CN210614407U

CN210614407U - 一种基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统

Info

Publication number: CN210614407U
Application number: CN201921624474.8U
Authority: CN
Inventors: 李高强; 金剑光; 胡荣新; 陈林
Original assignee: Beijing Anqi Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Anqi Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2020-05-26
Anticipated expiration: 2029-09-26

Abstract

本实用新型公开了一种基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，包括第一相机、第二相机、分析计算模块、分选机构及中央处理器，第一相机安装在输送装置正上方，第二相机安装在输送装置末端外侧正上方，分析计算模块与第一相机及第二相机连接，分选机构安装在输送装置末端的第二相机外侧，中央处理器与分析计算模块及分选机构连接。本实用新型扩大了识别系统的尺寸识别范围，减少识别设备数量，提高分选效率。

Description

一种基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统

技术领域

本实用新型涉及物料分选技术领域，尤其涉及一种基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统。

背景技术

在混杂物体分拣的场景中，比如环保领域的破碎后的建筑垃圾分选，建筑垃圾里除了大量的砖、混凝土外，还有很多的木料、塑料、织物、发泡混凝土等轻质物。传统的分选一般是采取风选或水选。风选是采用风机用正压或负压方式，把密度低的物体吹出来。但是对于木料、发泡混凝土和硬质塑料，很多风选吹不干净。对于水选，一些织物和木板吸水后也分不出来，同时水选会带来水污染的二次污染问题。也有采用光谱分选、X射线分选和颜色分选等传感器分选方案，但是对于物料混杂的情况下，传感器分选检测参数比较简单，混杂物料情况下识别准确性差。比如：(1)色选机；(2)光选机。

传统的色选机和光选机具有如下缺点：

(1)色选机只能按照颜色分选，不能按照物体种类分选；

(2)光选机很多采用近红外高光谱相机，根据光谱特征曲线识别，成本高，且只能对部分近红外照射下有差异的物质进行识别。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，其通过至少2个相机检测输送装置上运动中的物体，并在输送装置的末端设置分选机构，由于长物料进入相机视线内的时间较长等原因，其识别需要的时间长，但受输送装置上污脏背景干扰弱，因此可在输送装置上方设置一个相机进行检测，并且离分选机构远，可以保证分析计算模块有足够多的识别分析时间；由于短物料所需识别时间短，可以离分选机构近，但是短物料容易受传送带上污脏背景干扰，比如累积在传送带上的灰会模糊小尺寸的木料、红砖颗粒的图像和背景颜色，所以可通过在输送装置的末端及分选机构之间的空间上方设置另一个相机，用于检测短尺寸物料，此时物料在抛物线飞行过程中，其图像背景是干净的纯色背景(也可以在传送带末端下方设置单色的背景板设置纯色背景)，不会干扰短物料的识别；本实用新型扩大了分选系统的尺寸识别范围，能够减少识别设备的数量，提高分选效率。

本实用新型具体通过以下技术方案来实现：

一种基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，包括第一相机、第二相机、分析计算模块、分选机构及中央处理器，第一相机安装在输送装置正上方，第二相机安装在输送装置末端外侧正上方，分析计算模块与第一相机及第二相机连接，分选机构安装在输送装置末端的第二相机外侧，中央处理器与分析计算模块及分选机构连接。

在保证检测和计算时间足够的情况下，优选地，第一相机安装在输送装置中部偏下游正上方，此时，物料在输送装置上已经达到稳定状态，使第一相机获取的图像信息质量更高。

优选地，第二相机对应的输送装置末端外侧下方设有纯色的背景板，使第二相机采集的图像中物料的背景较为简单。

优选地，输送装置上表面设有坐标标识，使第一相机、第二相机采集的图像中有坐标标识，进一步便于分析计算模块计算物料的尺寸。

优选地，分选机构末端用于分选目标物料的分选执行模块为呈矩阵分布的多个，且最外侧的两分选执行模块分别与输送装置横向两端相对应。

优选地，分选机构选用高压气嘴矩阵定向喷吹装置，其包括通过气管连接的气罐和分选执行模块以及控制分选执行模块启闭的控制模块，控制模块由中央处理器控制；分选执行模块为气嘴，气嘴为呈矩阵分布的多个，且最外侧两气嘴分别与传送装置横向两端相对应。

