用于檢測物品的裝置、系統以及方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于檢測物品的裝置(10)，該裝置包括：第一光源(14a)，該第一光源適于發射第一光束(16a)；第二光源(14b)，該第二光源適于發射第二光束(16b)，其中，該裝置布置成使得第一光束與第二光束朝向掃描元件(20)匯聚，該掃描元件例如為旋轉多邊形鏡；掃描元件，該掃描元件適于使匯聚的第一光束以及第二光束朝向待檢測的物品改變方向；以及檢測器(26)，該檢測器適于接收物品通過掃描元件反射的光(38)。
【專利說明】用于檢測物品的裝置、系統以及方法
[0001] 本發明涉及一種用于檢測物品的裝置。本發明還涉及一種檢測物品的系統以及方 法。
[0002] US6449036(W〇llmann等人）公開了一種設備，其中，兩個激光器均產生激光束。激 光束通過鏡發生偏轉并且匯聚成共同的光束。為了這個目的，一個鏡是透明的，以用于位 于該鏡后面的激光器的激光束。組合的激光束穿過另一鏡中的孔并射在旋轉的多邊形鏡 輪的一個平面多邊形表面上。多邊形鏡輪引導拋物面鏡上方的激光束，并且被拋物面鏡反 射的激光束被引導至斜交鏡并射在待掃描物體的表面上。物體表面被投影至光接收器上。 US6449036中的設備的缺點在于激光器是單色的（monochromatic，單頻的）。
[0003] W09844335Al(Ruymen)公開了一種可安裝在分類裝置中的設備。該設備設置有兩 個光源，每個光源均產生強烈的聚焦光帶。兩個光源產生不同頻率的光并且可通過選擇性 的半反射鏡（二向色鏡）以及普通鏡匯聚成一個激光束帶。這個光帶被朝向移動的棱鏡反 射。這個鏡的面是反射性的，并且這些面設置成彼此成基本相同的角度。此外，這個棱鏡繞 著該棱鏡的中央軸線旋轉。落在這種面上的光帶被引導朝向待分類的產品。由于鏡的旋轉， 光帶在產品的部分的流上橫向移動。在這樣做時，所述帶每次均沿相同的方向在部分的流 的寬度上方的兩個位置之間移動。當光帶落在產品的一部分上時，該光帶被所述部分散射 和/或反射。散射的光被相同的面至少部分地捕獲，并且該散射的光通過所述面沿著與光 帶近似相同的路徑被引導至分束器，該分束器朝向兩個檢測器成角度地反射該散射的光。 W09844335A1中的設備的缺點在于照射是在與檢測相同的光路上，從而可產生關于全反射 的問題。
[0004] US3176306涉及一種用于測試材料的表面質量的裝置，并且其公開了一種"移動" 狹縫觀測裝置，其中，錫片沿特定方向再次移動。上下排燈（線光源）安裝成給出期望的偏 離鏡面的照射角度，并且對橫向于其移動方向的錫片的帶進行照射。罩（hood)定位成與該 帶相對，以便將電視攝像機的視角約束至該帶。
[0005] 本發明的一個目的是提供一種用于檢測物品的改善的裝置以及方法。本發明限定 在所附的獨立權利要求中。在所附的從屬權利要求中闡述了實施方式。
[0006] 根據本發明的一方面，提供了一種用于檢測物品的裝置，該裝置包括：第一光源， 該第一光源適于發射第一光束；第二光源，該第二光源適于發射第二光束，其中，該裝置布 置成使得第一光束以及第二光束朝向掃描兀件匯聚；掃描兀件，該掃描兀件適于使匯聚的 第一光束以及第二光束朝向待檢測的物品改變方向；以及檢測器，該檢測器適于接收物品 通過掃描元件反射的光。
[0007] 裝置可進一步包括第一鏡以及第二鏡，該第一鏡布置在第一光源與掃描兀件之間 的光路中，該第二鏡布置在第二光源與掃描元件之間的光路中，其中，第一鏡適于使第一光 束改變方向，并且第二鏡適于使第二光束改變方向，以使得第一光束與第二光束朝向掃描 元件匯聚。
