CN115815150A - 一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置 - Google Patents

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李广
赵猛
孙似海
刘宝莹
肖军
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Abstract

本发明公开了一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,涉及分选装置技术领域。本发明包括输送装置,分别设置在输送装置首末端的供料装置和剔除装置,以及设置在输送装置上方的数字图像采集装置;且输送装置、数字图像采集装置和剔除装置均连接一中央处理器;其中数字图像采集装置包括紫外荧光检测模块、光谱检测模块、三维检测模块。本发明使用时物料均匀地分布在输送装置上,通过数字图像采集装置采集物料的反射和散射图像信息,同时获取物料的三维轮廓信号,紫外荧光信号,可见光红外信号,根据所选别的需求,综合上述特征信息,通过多分类识别算法可对物料进行标签分类,如属特征标签则驱动剔除模块将物料分离出去。

Description

一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置
技术领域
本发明属于分选装置技术领域,特别是涉及一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置。
背景技术
随着社会的发展,人口数量呈现着大爆发,资源的再生利用和回收利用变得格外重要,从废到宝,宝到废,不断利用,节约资源,从减少污染物的排量开始,贯彻科学发展的宗旨,建设绿色环境社会变得意义重大。
据调查显示,废塑料仅有14%被回收资源化,剩余86%被丢弃、掩埋、或焚烧。在回收再利用的部分,仅有2%用于同级再生。以往大多数靠人工分拣塑料瓶和生活垃圾,近年来随着技术的进步,市场上推出了高速在线分选装置,提高了分拣效率和精度。
传统的高速在线分选装置,一般是基于可见光和红外分选技术,通过瓶子的颜色和红外光谱来分选,其局限性如下:1、分选精度受瓶子透明度影响较大,瓶子容易融入背景,被误判成背景2、无法分拣荧光特征的物料3、无法区分和背景颜色和材质相同物料4、无法对高度形状有差异的异形物料分选。因此现有的普通高速分选装置存在选别范围窄和精度低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,目的在于提高高速分选装置的适用性,拓展资源回收应用范围,解决普通高速分选装置选别范围窄和精度低的问题。
为解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明为一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,包括设置在输送装置上方的数字图像采集装置、设置在输送装置末端的剔除装置;所述数字图像采集装置包括紫外荧光检测模块、光谱检测模块、三维检测模块;还包括与输送装置、数字图像采集装置和剔除装置连接的中央处理器。
进一步地,还包括设置在输送装置首端的供料装置。
进一步地,所述供料装置和输送装置之间还设置有弧形滑道。
进一步地,所述剔除装置选用高压喷嘴组件。
进一步地,所述紫外荧光检测模块包括紫外灯、荧光相机;所述紫外灯选用紫外LED或者汞灯、其光谱为200-410nm;所述荧光相机为线阵扫描相机或面阵相机。
进一步地,所述荧光相机正对输送装置的输送皮带上表面,两个所述紫外灯对称分布在荧光相机的两侧;且紫外荧光检测模块光源和法线夹角10°-45°。
进一步地,所述三维检测模块包括线激光检测模块和面阵结构光检测模块。
进一步地,所述线激光三维检测模块包括线激光器和面阵相机,所述面阵相机正对输送装置的输送皮带上表面、且线激光器与面阵相机夹角在3-15°;其中线激光器波长700-1000nm,面阵相机为黑白CMOS相机,面阵相机前有滤光片,滤光片和线激光器光谱一致。
进一步地,所述光谱检测模块包括可见光LED、红外光源、光谱相机,其中光谱相机成像光谱范围为400-2500nm,所述可见光LED为白光LED,所述红外光源的光谱为900-2500nm。
进一步地,所述紫外荧光检测模块的光路周侧设置有挡光挡板。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明使用时物料均匀地分布在输送装置上,通过数字图像采集装置采集物料的反射和散射图像信息,同时获取物料的三维轮廓信号,紫外荧光信号,可见光红外信号,对所获取的多维度数据图像进行数据融合处理分析,可将物料和背景区分,并获得物料的荧光特征,颜色特征,材质特征。根据所选别的需求,综合上述特征信息,通过多分类识别算法可对物料进行标签分类,如属特征标签则驱动剔除模块将物料分离出去。
