CN110202716A - 废品塑料瓶分拣***及其分拣方法 - Google Patents
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Abstract
废品塑料瓶分拣***，包括检测单元、***控制单元、机械分拣单元、输送单元，所述的输送单元将废品塑料瓶依次送入检测单元、机械分拣单元，所述的***控制单元分别与检测单元、机械分拣单元、输送单元连接；所述的检测单元包括视觉检测模块、材质检测模块、光源；所述的视觉检测模块基于相机摄像原理，对输送单元上的废品塑料瓶进行颜色信息、形状信息、位置信息进行信息采集；优点在于，视觉颜色分析与红外材质分析的有效结合，准确快速地将塑料瓶的信息处理并输送至机械分拣单元，使机械分拣单元可精确地对输送单元上的塑料瓶进行分拣作业。
Description
技术领域
本发明涉及废品回收技术领域，具体为一种废品塑料瓶分拣***及其分拣方法。
背景技术
随着工业的发展，塑料制品的应用已经遍及工农业以及日常生活的各个领域，全世界每天产生的废旧塑料垃圾无法进行估量，但其对环境造成的具大压力是显而易见的，为了处理这些塑料垃圾，现行的方法一般是填埋、焚烧等。但是由于普通的塑料垃圾的自然降解时间很长，一般要经过百年才能降解，而且降解过程中还会产生大量的甲烷等有害物质，因此填埋法已经得到很多专家的诟病；而焚烧法产生的有害气体、烟尘等直接对环境造成影响。同时由于塑料作为石化产品，其生产的主要原料是石油，它是一种不可再生资源，目前全球石油争夺越来越激烈，原油成本越来越高，因此对于塑料产品回收利用是目前解决塑料垃圾问题的最好办法。它有效的解决了塑料产品对环境的威胁，同时也可以促进资源再生利用。
瓶装矿泉水等便携式饮品由于其方便携带、干净卫生等特点越来越受到人们的欢迎，随之而来是生产了大量的废弃塑料瓶。对于循环利用这些废弃塑料瓶，需要对其进行破碎、清洗、分离杂质等，传统的回收工艺及回收设备技术含量不高，回收成本大，回收所附加的性价比并不理想。由于废弃的塑料瓶存在各种颜色，其粉碎之后各种颜色混合在一起无法区分出来，而传统工艺中利用这些原料进行加工都是用多种颜色的混合料，这样容易造成成品质量不高，颜色不一致。
目前市场上最先进的塑料瓶清洗回收线的初步工艺流程为：瓶砖-解包-热浮洗-脱瓶身标祛瓶盖-原瓶初选-人工挑瓶-粉碎-摩擦洗-烘干-筛选机-清洗-烘干-成品瓶片。现在的设备已基本实现全自动化生产作业模式，只是在检测及分拣部分还未达到较高的处理效率，目前在原瓶分选部分，通过光电检测，压缩空气吹料的方式，将部分有色瓶子吹出，不过由于启动方式无法实现精准吹出，分选准确率不到80％，并且还会带出透明瓶子，因此后段还需要加部分人工进行分选挑瓶；在经过原瓶初选，人工挑瓶以后，生产线上剩余的瓶子全部为无色透明瓶子，此时需要将瓶子的按照材质属性的不同进行分类挑出，便于后期的分类回收再利用，目前作业方式为，原瓶破碎清洗以后，经过材质筛选机，材质筛选机内由气动喷头，将非PET材质吹出，同样的道理，用于进材质分选机之前，瓶子已经被破碎到只有1cm大小的瓶片，因此在气动吹出的过程中，误选带出率高达1:8，，因此为了保证高纯净度的瓶片，往往需要加两道材质分选机，导致生产处理成本非常大。
另外，如专利文献CN106964563公开的一种塑料瓶分拣方法，其通过图像识别***对物料进行识别，主要是通过工业相机和工控机进行图像识别，识别后通过挡板进行分割分拣区域，但不同的物料可能同时下落，挡板不可能有效进行分拣筛选，这导致分拣***分拣效率不高，无法达到企业要求。
还有，如专利文献CN 108582580 A公开的基于近红外技术的塑料在线分拣装置及其分拣方法，其只通过红外材质分析，无法快速准确地采集其他数据并反馈给机械手进行分拣。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种可视觉与材质分析结合，分拣准确而高速的废品塑料瓶分拣***及其分拣方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
