CN101279321A - 颗粒物料光学色选机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种颗粒物料光学色选机，包括下料料槽、图像采集系统、吹风系统和信息处理与控制系统，所述图像采集系统的观察区域位于下料料槽限定的物料移动轨迹上，所述信息处理和控制系统分别与所述的图像采集系统和吹风系统信号连接，用于根据所述图像采集系统的图像数字信号识别异色颗粒，控制吹风系统进行相应的吹风动作，所述吹风系统设有若干吹嘴，所述各吹嘴的吹风路径穿过所述下料料槽限定的物料移动轨迹，其与物料移动轨迹的相交位置位于所述图像采集系统观察区域的下方，所述图像采集系统优选面阵或线阵CCD成像的CCD相机。该色选机的处理量大，结构简单，对异色颗粒的判断准确，可自动去除物料中的异色颗粒，主要用于大米等颗粒物料的分选。

Description

颗粒物料光学色选机

技术领域

本发明涉及一种颗粒物料光学色选机，可自动去除物料中的异色颗粒，主要用于大米等物料分选。

背景技术

目前，许多颗粒物料，例如大米等各种谷物，都需要以表面色泽进行分类选择，以去除其中的杂质、瑕疵颗粒和坏颗粒等异色颗粒，满足物料在色泽、纯度等方面的质量要求。目前，大量采用色选方式是人工色选和光电色选机色选。人工色选的缺陷是速度慢、效率低、质量不稳定、并且成本高；光电色选机通常采用Si光二极管等作为光感应器，在颗粒物料的移动过程中接收颗粒物料的反射光，形成与光强相应的电信号，根据电信号的强弱判断颗粒物料的色泽，然后在颗粒物料的流经途径中通过控制系统控制吹气装置吹出气流，将不需要的异色颗粒吹掉，这种色选机与手工色选相比在效率和可靠性方面取得了很大的进步。然而，这种色选机需要设置与颗粒尺寸相当的沟槽来限定颗粒物料的移动轨迹，对每一个沟槽设置一路相应的光电接收系统来获取流经该沟槽特定位置上的物料颗粒的光强信息，由此带来了下列缺陷：一是由于颗粒物料只能沿沟槽移动，限制了工作面上的物料流量，因此也就限制了色选机的处理能力；二是每个沟槽对应一路光电接收系统，这种接收系统接收的信息是大区域信息的叠加，同时有多个颗粒信息进入系统，因此不能很好地分辨每个颗粒的细节，同时还会受到其它颗粒的干扰，导致了灵敏度不高，对颗粒色泽判断不准确等问题；另外系统结构也显得较为复杂。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种颗粒物料光学色选机，该色选机的处理量大，对异色颗粒的判断准确，并且结构简单。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种颗粒物料光学色选机，包括下料料槽、图像采集系统、吹风系统和信息处理与控制系统，所述图像采集系统的观察区域位于下料料槽限定的物料移动轨迹上，用于获得在观察区域的物料图像并转换为图像数字信息，所述信息处理和控制系统分别与所述的图像采集系统和吹风系统信号连接，用于接收所述图像采集系统输出的图像数字信号并进行分析，识别出异色颗粒，生成对吹风系统的控制信号送入吹风系统的控制装置，控制吹风系统进行相应的吹风动作，所述吹风系统设有若干吹嘴，所述各吹嘴的吹风路径穿过所述下料料槽限定的物料移动轨迹，其与物料移动轨迹的相交位置位于所述图像采集系统观察区域的下方。

所述图像采集系统优选面阵或线阵CCD成像的CCD成像装置(摄像头或相机等)。

所述CCD成像装置设有可以带动其移动的光学调整架及与该光学调整架配合的调焦驱动机构，用于进行CCD的成像调焦。

所述CCD成像装置和所述光学调整架位于一个光学分选箱内，所述光学分选箱内还设有用于给观察区域物料照明的前景灯、用于给背景板照明的背景灯以及用于给CCD成像装置提供背景光的背景板，所述CCD成像装置和所述背景板分别位于所述下料料槽限定的物料移动轨迹的两侧。

