KR102545082B1 - 대상물의 흐름을 검사하기 위한 기계 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이송 평면(3) 상에서 개별 대상물(2)의 흐름(F)을 자동으로 검사하는 기계(1)에 관한 것으로, 그 아래로 상기 검사될 스트림(F)이 지나가는 적어도 하나의 조명 스테이션(4)과 적어도 하나의 탐지 스테이션(4')을 포함하며, 상기 적어도 하나의 조명 스테이션(4)은 횡 방향 집중 조명 영역(ZEF)을 규정하는 검사 빔(R)을 조사하고 집속하기 위한 수단(6)을 포함하고, 그리고 적어도 하나의 탐지 스테이션(4')은 크기(L)의 횡 방향 스트립의 형태로 탐지 영역(ZD)을 규정하는 수단(9)뿐만 아니라 탐지 영역(ZD)을 스캔하는 픽셀(10)에 포함된 신호를 포착하고 전송하기 위한 수단(9, 11)을 포함한다. 상기 기계는 집중 조명 영역(ZEF)이 탐지 영역(ZD)의 상기 전체 폭(L) 내에 들어맞는 것을 특징으로 한다.

Description

대상물의 흐름을 검사하기 위한 기계 및 방법

본 발명은 자동 특성화의 분야에 관한 것으로, 선택적으로, 개별적이고 별개인 요소의 형태로 스트림 내에서 주행하는 대상물, 물품, 또는 물품의 부품, 또는 이송 평면 위를 주행하는 일체형 제품의 분류, 선별, 평가 또는 식별에 관한 것이다. 비파괴 특성화는 해당 입사 방사선의 대상이 되는 대상물, 물품 또는 제품에 의해 반사되는 광선의 분석에 의해 수행된다. 이러한 유형의 소위 "광학 선별" 기술의 유리한, 그러나 비제한적인 적용은 가정용, 기관용 또는 산업용 폐기물, 특히 재활용 가능한 가정용 포장의 분류이다.

이러한 맥락에서, 본 발명은 자동 특성화를 수행하기 위한 개선된 기계 및 검사 방법을 제안한다.

기계 및 광학 선별 방법의 수많은 실시예는 이미 공지되고, 시판되고, 구현되고 있다.

무엇보다도, 사용된 검사 또는 입사 방사선의 특성과 관련하여, 논쟁 중이면서 구현된 기술은 비간섭성 및 와이드 스펙트럼 방사선의 방출에 기반을 두고 있음을 지적하는 것이 타당하다. 결과적으로, 당 업계의 기술 수준에서 고려된 기계 및 시스템은 레이저 또는 전자 발광 다이오드(electroluminescent diodes)가 아닌, 좀 더 단순히 "할로겐(halogens)"이라 불리는, 모든 텅스텐-할로겐-타입 열 조명 소스를 사용한다. 할로겐은 색온도에만 의존하는 제어된 스펙트럼 조성을 가지며, 그 스펙트럼은 400 nm에서 2,500 nm까지의 광학 선별의 주요 범위를 포괄한다. 다른 시스템, 특히 레이저는, 조명 기하(illumination geometry)에 대한 우수한 모니터링을 가능하게 하지만, 그들은 분명히 더 비싸고 제어하기가 더 복잡하여 광학 선별에 거의 사용되지 않는 솔루션이 된다.

광학 선별기에서, 탐지 및 조명용 구성요소는 선별할 스트림으로부터 상당한 거리인, 300 mm에서 2,000 mm 사이에 일반적으로 위치한다. 사실, 경험상, 체증(jamming)(기계에서 막힘 경고 및 선별 중지를 유발하는 대상물의 끼어듦)의 위험을 피하고자 하는 경우, 300 mm는 선별될 폐기물 흐름의 통과를 위한 채널의 필요한 높이라는 것을 보여준다. 큰 크기(최대 2,000 mm)로는, 단일 장치로 큰 컨베이어 폭을 스캐닝 할 필요성에 부합한다.

따라서 광학 밸런스의 개념은 양호한 신호 대 잡음비를 보장하고 따라서 양호한 실시간 탐지를 보장하는 데 중요하다.

밸런스를 개선하기 위해, 명백한 해결책은, "광 효율(photonic effectiveness)"라고 불릴 수 있는, 탐지에 효과적으로 사용되는 방사된 광자(photons)의 비율을 최대화하는 것이 될 수 있다.

이러한 관점에서, 탐지 영역 및 조명 영역의 수렴이 최적의 솔루션인 것으로 보인다: 조명 라인으로부터 포획된 모든 광자가 센서에 의해 수집되고 이용되고, 센서 자체가 전체 표면에 걸쳐 사용된다.

그러나 알려진 시스템의 대부분은 그러한 수렴에 근접하지 못하는데, 특히 제조 및 사용의 공차를 고려하여, 실제 구현이 어렵기 때문이다.

알려진 광학 선별기의 전통적인 구조는 탐지 평면과 큰 각을 형성한 확산 조명 소스를 사용한다. 그들은 생성하기 쉽고 대상물의 조명을 위한 아주 다양한 방향을 가지기 때문에 자주 사용되며, 이는 유리하다.

그러나 그들은 특정 두께의 대상물을 분석할 수 있도록, 필드 깊이의 문제에 직면해 있다. 따라서 벨트의 영역에서 탐지 라인뿐만 아니라 탐지 평면과 벨트 위에 위치한 모든 탐지 라인을 조명해야 한다. 이것은 각 높이에서 조명 영역의 작은 비율이 센서의 필드에 있음을 의미한다.

광자의 유효성을 보장하기 위해, 특허 출원 WO 2013/115650 A1에 기술된 것과 같은 이동 가능한 조명이 보다 유리한 것으로 보이는데, 그 이유는 조명이 이 경우 지향적이고 이동 가능하며 탐지와 동축(coaxial)이기 때문이다. 이 조립체는 원칙적으로 양호한 에너지 절약을 보장하는데, 왜냐하면, 언제든지, 분석 중에, 픽셀 부근만 조명되기 때문이다.

그러나, 이 공지된 조립체에서, 조명은 또한 과도한(overflowing) 상태이다. 단일 렌즈로 초점을 맞추고, 다각형 거울에 의해 반사된, 두 개의 광 빔은 벨트 영역에 픽셀보다 훨씬 큰 8 cm에 가까운 지름을 갖는 지점을 제공한다. 또한, 동축 이동식 조명은 그 이점을 제한하는 큰 결점을 갖는다: 즉, 플라스틱 병이나 가방과 같은, 투명한 대상물에서, 매우 작은 신호가 조명 방향의 180°에서 반사되어 탐지 품질을 완전히 손상시킨다.

보다 일반적으로, 할로겐 램프와 같은 비간섭성 소스를 기반으로 한 이동 가능한 조명을 갖는 임의의 조립체는, 광을 작은 영역에 집중시키고 따라서 광학 밸런스를 향상시키는데 있어서 큰 어려움을 갖는다.

광섬유 조립체 만이 조명의 적절한 제한을 달성하지만, 현장의 수 밀리미터 에서만으로 국한되어, 광학 선별에서는 사용할 수 없게 된다. 이 범주에서는 SRS, 즉 공간적 분광(Spatially Resolute Spectroscopy) 탐지 시스템이 있다.

현장으로부터 큰 거리에서 작동하는 고정식 조명 소스들 중에서, 탐지 또는 동일 직선(동축)과 본질적으로 동일 평면인 조명 소스 만이 조명을 제한하기를 희망할 수 있다. 그러나, 전술 한 바와 같이, 간섭성(coherent) 광을 기반으로 하지 않는 이러한 유형의 동일선상의 조명(colinear illumination)을 설계하는 것은 매우 어렵다.

기본적으로 동일 평면인 조명 및 탐지의 구현은 EP 1 243 350 문서 및 "Mistral"로 지칭되는 기계 라인에 대한 출원인의 상업적 문서에 의해 개시된다.

동일 평면 상에 대한 실제적인 배치에 더하여, 전술한 문서의 대상인 기계의 다른 주요 특성 및 작동 모드가 이하에 제시된다.

이 공지된 기계는 다양한 대상물, 특히 그의 재활용을 목적으로 하는 폐기물의 광학 선별용으로 주로 설계된다.

선별될 상기 대상물은, 폭이 일반적으로 600 mm 내지 3,000 mm이고, 속도가 2 m/s 내지 5 m/s 사이에서 고정되는, 컨베이어 벨트상의 느슨한 단일 층으로 펼쳐진다.

하나 이상의 광학 헤드가 컨베이어 위에 나란히 배치되고, 주행하는 동안 연속하는 라인을 통해 전체 표면을 검사한다.

집속된 조명은, 벨트와의 교차 지점이 조명 라인을 규정하는 조명 평면을 규정하고, 조명 라인의 바로 근처에 위치한 집중 조명 영역에 대부분의 방사선을 집중시킨다.