废品塑料瓶分拣***，包括检测单元、***控制单元、机械分拣单元、输送单元，所述的输送单元将废品塑料瓶依次送入检测单元、机械分拣单元，所述的***控制单元分别与检测单元、机械分拣单元、输送单元连接；所述的检测单元包括视觉检测模块、材质检测模块、光源；所述的视觉检测模块基于相机摄像原理，对输送单元上的废品塑料瓶进行颜色信息、形状信息、位置信息进行信息采集；所述的材质检测模块基于红外在线检测方法，对输送单元上的废品塑料瓶进行材质分析并采集材质信息；所述的***控制单元通过接收视觉检测模块、材质检测模块的颜色信息、形状信息、位置信息、材质信息根据设定参数产生分拣目标及其动态位置数据；所述的机械分拣单元根据***控制单元的分拣目标及其动态位置数据对输送单元上的废品塑料瓶进行精确分拣。
作为上述方案的改进，所述的材质检测模块对材质检测对应的红外光谱波段设置为，材质PE：1210,1412and 1724nm；材质PET：1656nm；材质PVC:1712，1765nm；材质PP:1199,1394,1721nm；材质PS:1677nm。
作为上述方案的改进，所述的输送单元为输送带机构，其输送带可透光；所述的视觉检测模块、材质检测模块设置在输送带上方，所述的光源设置在输送带的下放且正对视觉检测模块和材质检测模块形成光源检测区。
作为上述方案的改进，所述的输送带为透明材质或在输送带上均布设置多个透光孔。
作为上述方案的改进，所述的机械分拣单元包括至少一台并联机器人对输送单元上的废品塑料瓶进行分拣。
作为上述方案的改进，所述的并联机器人上设有吸盘机构，所述的吸盘机构通过真空泵产生负压对输送单元上的废品塑料瓶进行吸附后通过开关阀切断吸盘机构与真空泵的连接实现对废品塑料瓶释放。
作为上述方案的改进，还包括包覆检测单元、机械分拣单元、输送单元的安全防护罩。
废品塑料瓶分拣***的分拣方法，具体步骤如下：
1S.将经过预处理的瓶子平铺在输送单元上送入检测单元；
2S.检测单元中的视觉检测模块通过相机成像对检测单元上的废品塑料瓶进行视觉拍照，采集初步的位置信息、形状信息、颜色信息；通过数据处理，视觉检测模块把最终废品塑料瓶的颜色数据、形状数据、位置坐标数据发送至***控制单元；
3S.检测单元中的材质检测模块基于红外在线检测方法对不同位置坐标的废品塑料瓶进行材质判定，并将材质数据、形状数据、位置坐标数据输送至***控制单元；
4S.***控制单元将接收到的视觉检测模块颜色数据、形状数据、位置坐标数据和材质检测模块的材质数据、形状数据、位置坐标数据进行结合并根据预设的分拣参数和输送单元的输送速率计算出需要分拣的废品塑料瓶的动态位置坐标信息，形成分拣指令传输至机械分拣单元；
5S.机械分拣单元根据接收的分拣指令对输送单元上的废品塑料瓶进行分拣。
作为上述方案的改进，2S中对于形状信息与正常形状参数差异较大的废品塑料瓶，通过视觉算法软件结合光源亮度的增益调节，对获取到的图像进行初步的滤波，通过色值分析与数据对比，判定瓶子的颜色种类及色值，输出最终颜色数据；同时根据废品塑料瓶的图像状态计算出瓶子的轮廓信息以及位置中心坐标点。
作为上述方案的改进，所述的机械分拣单元由多个并联机器人并列组成，所述的***控制单元通过运动路径模拟计算出最合理的优化运动轨迹并将经过模拟计算的运动轨迹及协同任务实时发送给每一台并联机器人且数据实时进行优化更新保证多台并联机器人协同工作，能达到最高的分拣效率。
本发明具有以下有益效果：
1.检测单元结构设置合理，特别是光源的位置设置与透光输送带的改进，使检测单元能更有效，清晰的收集废品塑料瓶的数据，使塑料瓶在瞬间通过也能有效采集全部有效信息。
2.视觉颜色分析与红外材质分析的有效结合，准确快速地将塑料瓶的信息处理并输送至机械分拣单元，使机械分拣单元可精确地对输送单元上的塑料瓶进行分拣作业。
3.***整体采用模块化设计，布局合理，可适用于现有传统生产线的加装，且机械分拣单元可多台串联布置，符合不同吨位生产线分拣需求。
附图说明
图1为本发明中废品塑料瓶分拣***的立体结构图。
图2为本发明中废品塑料瓶分拣***的正面剖视结构图。