[0008] 第一光源與第一鏡之間的距離可不同于第二光源與第二鏡之間的距離。
[0009] 檢測器可布置成接收在第一光束與第二光束之間傳播的反射光。
[0010] 檢測器可定位在第一鏡與第二鏡之間，或者鏡元件可定位在第一鏡與第二鏡之 間，以用于使反射光改變方向至檢測器。
[0011] 用于傳送物品的傳送工具可設置在裝置下方。
[0012] 傳送工具包括以下三者中的至少一個：傳送帶；坡道（chute，斜槽），以及自由下 落路徑。
[0013] 裝置可進一步包括安裝板，其中，至少掃描元件安裝在該安裝版上，并且其中，安 裝板布置成與傳送工具的法線成2度至15度的角（A)，所述角優選地為大約10度。
[0014] 裝置可布置成使得第一光束與第二光束在傳送工具上的物品上基本重疊。
[0015] 裝置可進一步包括第一透鏡以及第二透鏡，該第一透鏡布置在第一光源與第一鏡 之間，該第二透鏡布置在第二光源與第二境之間，其中，第一透鏡以及第二透鏡中的至少一 個是能移動的，以用于調節光源與透鏡之間的距離。
[0016] 裝置可進一步包括殼體，該殼體容納至少掃描元件并且具有底壁，該底壁具有位 于掃描兀件下方的窗，其中，至少一個參考兀件布置成接近所述窗。
[0017] 所述參考元件可包括以下三者中的至少一個：白色參考件，該白色參考件包括兩 個（基本）白色的參考區域以及中央三角鏡；黑色或深色參考區域；以及開孔，該開孔位于 底壁中，具有用于收集環境光的透鏡。
[0018] 掃描元件可為旋轉多邊形鏡以及傾斜鏡中的一個。
[0019] 第一光源以及第二光源可為點光源，其中，裝置進一步包括適于照射物品的至少 一個線光源。
[0020] 第一光束與第二光束在被第一鏡以及第二鏡改變方向之前可為平行的或基本平 行的，其中，第一光源和第二光源以及第一鏡和第二鏡布置在平面P中，該平面垂直于掃描 元件的旋轉平面或傾斜平面，其中，第一鏡以及第二鏡中的一個適于使第一光束在所述平 面P中以小于90度改變方向，并且第一鏡以及第二鏡中的另一個適于使第二光束在所述平 面P中以大于90度改變方向，并且其中，檢測器或鏡元件在第一鏡與第二鏡之間定位在所 述平面P中，所述鏡元件適于使反射光改變方向至檢測器。
[0021] 根據本發明的另一方面，提供了一種系統，該系統包括如上文限定的兩個裝置，這 兩個裝置并排放置，以使得兩個裝置的檢測區域部分地重疊。
[0022] 兩個裝置的操作可為同步的，以使得檢測區域的重疊部不被兩個裝置同時照射。
[0023] 根據本發明的又一方面，提供了一種檢測物品的方法，該方法包括：發射第一光 束；發射第二光束；使第一光束以及第二光束定向或改變方向，以使得第一光束以及第二 光束朝向掃描元件匯聚；通過掃描元件使匯聚的第一光束以及第二光束朝向待檢測的物品 改變方向；以及接收物品通過掃描元件反射的光。這個方面可顯示出與前文描述的方面相 同或類似的特征以及技術效果，并且反之亦然。
[0024] 現將參考附圖更詳細地描述本發明，該附圖示出了本發明當前優選的實施方式。
[0025] 圖1是根據本發明的實施方式的裝置的示意性俯視圖。
[0026] 圖2是圖1中裝置的側視圖。
[0027] 圖3是圖1中裝置的主視圖。
[0028] 圖4是根據本發明的另一實施方式的裝置的局部透視圖。
[0029] 圖5是本裝置的示意性局部俯視圖。
[0030] 圖6是本裝置的不意性局郃側視圖。
[0031] 圖7是根據本發明的白色參考元件的主視圖。
[0032] 圖8是本裝置的示意性局部主視圖。
