CN110426351B - 一种基于太赫兹的材料识别装置和垃圾分选系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料识别技术领域的一种基于太赫兹的材料识别装置，解决了检测误差较大的问题。其技术要点是：包括激光发射组件、太赫兹发射组件、延迟组件、太赫兹探测组件、数据采集模块、存储器和被测物输送组件。还公开了垃圾分选系统，包括：控制模块、取料装置和上述中的基于太赫兹的材料识别装置。太赫兹辐射波穿透被测材料，获得太赫兹光谱，从而实现识别被测物拆料的功能。第一凸透镜、第二凸透镜、传送带和限高杆的相对结构，使被测物均能保持在太赫兹辐射波的焦点上，达到提高检测精度的效果，从而能广泛应用于不同的领域和场合，如垃圾分类和矿石分选等。
Description
技术领域
本发明涉及材料识别技术领域，特别是一种基于太赫兹的材料识别装置和垃圾分选系统。
背景技术
太赫兹又称远红外，是指频率在0.1THz～10THz(波长为3000μm～30μm)范围内的电磁波。太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了良好的发展机遇。
利用太赫兹波能检测绝缘体、半导体和超导体等材料，由于现有的太赫兹时域光谱仪中，需要将太赫兹波聚焦到被测物上，因此当应用到流水线上进行检测时，容易因被测物大小和位置的不同而产生较大的检测误差。因此，现有技术中存在容易产生较大的检测误差的问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种基于太赫兹的材料识别装置和垃圾分选系统，具有检测误差较小的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于太赫兹的材料识别装置，包括激光发射组件、太赫兹发射组件、延迟组件、太赫兹探测组件、数据采集模块、存储器和被测物输送组件，所述激光发射组件包括激光器和偏振分束镜，所述偏振分束镜安装于激光器的发射端，偏振分束镜的两个输出端分别朝向太赫兹发射组件和延迟组件，所述太赫兹发射组件包括太赫兹发射器、第一凸透镜和第二凸透镜，所述第一凸透镜和第二凸透镜在太赫兹发射器的发射端处依次排列，所述太赫兹探测组件包括太赫兹探测器和第三凸透镜，所述太赫兹探测器的接收端位于第三凸透镜的一侧，所述太赫兹发射组件和延迟组件的输出端均位于第三凸透镜远离太赫兹探测器的一侧，所述太赫兹探测器与数据采集模块通信地耦合，所述被测物输送组件包括传送带和限高杆，所述限高杆位于传送带上方且与传送带平行，所述第一凸透镜和第二凸透镜分别位于传送带的上下两侧，所述第一凸透镜和第二凸透镜位于限高杆沿传送带输送方向的一侧。
作为本发明的进一步改进：所述延迟组件包括第一延迟反射镜、第二延迟反射镜和输出反射镜。
作为本发明的进一步改进：所述传送带包括两个连接条、至少两个驱动轴和多个金属杆，两个所述连接条呈环形且均绕设于驱动轴，多个所述金属杆两端分别与两个不同的连接条固定连接。
作为本发明的进一步改进：多个所述金属杆相互平行，相邻的金属杆之间具有一定间距。
作为本发明的进一步改进：还包括输出端位于传送带上方的破碎机，所述破碎机的输出端位于限高杆远离传送带输送方向的一侧。
一种垃圾分选系统，包括控制模块、取料装置和上述中的基于太赫兹的材料识别装置，所述控制模块与数据采集模块通信地耦合，所述取料装置位于传送带处。
作为本发明的进一步改进：所述取料装置为工业机器人，所述控制模块为PLC可编程控制器，所述PLC可编程控制器与工业机器人通信地耦合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
