Led聚光光源及基于该led聚光光源的物料分选装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种适用于光电分选的LED聚光光源，包括LED线阵列、固定支架、散射匀光板及聚光柱透镜，聚光柱透镜为平凸柱面透镜，LED线阵列、散射匀光板及聚光柱透镜彼此间隔一定距离平行固定安装于固定支架上，散射匀光板位于LED阵列和聚光柱透镜之间，LED线阵列发出的光经过散射匀光板散射，透过聚光柱透镜后会聚。本实用新型还提供了一种基于上述LED聚光光源的物料分选装置。本实用新型的优点在于：通过控制LED聚光光源的出射光的角度使其会聚，能够实现较远距离的照明，同时保证照明亮度和均匀性，本实用新型的光电分选装置，能够拉远LED聚光光源距离物料检测区域的距离，解决现有分选设备分选一些物料造成玻璃窗口表面粘糊的问题，提高分选精度。
【专利说明】LED聚光光源及基于该LED聚光光源的物料分选装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光电分选【技术领域】，尤其涉及一种LED聚光光源及基于LED聚光光源的物料分选装置。
【背景技术】
[0002]光电分选装置应用于多种粮食、蔬菜、干果、茶叶等农产品，海产品，多种塑料、工业品等物料优劣品质的分选，能够快速有效的分辨并剔除出异物、分选不同品质等级的物料。
[0003]目前主要的光电分选装置为光电色选装置。利用光电色选装置进行物料的分选时，主要是基于不同的物料对于某一波段的光吸收及反射差异而进行物料的区分识别，采用的光源通常为各种颜色的荧光灯管、LED线光源。
[0004]因为现有的光源无法实现光源远距离照明的前提下还能保证照明的亮度和均匀性，因此，为了保证对物料具有足够的照明亮度，光源布置位置通常距离物料很近，其中一种典型的布置距离约180mm。而为了防尘，光源通常经过玻璃窗口照射到物料上，这就导致玻璃窗距离物料距离更近。
[0005]由于玻璃窗口距离物料距离很近，物料中杂带的灰尘、油脂等混合物很容易粘糊到玻璃表面，并且不易擦除，会形成暗斑阻挡照明光和信号光的通过，影响分选精度。另外由于玻璃窗口距离物料很近，物料蹦料时也很容易砸磕到玻璃表面，长期使用，玻璃表面会形成损伤，影响分选精度，且不易更换，造成额外成本。同时，由于分选室玻璃窗口距离物料较近，两分选室之间距离小，而两分选室之间布置了剔除装置的喷嘴、气管、除尘刷、防蹦挡板等，因此，两分选室之间空间拥塞，散落的物料、杂物等很容易在其中堆积，影响除尘刷的运作，同时阻挡更多的照明光和信号光，影响分选精度和食品卫生。
实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题之一是提供一种适用于光电分选设备的LED聚光光源，能够实现光源远距离照明的同时，保证照明亮度和均匀性。
[0007]本实用新型所要解决的技术问题之二是针对上述现有照明光源导致的问题，提供一种基于上述LED聚光的分选物料装置，能够实现光源远距离照明，将光源距离检测物料的距离增大到300mm以上，并且保证照明亮度和均匀性，解决现有光电分选设备光学室玻璃窗表面粘糊、玻璃表面磨损过快、检测区域附近空间拥堵等问题。
[0008]本实用新型是采用以下技术方案解决上述技术问题之一的，一种LED聚光光源，包括LED线阵列(302)，还包括固定支架(301)以及聚光柱透镜(304)，所述聚光柱透镜(304)为平凸柱面透镜，所述LED线阵列(302)以及聚光柱透镜(304)间隔一定距离平行固定安装于固定支架(301)上，LED线阵列(302)发出的光透过聚光柱透镜(304)后会聚。
[0009]优选的，所述LED聚光光源还包括散射匀光板(303)，散射匀光板(303)平行于LED线阵列(302)及聚光柱透镜(304)安装在LED线阵列(302)与聚光柱透镜(304)之间，且分别与LED线阵列(302)和聚光柱透镜(304)间隔一定距离，LED线阵列(302)发出的光经散射匀光板(303 )散射后，再透过聚光柱透镜(304 )会聚。
[0010]作为进一步改进的技术方案，所述固定支架(301)的上部设有上开口的长条型槽，LED线阵列(302 )固定安装在长条型槽的底面，散射匀光板(303 )及聚光柱透镜(304)平行固定安装于长条型槽内。