[0033] 圖9示出了本發明的雙重構造。
[0034] 圖10是根據本發明的又一實施方式的裝置的示意性俯視圖。
[0035] 圖1至圖3示出了用于檢測物品12的裝置10。
[0036] 裝置10包括第一光源14a以及第二光源14b。應該注意的是，如本文所使用的"光" 不限于人眼可見的電磁輻射，而可還包括其他波長的光，特別是紫外光和紅外光。
[0037] 第一光源14a適于發射第一光束16a，而第二光源14b適于發射第二光束16b，該 第二光束平行于第一光束，例如，如在圖1中可見。光源14a、14b可為相同的類型并且發射 相同種類的光。光源14a、14b可例如為55W的燈泡,但還可使用其他光源。而且，光源14a、 14b可為寬帶源，例如具有400nm-1800nm的發射物（emission)。而且，與US3176306的上 下排燈相比，光源14a、14b可為點光源。
[0038] 裝置10還包括第一鏡18a以及第二鏡18b。第一鏡18a以及第二鏡18b可為平面 折疊式反射鏡（folding mirror)。第一鏡18a布置在第一光源14a的前方一距離處，并且 適于使第一光束16a改變方向（重定向）。第二鏡18b布置在第二光源14b的前方更遠的 一距離處，并且適于使第二光束改變方向。具體地，第一鏡18a成角度以使第一光束16a以 恰好小于90度改變方向，而第二鏡18b成角度以使第二光束16b以恰好大于90度改變方 向，如在圖1中可見。
[0039] 裝置10還包括掃描元件或設備，這里為旋轉多邊形鏡20。多邊形鏡20具有多個 反射面22。而且，多邊形鏡20布置成繞著該多邊形鏡的中央軸線24旋轉，例如通過馬達 (未不出）。多邊形鏡20適于使第一光束以及第二光束進一步朝向物品12改變方向。
[0040] 裝置10還包括檢測器26,該檢測器適于接收由物品12通過旋轉多邊形鏡20反射 的光。檢測器26可例如為光譜儀。檢測器26可放置在與第一光源14a以及第二光源14b 以及鏡18a、18b相同的平面P(由X方向與y方向限定）中，該平面P垂直于多邊形鏡20 的旋轉平面，例如見圖2至圖3。而且，檢測器26可放置在鏡18a、18b的后面（如在X方向 可見），并且放置在鏡18a與18b之間（如在y方向可見）。
[0041] 在使用裝置10檢測物品的方法中，使用第一光源14a以及第二光源14b產生第一 平行光束16a以及第二平行光束16b。第一光束16a通過第一鏡18a改變方向，并且第二光 束16b通過第二鏡18b改變方向，借此改變方向的第一光束16a以及第二光束16b朝向旋轉 多邊形鏡20匯聚。落在一個面22上的匯聚的光束16a、16b進一步朝向傳送工具改變方向， 并且在傳送工具上方掃描，這里該傳送工具為傳送帶30,待檢測的物品12在傳送帶上被傳 送。應該注意的是，當光束16a、16b擊中面22時，光束還沒有完全重疊或匯聚，但這些光束 比它們在鏡18a、18b處時更接近彼此（在y方向上）。由于多邊形鏡20的旋轉，光束16a、 16b在傳送帶30的寬度上的兩個位置32與34之間的相同方向上在傳送帶30上重復地橫 向移動，如由圖2中的箭頭36所示。當光束16a、16b通過一個面22落在物品12上時，光 束16a、16b的光（該光現在完全重疊）被物品12反射。該反射通常是漫反射（diffuse)， 并且用參考標號38來指代的反射光至少部分地被同一個面22捕獲，并且該反射光在匯聚 的光束16a、16b之間被引導至檢測器26。由于第一鏡18a和第二鏡18b在y方向上被充分 地間隔開，因此反射光38可在這兩個鏡之間穿過并且被檢測器26所接收（見圖1)。