激光器向偏振分束镜发射激光，偏振分束镜使激光分束并分别射向太赫兹发射器和延迟组件。太赫兹发射器接收激光时产生太赫兹辐射波，太赫兹辐射波照射到第一凸透镜上，通过第一凸透镜将太赫兹辐射波聚焦在传送带的上表面，使得被测物从传送带上表面通过时，能被太赫兹辐射波照射并穿透，然后再通过第二凸透镜使太赫兹辐射波形成平行光，并射向第三凸透镜，第三凸透镜将穿透了被测物的太赫兹辐射波聚焦到太赫兹探测器上。由于太赫兹辐射波在传播过程中经过第一凸透镜和第二凸透镜的折射，使得太赫兹辐射波的传播时间增加，通过延迟组件增加经过分束的激光的传播距离，使激光传播的时间与太赫兹辐射波传播的时间相同，并使激光和太赫兹辐射波同时照射在第三凸透镜，并通过第三凸透镜聚焦在太赫兹探测器上，太赫兹探测器生成太赫兹光谱，并将太赫兹光谱发送至数据采集模块。存储器内预设有不同材料对应的太赫兹光谱，通过将太赫兹探测器发送至数据采集模块的太赫兹光谱与存储器内预设的太赫兹光谱对比，当太赫兹探测器发送至数据采集模块的太赫兹光谱与存储器内预设的太赫兹光谱相同时，则被测物与该预设的太赫兹光谱相对应的材料相同，从而实现识别被测物材料的功能。
在使用过程中，将被测物放置在传送带上，通过传送带将被测物输送至第一凸透镜和第二凸透镜之间。通过限高杆挡住过高的被测物，使被测物在传送带上翻滚，直至被测物高度低于限高杆，从而起到控制被测物与第一凸透镜和第二凸透镜之间的距离的效果。通过第一凸透镜、第二凸透镜、传送带和限高杆的相对结构，调整被测物的位置和角度，使得被传送带输送的被测物均能保持在太赫兹辐射波的焦点上，进而达到提高检测精度的效果，减小测量误差。通过在生产线上使用并获得较高的识别精度，能提高物品识别的效率，从而能广泛应用于不同的领域和场合，如垃圾分类和矿石分选等。
将垃圾放置在传送带上，当垃圾被识别为非金属材质时，控制模块控制工业机器人抓取垃圾，并将垃圾移出传送带；当垃圾被识别为金属材质时，控制模块不控制工业机器人抓取垃圾，使垃圾继续被传送带输送，从而实现分选的功能。结合金属杆和破碎机的设置，能够更准确的分选垃圾。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例1中传送带的结构示意图；
图3为实施例2中传送带和取料装置的结构示意图；
图4为实施例2的模块连接示意图。
附图标记：11、激光器；12、偏振分束镜；21、太赫兹发射器；22、第一凸透镜；23、第二凸透镜；24、太赫兹探测器；25、第三凸透镜；26、第一延迟反射镜；27、第二延迟反射镜；28、输出反射镜；31、数据采集模块；32、存储器；41、传送带；42、连接条；43、驱动轴；44、金属杆；45、限高杆；46、破碎机；51、控制模块；52、取料装置。
具体实施方式
现结合附图说明与实施例对本发明进一步说明：
实施例1：
一种基于太赫兹的材料识别装置，如图1和图2所示，包括激光发射组件、太赫兹发射组件、延迟组件、太赫兹探测组件、数据采集模块31、存储器32和被测物输送组件，激光发射组件包括激光器11和偏振分束镜12，偏振分束镜12安装于激光器11的发射端，偏振分束镜12的两个输出端分别朝向太赫兹发射组件和延迟组件，太赫兹发射组件包括太赫兹发射器21、第一凸透镜22和第二凸透镜23，第一凸透镜22和第二凸透镜23在太赫兹发射器21的发射端处依次排列，太赫兹探测组件包括太赫兹探测器24和第三凸透镜25，太赫兹探测器24的接收端位于第三凸透镜25的一侧，太赫兹发射组件和延迟组件的输出端均位于第三凸透镜25远离太赫兹探测器24的一侧，太赫兹探测器24与数据采集模块31通信地耦合，被测物输送组件包括传送带41和限高杆45，限高杆45位于传送带41上方且与传送带41平行，第一凸透镜22和第二凸透镜23分别位于传送带41的上下两侧，第一凸透镜22和第二凸透镜23位于限高杆45沿传送带41输送方向的一侧。
延迟组件包括第一延迟反射镜26、第二延迟反射镜27和输出反射镜28。
