CN111871863A - 基于双x光源的物料识别系统、识别方法及智能分选设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于双X光源的物料识别系统、识别方法及智能分选设备。其中系统包括运输带、信号采集单元和识别主机。运输带将待识别物均匀地分布并以固定速度运送至信号采集单元。信号采集单元采集检测信号并发送给识别主机。识别主机根据检测信号计算和识别待识别物的类别。信号采集单元包括两个X光发射器和两个信号接收单元。两个X光发射器沿着运输带运动方向布置在运输带上方。两个信号接收单元分别设置在两个X光发射器正下方的运输带下面。本发明将同一个待识别物经过两个不同的X光源照射后采集到的两个数据进行匹配，消除待识别物厚度带来的信号差异，从而提高矿石识别精度。

Description

基于双X光源的物料识别系统、识别方法及智能分选设备

技术领域

本发明涉及物料识别和分选技术领域，特别涉及基于双X光源的物料识别系统、识别方法及智能分选设备。

背景技术

矿石(本文中的矿石包括金属矿、非金属矿和煤矿)分选的目的是从开采的原矿(颗粒形态)中筛选出含矿量高的部分(后文称为精矿)，剔除掉含矿量低的部分(后文称为废石)，从而有效减少进入后续进行化学磨选环节的处理量，达到节省无效成本的目的。

现有的干式分选设备中，磁选设备由于要求分选对象要有磁性，对于没有磁性的分选对象并不适用，所以使得磁选设备不具有通用性。目前具备通用性的物料分选整机设备如图1所示，主要包括双层振动筛1、大倾角皮带机2、给料器3、内置运输带4的物料识别系统6、料仓5和分离机构7。双层振动筛1筛分出粒径A-Bmm(比如8-300mm)的物料，粒径的大小根据不同矿种进行不同的选择。其中，粒径小于Amm的原矿进入粉矿仓，粒径大于Bmm的原矿进行二次破碎。大倾角皮带机2的进料端与双层振动筛1的出料口衔接，启动大倾角皮带机2，将原矿送入振动给料器3。给料器3将待识别物料传输至运输带4，运输带4将待识别物料送到物料识别系统6的信号采集位置，完成待识别物料的照射并通过智能识别软件对矿石进行识别分类。通过运输带4将识别标记后的物料运送至分离机构7。分离机构7可以采用高压空气、机械打板等多种执行机构，改变矿石的飞行路劲，使得不同分类的矿石进入料仓5的不同料仓中。

目前物料识别系统6的信号采集单元主要分为基于可见光采集、基于X光采集和基于X荧光采集三大类。其中基于X光采集的系统采用一个X光源配以信号接收单元(探测器)，基于的原理为X光穿透被检测对象时，不同物质成分的被检测物对X光的吸收率不同，通过信号接收单元对吸收后的X光进行采集，配合主机软件进行物质构成分析，最终实现对矿石的识别并用分离结构对矿石进行有效分离。现有技术中最大的缺点就是：X光的穿透特性具有累积效应，其信号为单位距离上的衰减率和总距离的乘积，使得矿石厚度对识别信号带来误差，厚度较大的废石与厚度较小的矿石，在现有X光设计光路下具有相似的反馈信号，无法进行有效分离。借助以下公式来进行说明：

其中：I₀为X光的原始光强，I₁为原始光强穿透物质后的光强，μ_x为待识别物的物质的吸收系数，d_x为待识别物的厚度。

由上述公式可以看出，即使在吸收系数和厚度分别不同的情况下，有可能存在吸收系数与其厚度的乘积相同，从而抵消了厚度的差异，使得厚度较大的废石与厚度较小的矿石的反馈信号相同，无法分辨出矿石或废石，导致检测结果不准确。