[0011]进一步优化的，所述固定支架(301)底部带有散热片。
[0012]优选的，所述聚光柱透镜、材料采用PMMA、PC或PVC。
[0013]优选的，所述散射匀光板材料的采用PMMA、PC或PVC。
[0014]优选的，所述LED线阵列(302)中采用单颗功率小于0.5W的小功率LED。
[0015]优选的，所述聚光柱透镜(304)的宽度D介于33mm到36mm之间，聚光柱透镜(304)的曲面的半径R大于16.5mm。
[0016]优选的，所述聚光柱透镜(304)的曲面的半径R取18mm到22mm之间。
[0017]优选的，定义所述散射匀光板(303)和聚光柱透镜(304)的距离为dl，散射匀光板(303)和LED线阵列(302)的距离为d2，dl+d2小于聚光柱透镜(304)的焦距。
[0018]优选的，dl和d2介于14mm和16mm之间。
[0019]本实用新型是采用以下技术方案解决上述技术问题之二的，一种基于上述的LED聚光光源的物料分选装置，包括喂料振动器(I)、通道(2)、检测设备、控制系统(5)和剔除装置(6)，待分选物料的前后侧面各有一套检测设备，每套检测设备包括所述LED聚光光源
(3)、光电传感设备(4)以及背景装置(7)，待分选物料经由喂料振动器(I)后进入通道(2)，随后流经过光电传感设备(4)的检测区域，光电传感设备(4)采集其图像，并传递给控制系统(5)，控制系统(5)控制剔除装置(6)发出剔除指令，每套检测设备与待分选物料之间安装有玻璃窗口(10)。
[0020]优化的，LED聚光光源距离待分选物料的距离为300mm-600mm，两个玻璃窗口( 10)之间的距离为600mm-1200mm。
[0021]优选地，LED聚光光源(3)中采用的LED为白光LED、紫外LED、红外LED和各种波段颜色的LED。
[0022]优选地，采用较大功率LED聚光光源(3)照明时，采用风冷或水冷散热装置。
[0023]优选地，为不采用散热风扇进行散热，节约成本，采用的LED功率小于0.5W，其固定基板带有散热片。
[0024]优选地，采用的玻璃窗口(10)材料为白玻璃。对于紫外LED，为保证紫外光透射率，优选地，玻璃窗口( 10)材料采用石英玻璃。
[0025]本实用新型的优点在于:本实用新型的LED聚光光源，通过控制其出射光的角度使其会聚，能够实现较远距离的照明，同时保证照明亮度和均匀性，本实用新型提供的基于LED聚光光源的光电分选装置，能够拉远LED聚光光源距离物料检测区域的距离，解决现有分选设备分选油性物料、带有大量粉尘的物料等造成玻璃窗口表面粘糊的问题，提高分选精度；同时减少物料在玻璃窗口表面的磕碰，延长玻璃窗口使用寿命，减少成本；另外提供更多的空间，减少散落物料、杂质的堆积，提高分选精度和食品卫生安全。
【专利附图】
【附图说明】[0026]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本实用新型提供的基于LED聚光光源的物料分选装置的一个实施例的示意图；
[0028]图2是本实用新型提供的基于LED聚光光源的物料分选装置的另一实施例的示意图；
[0029]图3是本实用新型实施例中的基于LED聚光分选物料装置中LED聚光光源结构示意图。其中图3a为柱透镜聚光装置侧面示意图，图3b为柱透镜聚光装置截面示意图。
[0030]图4是本实用新型实施例中柱透镜聚光装置照明光强横向分布随聚光装置参数变化实验测试数据图。其中，图4a为LED聚光光源横向光强分布图，只拍摄了部分横向光强分布，图4b为不同的dl、d2条件下横向的均匀性示意图。
[0031]图5是本实用新型实施例中柱透镜聚光装置照明光强纵向分布随聚光装置参数变化实验测试数据图。其中图5a是LED聚光光源在纵向的光照分布图，图5b为不同的dl、d2条件下纵向的均匀性示意图。
[0032]图6是本实用新型实施例中柱透镜聚光装置照明中心最大照度随参数的变化实验测试数据图。
