Устройство, система и способ обнаружения предмета
DEVICE, SYSTEM AND METHOD OF OBJECTING THE SUBJECT

Настоящее изобретение относится к устройству для обнаружения предмета. Настоящее изобретение также относится к системе и способу обнаружения предмета.
В документе US 6449036 (Wollmann et al.) раскрывается устройство, в котором каждый из двух лазеров образует лазерный луч. Лазерные лучи отражаются от зеркал и собираются вместе в объединенный луч. Для этой цели, одно из зеркал является прозрачным для лазерного луча лазера, размещенного позади него. Объединенные лазерные лучи проходят через отверстие в другом зеркале и накладываются на одну из плоских многоугольных поверхностей вращающегося многоугольного зеркального барабана. Многоугольный зеркальный барабан направляет лазерные лучи на параболическое зеркало, и лазерный луч, отраженный параболическим зеркалом, направляется на наклоненное зеркало и накладывается на поверхность объекта, который должен быть отсканирован. Поверхность объекта проектируется на приемник света. Недостатком данного устройства, описанного в US 6449036, является то, что лазер является монохроматическим.
В документе WO 9844335 Al (Ruymen) раскрывается устройство, которое может быть установлено в сортировочном устройстве. Устройство снабжено двумя источниками света, каждый из которых генерирует интенсивную, сфокусированную полосу света. Оба источника света генерируют свет различной частоты, и их сводят вместе в полосу лазерных лучей с помощью выборочно полуотражающего зеркала (дихроическое зеркало) и обычного зеркала. Эта полоса света отражается в направлении подвижного призматического зеркала. Поверхности этого зеркала являются отражающими и в основном установлены под одним углом друг к другу. Кроме того, это призматическое зеркало вращается вокруг своей центральной оси. Полоса света, падающая на такую поверхность, направлена на продукцию, которую нужно сортировать. В результате вращения зеркала полоса света движется в поперечном направлении потоку частей продукции. При этом указанная полоса движется каждый раз в одном направлении между двумя положениями по всей ширине потока частей. Когда полоса света падает на часть продукта, она рассеивается и/или отражается от указанной части. Рассеянный свет по меньшей мере частично поглощается той же поверхностью и посредством указанной поверхности проводится приблизительно тем же путем, что и полоса света к светорасщепляющему устройству, которое отражает рассеянный свет под углом по направлению к двум детекторам. Недостатком данного устройства, описанного в документе WO 9844335 A1, является то, что освещение происходит на одном и том же оптическом пути, где и обнаружение, в результате чего могут возникнуть проблемы с полными отражениями.
Документ US 3176306 относится к устройству для тестирования качества поверхности предмета, и в нем раскрывается "движущее" устройство воспроизведения со щелью, где лист жести снова движется в определенном направлении. Верхние и нижние осветительные устройства (линейные источники света) установлены для получения желаемого угла рассеивания освещения и освещения полосы листа жести поперечно к его направлению движения. Бленда размещена напротив полосы таким образом, чтобы ограничить видимость телевизионной камеры относительно полосы.
Целью настоящего изобретения является создание улучшенного устройства и способа обнаружения предмета. Настоящее изобретение определено в независимых пунктах прилагаемой формулы изобретения. Варианты осуществления определены в зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для обнаружения предмета, при этом устройство содержит первый источник света, предназначенный для испускания первого светового луча; второй источник света, предназначенный для испускания второго светового луча, при этом устройство расположено таким образом, что первый и второй световые лучи сходятся к элементу сканирования; элемент сканирования, предназначенный для перенаправления сходящихся первого и второго световых лучей к предмету, который нужно обнаружить; и детектор, предназначенный для получения света, отраженного предметом через элемент сканирования.
Данное устройство может дополнительно содержать первое зеркало, расположенное на оптическом пути между первым источником света и элементом сканирования, и второе зеркало, расположенное на оптическом пути между вторым источником света и элементом сканирования, где первое зеркало предназначено для перенаправления первого светового луча и второе зеркало предназначено для перенаправления второго светового луча таким образом, что первый и второй световые лучи сходятся к элементу сканирования.