综上所述，现有技术中采用一个X光源配以信号接收单元对矿石的识别存在缺陷，从而导致检测结果出现误差，需要对现有技术进行改进，进一步提高矿石检出的准确率。

发明内容

本发明的目的是提供基于双X光源的物料识别系统、识别方法及智能分选设备，解决现有技术中因采用一个X光源配以信号接收单元导致检测结果有误差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种基于双X光源的物料识别系统，其特征在于，包括运输带、信号采集单元和识别主机；所述的运输带将待识别物均匀地分布并以固定速度运送至信号采集单元；所述的信号采集单元采集检测信号并发送给识别主机；所述的识别主机根据检测信号计算和识别待识别物的类别；所述的信号采集单元包括第一X光发射器、第一信号接收单元、第二X光发射器、第二信号接收单元；所述的第一X光发射器和第二X光发射器沿着运输带运动方向布置在运输带上方；所述的第一信号接收单元设置在第一X光发射器正下方的运输带下面；所述的第二信号接收单元设置在第二X光发射器正下方的运输带下面。

进一步的，所述的第一X光发射器发射的基础光强和所述的第二X光发射器发射的基础光强大小不相同。

第二方面，本发明提供一种基于双X光源的物料识别方法，包括以下步骤：

步骤S1、t₁时刻，第一待识别物经过第一X光发射器时，第一X光发射器采集第一待识别物的图像并发送给识别主机；第一信号接收单元采集被第一待识别物吸收后的第一X光信号并发送给识别主机；

步骤S2、识别主机在(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内所有通过第二X光发射器的待识别物中匹配出第一待识别物，第二信号接收单元采集被第一待识别物吸收后的第二X光信号并发送给识别主机；所述的t为初始冗余时间；所述的△t为第一待识别物从第一信号接收单元运动到第二信号接收单元所需的理论时间；所述的t’为第一待识别物的信号采样时间；

步骤S3、识别主机根据第一X光信号和第二X光信号计算出融合吸收系数，根据融合吸收吸收确定第一待识别物的类别。

进一步的，所述的识别主机在(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内所有通过第二X光发射器的待识别物中匹配出第一待识别物的方法为：

步骤S201、识别主机提取第一X光发射器发送的第一待识别物的图像特征并保存；

步骤S202、第二X光发射器采集(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内的所有待识别物图像并发送给识别主机；识别主机提取(t₁+△t)-t到(t₁+△

t)+t+t’时间范围内的所有待识别物图像的图像特征，并与第一待识别物图像的图像特征进行匹配，找到匹配度最高的一个待识别物。

进一步的，所述的步骤S3包括：

步骤S301、计算第一待识别物在第一X光发射器下的第一吸收系数；

步骤S302、计算第一待识别物在第二X光发射器下的第二吸收系数；

步骤S303、根据第一吸收系数和第二吸收系数计算出最终的融合吸收系数，根据融合吸收系数得出待识别物的类别。

进一步的，所述的第一吸收系数的计算公式为：

其中，μ₁为第一吸收系数，I₀₁为第一X光发射器的基础光强，I₁为I₀₁被第一待识别物吸收后的X光信号强度，L为第一待识别物的厚度。

进一步的，所述的第二吸收系数的计算公式为：

其中，μ₂为第二吸收系数，I₀₂为第二X光发射器的基础光强，I₂为I₀₂被第一待识别物吸收后的X光信号强度，L为第一待识别物的厚度。

进一步的，所述的融合吸收系数的计算公式为：

其中为μ为融合吸收系数，μ₁为第一吸收系数，μ₂为第二吸收系数。

第三方面，本发明提供一种基于双X光源的智能分选设备，包括上述基于双X光源的物料识别系统。

本发明的基于双X光源的物料识别系统，采用双X光源，双X光源采用不同的X光光强。同一个待识别物，在不同X光强照射下，具有不同的响应信号。同时，同一块矿石的厚度不会产生变化。将同一个待识别物经过两个X光源照射后采集到的两个数据进行匹配，消除待识别物厚度带来的信号差异，从而提高矿石识别精度。

