分揀物品的方法和裝置的製作方法
2023-12-03 16:42:51 4
專利名稱：分揀物品的方法和裝置的製作方法
本申請是1996年9月13日提交的08/713702號申請的後續申請。
本發明涉及到用來從選定的物品中分離未選定物品的方法和裝置，包括從不需要的物品中分離出需要的穀物，堅果和豆子。
食品加工工業中的許多領域涉及到從次等的物品中分揀具有較高市場價值的物品。例如，碾米，堅果加工和豆類加工工業都要對批量物品進行分揀，從中去除低質量或是不好看的物品。
例如在碾米工業中，完整的穀物成品的價值很高。與完整的穀物相比，破碎穀物的市場價格要低得多。另外，在碾過的穀物中，破碎穀物等級在數量上的微小差別會明顯地降低其質量等級。因此要從碾過的穀物中除去破碎的穀物並且低價銷售。
碾米工業包括兩種主要的碾米方法生碾米和半熟碾米。生碾米是對粗米進行去殼和碾壓，同時還要進行許多機械清洗和缺陷分離操作。按照半熟碾米方法，將粗米浸入熱水，蒸熱，乾燥，去殼和碾壓，同時還要進行許多機械清洗和缺陷分離操作。半熟加工的優點在於可以改善稻米的烹調質量和碾米產量。
在生碾米中，碾過的米出現破碎的一部分原因是穀物的結構缺陷。在粗米中存在未成熟的穀物，白堊質的穀物和內部有裂紋的穀物。沒有長成的未成熟穀物往往是薄弱易碎的。白堊質穀物存在白漿或是有時被稱為白肚的不透明的心。白堊質是由於存在空氣或者是由於在坯乳灌漿時不夠密實所造成的。這種穀物很軟並且易碎。裂紋的核是由於收割之前過分乾燥或是溼度控制不適，機械收割的損傷，或者是收割後的某種損傷造成的。急劇和不受控制的溼度變化會在米核中造成機械應力。如果應力超過了米核的張力強度，就會產生裂縫或細裂紋。對於半熟碾米來說，白堊和裂紋的穀物都不會破裂，因為它們在熱水處理期間幾乎已經完全合攏了。因此，半熟碾米的整核產量比生碾米要高。如果生碾米機能夠獲得沒有裂紋和白堊的米，也就消除了這一缺點。
另一個例子是樹生和土生堅果的加工業，堅果的產量會明顯地受到異物和缺陷堅果的影響。異物和缺陷中包括但是並不僅限於原色的堅果，脫色的堅果，成形但卻未成熟的堅果，堅果的表皮顆粒，玻璃，石頭，金屬，堅果外皮，果殼，梗和核。
在堅果加工業中，利用機械破碎，吹風去掉果殼，從果殼物質中分離，並且按照密度-體積進行分類。這種工藝並不能從果肉中有效或是完全地去掉不需要的物質。在成品中仍然存在缺陷和異物，還需要通過進一步的努力將這種不理想的等級降低到一種可以接受的等級。生產這種高度分離物質所需要增加的基本設備和人力會給用戶帶來很高的成本。這樣使堅果製品的生產商由於高質量堅果需要很高的加工成本而面臨價格上的缺點。為了補償一部分再加工和分離的成本，堅果製造商採用了電子分揀機來降低廢物原料流中的成品量，以期提高總產量。進而用這些分揀機去掉異物，維持可以接受的質量等級。因此，製造商面臨著在隨著質量特徵而變化的原料成本和最終成品的成本(或是量)之間的平衡問題。如果能夠從技術上優化分揀設備的效率和基本成本，就能給製造商帶來明顯的優點。
以下是與本發明的分揀方法有關的一些出版物。Massen等人的專利5524746公開了一種用於分揀粗米的裝置，它採用光學監視器來檢測在一個傳送帶上輸送的不同顏色或是亮度的穀物，或者是不同大小和形狀的穀物。當光學監視器檢測到有缺陷的穀物時，就從一個噴嘴中射出一束空氣，從傳送帶上除去這種穀物。Satake等人的專利5245188公開了一種採用開槽的滑槽來估算穀物等級的裝置，在其中讓單獨的穀粒在下落時通過一個光源。檢測器測量每個穀粒的反射和透視光，從中確定穀粒是否完整，有無劃痕或是脫色。將劣質的穀粒吸離開槽的滑槽，通過不同的出口排出。Satake的專利4806764公開了一種用來估算穀物質量的裝置，它採用了裝有帶通濾波器和用於測量反射光的檢測器的紅外光譜儀，用來測量預先選定的成分的含量百分數，諸如蛋白質，直鏈澱粉，支鏈澱粉，以及溼度等等。