CN109844509B - Xrf分析仪、识别被标记物体的方法、分拣***和分拣方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新颖的XRF分析仪，其能够通过调制/改变不同物体上的激发射束的强度并测量其二次辐射来同时识别多个物体中是否存在标记成分。该XRF分析仪包括：辐射发射器组件，其被配置成发射用于同时照射所述多个物体的具有空间强度分布的至少一个X射线或Gamma射线激发辐射束；辐射检测器，其用于检测响应于通过X射线或Gamma射线辐射照射多个物体而来自所述物体的二次辐射X射线信号，并提供表示所检测到的数据X射线信号在所述多个物体上的空间强度分布的数据；以及与检测器通信的信号读取处理器，该处理器被配置成接收并处理所检测到的响应X射线信号，以检验所述多个物体中的每一个物体的至少一个表面上是否存在所述标记成分。

Description

XRF分析仪、识别被标记物体的方法、分拣***和分拣方法
技术领域
本发明致力于提供一种用于识别多个固体物体的XRF分析仪、分拣(sorting)***及其方法。
背景技术
被认为与当前所公开主题相关的参考文献列举如下：
-PCT公布号WO 1997/025692
-美国专利申请公布号US 2011/222654
-美国专利申请公布号US 2001/045378
本文对上述参考文献的确认不应被推断为意指这些参考文献与当前所公开主题的可专利性有任何关联。
背景
通常，用于识别固体物体的方法涉及确定每个物体的一个或多个物理特性，并将共有一个或多个共同特性的物体分组在一起。这样的特性可以包括颜色、色调、纹理、重量、密度、透光性、声音或其它信号，以及对诸如各种场的刺激的反应。用于确定这些特性的方法包括由人对材料进行视觉识别，按所发射或透射的光波的量和/或波长进行识别、涡流分选、重介质工厂分选(heavy-media plant separation)，以及X射线荧光检测。
无论是在学术环境还是在工业方面，X射线荧光光谱学长期以来一直是实验室中有用的分析工具，其通过识别材料内的元素来对材料进行分类。使用欠激(underexcitation)发射的特征X射线(举例来说，如K层(shell)或L层X射线)提供了一种方法，其用于肯定识别元素以及它们存在于不同材料(如金属和金属合金)中的相对量。例如，当K层电子被入射辐射从K层中撞出并然后被外层电子取代时，辐射撞击物质导致发射特征K层X射线。外电子在降到K层能量状态时，发射原子的X射线辐射特征。
所发射的X射线的能量取决于荧光元素的原子序数。能量解析检测器可以检测X射线发出荧光的不同能级，并从所检测到的X射线产生X射线信号。然后可以使用该X射线信号来构建所检测到的X射线的能谱，并且根据该信息，可以识别出产生该X射线的一个或多个元素。荧光X射线从被辐射元素各向同性地发射，并且所检测到的辐射取决于检测器所对着的立体角以及在该辐射到达检测器之前对该辐射的任何吸收。X射线的能量越低，其在被空气吸收之前所行进的距离越短。因此，当检测X射线时，所检测到的X射线的量是所发射的X射线的量、所发射的X射线的能级、在传输介质中被吸收的所发射的X射线、所检测到的X射线与检测器之间的角度、以及检测器与被辐射材料之间的距离的函数。
尽管X射线光谱学是一种用于分类材料的有用分析工具，但利用当前技术，每次分析的成本很高，而且所需时间通常为几分钟或几小时。金属和合金的废料场识别现今主要由经过培训的分拣员(sorter)来完成，他们一次一个地视觉检查每个金属物体。通过剪切来去除污染物。经过培训的分拣员观察颜色、色调、质地以及密度的细微特征，从而定性地评估金属的成分。有时，火花测试或化学“石蕊”测试有助于识别。这个过程缓慢且不准确，但这是现今存在的用于分拣废金属以提升其价值的最常用方法。
已经公开了用于基于材料的X射线荧光来对材料进行分类的多种***和技术。这些***中的一些涉及手持式或台式X射线荧光检测器。这些***中的一些包括沿传送带连续传送材料件并利用X射线依次照射每一件。这些X射线根据每件材料中包含的元素，使每件材料以不同能级发出X射线荧光。检测发出荧光的X射线，然后基于发出荧光的X射线对该件材料进行分类，并按照该分类进行分拣。
然而，这种公开的***尚未在商业上被广泛接受，因为它们需要大约一秒或更长时间来检测X射线并因此准确地分类该件材料，而且它们相对于每单位时间识别的物体数量是昂贵的。
此外，当前全球环境问题加剧了回收使用过的设备和含有可以重复使用的材料的物品的努力。
因此，需要提供这样一种***和方法，即，该***和方法能够以高速且准确的方式识别多个现有的使用过的固体物体，而无需专门生成新的可识别固体物体。
发明内容
本发明提供了一种XRF分析仪，该XRF分析仪能够通过调制/改变不同物体上的激发射束的强度并测量其二次辐射来同时识别多个物体中标记成分的存在。该XRF分析仪包括：辐射发射器组件，该辐射发射器组件用于发射用于同时照射所述多个物体的、具有空间强度分布的至少一个X射线或Gamma射线激发辐射束；辐射检测器，该辐射检测器用于检测响应于通过X射线或Gamma射线辐射照射多个物体而来自所述物体的二次辐射X射线信号，并提供指示所检测到的数据X射线信号在所述多个物体上的空间强度分布的数据；以及与所述检测器通信的信号读取处理器，该处理器用于接收并处理所检测到的响应X射线信号，以检验所述多个物体中的每个物体的至少一个表面上是否存在所述标记成分。通过检测响应于利用电磁辐射照射所述物体而从所述物体发射的响应电磁信号，可以识别出所述标记成分。通过X射线荧光(XRF)分析来识别所述物体，其中，检测并分析响应于被X射线或Gamma射线信号照射而由所标记的物体发射的X射线光谱。所述标记成分包含一种或更多种标记物(marker)材料，其可通过X射线荧光(XRF)分析来识别。在一个示例中，所述XRF分析仪是能量色散XRF分析仪(EDXRF)，其中，入射到检测器中的X射线的能量被转换成电压信号而无需使用衍射晶体。本发明的XRF分析仪可以在没有真空条件的不受控制环境中操作。
