CN114798488B - 物料分选系统及分选方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种物料分选系统及分选方法。物料分选系统包括：布料装置，用于输送物料；识别装置，包括X射线探测模块和三维图像获取模块，X射线探测模块用于获取布料装置上物料的第一图像，三维图像获取模块用于获取布料装置上物料的第二图像；控制装置，用于基于第一图像获得物料的物料品类；用于基于第一图像和第二图像获得物料的质心；以及基于物料的质心获得物料到达分选装置对应的喷吹位置的时间；分选装置，位于所述布料装置的下游，用于对到达所述喷吹位置的所述物料的质心进行喷吹实现物料分选；以及接料装置，用于容置分选后的物料。

Description

物料分选系统及分选方法

技术领域

本公开一般涉及物料分选技术领域，具体涉及一种可应用于宽通道的物料分选系统及分选方法。

背景技术

随着干法选煤越来越受到重视，智能干选技术随之兴起，它是一种基于射线、光谱分析或图像识别煤矸石的智能自动分选技术。智能干选技术具有不用水、工艺简单、投资少、生产成本低的优点。

在进行智能分选时，通常采用X射线检测装置识别矿物的品类以及形状尺寸等，在后续进行分选过程中，通过不同喷吹力度的空气喷嘴喷吹不同品类的矿物进行分选。在应用时，X射线检测装置识别的矿物形状尺寸与喷吹力度有直接关系。

然而，X射线检测装置的X光机的张角即出束范围是一定的，在靶点与输送带面距离不变的情况下，输送机的宽度越宽，靶点与输送带边缘的夹角越小。当靶点与输送带边缘夹角变小后，X射线斜穿矿物块，X射线穿透路径增加，矿物块在探测器上的成像面积会增大，并且矿物块越远离靶点，其成像面积变得越大，这导致喷吹耗气量将会大幅增加，同时，由于矿物的形状识别精度降低导致分选的精度也大幅降低。

对于宽通道的矿物分选系统，现有技术例如CN109821766A中公开了在输送带上方架设两个X射线识别装置，将各X射线识别装置的检测图像进行拼接的技术方案。然而，就这样的双光源方案而言，扫描装置的设计难度大，调试复杂性提高，并且成本高，不经济。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种可应用于宽通道的物料分选系统及分选方法，由此降低分选系统的能耗，提高分选效果。

第一方面，本公开提供了一种物料分选系统，包括：

布料装置，用于输送物料；

识别装置，包括X射线探测模块和三维图像获取模块，所述X射线探测模块用于获取所述布料装置上物料的第一图像，所述三维图像获取模块用于获取所述布料装置上物料的第二图像；

控制装置，用于基于所述第一图像获得所述物料的物料品类；用于基于所述第一图像和所述第二图像获得所述物料的质心；以及基于所述物料的质心获得所述物料到达分选装置对应的喷吹位置的时间；

分选装置，位于所述布料装置的下游，用于对到达所述喷吹位置的所述物料的质心进行喷吹实现物料分选；以及

接料装置，用于容置分选后的物料。

可选地，所述分选装置包括位于物料运动轨迹下侧的多个喷阀，各所述喷阀包括沿所述布料装置的宽度方向布置的多个喷嘴。

可选地，控制装置还用于执行以下至少之一：

基于所述第二图像获得所述物料的形状；

基于所述第一图像获得所述物料的密度，并基于所述物料的形状和密度获得所述物料的质心；

基于所述质心获取所述物料的运动轨迹；

基于所述运动轨迹获得所述物料到达所述分选装置的喷吹位置的时间；

基于所述物料到达所述分选装置的喷吹位置的时间，向所述分选装置发送启动喷吹的时间；

基于所述物料品类选择所述分选装置上对所述物料进行喷吹的喷阀；以及

基于所述物料的形状选择对应喷阀上进行喷吹的喷嘴。

可选地，所述X射线探测模块和所述三维图像获取模块沿所述布料装置的同一宽度方向上排列设置。

可选地，所述X射线探测模块包括设置在所述布料装置上方的X射线发射源以及设置在所述布料装置下方的X射线探测器。

可选地，所述三维图像获取模块包括设置在所述布料装置上方并沿所述布料装置的宽度方向布置的两个线激光双目立体相机。

可选地，两所述线激光双目立体相机在所述布料装置上的视角覆盖区域存在部分交叠，两所述线激光双目立体相机在所述布料装置上的识别区域不交叠。

可选地，各所述线激光双目立体相机的视角范围为75°～90°。

可选地，所述分选装置包括第一喷阀和第二喷阀，所述第一喷阀和所述第二喷阀用于将所述物料分选为至少三种品类。

可选地，所述第一喷阀对应的所述物料运动轨迹上的第一喷吹位置与所述第二喷阀对应的所述物料运动轨迹上的第二喷吹位置重叠。

可选地，所述接料装置包括靠近所述布料装置一侧的一号溜槽、中间位置的二号溜槽以及远离所述布料装置一侧的三号溜槽。

第二方面，本公开提供了一种物料分选方法，采用如以上任一所述的系统，所述方法包括：

在物料输送过程中，通过X射线探测模块获取所述布料装置上所述物料的第一图像，通过三维图像获取模块获取所述物料的第二图像；

控制装置基于所述第一图像获得所述物料的物料品类；基于所述第一图像和所述第二图像获得所述物料的质心；以及基于所述物料的质心获得所述物料到达分选装置对应的喷吹位置的时间；

所述物料自所述布料装置上下落至所述分选装置对应的喷吹位置时，所述分选装置对所述物料的质心进行喷吹实现物料分选。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