根據各種含量百分數來確定質量的估算值。Satake的專利4752689與前述的專利有關，但是還可以列印和顯示出成分的實際含量百分數。Gillespie等人的專利4666045公開了一種用於水果分揀的坑的檢測裝置和方法，它採用一種帶傳感器的大範圍透射掃描光束和一種帶傳感器的測量光束。通過分析從水果的各個點上透過水果的光量檢測出坑。用一個噴射閥門去掉帶坑的水果。Satake的專利4752666公開了一種用來在去殼或是帶殼的穀物當中檢測有裂紋的穀粒的一種裝置，它使用了一個滑槽或是傳送帶，一個光源和兩個光檢測器。通過將透過一個被測穀粒的前半部分的光與通過其後半部分的光相比較來確定裂紋的穀粒。根據穀粒的位置，通過裂紋穀粒的一半的光比通過另一半的光要少。Pilesi等人的專利4196811是在每個顆粒從一個滑槽上下落時測量透射的光量來分揀顆粒。Murata的專利3871774是通過用雷射照射穀粒並且測量由雷射束髮出的透過穀粒的光來檢測帶殼穀粒中的裂紋。在掃描到裂紋時，透過穀粒的光量就會減少。該專利沒有涉及到分揀穀物的方法，雷射線，用來分離穀物以便於檢測的裝置，穀物穩定裝置，或者是任何使發明更具有商業價值的特徵。Fraenkel的專利3197647是通過測量透過每個穀粒的光來分揀生米和熟米。Twamley的專利1031669是通過發射穿過核心的光來測量核心的成熟度。Brizgis等人的專利4713781是通過用長波紫外線輻射來照射穀粒而分析出受損的穀粒，讓受損部位暴露的澱粉發出螢光。用螢光的量來確定穀粒的受損程度。
總而言之。物品的分揀設備可以大致歸納成兩類重力滑槽型和傳送帶型。重力滑槽型是將物流分離並且輸送到用來使物品下滑通過一個「v」形管道滑槽後排成一行的多個平行滑槽。這樣做的意圖是讓物品以每次一件的形式出現在一個檢測器前面。這種方法的負面結果是當物品開始沿著滑槽下滑時無法加以適當的控制。這樣就會使滑槽的排放速度和間隔發生變化。這些因素和在一起就會使單個的物品沿著滑槽擺動不定，不能準確地對準檢測器。而這種對準對於分揀機能否檢測和準確地排出不需要的物品是至關重要的。在物品通過檢測器時用來照射物品的光源可以是白熾燈或是螢光燈。可以看到的缺陷類型是由光源的波長和/或檢測器上適當的濾波而確定的。
傳送帶型的分揀機是將物品送上一個高速傳送帶(大約是150米/分)，將物品分散成彼此不接觸的單件。在傳送帶的端部，當物品自由下落時對物品進行照射和檢測。從這一點上彈出不需要的物品。照射光源可以採用螢光燈或是雷射源。通過採用濾波和/或特定波長的光源還可以獲得特定的波長。用雷射器照射的方法是使用雷射器產生一個光束，光束在一個多面旋轉鏡片的反射而產生一條穿過傳送帶的光。由於這種光線實際上只是在傳送帶上移動的一個光點，在物品通過時並不能照射到完整的物品。這樣就會使可能的最高精確度直接正比於每件物品受到掃描的次數。
無論是哪一種情況，使用雷射器可以用更強的光照射堅果，以便降低檢測系統的靈敏度要求。雷射器是一種相干光源。它可以選擇使用特定波長的光，使裝置能夠針對特定的不需要的物質。從上文的說明中可以看出，如果讓物品反覆出現在檢測器前面並且用雷射器多次掃描或是採用連續發光的雷射器就可以改善檢測器的精度。
按照上述已公開的慣用的裝置或是方法不可能以滿足商業用途的效率來分揀許多物品。對於商業用途來說，必須以最小的誤差快速完成對物品的估算。按照上文所述的現有技術，在對單件物品進行分析時，往往不能適當地穩定高速運動的物品，因為空氣阻力和其他因素自然會影響物品的排列。如果物品是擺動不定的，就難以檢測出結構缺陷。現有技術也沒有公開在使用滑槽進行分析之前用來分離物品的有效方法。另外，在前述的現有技術中用來分析物體的雷射器都是儘可能採用最小的聚焦光點，因而不能照射到某些沒有準確定位的缺陷。另外，所用的光學檢測系統不能提供使信號具有更高解析度的強大信號。按照本發明的具有商業效率的分揀技術，可以將物品分成兩類選定和未選定的物品。例如，生碾米機在加工內部完整的未脫殼穀物時可以達到更高的產量，降低內部完整的未脫殼穀物的生產成本。內部有缺陷的未脫殼穀物在生碾米機中會發生破裂，對這種米可以採用半熟加工。