优选地，气嘴的出口斜向上，与输送装置运行方向之间的夹角呈30°-60°。

或者，分选机构选用机械拨盘。

优选地，输送装置末端外侧下方还设有用于收集物料的收集箱，或者设置隔板，将某一物料与其他物料隔开。

本实用新型还提供一种由上述任一种分选系统构建的多物料分选装置，其包括分选系统a,分选系统b,……,分选系统n，用于分选出种类A,种类B,……,种类N，且在运行方向上，后一分选系统初始端低于前一分选系统末端，便于接收分选后的物料。

本实用新型有效地解决了现有技术中按照色选和光选不能分选不同尺寸物料的缺陷，有效解决了短物料不易识别的难题，扩大了识别系统的尺寸识别范围，减少了识别设备数量，提高了分选效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统的结构示意图；

图2为输送装置与气嘴的相对位置示意图；

图3为多物料分选装置的结构示意图。

其中，1、第一相机；2、第二相机；3、输送装置；4、分析计算模块；5、长物料；6、短物料；7、分选机构；71、气罐；72、气管；73、分选执行模块；74、控制模块；8、中央处理器；9、收集箱。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

实施例1

本实用新型提供的基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，如图1-2，包括第一相机1、第二相机2、分析计算模块4、分选机构7及中央处理器8；第一相机安装在输送装置3正上方，用于获取输送装置上物料的图像信息；第二相机安装在输送装置3末端外侧正上方，用于获取输送装置末端飞行状态(物料脱离输送装置末端后以抛物线轨迹下落，此时处于飞行状态)物料的图像信息；分析计算模块4与第一相机1及第二相机2连接，用于分析第一相机1采集图像中长物料5的形状、位置信息以及第二相机采集图像中短物料6的形状、位置信息；分选机构7安装在输送装置3末端的第二相机2外侧，用于分选出目标物料；中央处理器8与分析计算模块4及分选机构7连接，用于根据分析计算模块的分析结果控制分选机构的工作状态，分析结果包括长物料及短物料的形状、位置信息。

进一步地，为了实现按照物料的种类分选，分析计算模块还用于分析物料的种类信息。

本实用新型中用于分析物料形状、位置、种类信息的分析计算模块4可以采用现有技术中的图像识别算法(识别形状、位置、种类信息的算法可以选用不同的算法，然后加载在相应的硬件上即可)，能够快速识别图像中各物料的形状、位置、种类信息，其识别时间为几毫秒到几秒，小于物料从第一相机及第二相机达到分选机构的时间，具体在设置分选机构的位置时，可以根据不同图像识别算法所需时间来确定。另外，一般的输送装置尺寸较长，其输送时间要远大于图像识别算法的识别时间。

具体地，第一相机1及第二相机2的视野都需要覆盖输送装置3横向方向的所有位置，也即能够获取横向方向所有物料的图像信息，以保证输送装置上的所有物料得到有效分选。

具体地，长物料5、短物料6的形状信息包括但不限于其在输送装置横向方向及纵向方向的尺寸信息，长物料5、短物料6的位置信息指其在输送装置上的坐标信息(由于输送装置处于运行状态，所以物料在输送装置纵向方向的坐标信息是动态的，但其在输送装置横向方向的坐标是不变的)，长物料5、短物料6的种类信息指物料的材质信息，例如砖、混凝土、木材、塑料、金属、织物、发泡混凝土等。

具体地，分析计算模块4及中央处理器8可选择高性能计算机；输送装置3为输送带；分选机构7可选择高压气嘴矩阵定向喷吹装置，也可以是机械拨盘等其他分选机构；所述第一相机1及第二相机2均采用工业相机。

上述分选系统可用于分选出同种类的物料(包括长物料、短物料)，也可用于分选出不同种类的长物料或者不同种类的短物料，当需要分选出多种物料时，可以采用串联的多台上述分选系统，依次将相应的物料分选出来；另外，还可用上述任一台分选系统分选出不同种类物料，剩下比较纯的物料，例如把建筑垃圾中的木料、塑料、织物等选出，留下比较纯的砖瓦无机料。