Расстояние между первым источником света и первым зеркалом может отличаться от расстояния между вторым источником света и вторым зеркалом.
Детектор может быть расположен для получения отраженного света, который проходит между первым и вторым световыми лучами.
Детектор может быть расположен между первым и вторым зеркалами или элемент зеркала может быть расположен между первым и вторым зеркалами для перенаправления отраженного света к детектору.
Под устройством может быть предусмотрено средство для транспортировки для транспортировки предмета.
Средство для транспортировки содержит по меньшей мере одно из конвейерной ленты; спускного желоба и дорожки свободного падения.
Устройство может дополнительно содержать установочную пластину, при этом по меньшей мере элемент сканирования установлен на установочной пластине, и при этом установочная пластина расположена под углом (А) 2-15°, предпочтительно приблизительно 10°, к нормали средства для транспортировки.
Устройство может быть расположено таким образом, что первый и второй световые лучи практически перекрываются на предмете на средстве для транспортировки.
Устройство может дополнительно содержать первую линзу, расположенную между первым источником света и первым зеркалом, и вторую линзу, расположенную между вторым источником света и вторым зеркалом, где по меньшей мере одна из первой линзы и второй линзы является подвижной для регулировки расстояния между источником света и линзой.
Устройство может дополнительно содержать корпус, вмещающий по меньшей мере элемент сканирования и имеющий нижнюю стенку с окном ниже элемента сканирования, где по меньшей мере один эталонный элемент расположен рядом с указанным окном.
Указанный эталонный элемент может содержать по меньшей мере одно из белого эталона, содержащего две (практически) белые эталонные зоны и центральное треугольное зеркало; черной или темной эталонной зоны и прорези в нижней стенке с линзой для сбора света окружающей среды.
Элемент сканирования может быть одним из вращающегося многоугольного зеркала и поворачивающегося зеркала.
Первый и второй источники света могут быть точечными источниками света, где устройство дополнительно содержит по меньшей мере один линейный источник света, предназначенный для освещения предмета.
Первый и второй световые лучи могут быть параллельными или практически параллельными до перенаправления с помощью первого и второго зеркал, где первый и второй источники света и первое и второе зеркала расположены в плоскости P перпендикулярно вращающейся или поворачивающейся плоскости элемента сканирования, где одно из первого и второго зеркал предназначено для перенаправления первого светового луча с углом меньше чем 90° в указанную плоскость Р, а другое из первого и второго зеркал предназначено для перенаправления второго светового луча с углом больше чем 90° в указанную плоскость Р, и где детектор или элемент зеркала, предназначенный для перенаправления отраженного света к детектору, располагается в указанной плоскости P между первым и вторым зеркалами.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается система, содержащая два вышеописанных устройства, расположенных бок о бок таким образом, что зоны обнаружения двух устройств частично перекрываются.
Эксплуатация двух устройств может быть синхронизирована таким образом, что перекрывание зон обнаружения не освещается одновременно обоими устройствами.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается способ обнаружения предмета, при этом способ включает испускание первого светового луча; испускание второго светового луча; направление или перенаправление первого светового луча и второго светового луча таким образом, что первый и второй световые лучи сходятся к элементу сканирования; перенаправление сходящихся первого и второго световых лучей посредством элемента сканирования к предмету, который нужно обнаружить; и получение света, отраженного предметом, посредством элемента сканирования. Этот аспект может иметь такие же или схожие элементы и технические эффекты, что и вышеописанные аспекты, и наоборот.
Настоящее изобретение теперь будет описано более детально со ссылкой на прилагаемые графические материалы, иллюстрирующие в настоящее время предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 изображен схематический вид сверху устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 изображен вид сбоку устройства по фиг. 1.
На фиг. 3 изображен вид спереди устройства по фиг. 1.