在一些实施方式中，发射器组件包括多个间隔开的发射器。每个发射器都可以用于生成具有彼此相对不同的强度的激发射束。
在一些实施方式中，发射器组件包括发射器和联接至该发射器的空间强度射束调制器，该空间强度射束调制器被配置成在空间上调制所述激发射束的强度，以使得射到所述物体的每一个上的强度不同并且可识别。在一些实施方式中，所述XRF分析仪被配置成并可操作来识别被各固体物体淀积的标记成分的量。尤其是，信号处理器被配置成识别覆(applied)在各固体物体的至少一个表面上的标记成分的浓度。
在一些实施方式中，信号处理器被配置成将覆在各固体物体的至少一个表面上的标记成分的浓度与存储在数据库中的预选数据进行比较。
还提供了一种用于识别由XRF标记物标记的多个物体的方法，该方法包括以下步骤：利用至少一个X射线或Gamma射线激发射束同时照射多个物体，其中，抵达所述物体中的每一个的射束的强度不同并且可识别；检测来自所述物体的二次辐射；以及根据所检测到的空间强度分布，识别所述多个物体中的哪些物体被标记成分标记。
在一些实施方式中，所述方法包括以下步骤：对所述至少一个激发射束的强度进行空间调制，以使得射到所述物体中的每一个上的强度不同并且可识别。
在一些实施方式中，所述标记方法可以包括通过引用并入本文的PCT专利申请号PCT/IL2017/050121中所描述的标记方法。
在一些实施方式中，所述标记成分被制备成具有特定(可能是唯一的)浓度的一种或更多种标记物材料(这可以根据预选代码任意确定/设定)。
在一些实施方式中，本发明提供了一种分拣***和方法，其用于在线标记和分拣多个固体物体，尤其是盘形固体物体，如硬币、奖章、代币等。本发明的***还可以被用于标记和分拣贵重物品，如由贵金属和/或宝石或钻石、珠宝(特别是镶嵌珠宝)制成的物体。具体地，所述分拣***被配置成并可操作来连续(在线)标记具有标记成分的多个固体物体(可经由X射线荧光(XRF)或另选类型的标记识别)，检测或读取所述标记(例如通过XRF分析仪)，并且根据物体表面上的标记成分的存在和量/浓度对所述物体进行分拣。所述分拣***可以对使用过的和新制造的物体二者进行标记和分拣。因此，在某种类型的物体上引入新标记(例如，用于认证或其它目的)时，无需替换已在使用的物体。例如，在标记硬币时，所述分拣***可以用于标记和分拣新制造的硬币和已经在流通的硬币二者。
所述分拣***包括：至少一个XRF分析仪，所述至少一个XRF分析仪被配置成并可操作用于识别固态物体的至少一个表面上是否存在标记成分；以及与所述XRF分析仪通信的至少一个分拣机(sorter)，所述至少一个分拣机用于使其上未检测到存在所述标记成分的物体朝着预选方向转移。
在一些实施方式中，所述XRF分析仪被配置成并可操作用于识别标记成分的浓度。然后，所述分拣机可操作用于使其上所述标记成分的浓度低于预选阈值的各物体朝着预选方向转移。
在一些实施方式中，所述分拣***包括：至少一个标记模块，所述至少一个标记模块用于将标记成分覆至所述固体物体的至少一个表面。
在一些实施方式中，所述标记模块被配置成利用打印和真空淀积工序中的至少一个来涂覆所述标记成分。
在一些实施方式中，所述XRF分析仪被配置成检验所述标记模块的操作。
在一些实施方式中，所述分拣***包括翻转机构，该翻转机构被配置成将所述物体的第二表面暴露给所述XRF分析仪。
在一些实施方式中，所述分拣***包括如上所述的XRF分析仪。
在一些实施方式中，所述分拣***包括至少一个固化模块，所述至少一个固化模块被配置成并且可操作用于固化所述标记成分，从而将所述标记成分粘合至所述固态物体。
所述分拣***还可以包括附加组件，如用于清洁物体的一个或更多个清洁模块、光学检查模块(例如用于检验所述标记成分的不可见性)。
根据本发明的另一广泛方面，提供了一种分拣至少一个固态物体的方法。该方法包括以下步骤：利用至少一个X射线或Gamma射线激发射束照射至少一个固体物体；检测所述物体的至少一个表面上是否存在标记成分；以及根据是否存在所述标记成分来分拣所述物体。
在一些实施方式中，所述方法包括以下步骤：利用标记成分连续标记多个固体物体。
在一些实施方式中，所述标记步骤包括应用打印和真空淀积工序中的至少一个。
在一些实施方式中，所述方法包括：检验是否已经适当地应用所述标记步骤。
在一些实施方式中，所述方法包括：检测所述物体的两个表面上是否存在标记成分。
在一些实施方式中，所述方法包括：利用至少一个X射线或Gamma射线激发射束同时照射多个固体物体。
在一些实施方式中，分拣所述物体的步骤以高达每分钟2000个物体的量来执行。
在一些实施方式中，所述方法包括如上所述的识别方法。
附图说明
为了更好地理解本文所公开的主题，并且例证其可以怎样在实际中执行，下面，参照附图，仅通过非限制性示例的方式对实施方式进行描述，在附图中：
图1A示出了例示根据本发明的一些实施方式的XRF分析仪的框图；
图1B示意性地示出了根据本发明的一些实施方式的XRF分析仪的可能配置的例示图；
图1C示意性地示出了根据本发明的一些实施方式的XRF分析仪的强度调制器的可能配置的例示图；
图1D示意性地示出了根据本发明的一些实施方式的射到多个物体上的不同强度的辐射；
图2示出了根据本发明的一些实施方式的用于同时识别多个物体的方法的流程图；