[0033]图7是本实用新型实施例中的基于LED聚光分选物料装置中另一基于聚光罩聚光方式结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0035]图1示出了本实用新型提供的基于LED聚光光源分选物料装置的一个实施例示意图。如图1所示，该基于LED聚光光源的分选物料装置为滑道式，其中I为喂料振动器，待分选物料经由喂料振动器I后进入滑道2，由于重力作用形成单层物料流经过光电传感设备4的检测区域。待分选物料的前后侧面各有一套检测设备，每套检测设备包括LED聚光光源3、光电传感设备4以及背景装置7。光电传感设备4的检测区域位于滑道2的下端附近处。光电传感设备4，优选地，包括成像镜头和光电传感器，前者用于成像，后者用于将光信号转为电信号。其中光电传感器可为彩色三线阵光电传感器或3CCD光电传感器或单线阵灰度光电传感器，根据不同需求和识别精度选择不同的光电传感器。LED聚光光源3用于照亮流经待检测区域的物料，其中，优选地，采用的LED为白光LED、紫外LED、红外LED和各种波段颜色的LED，其具体的选择根据物料散射光的光谱特性而定，选择最能区分需分选物料的光源，即包含吸收光谱差异最大波长光的LED。玻璃窗口 10安装在每套检测设备与待分选物料之间，用于防尘，防止灰尘或飞溅碎屑附着在光电传感设备4和LED聚光光源3表面，影响分选精度。兼顾成本和光的透射性能，可见光波段LED照明时玻璃窗口 10材料采用白玻璃，紫外波段LED照明时玻璃窗口 10材料采用石英玻璃。在玻璃窗口 10表面通常设有自动除尘刷，在本实施例中，由于玻璃窗口 10之间的距离较大，玻璃窗口 10表面附着灰尘少，玻璃窗口 10之间操作空间大，也可人工擦除灰尘。在该装置中由于采用了 LED聚光光源3，通过控制出射光的角度使其会聚，能够实现较远距离的照明，同时保证照明亮度和均匀性，从而增大了两玻璃窗口 10之间距离，一种典型的参数:距离由原来300mm增大到800_，从而解决了现有分选设备分选油性物料、带有大量粉尘的物料等造成窗口表面粘糊的问题，提高分选精度；同时减少物料在窗口表面的磕碰，延长窗口使用寿命，减少成本；另外提供更多的空间，减少散落物料、杂质的堆积，提高分选精度和食品卫生安全。背景装置7用于识别需剔除物料的边缘，以确保无物料经过待检测区域时，剔除装置不会启动而带出需保留物料。在图1中不同的物料8和9经光电传感设备4的检测区域后，光电传感设备4采集其图像，并传递给控制系统5，控制系统5记录保存其图像，对其中单行或多行图像采用一定的算法进行判别，如其为需保留物料，则控制装置5不向剔除装置6发出剔除指令；否则通知剔除装置6对需剔除物料进行剔除。需要说明的是，本实施例中给出的结构示意图仅为一种典型的滑道式双室结构，在实际中根据不同的物料特性，可采用单室结构、多层结构、透射检测方式等，在其中采用聚光的方式增大检测位置和玻璃窗口 10距离的方案都应视为本实用新型的保护范围。
[0036]图2示出了本实用新型提供的基于LED聚光光源分选物料装置的另一个实施例示意图。如图2所示，该基于LED聚光光源的分选物料装置为履带式，待检测物料经由喂料振动器I进入传送履带11上，传送履带11将待检测物料单层传送到待检测区域，LED聚光光源3照射到待检测区域物料的表面。由于采用了聚光光源，玻璃窗口 10和检测区域的距离大大增加。背景装置7用于识别需剔除物料的边缘，以确保无物料经过待检测区域时，剔除装置不会启动而带出需保留物料。光电传感设备4用于采集检测区域图像信号，控制系统5记录保存其图像，对其中单行或多行图像采用一定的算法进行判别，如其为需保留物料，则控制系统5不向剔除装置6发出剔除指令；否则通知剔除装置6对需剔除物料进行剔除。需说明的是，在该实施例中给出的是一种典型的单层双室的履带机结构，在实际中根据不同的物料特性，可采用单室结构、多层结构、透射检测方式等，在其中采用聚光的方式增大检测位置和窗口距离的方案都应视为本实用新型的保护范围。
[0037]图1、图2中所示基于LED聚光光源分选物料装置的实施例中采用LED聚光光源的一种结构，如图3，其中图3a为LED聚光光源3的侧面示意图，且侧面剖视，该LED聚光光源3包括底部带有散热片的固定支架301、LED线阵列302、散射匀光板303，以及聚光柱透镜304。所述聚光柱透镜304为平凸透镜，平面为LED聚光光源3的入射面。所述固定支架301的上部设有上开口的长条型槽，所述LED线阵列302、散射匀光板303以及聚光柱透镜304依次间隔一定距离平行固定安装于长条型槽内，LED线阵列302固定安装在长条型槽的底面。LED线阵列302发出的光经散射匀光板303散射后，再透过聚光柱透镜304会聚。