所述光学分选箱上设置有散热系统，用于改善该光学分选箱的散热效果。

所述下料料槽下部延伸至所述光学分选箱内，下端端面同所述图像采集系统的观察区域之间有一定距离，所述图像采集系统的观察区域位于所述下料料槽下端端面的下方。

所述下料料槽上部设有入料料斗，所述入料料斗下面安装有用于向所述下料料槽均匀给料的振动给料器。

所述下料料槽下方设有出料料斗，所述下料料槽限定的物料移动轨迹穿入所述出料料斗的进料口。

所述下料料槽的下方还设有不良料斗，所述不良料斗的进料口位于所述出料料斗进料口旁或环绕所述出料料斗的进料口。

所述信息处理与控制系统安装在电气设备箱内。

本专利的工作过程是：物料颗粒通过入料料斗的控制，以一定的进料量进入振动给料器，在振动给料器的振动下，进入振动给料器的颗粒物料逐渐向靠近料槽的方向运动，直到落入料槽，然后以均匀的加速度，沿料槽表面，向斜下方运动，最后在料槽的末端脱离料槽，进入只受重力作用的状态，沿光学分选箱的垂直中心线作匀加速运动，当运动到CCD物点时，达到预定的速度。此时，线阵(或面阵)CCD相机(或摄像头，以下以CCD相机为例)对高速运动的物料颗粒进行拍摄成像，并形成数字信号输出，通过信息处理和控制系统进行处理，判断出需要吹出的不合格物料，生成控制信号控制吹气系统动作或工作状态。在图像采集和信号处理期间，物料颗粒继续向前运动，进入垂直于吹气系统的吹嘴的正前方，此时，吹气系统在信息处理和控制系统的控制信号下已经准备就绪，如果是合格的物料，则关闭相应的吹嘴，让物料自由运动进入出料料斗；如果是不合格物料，则打开相应的吹嘴吹气，将不合格的物料吹离原来的运动轨迹，进入不良料斗，由此完成物料颗粒的色选。

本发明的有益效果是：(1)在下料料槽的槽面上不设沟槽，采用整个宽料槽来实现颗粒物料的下料，克服了现有光电色选设备采用间隔的窄沟槽下料带来的产量低的问题，使得颗粒物料色选的产量增加了数倍，提高了色选机的生产效率；(2)可以采用高速CCD相机完成高速运动颗粒物料的成像，克服了传统光电色选设备只能将平方厘米量级区域内的物料成像为一个点处理的困难，由此获得了两个本质的提高，一是获得了极高的分辨率，达到了亚毫米量级，能够获得大部分颗粒物料个体内的细节特征；另一个是只有相邻的像素点能够对分辨单元产生影响，大大降低了干扰，获得极高的信噪比。通过这两个提高，能够获得更高的色选质量，并且大大扩展了色选机的适应范围；(3)整体结构简单可靠，容易加工、制造，便于安装、使用，能够大大提高生产效率，降低生产成本和提高产品质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，该色选机的结构框架1是整机的基本结构，用以安装其它部件，并保证他们的相对位置。入料料斗2通过支架支撑在结构框架1的最顶端，振动给料器3通过带有隔振效果的支撑腿支撑在结构框架上部，位于入料料斗2下端，并与入料料斗保持恰当的距离，通过对入料料斗2的控制和两者之间距离的控制，保持振动给料器3中存在一定的颗粒物料量。下料料槽4倾斜安装在结构框架1上，最上端比振动给料器3的出料口稍高，并同振动给料器出料口之间保持恰当的距离，以实现有足够的下米量，同时避免颗粒的跳动；下料料槽的下部沿光学分选箱5的垂直平分线延伸到光学信息获取系统的观察点(观察区域)的上方，保证颗粒物料在脱离下料料槽后，经过观察点向前下方运动。吹气系统6包括高速电磁阀和吹嘴，其中高速电磁阀因为体积的缘故安装在光学分选箱正下方，通过导气管将气体导通到吹嘴，而吹嘴安装在光学分选箱5的中部的一侧，稍低于观测点，用来吹掉物料颗粒中的不良颗粒。出料料斗8安装在下料料槽4通过观察点的延长线上，其很窄的入口保证只有沿料槽运动下来并且未被吹气系统吹出的合格颗粒物料才能进入。不良料料斗8的上端是一个包围在出料料斗7周围的非常大的一个料斗，用来接收所有为进入出料料斗的颗粒物料，包括吹出的不良物料或者误吹的物料，以及其它原因未能进入入料料斗的物料。通过这一流程，将合格的物料分选出来。