각각의 광학 헤드에 대해, 진동 거울 유형(oscillating-mirror-type)의 스캐너는 헤드의 시야에 대응하는 조명 라인의 부분의 한 가장자리로부터 다음 가장자리로 측정 지점을 스캔한다. 횡 방향 스캐닝에 대응하는 라인의 분석 기간은 수 밀리 초이다.

언제든지, 스캔한 지점 근처에 있는 단일 기본 측정 영역은 표시되고 분석되며, 기본 측정 중에 표시된 영역의 표면을 픽셀이라고 한다. 라인에 의해 분석된 픽셀의 수는 스캔된 폭에 기초하여 조정되어 수 밀리미터, 바람직하게는 5 내지 10 mm의 측방 해상도(lateral resolution)를 가져온다.

분석 중에 픽셀로부터 수신된 광은 스캐너에 의해 집속 요소로 반사되고, 분석 및 평가를 위해 분광계로 전송할 목적으로 광섬유로 주입된다.

픽셀로부터 수신된 광은 회절 네트워크가 있는 분광계에서 그 구성 파장으로 분해되고, 스펙트럼 데이터는, 상기 재료와 복구된 신호로부터 추출된 색상 정보를 결합하여, 검사 또는 분류를 할 목적으로 제품을 분류하는데 사용된다.

이를 위해, 처리될 정보를 가져오고, 서로 다른 분석기를 이용한 상기 신호로부터 얻은 두 세트의 광섬유가 사용된다. 즉,

- 화학 조성을 결정하기 위해 근적외선 분광계를 공급하는 섬유 세트;

- 적색, 녹색 및 청색 기본 (RVB 시스템)의 색상에 해당하는 3 개의 필터를 사용하여 색상을 결정하는 일련의 센서를 공급하는 또 다른 섬유 세트.

전술한 EP 1 243 350문헌의 목적에 본질적으로 대응하는, 이 기존의 기계가 만족스럽다고 하더라도, 다양한 점의 개선을 위한 지속적인 요청이 있다, 즉:

- 조명 요건의 감소;

- 재구성된 전체 이미지의 기하학적 품질뿐만 아니라 이송 평면을 형성하는 컨베이어 벨트의 커버리지 수준의 제어를 보장하는, 분석된 영역의 더 나은 공간 안정성;

- 분광계와 같은 분석 장치의 제조 공차와 관련된 결함에도 불구하고 측정의 더 나은 스펙트럼 안정성;

- 적어도 두 개의 개별 분석 장치를 사용하는 경우 정보의 최적화된 조합.

본 발명은 EP 1 243 350 문헌에 개시된 유형의 기계를 개선하여 상기 언급된 요구에 적어도 부분적으로 응답하기 위한 기본적인 목적을 갖는다.

이 목적을 위해, 본 발명은 그 대상으로서, 기본적으로 단일층으로 배열된 개별 대상물의 자동 검사, 일체형 표면 제품을 포함하는 개별 대상물의 자동 검사, 또는 기본적으로 연속적인 층으로 분포된 특정 제품인 개별 대상물의 자동 검사를 위한 기계를 가지며, 기계는 이송 평면 상의 스트림을 포함하되, 개별 대상물은 이송 평면 상에서 스트림 내에서 주행하고, 상기 기계는, 한편으로는, 개별 대상물, 특정 제품, 또는 일체형 표면 제품의 영역을 그들의 화학적 조성 및/또는 그들의 색상에 따라 구별할 수 있도록 설계되며, 다른 한 편으로는, 그 아래로 상기 검사될 스트림이 지나가는 적어도 하나의 조명 스테이션과 적어도 하나의 탐지 스테이션을 포함하며,

상기 각각의 조명 스테이션은 특히, 하나 이상의 비간섭성(incoherent) 및 와이드 스펙트럼 소스(들)로부터 입수된 상기 방사선을 조명 평면을 정의하는 방식으로 상기 이송 평면의 방향으로 방출하는, 검사 방사선의 조사 및 집속을 위한 수단을 포함하고, 상기 조명 평면과 이송 평면의 교차 지점은, 상기 스트림의 주행 방향에 대하여 횡 방향으로 연장하는 조명 라인뿐만 아니라 상기 조명 라인의 양쪽에 상기 이송 평면 내에서 연장하는 횡 방향 스트립(strip) 형태의 집중 조명 영역을 규정하고,

상기 각각의 탐지 스테이션은 특히,

한편으로는, 상기 조명 라인의 각 지점을 주기적으로 스캔할 수 있게 하고, 상기 현재 스캔된 지점 주위로 연장되는 기본 측정 영역 또는 픽셀에 의해 반사되는 상기 방사선을 연속적으로 수신하는 탐지 수단을 포함하고, 이 가동 픽셀은, 상기 탐지 수단에 의해 상기 조명 라인을 스캔하는 동안, 횡 방향 스트립 형태의 탐지 영역을 규정하고, 이 영역은 상기 주행 방향에 수직인 축을 따라 상기 탐지 스테이션의 검사 폭에 대응하는 치수를 가지며, 그리고

다른 한편으로는, 상기 반사된 다중-스펙트럼 방사선 빔을 수집하여 적어도 하나의 분석 장치에 전송하기 위한 수집 및 전송 수단을 포함하고, 상기 분석 장치는 평가 장치에 연결되거나 이를 포함하고, 상기 평가 장치는 상기 픽셀 내에 포함되고 상기 수집 및 전송 수단에 의해 전송된 상기 신호의 처리를 수행할 수 있도록 설계되며,

상기 기계는, 상기 집중 조명 영역은 상기 전체 검사 폭에 걸쳐 상기 탐지 영역에 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 비한정적인 예로 제공되고 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예에 관한 이하의 설명으로 인해 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기계의 개략적인 부분도로서, 특히 탐지 스테이션을 도시한다.
도 1a는 이송 평면 및 도 1에 도시된 대상물의 조명 평면에 수직인 평면을 따라 절개된 도면이다.
도 1b는 도 1a와 유사하지만 이송 평면 위로 주어진 거리에서 조명의 초점을 맞추는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 기계의 이송 평면의 영역에서의 조명 및 탐지 영역의 상세도이다.
도 3a는, 본 발명의 실시예에 따라, 도 1의 기계의 탐지 스테이션의 변형예의 일부인 2 개의 분광계의 가능한 조립체를 도시한 것이고, 도 3b는 이들 2 개의 상이한 분광계의 이송 평면의 영역에서 탐지 영역의 최적화된 조합을 도시한 것이다.
도 4a는 제한되지 않은 조명의 경우에 얻어지는 이미지의 공간 불안정성의 결과를 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명에 따른 기계로 얻어진 이미지의 공간 안정성을 도시한 것이며, 도 4c는 도 4b의 상황을 상세하게 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 탐지 스테이션의 일부인 분광계의 광학적 결함으로 인한 스펙트럼의 가능한 분열(disruption)을 보여주는데, 이러한 분열은 이해를 용이하게 하기 위해 크게 과장되어 있다.
도 5의 부분도인 (a) 및 (b)는 비제한적 조명의 경우에 조명된 영역의 중심 이탈(off-centering)의 영향을 도시하고 있고, 도 6의 부분도인 (a) 및 (b)는, 본 발명의 구조 내에서, 즉 제한된 조명의 경우에 이러한 동일한 중심 이탈의 영향을 도시하고 있다.

도 1 및 도 1a는 이송 평면(3) 상에서 스트림(F) 내를 주행하고 기본적으로 단일층 방식으로 배열된 개별 대상물(2), 일체형 표면 제품 또는 기본적으로 연속적인 층으로 분포된 특정 제품의 자동 검사를 위한 기계(1)를 부분적으로 도시하며, 상기 기계(1)는 한편으로는 대상물, 특정 제품, 또는 표면 제품의 영역을 그들의 화학적 조성 및/또는 그들의 색상에 따라 구별할 수 있도록 설계되며, 다른 한편으로는 그 아래로 상기 검사될 스트림 (F)이 지나가는 적어도 하나의 조명 스테이션(4)과 적어도 하나의 탐지 스테이션(4')을 포함한다.

이 각각의 조명 스테이션(4)은 특히, 하나 이상의 비간섭성 및 와이드 스펙트럼 소스(들)(5)로부터 입수된, 방사선(R)을 상기 이송 평면(3)의 방향으로 조명 평면(7)을 규정하는 방식으로 방출하는, 검사 방사선(R)을 조사하고 집속하기 위한 수단(6)을 포함하며, 상기 조명 평면(7)과 이송 평면(3)의 교차 지점은, 상기 스트림(F)의 주행 방향(D)에 대하여 횡 방향으로 연장하는 조명 라인(8)뿐만 아니라 상기 조명 라인(8)의 양쪽에 상기 이송 평면(3) 내에서 연장하는 횡 방향 스트립(strip) 형태의 집중 조명 영역(ZEF)을 규정한다.