传送带41包括两个连接条42、两个驱动轴43和多个金属杆44，两个连接条42呈环形且均绕设于驱动轴43，多个金属杆44两端分别与两个不同的连接条42固定连接。
多个金属杆44相互平行，相邻的金属杆44之间具有一定间距，使太赫兹辐射波能穿过金属杆44之间的间隙，从而减小传送带41对太赫兹辐射波的阻碍，提高检测精度。
还包括输出端位于传送带41上方的破碎机46，破碎机46的输出端位于限高杆45远离传送带41输送方向的一侧。
本实施例具有以下优点：
激光器11向偏振分束镜12发射激光，偏振分束镜12使激光分束并分别射向太赫兹发射器21和延迟组件。太赫兹发射器21接收激光时产生太赫兹辐射波，太赫兹辐射波照射到第一凸透镜22上，通过第一凸透镜22将太赫兹辐射波聚焦在传送带41的上表面，使得被测物从传送带41上表面通过时，能被太赫兹辐射波照射并穿透，然后再通过第二凸透镜23使太赫兹辐射波形成平行光，并射向第三凸透镜25，第三凸透镜25将穿透了被测物的太赫兹辐射波聚焦到太赫兹探测器24上。由于太赫兹辐射波在传播过程中经过第一凸透镜22和第二凸透镜23的折射，使得太赫兹辐射波的传播时间增加，通过延迟组件增加经过偏振分束镜12分束的激光的传播距离，使激光传播的时间与太赫兹辐射波传播的时间相同，并使激光和太赫兹辐射波同时照射在第三凸透镜25，并通过第三凸透镜25聚焦在太赫兹探测器24上，太赫兹探测器24生成太赫兹光谱，并将太赫兹光谱发送至数据采集模块31。存储器32内预设有不同材料对应的太赫兹光谱，使存储器32成为对比太赫兹光谱的数据库。通过将太赫兹探测器24发送至数据采集模块31的太赫兹光谱与存储器32内预设的太赫兹光谱对比，当太赫兹探测器24发送至数据采集模块31的太赫兹光谱与存储器32内预设的太赫兹光谱相同时，则被测物与该预设的太赫兹光谱相对应的材料相同，从而实现识别被测物材料的功能。
在使用过程中，将被测物放置在传送带41上，通过传送带41将被测物输送至第一凸透镜22和第二凸透镜23之间。通过限高杆45挡住过高的被测物，使被测物在传送带41上翻滚，直至被测物高度低于限高杆45，从而起到控制被测物与第一凸透镜22和第二凸透镜23之间的距离的效果。通过第一凸透镜22、第二凸透镜23、传送带41和限高杆45的相对结构，调整被测物的位置和角度，使得被传送带41输送的被测物均能保持在太赫兹辐射波的焦点上，进而达到提高检测精度的效果，减小测量误差。
经过偏振分束镜12分束的激光经过第一延迟反射镜26和第二延迟反射镜27的反射，增加了传播的距离，能起到延长传播时间的作用。通过输出反射镜28调整激光的传播方向，使激光与照射到第三凸透镜25的太赫兹辐射波平行，并使该激光能照射到第三凸透镜25上。
驱动轴43处安装有电机，电机的输出轴与驱动轴43连接，电机带动驱动轴43转动，再通过驱动轴43带动连接条42和金属杆44回转。被测物放置在金属杆44上，通过绕驱动轴43回转的连接条42和金属杆44带动被测物移动，从而实现移动被测物的功能。通过金属杆44支撑被测物，从而能方便识别金属以外的材质，防止传送带41干扰测量结果。
将被测物放置到破碎机46内，被测物经过破碎机46破碎后，厚度减小，从而使得较厚的被测物也能通过限高杆45处，起到方便检测的效果，也能达到保证检测精度的作用。当被测物由多种不同的材料构成时，通过破碎机46能使不同的材料被拆分，从而能分别识别被测物中不同的部分，进而能识别出被测物中不同位置的材料。
实施例2：
一种垃圾分选系统，如图3和图4所示，包括控制模块51、取料装置52和实施例1中的基于太赫兹的材料识别装置，控制模块51与数据采集模块31通信地耦合，取料装置52位于传送带41处。
取料装置52为工业机器人，控制模块51为PLC可编程控制器，PLC可编程控制器与工业机器人通信地耦合。
