CN102989693B - 一种基于激光透射的物料分选方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于激光透射的物料分选方法，利用激光线光源对待检测物料进行照射，基于不同物料的透明特性、体散射特性差异，激光线光源的透射光在其背面形成不同的强度和分布，光电传感器探测到光强度和分布信息，控制系统对信号进行处理，且与控制系统中预存的待保留物料的对应参数进行比对，判定是否为异物。本发明还提供了三种使用上述分选方法的分选装置。本发明的优点在于：由于不同内部结构的物料体散射特性不同，同样的激光线光源分别照射后，会在其背面形成不同能量强度、不同能量分布的光斑，即产生不同的透射散射光信号，利用光电传感器快速的识别这种信号强度、分布的差异，进而控制物料剔除装置将需剔除物料快速剔除。

Description

一种基于激光透射的物料分选方法和装置

技术领域

本发明属于光电分选技术领域，尤其涉及一种基于激光透射技术的物料分选方法及装置。

背景技术

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。

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。该种装置在分选不同颜色的物料时存在优势，具有较高的颜色分辨率和空间分辨率。但是，因为光电色选主要是依据物料颜色差异进行分选的，因此，光电色选无法对物料中含有的颜色相近或相同的异物进行分选。

用激光作为光源的分选装置则在物料的内部组织、成份分选上存在优势。由于激光具有高准直性、偏振性、单色性等优点，利用其作为光源，因物料内部组织结构和成分不同，信号光的散射、透射、偏振等特性存在差异，从而实现色选无法实现的物料分选功能(例如：壳、仁、杆、石子等颜色相同或相近，但组织结构不同的物料和异物)。目前已有的能够区分物料结构的激光分选装置主要是基于物料的反射、散射特性，通常利用激光点光束照射到物料表面，如果物料表面光斑大小、能量分布和激光束光斑比较变化很小，则物料比较“硬”，基本不透明；如果光斑发生扩散、能量分布发生较明显的变化，则物料比较“软”，具有一定透明特性。对于软性物料而言，由于其具有一定的透明特性，激光光束在照射物料之后一部分光束在物料表面以反射的方式进行散射，这部分散射的光称之为“反射散射光”，还有另外一部分光束在物料的内部发生散射后透过物料，这部分散射的光称之为“透射散射光”。中国专利申请CN200880125794公开了利用激光光束照射物料后的反射散射光的边缘效应进行探测来进行分选操作的技术方案，该方案能够较好的识别“软物料”和“硬物料”，但是该技术方案提供的分选装置不仅结构复杂、昂贵，调节难度大；而且对于较薄的透明物料或透明特性特别好的物料，此技术方案分选效果不如透射散射技术方案。究其原因，主要是因为：透射特性很好的物料，光能够部分透射过物料，而反射散射造成能量的重新分布相对于透射散射造成的能量重新分布现象不明显；同时对于某些特别透明的物料，如葡萄干，绝大部分光会透射过物料，其反射散射信号非常小，不利于分析。另外，当各种物料被激光照射时，因为内部结构及成分的不同，与反射散射光相比，透射散射光形成的光斑大小及能量分布情况非常复杂，因此，并不能简单的将“利用反射散射光”进行分选的技术方案应用于“依靠透射散射光”进行分选。

美国专利申请US5865990公开了一种利用带壳稻谷内部裂纹的作用而使稻谷透射光强度变化从而将内部有裂纹的带壳稻谷剔除的技术方案，但是该技术方案仅是简单的公开了根据透射进行分选的原理，并且仅是根据透射光强度的变化对带裂纹的稻谷进行分选，并没有进一步公开详细的探测方法以及探测设备中光源与传感器的具体位置关系。

发明内容

针对现有技术存在的“不能有效进行透射特性很好的物料分选”的难题，本发明的目的首先是提供一种基于激光透射的物料分选方法，所述分选方法能够对不同透明特性、不同体散射特性的物料进行高精度分选，尤其适用于透射特性很好的物料的分选，如葡萄干、南瓜籽仁、核桃仁，开心果、蔬菜、水果、海产、塑料等。

本发明的另一个目的是提供一种基于上述激光透射分选方法和现有色选探测相复合的分选装置，能够同时兼顾激光物料结构分选优势和色选颜色分选的优势，扩大了分选装置的使用范围。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：一种基于激光透射的物料分选方法，其步骤包括：利用激光线光源对待检测物料进行照射；光电传感器对透射过待检测物料的透射散射光进行信号探测并将所述信号传送至控制系统；所述控制系统判定所述待检测物料是否为异物；如是异物，则剔除，其特征在于：基于不同物料的透明特性、体散射特性差异，激光线光源的透射光在其背面形成不同的强度和分布，所述光电传感器探测到的是透射散射光的光强度和分布信息，所述控制系统对所述信号进行处理，且与控制系统中预存的待保留物料的对应参数进行比对，如果控制系统的处理结果没有落入预存的待保留物料的对应参数范围内，则判定为异物。