[0038]为保证光源的一致性和出射光的均匀性，支架301可开模拉制，其底部带有散热片，用于LED散热，提高光源稳定性。
[0039]散射匀光板303用于提高光源横向和纵向的均匀性，抑制LED在照射角度上的轻微色散。对于某些对光源均匀性要求不高的待分选物料，散射匀光板303可不需要安装。[0040]聚光柱透镜304、散射匀光板303材料优选的采用PMMA、PC或PVC。其中PMMA具有光透射率高，耐高温等优异性能，为本实施例最优应用材料。由于聚光柱透镜304和散射匀光板303材料对不同的波段具有不同的透射特性，需根据不同的LED光源选择合适的材料。优选地，LED线阵列302中采用小功率LED，单颗LED功率小于0.5W，保证在分选装置中无需专用的水冷或风冷装置，节约成本，减轻设计难度。如需采用大功率的LED照明，则需在分选装置中添加水冷或风冷设备。
[0041]图3b为柱透镜聚光装置截面示意图。由图3b所示，散射匀光板303和聚光柱透镜304的距离dl、散射匀光板303和LED线阵列302的距离d2为其两个重要参数。
[0042]在光电分选中，不少物料对照明的强度、均匀性存在一定要求，下面对适合应用于光电分选装置中的LED聚光光源3的参数进行详细的分析说明。由LED的配光曲线可知LED的光发射角度通常约为中心对称的120度，为了让聚光柱透镜304收集尽可能多的光会聚，聚光柱透镜304宽度方向对LED张开的角度要超过120度，这会导致聚光柱透镜304过宽，在分选设备中布局不便。优选地，设计中采用的位于长条型槽内的聚光柱透镜304的宽度D介于33mm到36mm之间，兼顾聚光柱透镜304的尺寸和收光能力。优选地可以通过在LED线阵列302前添加小透镜来控制其光线发散角度。由于D介于33mm到36mm之间，显然采用的平凸聚光柱透镜304中，聚光柱透镜304的曲面的半径R需大于D/2，而聚光柱透镜304的收光能力(柱透镜宽度方向对LED张开的角度)和光源空间体积上要求dl+d2不宜过大，计算可知dl+d2小于聚光柱透镜304焦距，此曲面的半径时R越小，聚光柱透镜304的聚光能力越强，R取18mm到22mm之间。
[0043]在以上参数下，定制了散射匀光板303和聚光柱透镜304，实验测试不同的dl、d2对LED聚光光源3的强度、均匀性的影响。
[0044]实验中LED聚光光源3距离白屏的距离为500mm，通过彩色面阵相机拍摄白屏上的光照分布，测试各种参数下照明特性。测试的性能参数包括:横向均匀性、纵向均匀性、最大照度。其中横向均匀性为LED聚光光源3在长度方向的均匀性，纵向均匀性为LED聚光光源3在窄度方向的均匀性。图4为横向均匀性的测试结果:由图4a可以看出LED聚光光源3横向光强分布中间高两边低(由于CCD拍摄宽度限制，只拍摄了部分横向光强分布，最高点处对应LED聚光光源中心)，边缘阴影覆盖部分由于光强下降过低，通常不会使用。在测试中当光强下降为中心最强处的20%时，认为不可用。图4b中示出了不同的dl、d2条件下横向的均匀性，其中横坐标为散射匀光板303和LED线阵列302的距离d2，纵坐标为横向光强下降20%处与LED聚光光源3端点的距离，即LED聚光光源单端需预留的长度。不同标记对应着不同散射匀光板303和聚光柱透镜304的距离dl。从图中可以看出散射匀光板303和聚光柱透镜304的距离变大，均匀性变好；散光板和LED距离变大，均匀性变好。图5为LED聚光光源3的纵向(窄向)均匀性的测试结果。由图5a可以看出LED聚光光源3在窄向的光照分布基本呈抛物线形，中心线上高两侧低，在实际测试中认为从中心线向两侧下降10%对应的区域为可用区域，即为图5a中阴影覆盖区域。图5b中横坐标、不同标记的曲线意义同上，纵坐标为RGB值下降10%标准下可用宽度。从图5b中可以看出:散射匀光板303和聚光柱透镜304的距离dl变大，纵向均匀性变差；散射匀光板303和LED线阵列302的距离d2变大，纵向均匀性变化不大。因而散射匀光板303和聚光柱透镜304的距离dl需选取一合适的值，dl变大时横向均匀性变好，但纵向均匀性变差。图6为中心最强照度随dl、d2的变化，横坐标、不同曲线的标记含义同上，纵坐标为照明光源中心最强照度，采用照度计测试。从图6可以看出对于同一条曲线，存在一最强照度，散射匀光板303和聚光柱透镜304的距离dl越大(越靠近成像条件)，最强照度越大。综合考虑以上测试结果，优选地，选用的参数如下:dl和d2介于14mm和16mm之间。
