阅读说明：本技术 一种具有金属检测功能的x射线高精度检重装置 (X-ray high-precision weight detecting device with metal detection function ) 是由 周锋 戴卫芳 陈红云 华哲 柴赟 于 2019-12-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有金属检测功能的X射线高精度检重装置,包括秤体与输送带,秤体为门状,秤体放置于地面或固定于基础上,输送带穿过秤体,输送带上放置需要检重的物品；秤体包括秤壳、发射条和吸收条,发射条和吸收条分别设置在秤壳的内表面,发射条和吸收条之间穿过输送带,发射条发射X射线,吸收条吸收X射线并对外输出光强数据。发射条包括光源和导光板,发射条对外发射强度均匀的平行光,发射条和吸收条成对设置并相互面对,在输送带延伸方向的同一垂直面内,发射条和吸收条设置两组,分别设置于秤壳内壁的上下及左右壁面上。秤体还包括分光块和轮廓测定条,分光块位于发射条与物品之间,轮廓测定条设置于分光块一旁。(The invention discloses an X-ray high-precision weight detecting device with a metal detecting function, which comprises a scale body and a conveying belt, wherein the scale body is in a door shape, the scale body is placed on the ground or fixed on a foundation, the conveying belt penetrates through the scale body, and an article to be detected is placed on the conveying belt; the balance body includes scale shell, transmission strip and absorption strip, and transmission strip and absorption strip set up the internal surface at the scale shell respectively, pass the conveyer belt between transmission strip and the absorption strip, and transmission strip transmission X ray absorbs X ray and externally outputs the light intensity data. The transmitting strip comprises a light source and a light guide plate, the transmitting strip transmits parallel light with uniform intensity outwards, the transmitting strip and the absorbing strip are arranged in pairs and face each other, and the transmitting strip and the absorbing strip are arranged in two groups and are respectively arranged on the upper wall surface, the lower wall surface and the left wall surface of the inner wall of the scale shell. The scale body still includes beam splitting piece and profile measurement strip, and the beam splitting piece is located between launching strip and the article, and the profile measurement strip sets up on one side of beam splitting piece.)

一种具有金属检测功能的X射线高精度检重装置

技术领域

本发明涉及高精度称重装置领域，具体是一种具有金属检测功能的X射线高精度检重装置。

背景技术

射线称重是一种新型的称重方式，其基本原理是X射线穿透物质时会发生衰减，其衰减量与物质种类、沿途长度相关，物质种类决定衰减系数，可以预先测定，从而检测时，通过衰减获得光路上的存在的物质长度，进行连续积分即可获得物品总体的重量。

现有技术中，CN201210278787.9 一种X射线称重装置公开了一种称重装置，但是，其只是对于该物理理论的最简单应用，只能用于检测物品的重量，还由于其射线的发射器是近似灯管的圆柱状，所以，X光在机器内部是放射形的，其需要较大的接收区来接收直直穿过物品的射线，射线用量大，能量消耗高，而且也无法获知物品中的重量分布，更无法分辨是否含有金属杂物，一旦X射线探测器的某一块区域发生光强检测漂移，那么从输出数据上无法分辨正确性，只能通过定期进行标准测定来进行校准，而且一旦需要维修，机器便无法使用，只能及时维修。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有金属检测功能的X射线高精度检重装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有金属检测功能的X射线高精度检重装置，包括秤体与输送带，秤体为门状，秤体放置于地面或固定于基础上，输送带穿过秤体，输送带上放置需要检重的物品；秤体包括秤壳、发射条和吸收条，发射条和吸收条分别设置在秤壳的内表面，发射条和吸收条之间穿过输送带，发射条发射X射线，吸收条吸收X射线并对外输出光强数据。

X射线具有穿透作用，X射线穿透物体后会发生衰减，衰减程度受到被穿透物质的材质、体积等因素影响，在事先测定好被测物品正常状态下的密度、物质衰减系数等参数，到实际测量物品重量时作为标准参数输入系统中，即可获得被测物品的质量数据，继而送达外界实现重量测定目的，重量的测定是完全无接触式的测量，物品在输送带上前进，只需要将每个物品与吸收条上传出的数据相对应起来即可，物品可以连续地从门形的秤体中进出，只需要保证测量范围内只存在一个物品即可。

进一步的，发射条包括光源和导光板，发射条对外发射强度均匀的平行光，发射条和吸收条成对设置并相互面对，在输送带延伸方向的同一垂直面内，发射条和吸收条设置两组，分别设置于秤壳内壁的上下及左右壁面上。