作为优选的方案，所述激光线光源的光出射面和光电传感器的探测面形成夹角小于5度。

作为优选的方案，所述激光线光源采用静态的激光线光源。

所述激光线光源采用在激光器输出窗口前添加柱透镜或鲍威尔透镜将激光点光源转为线光源。或者所述激光线光源采用多个张开小角度的激光器并排排列形成线光源。

优化的，所述激光线光源的出射面为一扇面，所述扇面的张开角度小于30度。

优化的，所述光电传感器观测张开的角度小于30度。

作为一个实施的方案，激光线光源照射物料，光电传感器采集透射过所述待检测物料形成的透射散射光面信号。此时，所述光电传感器可采用面阵光电传感器。

作为另一个实施的方案，激光线光源照射物料，光电传感器采集透射过所述待检测物料形成的透射散射光线信号。此时，所述光电传感器可采用线阵光电传感器。

作为再一个实施的方案，激光线光源照射物料，光电传感器采集透射过所述待检测物料形成的透射散射光点信号。此时，所述光电传感器可采用点光电传感器。

上述三个方案中，所述控制系统将光电传感器探测的待分选物料单次透射散射光信号进行处理并与控制系统中预存的对应参数进行比对。

或者，上述三个方案中，所述控制系统将光电传感器探测的综合透射散射光信号进行处理并与控制系统中预存的对应参数进行比对，光电传感器每隔一定时间对物料的光信号进行探测，控制系统通过对各次的光信号进行处理即可得到物料的综合透射散射光信号。

当采集的是透射散射光面信号时，需对于每次采集的数据进行处理，得到单次采集面信号对应的待考察参数值，实际记录的仅为待考察的参数，经过多次采集、处理后得到综合面参数，并与控制系统中预存的对应参数进行比对。

当采集的是线或点信号时，每次只需采集数据，记录一段时间后，综合处理得到其综合透射散射光信号。

当采用上述三个方案时，定义所述待检测物料的下落轨迹面与所述激光线光源的出射面对称中心线相交的交点为Q1，所述待检测物料下落轨迹面与所述光电传感器中心主光轴相交的交点Q2，所述交点Q1与Q2间的垂直距离为d，待保留物料透射散射光光斑区域最外部边缘处于所述光电传感器的探测区域内的临界状态所对应的d为d1，待剔除物料透射散射光光斑区域最外部边缘处于所述光电传感器的探测区域内的临界状态所对应的d为d2；

当所述d1>d2时，所述激光线光源，物料下落轨迹，光电传感器的设置关系保证所述d2＜d≤d1；当所述d2>d1时，所述激光线光源，物料下落轨迹，光电传感器的设置关系保证所述d1＜d≤d2。

本发明还提供了应用上述的基于激光透射的物料分选方法和现有可见光色选方法复合的分选装置，包括非可见光波段的激光线光源、非可见光波段的背景装置、非可见光波段的光电传感器、物料喂料装置、物料通道、控制系统、物料剔除装置、去可见长波通滤波片、去红外短波通滤波片、可见光光电传感器、可见光背景装置、可见光照明光源，所述非可见光波段的激光线光源、非可见光波段的背景装置、非可见光波段的光电传感器组成了激光透射检测光路，非可见光波段的激光线光源在物料通道的背向，非可见光波段的激光线光源在物料通道的前向，可见光光电传感器、可见光背景装置、可见光照明光源组成了色选检测光路，在物料通道的两侧各安装数个可见光光电传感器、可见光背景装置、可见光照明光源，所述去可见长波通滤波片放置在非可见光波段的光电传感器的前面，所述去红外短波通滤波片放置在可见光光电传感器的前面。

本发明还提供了使用上述的基于激光透射的物料分选方法对南瓜籽和带壳南瓜籽进行分选的分选装置，包括激光线光源、背景装置、光电传感器、物料喂料装置、物料通道、控制系统、物料剔除装置，其特征在于：所述激光线光源和所述光电传感器组成光电透射检测光路，光电传感器放置在物料通道的背向，激光线光源放置在物料通道的前向；

所述激光线光源的光出射面和光电传感器的探测面形成夹角为4°至5°；

定义所述待检测物料的下落轨迹面与所述激光线光源的出射面对称中心线相交的交点为Q1，所述待检测物料下落轨迹面与所述光电传感器中心主光轴相交的交点Q2，所述交点Q1与Q2间的垂直距离为d，d取0至1mm；

所述激光线光源的出射面为一扇面，所述扇面的张开角度为25°至30°；

所述光电传感器观测张开的角度为25°至30°。

本发明还提供了使用上述的基于激光透射的物料分选方法对核桃壳和核桃仁进行分选的分选装置，包括激光线光源、背景装置、光电传感器、物料喂料装置、物料通道、控制系统、物料剔除装置，其特征在于：所述激光线光源和所述光电传感器组成光电透射检测光路，光电传感器放置在物料通道的背向，激光线光源放置在物料通道的前向；

所述激光线光源的光出射面和光电传感器的探测面形成夹角为4°至5°；

定义所述待检测物料的下落轨迹面与所述激光线光源的出射面对称中心线相交的交点为Q1，所述待检测物料下落轨迹面与所述光电传感器中心主光轴相交的交点Q2，所述交点Q1与Q2间的垂直距离为d，d取2至5mm；