附图说明

图1为物料分选设备整机的组成示意图；

图2为本发明的基于双X光源的物料识别系统示意图；

图3为本发明的基于双X光源的物料识别方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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他实施例，都属于本公开保护的范围。

本发明的基于双X光源的物料识别系统，包括运输带3、信号采集单元和识别主机。其中运输带将待识别物均匀地分布并以固定速度运送至信号采集单元，信号采集单元采集检测信号并发送给识别主机。识别主机根据采集信号计算和识别待识别物的类别。信号采集单元如图2所示，包括X光发射器1、与X光发射器1匹配的信号接收单元1、X光发射器2、与X光发射器2匹配的信号接收单元2。X光发射器1和X光发射器2沿着运输带运动方向布置在运输带3上方。信号接收单元1设置在X光发射器1正下方的运输带下面。信号接收单元2设置在X光发射器2正下方的运输带下面。

在本发明的实施例中，X光发射器1和X光发射器2发射的光强大小不相同。

本发明的基于双X光源的物料识别系统的工作原理为：

X光发射器1采用基础光强为I₀₁kvp(电压)的X光信号，X光发射器2采用基础光强为I₀₂kvp(电压)的X光信号。X光发射器1发射的基础光强和X光发射器2发射的基础光强大小不相同，基础光强大小不相同包括但不限于电流大小不同或电压大小不同。待识别物进入基于双X光源的物料识别系统后，在t₁时刻，待识别物经过X光发射器1，X光发射器1发射基础光强I₀₁的X光信号，基础光强I₀₁经待识别物吸收后变成X光信号I₁，由信号接收单元1采集X光信号I₁并发送给识别主机。经过△t时间后，待识别物经过X光发射器2，X光发射器2发射基础光强I₀₂的X光信号，基础光强I₀₂经待识别物吸收后变成X光信号I₂，由信号接收单元2采集X光信号I₂并发送给识别主机。识别主机首先匹配同一个待识别物的X光信号I₁和I₂，利用匹配算法对X光信号I₁和I₂进行匹配，计算待识别物的吸收系数，根据计算出的吸收系数，确定待识别物的类别。

本发明的基于双X光源的物料识别方法，包括以下步骤：

步骤S1、t₁时刻，第一待识别物经过X光发射器1时，X光发射器1采集第一待识别物的图像并发送给识别主机；信号接收单元1采集被第一待识别物吸收后的第一X光信号I₁并发送给识别主机。

假设X光发射器1的基础光强为I₀₁，第一待识别物在基础光强为I₀₁下的吸收系数为μ₁，第一待识别物的厚度为L，则被第一待识别物吸收后的第一X光信号I₁为：

步骤S2、识别主机在(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内所有通过X光发射器2的待识别物中匹配出第一待识别物，信号接收单元2采集被第一待识别物吸收后的第二X光信号I₂并发送给识别主机。

假设X光发射器2的基础光强为I₀₂，第一待识别物在基础光强为I₀₂下的吸收系数为μ₂，第一待识别物的厚度为L，则被第一待识别物吸收后的第二X光信号I₂为：

△t是理想情况下的某一被识别物从X光发射器1运动到X光发射器2的时间间隔。t为初始冗余时间，为预设值。t’为待识别物的信号采集时间。本发明在(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内所有通过X光发射器2的待识别物中匹配出第一待识别物，而不是直接默认t₁+△t时刻经过X光发射器2的待识别物就是第一待识别物。是为了保证后续的步骤S3的计算融合吸收系数的数据为同一个待识别物的数据。理论上来说，运输带的运动速度应该是恒定的，即待识别物的运动速度是一个固定值。待识别物在运输过程中，理论上来说t₁时刻在X光发射器1的位置，经过预设的△t时间后，在t₂时刻来到X光发射器2的位置。但是由于运输带可能会受到待识别物的重量、电控系统控制精度等其他因素的影响，其运动速度会有所变化。所以不一定在t₂时刻采集到的X光信号I₂与t₁时刻采集到的X光信号I₁是被同一个待识别物吸收后的信号。因此需要一个匹配的步骤，匹配在t₁时刻和t₂时刻的待识别物为同一个待识别物。