图3示出了例示根据本发明的一些实施方式的分拣***的框图；以及，
图4示出了根据本发明的一些实施方式的用于对多个物体进行分拣的方法的流程图。
具体实施方式
参照图1A，通过框图的方式例示了根据本发明的一些实施方式的XRF分析仪100的主要部件。XRF分析仪100包括：发射器组件12，其被配置成朝着检查中的多个物体发射具有空间强度分布的至少一个X射线和/或Gamma射线(初级辐射)；以及X射线检测器14，其被配置成检测作为响应从所述物体发射的响应X射线信号(二次辐射)。XRF分析仪100还包括与XRF检测器14通信的信号处理器16。该处理器16被配置成识别在单个时间步中测量的哪些物体被标记，哪些未被标记。所述物体例如可以按单排定位成连续轨道10的宽度(垂直于轨道的移动方向)。为了识别一组物体中的哪些物体被标记，哪些物体未被标记，以不同的强度照射每个物体，以使得对相关波长范围中来自整组物体的总响应信号的强度(与入射辐射的总强度成比例)的检测使得能够准确地确定哪些物体被标记。例如，在同时照射两个物体(X和Y)并且检测器同时检测到它们各自的响应信号的情况下，可以用强度I照射物体X，而用强度2I照射物体Y。这样的配置使得能够通过测量从物体上的一个或更多个标记物发射的响应信号的强度来区分四种可能的结果，所述响应信号的强度与入射辐射的强度成比例。用于IR表示从物体X上的一个或更多个标记物发出的强度，表1总结了四种可能的结果：
Figure GDA0003105791940000071
在另一示例中，可以通过用强度I照射物体X、用强度2I照射物体Y并且用强度4I照射物体Z，来识别同时检查的一组三个物体(X、Y以及Z)中的哪些物体被标记。这样的配置使得能够通过区分响应信号的8个强度来准确地识别出三个物体中的哪些被标记(如果来自物体X的响应信号的强度是IR，则来自所有三个物体的响应信号的8个可能的强度将是：0、IR、2IR、…7IR)。尽管为了简单起见，呈现了使用两个或三个物体的两个示例，但本发明不限于特定数量的物体，并且可以检测响应信号的强度的任何组合。
在一般情况下，其中，k个物体被同时照射，为了识别k个物体中的哪些被标记，不同的物体应当用强度I、21I、22I、…、2k-1I来照射。然后，来自所述一个或更多个标记物的响应信号的强度将是与2k个可能标记物体组相对应的0、IR、…、(2k-1)IR。
为了用不同预选强度照射多个物体，可以使用发射多个激发射束的多个发射器。另选地或者另外，下面，如图1B至图1C所示，可以使用具有空间强度射束调制器的单个发射器，其调制射束，以使得整个照射区域内的不同区域或区段接收不同的辐射强度。因此，通过调制所发射的辐射的强度，本发明的技术为XRF标记物提供了独特的特征图(signature)，使得能够轻松分拣和分离检查中的物体。
XRF分析仪100可以被构造为包括辐射发射器12和辐射检测器14的单个装置。另选地，辐射发射器12和辐射检测器14可以被构造为分离的装置。在一另选设计中，XRF分析仪100可以包括两个或更多个发射器以及两个或更多个检测器。信号处理器16可以处理响应X射线信号，以便从响应信号中滤除背景辐射噪声和杂波。信号处理器16可以采用更先进的方法来处理响应信号，例如，统计方法，如时间系列分析，以便获得具有改善的SNR和SCR的增强响应信号。例如，信号处理器16可以使用在国际申请PCT/IL2016/050340中描述的方法。
应注意到，通常本发明的XRF分析仪可以通过模拟和/或数字方式实现。在某些情况下，XRF分析仪包括计算机化***，其包括计算机处理器(CPU)和存储器。因此，分析仪的模块可以由合适的电路和/或由软件和/或硬件组件来实现，包括被配置成实现下面描述的方法200和/或400的操作的计算机可读代码。本发明的XRF分析仪可以被实现为XRF信号处理中心的一部分，和/或实现为便携式(例如，手持式)XRF读取装置。
信号处理器16包括：包括用于接收响应X射线信号的通信模块的数据输入工具单元(utility)16A；用于生成与所识别物体有关的数据的可选数据输出工具单元16B；存储器(即，非易失性计算机可读介质)16C，其用于存储数据库(即，表示物体的标记特征图的预选数据以及响应信号的强度与物体的几何位置的关系的预选数据)；以及数据处理工具单元16D，其被配置成识别哪些测量物体被标记，哪些未被标记。数据库可以利用MicrosoftAccess、Cybase、Oracle或其它合适的商业数据库***来实现。在一些实施方式中，XRF分析仪100采用基于云的配置来进行配置和/或利用基于互联网的计算，使得处理工具单元16D和/或存储器16C的部分可以驻留在多个不同的地理位置处。在启用XRF分析仪100时，处理器16信令辐射发射器组件12以发射辐射(例如，X射线辐射)。处理器16经由辐射检测器14检测从物体上的XRF标记物(若有的话)发射的辐射荧光信号图案。处理器16可以将关于荧光信号图案(如荧光波长和/或强度)的数据经由数据输出工具单元16B、经由数据通信(例如，经由蜂窝网络)发送至中央计算机的通信模块。处理器16可以将所接收到的数据记录在存储器16C中的数据库中和/或可以用该数据库中的数据查询/交叉引用所接收到的数据，以识别该物体是否已经被标记并且可以检索物体数据(例如，标记物的浓度)，并且可以将这样的物体数据传送给移动装置，在该移动装置处，处理器16可以信令以显示对应于该物体数据的消息。为此，存储在数据库中的预选数据可以被用于将所检测到的XRF标记物的荧光图案/XRF特征图与先前被用于标记物体并存储在数据库中的多个XRF标记物的特征图/化学成分进行比较。例如，可以在分析物体之前，通过在数据库中存储表示某个标记物的特定浓度的多个XRF特征图响应，来识别标记成分的浓度。