所述激光线光源的出射面为一扇面，所述扇面的张开角度为25°至30°；

所述光电传感器观测张开的角度为25°至30°。

本发明的优点在于：对于较薄“软物料”(如南瓜籽)或透明特性很好的物料(如葡萄干、核桃仁)，高准直性的激光照射后，足够强的光能够透过物料。由于不同内部结构的物料体散射特性不同(如核桃仁和核桃壳)，同样的激光线光源分别照射后，会在其背面形成不同能量强度、不同能量分布的光斑，即产生不同的透射散射光信号，利用光电传感器快速的识别这种信号强度、分布的差异，进而控制物料剔除装置将需剔除物料快速剔除。故利用该激光透射分选方法能够实现所述物料的快速、高精度分选。本发明提供的分选装置结构简单可靠、易于调节，在成本和性能上均具有优势。本发明提出的基于上述激光透射分选方法和现有色选探测相复合的分选装置，能够同时兼顾激光物料结构分选优势和色选颜色分选的优势，扩大了分选装置的使用范围。

附图说明

图1示出了本发明物料经激光透射后的光斑分布图，是从物料的正面来看。

图2示出了本发明物料经激光透射后的激光路线示意图，是从物料的侧面来看。

图3是激光线光源的出射面与光电传感器的检测面的关系示意图。

图4示出了基于激光透射物料分选装置中的激光线光源结构示意图。

图5示出了本发明提供的面阵光电传感器信号探测过程。

图6示出了本发明提供的线阵光电传感器信号探测过程。

图7示出了本发明提供的点传感器信号探测过程。

图8和图9是对激光线光源，物料下落轨迹，探测器的设置关系的示意图。

图10是以三线阵光电传感器为例的分选原理图。

图11示出了本发明提供的基于激光透射的分选方法的分选装置的一个实施例示意图。

图12是本发明提供的基于激光透射物料分选方法和可见光色选方法复合的色选装置的一种实施例的示意图。

图13是利用本发明中基于激光透射物料分选装置采集所得南瓜籽仁和带壳南瓜籽图像。

图14是利用本发明中基于激光透射物料分选装置采集所得核桃仁和核桃壳图像。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本发明提供一种基于激光透射的物料分选方法，其步骤包括：利用激光线光源对待检测物料进行照射；光电传感器对透射过待检测物料的透射散射光进行信号探测，由于不同物料的透明特性、体散射特性差异，透射光在其背面形成不同的强度和分布，通过光电传感器探测透射散射光的光强度和分布信息，并将所述信号传送至控制系统；所述控制系统对所述信号进行处理，并将处理结果与预存的待保留物料的对应参数进行比对，判定所述待检测物料是否为异物；如是异物，则剔除，从而实现对不同透明特性、不同体散射特性的物料分选。

以下结合附图对上述步骤进行详细阐述。

图1示出了本发明物料经激光透射后的光斑分布图，是从物料的正面来看，图2示出了本发明物料经激光透射后的激光路线示意图，是从物料的侧面来看。以下结合图1、图2对所述物料被探测面某一区域内或是某一点的透射散射光信号的具体探测处理方式进行进一步的说明，由于待保留物料与待剔除物料具有不同的透明特性、不同体散射特性，故激光照射后透射过待保留物料(合格物料)在其被探测面的某一区域内的信号与待剔除物料在其被探测面的所述区域内的信号具有明显差异，可以将两者区分开来；同样，激光照射后透射过待保留物料(合格物料)在其被探测面的某一点的信号与待剔除物料在所述点上的信号具有明显差异，可以将两者区分开来。如图1中所示，只是光信号分布区域的一种可能性，待保留物料的透射散射光信号分布区域为区域A，对应图2中透射散射光与物料中心线的的交点为P1、P2，即其散射光分布区域为物料表面中P1到P2之间的A区域；所示待剔除物料的透射散射光信号分布区域为区域B，对应图2中透射散射光与物料中心线的的交点为P1’、P2’，即其散射光分布区域为物料表面中P1’到P2’之间的B区域，于是通过光信号的分布情况即可以进行两者的区分。

如图3所示，是该基于激光透射的物料分选方法的激光线光源1的出射面与光电传感器3的探测面的关系示意图。激光线光源1光出射面和光电传感器3探测面形成夹角θ，激光照射到物料6的前表面点，而物料6的探测点在背面，为保证物料6的厚度不同而使激光照射到物料6前表面点和背面探测点距离不会差异过大，从而导致信号差异过大而无法探测，所述夹角θ不宜过大，优选地可设置在小于5度范围内。

图4示出了基于激光透射物料分选装置中的激光线光源结构示意图。在该实施例中可采用一种静态的激光线光源，优选的可采用在激光器输出窗口前添加柱透镜或鲍威尔透镜将激光点光源转为线光源。采用该种激光线光源结构简单、稳定可靠，并且调节方便。采用的激光器从波段上选择可见光激光器或者非可见光激光器均可，非可见光激光器如红外激光器、紫外激光器；从材料上可采用全固态激光器、气体激光器或半导体激光器等。激光器发出的点光源经过柱透镜或鲍威尔透镜后扩散成一扇面，在垂直于扇面的方向上光束很窄。由于激光线光源发出的为一扇形光源，对单个物料的照射光存在很强的方向性，若该扇形光源的张开角β很大，很容易出现如图4所示情况，激光照射到物料6表面后经过大角度反射后被光电传感器3探测到，而非探测到透射光，因而β不宜过大，优选地可设置在小于30度范围内。同样地，光电传感器3观测张开的角度γ也不宜过大，优选地可设置在小于30度范围内。需说明的是图4中给出的仅为示意图，在实际的探测装置中，照明激光线光源和光电传感器数量上并非一一对应，因而单个激光线光源照明宽度和单个光电传感器探测宽度可能会不同。