[0045]在此条件下，LED聚光光源3横向需空余的单边照明长度为170_，纵向光强下降10%时，对应照明宽度为27mm，且具有较高的照明亮度。
[0046]图1、图2中所示的基于LED聚光光源分选物料装置的实施例中采用的LED聚光光源3的另一种反射式聚光结构如图7所示。该实施例中，LED聚光光源3包括聚光灯罩311和LED线阵列312，采用的聚光灯罩311内表面为镜面，内表面形状为抛物柱面或椭圆柱面，为防止LED线阵列312自身对经过聚光灯罩311反射后的光的阻挡，固定LED线阵列312的基板应采用尽可能小的宽度，LED线阵列312发出的光偏斜照射到聚光灯罩311上，光经过聚光灯罩311的内表面的反射会聚照射到物料表面313上。在此种结构中由于很难添加大的散热片，只能采用小功率的LED，或采用风冷的方式进行冷却。
[0047]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种LED聚光光源，包括LED线阵列(302)，其特征在于:还包括固定支架(301)以及聚光柱透镜(304)，所述聚光柱透镜(304)为平凸透镜，所述LED线阵列(302)以及聚光柱透镜(304)间隔一定距离平行固定安装于固定支架(301)上，LED线阵列(302)发出的光透过聚光柱透镜(304)后会聚。
2.如权利要求1所述的LED聚光光源，其特征在于:所述LED聚光光源还包括散射匀光板(303)，散射匀光板(303)平行于LED线阵列(302)及聚光柱透镜(304)安装在LED线阵列(302)与聚光柱透镜(304)之间，且分别与LED线阵列(302)和聚光柱透镜(304)间隔一定距离，LED线阵列(302)发出的光经散射匀光板(303)散射后，再透过聚光柱透镜(304)会聚。
3.如权利要求2所述的LED聚光光源，其特征在于:所述固定支架(301)的上部设有上开口的长条型槽，LED线阵列(302)固定安装在长条型槽的底面，散射匀光板(303)及聚光柱透镜(304)平行固定安装于长条型槽内。
4.如权利要求1所述的LED聚光光源，其特征在于:所述LED线阵列(302)中采用单颗功率小于0.5W的小功率LED。
5.如权利要求2所述的LED聚光光源，其特征在于:所述聚光柱透镜(304)的宽度D介于33mm到36mm之间，聚光柱透镜(304)的曲面的半径R大于16.5mm。
6.如权利要求5所述的LED聚光光源，其特征在于:所述聚光柱透镜(304)的曲面的半径R取18mm到22mm之间。
7.如权利要求5或6所述的LED聚光光源，其特征在于:定义所述散射匀光板(303)和聚光柱透镜(304)的距离为dl，散射匀光板(303)和LED线阵列(302)的距离为d2，dl+d2小于聚光柱透镜(304)的焦距。
8.如权利要求7所述的LED聚光光源,其特征在于:dl和d2介于14mm和16mm之间。
9.一种基于如权利要求1至18任一项所述的LED聚光光源的物料分选装置，包括喂料振动器(I)、通道(2)、检测设备、控制系统(5)和剔除装置(6)，待分选物料的前后侧面各有一套检测设备，每套检测设备包括所述LED聚光光源(3)、光电传感设备(4)以及背景装置(7)，待分选物料经由喂料振动器(I)后进入通道(2)，随后流经过光电传感设备(4)的检测区域，光电传感设备(4)采集其图像，并传递给控制系统(5)，控制系统(5)控制剔除装置(6)发出剔除指令，每套检测设备与待分选物料之间安装有玻璃窗口(10)。
10.如权利要求9所述的基于LED聚光光源的物料分选装置，其特征在于:LED聚光光源距离待分选物料的距离为300mm-600mm，两个玻璃窗口(10)之间的距离为600mm-1200mm。
【文档编号】F21S2/00GK203384690SQ201320382420
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】常宏, 刘宝莹, 方杰, 李凯, 闫朝民 申请人:合肥美亚光电技术股份有限公司