如果是X射线以球形光源或圆柱体式光源发射射线的话，那么其光线方向是杂乱的，虽然都是直线前进，但是，吸收条就需要制作的比较大，至少要囊括所有需要穿过物品的光线，当吸收条面积做得太大时，可能会由于其接收到一些秤体内一次或多次反射后的X射线，这类X光可能会被计算入衰减值内而导致物品的测重不准确。而本发明使用了平行光作为探测射线，平行光是由液面面板行业常用的导光板产生的，不过相比于传统的导光板，本发明的导光板需要针对X射线进行材质更换或涂覆反射层，发光条发射出的强度均匀的平行光直直地穿过被测物品，在物品的另一侧被吸收条检测，从而，吸收条的长度与宽度只需要与发光条保持一致即可，不需要做得很大，物品的质量测量变换为一个个截面的片体测定，连续分布的片体被一一测定质量后，进行连续积分即可获得完整重量数据。两组发射条和吸收条可以相互校准测定数据，两个近似垂直方向上的X光相互之间不会干涉，只会照射到各自相对应的吸收条上。因为两个方向上都是完整地去测定物品的重量，所以，如果数据相差较大，则应当提示工作人员检查装置精准度。

进一步的，秤体还包括分光块和轮廓测定条，分光块位于发射条与物品之间，分光块由两块直角三角棱镜组成矩形外表，靠近物体侧的三角棱镜一条直角边正对物体、另一条边外设置轮廓测定条，轮廓测定条接收照射在其上的X射线并对外输出光强数据。

物品重量测定完成后，可以进一步地去找出物品内的重量畸形，即：进行重量集中点与物品内部孔洞点的测量，在测定重量集中点与重量缺失点，应当先行测定物品的大致轮廓，本发明通过分光块与轮廓测定条进行轮廓测定，从物品上方竖直照下的X射线穿过分光块照射到物品上，现实中不存在针对某一种频率的光的绝对的黑体或白体，所以，总会有光在物体表面反射与射入，只是比例问题，X光相比于常规的可见光，是射入物质的光占绝大多数，但是仍然有一小部分X射线被表面进行了反射，反射的光原路返回，然后射入分光块，在分光块的斜置分界面上再次反射，然后从分光块的竖直直角边出射，照射在一旁的轮廓测定条上，轮廓测定条根据来射射线的强度可以获知分光块底面与物品上表面之间的距离，因为物品上表面的反射光线根据轮廓形状具有不同的行进距离，空气也会造成射线的微量衰减，所以在轮廓测定条上显示出不同的强度，从而获得物品上表面轮廓形状，而物品侧面的一侧的形状可以通过位于侧面的分光块和轮廓测定条进行测定。两组发射条和吸收条以及分光块和轮廓测定条测定出至少一半的轮廓，然后根据前述的每条竖直射线的强度衰减，计算每条竖直线上的物质长度，结合上表面轮廓，得到此物品截面全周轮廓，根据物品水平方向上的发射条、吸收条、分光块和轮廓测定条，结合一侧轮廓与每条水平线路上的物质长度，也获得一个物品截面全周轮廓，两个全周轮廓可能在未直接通过分光块和轮廓测定条检测轮廓的两条边上存在差异，因为物品内部可能存在重量集中与重量空缺，。

进一步的，秤壳内壁面上至少有两个垂直于输送带延伸方向的平面内设置位置相颠倒的发射条、吸收条、分光块和轮廓测定条。

同一截面上只能设置两组发射条、吸收条、分光块和轮廓测定条，只能检测物品的两条边，在至少两个截面上设置共四组发射条、吸收条、分光块和轮廓测定条，分别去直接测定物品的全周轮廓，获得物品的精确轮廓，应当注意的时，测定物品下表面形状时，是需要过滤输送带的衰减影响的。

精确测定轮廓之后，就可以进行重量集中点与空缺点的位置确定了，重量集中与重量空缺都是重量畸形区，以确定重量集中点为例：同一截面上存在三处重量集中点由于物质内部重量集中，所以，X光穿过此处时，会产生相比于正常密度下更多的衰减量，从而多条射线通路上换算成的重量大于此长度标准物品的重量，换算重量大于标准重量的增量由重量畸变引起，独立方程数量总是大于等于畸形点数量，所以方程组具有唯一解，解出方程组后，不仅重量集中的位置确定下来，重量的增加量也能确定，有利于人员去进行偏差判定与分选。截面上，重量缺失处的检测与之相同，数据处理的正负转换特别对待而已。