在该实施例中激光线光源也可采用激光器阵列器件，即采用多个张开小角度的激光器并排排列形成线光源。这样可以保证对每个位置的物料，光电传感器探测的均为透射光。

上述基于激光透射的物料分选方法中的光电传感器探测透射散射光的光强度和分布信息的方式可以是以下三种的任一种：

1、激光线光源1照射物料6，光电传感器采集透射过所述待检测物料形成的透射散射光面信号，并与控制系统中预存的待保留物料的对应参数进行比对，判定所述待检测物料是否为异物；如是异物，则剔除；可通过采集P1’到P1之间区域内的信号，或是P2到P2’之间区域的信号，如果该物料6在此区域内无光信号，则说明此面信号为待剔除物料的透射散射光的信号。

2、激光线光源1照射物料6，光电传感器采集透射过所述待检测物料形成的透射散射光线信号，并与控制系统中预存的待保留物料的对应参数进行比对，判定所述待检测物料是否为异物；如是异物，则剔除；可通过探测P1’到P1之间区域内某条线的光信号，或是P2到P2’之间区域的某条线的光信号，如果该物料6在该线处无光信号，则说明此物料是待剔除物料。

3、激光线光源1照射物料6，光电传感器采集透射过所述待检测物料形成的透射散射光点信号，并与控制系统中预存的待保留物料的对应参数进行比对，判定所述待检测物料是否为异物；如是异物，则剔除。可通过探测P1’到P1之间区域内某点的光信号，或是P2到P2’之间区域的某点的信号，如果该物料在此点处无光信号，则说明此物料是待剔除物料。

需要说明的是，上述对比过程中，采用的参数对比可以是单一考虑光信号的强度、分布，也可以是综合考虑光信号的强度、分布或者其他参数得出的透明特性和体散射特性处理结果。并且，上述第1种探测透射散射光的面信号然后进行比对的方式，信息探测量和处理量都很大，因此运算速度较慢，但是分析结果最准确。上述第3种利用物料被探测面某一点的透射光信号进行采集和分析时，信息探测量和处理量都会大大减小，但由于物料的多样性，过少的点信息存在很大的偶然性，而上述第2种对于物料被探测面某一条线上的透射光信号进行采集和分析的信息探测量和处理量介于两者之间。

当采用第1种探测方式时，光电传感器采用的是面阵光电传感器，当采用上述第2种探测方式时，光电传感器采用的是线阵光电传感器，当采用上述第3种探测方式时，光电传感器采用的是点光电传感器。

图5示出了本发明提供的面阵光电传感器信号探测过程；图6示出了本发明提供的线阵光电传感器信号探测过程；图7示出了本发明提供的点传感器信号探测过程。如图5所示，当所述光电传感器3为面阵光电传感器时，物料6在进入探测区域后面阵光电传感器第一次探测光信号时对应探测的为物料6的X1区域上的光信号，随着物料的下落，面阵光电传感器在第一次探测光信号后间隔一定时间第二次对物料的光信号进行探测，此时探测光信号时对应探测的为物料6的X2区域上的光信号，以此类推，在物料在离开探测区域前最后一次被面阵光电传感器探测光信号时对应探测的为物料6的Xn区域上的光信号，控制系统通过对X1,X2……Xn上的光信号进行处理、记录即可得到物料的综合面信号。如图6所示，当所述光电传感器3为线阵光电传感器时，物料6在进入探测区域后线阵光电传感器第一次探测光信号时对应探测的为物料6的L1直线上的光信号，随着物料的下落，线阵光电传感器在第一次探测光信号后间隔一定时间第二次对物料的光信号进行探测，此时探测光信号时对应探测的为物料6的L2直线上的光信号，以此类推，在物料在离开探测区域前最后一次被线阵光电传感器探测光信号时对应探测的为物料6的Ln直线上的光信号，控制系统通过对L1,L2……Ln上的光信号进行记录即可得到物料的综合线信号。同理，如图7所示，当所述光电传感器3为点传感器时，物料6在进入探测区域后点光电传感器第一次探测光信号时对应探测的为物料6的M1点上的光信号，随着物料的下落，点光电传感器在第一次探测光信号后间隔一定时间第二次对物料的光信号进行探测，此时探测光信号时对应探测的为物料6的M2点上的光信号，以此类推，在物料在离开探测区域前最后一次被点光电传感器探测光信号时对应探测的为物料6的Mn点上的光信号，控制系统通过对M1,M2……Mn上的光信号进行记录即可得到物料的综合点信号。需说明的是，当采用面阵光电传感器探测时，由于采集数据量很大，对于所有的数据全部记录，在存储介质大小、数据读取处理时间等方面存在较大难题，因而需对于每次采集的数据进行处理，得到单次采集面信号对应的待考察参数值，实际记录的仅为待考察的参数，经过多次采集、处理后得到综合面参数；而采用线阵或点光电传感器时，记录的数据量小，每次只需采集数据，可记录一段时间后，综合处理得到其综合透射散射光信号。