本發明克服了現有技術的限制，提供了一種用於從選定物品中分揀未選定物品的裝置。本發明包括一個滑槽，它具有一個用截面準確地對準物品的分離段和一個穩定段；在物品被分離，排列和穩定之後讓一條具有連續雷射線的雷射線透過物品或是從物品上反射回來；一個光電檢測器和處理器，用來接收和分析透過物品或是受到其反射的光，從而確定該物品是不是選定的物品；以及一個連接到處理器上的分離裝置，用來分離選定和未選定的物品。
本發明還包含從選定物品當中分揀未選定物品的一種方法，該方法包括以下步驟，將物品排列在滑槽中；在一個傾斜滑槽上的單個物品之間形成間隔；利用向心力來穩定滑槽中的物品，以便進行光學檢測；用一條雷射線對物品進行光學分析並且產生一個輸出；根據光學分析的輸出確定物品是不是選定的物品；以及從選定的物品當中分離出未選定物品。
上述的發明可以用來分揀帶殼的燙過或是沒燙過的地生堅果和樹生堅果，包括裂口或是不裂口的完整堅果；用來從有缺陷的堅果中分揀優質的堅果；以及從異物中分揀優質的堅果。上述的發明可以用來分揀未脫殼的穀物，包括未脫殼的稻米；用於分揀成熟的稻米；用於從內部完整的穀物中分揀出內部有裂紋的穀物；用於從顏色正常的穀物中分揀脫色的穀物；以及從非白堊質的穀物中分揀出白堊質的穀物。此外也可以利用本發明來分揀咖啡豆和其他豆類。一般來說，本發明可以用來分揀採用滑槽分揀方式的任何物品。可以用一個光電檢測器來檢測透射的光，並且可以通過吹風從路徑中去掉一些物品，使物品實際上分離。光電檢測器還可以採用一個大窗口和多個透鏡。
本發明的目的是提供離散地輸送物品的一種滑槽，利用一個雙曲線滑槽來改善掃描和分離作業。
本發明的目的是提供一種雷射線，用於連續和更加完整地掃描物品。
以下要參照
具體實施例方式圖1A表示本發明的整體，圖1B和1C表示本發明各部分的分解圖；圖2表示一個滑槽的側剖面圖；圖3表示滑槽的截面；圖4表示採用單個透鏡的光學檢測系統的工作方式；圖5A和5B表示與圖4類似的一個光學檢測系統，但是採用了兩個透鏡和一個比較大的窗口；圖6表示涉及雷射束分析的光學系統；圖7表示涉及雷射線分析的光學系統；圖8表示檢測和分離系統的工作方式；圖9表示一粒完整稻米的信號和偏差；圖10表示一粒裂紋稻米的信號和偏差；圖11表示對一粒完整稻米的門限交叉分析；圖12表示對一粒裂紋稻米的門限交叉分析；
圖13表示在完整和裂紋稻米之間的一個比較信號；圖14表示對一粒完整稻米的長度和間隙分析；圖15表示在完整，裂紋和未成熟稻米之間進行比較的信號；圖16表示用本發明的方法對粗米作出的測試結果。
如圖1A所示，漏鬥1內的物品被散布到一個振動進料器3中，將物品帶入一個連續的通道9。單個物品從振動進料器3上落入連續通道9，物品在通道中分別進入滑槽，滑槽是很窄的，每次僅僅能夠容納一件物品。物品被端對端地排列，如圖1B所示。將物品送入單個物品滑槽的裝置和方法在現有技術中是公知的。
在物品分別進入單件滑槽之後，物品移入本發明要求保護的部分12。物品最初通過一系列平行滑槽6當中的一個滑槽。在滑槽6中，在每個滑槽內利用滑槽6的一個雙角度段將各個物品彼此分開(如圖1C所示)。用這些溝槽適當地排列物品以便於光學分析。滑槽6的曲線部分利用向心力來穩定物品。當物品被適當地分開，排列和穩定時，讓物品離開滑槽，用檢測和分離系統15利用雷射器17和光電檢測器16進行光學檢驗。然後利用從噴嘴18中吹出的空氣去掉選定的物品。物品的分析和移動都是在空氣懸浮狀態下執行的。被吹走的物品取道路徑24，從那裡用傳送帶30將選定的物品帶走。未選定的物品不會被噴嘴18吹走，並且沿著路徑21輸送到傳送帶27上被帶走。