光学分选箱5是进行物料颗粒信息获取的核心装置。光学分选箱可以是一个对称的光学系统，这样可以从前后两个方向对同一个颗粒物料进行信息获取。光学分选箱内的前景灯5.1安装在光学分选箱最靠近观测点的部位，用来照明观测点，保证足够的反射或透射光强，背景灯5.2安装在光学分选箱的下部，用来照明背景板，以满足观察背景的光强需求，背景板5.3安装在CCD相机5.4的另一侧，可以通过设置背景板控制系统控制背景板的旋转，以便反射不同强度的背景灯光到CCD相机5.4，以获得恰当的背景光强度，CCD相机5.4设有镜头和线阵/面阵CCD，通过镜头将通过观测点的颗粒物料以一定的放大倍数清晰的成像在CCD上，通过A/D转换，然后传输到信息处理和控制系统，光学调整系统(光学调整架)5.5用来调节CCD相机5.4的位置，以保证物料颗粒图像的准确获取，冷却系统5.6设置在光学分选箱侧面，用于将光学分选箱5的热量散发出去，保证系统的稳定工作，光学分选箱5将获取的数字图像信息送往信息处理和控制系统，信息处理和控制系统可以分为两部分，一部分是接受和分析数字图像信息的信息处理系统，另一部分是根据信息处理系统的分析结果信息生成控制信息的控制系统，生成的控制信息用于控制吹气系统完成物料分选。

下面，对上述各部分的功能和要求再做进一步说明，以便本领域的技术人员根据这些功能结合现有技术更好地实施本专利：结构框架是整个系统的支撑结构，构建以保证整个系统的有效运行，进行系统各部分的合理布局并确保系统各部分的精确定位，此外，结构框架还完成各个部分之间振动隔离。入料料斗安装在结构框架最顶端，用来完成物料进入和控制，需要通过入料料斗保证进料的速率，以满足振动器的需求和物料色选速度的匹配。振动给料器安装在结构框架顶端，入料料斗下方，通过振动来将颗粒物料向前上方抛出，让物料能够按一定的速度落入下料料槽，并通过和下料料槽的配合来保证颗粒物料均匀的分散，尽量减少颗粒物料在料槽中的跳动，由于本颗粒物料色选机产量与目前光电色选机相比，大大提高，因此振动给料器的振动能力和下料速度也相应的大大增加。下料料槽安装在振动器下方，并通到光学分选箱中部，在稍高于光学分选箱的观察点(即图像采集系统的观察区域)，并与光学分选箱观察点保持恰当的距离，下料料槽主要有两项功能，一是限制颗粒物料在恰当的宽度范围内，二是保证物料以一定的速度运动到光学分选箱观察点，此外，下料料槽还必须要保证物料的均匀分散和平稳运动。下料料槽与通常的光电色选机相比，不再采用一个宽料槽上分为很多比颗粒物料稍大的沟槽以使颗粒物料沿沟槽运动形成物料线的形式，而是直接采用整个宽料槽全部用于颗粒物料下料，这样由于整个料槽的所有空间都加以运用，使得下料量提高了很多倍。光学分选箱主要完成高速运动颗粒物料的高分辨成像，需要保证成像的良好聚焦和恰当的放大倍数。光学分选箱中的照明系统又分为颗粒物照明系统和背景照明系统，图像采集系统又包括CCD成像装置和光学调整结构；散热系统用来导出多余的热量以保证照明和成像系统工作在合适的温度范围内。CCD光学成像系统与传统光电成像系统相比，通过面阵或者线阵成像，具有极高的分辨率，在现有技术背景下可以提高两个量级，完成对大多数颗粒物料的单个颗粒的高分辨成像，而不是像传统光电成像系统那样，每个像点可能有多个物料颗粒的叠加，因而得到了附加的效果是大大提高了信噪比。出料料斗安装在下料料槽自然延伸的下方，框架结构的下部，用来接收色选后的合格的颗粒物料。不良料料斗是用来接收吹气系统吹出的不合格的物料，包括杂质、有瑕疵或缺陷的物料、变质的物料等等。信息采集系统主要是与光学分选箱结合，完成信息的采集和放大。信息处理系统主要是完成采集信息的后处理，包括物料颗粒的对齐、分割、处理和判断等等，完成颗粒物料不合格颗粒的定位。吹气系统主要是在控制系统的控制下，对不合格颗粒持续一定时间的吹气，吹气的方向和物料的运动方向垂直，以保证最大效率的将不合格物料吹离合格物料运动路线，并落入到不良料槽内，吹气系统通过吹气时间的长短、气压的大小和吹气起始时间的选择来完成对不合格物料最佳的选出。控制系统通过与各个系统的通信来获取各个系统的信息，并通过控制管理策略来完成对各个系统的协调和控制，电源系统为整机各个分系统和部件提供电源管理和支持。可以理解的是，图像采集系统、吹风系统以及出料料斗、不良料斗应对整个物料轨迹宽度都有效。