当然，在所述待探测物料下落至探测区域某一位置，所述光电传感器采集此位置时所述待探测物料的透射散射光信号，所述透射散射光信号为待分选物料单次透射散射光信号；当所述光学传感设备为面阵光电传感器时，其获得为单次透射散射光面信号；当所述光学传感设备为线阵光电传感器时，其获得为单次透射散射光线信号；当所述光学传感设备为点传感器时，其获得为单次透射散射光点信号。

上述基于激光透射的物料分选方法中的控制系统对所述信号进行处理对比可分为：相对应的光信号类型进行比较，如利用所述待探测物料的单次透射散射光面信号与待保留物料的透射散射光面信号进行比较，当所述单次透射散射光面信号中的特定参数(如灰度分布、面积大小等)没有落入控制系统中预设的待保留物料的面信号的对应参数的设定范围内，则判断待检测物料为异物；由于实际物料特性具有很大偶然性，如软物料表面粘糊形成局部硬质化，需利用物料整体的散射特性进行综合分析判断，因此也可利用所述待探测物料的综合透射散射光面信号与待保留物料的透射散射光面信号进行比较，当通过综合计算得到的透射散射光面信号中特定参数没有落入控制系统中预设的待保留物料的面信号的对应参数的设定范围内，则判断待检测物料为异物。同理可分别利用所述待探测物料的单次透射散射光线信号、所述待探测物料的综合透射散射光线信号、所述待探测物料的单次透射散射光点信号、所述待探测物料的综合透射散射光点信号进行计算并与待保留物料的相应光信号参数进行比较来进行待检测物料的分选。

以下结合图8和图9，对利用光电传感器3进行待探测物料的光信号收集时所需要满足的条件进行进一步阐述，具体的，是对激光线光源，物料下落轨迹面，探测器的设置关系的研究。需要说明的是，待分选的物料在下落过程中脱离通道后，其轨迹是一定的，并且定义沿着一定轨迹运行的是物料的后面，也就是光电传感器3的探测的物料面。由于下落通道具有一定宽度，整个通道宽度上的物料下落轨迹形成一个轨迹面。另外，当光电传感器3选择面阵光电传感器时，因为光电传感器探测到的透射散射光信号为物料透射散射光面信号，所以对激光线光源，物料下落轨迹面、探测器的设置关系没有特殊要求，因此，图8和图9中所示的光电传感器3是线阵传感器或者点传感器。重新参阅图8所示，所述待检测物料6的下落轨迹面62与所述激光线光源1的出射面对称中心线相交，形成交点Q1，所述待检测物料6下落轨迹面62与所述线阵或者点光电传感器3中心主光轴相交，形成交点Q2；所述交点Q1与Q2间的垂直距离为d。

如图1所示，待保留物料的透射散射光光斑区域为A,对应图8中所述待保留物料透射散射光光斑区域A最外部边缘处于所述线阵传感器的探测区域内的临界状态所对应的d为d1，如图9所示；对应图1中待剔除物料的透射散射光光斑区域为B，所述待剔除物料透射散射光光斑区域B最外部边缘处于所述线阵传感器的探测区域内的临界状态所对应的d为d2，图9所示；当所述d1>d2时，所述激光线光源1、物料下落轨迹面62、光电传感器3的设置关系保证所述d2＜d≤d1；当所述d2>d1时，也就是当待保留物料透射散射光光斑区域A小于待剔除物料的透射散射光光斑区域B时，所述激光线光源1，物料下落轨迹面62，光电传感器3的设置关系保证所述d1＜d≤d2。

上述叙述中的线阵光电传感器可采用单线阵光电传感器、多线阵光电传感器等。优选的可采用三线阵光电传感器。

图10中以三线阵光电传感器3为例说明其分选原理，其他线阵光电器原理类似。三线阵光电传感器3的三根线阵以R、G、B的顺序由上到下排列，由于物像关系在物料6的背表面对应于R、G、B探测区域。由于物料6的体散射特性和透射特性不同，透过的激光在物料6背表面形成不同的强度和分布，为三线阵光电传感器3所探测后，就会有不同的R、G、B值，物料6经过下落扫描后会得到物料整体的信息，通过相关的算法即能实现不同体散射特性物料的区分。在需保留物料和需剔除异物透明特性差异很大的情况下(如南瓜籽中剔除带壳南瓜籽)，激光线光源1出射面13和物料6的下落轨迹面62之间交点与物料6的下落轨迹面62和光电传感器3中心主光轴12之间交点间距离d可直接取0，在需保留物料和需剔除异物均具有一定的透明特性但体散射特性不同的的情况下，则可选择适当的d值，即d值的选择需要保证待探测的线，点位于可以用于区分待保留物料和待剔除物料的区域内，如图1中P1-P1’之间所限定的区域，从而使两者信号存在最大的差异。进一步说明三线阵传感器进行待探测物料光信号收集时所需要满足的条件：如图1所示待保留物料的透射散射光光斑区域为A,所述待保留物料透射散射光光斑区域A最外部边缘处于所述三线阵传感器至少某一线阵传感器的探测区域内的临界状态所对应的d为d1；待剔除物料的透射散射光光斑区域为B，所述待剔除物料透射散射光光斑区域B最外部边缘处于所述三线阵传感器至少某一线阵传感器的探测区域内的临界状态所对应的d为d2；优选地，当所述d1>d2时，所述分选装置中激光光源，通道，探测器的设置关系保证所述d2＜d≤d1；当所述d2>d1时，所述分选装置中激光光源，通道，探测器的设置关系保证所述d1＜d≤d2。