[0042] 因此，在使用中，傳送帶30上的任何物品12均被來自兩個光源14a、14b的光所照 射。如果光源14a、14b中的一個損壞，則裝置10仍將用僅一個光源進行操作。而且，由于 光束16a、16b是匯聚的，因此可避免全反射（多個全反射）。
[0043] 在圖4中的裝置10類似于圖1至圖3的裝置，但在這里，第一光源14a與鏡18a 之間的距離比第二光源14b與鏡18b之間的距離更長。這樣，第一光束16a與第二光束16b 不相交。而且，鏡元件40定位在第一鏡18a與第二鏡18b之間，以用于將反射光改變方向 至檢測器26。這樣，大體積檢測器26將不阻擋光16a、16b、38的路徑。
[0044] 本裝置10可還包括第一透鏡44a以及第二透鏡44b，該第一透鏡布置在第一光源 14a與第一鏡18a之間，該第二透鏡布置在第二光源14b與第二鏡18b之間，如在圖5中可 見。第一透鏡44a以及第二透鏡44b可在如由雙箭頭表示的y方向上移動，借此可調節相 應的光源14a、14b與透鏡44a、44b之間的距離。這樣，裝置10可根據與傳送帶30的距離 而安裝并恰當地聚焦。第一透鏡44a和第二透鏡44b可例如為聚焦透鏡。優選地，每個透 鏡44a、44b均布置在相應的管46a、46b中。除了設置用于透鏡44a、44b移動的路徑之外， 管46a、46b還可用于校準來自光源14a、14b的光。
[0045] 如在圖5中（并且也在圖4中）還可見，本裝置10可還包括維護室48,該維護室 容納第一光源14a以及第二光源14b。維護室48的內部優選地為隔離的，并且門50是導熱 的并用作熱交換器。
[0046] 本裝置10還可包括至少一個參考元件，見圖4和圖6。該至少一個參考元件放置 成接近或鄰近裝置的在多邊形鏡20下方的殼體60中的窗58。為了這個目的，裝置10構造 成使得第一光束16a以及第二光束16b在至少一個參考元件上方重復地掃動。因此，隨著 多邊形鏡20旋轉，檢測器26通過每個掃描線檢測到該至少一個參考元件，并且裝置10可 相應地調節或校準。至少一個參考元件可例如用于表示光源老化以及缺陷光源。而且，通 過使用深色參考件和白色參考件（見下文），則不需要溫度校準或補償。
[0047] 至少一個參考元件可包括白色參考元件52,如還在圖7中所示。白色參考元件52 可包括兩個白色參考區域或表面62a、62b，并包括布置在兩個白色區域62a、62b之間的三 角鏡64。三角鏡64可為等邊的或等腰的，其中，與基座隔開的兩個側面是反射的。在操作 時，入射光16a、16b被白色區域或表面62a、62b反射，并且這些入射光通過三角鏡64改變 方向朝向檢測器26返回。
[0048] 而且，至少一個參考元件可包括黑色或深色參考區域54。這個區域54可例如為繪 成或涂成黑色的表面。
[0049] 而且，至少一個參考元件可包括位于殼體60的底壁中的開孔66,該開孔具有用于 收集環境光的透鏡68。這樣，裝置10可根據周圍環境如何變亮或變暗（例如，通過從反射 光38中減去的環境光）而進行調節或校準。
[0050] 本裝置10可還包括如在圖8中可見的接地板或安裝板42。至少多邊形鏡20安 裝在安裝板42上，但優選地，光源14a、14b以及鏡18a、18b也安裝在該安裝板上。安裝板 42布置成相對于傳送帶30和窗58的前玻璃的法線成2度至15度的角A，優選地為大約10 度。這樣可避免來自物品12/傳送帶30以及來自窗58的前玻璃兩者的全反射（即，入射 角不為零）。