상기 각각의 탐지 스테이션(4')은 특히 다음을 포함한다:

한편으로, 상기 조명 라인(8)의 각 지점을 주기적으로 스캔할 수 있게 하고, 상기 현재 스캔된 지점 주위로 연장되는 기본 측정 영역 또는 픽셀(10)에 의해 반사되는 상기 방사선을 연속적으로 수신하는 탐지 수단(9)을 포함하고, 이 가동 픽셀(10)은, 상기 탐지 수단(9)에 의해 상기 조명 라인(8)을 스캔하는 동안, 횡 방향 스트립 형태의 탐지 영역(ZD)을 규정하고, 이 영역(ZD)은 상기 주행 방향(D)에 수직인 축을 따라 상기 탐지 스테이션(4')의 검사 폭에 대응하는 치수(L)를 가지며, 그리고

다른 한편으로는, 상기 반사된 다중-스펙트럼 방사선 빔(12)을 수집하여 적어도 하나의 포착 장치(13)에 전송하기 위한 수집 및 전송 수단(9, 11)을 포함하고, 상기 포착 장치는 분석 장치(14)에 연결되고, 상기 분석 장치는 상기 픽셀(10) 내에 포함되고 상기 수집 및 전송 수단(9, 11)에 의해 전송된 상기 신호의 처리를 수행할 수 있도록 설계된다.

본 발명에 따르면, 이 기계(1)는 집중 조명 영역(ZEF)이 전체 폭(L) 내에서 탐지 영역(ZD) 내에 포함되는, 즉 바람직하게는 엄격히 둘러싸지는 것을 특징으로 한다.

여전히 본 발명에 따르면, 상기 스캔하는 가동 픽셀(10)은 상기 스트림(F)의 주행 축의 방향(D)으로 상류 및 하류 경계 또는 가장자리(10')를 갖는 결정된 연장부를 가지고, 상기 조사 및 집속 수단(5, 6)은 상기 조명의 제한을 수행하도록 구성되어, 상기 이송 평면(3) 상 또는 그 근방에서 상기 가동 픽셀(10)의 전체 이동 중에, 주행 방향(D)으로의 상기 조명 영역(ZEF)의 상기 상류 및 하류 경계 또는 가장자리는 상기 주행 방향(D)으로의 상기 픽셀(10)의 상류 및 하류 경계 또는 가장자리(10') 내부에 항상 포함된다.

당 업계의 기술 수준에 의해 명시된 과도(overflowing) 조명에 반대되는 과정을 취하는, 본 발명의 전술한 조항들로 인해, 통상의 기술자는, 그들의 구현에 기인한 조명 전력의 감소에 추가하여, 분석되는 영역의 양호한 공간 및 스펙트럼 안정성을 보장할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 분광계 유형의 여러 포착 및 분석 장치들 사이의 정렬을 용이하게 얻을 수 있다는 것을 이해한다.

바람직하게는, 2 개의 영역 (ZEF 및 ZD)은 조명 평면(7) 상에, 따라서 조명 라인(8)에 대해, 필수적으로 센터링된다.

또한, 당 업계의 기술 수준에서 사용되는 광섬유 빔과 같은, 반사되고 수집된 방사선 빔(12)의 임의의 물질 전달 지지체 또는 수단을 제거하는 결과를 야기하는 본 발명의 유리한 설계 변형에 따라, 스캔하는 가동 픽셀(10)의 형태는, 적어도 하나의 포착 및 분석 장치(13, 14)의 일부인, 센서 또는 센서(15)의 배열의 형태에 의해, 및/또는 이러한 센서(15)를 포함하는 장치(13)로부터의 반사된 방사선의 흡기 개구(13')의 형태에 의해 결정되며, 픽셀(10)은 바람직하게는 주행 방향(D)으로 연장된 직사각형 형상을 갖는다.

본 발명에 따른 제한된 조명의 전술한 이점을 보장하면서, 바람직한 방식으로, 상기 분석 장치의 고성능 동작을 보존하기 위해, 조명 라인(8)을 따라 스캔 이동하는 동안의 가동 픽셀(10)의 조명된 영역(10"), 즉 집중 조명 영역(ZEF)과의 공유 표면은 픽셀(10)의 전체 표면의 80 % 미만, 유리하게는 이 표면의 적어도 30 %, 바람직하게는 적어도 40 %를 나타낸다. 60 %와 80 % 사이의 수준이 선호되며, 70 %는 대부분의 경우 기본적으로 최적의 값으로 보인다.

조명 측면에서 기계의 성능을 더욱 최적화하고, 이러한 측면에서의 간섭 또는 교란을 줄이거나 심지어 제거하기 위해, 상기 조사 및 집속 수단은, 상기 소스(들)(5)로부터 입수되는 상기 방사선의 반사 및 제한을 위한 수단(6) 뿐만 아니라, 상기 이송 평면(3)에 수광되는 상기 방사선(R) 모두가 상기 집속 수단(6)을 거쳐 상기 집중 조명 영역(ZEF)에서 끝나는 방식으로, 상기 이송 평면(3)을 향해 상기 소스(들)에 의해 직접적으로 방사되고 결정된 각도의 섹터(18)에 위치한, 상기 방사선을 차단시키는 수단(16)을 포함한다.

물론, 이들 수단(5, 6 및 16)은 유닛 또는 모듈이거나, 부분적으로 모듈 및 부분적으로 유닛일 수 있다.

검사의 특성, 특성화될 원하는 정보 및/또는 제품/대상물(2)에 기초하여, 기계(1)를 조정하고 작동하기 위한 다양한 모드가 고려될 수 있다.

따라서, 특히, 주행하는 스트림(F)의 100 %의 커버리지를 보장하기 위해, 상기 탐지 수단(9)에 의해 정의되는 스캐닝 주파수는, 2 개의 연속 라인을 스캔하는 동안, 이들 라인 각각의 상기 제한 조명 영역(ZEF)은, 상기 주행하는 스트림(F)의 모든 지점을 적어도 한 번 분석하는 방식으로, 상기 주행 방향(D)으로 정확히 연속하는 횡 방향 스트립의 형태로 상기 주행하는 이송 평면(3) 부분에 걸쳐 조명하는 방식으로 상기 스트림(F)의 주행 속도로 조정될 수 있도록 조절될 수 있다.

100 %의 다른 검사 개구, 즉 이 값보다 작거나 큰 경우에 대해, 상기 탐지 수단(9)에 의해 정의되는 스캐닝 주파수는, 2 개의 연속 라인을 스캔하는 동안, 이들 라인의 각각의 제한 조명 영역(ZEF)은, 설정되고 모니터링 된 거리만큼 분리되거나, 거리에 걸친 또는 설정되고 모니터링 된 수준의 커버리지를 갖는 횡 방향 스트립의 형태로 상기 주행하는 이송 평면(3) 표면에 걸쳐 조명하는 방식으로, 상기 스트림(F)의 주행 속도로 조정될 수 있도록 조절될 수 있다.

기계(1)의 바람직한 설계 변형에 따라, 상기 탐지 수단(9) 및 상기 수집 및 전송 수단(9,11)은, 탐지 스테이션(4')에 대응하는 동일한 광학 장치의 일부이고, 한편으로는, 스캐너 거울(9) 및 적어도 하나의 집속 요소(11)를 포함하고, 다른 한편으로는, 픽셀(10)에 존재하는 상기 이미지를 수집하여 적어도 하나의 포착 및 분석 장치(13, 14)에, 유리하게는 직사각형 슬롯의 형태인 흡기 개구(13')를 통해 전송하도록 구성된다.

도 1은 바람직하게는 이송 평면(3)의 전체 폭에 걸쳐 제한 조명 영역(ZEF)을 제공하는 단일 조명 스테이션(4)의 부품 또는 모듈만을 도시한다. 수 개의 조명 모듈이 제공되는 경우, 후자는, 물론, D에 수직인 방향으로 받침대가 있는 서로 다른 것끼리 정렬되어 있다.

마찬가지로, 단순화를 위해, 도 1은 기계(1)가 갖는 상기 2 개의 스테이션상의 단지 하나의 탐지 스테이션(4')만을 도시하며, 상기 기계는 이 도 1에 부분적으로 도시되어 있다. 제2 스테이션(4')은, 나타내지 않았으나 도시된 것과 동일한데, 이송 평면(3)의 나머지 횡 방향 부분에 걸쳐 연장되어 도시된 영역(2D)에 인접한, 정렬된 탐지 영역을 갖는다. 물론, 2 개의 탐지 스테이션(4')은 조명 스테이션(4)과 정렬되거나, 그 반대도 마찬가지이다.

유리하게는, 상기 스캐너 거울(9)은 회전 속도가 유리하게 조절될 수 있는 회전 다면 거울(rotating multi-faceted polygonal mirror)이고, 상기 집속 요소(11)는 렌즈와 같은 굴절형(refractory type)이거나 또는 비축 포물 거울(off-axis parabolic mirror) 과 같은 반사형으로 구성될 수 있다.