根据本公开实施例提供的物料分选系统，通过X射线探测模块获得物料的品类，基于X射线探测模块和三维图像获取模块获得物料的质心，通过分选装置在喷吹时对准物料的质心，可应用于宽通道的物料分选，以解决现有技术中的物料分选系统随着通道宽度的增加带来的问题，提高物料分选精度，同时降低分选系统的能耗。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本公开的实施例提供的一种物料分选系统的结构示意图；

图2为本公开的实施例提供的一种物料分选系统的俯视图；

图3为本公开的实施例提供的一种物料分选系统的侧视图；

图4为现有技术与本公开的喷吹部位的示意图；

图5为本公开的实施例中物料受到第一喷阀和第二喷阀喷吹时的受力示意图；

图6为本公开的实施例提供的一种喷吹装置的结构示意图；

图7为本公开的实施例提供的另一种三分产品物料分选系统的结构示意图；

图8为本公开的实施例提供的一种物料分选方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

请详见图1-3，一种物料分选系统，包括：

布料装置100，用于输送物料；

识别装置200，包括X射线探测模块40和三维图像获取模块50，X射线探测模块40用于获取布料装置100上物料的第一图像，三维图像获取模块50用于获取布料装置100上物料的第二图像；

控制装置600，用于基于第一图像获得物料的物料品类；用于基于第一图像和第二图像获得物料的质心；以及基于物料的质心获得物料到达分选装置300对应的喷吹位置的时间；

分选装置300，位于布料装置100的下游，用于对到达所述喷吹位置的所述物料的质心进行喷吹实现物料分选；以及

接料装置400，用于容置分选后的物料。

本公开实施例中，通过提供一种可应用于宽通道的物料分选系统，以解决现有技术中的物料分选系统随着通道宽度的增加带来的检测精度降低、喷吹耗能增加的问题。在此，参考图4所示的现有技术与本公开的喷吹部位的示意图，图4(a)中示例出了一种现有技术中物料的喷吹部位的示意图，图4(b)中示例出了一种本公开中物料的喷吹部位的示意图。

例如，针对一种圆形的物料，经过现有技术中X射线识别装置识别出的物料形状为大致椭圆形，且物料越位于输送带的边缘，其椭圆度越大，如图4(a)所示，因此在分选装置喷吹时，需要选择与椭圆形物料形状相对应的喷嘴进行喷吹。而经过本公开提供的物料分选系统识别出的物料形状为圆形，如图4(b)所示，因此在分选装置300喷吹时，需要选择与圆形物料形状相对应的喷嘴进行喷吹。可以理解的是，针对其他形状的物料，本公开提供的物料分选系统与现有技术中的物料分选系统相比，识别出的物料形状的准确度更高。

在现有技术中，仅利用第一图像的物料品类和形状的识别结果进行喷吹，因此，即使使用两个以上的并列X射线识别装置，对于输送带、特别是输送带边缘的物料，仍存在形状识别精度的问题，导致识别出的物料形状发生变形，进而导致在喷吹时喷吹范围过大。与此相对，在本公开中，利用第二图像的形状识别结果，识别精度高，物料形状与实际物料形状相同或者接近相同，在喷吹时选择与物料形状相对应的喷嘴进行喷吹，提高喷吹精度；并且采用对物料的质心进行喷吹的方式，有效控制物料分选路径，提高分选精度，防止误选。

需要说明的是，对于不同宽度的输送带，由于X射线发射源不同的安装高度，同样也可能产生物料形状识别精度不高的问题，一般地，X射线发射源架设在物料输送带上方，其架设高度越高则检测范围越宽，但是射线强度随高度增加而衰减，会导致检测精度的下降。本公开中提供的物料分选系统不仅仅局限于宽通道的情形，还可以用于其他应用场景中，以提高分选精度。

在本公开实施例中，物料分选系统可以用于矿物分选、食品分选、垃圾分选等，通过识别装置识别待分选物料的物料信息，基于物料信息将物料分为多种品类，通过分选装置对物料中的不同品类物料进行分选。

需要说明的是，在本公开实施例中基于物料信息可以将物料分为多种品类，在具体分类时，根据分选要求的不同，可以存在不同品类的划分方式。物料品类可以按照形状大小分类、按照密度分类、按照物质含量分类等，本公开对此并不限制。

例如，对于矿物，可以分为金属矿物和非金属矿物，金属矿物包括黑色金属和有色金属；如铁、锰、铬等；有色金属矿石，如铜、铅、锌、铝、锡、钼、镍、锑、钨等。非金属矿物包括绝大部分的含氧盐矿物以及部分氧化物和卤化物矿物，如金刚石、水晶、冰洲石、硼、电气石、云母、黄玉、刚玉、石墨、石膏、石棉以及燃料矿物等。

在应用时，布料装置100可以为水平布置的传输带、倾斜布置的传输带、带角度的倾斜滑板中的一种或者多种的组合。不同类型不同粒级的物料在布料装置100上沿长度方向和宽度方向分布，由于输送带具有一定的运行速度，不同物料散落在输送带上，并通过输送带输送到端部位置时，物料自输送带抛出进行平抛运动。

需要说明的是，本实施例中以水平布置的传输带进行示例性说明，当然，在其他实施例中，根据应用场景的不同还可以选择不同形式的布料装置。

识别装置200包括X射线探测模块40和三维图像获取模块50，用于获得物料的信息。例如X射线探测模块可以用于获得物料的种类、尺寸、形状、粒级、密度等；三维图像获取模块可以用于获得物料与形状相关的信息，例如，尺寸和粒级。

如图3所示，X射线探测模块40包括设置在布料装置100上方的X射线发射源41以及设置在布料装置100下方的X射线探测器42。

在应用时，X射线发射源41发出X射线照射物料，X射线探测器42接收经物料衰减后的X射线并转化成数字信号传送至控制装置600，控制装置600基于X射线探测模块40获取的数字信号进行图像去噪、锐化、上色等处理生成第一图像。在本公开中，第一图像用于获得物料的品类信息。