在圖2中表示了平行的一系列滑槽6中的一個滑槽7的剖面圖。滑槽7具有上部的加速段36和下部的徑向物品穩定段39。加速段36的位置與水平面的角度在30到60度之間。加速段36包含兩個角度段37和38，用來沿著加速段36分離物品。第一角度段在轉彎35處相對於水平面變成一個陡峭的角度。物品在轉彎35處從第一角度段37落到第二角度段38上。落到第二角度段38上的物品藉助重力加速脫離滑槽7上的下一件物品。物品必須適當地分開以便於分析。最佳的實施例是將物品分開大約一件物品的長度，對於通過檢測和分離系統15的米粒來說，這一長度大約是1.5到2.5毫秒。然而，本領域的技術人員都會知道，這一長度是隨著物品彈射器的性能限制，使用的光電檢測器和處理器，物品的重量，物品的形狀以及其他限制或是變量而變化的。物品之間的時間或是距離主要是由各段37和38的角度在物品和滑槽之間形成一定的摩擦力來確定的。摩擦力主要取決於滑槽的塗層，使用的物品的種類及形狀，以及物品的速度。
滑槽7的穩定段39被用來解決對快速移動的物品進行光學分析的問題。放在一個水平面上的大多數單件物品都是按照穀物的幾何形狀自然排列的。例如，米粒的自然排列狀態往往是米粒的長度與滑槽路徑保持平行。在低速下滑到一個普通的傳送帶上時，米粒保持其自然排列狀態。普通傳送帶與地表水平面之間的角度通常是超過45度的。傳送帶上可以有一個諸如H,V，或是U形的通道，用來引導穀物的排列方向。在高速狀態下，空氣阻力，動量和其他因素會影響物品的自然排列。在圖3中表示了一種通道42和下面帶有槽48的一個H形通道45的截面。例如，一個高速滑動的米粒不一定能保持正確的排列方向。當物品在通道中失去其自然排列狀態時，就會給光學或是電子傳感器帶來問題。這一問題是用如圖2所示的滑槽7的穩定段39那樣的曲線傳送帶來解決的。為了保持物體旋轉移動，必須有一個力推動物體向內指向中心。徑向向內的力是一種向心力。曲線的傳送帶在穀物或是其他物品上施加一個向心的接觸力。這個力促使穀物或是其他物品平躺在自然的排列狀態，即使在高速狀態下也不會在滑槽7的穩定段39上形成擺動。
由於穩定段39對物品有穩定作用，在對物品進行光學分析之前可以使物品從滑槽6上彈出。現有技術要求在滑槽中對高速的物品進行分析，因為在分析之前物品不能足夠穩定地彈入半空。現有技術通常是在物品通過滑槽中的一個窗口或是縫隙時進行分析。然而，雜物，塵土和其他顆粒會塞住窗口或是縫隙。當窗口或是縫隙被堵塞時，就無法進行光學分析。將物品穩定地彈到半空進行分析對於準確性和防止故障是一種比較好的方法。
滑槽7上還有一個塗層43，用來產生摩擦力並且減少移動物品對滑槽的磨損。最佳實施例是在鋁製的滑槽上採用一種陽極化的特氟隆塗層。塗層形成的低摩擦係數便於物品沿著滑槽移動。塗層還可以保護滑槽免受磨損和劃破。快速移動的物品會在它通過的任何表面上產生摩擦。如果沒有一個保護層，鋁製的滑槽就會由於摩擦而縮短使用壽命。也可以用硬質材料製成滑槽，但是採用帶有塗層的鋁製滑槽價格低廉並且便於製成槽的形狀。也可以使用諸如陶瓷等其他塗層來防止磨損和減少摩擦。
滑槽7還採用了一定的通道形狀來保證物品的正確排列，如圖3所示。滑槽7的最佳實施例是在滑槽7的上部採用V-形通道42並且在滑槽7的下部採用H-形通道45。V-形通道42被用來排列物品，使物品的長度與滑槽的方向平行。H-形通道45被用來排列物品，使物品的鼓肚處在通道的槽48中。特別是對於穀物來說，這樣的位置保證了穀物中的任何裂紋都能正確地暴露在雷射器下。然而，在本發明的範圍內也可以使用其他任何形狀的通道。