匹配同一待识别物的方法为：

步骤S201、识别主机提取X光发射器1发送的第一待识别物的图像特征并保存。

X光发射器采集物体图像、识别主机提取图像特征为已知技术，在此不详细描述。图像特征包括待识别物的长、宽、高、轮廓、倾斜度、偏移、包络等特征。

步骤S202、X光发射器2采集(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内的所有待识别物图像，并发送给识别主机；识别主机提取(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内的所有待识别物图像的图像特征，并与第一待识别物图像的图像特征进行匹配，找到匹配度最高的一个待识别物。

根据图像特征匹配是否为同一物体的技术属于现有技术，在此不详细展开描述。

优选的，本发明还包括对初始冗余时间t进行修正的步骤：

假设运输带运行速度为v，待识别物的长度为Dr，X光发射器1与X光发射器2之间的距离为D，则：

t₁时刻：待识别物开始经过信号接收单元1，信号接收单元1的信号采样时间为：Dr/V。

则理论可计算：石头在t₁+D/V的时刻到达信号接收单元2，信号接收单元2的采样时间长度同样为：Dr/V。

则理论上待识别物在信号接收单元2的信号表达时间范围为：t₁+D/V到t₁+D/V+Dr/V。

但是，考虑到系统运行误差的存在，使得待识别物的运行速度产生偏差，如果仅在t₁+D/V到t₁+D/V+Dr/V时间范围内采集信号，有可能会采集的信号不完整。因此设置一初始冗余时间t，即使信号接收单元2在t₁+D/V-t到t₁+D/V+Dr/V+t的时间范围才采集所有经过的待识别物的信息，并在所有待识别物中匹配出t₁时刻经过信号接收单元1的待识别物。一旦匹配成功，便可以精确的计算出，具体获取信号的时间范围，从而得到t是否设置过大或不够大的判断，从而对t进行修正。比如说：初始冗余时间设置为10s，但是多次采样后，都是在前后3s的范围内匹配到了同一待识别物，所以就修正冗余时间t，将其改为5s。这样做的可以减少匹配工作量，提高工作效率。