进一步的，秤壳内壁面上至少有两个垂直于输送带延伸方向的平面内设置相对位置相同的发射条、吸收条、分光块和轮廓测定条。前文提及同一截面内，处于垂直方向上的两组发射条与吸收条各自测定截面重量后相互校准，但是由于之后加入了分光块的因素，同一截面上的两组发射条与吸收条也可能是由于两处位置上分光块性质不同导致的结果差异，即，数据的变量不只有一个，相互校准的可信度降低，而在输送带长度方向上两个垂直面内设置相对位置相同的发射条、吸收条，这样的数据校准度大大提高。

进一步的，发射条与吸收条表面设有准直槽板，准直槽板的槽深方向垂直于发射条与吸收条表面，准直槽板的槽宽与槽深比值小于0.5，准直槽板为长条状并与发射条、吸收条延伸方向相同。发射条与吸收条根据设置原理，最好都是只出射与吸收垂直于其表面的平行光，而诸如一些秤体内部空间弥漫的一些散射光，是最好不要照射到吸收条上的，所以，在吸收条表面加入一道槽，这道槽完全不影响正面射来的光，但是可以阻挡掉绝大部分偏斜的光，从而吸收条的分析结果更加精确。

进一步的，准直槽板带有双列格子槽，双列格子槽的通光区交替分布，双列格子槽通光区在准直槽板的长度方向上的投影互不重叠且连续分布。发射条与吸收条都是完整条状且准直槽板也是基本的长条状时，无法阻挡测量截面内的偏斜光，将准直槽板制作为一个个的格子状可以进一步地消除截面内的偏斜光，而由于准直槽板的格子侧壁必然具有厚度，所以在长度方向上会造成阻挡而使出光与入光不连续，双列设置之后，交错分布的发射区与入射区可以在再次构成条形区域内的连续测定，只是数据处理的相位上要多一步运算或滞后而已。

进一步的，准直槽板的槽内侧表面上涂覆有吸收X射线的涂层。照射在准直槽板的槽内侧表面上光都不是需要测量的光，所以吸收掉该部分光防止其照射到槽底的吸收条上。进一步提高无效光的过滤比例，提升测量精度等级。

进一步的，发射条发射的X射线带有若干频率段，主频率段对应物品的标准材质，若干次级频率段分别对应物品生产过程中接触最多的若干种金属元素。

不同物质对于不同频率的射线的吸收率不同，所以，可以通过测定多频率的光射入物体后的吸收峰来得知物体内部的元素组分，前文已阐述，针对被测物体事先测定好某一频率X光的吸收率（即衰减系数）作为原始依据，而进一步的，通过多种频率的入射光来获得物品内的杂质组分识别，物品内危害较大的是生产过程中混入其中的一些金属物，所以，针对生产机器与物品的接触关系，挑选出几种可能掺杂进物品的金属元素，识别出金属物后，结合前文的重量畸形区，告知外界该物品的准确重量信息与金属杂物分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过X射线进行物质的重量检测，其使用逐层扫描与连续积分的形式进行数据处理，无需与物品发生接触即可获得物品的重量数据；至少四组发射条、吸收条、分光块和轮廓测定条精确地测定完物品表面形状后，根据吸收条上获得的分区重量数据与物品内部完全均匀条件时的重量预估联立方程组，求解出若干重量畸形点大小与位置，告知外界该物品的全域重量分布情况，方便使用者判断该物品重量是否合格，重量不合格时告知重量畸形发生处，便于工作人员调整生产工艺；多频率射线检测金属含量，结合畸形点判断金属杂物位置；测量时测定出多组数据，相互之间进行比对校准，在某一组发射条与吸收条故障后，可以及时告知工作人员在合适时机进行维修，不会耽误称重的继续进行。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的外形示意图；

图2为本发明垂直于输送带长度方向的剖视图；

图3为本发明轮廓测定原理图；

图4为图2中的视图B；

图5为本发明俯视视角下发射条和吸收条的分布示意图；

图6为本发明重量集中点测定原理的立体示意图；

图7为本发明同一测定断面上重量集中点测定原理图；

图8为图2中的视图A-A；

图9为本发明准直槽板的立体示意图。

图中：1-秤体、11-秤壳、12-发射条、13-吸收条、14-准直槽板、15-分光块、16-轮廓测定条、2-输送带、9-物品。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，一种具有金属检测功能的X射线高精度检重装置，包括秤体1与输送带2，秤体1为门状，秤体1放置于地面或固定于基础上，输送带2穿过秤体1，输送带2上放置需要检重的物品9；秤体1包括秤壳11、发射条12和吸收条13，发射条12和吸收条13分别设置在秤壳11的内表面，发射条12和吸收条13之间穿过输送带2，发射条12发射X射线，吸收条13吸收X射线并对外输出光强数据。