在另一示例中，标记成分被制备成具有特定(可能是唯一的)浓度的所述一种或更多种标记物材料(其可以根据预选代码任意确定/设定)。然后，只有在将标记成分涂覆至物体表面之后，从涂覆至特定样本基板的标记读取XRF响应信号，并将该XRF响应信号设定为与该物体相对应的标记的代码字。该特定XRF响应特征图(表示特定标记)与特定样本基板(而不仅仅是标记成分)之间的对应关系可以存储在数据库中。在这种情况下，标记元素的浓度不是基于预选代码先验地确定的，而相反，只有在将标记成分(可能包括任意浓度的标记元素)涂覆至样本基板之后，才能后验地确定/测量所述代码。因此，标记物材料的浓度和/或相对浓度可能是也可能不是基于标记的期望代码字先验地确定的。在某些情况下，只有在将具有特定(不一定已知)浓度的一种(多种)元素的标记成分涂覆至具有与用该标记成分标记的组件的类型/材料相似的类型/材料的物体(例如，参照物体/组件)之后，才能后验地确定所述代码字。
数据处理工具单元16D可以包括采样和保持电路、模拟至数字转换器(ADC)、数字至模拟转换器(DAC)以及某一工作存储器，其使得数据处理工具单元能够接收X射线响应信号。在接收到X射线响应信号之后，数据处理工具单元16D也能够处理该信号。信号处理步骤的结果可以显示和/或存储在存储器中和/或发送至数据通信单元以供通过广域网(例如，互联网)传递。应当明白，这种“处理工具单元”由安装在“服务器”***(例如，“云计算机”)上的软件产品构成，或者可以是“客户端计算机”，例如，客户端的个人通信设备(如移动电话)中的应用程序接口(API)，或计算机***的各种模块可以分布在服务器与客户端计算机之间(即，分布式软件)。存储器16C可以包括可由数据处理工具单元16D执行的指令。该指令可操作以使得数据处理工具单元16D能够接收X射线响应信号、处理X射线响应信号、识别哪个物体被标记，并经由数据输出工具单元16B输出关于物体被标记的通知。存储器16C可以通过外部单元经由无线或有线连接中继至中央数据库。
本发明的特征可以包括通用或专用计算机***，其包括各种计算机硬件组件，这将在下面加以更详细的讨论。本发明范围内的特征还包括计算机可读介质，该计算机可读介质用于承载或具有存储在其上的计算机可执行指令、计算机刻度指令或数据结构。这种计算机可读介质可以是可由通用或专用计算机***访问的任何可用介质。通过示例而非限制的方式，这种计算机可读介质可以包括物理存储介质，如RAM、ROM、EPROM、闪存盘、CD-ROM或其它光盘存储部、磁盘存储部或其它磁存储装置，或者可以包括可以被用于承载或存储采用计算机可执行指令、计算机可读指令或数据结构的形式的期望的程序代码并且可以由通用或专用计算机访问的任何其它介质。计算机可读介质可以包括可通过网络(如广域网(WAN)，例如互联网)下载至计算机***的计算机程序或计算机应用。
在本说明书和下面的权利要求书中，“处理器”被定义为一个或更多个软件模块、一个或更多个硬件模块，或它们的组合，它们一起工作来对电子数据进行操作。例如，数据分析仪的定义包括个人计算机的硬件组件，以及软件模块，如个人计算机的操作***。模块的物理布局无关紧要。计算机***可以包括经由计算机网络联接的一个或更多个计算机。同样，计算机***可以包括单个物理装置(如电话或个人数字助理“PDA”)，其中内部模块(如存储器和处理器)一起工作以对电子数据执行操作。虽然任何计算机***都可以是移动的，但如本文所使用的术语“移动计算机***”或术语“移动计算机装置”尤其包括膝上型计算机、笔记本计算机、蜂窝电话、智能电话、无线电话、个人数字助理、具有触敏屏的便携式计算机等。
如本文所使用的术语“服务器”指的是包括通常被配置成通过计算机网络提供服务的处理器、数据存储部以及网络适配器的计算机***。接收由服务器提供的服务的计算机***可以被称为“客户端”计算机***。
“网络”被定义为两个或更多个计算机***可以交换数据的任何架构。术语“网络”可以包括广域网、互联网、局域网、内联网、无线网络(如Wi-FiTM)、虚拟专用网络、使用接入点名称(APN)和互联网的移动接入网络。交换数据可以采用对两个或更多个计算机***有意义的电信号的形式。当数据通过网络或另一通信连接(硬布线、无线，或硬布线和无线的组合)传递或提供至计算机***或计算机装置时，该连接被适当地视为计算机可读介质。因此，任何这种连接都被适当地称作计算机可读介质。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。计算机可执行指令例如包括使通用计算机***或专用计算机***执行特定功能或一组功能的指令和数据。
如本文所使用的冠词“一”，“一个”(如“一处理器”、“一个服务器”、“一个样本”)具有“一个或更多个”的含义，即，“一个或更多个处理器”、“一个或更多个服务器”以及“一个或更多个样本”。
根据本发明的实施方式，处理工具单元16D还可以确定标记成分中存在的标记物和/或粘合剂的浓度。处理工具单元16D还被配置成将所测得的浓度与从存储在存储器16C中的预选数据获得的浓度进行比较。
图1B示出了根据本发明的一些实施方式的XRF分析仪100A的另一可能配置，其中，发射器组件12A包括单个发射器18，其具有被配置成调制辐射束以使得整个照射区域内的不同区域或区段接收不同强度辐射的空间强度射束调制器20。射束调制器20可以包括具有变化的宽度以使得抵达物体的辐射的强度沿一个或更多个方向变化的单个孔。在实施方式中，发射器18的准直器可以被配置成(除了准直射束之外)还作为射束调制器来操作。