2、本发明中输送装置的高速皮带为平面轮廓或者特定周期性轮廓的图案,针对与皮带相同颜色和材质的物料,其颜色和红外差异很小,但其高度信息有明显差异,通过获取的物料三维轮廓用于区分物料和皮带背景,特别针对与皮带相似的物料。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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。
图1为本发明实施例1控制***图;
图2为本发明实施例1高速分选装置结构示意图;
图3为本发明实施例2高速分选装置结构示意图;
图4为本发明实施例3高速分选装置结构示意图;
图5为本发明实施例4高速分选装置结构示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1,
如图1-2所示,一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,包括输送装置1,分别设置在输送装置1首末端的供料装置4和剔除装置3,以及设置在输送装置1上方的数字图像采集装置2;且输送装置1、数字图像采集装置2和剔除装置3均连接一中央处理器7;其中数字图像采集装置2包括紫外荧光检测模块2a、光谱检测模块2b、三维检测模块2c,紫外荧光检测模块2a,获取物料的紫外散射和反射荧光图像,光谱检测模块2b,获取物料的可见光至红外光的散射和反射光谱数据,三维检测模块2c获取物料的三维轮廓图像;且剔除装置3选用高压喷嘴组件。
使用时被检测物体通过供料装置4把物料均匀的平铺在输送装置1上,物料通过数字图像采集装置2,获取物料的荧光信号、三维轮廓信号、可见光红外信号,中央处理器7对数据进行分析,当待剔除的目标经过高压喷嘴组件时,高压喷嘴组件喷射高压气体,使待剔除物料分离。
同时,在供料装置4和输送装置1之间还设置有弧形滑道5,通过弧形滑道5增加物料进入到输送装置1上的初始速度,使物料速度达到预期速度;通过输送装置1采用高速输送装置提供物料输送媒介,使物料匀速通过数字图像采集装置2。
实施例2,
如图3,在实施例1的基础上;其中紫外荧光检测模块2a设置位于三维检测模块2c和光谱检测模块2b的前端;且三维检测模块2c和光谱检测模块2b的检测视点在同一位置;同时紫外荧光检测模块2a、三维检测模块2c和光谱检测模块2b三者检测位置平行,且三者放大率基本一致,水平和左右位置对齐。
紫外荧光检测模块2a包括紫外灯、荧光相机;紫外灯选用紫外LED、其光谱为365nm;荧光相机为线阵扫描相机。荧光相机正对输送装置1的输送皮带上表面,两个紫外灯对称分布在荧光相机的两侧,且紫外荧光检测模块2a光源和法线夹角为15°。
三维检测模块2c包括线激光检测模块;线激光三维检测模块2c包括线激光器和面阵相机,面阵相机正对输送装置1的输送皮带上表面、且线激光器与面阵相机夹角在8°;其中线激光器波长850nm,面阵相机为黑白CMOS相机,面阵相机前有滤光片,滤光片和线激光器光谱一致,为850nm带通滤光片。
光谱检测模块2b包括可见光LED、红外光源、光谱相机,其中光谱相机成像光谱范围为400-2500nm,可见光LED为白光LED,红外光源为卤素灯、其光谱为900-2500nm。
图2给出了一种可见光红外多光谱相机结构形式,其通过二向色镜或者半透半反镜,可见光相机和红外相机,水平、左右、放大率对齐。
实施例3
如图4,在实施例1的基础上,紫外荧光模块、三维检测模块2c和光谱检测模块2b沿输送装置1的输送方向依次设置,使用时物料在输送装置1作用下物料依次通过紫外荧光模块、三维检测模块2c和光谱检测模块2b,且同时紫外荧光检测模块2a、三维检测模块2c和光谱检测模块2b三者检测位置平行,且三者放大率基本一致,水平和左右位置对齐。
紫外荧光检测模块2a包括紫外灯、荧光相机;紫外灯选用紫外LED、其光谱为365nm;荧光相机为线阵扫描相机。荧光相机正对输送装置1的输送皮带上表面,两个紫外灯对称分布在荧光相机的两侧,且紫外荧光检测模块2a光源和法线夹角为15°。
三维检测模块2c包括线激光检测模块;线激光三维检测模块2c包括线激光器和面阵相机,面阵相机正对输送装置1的输送皮带上表面、且线激光器与面阵相机夹角在8°;其中线激光器波长850nm,面阵相机为黑白CMOS相机,面阵相机前有滤光片,滤光片和线激光器光谱一致,为850nm带通滤光片。
进一步地,光谱检测模块2b包括可见光LED、红外光源、光谱相机,其中光谱相机成像光谱范围为400-2500nm,可见光LED为白光LED,红外光源为卤素灯、其光谱为900-2500nm。
实施例4,