На фиг. 4 изображен частичный вид в перспективе устройства в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 изображен схематический частичный вид сверху настоящего устройства.
На фиг. 6 изображен схематический частичный вид сбоку настоящего устройства.
На фиг. 7 изображен вид спереди белого эталонного элемента в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 8 изображен схематический частичный вид спереди настоящего устройства.
На фиг. 9 изображена двойная конфигурация настоящего изобретения.
На фиг. 10 изображен схематический вид сверху устройства в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1-3 изображено устройство 10 для обнаружения предмета 12.
Устройство 10 содержит первый источник 14а света и второй источник 14b света. Следует заметить, что 'свет', как используется в данном документе, не ограничивается электромагнитным излучением, видимым человеческим глазом, но может также включать излучение с другими длинами волн, в частности ультрафиолетовый свет и инфракрасный свет.
Первый источник 14а света предназначен для испускания первого светового луча 16а, в то время как второй источник 14b света предназначен для испускания второго светового луча 16b, который является параллельным первому световому лучу, как видно, например, на фиг.1. Источники 14a,b света могут быть одного и того же типа и испускать один и тот же вид света. Источниками 14a,b света могут, например, быть лампочки на 55 Вт, но могут использоваться и другие источники света. Кроме того, источниками 14a,b света могут быть источники широкого диапазона, например, с излучением 400-1800 нм. Кроме того, источниками 14a,b света могут быть точечные источники света, в отличие от верхних и нижних осветительных устройств, описанных в документе US 3176306.
Устройство 10 дополнительно содержит первое зеркало 18а и второе зеркало 18b. Первым и вторым зеркалами 18a,b могут быть плоские отклоняющие зеркала. Первое зеркало 18а расположено на расстоянии спереди первого источника 14а света и предназначено для перенаправления первого светового луча 16а. Второе зеркало 18b расположено на большем расстоянии впереди второго источника 14b света и предназначено для перенаправления второго светового луча. Конкретно, первое зеркало 18а наклонено для перенаправления первого светового луча 16а под углом меньше чем 90°, в то время как второе зеркало 18b наклонено для перенаправления второго светового луча 16b под углом больше чем 90°, как видно на фиг. 1.
Устройство 10 дополнительно содержит элемент или устройство сканирования, в данном случае это вращающееся многоугольное зеркало 20. Многоугольное зеркало 20 содержит множество отражающих поверхностей 22. Кроме того, многоугольное зеркало 20 располагается для вращения вокруг своей центральной оси 24, например, при помощи двигателя (не показан). Многоугольное зеркало 20 предназначено для дальнейшего перенаправления первого и второго световых лучей к предмету 12.
Устройство 10 дополнительно содержит детектор 26, предназначенный для получения света, отраженного предметом 12 через вращающееся многоугольное зеркало 20. Детектором 26 может быть, например, спектрометр. Детектор 26 может быть размещен в той же плоскости P (определенной x- и y-осями), что и первый и второй источник 14a,b света и зеркала 18a,b, плоскость которых P является перпендикулярной относительно вращающейся плоскости многоугольного зеркала 20, как показано, например, на фиг. 2-3. Кроме того, детектор 26 может быть размещен позади зеркал 18a,b, как видно по направлению x, и между зеркалами 18a,b, как видно по направлению y.