X射线具有穿透作用，X射线穿透物体后会发生衰减，衰减程度受到被穿透物质的材质、体积等因素影响，在事先测定好被测物品正常状态下的密度、物质衰减系数等参数，到实际测量物品重量时作为标准参数输入系统中，即可获得被测物品的质量数据，继而送达外界实现重量测定目的，重量的测定是完全无接触式的测量，物品9在输送带2上前进，只需要将每个物品9与吸收条13上传出的数据相对应起来即可，物品9可以连续地从门形的秤体1中进出，只需要保证测量范围内只存在一个物品9即可。

如图2所示，发射条12包括光源和导光板，发射条12对外发射强度均匀的平行光，发射条12和吸收条13成对设置并相互面对，在输送带2延伸方向的同一垂直面内，发射条12和吸收条13设置两组，分别设置于秤壳11内壁的上下及左右壁面上。

如果是X射线以球形光源或圆柱体式光源发射射线的话，那么其光线方向是杂乱的，虽然都是直线前进，但是，吸收条13就需要制作的比较大，至少要囊括所有需要穿过物品9的光线，当吸收条13面积做得太大时，可能会由于其接收到一些秤体1内一次或多次反射后的X射线，这类X光可能会被计算入衰减值内而导致物品9的测重不准确。而本发明如图2所示，使用了平行光作为探测射线，平行光是由液面面板行业常用的导光板产生的，不过相比于传统的导光板，本发明的导光板需要针对X射线进行材质更换或涂覆反射层，发光条12发射出的强度均匀的平行光直直地穿过被测物品9，在物品9的另一侧被吸收条13检测，从而，吸收条13的长度与宽度只需要与发光条12保持一致即可，不需要做得很大，物品9的质量测量变换为一个个截面的片体测定，连续分布的片体被一一测定质量后，进行连续积分即可获得完整重量数据。两组发射条12和吸收条13可以相互校准测定数据，两个近似垂直方向上的X光相互之间不会干涉，只会照射到各自相对应的吸收条13上。因为两个方向上都是完整地去测定物品9的重量，所以，如果数据相差较大，则应当提示工作人员检查装置精准度。

如图3所示，秤体1还包括分光块15和轮廓测定条16，分光块15位于发射条12与物品9之间，分光块15由两块直角三角棱镜组成矩形外表，靠近物体9侧的三角棱镜一条直角边正对物体9、另一条边外设置轮廓测定条16，轮廓测定条16接收照射在其上的X射线并对外输出光强数据。

物品9重量测定完成后，可以进一步地去找出物品9内的重量缺陷，即：进行重量集中点与物品9内部孔洞点的测量，在测定重量集中点与重量缺失点，应当先行测定物品9的大致轮廓，本发明通过分光块15与轮廓测定条16进行轮廓测定，原理如图3所示：从物品上方竖直照下的X射线穿过分光块15照射到物品9上，现实中不存在针对某一种频率的光的绝对的黑体或白体，所以，总会有光在物体表面反射与射入，只是比例问题，X光相比于常规的可见光，是射入物质的光占绝大多数，但是仍然有一小部分X射线被表面进行了反射，反射的光原路返回，然后射入分光块15，在分光块15的斜置分界面上再次反射，然后从分光块15的竖直直角边出射，照射在一旁的轮廓测定条16上，轮廓测定条16根据来射射线的强度可以获知分光块15底面与物品9上表面之间的距离，因为物品9上表面的反射光线根据轮廓形状具有不同的行进距离，空气也会造成射线的微量衰减，所以在轮廓测定条16上显示出不同的强度，从而获得物品9上表面轮廓形状，而物品9侧面的一侧的形状可以通过位于侧面的分光块15和轮廓测定条16进行测定。两组发射条12和吸收条13以及分光块15和轮廓测定条16测定出至少一半的轮廓，然后根据前述的每条竖直射线的强度衰减，计算每条竖直线上的物质长度，结合上表面轮廓，得到此物品9截面全周轮廓，根据物品9水平方向上的发射条12、吸收条13、分光块15和轮廓测定条16，结合一侧轮廓与每条水平线路上的物质长度，也获得一个物品9截面全周轮廓，两个全周轮廓可能在未直接通过分光块15和轮廓测定条16检测轮廓的两条边上存在差异，因为物品内部可能存在重量集中与重量空缺，。