三维图像获取模块50包括设置在布料装置100上方并沿布料装置100的宽度方向布置的两个线激光双目立体相机。在应用时，三维图像获取模块50用于获取物料的3D点云数据并传送至控制装置600，控制装置600基于三维图像获取模块50获取的3D点云数据生成第二图像。第二图像可以用于获得物料的形状信息。

可选地，两个线激光双目立体相机在布料装置上的视角覆盖区域存在部分交叠，两个线激光双目立体相机在布料装置上的识别区域不交叠。例如，各线激光双目立体相机的视角范围为75°～90°。

需要说明的是，在本公开中视角覆盖区是指三维束或者X射线束在入射面(布料装置)所界定的区域，而识别区域是指识别装置200在视角覆盖区内界定出的用于目标图像检测的区域。在本实施例中，X射线探测模块40的视角覆盖区域至少包括布料装置上的边界，三维图像获取模块50的视角覆盖区域包括布料装置的边界。由于本公开中三维图像获取模块50采用的是两个线激光双目立体相机，因此，每个线激光双目立体相机的识别区域可以采用布料装置的中心线作为边界。

在一个实施例中，X射线探测模块40和三维图像获取模块50沿布料装置的同一宽度方向上排列设置，在获得第一图像以及第二图像时，可以在同一时刻进行拍摄，由此可以将三维图像获取模块50采集到外形数据与X射线探测模块40获取的品类信息数据进行匹配。但本公开中并不限于此，在不同应用场景中，X射线探测模块和三维图像获取模块可以位于布料装置的不同位置上，在获取图像时，基于输送带是匀速运行，物料的三维抓拍时刻和X光扫描时刻之间是固定的时间差，可通过该时间差来进行拍摄或者搜索匹配。

需要说明的是，本公开实施例中，X射线探测模块和三维图像获取模块的安装高度可以根据布料装置的宽度、视角范围等进行调整。例如，线激光双目立体相机的安装高度为1.0m～1.5m，两个线激光双目立体相机的安装距离为1.0m～1.5m，视角覆盖区的宽度为1.5m～1.8m；X射线发射源41的安装高度为1.0m～1.8m。

在本公开实施例中，控制装置600还用于执行以下至少之一：

S01、基于第二图像获得物料的形状；

S02、基于第一图像获得物料的密度，并基于物料的形状和密度获得物料的质心；

S03、基于质心获取物料的运动轨迹；基于运动轨迹获得物料到达分选装置的喷吹位置的时间；基于物料到达分选装置的喷吹位置的时间，向分选装置发送启动喷吹的时间；

S04、基于物料品类选择分选装置上对物料进行喷吹的喷阀；以及

S05、基于物料的形状选择对应喷阀上进行喷吹的喷嘴。

对于控制装置600的执行操作S01中，第一图像和第二图像中均可以识别出物料的形状。通常，X射线发射源发射出放射线(X-ray)形成能量和角度更加集中的放射线束，然后入射到物料并穿透物料进入到X射线探测器内。经过物料的放射线会被吸收和散射，从而使得放射线的能量衰减，而衰减程度不同的放射线能够反映物料中不同成分的不同状况，因此穿过物料的放射线携带着物料内部的诸多信息。

然而，由于放射线束从发射源出来后是以发散的角度投射到物料和之后的X射线图像探测器上的，因此，在X射线的发出和照射过程中，从一个电子轰击的焦点到扩散成一个辐射面，每条X射线都是以发散的方式辐射出去的。

也就是说，每个X光子最后进入X射线图像探测器时的角度都不一样。X射线图像探测器所获得的图像从中间到边缘，图像的亮度和分辨率都会发生渐变，导致获得的图像在探测器的边缘也会发生畸变。例如，对于一个长方体，X射线从长边垂直入射和从短边垂直入射，衰减度是不同的；同一物体处于传送带中央和边缘时，处于边缘时穿透路径通常更长，导致获得的物料形状不准确。因此，可以理解的是，基于仅藉由传统的X射线探测模块的第一图像获得的形状通常与物料的实际形状不完全一致，而且越靠近输送带边缘的物料，其形状的不一致性越明显。

对此，在本公开实施例中，利用三维图像中的成像分辨率较高、形状特征精度高的特点，提高获得的物料形状的精度。例如，三维图像获取模块50采用3D相机，可以提供更加清晰的图像细节信息。图像成像分辨率较高，可获得较为丰富的颜色、形状和纹理信息。因此，在获得物料形状时，充分利用光学图像中获取的目标特征信息，可以有效的提高图像中目标对比度，减小对目标解译、识别的误差和不确定性。

在此，例如执行操作S01可包括以下的操作S11、S12和S13。

S11、对第二图像进行预处理。

例如，采用高斯平滑滤波进行除噪、灰度线性变换增强待检测区域的对比度。

S12、利用图像聚类对第二图像中物料区域进行分割提取，获得第二物料区域图像。

例如，首先对于图像信息进行直方图计算，直方图的峰值点个数设置为聚类类别个数，聚类中心的最大值聚类类别数，进行迭代，直到小于设置阈值或者到了最大的迭代次数停止迭代。输出分类的结果，对于输出的结果进行干扰点的去除，使得分割结果更加准确。

S13、基于第二物料区域图像获得所述物料的形状函数。需要说明的是，在本公开实施例中，对于生成第一图像、第二图像进行图像处理的方法，可以采用现有技术中记载的各种图像处理的方式进行，例如借助计算机视觉，计算机图形学，数字图像处理等方法对图像进行分割、分析、变换、提取，从而完成相关功能；还可以是运用AI算法，如机器学习，深度学习(神经网络)，构造一个物理统计模型，不断向其中输入图像信号样本进行训练和评估，直到产生一个可以高效准确识别给定目标的模型为止。当然还可以采用多种方法的融合，从而提升识别性能与效率。本公开对此并不限制。