В способе обнаружения предмета с применением устройства 10 первый и второй параллельные световые лучи 16a,b генерируются с применением первого и второго источников 14a,b света. Первый световой луч 16а перенаправляется посредством первого зеркала 18а, а второй световой луч 16b перенаправляется посредством второго зеркала 18b, тем самым перенаправленные первый и второй световые лучи 16a,b сходятся к вращающемуся многоугольному зеркалу 20. Сходящиеся световые лучи 16a,b, падая на одну из поверхностей 22, далее перенаправляются и сканируются над средством для транспортировки, здесь это конвейер 30, на котором транспортируется предмет 12, который нужно обнаружить. Следует заметить, что когда лучи 16a,b ударяются об поверхность 22, они еще не полностью перекрываются или сходятся, но они находятся ближе друг к другу (в направлении y), чем когда они были возле зеркал 18a,b. Вследствие вращения многоугольного зеркала 20 световые лучи 16a,b повторно двигаются в поперечном направлении по конвейеру 30 в том же направлении между двумя положениями 32 и 34 над шириной конвейера 30, как показано стрелкой 36 на фиг. 2. Когда лучи 16a,b через одну из поверхностей 22 падают на предмет 12, свет лучей 16a,b (которые теперь полностью перекрываются) отражается предметом 12. Отражение обычно является рассеянным, и отраженный свет, определенный ссылочной позицией 38, по меньшей мере частично захватывается той же поверхностью 22 и проводится между сходящимися световыми лучами 16a,b к детектору 26. Когда первое и второе зеркала 18a,b будут в достаточной мере разнесены друг от друга в направлении у, отраженный свет 38 может проходить между ними и приниматься детектором 26 (см. фиг. 1).
Отсюда следует, что при применении любой предмет 12 на конвейере 30 освещается светом от двух источников 14a,b света. Если один из световых источников 14a,b сломан, устройство 10 будет по-прежнему работать только с одним источником света. Также, когда световые лучи 16a,b сходятся, полного отражения (отражений) можно избежать.
Устройство 10 на фиг. 4 является подобным к устройствам на фиг. 1-3, но здесь расстояние между первым источником 14а света и зеркалом 18а больше, чем расстояние между вторым источником 14b света и зеркалом 18b. Таким образом, первый и второй лучи 16a,b не пересекаются. Также, элемент 40 зеркала размещается между первым и вторым зеркалами 18a,b для перенаправления отраженного света к детектору 26. Таким образом, крупногабаритный детектор 26 не будет находиться на пути света 16a,b,38.
Настоящее устройство 10 может дополнительно содержать первую линзу 44а, расположенную между первым источником 14а света и первым зеркалом 18а, и вторую линзу 44b, расположенную между вторым источником 14b света и вторым зеркалом 18b, как видно на фиг. 5. Первая и вторая линзы 44a,b являются подвижными в направлении у, как обозначено двойными стрелками, тем самым расстояние между соответствующим источником 14a,b света и линзой 44a,b можно регулировать. Таким образом, устройство 10 можно настраивать и правильно фокусировать в зависимости от расстояния к конвейеру 30. Первая и вторая линзы 44a,b могут, например, быть фокусирующими линзами. Предпочтительно каждая линза 44a,b, расположена в соответствующей трубке 46a,b. За исключением предоставления пути для движения линз 44a,b, трубки 46a,b могут также применяться для коллимирования света из источников 14a,b света.
Как видно на фиг. 5 (и также на фиг. 4), настоящее устройство 10 может дополнительно содержать эксплуатационную камеру 48, в которой размещаются первый и второй источники 14a,b света. Внутренняя часть эксплуатационной камеры 48 предпочтительно изолирована, и дверца 50 является теплопроводящей и выступает в качестве теплообменника.
Настоящее устройство 10 может, кроме того, содержать по меньшей мере один эталонный элемент, см. фиг. 4 и 6. По меньшей мере один эталонный элемент размещается рядом или прилегает к окну 58 в корпусе 60 аппарата под многоугольным зеркалом 20. С этой целью, устройство 10 сконфигурировано таким образом, что первый и второй световые лучи 16a,b несколько раз проходят над по меньшей мере одним эталонным элементом. Таким образом, когда многоугольное зеркало 20 вращается, детектор 26 обнаруживает по меньшей мере один эталонный элемент с каждой сканирующей строкой, и устройство 10 может быть отрегулированным или откалиброванным соответственно. По меньшей мере один эталонный элемент может, например, применятся для указания на износ источника света и неисправность источников света. Также, при применении темного эталона и белого эталона (см. ниже), нет необходимости в градуировке температур или температурной компенсации.