射束调制器20可以被构造为具有多个不同尺寸的孔的部件，各个孔分别对应于以预选强度照射的区段。图1C中例示了该特定且非限制的示例，其示出了具有两个不同几何尺寸的孔A和B的射束调制器20A，其被配置成将来自发射器组件12(未示出)的电磁辐射分布在两个区段之间，以使得通过较大孔A抵达第一区段的辐射的强度大约为通过较小孔B抵达第二区段的辐射的强度的四倍。为简单起见，该图未按比例表示。这样的配置使得XRF分析仪能够识别哪些物体被标记，哪些物体未被标记。参照图1D，其中，XRF分析仪被配置成检查在连续轨道或传送带上同时并行前进的两排物体。XRF分析仪被配置成每个时间步检查两列物体。如该图所示，辐射射到一列两个物体上，其中，用与图1C的强度调制器A和B的不同孔相对应的不同辐射束尺寸A’和B’来表示不同的辐射强度。尽管为了简单起见，表示了两个检查中的物体，但本发明不限制同时检查的物体的数量。
参照图2，其通过流程图的方式例示了根据本发明的一些实施方式的用于同时识别多个物体的方法的主要步骤。方法200包括步骤202，其中，用至少一个激发射束同时照射多个物体。这些物体可以沿至少一排、至少一列或它们的任何组合以间隔开的结构进行排布。这些物体的几何排布对应于强度的几何分布，以使得能够识别被标记的物体。在步骤204中，对所述至少一个激发射束的强度进行调制，以使得射到每个物体上的强度不同并且可识别。可以通过使用联接至发射器的强度调制器来调制激发射束的强度，该强度调制器调制射束，以使得整个照射区域内的不同区域或区段接收不同的辐射强度。另选地或者另外，通过同时操作多个发射器可以对强度进行空间调制，各发射器以不同的强度发射。在后一种情况下，步骤202和204同时执行。在步骤206中，检测来自所述多个物体的辐射，并且生成表示所述多个物体上的空间强度分布的信号。对辐射的检测包括测量从物体上的一个或更多个标记物发射的响应信号的强度，该响应信号的强度与入射辐射的强度成比例。在步骤208中，识别来自所述多个物体中的特定标记物体。为了识别一组物体中的哪些物体被标记，哪些物体未被标记，以不同的强度照射所述物体中的每一个，以使得对相关波长范围内来自整组物体的总响应信号的强度(与入射辐射的总强度成比例)的检测使得能够准确地确定哪些物体被标记。如上所述，方法200还可以包括进一步的处理步骤(未示出)，如从响应信号中滤除背景辐射噪声和杂波。在一些实施方式中，还可以确定每个物体中存在的标记物(若有的话)的浓度，并且可以将其与存储在数据库中的预选数据进行比较。在一些实施方式中，方法200还可以包括沿着放置在XRF分析仪下方的连续轨道推进待分析的多个物体的步骤。
方法200还可以包括在数据库中记录标记的步骤。数据库可以被配置成提供与可检测的成分标记相对应的唯一代码。该唯一代码可以对应于与可检测成分标记相关联的XRF指纹/特征图。可以为标记物的各个组合或标记物组合中的每个组合生成唯一代码。例如，方法200可以包括以下步骤：在数据库中存储表示用于标记物体的标记成分的特征图的预选数据，并且还可以存储将物体的特性和/或身份与标记的特征图相关联的关联数据。可选地，方法200还可以包括将所接收到的XRF数据与数据库中的数据进行比较的步骤。所接收到的XRF数据可以记录在数据库中。所记录的接收XRF数据可以用于对将来样本的将来分析。可选地，方法200还可以包括基于数据库数据评估样本的身份的步骤。可以利用统计分析来执行评估身份，其中，将所接收到的XRF数据与数据库XRF数据进行比较并且执行统计比较。如果显示预定相似度，则XRF数据被认为来自匹配的样本。
参照图3，其以框图的方式示出了本发明的新型分拣***300的主要功能部分。可以检查单个物体，或者另选地，可以将多个固体物体(下文称为“物体”)连续送到分拣***300中，并通过连续轨道(如传送***或传送带)在不同模块之间移动。分拣***300可以包括或者可以联接至传送***，该传送***包括：处于XRF分析仪104上游的入口传送机2；被配置成从入口传送机2接收固体物体并被配置成将该固体物体移动至XRF分析仪104的传送台3，以及处于XRF分析仪104下游的出口传送机4，其用于接收经XRF分析仪104处理之后的物体。传送台3可朝着和远离XRF分析仪104移动。传送台3可以形成有连接至用于施加真空的抽吸控制装置的真空开口，以便在要通过XRF分析仪104对由传送台3运送的物体执行处理操作时将该物体牢固地保持在台子上。在对物体执行处理操作之后，由传送台3将其传送至出口传送机4。该出口传送机4与入口传送机2类似地构造。在该特定而非限制性的示例中，XRF分析仪104位于传送台3的正常位置的横侧。
分拣***300包括：至少一个XRF分析仪104，其被配置成识别在物体的至少一个表面上是否存在标记成分；以及至少一个分拣机106，其被配置成随着物体连续通过分拣***300在线分拣物体。
在一些实施方式中，XRF分析仪104可以被配置成检验物体是否被充分标记。分拣机106还可以被配置成转移未标记或部分标记的物体。
XRF分析仪104既能够识别新物体上的标记也能够识别已使用物体上的标记。例如，当用于标记和分拣硬币时，分拣***300既可以标记和/或读取新硬币上的标记也可以标记和/或读取已经流通的已使用硬币上的标记。进入分拣***300的物体可能是已经在分拣之前标记了一段时间的(例如，已经在流通中的硬币)或者可能是在线标记的(例如，新硬币)。如果物体必须在线标记，那么分拣***300还可以包括至少一个标记模块102，其被配置成通过将标记成分涂覆至物体的至少一个表面来标记该物体的至少一个表面。在这种情况下，XRF分析仪104然后被配置成检验标记处理是否已被准确地执行。
