明者佐藤清美, 二村毅, 木田信三 申請人:日本煙草產業(yè)株式會社