对于控制装置600的执行操作S02中，控制装置600可以采用基于获取的第一图像确定物料的密度，基于物料的密度确定物料品类；基于物料的密度和形状确定物料的质心。另外，控制装置600也可以基于第一图像的其他信息(例如原子序数)直接确定物料品类。在确定物料的质心时，可以采用第一图像和第二图像经过校正或者合成后的拟合图像进行确定。但本公开实施例中并不限于此，在获取质心时还可以采用现有技术中的其他方式，例如机器学习、深度学习等方式。

在图像处理中，聚类因具有无样本集、无监督性、能够实现多区域分割的特点被广泛应用于图像的分割。而对于物料(例如矿物)来说，内部成分在X光图像中体现为不同灰度特征，通过聚类方式可以实现较好的图像分割等效果。

例如，采用基于聚类的图像分割的密度以及质心获得方法包括：

S21、对待检测的第一图像进行预处理。

例如，采用高斯平滑滤波进行除噪、灰度线性变换增强待检测区域的对比度。

S22、利用图像聚类对第一图像中物料区域进行分割提取，获得第一物料区域图像。

例如，首先对于图像信息进行直方图计算，直方图的峰值点个数设置为聚类类别个数，聚类中心的最大值聚类类别数，进行迭代，直到小于设置阈值或者到了最大的迭代次数停止迭代。输出分类的结果，对于输出的结果进行干扰点的去除，使得分割结果更加准确。

S23、对第一物料区域图像进行像素点的提取，将像素点作为聚类的输入进行分类，对于聚类后离散的像素点进行密度估计，获得密度函数。

S24、将利用密度函数和步骤S13中获得的形状函数获得物料的质心。

在本公开实施例中，利用第一图像获得的物料形状以及第二图像获得的物料密度进行质心的计算，可以提高后续在进行物料运动轨迹计算时的精度，防止在计算运动轨迹时偏差导致在后续接受喷吹时的喷吹位置精度降低，提高了分选精度。

对于控制装置600的执行操作S03中，本公开中物料运动轨迹是指物料从布料装置抛出后的运动轨迹，运动轨迹大致呈平抛线的形状。质量中心简称质心，指物质系统上被认为质量集中于此的一个假想点。质点系质量与质心加速度的乘积总是等于质点系所受一切外力的矢量和，叫做质点系的质心运动定理。质点系的质心运动和一个位于质心的质点的运动相同，该质点的质量等于质点系的总质量，而该质点上的作用力则等于作用于质点系上的所有外力平行地移到这一点上。

通过质心运动定理可知，质点系的内力不能影响它的质心的运动；例如物料自布料装置抛出后，不论在空中再做何种动作，采取何种姿势，由于外力(重力)并未改变，所以物料的质心在进入溜槽前仍沿平抛线轨迹运动。如果作用于质点系上外力的矢量和始终为零，则质点系的质心作匀速直线运动或保持静止；若作用于质点系上外力的矢量和在某轴上的投影始终为零，则质点系质心在该轴上的坐标匀速变化或保持不变。

物料因不同形状、面积或者重量的不同，导致不同物料的运动轨迹实际是有所差别的，因此，若仅仅通过形状、面积或者重量来计算运动轨迹，会导致物料到达喷吹位置时的计算得到的运动轨迹与实际运动轨迹有所偏差。本公开中，通过质心来计算物料的运动轨迹，可以提高物料喷吹时的精度，防止物料误选。在本公开中通过物料运动轨迹可以精确获得物料到达分选装置的喷吹位置的时间，控制装置600基于所述物料到达所述喷吹位置的时间，向所述分选装置发送启动喷吹的时间，可以实现对物料的精准喷吹。通过以计算质心的方式获得物料的运动轨迹，相对于现有技术中仅通过品类和形状获得物料的运动轨迹更加精准，尤其对于密度不均匀的物料可以提高分选精度。

对于控制装置600的执行操作S04中，对于不同品类的物料采用的是不同的喷吹方式，通过不同的喷吹方式实现多种物料的分选。

分选装置300包括位于物料运动轨迹下方的多个喷阀，各喷阀包括沿布料装置100的宽度方向布置的多个喷嘴，喷阀用于基于物料品类对物料进行由下向上的喷吹，喷嘴用于基于物料的形状进行选择性喷吹。

在划分物料品类时，物料品类包括所含金属种类、品位高低及化学成分等的不同而进行的分类。在本公开以下的实施例中，以物料分选系统包括两个喷阀(第一喷阀10和第二喷阀20)、将矿物产品分为三种品类(例如高品矿物、中品矿物和低品矿物)的情形为例进行示例性说明。例如，按照铁含量的多少，铁矿包括菱铁矿、赤铁矿及磁铁矿这三种品类的物料，菱铁矿的密度为3.8～3.9g/cm³，赤铁矿的密度为3.4～4.4g/cm³，磁铁矿的密度为4.9～5.2g/cm³，进而根据识别装置200(例如X射线图像的灰度值)识别三者中的一者或两者。在本公开实施例中，分选装置300至少包括第一喷阀10和第二喷阀20，第一喷阀10和第二喷阀20用于将物料分选为至少三种品类，例如，可以采用五个喷阀进行六种品类的物料的分选。在进行分选时，根据物料的形状不同，在进行分选时物料所接受的喷吹压力是不同的。在本公开实施例中，以分选装置300包括第一喷阀10和第二喷阀20进行三种品类的物料的分选为例作为示例性说明。

值得注意的是，本公开实施例中的分选装置300位于物料运动轨迹的下侧。通过将分选装置300设置在运动轨迹的下侧，可以对物料施加趋于运动方向的喷吹力，减少能耗的同时提高不同仰角对于分选精度的影响，提高分选精度。在本公开中，喷阀的仰角是指喷阀的喷吹角度与水平方向之间的夹角。