在该实施例中也可选取B值作为背景信号，背景信号的作用是当激光线光源1和光电传感器3之间无物料6通过，光电传感器3会直接采集到背景信号，从而能够分辨出通过物料6的边界轮廓。选取较大背景信号的亮度，调节B信号合适的信号增益，使得背景信号大于散射光B值最大值，即可实现物料边界轮廓的提取。对于一些应用场合，也可采用暗背景。

图11示出了本发明提供的基于上述激光透射的分选方法的分选装置的一个实施例示意图。该分选装置包括激光线光源1、背景装置2、光电传感器3、物料喂料装置42、物料通道46、控制系统(图未示)、物料剔除装置5。

光电传感器3最好在物料通道46的背向，这样物料6通过探测区域时，被探测表面基本上在其抛物轨迹面上，可减小物料6厚度的影响。物料通道46采用流滑道或传送履带。该分选装置中激光线光源1以及光电传感器3的选择以及其他各参数的选择均可以参照上述内容中的选择方案。

喂料装置42将物料6分配到物料通道46，物料剔除装置5用于根据控制系统的控制将不合格物料剔除，背景装置2安装在光源一侧用于实现物料边界轮廓的提取。这些装置以及其安装方式都是现有成熟的技术，本发明的技术方案并没有将其作改动，在这里不做进一步的阐述。

激光线光源1发出扇形光，照射到物料6形成一条照射线，如果照射处存在物料6通过，则激光会透过该物料6在其背向产生散射光。光电传感器3对准物料6通过处，有物料6通过则会接受到其散射光，控制系统接收光电传感器3的探测信号并对光电传感器3得到的信号进行处理、分析即可得到物料的透明特性、体散射特性，进而通知物料剔除装置5决定物料是否保留或剔除。若无物料通过，光电传感器3会直接采集到背景装置2的信号，从而能够分辨出通过物料6的边界轮廓。

图12是本发明提供的基于激光透射物料分选方法和可见光色选方法复合的分选装置的一种实施例的示意图。该分选装置包括红外或其它非可见光波段的激光线光源1’、红外或其它非可见光波段的背景装置2’、红外或其它非可见光波段的光电传感器3’、物料喂料装置42、物料通道46、控制系统(图未示)、物料剔除装置5、去可见长波通滤波片7、去红外短波通滤波片8、可见光光电传感器9、可见光背景装置10、可见光照明光源11。

所述非可见光波段的激光线光源1’、非可见光波段的背景装置2’、非可见光波段的光电传感器3’组成了激光透射探测光路。非可见光波段的激光线光源1’最好在物料通道46的背向，这样物料6通过探测区域时，被探测表面基本上在其抛物轨迹面上，可减小物料6厚度的影响。物料通道46采用流滑道或传送履带。非可见光波段的背景装置2’安装在非可见光波段的激光线光源1’一侧用于实现物料边界轮廓的提取。该分选装置中非可见光波段的激光线光源1’和非可见光波段的光电传感器3的选择以及其他各参数的选择均可以参照上述内容中的选择方案。

喂料装置42将物料6分配到物料通道46，物料剔除装置5用于根据控制系统的控制将不合格物料剔除，这些装置以及其安装方式都是现有成熟的技术，本发明的技术方案并没有将其作改动，在这里不做进一步的阐述。

可见光光电传感器9、可见光背景装置10、可见光照明光源11组成了色选探测光路，该色选探测光路是目前色选机中普遍使用的光路，在物料通道46的两侧各安装数个可见光光电传感器9、可见光背景装置10、可见光照明光源11。

因为在一个装置中复合了激光透射物料分选方法和可见光色选方法，所以该分选装置中使用了去可见长波通滤波片7、去红外短波通滤波片8，所述去可见长波通滤波片7放置在非可见光波段的光电传感器3的前面，用于去除可见光对激光探测的影响，所述去红外短波通滤波片8放置在可见光光电传感器9的前面，用于去除激光对可见光色选的影响。