[0051] 而且，兩個裝置10可布置成彼此接近，具有少量重疊的檢測區域70a、70b，如在圖 9中可見。用參考標號72來指代重疊部。通過使用并排的兩個裝置10,可有效地檢查較寬 的傳送帶30。而且，兩個裝置10的操作可為同步的，這樣使得檢測區域70a、70b的重疊部 72不同時被兩個裝置10照射。為此，伺服馬達可用于旋轉多邊形鏡。
[0052] 圖10中的裝置10類似于圖1至圖3中的裝置，但這里省略了第一鏡18a以及第 二鏡18b。替代地，第一光源14a以及第二光源14b定向成使得第一光束16a以及第二光束 16b朝向掃描兀件20匯聚。
[0053] 本裝置10以及方法可用于基本檢測在電磁場（電磁信號）內給出反射的任何物 品12。通過使用作為檢測器26的光譜儀，不僅可檢測存在的一些物品12而且可檢測物品 12的類型或材料。本裝置10以及方法的應用包括但不限于各種材料分類以及循環應用。
[0054] 本領域的技術人員將理解本發明絕不限制于上文描述的實施方式（多個實施方 式）。相反，可在所附權利要求的范圍內做出許多修改以及變型。
[0055] 例如，傳送帶30可被坡道或自由下落路徑替換。
[0056] 而且，多邊形鏡可被傾斜鏡替換。
[0057] 而且，裝置10還可包括適于照射物品的至少一個線光源。該至少一個線光源可適 于隨著來自第一光源以及第二光源的掃描光束而對傳送工具上的相同區域進行照射。而 且，該至少一個線光源可適于發射與第一光源以及第二光源相比不同波長或波長范圍的 光，以便擴大裝置的范圍。以下一些源可進行組合：UV(紫外）光、NIR(近紅外）光、MIR(中 紅外）光以及VIS(可見/可視）光。
【權利要求】
1. 一種用于檢測物品（12)的裝置（10)，所述裝置包括： 第一光源（14a)，所述第一光源適于發射第一光束（16a); 第二光源（14b)，所述第二光源適于發射第二光束（16b)，其中，所述裝置布置成使得 所述第一光束與所述第二光束朝向掃描兀件（20)匯聚； 所述掃描元件，所述掃描元件適于使匯聚的所述第一光束以及所述第二光束朝向待檢 測的所述物品改變方向；以及 檢測器（26)，所述檢測器適于接收所述物品通過所述掃描元件反射的光（38)。
2. 根據權利要求1所述的裝置，所述裝置進一步包括第一鏡（18a)以及第二鏡（18b)， 所述第一鏡布置在所述第一光源與所述掃描元件之間的光路中，所述第二鏡布置在所述第 二光源與所述掃描元件之間的光路中，其中，所述第一鏡適于使所述第一光束改變方向，并 且所述第二鏡適于使所述第二光束改變方向，以使得所述第一光束與所述第二光束朝向所 述掃描元件匯聚。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其中，所述第一光源與所述第一鏡之間的距離不同于 所述第二光源與所述第二鏡之間的距離。
4. 根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述檢測器布置成接收在所述第一 光束與所述第二光束之間傳播的反射光。
5. 根據權利要求2至4中任一項所述的裝置，其中，所述檢測器定位在所述第一鏡與所 述第二鏡之間，或者其中，鏡元件（40)定位在所述第一鏡與所述第二鏡之間，以用于使反 射光改變方向至所述檢測器。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，用于傳送所述物品的傳送工具（30) 設置在所述裝置下方。
7. 根據權利要求5所述的裝置，其中，所述傳送工具包括以下三者中的至少一個：傳送 帶（30);坡道，以及自由下落路徑。