기계(1)는 상기 각각의 빔(12)(도 1)에 대해 단지 하나의 포착 장치(13)(선택적으로 검사 스테이션(4)당 하나씩)를 선택적으로 포함할 수 있지만, 기계(1)는, 유리하게는 근적외선 분석을 위한 NIR형 분광계 및 가시 광선 분석을 위한 VIS형 분광계와 같은 상이한 유형인, 적어도 두 개의 분리된 포착 장치(13), 및 상기 스캔하는 가동 픽셀(10)(후자는 빔(12)의 유용한 부분을 정의하는)에 포함된 이미지를, 각각, 예를 들어, 2색성 필터 유형의, 상기 포착 장치(13) 중 하나를 향하는, 몇 개의 2차 빔으로 형성하는, 반사된 방사선의 광 빔(12)의 세분(subdivision)을 위한 광학 수단(17)을 바람직하게는 포함한다.

기계(1)는 선택적으로 모듈 구조를 갖는, 하나의 조명 스테이션(4)만을 포함하지만, 기계(1)는 검사 폭(L)이 합쳐진 단일 탐지 스테이션(4') 또는 몇 개의 그러한 스테이션을 포함할 수 있음은 자명하다.

후자의 경우, 상기 탐지 수단(9), 상기 수집 및 전송 수단(9, 11) 및 상기 하나 이상의 포착 장치(13) 및 분석 장치(14)는, 모듈식 감지 헤드를 형성하고 감지 스테이션(4')에 해당하는, 하나의 구조 및 작동 유닛으로 그룹화될 수 있다.

또한, 복수의 탐지 스테이션(4')의 경우, 각각은 2 개의 상이한 분광계(13)를 포함할 수 있다.

조명을 최적화하여 탐지를 촉진시키기 위해, 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제한된 조명 형태의 방사선(R)의 조사 및 집속 수단(5, 6)은, 상기 조명 평면(7)의 일부를 형성하는 상기 입사된 제한된 방사선(R)을 집속하기 위한 라인이, 상기 이송 평면(3) 위 결정된 거리(H)에 위치하고, 이 거리는 특히 검사될 상기 대상물(2)의 평균 크기 또는 상기 주행하는 제품 층의 두께에 기초하는 방식으로, 정렬되고, 구성되고, 크기가 매겨질 수 있다.

이 집속 라인의 이송 평면(3) 위의 탐지 평면 방향으로의 투영(projection)은 통상 조명 라인(8)에 대응하고 있음을 알 것이다.

또한, 본 발명은, 그 대상으로서, 이송 평면(3) 상에서 스트림(F) 내를 주행하고 본질적으로 단일층 방식으로 배열된 개별 대상물(2), 일체형 표면 제품 또는 본질적으로 연속적인 층으로 분포된 특정 제품의 자동 검사 방법을 가지며, 상기 방법은, 대상물, 특정 제품, 또는 표면 제품의 영역을 그들의 화학적 조성 및/또는 그들의 색상에 따라 구별할 수 있고 구별하도록 설계되며, 그 아래로 상기 검사될 스트림(F)이 지나가는 적어도 하나의 조명 스테이션(4)과 적어도 하나의 탐지 스테이션(4')을 사용한다.

이 방법은 기본적으로 다음과 같이 구성된다.

조사 및 집속 수단(6)을 이용하여, 하나 이상의 비간섭성(incoherent) 및 와이드 스펙트럼 소스(들)(5)로부터 입수된 검사 방사선(R)을, 상기 이송 평면(3) 의 방향으로, 조명 평면(7)을 정의하는 방식으로 방출하고, 상기 조명 평면(7)과 이송 평면(3)이 교차하여, 상기 스트림(F)의 주행 방향(D)에 대하여 횡 방향으로 연장하는 조명 라인(8)을 정의하고, 상기 조명 라인(8)의 양쪽에 상기 이송 평면(3) 내에서 연장하는 횡 방향 스트립(strip) 형태의 집중 조명 영역(ZEF)을 생성하며,

탐지 수단(9)으로, 상기 조명 라인(8)의 각 지점을 주기적으로 스캔 하고, 상기 현재 스캔된 지점 주위로 연장되는 기본 측정 영역 또는 픽셀(10)에 의해 반사되는 상기 방사선을 연속적으로 회수하며(recovering), 이 가동 픽셀(10)은, 상기 탐지 수단(9)에 의해 상기 조명 라인(8)을 스캔하는 동안, 횡 방향 스트립 형태의 탐지 영역(ZD)을 정의하고, 이 영역(ZD)은 상기 주행 방향(D)에 수직인 축을 따라 상기 탐지 스테이션(4')의 검사 폭에 대응하는 치수(L)를 가지며,

상기 적합한 수단(9, 11)에 의하여, 상기 반사된 다중-스펙트럼 방사선 빔(12)을 수집하고, 분석 장치(14)에 연결된 적어도 하나의 포착 장치(13)에 전송하며, 그리고

적어도 하나의 조명 스테이션(4) 또는 적어도 하나의 탐지 스테이션(4')의 일부를 형성하는 다양한 수단(5, 6, 9, 11, 13, 14)으로, 상기 픽셀(10) 내에 포함되고 상기 수집 및 전송 수단(9, 11)에 의해 전송된 상기 신호의 처리를 순차적으로 또는 반복적으로 수행한다.

이 방법은, 전술한 다양한 작동 단계의 과정 동안, 상기 집중 조명 영역(ZEF)은 상기 전체 폭(L)에 걸쳐 상기 탐지 영역(ZD)에 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 전술한 방법은 이전에 설명되고 이하에서 상세하게 나타낸 것과 같은 기계(1)를 사용한다.

본 발명에 따른 기계(1)의 가능한 변형 실시예의 구성 및 작동과 그것이 갖는 이점에 대한 더욱 상세한 설명은, 도 1, 도 1a 및 도 2 내지 도 6과 관련되어 하기에 개시된다.

우선, 도 1 및 도 1a를 참조하면, 기계(1)는 적어도 하나의 열(thermal) 및 다중 스펙트럼 광 소스(5), 예를 들어, 텅스텐-할로겐 필라멘트를 포함하는 튜브를 포함하는 것이 명시되어 있고, 이는 가시 및 근적외선 범위에서 와이드 스펙트럼 광을 제공한다. 소스(5)와 결합된 반사경(6)은 컨베이어 벨트에 의해 형성된 이송 평면(3) 상에 위치한 조명 라인(8)을 향해 도달하는 모든 광선을 집속한다. EP 1 243 350문헌에서와 같이, 반사경(6)의 형상은 원통형의 타원형이다; 튜브(5)의 필라멘트는 타원의 초점들 중 하나에 위치하고 반대편의 초점에는 이 필라멘트의 확대된 이미지를 생성한다. 이 다른 초점은 벨트(3)의 근방에 위치한다. 이 이미지는 라인(8) 부근에서 집중 조명 영역(ZEF)을 정의한다. 이 영역(ZEF)은 설정된 배율, 예를 들어, 10 내지 25, 바람직하게는 15 내지 20 정도로 확대된다. 예를 들어, 이 필라멘트가 1 mm의 직경을 갖고 배율이 18 인 경우, 이 영역(ZEF)의 높이는 18 mm가 될 것이다 (높이는 평면도에서의 픽셀 및 이미지에 대해 참고하는데, 즉 대상물(2)의 주행 방향(D)에서의 그 크기임).

이들은 제품 또는 대상물을 구별하는데 유용한 정보를 포함하는, 연속적으로 처리되는 기본 이미지에 포함된 스펙트럼 신호이다.

이 높이는 벨트의 횡축에서 초점이 흐트러지지 않으므로, 전체 검사 폭(L)에 걸쳐 유지된다. 광학 이론 및 본 발명자들에 의해 이루어진 측정은 둘 다, 조명 세기가 전체 영역(ZEF)에서 본질적으로 균질하고, 상기 영역(ZEF)의 상부 또는 하부 가장자리(대상물(2)의 벨트(3)의 주행 방향(D)에서 이 영역의 상류 및 하류 한계)에서 급격히 붕괴한다는 것을 확인한다.

물론, 조사 및 집속 수단은 벨트(3)의 횡 방향으로 정렬된 다중 유닛 [튜브(5)+반사경(6)]을 갖는 모듈식 구성을 가질 수 있다.

실제로, 반사경(6)을 통과하지 않는 잔류 조명, 즉 영역(ZEF) 부근의 벨트(3)상에서 조명 세기가 약 100배 더 약한 직접 조명을 고려할 필요가 있다. 이 잔류 조명을, 할로겐 튜브(5)의 근처에 또는 심지어 튜브 자체 상에 위치한 마스크 또는 차단 편(stop piece)(16)에 의해 은폐하는 것이 가능하다. 잔류 조명의 제거는 영역(ZEF)에서 벨트(3)에 도달하는 모든 방사선(R)을 집중시키는 결과를 가져온다.