Claims (10)

1.一种颗粒物料光学色选机，其特征在于包括下料料槽、图像采集系统、吹风系统和信息处理与控制系统，所述图像采集系统的观察区域位于下料料槽限定的物料移动轨迹上，用于获得在观察区域的物料图像并转换为图像数字信息，所述信息处理和控制系统分别与所述的图像采集系统和吹风系统信号连接，用于接收所述图像采集系统输出的图像数字信号并进行分析，识别出异色颗粒，生成对吹风系统的控制信号送入吹风系统的控制装置，控制吹风系统进行相应的吹风动作，所述吹风系统设有若干吹嘴，所述各吹嘴的吹风路径穿过所述下料料槽限定的物料移动轨迹，其与物料移动轨迹的相交位置位于所述图像采集系统观察区域的下方。

2.如权利要求1所述的颗粒物料光学色选机，其特征在于所述图像采集系统为面阵或线阵CCD成像的CCD成像装置。

3.如权利要求2所述的颗粒物料光学色选机，其特征在于所述CCD成像装置设有可以带动其移动的光学调整架及与该光学调整架配合的调焦驱动机构，用于进行CCD的成像调焦。

4.如权利要求3所述的颗粒物料光学色选机，其特征在于所述CCD成像装置和所述光学调整架位于一个光学分选箱内，所述光学分选箱内还设有用于给观察区域物料照明的前景灯、用于给背景板照明的背景灯以及用于给CCD成像装置提供背景光的背景板，所述CCD成像装置和所述背景板分别位于所述下料料槽限定的物料移动轨迹的两侧。

5.如权利要求5所述的颗粒物料光学色选机，其特征在于所述光学分选箱上设置有散热系统，用于改善该光学分选箱的散热效果。

6.如权利要求5所述的颗粒物料光学色选机，其特征在于所述下料料槽下部延伸至所述光学分选箱内，下端端面同所述图像采集系统的观察区域之间留有一定距离，所述图像采集系统的观察区域位于所述下料料槽下端端面的下方。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的颗粒物料光学色选机，其特征在于所述下料料槽上部设有入料料斗，所述入料料斗下面安装有用于向所述下料料槽均匀给料的振动给料器。

8.如权利要求7所述的颗粒物料光学色选机，其特征在于所述下料料槽下方设有出料料斗，所述下料料槽限定的物料移动轨迹穿入所述出料料斗的进料口。

9.如权利要求8所述的颗粒物料光学色选机，其特征在于所述下料料槽的下方还设有不良料斗，所述不良料斗的进料口位于所述出料料斗进料口旁或环绕所述出料料斗的进料口。

10.如权利要求9所述的颗粒物料光学色选机，其特征在于所述信息处理与控制系统安装在电气设备箱内。