在為了分析而將物品正確地分離，排列和穩定之後，檢測和分離系統15用光學方式對物品進行分析。圖4表示對一粒穀物進行光學分析的過程。在圖4中，雷射器17用一束雷射64指向通過的穀粒51。雷射透過穀粒51並且指向光電檢測器16。為了防止雷射充滿檢測器，光電檢測器需要有一定的角度69並且相對於雷射束64稍稍偏移。最佳實施例的角度69是大約20°，但是可以根據被分析的物體和使用的雷射器來改變。透射的光65通過縫隙61並且穿過具有一條聚焦線66的透鏡62入射到光電檢測器16上。縫隙61的寬度應該小於被分析的穀粒中的一個缺陷的寬度。縫隙61的長度至少應該一個半到兩個半穀粒的單位寬度或者是大約十分之二英寸的寬度。圖4中所示的透鏡62是一個雙凸面透鏡。在光電二極體檢測器63的位置上可以接收通過透鏡62的透射光65。縫隙61限制了光電二極體檢測器的檢測視角。除了圖示的雷射器和光電二極體檢測器之外還可以使用其他任何適當的裝置來發射和檢測雷射。
在圖5A和5B中設置的傳感器可以改善處理器90接收到的信號強度。不需要放大電信號。透射光65通過一個大約是12.5毫米的較大的孔徑72。大孔徑使得到達光電二極體檢測器63的光可以增加大約20倍，這樣就正比地增大了信號強度。多個透鏡75可以更好地將增大的光量通過縫隙78聚焦到檢測器63上。縫隙78限制了檢測器63的檢測視角。在圖5A中，縫隙78位於透鏡75和檢測器63之間，而圖4的縫隙61位於透鏡的前面。墊片68用來保持孔徑72的窗口位置。墊片70用來保持多個透鏡75的位置。墊片71將透鏡75和檢測器63分開，而墊片74和76用來保持檢測器63的位置。擴圈79和護圈77的螺紋也是用來保持檢測器63的位置。
本發明利用一條雷射線81代替了圖6和7中所示的雷射束64。用雷射束照射物品以便檢驗透過物品或是受到其反射的光是一種公知的概念。用這種方法可以檢測出穀物中的裂紋和其他特徵。雷射束通常需要聚焦成儘量小的光點。然而，必須將物體精確地定位，以便使雷射束照射到物體。如果物體在z-軸方向上與光軸67的偏移超過了其高度的一半(+/-1/2h)，雷射束就不能照亮物體。因此，在z-軸方向上存在的公差受到物體高度的限制。這一限制是通過用雷射線81代替雷射束64而解決的。雷射線是用圓筒形透鏡84產生的。採用雷射線還可以做到同時用一個雷射器照射多個單件的物品51。雷射線的寬度應該小於物品的缺陷或是裂紋，例如對米粒來說是大約千分之五英寸。雷射線的長度應該能完全覆蓋與雷射線垂直地通過雷射線81的物品，並且容許物品的任何側向移動。
在圖8中表示了用於穀物的檢測和分離裝置15的工作方式。雷射器17按照前述的方式向穀物51發光。光電檢測器16接收通過穀物51的折射光。通過連線91將光電檢測器16連接到處理器90。光電檢測器16通過連線91向處理器90發送信號，信號是由光電檢測器16接收到的光量來確定的。處理器90將透過穀物51的光的亮度作為時間的函數進行記錄。曲線81說明處理器90記錄到在穀物51的中間包含一個裂紋。如果雷射束沒有透過穀物，雷射束就不會折射到光電檢測器16上，在點86上記錄的就是一個低級亮度的光。隨著穀物不斷地通過雷射束64或是雷射線81，透射光65被折射到光電檢測器16上並且記錄下一定的亮度等級82。當雷射束64或是雷射線81通過一個裂紋時，透射光65會受到不同角度或是散射角的折射，而光電檢測器不能接收到足夠的透射光，如點83處所示。隨著雷射束64或是雷射線81通過裂紋以及對穀物的整體部分進行分析，光電檢測器16在點84處記錄到比較高的亮度等級。當穀物通過雷射束64或是雷射線81時，光電檢測器16記錄的亮度會再次下降到點87。如果通過檢測和分離系統15的穀物是完整的，光電檢測器16就應該得到大致恆定的亮度，不應該出現類似於點83的下降情況。
處理器90根據光電檢測器16接收到的亮度來確定穀物51的內部有沒有裂紋。處理器90將亮度的偏差作為時間的函數，並且將這種偏差與一定的門限點相比較，從而對穀物51進行分類。圖9和10分別表示完整和裂紋的穀粒在信號與偏差之間進行的比較。圖11和12分別表示完整和裂紋的穀粒的亮度偏差門限電平。圖13表示完整和裂紋的穀粒之間的偏差信號的比較。門限值是由透過穀粒的光的強度來確定的。