本领域公知的是，喷阀的喷吹压力越大，物料被喷吹的距离越远，但在喷吹过程中，喷吹距离越远，物料在运动过程中的不可控因素越多，例如，风阻、与溜槽的撞击力等。本公开实施例中，在不增大单位面积的喷吹压力的基础上，改进喷阀的结构设计，使得通过在喷阀的不同角度的喷吹下，改善不同物料的分选效果。

在本公开中，通过第一喷阀10和第二喷阀20可以进行三种品类的物料的分选，在设置时，通过接料装置400的三个溜槽可以进行三种品类的物料的容置。

在应用时，溜槽包括靠近布料装置100一侧的一号溜槽1、中间位置的二号溜槽2以及远离布料装置100一侧的三号溜槽3；第一喷阀10用于对物料进行喷吹使得物料进入二号溜槽2；第二喷阀20用于对物料进行喷吹使得物料进入三号溜槽3；未被喷吹的物料进入一号溜槽1。

当经过识别装置200识别为菱铁矿的物料从布料装置100上抛出时，通过分选装置300控制第一喷阀10对菱铁矿进行喷吹使得菱铁矿进入二号溜槽2；当经过识别装置200识别为赤铁矿的物料从布料装置100上抛出时，通过分选装置300控制第二喷阀10对赤铁矿进行喷吹使得赤铁矿进入三号溜槽3；当经过识别装置200识别为磁铁矿的物料从布料装置100上抛出时，磁铁矿未经受喷吹，经过平抛运动到达进入一号溜槽1。

在本公开实施例中，将第一喷阀10和第二喷阀20设置在物料运动轨迹的下侧，对物料进行自下而上的喷吹，第二品类的物料受到第一喷阀10的喷吹，第二品类的物料自下而上抛起后，第二品类的物料自喷吹点继续上升到最高点后下落；第三品类的物料受到第二喷阀20的喷吹，第三品类的物料自喷吹点继续上升到最高点后下落。可以理解的是，第二品类和第三品类的物料在受到喷吹后，各自的平抛运动轨迹改变。

如图5所示，假设第二品类的物料和第三品类的物料除种类外，其他性能特征均相同，例如，重量相同和体积相同等。在第一喷吹压力F1和第二喷吹压力F2相同的情况下，第二品类的物料受到向上的分力F1sinα1，第三品类的物料受到向上的分力F2sinα2。此处，α1为第一喷阀10的仰角，α2为第二喷阀20的仰角，α1＞α2。由于sinα1＞sinα2，因此第二品类的物料受到的向上分力大于第三品类的物料受到的向上的分力，第二品类的物料向上运动的高度大于第三品类的物料向上运动的高度；第二品类的物料受到的横向运动的分力F1cosα1，第三品类的物料受到的横向运动的分力F2cosα2，第三品类的物料受到的向前运动的分力大于第二品类的物料受到的向前运动的分力，第三品类的物料被抛得更远。

在本公开实施例中，通过将第一喷阀10的仰角设为大于第二喷阀20的仰角，一方面可以使得第二喷阀20的仰角较小，实现第二喷阀20将第三品类的物料的水平运动距离更远，另一方面，通过第一喷阀10的仰角增大，实现第一喷阀10将第一品类的物料的垂直高度更高，使得第二品类物料运动轨迹与二号溜槽2远离布料装置一侧的隔板(或者隔板上的辅助分选装置500的背面)之间的夹角减小，与二号溜槽2的开口基本为垂直入射，可以有效减小二号溜槽2的水平方向上的距离、即有效减小二号溜槽2的尺寸，同时，第二品类物料的分选精度增大。

在本公开实施例中，第一喷阀10的仰角与第二喷阀20的仰角的差值范围为5°～30°。优选地，第一喷阀10的仰角为40°～60°；第二喷阀20的仰角为20°～40°。更优选地，第一喷阀10的仰角为45°，第二喷阀20的仰角为37°。予以说明，在本公开实施例中，通过使第一喷阀10和第二喷阀20的仰角不同来改善第二品类和第三品类的物料的分选，由此，第一喷阀10和第二喷阀20可采用相同规格型号的空气喷嘴并配套相同规格型号的高频电磁阀，亦可不需要控制第一喷阀10和第二喷阀20的喷吹力度，由此可显著降低装置成本和控制成本。

另外，矿石因不同形状、面积或者重量的不同而受到差别非常大的阻力，在进行分选时，通常忽略阻力，或者假设阻力为恒定值。当然，若采用计算阻力的方式，由于影响阻力情况的因素较多，也会导致最终阻力的计算值差异较大。在该情况下，会产生运动轨迹偏差，随着时间的延长，偏差更加明显，导致在后续接受喷吹时的喷吹位置的精度降低。因此，需要精准无误地控制喷吹力度，当喷吹机构性能下降或供气压力波动时，容易使得喷吹的物料进入其他的分拣区域，造成了物料的错误分选，降低了物料分选的精确度。

在本公开实施例中，为了进一步解决喷吹精度的问题，将第一喷阀10和第二喷阀20的喷吹位置设置在物料自布料装置100上抛出后的平抛的运动轨迹的前端位置，通过两个喷阀对于物料的喷吹位置重叠或者接近重叠，在越靠近前端位置，运动轨迹的变量越小，达到第一喷阀10和第二喷阀20的喷吹位置时的精度越高，因此，物料被分拣的精度越高。

例如，分选装置300位于布料装置100的出料端的下侧，第一喷阀10和第二喷阀20的喷吹位置对应物料从布料装置100上刚抛出时的位置。

在本公开的一个实施例中，第一喷阀10对应物料运动轨迹上的第一喷吹位置与第二喷阀20对应物料运动轨迹上的第二喷吹位置重叠。此时，由于第一喷阀10的仰角大于第二喷阀20的仰角，因此，第一喷阀10的位置设置在第二喷阀20远离布料装置100的一侧。