图3为本发明中废品塑料瓶分拣***的内部结构图。
图4为本发明中部分分拣材质近红外光谱波段图。
图5为本发明中部分分拣材质近红外光谱波段图。
图6为本发明中自动滤波提取处理前后对比图。
附图标记说明：检测单元1、***控制单元2、机械分拣单元3、输送单元4、安全防护罩5、视觉检测模块6、材质检测模块7、光源8、出料口9、出料通道10。
具体实施方式
实施例1
如图1至图3所示，废品塑料瓶分拣***，包括检测单元1、***控制单元2、机械分拣单元3、输送单元4、安全防护罩5，所述的输送单元4将废品塑料瓶依次送入检测单元1、机械分拣单元3，所述的***控制单元2分别与检测单元1、机械分拣单元3、输送单元4连接；所述的检测单元1包括视觉检测模块6、材质检测模块7、光源8；所述的视觉检测模块6基于相机摄像原理，对输送单元4上的废品塑料瓶进行颜色信息、形状信息、位置信息进行信息采集；所述的材质检测模块7基于红外在线检测方法，对输送单元4上的废品塑料瓶进行材质分析并采集材质信息；所述的***控制单元2通过接收视觉检测模块6、材质检测模块7的颜色信息、形状信息、位置信息、材质信息根据设定参数产生分拣目标及其动态位置数据；所述的机械分拣单元3根据***控制单元2的分拣目标及其动态位置数据对输送单元4上的废品塑料瓶进行精确分拣。如图4、图5所示，所述的材质检测模块7对材质检测对应的红外光谱波段设置为，材质PE：1210,1412and 1724nm；材质PET：1656nm；材质PVC:1712，1765nm；材质PP:1199,1394,1721nm；材质PS:1677nm。所述的输送单元4为输送带机构，其输送带可透光；所述的输送带为透明材质或在输送带上均布设置多个透光孔(未示出)。所述的视觉检测模块6、材质检测模块7设置在输送带上方，所述的光源8设置在输送带的下放且正对视觉检测模块6和材质检测模块7形成光源8检测区。所述的机械分拣单元3包括至少一台并联机器人对输送单元4上的废品塑料瓶进行分拣。所述的并联机器人上设有吸盘机构(未示出)，所述的吸盘机构通过真空泵产生负压对输送单元4上的废品塑料瓶进行吸附后通过开关阀切断吸盘机构与真空泵(未示出)的连接实现对废品塑料瓶释放。在机械分拣单元3下放位置输送单元4两侧设有出料口9和出料通道10，机械分拣单元3把分拣后的废品塑料瓶抛进出料口9。所述的安全防护罩5包覆检测单元1、机械分拣单元3、输送单元4。
实施例2
与实施例1不同的是，所述的机械分拣单元3由多个并联机器人并列组成，所述的***控制单元2通过运动路径模拟计算出最合理的优化运动轨迹并将经过模拟计算的运动轨迹及协同任务实时发送给每一台并联机器人且数据实时进行优化更新保证多台并联机器人协同工作，能最达到最高的分拣效率。
实施例3
废品塑料瓶分拣***的分拣方法，具体步骤如下：
1S.将经过预处理的瓶子平铺在输送单元4上送入检测单元1；
2S.检测单元1中的视觉检测模块6通过相机成像对检测单元1上的废品塑料瓶进行视觉拍照，采集初步的位置信息、形状信息、颜色信息；如图6所示，通过视觉算法软件结合光源8亮度的增益调节，对获取到的图像进行初步的滤波，通过色值分析与数据对比，判定瓶子的颜色种类及色值，输出最终颜色数据；同时根据废品塑料瓶的图像状态计算出瓶子的轮廓信息以及位置中心坐标点。视觉检测模块6把最终废品塑料瓶的颜色数据、形状数据、位置坐标数据发送至***控制单元2；
3S.检测单元1中的材质检测模块7基于红外在线检测方法对不同位置坐标的废品塑料瓶进行材质判定，并将材质数据、形状数据、位置坐标数据输送至***控制单元2；
4S.***控制单元2将接收到的视觉检测模块6颜色数据、形状数据、位置坐标数据和材质检测模块7的材质数据、形状数据、位置坐标数据进行结合并根据预设的分拣参数和输送单元4的输送速率计算出需要分拣的废品塑料瓶的动态位置坐标信息，形成分拣指令传输至机械分拣单元3；