탐지 시스템은, 구조적이 아니더라도 적어도 광학적으로 조명 라인(8) 상에 센터링된다. 언제든, 픽셀이라 불리며 영역(ZEF)에 위치하는, 기본 영역(10)으로부터 얻어진 광 빔(12)은, 상기 영역(ZEF)에서 수단(9), 예를 들어 스캐너 거울의 스캐닝 이동에 기초하여 움직이며, 수단(9)에 의해 포획되고 재지향된다. 스캐너(9)의 회전 운동은 픽셀을 이용하여 컨베이어 벨트(3)를 가로질러 연장하는 넓은 탐지 필드(ZD)를 스캔하도록 할 수 있다. 스캐너(9)는 진동 미러형 또는 다각형 미러형일 수 있다.

스캐너(9)에 의해 편향된 빔(12)은 집속 요소(11)에 의해 적어도 하나의 분광계(13)의 흡기 슬롯(13')을 향하여 집속된다. 분광계(13) 내부에서, 광은 회절 네트워크(13")로 보내지고, 수 개의 광다이오드형 센서(15)를 포함하는 바(15')에서 그의 스펙트럼 구성에 따라 분산된다. 이러한 센서(15)는 바(15') 내부에 고르게 이격되거나 그렇지 않을 수도 있다. 각각의 센서(15)에 의해 수신된 신호는 증폭되어 적절한 전자 유닛 (도시되지 않음)에 의해 디지털화된다. 센서(15)의 모든 응답에 의해 구성된 스펙트럼은 정렬될 제품군 또는 대상물(2) 군에서 픽셀(10) 내에 포함된 표면을 분류할 수 있게 하는 컴퓨터 장치(14)에 의해 실시간으로 분석된다.

선택적인 후속 단계는, 표면 및 형상은 결정될 수 있는 균질한 대상물(2)의 표현을 정의하기 위해 연속적인 횡 방향 스캔 동안 획득된 인접한 픽셀(10)의 기본 이미지를 그룹화하고, 꺼내고, 선택하고, 카테고리화 하기로 선택되거나 그렇지 않을 수 있는, 전체 이미지의 집합 및 형성의 프로세싱 사이클을 포함한다. 최종적으로, 탐지 스테이션(들)(4')이 분류 기계(1)의 일부분인 경우, 배출 명령은, 컨베이어(3)의 단부에 위치하는 소형 압축 공기 솔레노이드 밸브 바(기계의 부분을 형성하지만 도시되지 않음)로 보내지고, 따라서 문제의 대상물(2)을 자연 낙하 경로로부터 편향시켜 상향 또는 하향의 적당한 용기(container)로 보낼 수 있다.

도 1 및 도 1a를 명확하게 하기 위해, 2개의 NIR(근적외선) 및 VIS(가시 광선) 성분으로의 광 빔(12)의 가능한 세분화는 더 이상 도시되지 않으며, 분광계 상류의 이색성 거울에 의해 수행된다. 따라서 도시된 분광계(13)는 NIR 분광계 또는 VIS 분광계일 수 있다. 이색성 필터에 의한 이러한 세분화의 가능한 실시예는 도 3a에 도시된다. 이 도면은 빛의 흐름이 NIR 성분(통과함)과 VIS 성분(반사됨)으로 분리되는 것을 보여준다. 각 2 차 빛의 흐름은, 각 분광계(13)의 특정 흡기 슬롯(13')을 통과하기 위해, 수단(11 및 17)의 개조된 배열로 인해 집중된다.

검사 과정 동안의 임의의 시간에서, 픽셀(10)은 벨트(3)상의 모든 센서(15)의 공통 이미지이다.

횡 방향 조명 라인(8)의 스캐닝 사이클 동안 가동 픽셀(10)의 모든 연속 위치는 탐지 영역(ZD)을 구성한다. NIR의 광학 배율 20 및 높이 1 mm의 센서(15)의 경우, 탐지 영역(ZD)의 높이(또는 폭)는, 적어도 회복된 기본 이미지가 선명한 곳에서, 20mm이다. 이미지가 흐릿한 곳에서는, 높이가 더 큰데, 예를 들어, 시야 측면에서 최대 23 mm이다. 센서(15)가 더 큰, 예를 들어 1.5 mm 인 VIS 픽셀의 경우, 영역(ZD)의 높이는 선명한 이미지의 경우 20 x 1.5 = 30 mm이고, 필드의 가장자리의 경우 최대 35 mm이다.

본 발명에 따르면, 조명이 제한되어, 즉 영역(ZEF)이 전체적으로 탐지 영역(ZD)에 포함되며, 이는, 이 실시예에서 일정한, 영역(ZEF)의 높이가 영역(ZD)의 높이보다 낮다는 것을 의미한다. 이동 가능 픽셀(10)의 집속은 주어진 거리에 대해서만 완전할 수 있고, 스캐너(9)로부터 이송 평면(3)까지의 거리는 가변적이기 때문에, 영역(ZD)의 높이는 가변적이다.

멀티 라인 센서(15)의 바의 경우, 바(15')는 수 개의 병렬 센서 라인, 예를 들어 2 또는 4 라인을 가질 수 있으며, 이들을 높이가 더 중요한 단일 라인으로 간주하는 것이 가능한다. 본 발명에 따르면, 조명은. 이 경우에, 중첩된 센서의 다양한 라인의 전체 높이가 영역(ZEF)의 높이보다 더 크도록 제한된다.

위의 정의는, 조명을 위한 영역이든 센서(15)의 이미지를 위한 영역이든 간에, 광이 집중되는 영역에만 엄격하게 적용할 수 있다. 이 조건은 단 하나의 거리에 대해서만 정확하게 검증되는 반면, 벨트(3) 위로 특정 높이(크기)를 갖는 대상물(2)과 제품을 탐지하기 위해 제공된다. 조명 빔(입사 방사선(R))이 탐지 빔(12)보다 훨씬 더 개방되기 때문에, 벨트(3) 근처에서만 조명이 제한된 채로 유지된다. 도시된 바와 같은 본 발명의 실제적인 실시예의 틀 내에서, 조명 빔(R)에 대해 20° 내지 30°의 총 개구(total opening) 각도를 가질 수 있고, 탐지 빔(12)에 대해 3° 미만의 각도를 가질 수 있다. 따라서, 조건은 기본적으로 수 센티미터 초점 거리, 일반적으로 50 mm까지만 충족될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 입사 방사선(R)이 벨트(3) 위로 10 mm 내지 20 mm, 즉 대상물(2) 또는 제품의 대다수의 통과 높이에서 집속된다면, 이 높이는 거의 모든 스트림(F)의 통과에 충분하다.

본 발명에 따른 제한된 조명 조건을 따르기 위해서는, 조정 및 작동 공차를 따르기 위한 실질적인 조치를 취할 필요가 있다.

예비 정렬 절차에 의해, 먼저 횡 방향으로 정렬되고 이와 함께 검사 폭(L)의 전체를 커버하는 다양한 반사경(6)의 조명 영역(ZEF)이 정렬되고, 그리고나서 하나 이상의 탐지 스테이션(4')을 구성하는 광학 배열(9, 11)의 탐지 영역(ZD)이 정렬된다.

예를 들어, 튜브(5)의 필라멘트의 이미지 높이에 대한 공차는, 예를 들어 +/- 2 mm에서 신중하게 모니터링 된다. 이는 조절의 공차를 수반한다: 일단 조절되면, 조명 라인(8)은 공간에서 완벽하게 안정적이다(바람직하게는 1 밀리미터 이하).

특히 스캐너(9)가 다각형 선회 미러일 때, 분석 영역(ZD)의 (방향(D)에 따른) 높이에 대한 공차가 또한 존재하는데, 통상적인 값은 +/- 2 mm이다. 조정은 운전 중 이 범위에서의 변동을 보장한다. 특히 고정된 프레임에 연결된 면이 사용될 때, 불가피한 주기적 진동을 발생시키는 미러(9)의 반사면에서의 변화가 주된 것이다. 기계 가공된 단일 편으로 다각형 미러를 구성하는 대안이 있지만, 매우 경제적인 솔루션은 아니다.

이러한 공차 및 이들의 가능한 축적을 모니터링함으로써, 탐지 영역(ZD)에 있지 않은 조명된 높이의 일부분에 대한 위험이 극히 제한되고 심지어 제거될 수 있다.

스캐너(9)의 바람직한 실시예는, 원하는 속도(조절 가능함)로 종속된 모터를 이용하여, 일정한 속도로 안내되는 다각형 거울에 대응한다. 예를 들어, 거울(9)이 초당 17 회전하고 10 개의 면들을 포함하면, 그것은 초당 170 라인, 즉 라인당 5.9 ms로 스캔한다. 벨트가 3 m/s로 전진하면, 이는 1 주기에 약 18 mm 진행한다. 따라서 분석될 높이 (방향(D)에서의 조명 스트립(ZEF)의 치수 - 탐지 스트립(ZD)와의 공통 영역)는 적어도 탐지 공백(detection hole)을 갖지 않도록 이상적으로 18 mm 이다. 미러(9)의 속도는 정확한 대응 (주행하는 스트림의 100 % 커버리지)을 얻기 위해 조정될 수 있다.