在本实施例中，工业机器人采用台达电子企业管理(上海)有限公司的产品，型号为DRS70L的水平关节机器人；控制模块51采用台达电子企业管理(上海)有限公司的产品，型号为DVP20PM00M的可编程控制器。
基于太赫兹的材料识别装置，包括激光发射组件、太赫兹发射组件、延迟组件、太赫兹探测组件、数据采集模块31、存储器32、被测物输送组件和破碎机46。传送带41包括两个连接条42、两个驱动轴43和多个金属杆44，两个连接条42呈环形且均绕设于驱动轴43，多个金属杆44两端分别与两个不同的连接条42固定连接。多个金属杆44相互平行，相邻的金属杆44之间具有一定间距。
破碎机46的输出端位于传送带41上方，破碎机46的输出端位于限高杆45远离传送带41输送方向的一侧。
本实施例具有以下优点：
将垃圾放置在传送带41上，当垃圾被识别为非金属材质时，控制模块51控制工业机器人抓取垃圾，并将垃圾移出传送带41；当垃圾被识别为金属材质时，控制模块51不控制工业机器人抓取垃圾，使垃圾继续被传送带41输送，从而实现分选的功能。结合金属杆44和破碎机46的设置，能够更准确的分选垃圾。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于太赫兹的材料识别装置，其特征在于：包括激光发射组件、太赫兹发射组件、延迟组件、太赫兹探测组件、数据采集模块(31)、存储器(32)和被测物输送组件，所述激光发射组件包括激光器(11)和偏振分束镜(12)，所述偏振分束镜(12)安装于激光器(11)的发射端，偏振分束镜(12)的两个输出端分别朝向太赫兹发射组件和延迟组件，所述太赫兹发射组件包括太赫兹发射器(21)、第一凸透镜(22)和第二凸透镜(23)，所述第一凸透镜(22)和第二凸透镜(23)在太赫兹发射器(21)的发射端处依次排列，所述太赫兹探测组件包括太赫兹探测器(24)和第三凸透镜(25)，所述太赫兹探测器(24)的接收端位于第三凸透镜(25)的一侧，所述太赫兹发射组件和延迟组件的输出端均位于第三凸透镜(25)远离太赫兹探测器(24)的一侧，所述太赫兹探测器(24)与数据采集模块(31)通信地耦合，所述被测物输送组件包括传送带(41)和限高杆(45)，所述限高杆(45)位于传送带(41)上方且与传送带(41)平行，所述第一凸透镜(22)和第二凸透镜(23)分别位于传送带(41)的上下两侧，所述第一凸透镜(22)和第二凸透镜(23)位于限高杆(45)沿传送带(41)输送方向的一侧：
所述延迟组件包括第一延迟反射镜(26)、第二延迟反射镜(27)和输出反射镜(28)；
所述传送带(41)包括两个连接条(42)、至少两个驱动轴(43)和多个金属杆(44)，两个所述连接条(42)呈环形且均绕设于驱动轴(43)，多个所述金属杆(44)两端分别与两个不同的连接条(42)固定连接。
2.根据权利要求1所述的基于太赫兹的材料识别装置，其特征在于：多个所述金属杆(44)相互平行，相邻的金属杆(44)之间具有一定间距。
3.根据权利要求1所述的基于太赫兹的材料识别装置，其特征在于：还包括输出端位于传送带(41)上方的破碎机(46)，所述破碎机(46)的输出端位于限高杆(45)远离传送带(41)输送方向的一侧。
4.一种垃圾分选系统，其特征在于：包括控制模块(51)、取料装置(52)和权利要求1～3中任一项所述的基于太赫兹的材料识别装置，所述控制模块(51)与数据采集模块(31)通信地耦合，所述取料装置(52)位于传送带(41)处。
5.根据权利要求4所述的垃圾分选系统，其特征在于：所述取料装置(52)为工业机器人，所述控制模块(51)为PLC可编程控制器，所述PLC可编程控制器与工业机器人通信地耦合。
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