分拣***300可以用于标记模式，该标记模式用于标记新硬币或其它未标记的硬币。出于标记已经在流通的已使用硬币(因此可能也包括先前标记过的硬币)的目的，可以在第一步骤中，将分拣***300按分拣模式(其中，例如，通过其它方式检验硬币是否为真实的非伪造硬币)使用，以将硬币分拣成标记的硬币和未标记的硬币，并在第二步骤中，按标记模式标记未标记的硬币。当标记出足够百分比的流通硬币时，可以作为防伪措施按分拣模式来使用分拣***300，其中，所有未标记的硬币被视为***并被丢弃。当按标记模式操作该装置时，待标记的物体按下面的次序由连续轨道移动通过分拣***300的不同模块：首先，标记模块102标记物体；然后，物体通过XRF分析仪104，该XRF分析仪104读取标记并检验物体是否被充分标记(另选地，读取模块可以在该模式下空闲或关闭)；然后，物体通过分拣机106，该分拣机106将未充分标记的物体转移至单独的轨道或收集装置；可选地，被充分标记的物体然后通过固化/粘附模块108，其中，标记成分被固化并粘附至物体。然后，被标记的物体朝着附加轨道或收集装置离开分拣***300。固化模块108可以位于标记模块102之后，以使得被标记的物体在被XRF分析仪检查之前通过固化模块108。另选地，固化模块可以安装在XRF分析仪104之后。在又一示例中，固化单元108可以安装在分拣机106之后，以使得标记成分仅在物体已被分拣之后才经历固化。未被适当标记的物体不经历固化，以使得标记成分可以容易地从物体表面洗掉。然后可以将未适当标记的物体重新送至分拣***300以进行重新标记。
分拣***300还可以包括光学检查模块(未示出)，其用于在XRF分析仪104检查标记之前对被标记的物体进行初步检查。光学检查模块可以检查被标记的物体的视觉外观(例如，检验标记是不可见的)。光学检查***可以通过将被标记的物体的图像与存储在数据库中的物体的预选图像进行比较来检查标记。
分拣机106包括处理器110B(下文中称为“分拣处理器”)，其控制位于出口传送机4的端部处的转移设备112。分拣机106访问存储在存储器中的数据库中的表示每XRF特征图的一定量标记成分的数据，并使用该数据来执行分拣。该数据还可以包括分拣参数，以及比较的结果。一旦将该数据存储在数据库中，就可以利用诸如查询语言(举例来说，如Microsoft SQL)的已知数据库分析工具来分析这样的数据。分拣处理器110B根据该比较(并且可选地根据用户输入)确定哪些物体被标记，哪些物体未被标记(或仅部分标记)。因此，分拣处理器110B被配置成经由通信模块从XRF分析仪104接收表示存在标记物体的数据，并控制转移设备112的操作以选择性地仅转移未标记的物体。然后，分拣处理器110B基于物体的XRF特征图对物体进行分类，并且启用转移设备112。转移设备112将未标记的物体从连续轨道朝着不同轨道或收集装置转移。转移设备112可以采用带有切口的螺线管的轴的形式，使得它要么形成轨道的延续要么形成轨道上的屏障。转移设备112由分拣处理器110B致动，分拣处理器110B从处理器110A接收数据，处理器110A感测沿轨道移动的每个物体并提供表示对每个物体进行标记的信号。转移设备112可以采用机械臂；电动、气动以及液压活塞，以及磁体、电磁体和/或空气压力将物体远离连续轨道或传送***而转移至单独的轨道或收集装置。例如，当其中一个空气喷射器(jet)接收到来自分拣处理器110B的信号时，该空气喷射器射出空气流，其使物体从传送***被喷射到与该空气喷射器相对应的分拣箱中。例如，可以使用Mac Industries的高速空气阀为该喷射器提供例如60psi-90psi的空气压力，其中操作/关闭时间为15ms。可以使用其它方法来喷射物体，如由机器人将物体从传送***移除、将物体从传送***推出，或者使传送***中出现物体可从中掉落的开口。
分拣处理器110B的功能可以由位于分拣***300内或外部的形成单个单元的处理器110A执行。XRF分析仪104的信号处理器110A也可以用作分拣处理器110B。XRF分析仪104的信号处理器110A和/或分拣处理器110B可以控制分拣***的操作。另选地，XRF分析仪104的信号处理器110A和分拣处理器110B二者都由控制分拣***300的操作的控制器进行控制。
标记模块102被配置成将标记成分涂覆至物体。涂覆至物体的标记成分可以包括一种或更多种标记物。标记物是包含可通过X射线荧光(XRF)分析识别的一种或更多种元素的化合物。即，响应于X射线或Gamma射线(初级辐射)的元素发射具有特征化(即，按特定能量/波长的峰值)该元素的光谱特征的X射线信号(二次辐射)(下文中，将针对这种X射线响应信号的引用表示为XRF特征图)。标记成分还可以包括一种或更多种粘合剂，其中，粘合剂是将标记物粘合至金属性物体表面的化合物(例如，热固性聚合物)。标记模块102可以使用表面处理，以便将标记成分粘合至物体的至少一个表面。标记成分还可以包括溶剂、分散剂、蚀刻剂、表面活性剂以及粘合促进剂。例如，在PCT专利申请No.PCT/IL2017/050121中描述了可以用于通过标记模块来标记物体的标记成分，该专利申请通过引用并入本文。
标记成分可以通过喷墨打印装置(如按需喷墨(drop-on-demand inkjet))涂覆至物体。在这种喷墨打印装置中，附接至打印头的压电或加热装置迫使材料以皮升滴(pico-liter drops)的形式从打印喷嘴中逸出。标记模块中的打印头的数量根据连续轨道上采用单排的物体数量进行设定，这些物体按单个时间步进行标记。可以用于将标记成分涂覆至金属性物体的其它方法包括：超声波喷雾嘴涂敷、浸涂、旋涂、等离子喷涂、电泳淀积(EPD)、热熔涂敷，以及刮刀涂敷。另外，标记成分可以通过真空淀积方法涂覆至物体表面，其中，淀积工序在远低于大气压的压力下或在真空中(即，在真空室中)执行。通常，真空淀积工序能够淀积厚度范围从单个原子直至几毫米的层。以这种方法淀积在基板上的材料处于蒸汽状态。