이 바람직한 실시예는, 벨트의 커버리지 수준을 잃지 않으면서, 벨트(3)의 수 개의 전진 속도를 정확하게 관리하는 것을 가능하게 한다: 예를 들어, 3 m/s 및 4 m/s. 4 m/s의 경우, 100 %의 이상적인 커버리지를 위해 초당 약 23.5 회전으로 상기한 미러(9)를 회전시키는 것으로 충분하다.

사용자가 원하는 경우, 90 % (의도적으로 커버되지 않는 비율 허용) 또는 120 % (의도적인 커버리지)와 같은, 다른 커버리지 값으로 이러한 추론을 쉽게 확장할 수 있다. 따라서 앞서의 체계는 유연한 관리를 가능하게 한다.

본 발명에 따른 제한된 조명은 이하에 개시된 많은 장점을 갖는다.

도 2는 영역(ZEF), 탐지 영역(ZD) 및 가동 픽셀(10)의 각각의 위치를 도시한다. 이들 영역의 중심들이 조명 라인(8) 상으로 수렴하는 것은 실제로는 평균적으로만 사실이다. 언제든지, 영역(ZEF)은, 나타낸 바와 같이, 약간의 중심 이탈이 될 수 있다.

영역(ZEF)과 픽셀(10)(이동 가능한 검사 윈도우)의 교차 지점으로부터 방출되고, 스캐너(9)를 통해 집속 요소(11)로 향하는 모든 광자는 포획된 신호에 기여한다. 따라서, 상당한 비율로 필요한 전체 조명 전력이 감소된다.

커버 조명(ZD = ZEF의 대응)은, 그리고 당 업계의 기술 수준에 따른 과도(overflowing) 조명 조차도, 탐지 필드의 가장자리에서의 흐릿함뿐만 아니라 회전 중에 스캐너 거울(9)의 센터링 공차를 고려할 필요가 있다. 위의 가정에 따라 센서(15)의 이미지를 완전히 조명하기 위해서는, 필드의 가장자리에서 23 mm의 높이에 +/- 2 mm의 공차 또는 전체적으로 27 mm의 높이가 필요할 것이다.

따라서, 동일한 국부 조명 세기로, 과도(overflowing) 조명을 위한 27 mm에서 제한된 조명을 위한 18 mm로 통과시킴으로써, 33 %의 소비 전력의 감소가 얻어진다. 이러한 동일한 감소는, 컨베이어 벨트 등의 벨트가 정지되는 경우, 대상물(2) 또는 이송 평면(3)의 과열의 위험에도 적용된다.

본 발명에 따르면, 서로 다른 높이의 센서(15)의 바(15')를 갖는 2 개의 분광계(13)를 사용하는 경우에도, 동일한 높이, 즉 조명되는 높이가 항상 고려되므로, 수 개의 분광계들(도 3b) 사이에서 정확하고 자연스러운 정렬이 가능하다.

이 상황은 도 3b에 도시되어 있으며, NIR에 대한 탐지 영역(ZD) 및 VIS에 대한 더 큰 탐지 영역(ZD')을 도시한다. 포획된 광은 항상 픽셀(10)과 영역(ZEF)의 교차 영역으로부터 얻어진다. 그러나 이 영역 또는 교차 영역은 NIR과 VIS의 두 분광계에 대해 정확히 동일하다. 위에서 언급한 치수의 경우, 픽셀 VIS의 이미지 높이가 30 mm 인 경우에도, 20 mm 만 효과적이다. 경험에 의해 발명자들은, 어떤 정렬 결함이든 있으면 분석된 픽셀(10)이 거부될 위험이 있으며, 픽셀(10)의 양호한 멀티 센서 분석을 위해 이 조건을 준수하는 것이 중요하다는 것을 알고 있다.

이러한 자연적인 관련성(correspondence)은 동일한 광학 어셈블리상의 2 개의 분광계(13)의 흡기 슬롯(13') 사이의 매우 섬세한 정렬을 막는다. 조명이 제한되지 않으면, 이러한 슬롯(13')은 정확하게 동일한 높이 및 동일한 센터링을 가져야 한다. 본 발명과 관련하여, 상기 관련성(correspondence)을 손상시키지 않으면서 상대적으로 높은 슬롯(13')을 사용할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c에 도시된 다양한 경우에 있어서, 사용되는 분광계(13)는 2 개의 축에서 균질한 공간 분해능을 얻는 방식으로, 중첩된 센서(15)의 2 개의 열을 포함한다.

다면 (다각형) 피벗 스캐너 거울(9)의 회전 속도 및 벨트(3)의 속도를 양호하게 조절하면, 벨트의 정확한 커버리지가 100 %가 된다. 대조적으로, 주행 축 (또는 높이)에서 미러(9)의 관측 공차를 고려하면, 당 업계의 기술 수준에 따른 넓고 과도(overflowing) 조명에 있어서, 탐지된 영역은 상기 미러(일반적으로 +/- 2 mm)의 각 면의 통과에 따라 변화하여 커버리지 영역 또는 특정 공백을 생성한다. 이 상황이 도 4a 에 도시되어 있다: 분광계가 2 열의 중첩된 센서(15)를 포함하는 경우에 3 개의 연속적인 라인이 도시된다. 상단에 있는 두 개의 센서 라인은 또한 가변적이며 필드 가장자리에서 중요해질 수 있는 커버리지를 가지는 것이 분명한 반면, 두 번째 및 세 번째 라인은 탐지 공백이 있는 그들 사이에, 필드 영역의 중심에서 쉽게 볼 수 있는, 간극을 가지고 있다.

대조적으로, 고정된 영역(ZEF)에 의해 제한되는 효과적인 탐지의 경우, 이러한 진동은 사라진다(조명에 연결된 불안정성의 유일한 다른 원인은 벨트의 변화하는 전진 속도가 될 수 있지만, 이러한 속도의 빠른 변화 가능성은 없다). 본 발명에 따른 이러한 상황은 도 4b에 도시되며, 일련의 3 개의 라인에 의한 2 차원 이미지의 디자인은 완벽하다(후자는 ZEF1, ZEF2 및 ZEF3로 표시됨).

각 라인의 영역(ZD)의 중심 이탈의 결과는 도 4c에 도시되어 있으며, 여기서 3 개의 라인은 명확하도록 분리하여 도시되어 있다. ZEF1은 그 탐지 영역(ZD1)과 세심하게 중심이 맞추어 지고, ZEF2는 그 탐지 영역(ZD2)이 상부를 향해 오프셋 되며, ZEF3 는, 그 반대로, 그 탐지 영역(ZD3)이 하부를 향해 오프셋 된다. 어떠한 경우에도, 각각의 픽셀(10)로부터의 정보는 이송 평면(3)(벨트, 컨베이어 벨트)상의 그 실제 위치로부터 나오지만, 각각의 센서(15)에 의해 보여지는 상대적인 조명된 표면은 달라진다. 예를 들어, ZD3의 센서(15)의 하부 라인은 상부 라인보다 적은 신호를 수신한다. 따라서 신호 레벨은 달라질 수 있지만, 신호가 오는 위치는 달라지지 않는다.

분석된 영역의 공간적 안정성은 아래에 언급된 많은 이점을 얻는다.

탐지 공백이 없는 것은 가장 자연스러운 목표이다. 이것은 반드시 제거해야 하는 작은 대상물(2)을 찾는 데 중요할 수 있다: 일례로, CSR(고체 회수 연료)을 분류하는 동안 전선의 PVC 외장, 또는 플라스틱 박편을 분류하는 가운데의 비 PET 박편을 들 수 있다. 제한된 조명이 없는 경우, 체계적이며 상당한 수준의 커버리지는 탐지 공백의 위험을 피하기 위해 필요하다.

또한 생산성을 높이기 위해 벨트의 탐지 수준을 최적화하는 것을 바랄 수도 있다. 예를 들어, 찾는 가장 작은 물체가 5 mm 폭이라는 것이 알려질 때, 2 개의 연속적인 탐지 라인 또는 스트립(ZD) 사이에서 2 mm 내지 3 mm의 탐지 공백을 허용할 수 있다. 이러한 라인 또는 스트립 시리즈를 세심하게 제어하면 여유 공간 없이 이 파라미터를 최적화 할 수 있다.

반대로, 안전상의 이유 때문에, 모니터링 된 과잉(redundancy) 수준으로 탐지 커버리지를 갖는 것, 예를 들어 각 포인트를 두 번 분석하는 것이 바람직하다면, 두 개의 연속 라인 또는 스트립(ZD) 사이에서 반 커버리지(half-coverage)를 정밀하게 안내할 수 있다.