當處理器90決定應該選擇單件物品時，例如是一個內部有裂紋或是缺陷的穀粒，處理器90就通過連接線92向噴嘴18發出信號，在適當的時間釋放一股空氣88從路徑中將穀粒51或是物品噴到排出路徑24上。當然，處理器90也可以向噴嘴18發出信號，將完整的穀粒或是選定的物品吹到路徑24上。也可以採用現有技術中用於從未選定物品中分離選定物品的任何其他方法。另外，還可以將物品傳送到用來指向進一步的加工步驟的其他傳送帶或是通道上。
本發明還可以確定物品的長度和物品之間的間隙。如圖14中所示，光電檢測器16記錄到一定門限電平的時間長度代表了物品的長度。實際的長度是用通過光電檢測器16的物品的已知速度來確定的。通過檢測和分離系統16的物品之間的時間可以代表物品之間的間隙。
一般來說，本發明可以用來對任何種類的物品分類，包括那些單件尺寸小於一英寸的大量農產品。本發明可以從未選定物品中分揀出選定的物品。哪些是「選定的」物品以及哪些是「未選定的」物品是根據使用者的需要而決定的。例如，本發明可以選擇內部有裂紋的或是完整的未脫殼穀粒，帶殼的物品，或是帶殼的大，小堅果，成形或是未成形的豆子，或者是其他任何本發明範圍內的物品。以下給出了一些例子。
本發明可以用來分揀未脫殼的穀物，特別是用來從未脫殼的完整穀粒中分揀出內部有裂紋的未脫殼穀粒。在分離出有裂紋和無裂紋的穀粒之後，內部有裂紋的未脫殼穀粒可以用於半熟碾米，而內部完整的未脫殼穀粒可以用於生碾米。生碾米之所以要選用內部完整的穀粒是因為可以降低生產成本。同時，半熟碾米可以使用生碾米機不想要的那種內部有裂紋的未脫殼的米。另外，這種工藝允許生碾米機使用那些平常不能使用的具有某種變形的米。變形的米產量很高，但是含有高百分比的結構缺陷。結構缺陷會降低磨坊的產量，在成品的生碾米製品中造成高破碎率。按照本發明，半熟碾米可以使用來自高產量大米的有結構缺陷的穀物，而生碾米機可以使用內部完整或是結構堅實的穀物。
本發明還可以用於去掉了外皮的穀物。穀物可能是已經去掉了外皮並且在加工前儲存了一段時間。穀物在儲存期間可能產生裂紋。在加工前可以利用本發明去掉這些內部有裂紋的穀物。
本發明還可以用於白堊質的大米。大米的穀粒內部可能具有不均勻的澱粉密度。密度的變化是一種結構缺陷，在碾米過程中可能發生破碎。可以對這些結構缺陷進行分析，並且在分析出內部裂紋時用同樣的方式彈出這種穀粒。白堊質穀粒內部的密度變化會折射和透射光。根據通過穀粒透射到光電檢測器上的光量，處理器就可以確定穀粒是否存在這種結構缺陷。
本發明也可以用於分離其他種類的未選定的脫殼或是未脫殼穀物。例如，未成熟的穀物與成熟的穀物相比具有比較低的亮度，如圖15所示。通過設定不同的門限，處理器90能夠用噴嘴18彈射出未成熟的穀物。與帶殼的穀物相似，用本發明的方法同樣可以除去石頭，汙物，紅米，粘在一起的米或是種子。對於每一種未選定的穀物，考慮到光電檢測器16接收的亮度和某一門限所需要的時間量，可能需要用不同的門限為處理器90編製程序。
本發明同樣可以用於分揀帶殼的漂白或是未漂白的堅果，包括諸如榛子，花生和杏仁等等地生和樹生堅果。特別是可以從未漂白的堅果中分離出漂白的堅果，從完整的堅果中分離出裂縫的堅果，從內部完整的堅果中分離出內部有缺陷的堅果，從外觀完好的堅果中分離出外觀有缺陷的堅果，以及從異物中分揀堅果。如果將本發明用於分揀堅果或是其他物品，滑槽7的截面和剖面結構可能需要在本發明的範圍之內進行修改，與上述用於穀物的結構不同。具體來說，滑槽的截面應該允許堅果或是其他物品本身處在自然和一致的排列位置。另外，滑槽剖面所需要的曲率和長度應該設計成能夠在被分揀的特定的堅果或是其他物品之間形成適當的間隙。大部分堅果特別是那些厚實和透明度較差的堅果可能需要用反射光而不是透射光對缺陷進行檢測。