在本实施例中通过选择非可见波段的光源用于激光透射探测，实现了将激光透射探测和可见光色选相复合，从而兼顾可见光色选和激光透射探测物料体散射特性、透明特性的优势。

利用本发明提供的基于激光透射的物料分选方法进行物料分选，其中一具体实施例为南瓜籽仁和带壳南瓜籽的分选；另一具体实施例为核桃仁和核桃壳的分选。

进行南瓜籽和带壳南瓜籽分选时，由于两种物料透明特性差异很大，图8中所示参数d取0至1mm，θ取4°至5°，图4中所示参数β取25°至30°，γ取25°至30°，采用的激光线光源为单模红光激光器加配鲍威尔透镜后形成线光源窄向宽度1.5-3mm，单模红光激光器功率80-120mW；采用的光电传感器为线阵光电传感器。采集所得图像示于图13。可以看到两者图像存在明显差异，利用图像中暗区域的灰度值大小、区域面积大小算法很容易进行两者的分选。此处需说明的是，由于南瓜籽或带壳南瓜籽厚度很薄，当其从喂料装置下落到待探测区域后有部分发生翻转，若刚好翻转至薄的一侧为光电传感器3所探测，则信号明显变暗，实验中发现若采用线光源窄向宽度宽度较小的光源，即θ值较小的光源，两者仍有较明显区别，但若采用线光源窄向宽度宽度较大时，即θ值较大的光源，则不易分辨。

利用所述基于激光透射的物料分选装置进行南瓜籽仁和带壳南瓜籽的分选，其选净率可达98％-99％，利用普通红外色选装置进行南瓜籽仁和带壳南瓜籽的分选选净率为95％，且基于激光透射的物料分选装置的成本远低于红外色选装置成本。

进行核桃和核桃仁分选时，图8中所示参数d取2至5mm，θ取4°至5°，图4中所示参数β取25°至30°，γ取25°至30°，采用的激光线光源为红外半导体激光器加配鲍威尔透镜后形成线光源窄方向宽度4-6mm，红外半导体激光器功率1.5-4W，采用的光电传感器优选的为三线阵光电传感器。由于核桃壳上存在不少较薄的凹陷区域，该部分也会透光，核桃仁具有一定厚度且形状复杂，若取d＝0，仁和壳皆会得到斑驳的图像，不利于分选。但核桃仁和核桃壳存在较大的体散射特性差异，激光透过核桃壳后扩散的区域很小，而透射核桃仁后扩散区域较大，d取2至5mm，则核桃壳基本探测不到体散射信号，而核桃仁仍有较多区域能够探测到散射光。采集所得图像示于图14。在核桃仁的图像上存在较多斑驳的亮斑，而核桃壳图像上则极少。从图像中观测到在壳的边界处可能存在极小区域发亮的情况，原因为激光线光源发射光为扇形，物料边界处可能会出现如图4中所示的情况，导致边界偏亮。采用去边界算法，结合区域的灰度值大小、区域面积大小算法，或者图像灰度的变化大小算法等，可以较容易的去除边界影响，实现这两种物料的分选。

利用所述基于激光透射的物料分选装置进行核桃和核桃仁的分选，其选净率可达95％-98％，利用普通可见光色选装置进行核桃和核桃仁的分选选净率为60％-70％，利用红外光色选装置进行核桃和核桃仁的分选选净率为80％-90％，且基于激光透射的物料分选装置的成本远低于红外色选装置成本。

以上所述两种物料分选的具体实施例用于例证该基于激光透射探测装置的实用性和可行性。实际上本发明中的装置可应用于多种具有类似特性的物料，结合光电分选领域中分选算法即可实现物料的分选。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，进行简单物料扩展或算法改进，也应视为本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种基于激光透射的物料分选方法，其步骤包括：利用激光线光源对待检测物料进行照射；光电传感器对透射过待检测物料的透射散射光进行信号探测并将所述信号传送至控制系统；所述控制系统判定所述待检测物料是否为异物；如是异物，则剔除，其特征在于：基于不同物料的透明特性、体散射特性差异，激光线光源的透射光在其背面形成不同的强度和分布，所述光电传感器探测到的是透射散射光的光强度和分布信息，所述控制系统对所述信号进行处理，且与控制系统中预存的待保留物料的对应参数进行比对，如果控制系统的处理结果没有落入预存的待保留物料的对应参数范围内，则判定为异物；

所述激光线光源照射物料，光电传感器采集透射过所述待检测物料形成的透射散射光面信号、线信号或者点信号；

定义所述待检测物料的下落轨迹面与所述激光线光源的出射面对称中心线相交的交点为Q1，所述待检测物料下落轨迹面与所述光电传感器中心主光轴相交的交点Q2，所述交点Q1与Q2间的垂直距离为d，待保留物料透射散射光光斑区域最外部边缘处于所述光电传感器的探测区域内的临界状态所对应的d为d1，待剔除物料透射散射光光斑区域最外部边缘处于所述光电传感器的探测区域内的临界状态所对应的d为d2；

当所述d1>d2时，所述激光线光源，物料下落轨迹，光电传感器的设置关系保证所述d2＜d≤d1；当所述d2>d1时，所述激光线光源，物料下落轨迹，光电传感器的设置关系保证所述d1＜d≤d2。

2.如权利要求1所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：所述激光线光源的光出射面和光电传感器的探测面形成夹角小于5度。

3.如权利要求1所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：所述激光线光源采用静态的激光线光源。

4.如权利要求3所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：所述激光线光源采用在激光器输出窗口前添加柱透镜或鲍威尔透镜将激光点光源转为线光源。

5.如权利要求3所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：所述激光线光源采用多个张开小角度的激光器并排排列形成线光源。

6.如权利要求1所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：所述激光线光源的出射面为一扇面，所述扇面的张开角度小于30度。