优选地，可以用于这种标记技术的真空淀积工序利用化学汽相淀积(CVD)，其中，蒸汽通过包括一种或更多种前体(precursor)的化学反应产生。该前体通常包括有机金属化合物。CVD的范畴包括各种工序，如低压化学汽相淀积(LPCVD)、等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)、等离子体辅助CVD(PACVD)，以及原子层淀积(ALD)。
另选地或者另外，将标记物材料淀积在物体上的工序包括物理汽相淀积(PVD)，其中蒸汽源是固体或液体。PVD工序可以使用诸如溅射、阴极电弧淀积、热蒸发、用作(固体)前体来产生蒸汽的激光烧蚀以及电子射束淀积的技术，以按汽相产生淀积的颗粒。
真空淀积方法允许淀积承载一种或更多种标记物的分层结构，例如，在物体表面上的均匀的整个化合物层(包括标记物)，例如，连续(未构图)分层结构/膜或由所淀积的化合物(经由掩模淀积)的离散间隔区域形成的分层结构/膜。
真空淀积工序的准确性和层的均匀性有助于快速且准确地测量所淀积的标记物的浓度。通过真空淀积方法淀积的标记层具有弹性和耐磨性。
为了通过在线真空淀积方法在物体上涂覆标记成分(例如，针对连续轨道或传送带上的物体)，可以使用一个或更多个压力室，连续轨道上的物体在进入真空室(其中将标记物淀积到物体上)之前通过该压力室。
在一些实施方式中，标记模块102包括用于固化和/或粘合标记成分的固化/粘附模块108。固化模块被配置成固化标记成分，以使得标记成分***(例如，通过形成交联)并粘附至被标记的物体。固化模块/粘附模块108可以采用电子射束、热、化学添加剂和/或UV辐射来将标记成分粘合至物体。固化/粘附模块108还可以采用溶剂的蒸发来实现将标记成分粘附至物体。当使用固化模块108时，因为未标记的物体在经历固化/粘附模块108中的固化之前被转移至单独的轨道，所以可以将标记成分从物体上洗掉，以使得该物体可以经历标记工序，而不会有涂覆到该物体上的额外标记成分层。单层标记在用作隐蔽防伪措施(其中，标记的不可见性可能是有益的)时或者在标记成分的厚层可能影响物体的其它特性时可能是重要的。例如，在标记硬币时，可能必需要不会影响硬币的化学、机械、电气，以及磁特性。
在一些实施方式中，分拣***300能够识别物体的两个表面。例如，在标记硬币时，识别硬币的两个面(正面和背面)可能是有益的。即，物体通过连续轨道移动到分拣***300中，XRF分析仪104读取物体的第一表面；然后将未标记的物体转移到单独的轨道；然后，可以通过任何操纵模块114(例如，翻转/转动机构)转动或翻转该物体，以使得可以容易地读取第二表面。然后由XRF分析仪104读取该物体的第二表面；并且未标记的物体(即，其第二表面未被充分标记的物体)被转移远离连续轨道。为此，分拣***400可以包括两个XRF分析仪和两个分拣机(未示出)，它们中的每一个分别被配置成分析物体的一个面。
此外，在标记硬币时，标记硬币的两个面(正面和背面)可能是有益的。为此，标记模块102可以被配置成标记物体的两个面。另选地，分拣***300可以包括两个标记模块(未示出)。标记成分对物体的两个表面的标记可以顺序进行。标记成分可以通过单个固化/粘附模块固化和/或粘合至物体的表面。另选地，标记成分的固化可以通过两个固化/粘附模块(未示出)来执行。
在第二示例中，可以并行地完成标记读取物体的两个表面和分拣物体。即，两个表面由同一标记模块或者第一和第二标记模块标记；然后由同一XRF分析仪或者第一和第二XRF分析仪读取标记；然后，未标记的物体(即，其一个表面没有被充分标记的物体)被转移离开连续轨道；然后通过一个或两个固化模块固化标记成分。
参照图4，其通过流程图的方式示出了本发明的分拣方法400的主要步骤。在初始可选步骤402中，将单个物体或者多个固体物体(下文称为“物体”)连续送到分拣***300中，并通过连续轨道(如传送***或传送带)在不同模块之间移动。在步骤404中，对辐射束的强度进行空间调制。在这种情况下，同时检查多个物体，并且用激发射束同时照射所述多个固体物体。在步骤406中，在物体的至少一个表面上检测是否存在标记成分，并识别被标记的物体。在步骤408中，根据是否存在标记成分对物体进行分拣。
在一些实施方式中，方法400可以包括标记物体的步骤410。该步骤410可以在分拣物体之前首先执行，以检验物体的适当标记。另选地或者另外，可以仅针对未标记或部分标记的物体，在对物体进行分拣之后执行该步骤410。该方法400具有每分钟高达2000个物体的量。在一些实施方式中，方法400具有每分钟大约2000至大约5000个物体的量。该技术可以按每分钟高达5000个物体的速率，标记、读取标记，并将物体分拣到两个单独的轨道或输出部(用于标记和未标记的物体)中。物体可以按单行方置在连续轨道上，以使得它们逐个地被标记、读取(检查标记成分的存在)以及分拣。另选地，物体可以按可能包括两个或更多个物体的多排放置在连续轨道上，以使得对整排进行标记，并同时读取，然后将其分拣到用于标记和未标记的物体的单独的输出部中。即使在同时检查整排物体的情况下，也可以在单个物体上读取标记成分的存在和量。即，即使在按单个时间步读取整排的情况下，标记和未标记物体也在该排中进行识别，从而可靠地将物体分拣到两个单独的输出部中。在实施方式中，连续轨道上的一排物体可以包括介于两到十个物体之间。例如，单排可以包括五个物体。