需要说明的是，本公开实施例中优选设置第一喷阀10和第二喷阀20的喷吹位置越靠近物料的运动轨迹的始端越好。在其他一些实施例中，第一喷阀10的喷吹位置和第二喷阀20的喷吹位置可以设置在位置接近的地方。在设置时，第一喷阀10到运动轨迹上的第一喷吹位置与第二喷阀20到运动轨迹上的第二喷吹位置之间在运动轨迹的下侧一侧无交叉，由此可以防止第一喷阀10和第二喷阀20在同时喷吹时，喷吹气流交叉，影响物料的喷吹受力。当第一喷阀10的喷吹位置和第二喷阀20的喷吹位置接近时，第一喷阀10可以位于第二喷阀20靠近布料装置100一侧的位置，即第一喷阀10的设置高度大于第二喷阀20的设置高度。

对于控制装置600的执行操作S05中，由于物料品类的划分方式不同，导致同一品类物料的物料中可以存在多种形状、面积或者重量等各不相同的物料，因此，若采用相同的喷吹压力会造成误选。本公开中通过基于获得的物料形状调整喷嘴的位置以及数量的方式，实现喷阀喷吹压力的调整。

可选地，第一喷阀10包括沿布料装置100的宽度方向阵列设置的多个第一喷嘴，第二喷阀20包括沿布料装置100的宽度方向阵列设置的多个第二喷嘴。其中，在本公开实施例中，第一喷阀10的喷吹位置和第二喷阀20的喷吹位置接近，因此，在设置时，第一喷阀10和第二喷阀20可以采用同一供气设备并设置在同一喷吹装置上。

在设置时，如图6所示，喷吹装置包括两排并列设置的喷嘴，喷嘴的阵列方向为沿布料装置100的宽度方向，在本公开中假设位于下方的喷嘴为第一喷嘴11，位于上方的喷嘴为第二喷嘴21，第一喷嘴11的仰角为45°；第二喷嘴21的仰角为37°。第一喷嘴11和第二喷嘴21的设置方式参照对于第一喷阀10和第二喷阀20的描述，本公开在此不进行一一详述。

喷吹装置内对应每一喷嘴上可以设置有与供气设备(未图示)相通的电磁阀，该电磁阀的类型可以为高频电磁阀。每个喷嘴通过电磁阀与供气设备连通，供气设备内装有压缩气体，用于为喷嘴提供气体来源以喷吹不同品类的物料。

在本公开实施例中，通过多个第一喷嘴11和多个第二喷嘴21，在对应不同形状(例如尺寸或者粒级)的物料时，也可以藉由调节第一喷嘴11和第二喷嘴21的数量，实现对于喷吹压力的控制。例如，当物料的面积较大时，可以采用数量较多的喷嘴数量对于物料表面进行喷吹，当物料的面积较小时，可以采用数量较少的喷嘴数量对于物料表面进行喷吹，将不同体积不同重量的物料的喷吹距离(水平运动距离)维持在一定范围内。

在本公开实施例中，各个喷嘴都是相互独立的，喷嘴的气体的方向互不干扰，这样能够使不同的物料之间都能够接受到对应喷嘴的喷吹且不会受到其他喷嘴的喷吹，而影响其运动轨迹进而影响到最终的分选结果。在进行喷吹时，根据每一物料的形状等的不同，每一物料进行喷吹时的喷嘴数量也可以是不同的。

例如，第一喷嘴11的喷吹压力为0.5MPa～0.75MPa；第二喷嘴21的喷吹压力为0.5MPa～0.75MPa。优选地，第一喷嘴11的喷吹压力与第二喷嘴21的喷吹压力相同。一号溜槽1的长度为1.2m～2m，宽度为0.8m～1.5m；二号溜槽2的长度为1.2m～2m，宽度为0.8m～1.5m；三号溜槽3的长度为1.2m～2m，宽度为0.8m～1.5m。布料装置100为水平设置的输送带，输送带的速度为2m/s～5m/s。予以说明，此处的喷吹压力、溜槽尺寸、输送带的速度等均为本公开实施例的分选系统的优化后的参数。

在本公开实施例中，通过设置仰角不同的第一喷阀10和第二喷阀20，可以使得从布料装置100上平抛出的未被喷吹的第一品类的物料进入一号溜槽1中，被第一喷阀10喷吹的第二品类的物料进入二号溜槽2中，被第二喷阀喷吹的第三品类的物料进入三号溜槽3中，使得各个溜槽的占用面积合理化，分选室结构合理，喷吹精度较高，分选精度提高，喷吹压力合理化，避免物料与溜槽之间的撞击力，避免造成损失。

另外，在设置时，如图7所示，接料装置400包括用于间隔形成一号溜槽1和二号溜槽2的第一隔板31、用于间隔形成二号溜槽2和三号溜槽3的第二隔板32以及位于三号溜槽3一侧的第三隔板33，第一隔板31、第二隔板32、第三隔板33的高度依次增大。

溜槽尺寸越高，对于物料的拦截程度越高，但结合本公开中仰角较小的第二喷阀20将物料分选进最远的三号溜槽3中，物料的运动轨迹低于第一喷阀10对物料喷吹的运动轨迹，因此，将每一溜槽之间的隔板的高度沿物料运动轨迹方向上设置为依次增大。

通过调整溜槽的隔板高度，可以实现对于分选精度的进一步控制，例如，对于第二品类物料以及与第二品类物料对应的二号溜槽2，当第二品类物料粒级变换较小时，可以通过溜槽的高度来拦截第二品类物料的飞行，提高第二品类物料的分选精度。在本公开实施例中，可以适用的物料粒级为30mm～350mm。在不同实施例中，通过调整不同分选隔板高度，实现不同粒级物料的分选。