7.如权利要求1所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：所述光电传感器观测张开的角度小于30度。

8.如权利要求1所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：所述控制系统将光电传感器探测的待分选物料单次透射散射光信号进行处理并与控制系统中预存的对应参数进行比对。

9.如权利要求1-8任一项所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：所述控制系统将光电传感器探测的综合透射散射光信号进行处理并与控制系统中预存的对应参数进行比对，光电传感器每隔一定时间对物料的光信号进行探测，控制系统通过对各次的光信号进行处理即可得到物料的综合透射散射光信号。

10.如权利要求9所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：当采集的是透射散射光面信号时，需对于每次采集的数据进行处理，得到单次采集面信号对应的待考察参数值，实际记录的仅为待考察的参数，经过多次采集、处理后得到综合面参数，并与控制系统中预存的对应参数进行比对。

11.如权利要求9所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：当采集的是线或点信号时，每次只需采集数据，记录一段时间后，综合处理得到其综合透射散射光信号。

12.如权利要求1所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：当光电传感器采集透射过所述待检测物料形成的透射散射光面信号时，所述光电传感器采用的是面阵光电传感器。

13.如权利要求1所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：当光电传感器采集透射过所述待检测物料形成的透射散射光线信号时，所述光电传感器采用的是线阵光电传感器。

14.如权利要求1所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：当光电传感器采集透射过所述待检测物料形成的透射散射光点信号时，所述光电传感器采用的是点光电传感器。

15.如权利要求13所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：所述光电传感器采用三线阵光电传感器。

16.如权利要求15所述的基于激光透射的物料分选方法，其特征在于：当光电传感器采用三线阵光电传感器时，分选时采用的背景信号中的B值大于激光透射散射光的B值最大值。

17.一种使用如权利要求1至16任一项所述的基于激光透射的物料分选方法和可见光色选方法复合的分选装置，其特征在于：包括非可见光波段的激光线光源、非可见光波段的背景装置、非可见光波段的光电传感器、物料喂料装置、物料通道、控制系统、物料剔除装置、去可见长波通滤波片、去红外短波通滤波片、可见光光电传感器、可见光背景装置、可见光照明光源，所述非可见光波段的激光线光源、非可见光波段的背景装置、非可见光波段的光电传感器组成了激光透射检测光路，非可见光波段的光电传感器在物料通道的背向，非可见光波段的激光线光源在物料通道的前向，可见光光电传感器、可见光背景装置、可见光照明光源组成了色选检测光路，在物料通道的两侧各安装数个可见光光电传感器、可见光背景装置、可见光照明光源，所述去可见长波通滤波片放置在非可见光波段的光电传感器的前面，所述去红外短波通滤波片放置在可见光光电传感器的前面。

18.一种使用如权利要求1至16任一项所述的基于激光透射的物料分选方法对南瓜籽和带壳南瓜籽进行分选的分选装置，包括激光线光源、背景装置、光电传感器、物料喂料装置、物料通道、控制系统、物料剔除装置，其特征在于：所述激光线光源和所述光电传感器组成光电透射检测光路，光电传感器放置在物料通道的背向，激光线光源放置在物料通道的前向；

所述激光线光源的光出射面和光电传感器的探测面形成夹角为4度至5度；

定义所述待检测物料的下落轨迹面与所述激光线光源的出射面对称中心线相交的交点为Q1，所述待检测物料下落轨迹面与所述光电传感器中心主光轴相交的交点Q2，所述交点Q1与Q2间的垂直距离为d，d取0至1mm；

所述激光线光源的出射面为一扇面，所述扇面的张开角度为25°至30°；

所述光电传感器观测张开的角度为25度至30度。

19.如权利要求18所述的对南瓜籽和带壳南瓜籽进行分选的分选装置，其特征在于：所述的激光线光源为单模红光激光器加配鲍威尔透镜后形成线光源，窄向宽度1.5-3mm，单模红光激光器功率80-120mW，采用的光电传感器为线阵光电传感器。

20.一种使用如权利要求1至16任一项所述的基于激光透射的物料分选方法对核桃壳和核桃仁进行分选的分选装置，包括激光线光源、背景装置、光电传感器、物料喂料装置、物料通道、控制系统、物料剔除装置，其特征在于：所述激光线光源和所述光电传感器组成光电透射检测光路，光电传感器放置在物料通道的背向，激光线光源放置在物料通道的前向；

所述激光线光源的光出射面和光电传感器的探测面形成夹角为4度至5度；

定义所述待检测物料的下落轨迹面与所述激光线光源的出射面对称中心线相交的交点为Q1，所述待检测物料下落轨迹面与所述光电传感器中心主光轴相交的交点Q2，所述交点Q1与Q2间的垂直距离为d，d取2至5mm；

所述激光线光源的出射面为一扇面，所述扇面的张开角度为25度至30度；

所述光电传感器观测张开的角度为25度至30度。

21.如权利要求20所述的对核桃壳和核桃仁进行分选的分选装置，其特征在于：所述的激光线光源为红外半导体激光器加配鲍威尔透镜后形成线光源，窄向宽度4-6mm，红外半导体激光器功率1.5-4W，采用的光电传感器为三线阵光电传感器。