因此，本发明的技术可按多种模式(即，标记模式和分拣模式)操作，以供实现不同的任务。在标记模式(包括步骤410)中，使未标记的物体连续位移(例如，送至分拣***中)，并将标记成分涂覆至未标记的物体的至少一个表面。在该标记模式下，读取和分拣能力仅被用于检验物体是否已被适当标记(通过测量标记成分中所包括的标记物材料的浓度)，并将未标记或部分标记的物体转移至单独的输出部(如单独的轨道或收集装置)，以进行重新标记。在分拣模式中，标记和未标记的物体都被连续位移(例如，送至分拣***中)，并且通过将未标记的物体转移至单独的输出部来对物体进行分拣。标记步骤410不用于分拣模式。然后可以在标记模式的标记步骤410中标记未标记的物体。另选地，未标记的物体可以被视为假冒或伪造的，或在其它方面有缺陷的，并将其丢弃。在一特定但非限制性的示例中，在标记模式下，待标记的物体在步骤402中按下面的次序由连续轨道移动通过分拣***300的不同模块：首先在标记步骤410中标记物体；然后在步骤404中读取该物体以检验该物体是否被充分标记；然后在步骤408中对物体进行分拣，并且将未充分标记的物体转移至单独的轨道或收集装置。可选地，标记步骤410包括固化步骤(未示出)，其中未充分标记的物体然后通过固化/粘附模块，其中标记成分被固化并粘附至物体。然后，被标记的物体朝着附加轨道或收集装置离开分拣***。

Claims (15)

1.一种XRF分析仪，所述XRF分析仪包括：
发射器组件，所述发射器组件被配置成发射用于同时照射多个物体的具有空间强度分布的至少一个X射线或Gamma射线激发射束；
X射线检测器，所述X射线检测器用于测量由所述多个物体发射的二次辐射，并且生成表示所检测到的X射线数据在所述多个物体上的空间强度分布的信号；以及
与所述检测器通信的信号处理器，所述信号处理器用于接收并处理所检测到的响应X射线信号，以识别多个固体物体中的每一个物体的至少一个表面上是否存在标记成分，其中，所述发射器组件包括以下组件中的至少一个：（i）多个间隔开的发射器，各发射器被配置成生成强度彼此不同的激发射束；（ii）发射器和联接至所述发射器的空间强度射束调制器，所述空间强度射束调制器被配置成对所述激发射束的强度进行空间调制，以使得射到所述物体中的每一个上的强度不同并且可识别。
2.根据权利要求1所述的XRF分析仪，其中，所述信号处理器被配置成识别涂覆在每个固体物体的至少一个表面上的标记成分的浓度。
3.根据权利要求2所述的XRF分析仪，其中，所述信号处理器被配置成将表示涂覆在每个固体物体的至少一个表面上的标记成分的特定浓度的XRF信号与存储在数据库中的预选数据进行比较。
4.一种用于识别多个被标记的物体的方法，所述方法包括：
利用具有空间分布的调制强度的至少一个X射线或Gamma射线激发射束同时照射多个物体；其中，到达所述物体中的每一个的射束的强度不同并且可识别；
检测来自所述多个物体的二次X射线辐射，并且生成表示所述多个物体上的空间强度分布的信号；以及
根据所检测到的空间强度分布，识别所述多个物体中的哪些物体被标记成分标记。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法包括：对至少一个激发射束的强度进行空间调制，以使得射到所述物体中的每一个上的强度不同并且可识别。
6.一种分拣***，所述分拣***包括：
至少一个根据权利要求1至3中任一项所述的XRF分析仪，至少一个XRF分析仪用于识别至少一个固体物体的至少一个表面上是否存在标记成分，并且生成表示该标记成分的数据；
与所述XRF分析仪通信的至少一个分拣机，所述至少一个分拣机用于使所带有的标记成分的浓度低于预选阈值的物体朝着预选方向转移。
7.根据权利要求6所述的分拣***，其中，所述至少一个XRF分析仪被配置成识别标记成分的特定浓度。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的分拣***，所述分拣***包括至少一个标记模块，所述至少一个标记模块用于将标记成分涂覆至所述固体物体的至少一个表面。
9.根据权利要求8所述的分拣***，其中，所述至少一个XRF分析仪被配置成检验所述至少一个标记模块的操作。
10.根据权利要求6所述的分拣***，所述分拣***包括翻转机构，所述翻转机构被配置成将所述物体的第二表面暴露给所述XRF分析仪。
11.一种进行分拣的方法，所述方法包括：
利用具有空间分布的调制强度的至少一个X射线或Gamma射线激发射束同时照射多个固体物体，其中，到达所述多个固体物体中的每一个的射束的强度不同并且可识别；
检测所述物体的至少一个表面上是否存在标记成分，其中，检测来自所述多个固体物体的二次X射线辐射，并且生成表示所述多个固体物体上的空间强度分布的信号，并且根据所检测到的空间强度分布，识别所述多个固体物体中的哪些物体被标记成分标记；以及
根据是否存在所述标记成分来分拣所述物体。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法包括利用标记成分连续标记多个固体物体的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括检验所述标记步骤。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，所述方法包括：检测所述物体的两个表面上是否存在标记成分。
15.根据权利要求11所述的方法，所述方法包括：对所述激发射束的强度进行空间调制，以使得射到所述物体中的每一个上的强度不同并且可识别。
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