5S.机械分拣单元3根据接收的分拣指令对输送单元4上的废品塑料瓶进行分拣。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.废品塑料瓶分拣***，包括检测单元、***控制单元、机械分拣单元、输送单元，所述的输送单元将废品塑料瓶依次送入检测单元、机械分拣单元，所述的***控制单元分别与检测单元、机械分拣单元、输送单元连接；其特征在于，所述的检测单元包括视觉检测模块、材质检测模块、光源；所述的视觉检测模块基于相机摄像原理，对输送单元上的废品塑料瓶进行颜色信息、形状信息、位置信息进行信息采集；所述的材质检测模块基于红外在线检测方法，对输送单元上的废品塑料瓶进行材质分析并采集材质信息；所述的***控制单元通过接收视觉检测模块、材质检测模块的颜色信息、形状信息、位置信息、材质信息根据设定参数产生分拣目标及其动态位置数据；所述的机械分拣单元根据***控制单元的分拣目标及其动态位置数据对输送单元上的废品塑料瓶进行精确分拣。
2.根据权利要求1所述的废品塑料瓶分拣***，其特征在于，所述的材质检测模块对材质检测对应的红外光谱波段设置为，材质PE：1210,1412and 1724nm；材质PET：1656nm；材质PVC:1712，1765nm；材质PP:1199,1394,1721nm；材质PS:1677nm。
3.根据权利要求1所述的废品塑料瓶分拣***，其特征在于，所述的输送单元为输送带机构，其输送带可透光；所述的视觉检测模块、材质检测模块设置在输送带上方，所述的光源设置在输送带的下放且正对视觉检测模块和材质检测模块形成光源检测区。
4.根据权利要求3所述的废品塑料瓶分拣***，其特征在于，所述的输送带为透明材质或在输送带上均布设置多个透光孔，所述的光源的光线透过输送带穿过废品塑料瓶，有利于检测单元的数据采集。
5.根据权利要求1至4任一项所述的废品塑料瓶分拣***，其特征在于，所述的机械分拣单元包括至少一台并联机器人对输送单元上的废品塑料瓶进行分拣。
6.根据权利要求5所述的废品塑料瓶分拣***，其特征在于，所述的并联机器人上设有吸盘机构，所述的吸盘机构通过真空泵产生负压对输送单元上的废品塑料瓶进行吸附后通过开关阀切断吸盘机构与真空泵的连接实现对废品塑料瓶释放。
7.根据权利要求5所述的废品塑料瓶分拣***，其特征在于，还包括包覆检测单元、机械分拣单元、输送单元的安全防护罩。
8.基于权利要求1至7任一项的废品塑料瓶分拣***的分拣方法，其特征在于，具体步骤如下：
1S.将经过预处理的瓶子平铺在输送单元上送入检测单元；
2S.检测单元中的视觉检测模块通过相机成像对检测单元上的废品塑料瓶进行视觉拍照，采集初步的位置信息、形状信息、颜色信息；通过数据处理，视觉检测模块把最终废品塑料瓶的颜色数据、形状数据、位置坐标数据发送至***控制单元；
3S.检测单元中的材质检测模块基于红外在线检测方法对不同位置坐标的废品塑料瓶进行材质判定，并将材质数据、形状数据、位置坐标数据输送至***控制单元；
4S.***控制单元将接收到的视觉检测模块颜色数据、形状数据、位置坐标数据和材质检测模块的材质数据、形状数据、位置坐标数据进行结合并根据预设的分拣参数和输送单元的输送速率计算出需要分拣的废品塑料瓶的动态位置坐标信息，形成分拣指令传输至机械分拣单元；
5S.机械分拣单元根据接收的分拣指令对输送单元上的废品塑料瓶进行分拣。
9.根据权利要求8所述的废品塑料瓶分拣***的分拣方法，其特征在于，2S中对于形状信息与正常形状参数差异较大的废品塑料瓶，通过视觉算法软件结合光源亮度的增益调节，对获取到的图像进行初步的滤波，通过色值分析与数据对比，判定瓶子的颜色种类及色值，输出最终颜色数据；同时根据废品塑料瓶的图像状态计算出瓶子的轮廓信息以及位置中心坐标点。
10.根据权利要求8所述的废品塑料瓶分拣***的分拣方法，其特征在于，所述的机械分拣单元由多个并联机器人并列组成，所述的***控制单元通过运动路径模拟计算出最合理的优化运动轨迹并将经过模拟计算的运动轨迹及协同任务实时发送给每一台并联机器人且数据实时进行优化更新保证多台并联机器人协同工作，能达到最高的分拣效率。
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