По меньшей мере один эталонный элемент может содержать белый эталонный элемент 52, как видно также на фиг. 7. Белый эталон 52 может содержать две белые эталонные зоны или поверхности 62a,b и треугольное зеркало 64, расположенное между двумя белыми зонами 62a,b. Треугольное зеркало 64 может быть равносторонним или равнобедренным, где две стороны отдельно от основания являются отражающими. При работе падающий свет 16a,b отражается с помощью белых зон или поверхностей 62a,b и перенаправляется назад к детектору 26 посредством треугольного зеркала 64.
Кроме того, по меньшей мере один эталонный элемент может содержать черную или темную эталонную зону 54. Эта зона 54 может, например, являться поверхностью, окрашенной или покрытой черным цветом.
Кроме того, по меньшей мере один эталонный элемент может содержать прорезь 66 в нижней стенке корпуса 60 с линзой 68 для сбора света окружающей среды. Таким образом, устройство 10 может быть отрегулированным или откалиброванным в зависимости от того, насколько яркой или темной является окружающая среда, например, путем вычитания света окружающей среды от отраженного света 38.
Настоящее устройство 10 может дополнительно содержать опорную или установочную пластину 42, как видно на фиг. 8. По меньшей мере многоугольное зеркало 20 установлено на установочной пластине 42, но предпочтительно также источники 14a,b света и зеркала 18a,b. Установочная пластина 42 расположена под углом A 2-15°, предпочтительно приблизительно 10°, к нормали конвейерной ленты 30 и переднего стекла окна 58. Таким образом, можно избежать полных отражений (т.е. угол отражения не равен нулю) как от предмета 12/конвейера 30, так и от переднего стекла окна 58.
Кроме того, два устройства 10 могут быть расположены рядом друг с другом с несколько перекрывающимися зонами 70a,b обнаружения, как видно на фиг. 9. Перекрывание определяется ссылочной позицией 72. При применении двух устройств 10 бок о бок может эффективно осуществляться обзор более широкого конвейера 30. Кроме того, работа двух устройств 10 может быть синхронизирована таким образом, что перекрывание 72 зон 70a,b обнаружения не освещается одновременно двумя устройствами 10. Для этих целей можно применять серводвигатель для вращения многоугольных зеркал.
Устройство 10 на фиг. 10 подобно устройствам на фиг. 1-3, но в данном случае первое и второе зеркала 18a,b отсутствуют. Вместо этого первый и второй источники 14a,b света направлены таким образом, что первый и второй световые лучи 16a,b сходятся к элементу 20 сканирования.
Настоящее устройство 10 и способ могут применяться для обнаружения в основном любого предмета 12, который дает отражение в пределах электромагнитного поля (электромагнитные характеристики). При применении спектрометра в качестве детектора 26 есть возможность обнаружить не только то, что присутствует какой-то предмет 12, но также тип или материал предмета 12. Области применения настоящего устройства 10 и способ включают, но без ограничения, различные области применения по сортировке и повторному использованию материалов.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вариантом (вариантами) осуществления, описанным выше. Напротив, возможно множество модификаций и изменений в объеме прилагаемой формулы изобретения.
Например, конвейер 30 может быть замещен спускным желобом или дорожкой свободного падения.
Кроме того, многоугольное зеркало может быть замещено поворачивающимся зеркалом.
Кроме того, устройство 10 может дополнительно содержать по меньшей мере один линейный источник света, предназначенный для освещения предмета. По меньшей мере один линейный источник света может быть предназначен для освещения одной и той же зоны на средстве для транспортировки в качестве сканирующих лучей от первого и второго источников света. Кроме того, по меньшей мере один линейный источник может быть предназначен для испускания света с различными длинами волн или диапазоном волн, в сравнении с первым и вторым источниками света, для того, чтобы расширить диапазон устройства. Можно сочетать различные источники: UV (ультрафиолетовый), NIR (ближний инфракрасный), MIR (средний инфракрасный) и VIS (видимый/визуальный) свет.