8. 根據權利要求5或6所述的裝置，所述裝置進一步包括安裝板，其中，至少所述掃描 元件安裝在所述安裝板（42)上，并且其中，所述安裝板布置成與所述傳送工具的法線成2 度至15度的角（A)，所述角優選地為大約10度。
9. 根據權利要求5、6或7所述的裝置，所述裝置布置成使得所述第一光束與所述第二 光束在所述傳送工具上的所述物品上基本重疊。
10. 根據權利要求2至8中任一項所述的裝置，所述裝置進一步包括第一透鏡（44a)以 及第二透鏡（44b)，所述第一透鏡布置在所述第一光源與所述第一鏡之間，所述第二透鏡布 置在所述第二光源與所述第二鏡之間，其中，所述第一透鏡與所述第二透鏡中的至少一個 是能移動的，以用于調節光源與透鏡之間的距離。
11. 根據前述權利要求中任一項所述的裝置，所述裝置進一步包括殼體（60)，所述殼 體容納至少所述掃描元件并且具有底壁，所述底壁具有位于所述掃描元件下方的窗（58)， 其中，至少一個參考元件布置成接近所述窗。
12. 根據權利要求10所述的裝置，其中，所述參考元件包括以下三者中的至少一個： -白色參考件（52)，所述白色參考件包括兩個基本白色的參考區域（62a，b)以及中央 三角鏡（64); -黑色或深色參考區域；以及 -開孔，所述開孔位于底壁中，所述開孔具有用于收集環境光的透鏡。
13. 根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述掃描元件是旋轉多邊形鏡以及 傾斜鏡中的一個。
14. 根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述第一光源以及所述第二光源是 點光源，并且其中，所述裝置進一步包括適于照射所述物品的至少一個線光源。
15. 根據權利要求2至13中任一項所述的裝置，其中，所述第一光束與所述第二光束在 被所述第一鏡以及所述第二鏡改變方向之前是平行的或基本平行的，其中，所述第一光源 和所述第二光源以及所述第一鏡和所述第二鏡布置在平面P中，所述平面垂直于所述掃描 元件的旋轉平面或傾斜平面，其中，所述第一鏡以及所述第二鏡中的一個適于使所述第一 光束在所述平面P中以小于90度改變方向，并且所述第一鏡以及所述第二鏡中的另一個適 于使所述第二光束在所述平面P中以大于90度改變方向，并且其中，所述檢測器或鏡元件 在所述第一鏡與所述第二鏡之間定位在所述平面P中，所述鏡元件適于使反射光改變方向 至所述檢測器。
16. -種系統，所述系統包括根據前述權利要求中任一項所述的兩個裝置，所述兩個裝 置并排布置，以使得所述兩個裝置的檢測區域（70a，b)部分地重疊。
17. 根據權利要求15所述的系統，其中，所述兩個裝置的操作是同步的，以使得所述檢 測區域的重疊部（72)不被兩個裝置同時照射。
18. -種檢測物品（12)的方法，所述方法包括： 發射第一光束（16a); 發射第二光束（16b); 使所述第一光束以及所述第二光束定向或改變方向，以使得所述第一光束以及所述第 二光束朝向掃描兀件（20)匯聚； 通過所述掃描元件使匯聚的所述第一光束以及所述第二光束朝向待檢測的所述物品 改變方向；以及 接收所述物品通過所述掃描元件反射的光。
【文檔編號】G01N21/84GK104067109SQ201380006071
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年1月24日 優先權日:2012年1月24日
【發明者】迪爾克·巴爾塔扎, 奧勒·奧恩斯魯德 申請人:陶朗分選有限公司