步骤S3、识别主机根据第一X光信号I₁和第二X光信号I₂计算出融合吸收系数，根据融合吸收吸收确定第一待识别物的类别。

进一步的，在本发明的优选实施例中，步骤S3包括：

步骤S301、计算第一待识别物在X光发射器1下的第一吸收系数μ₁。

在公式(2)中，基础光强为I₀₁是已知条件，X光信号I₁可以测量得到，也为已知数，可以计算出第一待识别物在基础光强为I₀₁下的吸收系数μ₁为：

步骤S302、计算第一待识别物在X光发射器2下的第二吸收系数μ₂。

公式(3)中，基础光强为I₀₂是已知条件，X光信号I₂可以由第二信号接收单元测量得到，也为已知数，可以计算出该待识别物在基础光强为I₀₂下的吸收系数μ₂为：

步骤S303、根据第一吸收系数μ₁和第二吸收系数μ₂计算出最终的融合吸收系数，根据融合吸收系数得出待识别物的类别。

由公式(6)可见，消除了待识别物厚度L的影响，从而使检测结果更精确。

本发明的基于双X光源的智能分选设备，包括双层振动筛1、大倾角皮带机2、给料器3、料仓5和分离机构7，还包括上述基于双X光源的物料识别系统6。双层振动筛1筛分出粒径A-Bmm(比如8-300mm)的物料，粒径的大小根据不同矿种进行不同的选择。其中，粒径小于Amm的原矿进入粉矿仓，粒径大于Bmm的原矿进行二次破碎。大倾角皮带机2的进料端与双层振动筛1的出料口衔接，启动大倾角皮带机2，将原矿送入振动给料器3。给料器3将待识别物料传输至物料识别系统6，物料识别系统6利用上述基于双X光源的物料识别方法对待识别物进行识别，将识别结果发送至分离机构7。分离机构7可以采用高压空气、机械打板等多种执行机构，改变矿石的飞行路劲，使得不同分类的矿石进入料仓5的不同料仓中。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于双X光源的物料识别系统，其特征在于，包括运输带、信号采集单元和识别主机；所述的运输带将待识别物均匀地分布并以固定速度运送至信号采集单元；所述的信号采集单元采集检测信号并发送给识别主机；所述的识别主机根据检测信号计算和识别待识别物的类别；所述的信号采集单元包括第一X光发射器、第一信号接收单元、第二X光发射器、第二信号接收单元；所述的第一X光发射器和第二X光发射器沿着运输带运动方向布置在运输带上方；所述的第一信号接收单元设置在第一X光发射器正下方的运输带下面；所述的第二信号接收单元设置在第二X光发射器正下方的运输带下面。

2.根据权利要求1所述的基于双X光源的物料识别系统，其特征在于，所述的第一X光发射器发射的基础光强和所述的第二X光发射器发射的基础光强大小不相同。

3.基于双X光源的物料识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、t₁时刻，第一待识别物经过第一X光发射器时，第一X光发射器采集第一待识别物的图像并发送给识别主机；第一信号接收单元采集被第一待识别物吸收后的第一X光信号并发送给识别主机；

步骤S2、识别主机在(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内所有通过第二X光发射器的待识别物中匹配出第一待识别物，第二信号接收单元采集被第一待识别物吸收后的第二X光信号并发送给识别主机；所述的t为初始冗余时间；所述的△t为第一待识别物从第一信号接收单元运动到第二信号接收单元所需的理论时间；所述的t’为第一待识别物的信号采样时间；

步骤S3、识别主机根据第一X光信号和第二X光信号计算出融合吸收系数，根据融合吸收吸收确定第一待识别物的类别。

4.根据权利要求3所述的基于双X光源的物料识别方法，其特征在于，所述的识别主机在(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内所有通过第二X光发射器的待识别物中匹配出第一待识别物的方法为：

步骤S201、识别主机提取第一X光发射器发送的第一待识别物的图像特征并保存；

步骤S202、第二X光发射器采集(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内的所有待识别物图像并发送给识别主机；识别主机提取(t₁+△t)-t到(t₁+△t)+t+t’时间范围内的所有待识别物图像的图像特征，并与第一待识别物图像的图像特征进行匹配，找到匹配度最高的一个待识别物。

5.根据权利要求3所述的基于双X光源的物料识别方法，其特征在于，所述的步骤S3包括：

步骤S301、计算第一待识别物在第一X光发射器下的第一吸收系数；

步骤S302、计算第一待识别物在第二X光发射器下的第二吸收系数；

步骤S303、根据第一吸收系数和第二吸收系数计算出最终的融合吸收系数，根据融合吸收系数得出待识别物的类别。

6.根据权利要求5所述的基于双X光源的物料识别方法，其特征在于，所述的第一吸收系数的计算公式为：

其中，μ₁为第一吸收系数，I₀₁为第一X光发射器的基础光强，I₁为I₀₁被第一待识别物吸收后的X光信号强度，L为第一待识别物的厚度。

7.根据权利要求5所述的基于双X光源的物料识别方法，其特征在于，所述的第二吸收系数的计算公式为：

其中，μ₂为第二吸收系数，I₀₂为第二X光发射器的基础光强，I₂为I₀₂被第一待识别物吸收后的X光信号强度，L为第一待识别物的厚度。

8.根据权利要求5所述的基于双X光源的物料识别方法，其特征在于，所述的融合吸收系数的计算公式为：

其中为μ为融合吸收系数，μ₁为第一吸收系数，μ₂为第二吸收系数。

9.基于双X光源的智能分选设备，其特征在于，包括权利要1或2所述的基于双X光源的物料识别系统。

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