집적(aggregation)에 의한 재구성된 2 차원 이미지의 완벽한 안정성은 대상물(2)의 보다 나은 이미지 처리를 가능하게 한다. 연속 라인이 균등하게 간격을 두고 픽셀의 이미지가 세심하게 정렬되는 경우에만 각진 또는 둥근 윤곽의 탐지가 가능하다. 예를 들어, 둥근 대상물이 표시되면, 그 외관이 도 4a에서 생성된 이미지에 걸쳐 변형될 것이라고 상상하기 쉽다. 반대로, 그 형상은 도 4b에서 쉽게 볼 수 있다.

아래에 표시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제한된 조명의 사용은 또한, 특히 조명 영역 및 탐지 영역의 커버리지가 완벽하지 않을 때, 분석된 영역의 스펙트럼 안정성에 영향을 미친다.

이 주제에 대해서, 다양한 스테이션을 나타내는 도 5 및 도 6을 참조할 수 있다(도 5: 본 발명을 구현하지 않은 경우/ 도 6: 본 발명을 구현한 경우).

입사광은 슬롯(13') 상에 집속되고, 네트워크(13") 상에 분포되며, 여기서 스펙트럼 성분에 따라 분리되고 개개의 센서(15)(도시되지 않음)를 포함하는 바(15') 상에 다시 초점이 맞추어 진다. 광은 N 개의 파장 범위(아래, PLO)에 따라 분리된다. 예로서, λ1 내지 λ8로 표시된 8 개의 상이한 PLO에 대한 슬롯(13')의 이미지가 도 5에 도시되어 있다.

시스템의 광학 배율이 1 인 경우, PLO에 대한 슬롯(13')의 이미지는, 완전한 광학의 경우에, 슬롯(13')과 동일한 치수의 직사각형이다.

분광계(13)의 고효율을 보장하기 위해, 슬롯(13')은 센서(15)의 이미지를 제한해서는 안되며, 적어도 센서(15)만큼 높아야 한다. 이것이 실제로 사실이라고 가정하면, 바(15') 상의 조명된 부분은 흡기 슬롯(13') 상의 조명된 부분에만 의존하고, 이 조명된 부분은 벨트(3)의 영역에서의 영역(ZEF)의 이미지의 일부이며, 이는 "조명된 슬롯"이라고 할 수 있다. 그것은, 피벗 스캐너 거울(9)에 의해 형성된 다각형의 회전 중에, 또는 반사경(6)의 오작동의 경우에, 이동할 수 있다. 슬롯(13')의 조명된 부분만이 도 5 및 도 6에 도시된다.

어떤 물리적인 조립체와 마찬가지로, 분광계(13)는 제조상의 결함, 초기 규제 결함, 또는 노화와 연관되거나 또는 작동 조건에서 비롯한 결점이 있다. 특히 도 5와 6에서 두 가지를 인용할 수 있다.

불완전한 포커싱 때문에, PLO를 위한 조명된 슬롯의 이미지는 흐릿하게 나타날 수 있고, 따라서 확대될 수 있으며, 바(15')를 오버 플로우 시킬 수 있다. 이 경우는 λ1, λ7 및 λ8에 대해 표시된다.

센서(15)의 바(15')는 출력 벨트와 완전히 평행하지는 않다: 그러므로 PLO 이미지는 벨트의 일 단부에서 다른 것보다 높고, 대응하는 센서(15)는 완전히 조명되지 않을 위험이 있다. 도 6 및 7은 바(15')에 대한 PLO의 이미지로부터 이미지의 좌측에서 우측으로 상승하는 것을 나타낸다.

이러한 종류의 결함이 스펙트럼의 안정성에 미치는 영향은 다음과 같다. 본 발명의 맥락에서 스펙트럼을 특징 짓는 것은 휘도의 절대값이 아니라 다양한 PLO 사이의 고정된 상대 비율이다. 그러므로 PLO의 응답이 다른 PLO와 다른 비율로 수정될 때마다 스펙트럼의 분열이 있을 것이다.

조명된 슬롯의 이미지가, 동일한 비율로 다른 센서들(15)로부터 오버 플로우되지 않고, 센서(15)로부터 오버 플로우 되면, 분석된 스펙트럼 구성이 영향을 받는다. 이것은 도 5의 경우이다. 도 5의 (a)의 중심에 있는 상황을 도 5의 (b)의 중심에서 벗어난 상황과 비교하면, 응답 λ4 및 λ5는 영향을 받지 않고, λ6, λ7 및 λ8은 신호가 증가하는 것을 보인 반면, λ1, λ2 및 λ3의 신호는 감소하는 것을 알 수 있다.

대조적으로, 조명이 본 발명에 따라 세심하게 제한되는 경우, 즉 각각의 센서(15) 상의 조사된 슬롯의 이미지가 상기 센서(15)의 상단 또는 하단 가장자리에 도달하지 않으면, 모든 예상된 광자가 포획된다. 도 5에 도시된 것과 동일한 중심 이탈에도 불구하고, 상기 응답은 도 6의 상황 (a) 및 (b) 사이에서 영향을 받지 않음을 도 6에서 볼 수 있다.

각각의 센서(15)의 중앙부에서 적절한 마진으로 제한된다면, 제한된 조명이 스펙트럼 성분에 영향을 미치는 것을 방지한다는 것은 분명하다.

이러한 마진은, 위에서 언급한 안정성 조건의 달성과 제조, 구성 및/또는 조립의 결함에 대한 보상의 달성을 보장하면서, 검사 영역(ZEF 및 ZD의 교차 지점)이 기계(1)의 정량적 및 정성적 성능 저하를 방지하기 위해 높이가 지나치게 제한되지는 않는 방식으로, 유리하게 조정될 수 있다.

결과적으로, 탐지 영역 또는 라인(ZD)보다 기본적으로 더 좁은 본 발명에 따른 조명 영역 또는 라인(ZEF)의 제공은, 제조 공차 및 스펙트럼 분석에 사용되는 분광계(13)의 결함으로 인한 결함을 관리하기 위한 가장 안정된 배치를 기계(1)의 골격 내에서 용이하게 구성한다.

물론, 본 발명은 첨부된 도면에 설명되고 도시된 실시예들로 제한되지 않는다. 특히, 본 발명의 보호 범위를 초과하지 않으면서, 다양한 구성요소의 조성 또는 등가 기술의 대체의 관점에서 변형이 가능하다.

Claims (14)