如果使用本發明，土生堅果和樹生堅果的加工廠商能夠取得經濟上的優勢，因為他可以從供應者處採購等級較低的堅果。這種原材料不必被預處理到象目前採用那種等級。這樣做的效果是可以降低初期的直接成本，可以接受原先不能滿足要求的其他供應來源。
在以下提供了本發明中涉及到穀物的一個有益的例子。圖16表示採用本發明的方法對粗米進行測試的結果。所有破碎值都是按照磨米的重量百分數來算的。所有重量分數都是以流入量作為標稱值1.00。圖16中的行A表示在生碾米(不是半熟碾米)之後進行採樣的破碎穀物測量值。行B直接將行A的重量百分數轉換成一個重量分數。行C表示在分揀過程中彈出的粗米核的典型百分數，在此處是用分揀機彈出完整的沒有缺陷的穀物。行D表示在生碾米加工之後對彈出的無缺陷米核測定的破碎穀物值。值得注意的是，對於彈出的部分來說，在生碾米之後的破碎率從進料流入值的23.8％被明顯地降低到4.1％。這種減少會帶來驚人的效果，與慣用的穀物半熟加工期間得到的破碎率相比，在生碾米加工過程中形成的破碎率非常低。行E是將生碾米之後從彈出的米核部分中的破碎率轉換成進料米的重量分數。從以下的例子中可以看出這一數值的重要性。行F表示經過分析被認為存在缺陷和結構弱點的沒有彈出的進料粗米核的百分數，這種米如果不經過半熟加工很容易破碎。如果不經過半熟加工就對這一部分採樣生碾米加工，就會產生很高的破碎值。行G表示在完成了穀物的半熟加工和碾磨之後在未彈出部分中的破碎量的重量百分數。行H是將半熟加工和碾磨之後的破碎率轉換成進料米的重量分數。行I將彈出和未彈出流中的破碎量的重量分數(行E和H)加在一起。行J計算出與全部採用生碾米相比本發明的方法總共減少的破碎量百分數。如果分別對彈出和未彈出流中60％的米採用生碾米，對40％的米採用半熟加工工藝，在這種方案中就可以避免78％的破碎率。因此，使用本發明的方法有可能完成生碾米加工，不會造成很高的破碎率。
權利要求
1．用來從選定的物品中分揀未選定物品的一種裝置包括用來限定上述物品路徑的一個滑槽，上述滑槽的截面使上述物品定向，上述滑槽具有用來在上述滑槽上的上述物品之間產生間隙的一個分離段，上述滑槽具有一個穩定段，上述滑槽還具有一個端部；用來分析上述物品的一個分析區；具有一條雷射線的光源裝置，上述雷射線透過上述物品或是從通過上述分析區的上述物品上反射；一個定位的光檢測裝置，用來接收透過或是從上述物品反射的雷射線；用來確定選定和未選定物品的一個分析裝置，上述分析裝置被耦合到上述光檢測裝置；以及用於從選定物品中分離未選定物品的一個分離裝置，上述分離裝置被耦合到上述分析裝置。
2．按照權利要求1的裝置，其特徵是上述光源裝置包括一個雷射器，位於從上述雷射器開始雷射束路徑中的一個圓筒形透鏡，從上述雷射束中延伸的上述雷射線穿過上述圓筒透鏡之後透過上述物品，或是通過上述分析區從上述物品上反射回來。
3．按照權利要求1的裝置，其特徵是上述光檢測裝置包括限定一個縫隙的外殼，上述縫隙的位置可以接收透過上述物品或是被上述物品反射回上述外殼內的上述雷射線；具有一個焦點的至少一個透鏡，上述透鏡位於上述外殼的內側，用來接收通過上述縫隙或是從上述縫隙反射回來的上述雷射線，並且將上述雷射線聚焦在上述焦點上；以及位於上述外殼內側的上述焦點上的一個光電檢測器。
4．按照權利要求1的裝置，其特徵是上述光檢測裝置包括一個外殼，它限定了一個前孔和一個內部縫隙，上述前孔的位置可以將透過上述物品或是受到其反射的上述雷射線接收到上述外殼內，上述縫隙的位置可以接收透過上述物品或是受到其反射並且穿過上述前孔的上述雷射線；具有一個焦點的至少一個透鏡，上述透鏡位於上述外殼內側的上述前孔和上述縫隙之間，用來引導透過上述物品或是受到其反射的上述雷射線，而上述的前孔通過上述縫隙，並且將上述雷射線聚焦在上述焦點上；以及位於上述外殼內側的上述焦點上的一個光電檢測器。