在本公开实施例中，溜槽上还设置有辅助分选装置500，用于将落在辅助分选装置上的物料输送到溜槽内。辅助分选装置500为水平布置的传输带、倾斜布置的传输带、带角度的倾斜滑板中的一种或者多种的组合。根据不同的分选效果，可以采用不同的辅助分选装置500的类型，在设置时，倾斜设置的辅助分选装置500的分选效果优于水平布置的辅助分选装置500。

例如，辅助分选装置500倾斜布置，当辅助分选装置500设置在溜槽与溜槽之间的间隔上时，辅助分选装置500沿远离布料装置的方向向下倾斜。对于设置在二号溜槽2与三号溜槽3之间的辅助分选装置500，辅助分选装置500用于将掉落在辅助分选装置500上的第三品类物料输送至辅助分选装置500下端的三号溜槽3中，辅助分选装置500上端用于阻挡第二品类物料进入到三号溜槽3中。本实施例中，辅助分选装置500在水平面上的正投影与二号溜槽2在水平面上的正投影存在部分交叠，同时与三号溜槽3在水平面上的正投影存在部分交叠。

通过如此倾斜设置的方式，对于靠近布料装置100的溜槽来说，相当于增加溜槽与溜槽之间的隔板的高度，投影交叠的背面可以对物料进行阻挡，对于远离布料装置100的溜槽来说，相当于增大溜槽的尺寸，有效减小溜槽的占地面积，同时减少喷吹力度，增加分选精度。

在本申请实施例中，辅助分选装置500优选设置在二号溜槽2和三号溜槽3之间，可以在不改变二号溜槽2和三号溜槽3的尺寸的情况下，提高三号溜槽3的有效区域，另外，通过设置辅助分选装置500，可以减小现有技术中通过不同喷吹压力进行分选的方式导致的误选几率。由于矿物的不规则外形，当两个相同质量相同成分的矿物，由于不同的不规则外形，在受到相同高压气体的喷吹时的喷吹力是不一样的，所以，在喷吹时会产生不同的飞行路径，矿物被误选的几率提高。

当辅助分选装置500为倾斜布置时，其倾斜方向为自二号溜槽2向三号溜槽3的方向由高向低倾斜，当落到辅助分选装置500上的第三品类物料，可以在斜面的作用下滚落到三号溜槽3中，如图7所示。另外，在二号溜槽2上方的辅助分选装置500，通过倾斜的背面可以阻挡要进入二号溜槽2中的第二品类物料错误分选到三号溜槽3中。

需要说明的是，本公开中辅助分选装置500可以用于辅助第二品类物料和第三品类物料的分选，例如，当第二品类物料受到的喷吹力度较大时，可以通过调整辅助分选装置500的背面来拦截第二品类物料的飞行，提高第二品类物料的分选精度；当第三品类物料受到的喷吹力度较小时，可以落到辅助分选装置500的正面，通过辅助分选装置500辅助分选到三号溜槽中，提高第三品类物料的分选精度。

另外，在本申请实施例中，对于辅助分选装置500的尺寸并不限制，在一些实施例中，辅助分选装置500在水平面上的正投影与二号溜槽2在水平面上的正投影的交叠面积大于辅助分选装置500在水平面上的正投影与三号溜槽3在水平面上的正投影的交叠面积，其中，辅助分选装置500位于二号溜槽2上方的部分用来阻挡第二品类物料进入三号溜槽3中；辅助分选装置500的正面均用于辅助第三品类物料进入三号溜槽3中；在设置时，根据分选粒级以及喷吹压力等进行调整辅助分选装置500的长度、倾斜角度、上述交叠面积的大小等。

如图8所示，本公开还提供了一种物料分选方法，采用如以上任一的系统，方法包括：

S100、在物料输送过程中，通过X射线探测模块40获取布料装置100上物料的第一图像，通过三维图像获取模块50获取物料的第二图像；

S200、控制装置600基于第一图像获得物料的物料品类物料；基于第一图像和第二图像获得物料的质心；以及基于物料的质心获得物料到达分选装置300对应的喷吹位置的时间；

S300、物料自布料装置上下落至分选装置300对应的喷吹位置时，分选装置300对所述物料的质心进行喷吹实现物料分选。

在本公开实施例中，还可以通过控制装置600执行以下至少之一：

基于第二图像获得物料的形状；

基于第一图像获得物料的密度，并基于物料的形状和密度获得物料的质心；

基于质心获取物料的运动轨迹；

基于运动轨迹获得物料到达分选装置的喷吹位置的时间；

基于物料到达分选装置的喷吹位置的时间，向分选装置发送启动喷吹的时间；

基于物料品类选择分选装置上对物料进行喷吹的喷阀；以及

基于物料的形状选择对应喷阀上进行喷吹的喷嘴。

在分选时，根据物料对应的物料品类选择喷吹的喷阀以及根据物料的形状选择喷吹的喷嘴。例如，可采用如下的喷吹策略进行分选，该喷吹策略包括第一喷吹策略、第二喷吹策略和第三喷吹策略。

第一喷吹策略用于在物料品类为第一品类时，不对其进行喷吹，使得第一品类的物料进入一号溜槽1。

第二喷吹策略用于在物料品类为第二品类时，通过第一喷阀10对第二品类进行喷吹，使得第二品类的物料进入二号溜槽2。

第三喷吹策略用于在物料品类为第三品类时，通过第二喷阀20对第三品类进行喷吹，使得第三品类的物料进入三号溜槽3。

需要说明的是，在本公开实施例中，控制装置还用于计算物料的坐标位置以及到达第一喷阀10、第二喷阀20的时间，并向第一喷阀10、第二喷阀20发送启动喷吹的时间。控制装置还可用于根据计算获得的物料的粒级或者外形尺寸，控制喷阀上喷嘴的开启数量。