1. 단일층으로 배열된 개별 대상물(2)의 자동 검사, 일체형 표면 제품을 포함하는 개별 대상물(2)의 자동 검사, 또는 연속적인 층으로 분포된 특정 제품인 개별 대상물(2)의 자동 검사를 위한 기계(1)로서,
   기계(1)는 이송 평면(3) 상의 스트림(F)을 포함하되, 상기 개별 대상물(2)은 상기 이송 평면(3) 상의 스트림(F) 내에서 주행하고,
   상기 기계(1)는, 상기 개별 대상물, 상기 특정 제품, 또는 상기 일체형 표면 제품의 영역을 그들의 화학적 조성 및/또는 그들의 색상에 따라 구별할 수 있도록 설계되며, 기계(1)는 적어도 하나의 조명 스테이션(4)과 적어도 하나의 탐지 스테이션(4')을 포함하되, 조명 스테이션(4)과 탐지 스테이션(4') 아래로 검사될 스트림(F)이 지나가게 되고,
   각각의 조명 스테이션(4)은, 하나 이상의 비간섭성(incoherent) 및 와이드 스펙트럼 소스(들)(5)로부터 입수된 검사 방사선(R)을 조명 평면(7)을 규정하는 방식으로 상기 이송 평면(3)의 방향으로 방출하는, 검사 방사선(R)의 조사 및 집속을 위한 수단(6)을 포함하고, 상기 조명 평면(7)과 이송 평면(3)의 교차 지점은, 상기 스트림(F)의 주행 방향(D)에 대하여 횡 방향으로 연장하는 조명 라인(8) 뿐만 아니라, 상기 조명 라인(8)의 양쪽에 상기 이송 평면(3) 내에서 연장하는 횡 방향 스트립(strip) 형태의 집중 조명 영역(ZEF)을 규정하고,
   각각의 탐지 스테이션(4')은,
   한편으로는, 상기 조명 라인(8)의 각 지점을 주기적으로 스캔할 수 있게 하고, 현재 스캔된 지점 주위로 연장되는 기본 측정 영역 또는 스캐닝 가동 픽셀(10)에 의해 반사되는 상기 방사선을 연속적으로 수신하는 탐지 수단(9)을 포함하고, 스캐닝 가동 픽셀(10)은, 상기 탐지 수단(9)에 의해 상기 조명 라인(8)을 스캔하는 동안, 횡 방향 스트립 형태로 탐지 영역(ZD)을 규정하고, 이 영역(ZD)은 상기 주행 방향(D)에 수직인 축을 따라 상기 탐지 스테이션(4')의 검사 폭에 대응하는 치수(L)를 가지며, 그리고
   다른 한편으로는, 상기 반사된 다중-스펙트럼 방사선 빔(12)을 수집하여 분석 장치(14)에 연결된 적어도 하나의 포착 장치(13)에 전송하기 위한 수집 및 전송 수단을 포함하고, 상기 분석 장치는 상기 스캐닝 가동 픽셀(10) 내에 포함되고 상기 수집 및 전송 수단에 의해 전송된 신호의 처리를 수행할 수 있도록 설계되며,
   상기 집중 조명 영역(ZEF)은 전체 폭(L)에 걸쳐 상기 탐지 영역(ZD) 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 기계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스캐닝 가동 픽셀(10)은 상기 스트림(F)의 주행 축의 방향(D)으로 상류 및 하류 경계 또는 가장자리(10')를 갖는 결정된 연장부를 가지고, 상기 조사 및 집속 수단(6)은 상기 조명의 제한을 수행하도록 구성되어, 상기 이송 평면(3) 상 또는 그 근방에서 상기 스캐닝 가동 픽셀(10)의 전체 이동 중에, 주행 방향(D)으로의 상기 집중 조명 영역(ZEF)의 상기 상류 및 하류 경계 또는 가장자리는 상기 주행 방향(D)으로의 상기 스캐닝 가동 픽셀(10)의 상류 및 하류 경계 또는 가장자리(10') 내부에 항상 포함되는 것을 특징으로 하는 기계.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스캐닝 가동 픽셀(10)의 형태는 상기 적어도 하나의 포착 장치(13) 및 분석 장치(14)의 일부인 센서 또는 센서(15) 배열의 형태에 의해, 및/또는 이들 센서(15)를 포함하는 포착 장치(13)로부터의 반사된 방사선의 흡기를 위한 개구(13')의 형태에 의해 결정되며, 상기 스캐닝 가동 픽셀(10)은 상기 주행 방향(D)으로 연장된 직사각 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기계.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조명 라인(8)을 따라 스캔 이동하는 동안의 상기 스캐닝 가동 픽셀(10)의 조명된 영역(10"), 즉, 상기 집중 조명 영역(ZEF)과의 공유 평면은 상기 스캐닝 가동 픽셀(10)의 전체 표면의 80% 미만, 그리고 이 표면의 30 % 이상을 나타내는 것을 특징으로 하는 기계.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조사 및 집속 수단은, 상기 비간섭성 및 와이드 스펙트럼 소스(들)(5)로부터 입수되는 상기 방사선의 반사 및 제한을 위한 수단 뿐만 아니라, 상기 이송 평면(3)에 수광되는 상기 방사선(R) 모두가 상기 집속 수단을 거쳐 상기 집중 조명 영역(ZEF)에서 끝나는 방식으로, 상기 이송 평면(3)을 향해 상기 소스(들)에 의해 직접적으로 방사되고, 결정된 각도의 섹터(sector)(18)에 위치한, 상기 방사선을 차단시키는 수단(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탐지 수단(9)에 의해 규정되는 스캐닝 주파수는, 2 개의 연속 라인을 스캔하는 동안, 이들 라인 각각의 상기 집중 조명 영역(ZEF)은, 상기 주행하는 스트림(F)의 모든 지점을 적어도 한 번 분석하는 방식으로, 상기 주행하는 방향(D)으로 정확히 연속하는 횡 방향 스트립의 형태로 상기 주행하는 이송 평면(3) 부분에 걸쳐 조명하는 방식으로 상기 스트림(F)의 주행 속도로 조정될 수 있도록 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 기계.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탐지 수단(9)에 의해 규정되는 스캐닝 주파수는, 2 개의 연속 라인을 스캔하는 동안, 이들 라인 각각의 상기 집중 조명 영역(ZEF)은, 설정되고 모니터링 된 거리만큼 분리되거나, 거리에 걸친 또는 설정되고 모니터링 된 수준의 커버리지를 갖는 횡 방향 스트립의 형태로 상기 주행하는 이송 평면(3) 표면에 걸쳐 조명하는 방식으로 상기 스트림(F)의 주행 속도로 조정될 수 있도록 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 기계.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탐지 수단(9) 및 상기 수집 및 전송 수단은, 탐지 스테이션(4')에 대응하는 동일한 광학 장치의 일부이고, 한편으로는, 스캐너 거울 및 적어도 하나의 집속 요소(11)를 포함하고, 다른 한편으로는, 스캐닝 가동 픽셀(10)에 존재하는 이미지를 수집하여 적어도 하나의 포착 장치(13) 및 분석 장치(14)에 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기계.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 스캐너 거울은 회전 속도가 조절될 수 있는 회전 다면 거울(rotating multi-faceted polygonal mirror)이고, 상기 집속 요소(11)는 굴절형(refractory type)이거나 또는 반사형으로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 기계.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 두 개의 분리된 포착 장치(13), 및 상기 스캐닝 가동 픽셀(10)에 포함된 이미지를, 상기 포착 장치(13) 중 하나를 각각 향하는, 수 개의 2차 빔으로 형성하는, 반사된 방사선의 광 빔(12)의 세분(subdivision)을 위한 광학 수단(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탐지 수단(9), 상기 수집 및 전송 수단 및 상기 하나 이상의 포착 장치(13) 및 분석 장치(14)는, 모듈식 탐지 헤드를 형성하고 탐지 스테이션(4')에 해당하는, 하나의 구조 및 작동 유닛으로 그룹화되는 것을 특징으로 하는 기계.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조명 평면(7)의 일부를 형성하는 입사된 제한된 방사선(R)을 집속하기 위한 라인은, 상기 이송 평면(3) 위 결정된 거리(H)에 위치하고, 이 거리는 검사될 상기 대상물(2)의 평균 크기 또는 상기 주행하는 제품 층의 두께에 기초할 수 있는 것을 특징으로 하는 기계.
13. 단일층으로 배열된 개별 대상물(2)의 자동 검사, 일체형 표면 제품을 포함하는 개별 대상물(2)의 자동 검사, 또는 연속적인 층으로 분포된 특정 제품인 개별 대상물(2)의 자동 검사를 위한 방법에 있어서,
    상기 개별 대상물(2)은 개별 대상물(2)의 자동 검사를 위한 기계에 포함된 이송 평면(3) 상의 스트림(F) 내에서 주행하고,
    상기 방법은, 상기 개별 대상물, 상기 특정 제품, 또는 상기 일체형 표면 제품의 영역을 그들의 화학적 조성 및/또는 그들의 색상에 따라 구별할 수 있도록 설계되며, 적어도 하나의 조명 스테이션(4)과 적어도 하나의 탐지 스테이션(4')을 사용하되, 조명 스테이션(4)과 탐지 스테이션(4') 아래로 검사될 스트림(F)이 지나가게 되고,
    상기 방법은 다음의 단계를 포함하되:
    조사 및 집속 수단(6)을 이용하여, 하나 이상의 비간섭성 및 와이드 스펙트럼 소스(들)(5)로부터 입수된 검사 방사선(R)을, 조명 평면(7)을 규정하는 방식으로 상기 이송 평면(3)의 방향으로 방출하고, 상기 조명 평면(7)과 이송 평면(3)이 교차하여, 상기 스트림(F)의 주행 방향(D)에 대하여 횡 방향으로 연장하는 조명 라인(8)을 규정하고, 상기 조명 라인(8)의 양쪽에 상기 이송 평면(3) 내에서 연장하는 횡 방향 스트립(strip) 형태의 집중 조명 영역(ZEF)을 생성하며,
    탐지 수단(9)으로, 상기 조명 라인(8)의 각 지점을 주기적으로 스캔 하고, 현재 스캔된 지점 주위로 연장되는 기본 측정 영역 또는 스캐닝 가동 픽셀(10)에 의해 반사되는 상기 방사선을 연속적으로 회수하며(recovering), 스캐닝 가동 픽셀(10)은, 상기 탐지 수단(9)에 의해 상기 조명 라인(8)을 스캔하는 동안, 횡 방향 스트립 형태로 탐지 영역(ZD)을 규정하고, 이 영역(ZD)은 상기 주행 방향(D)에 수직인 축을 따라 상기 탐지 스테이션(4')의 검사 폭에 대응하는 치수(L)를 가지며,
    수집 및 전송 수단에 의하여, 상기 반사된 다중-스펙트럼 방사선 빔(12)을 수집하고, 분석 장치(14)에 연결된 적어도 하나의 포착 장치(13)에 전송하며, 그리고
    적어도 하나의 조명 스테이션(4) 또는 적어도 하나의 탐지 스테이션(4')의 일부를 형성하는 비간섭성 및 와이드 스펙트럼 소스(들)(5), 조사 및 집속 수단(6), 수집 및 전송 수단, 포착 장치(13), 및 분석 장치(14)를 이용해, 상기 스캐닝 가동 픽셀(10) 내에 포함되고 상기 수집 및 전송 수단에 의해 전송된 신호의 처리를 순차적으로 또는 반복적으로 수행하고,
    전술한 다양한 작동 단계의 과정 동안, 상기 집중 조명 영역(ZEF)은 전체 폭(L)에 걸쳐 상기 탐지 영역(ZD) 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 제 1 항에 따른 기계(1)를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.

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