如图5,在实施例1的基础上,紫外荧光模块、三维检测模块2c和光谱检测模块2b三者的检测点位于同一位置,三套模块放大率基本一致,水平和左右位置对齐。
紫外荧光检测模块2a包括紫外灯、荧光相机;紫外灯选用紫外LED、其光谱为365nm;荧光相机为线阵扫描相机。荧光相机正对输送装置1的输送皮带上表面,两个紫外灯对称分布在荧光相机的两侧,且紫外荧光检测模块2a光源和法线夹角为15°。
三维检测模块2c包括线激光检测模块;线激光三维检测模块2c包括线激光器和面阵相机,面阵相机正对输送装置1的输送皮带上表面、且线激光器与面阵相机夹角在8°;其中线激光器波长850nm,面阵相机为黑白CMOS相机,面阵相机前有滤光片,滤光片和线激光器光谱一致,为850nm带通滤光片。
进一步地,光谱检测模块2b包括可见光LED、红外光源、光谱相机,其中光谱相机成像光谱范围为400-2500nm,可见光LED为白光LED,红外光源为卤素灯、其光谱为900-2500nm。
且光谱相机是可见光红外多光谱相机,同时光谱相机和荧光相机均为线阵扫描相机,此相机采用分时曝光形式依次获取紫外荧光数据和可见光数据。
同时紫外LED和白光LED依次交替闪烁,其与可见线阵扫描相机同步曝光。
在上述实施例1-4中,紫外荧光信号,为物料受紫外光照射后,电子吸收能力收到激发,从而发射光子信息,紫外光的波长还可选定为254nm、405nm;可见光红外信号,为物料的反射和散射的可见光至近红外信号,波段为400-2500nm之间,优选的为400-1700nm,其可以通过颜色和红外光谱,用于区分颜色特征和材质特征。颜色特征波段为400-700nm之间,材质特征波段为900-2500nm之间,根据不同物质的分子振动和转动能级跃迁差异,以区分材质特征。
同时紫外荧光检测模块2a的光路周侧设置有挡光挡板6,防止外界环境光和光谱检测模块2b的LED和卤素灯照射至紫外检测视点位置。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,其特征在于:包括设置在输送装置(1)上方的数字图像采集装置(2)、设置在输送装置(1)末端的剔除装置(3);
所述数字图像采集装置(2)包括紫外荧光检测模块(2a)、光谱检测模块(2b)、三维检测模块(2c);
还包括与输送装置(1)、数字图像采集装置(2)和剔除装置(3)连接的中央处理器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,其特征在于,还包括设置在输送装置(1)首端的供料装置(4)。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,其特征在于,所述供料装置(4)和输送装置(1)之间还设置有弧形滑道(5)。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,其特征在于,所述剔除装置(3)选用高压喷嘴组件。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,其特征在于,所述紫外荧光检测模块(2a)包括紫外灯、荧光相机;所述紫外灯选用紫外LED或者汞灯、其光谱为200-410nm;所述荧光相机为线阵扫描相机或面阵相机。
6.根据权利要求5所述的一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,其特征在于,所述荧光相机正对输送装置(1)的输送皮带上表面,两个所述紫外灯对称分布在荧光相机的两侧。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,其特征在于,所述三维检测模块(2c)包括线激光检测模块和面阵结构光检测模块。
8.根据权利要求7所述的一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,其特征在于,所述线激光三维检测模块(2c)包括线激光器和面阵相机,所述面阵相机正对输送装置(1)的输送皮带上表面、且线激光器与面阵相机夹角在3-15°;
其中线激光器波长700-1000nm,面阵相机为黑白CMOS相机,面阵相机前有滤光片,滤光片和线激光器光谱一致。
9.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,其特征在于,所述光谱检测模块(2b)包括可见光LED、红外光源、光谱相机,
其中光谱相机成像光谱范围为400-2500nm,所述可见光LED为白光LED,所述红外光源的光谱为900-2500nm。
10.根据权利要求1所述的一种基于三维检测和光谱检测的高速分选装置,其特征在于,所述紫外荧光检测模块(2a)的光路周侧设置有挡光挡板。
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