在计算时，控制装置根据识别装置200获取的物料图像信息，获取物料所在输送带的位置，包括输送带横向方向位置和纵向方向位置。根据计算获得的横向位置可以用于控制开启对应的位置的喷嘴以及控制喷嘴数量；根据纵向方向位置可以获得到达喷吹位置的时间以控制与物料对应的喷嘴对物料进行喷吹。

如图2所示，图中采用圆形代表第一品类的物料，三角形代表第二品类的物料，矩形代表第三品类的物料，第一品类、第二品类、第三品类的物料在输送带上散落分布，当物料到达输送带边缘位置时，均以与输送带相同的初速度沿水平方向飞出。

当第一品类的物料到达第一喷阀10和第二喷阀20的喷吹位置时，由于控制装置识别出该物料为第一品类，未启动第一喷阀10和第二喷阀20；第一品类的物料沿着飞行路径到达一号溜槽1。

当第二品类的物料到达第一喷阀10的喷吹位置时，控制装置控制启动第一喷阀10对第二品类的物料的表面进行喷吹，第二品类的物料受到喷吹力时，沿先向上后向下的飞行路径到达二号溜槽2。

当第三品类的物料到达第二喷阀20的喷吹位置时，控制装置控制启动第二喷阀20对第三品类的物料的表面进行喷吹，第三品类的物料受到喷吹力时，沿先向上后向下的飞行路径到达三号溜槽3。

当其中两种物料(例如第二品类和第三品类的物料)位于输送带的同一宽度方向上，在第二品类和第三品类的物料同时到达喷吹位置时，由于第一喷阀10和第二喷阀20同样是沿输送带的宽度方向布置，因此，当到达同一喷吹位置时，启动与第二品类和第三品类的物料对应的第一喷嘴11、第二喷嘴21即可。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (9)

1.一种物料分选系统，其特征在于，包括：

布料装置，用于输送物料；

识别装置，包括X射线探测模块和三维图像获取模块，所述X射线探测模块用于获取所述布料装置上物料的第一图像，所述三维图像获取模块用于获取所述布料装置上物料的第二图像；所述三维图像获取模块包括设置在所述布料装置上方并沿所述布料装置的宽度方向布置的两个线激光双目立体相机；

控制装置，用于基于所述第一图像获得所述物料的物料品类；用于基于所述第一图像和所述第二图像获得所述物料的质心；以及基于所述物料的质心获得所述物料到达分选装置对应的喷吹位置的时间；其中，所述基于所述第一图像和所述第二图像获得所述物料的质心，具体包括：基于所述第二图像获得所述物料的形状；基于所述第一图像获得所述物料的密度，并基于所述物料的形状和密度获得所述物料的质心；

其中，所述质心的获得方法包括：

对第二图像进行预处理，利用图像聚类对第二图像中物料区域进行分割提取，获得第二物料区域图像，并基于第二物料区域图像获得所述物料的形状函数；

对待检测的第一图像进行预处理；利用图像聚类对第一图像中物料区域进行分割提取，获得第一物料区域图像；对第一物料区域图像进行像素点的提取，将像素点作为聚类的输入进行分类，对于聚类后离散的像素点进行密度估计，获得密度函数；将利用所述密度函数和所述形状函数获得物料的质心；

分选装置，位于所述布料装置的下游，用于对到达所述喷吹位置的所述物料的质心进行喷吹实现物料分选；以及

接料装置，用于容置分选后的物料。

2.根据权利要求1所述的物料分选系统，其特征在于，所述分选装置包括位于物料运动轨迹下方的多个喷阀，各所述喷阀包括沿所述布料装置的宽度方向布置的多个喷嘴。

3.根据权利要求2所述的物料分选系统，其特征在于，所述控制装置还用于执行以下至少之一：

基于所述质心获取所述物料的运动轨迹；

基于所述运动轨迹获得所述物料到达所述喷吹位置的时间；

基于所述物料到达所述喷吹位置的时间，向所述分选装置发送启动喷吹的时间；

基于所述物料品类选择所述分选装置上对所述物料进行喷吹的喷阀；以及

基于所述物料的形状选择对应喷阀上进行喷吹的喷嘴。

4.根据权利要求1所述的物料分选系统，其特征在于，所述X射线探测模块和所述三维图像获取模块沿所述布料装置的同一宽度方向排列设置。

5.根据权利要求1所述的物料分选系统，其特征在于，所述X射线探测模块包括设置在所述布料装置上方的X射线发射源以及设置在所述布料装置下方的X射线探测器。

6.根据权利要求1所述的物料分选系统，其特征在于，两个所述线激光双目立体相机在所述布料装置上的视角覆盖区域存在部分交叠，两个所述线激光双目立体相机在所述布料装置上的识别区域不交叠。

7.根据权利要求1所述的物料分选系统，其特征在于，所述线激光双目立体相机的视角范围为75°~90°。

8.根据权利要求1所述的物料分选系统，其特征在于，所述分选装置包括第一喷阀和第二喷阀，所述第一喷阀和所述第二喷阀用于将所述物料分选为至少三种品类。

9.一种物料分选方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的物料分选系统对物料进行分选，所述物料分选方法包括：

在物料输送过程中，通过X射线探测模块获取所述布料装置上所述物料的第一图像，通过三维图像获取模块获取所述物料的第二图像；

控制装置基于所述第一图像获得所述物料的物料品类；基于所述第一图像和所述第二图像获得所述物料的质心；以及基于所述物料的质心获得所述物料到达分选装置对应的喷吹位置的时间；

所述物料自所述布料装置上下落至所述分选装置对应的喷吹位置时，所述分选装置对所述物料的质心进行喷吹实现物料分选。

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