如图4、5所示，秤壳11内壁面上至少有两个垂直于输送带2延伸方向的平面内设置位置相颠倒的发射条12、吸收条13、分光块15和轮廓测定条16。

同一截面上只能设置两组发射条12、吸收条13、分光块15和轮廓测定条16，只能检测物品9的两条边，在至少两个截面上设置共四组发射条12、吸收条13、分光块15和轮廓测定条16，分别去直接测定物品的全周轮廓，获得物品9的精确轮廓，应当注意的时，测定物品9下表面形状时，是需要过滤输送带2的衰减影响的。

精确测定轮廓之后，就可以进行重量集中点与空缺点的位置确定了，重量集中与重量空缺都是重量畸形区，以确定重量集中点为例：

如图6、7所示，同一截面上存在三处重量集中点P1/P2/P3，由于物质内部重量集中，所以，X光穿过此处时，会产生相比于正常密度下更多的衰减量，从而射线W1/W2/H1/H2通路上换算成的重量大于此长度标准物品的重量，

设H1光路上根据轮廓测定后，标准质量为H1₀，实际值为H1₁，ΔH1= H1_1- H1₀，H1上的质量增加由于P2/P3处的质量增加（集中）Δ，即ΔH1=ΔP2+ΔP3,同理，

ΔH2=ΔP1

ΔW1=ΔP3

ΔW2=ΔP1+ΔP2；

四个独立方程，具有三个未知数ΔP1、ΔP2、ΔP3，所以，方程组具有唯一解，解出方程组后，不仅重量集中的位置确定下来，重量的集中量（增加量）也能确定，有利于人员去进行偏差判定与分选。

截面上，重量缺失处的检测与之相同，ΔP1的符号为负而已。

如图4、5所示，秤壳11内壁面上至少有两个垂直于输送带2延伸方向的平面内设置相对位置相同的发射条12、吸收条13、分光块15和轮廓测定条16。前文提及同一截面内，处于垂直方向上的两组发射条12与吸收条13各自测定截面重量后相互校准，但是由于之后加入了分光块15的因素，同一截面上的两组发射条12与吸收条13也可能是由于两处位置上分光块15性质不同导致的结果差异，即，数据的变量不只有一个，相互校准的可信度降低，而在输送带2长度方向上两个垂直面内设置相对位置相同的发射条12、吸收条13，这样的数据校准度大大提高。

如图2、8、9所示，发射条12与吸收条13表面设有准直槽板14，准直槽板14的槽深方向垂直于发射条12与吸收条13表面，准直槽板14的槽宽与槽深比值小于0.5，准直槽板14为长条状并与发射条12、吸收条13延伸方向相同。发射条12与吸收条13根据设置原理，最好都是只出射与吸收垂直于其表面的平行光，而诸如一些秤体1内部空间弥漫的一些散射光，是最好不要照射到吸收条13上的，所以，在吸收条13表面加入一道槽，这道槽完全不影响正面射来的光，但是可以阻挡掉绝大部分偏斜的光，从而吸收条13的分析结果更加精确。

如图4所示，准直槽板14带有双列格子槽，双列格子槽的通光区交替分布，双列格子槽通光区在准直槽板14的长度方向上的投影互不重叠且连续分布。发射条12与吸收条13都是完整条状且准直槽板14也是基本的长条状时，无法阻挡测量截面内的偏斜光，将准直槽板14制作为一个个的格子状可以进一步地消除截面内的偏斜光，而由于准直槽板14的格子侧壁必然具有厚度，所以在长度方向上会造成阻挡而使出光与入光不连续，双列设置之后，交错分布的发射区与入射区可以在再次构成条形区域内的连续测定，只是数据处理的相位上要多一步运算或滞后而已。

准直槽板14的槽内侧表面上涂覆有吸收X射线的涂层。照射在准直槽板14的槽内侧表面上光都不是需要测量的光，所以吸收掉该部分光防止其照射到槽底的吸收条13上。进一步提高无效光的过滤比例，提升测量精度等级。

发射条12发射的X射线带有若干频率段，主频率段对应物品9的标准材质，若干次级频率段分别对应物品9生产过程中接触最多的若干种金属元素。

不同物质对于不同频率的射线的吸收率不同，所以，可以通过测定多频率的光射入物体后的吸收峰来得知物体内部的元素组分，前文已阐述，针对被测物体事先测定好某一频率X光的吸收率（即衰减系数）作为原始依据，而进一步的，通过多种频率的入射光来获得物品9内的杂质组分识别，物品9内危害较大的是生产过程中混入其中的一些金属物，所以，针对生产机器与物品的接触关系，挑选出几种可能掺杂进物品的金属元素，识别出金属物后，结合前文的重量畸形区，告知外界该物品的准确重量信息与金属杂物分布。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。