5．按照權利要求1的裝置，其特徵是上述分離裝置包括一個空氣噴嘴，用於從上述分析區內吹出未選定的物品或是選定的物品。
6．按照權利要求1的裝置，其特徵是上述物品是穀物，堅果或是豆子。
7．按照權利要求1的裝置，其特徵是上述分離段具有一個第一角度段和連接到上述第一角度段上的第二角度段，第二角度段的角度比上述第一角度段的角度更加接近垂直。
8．按照權利要求1的裝置，其特徵是上述穩定段具有一個曲線，上述曲線對通過上述分析區的上述物品施加一個離心力。
9．按照權利要求1的裝置，其特徵是上述物品具有一定的長度和鼓肚，上述的滑槽具有一個底部，並且上述滑槽進一步具有一個V或是U形的截面和一個H形的截面，上述V或是U形截面使上述物品的長度方向與上述滑槽路徑平行，而上述H形截面使上述物品的上述鼓肚排列在上述滑槽的上述底部上。
10．按照權利要求1的裝置，其特徵是上述滑槽進一步具有一個外套。
11．按照權利要求1的裝置，其特徵是上述分析段位於上述滑槽上，或者是接在上述滑槽的上述端部。
12．用來從選定的物品中分揀未選定物品的一種裝置包括用來限定上述物品路徑的一個滑槽，上述滑槽具有一個端部，一個外套，一個分離段和一個穩定段，上述分離段具有一個第一角度段和連接到上述第一角度段上的第二角度段，第二角度段的角度比上述第一角度段的角度更加接近垂直，而上述滑槽的上述穩定段具有一個曲線，上述曲線對沿著上述穩定段通過的上述物品施加一個離心力；接在上述滑槽端部的一個分析區；具有一條雷射線的一個光源裝置，上述雷射線透過通過上述分析段的上述物品或是從上述物品上反射；一個光檢測裝置具有一個外殼，一個透鏡和一個光電檢測器，其中的上述外殼限定了一個縫隙，上述縫隙的位置可以接收透過上述物品或是從上述物品上反射回來的上述雷射線，並使其進入上述外殼，上述透鏡的焦點位於上述的外殼內，用來接收進入上述外殼的上述雷射線，並且將上述雷射線聚焦在上述焦點上，而光電檢測器位於上述外殼內的上述焦點上；用來從選定的物品中確定未選定物品的一個分析裝置，上述分析裝置被耦合到上述光檢測裝置；用於從選定物品中分離未選定物品的一個分離裝置，上述分離裝置具有一個用於將未選定物品或是選定物品從上述分析區中吹出來的空氣噴嘴，上述分離裝置被耦合到上述分析裝置。
13．從選定物品中分揀未選定物品的一種方法，其特徵是包括以下步驟將上述物品排列在一個滑槽的縱向路徑上；在上述滑槽的一個傾斜段中在單個物品之間形成間隔；利用向心力將上述物品穩定在上述滑槽中以便執行光學檢測；用雷射線對上述物品進行光學分析，並且產生一個輸出；根據上述光學分析的上述輸出確定上述物品是選定的物品還是未選定的物品；以及從上述選定物品中分離出上述未選定的物品。
14．按照權利要求13的方法，其特徵是上述光學分析步驟包括引導一束雷射通過一個圓筒形透鏡，產生一條雷射線；發射一條透過或是受到上述物品反射的雷射線，使其落在一個光電檢測器上；以及在上述光電檢測器上接收透射或是反射的雷射線。
15．按照權利要求15的方法，其特徵是上述排列步驟包括使上述物品的長度方向與上述滑槽的上述路徑平行地排列，並且使上述物品的鼓肚排列在上述滑槽的底部。
16．按照權利要求13的方法，其特徵是上述物品是穀物，堅果或是豆子。
全文摘要
本發明使用一個滑槽(6)從選定的物品中分揀未選定的物品,滑槽上具有一個穀物分離段(37,38),用來排列物品的一個交叉段(48),以及一個穀物穩定段(39);讓雷射器(17)的雷射線(81)穿透物品;用光電檢測器(16)和處理器(90)接收和分析透過物品的光,從中確定是不是選定的物品;並且用一個分離器(15)來分離選定的和未選定的物品。
文檔編號G01N21/85GK1301200SQ98807043
公開日2001年6月27日 申請日期1998年5月8日 優先權日1997年5月9日
發明者T·J·諾瓦克, K·H·科洛姆波瓦拉, 小R·O·布蘭德特, R·A·佩茨 申請人:賓叔父有限公司