本实用新型提供的分选系统的原理是：由于识别长物料所需时间长于短物料，并且输送带表面在各种物料经过后容易污脏，使采集的图像背景元素太多，长物料受污脏背景干扰弱，而短物料受污脏背景干扰强，所以，输送装置正上方设置的第一相机主要用于获取长物料图像信息，同时距离分选机构较远，能够保证分析计算模块有足够多的识别时间，而输送装置末端外侧的第二相机主要用于获取短物料图像信息，短物料脱离输送装置后不再受输送装置表面污脏背景的干扰，更利于被识别，虽然距离分选机构较近，但所需识别时间较短；在选择分选某一种类的物料时，根据识别出的长物料及短物料，控制分选机构的工作状态即可将其分离，例如具体开启分选机构中的哪几个分选执行模块、开启的时间节点及持续时间等信息。

当将混杂物体向输送装置倾倒时，由于输送装置具有一定的运行速度(例如3m/s)，不同物料被逐渐分离开(运动方向上的相邻两物料间隔约10cm左右)，散落在输送装置上；在实际设计中，考虑物料在输送装置上的稳定时间以及减小设备长度，在保证检测和计算时间足够的情况下，第一相机优选安装在输送装置的中部偏下游位置。

为了便于识别短物料，优选地，可在第二相机2对应的输送装置3末端外侧下方设置纯色的背景板，针对不同种类的物料，可以选择不同颜色的背景板，尽量使背景色与所分选种类物料的颜色相差较大，例如分选红砖物料时，可以选择白色或者黑色的背景板；当不设置物理的背景板时，输送装置3末端下方的空间背景在没有其他物体时会呈现自然的黑色。

具体地，分析计算模块4的分析方法可如下：

获取输送装置的坐标信息，以输送装置起始端横向一侧为坐标原点(0,0)，以横向为x轴、纵向为y轴，或者以横向为y轴、纵向为x轴；

获取第一相机采集的图像信息，分析所有可清晰识别的物料的形状，筛选其中尺寸大于a的物料作为长物料，并确认该长物料是否为要分选的物料A，若是，则识别该长物料的坐标信息；

获取第二相机采集的图像信息，分析所有可清晰识别的物料的形状，筛选其中尺寸小于b的物料作为短物料，并确认该短物料是否为要分选的物料A，若是，则识别该短物料的坐标信息；

其中，b≥a>0，尺寸为物料在输送装置横向方向及纵向方向的尺寸，从而确保没有漏检的物料。

例如可以选择a＝b＝100mm。更优地，考虑尺寸检测的误差，b>a,例如可以选择a＝80mm,b＝100mm，增加对第一相机和第二相机检测物料重复部分的合并，减小物料漏检可能。

具体地，在识别长物料、短物料的坐标信息时，可以预先获取第一相机、第二相机的视野边界的坐标信息，当物料全部进入视野内后，根据视野边界的坐标信息，即可获取物料的在输送装置横向方向及纵向方向的尺寸信息；或者，在输送装置的x轴方向及y轴方向设有坐标标识，使第一相机、第二相机采集的图像背景包含坐标标识，当物料全部进入视野内后，只需要根据坐标标识即可直接识别物料在输送装置横向方向及纵向方向的尺寸信息。

为了保证输送装置横向方向的所有物料被分选出，优选地，分选机构7末端用于分选目标物料的分选执行模块73为在输送装置横向方向间隔设置的多个，且最外侧的两分选执行模块73分别与输送装置横向两端相对应，相邻两个分选执行模块73之间的距离小于主流物料的最小尺寸，从而保证短物料不会从两个分选执行模块73之间脱落。当长物料在输送装置纵向方向的尺寸较长时，相对应的分选执行模块73的开启时间可以延长，或者，每个分选执行模块73的开启时间固定不变，而在输送装置纵向方向设置多排分选执行模块73，使分选执行模块73整体呈矩阵分布。

具体地，中央处理器8控制分选机构7工作状态的方法可如下：

获取输送装置3、第一相机1、第二相机2及各分选执行模块73的坐标信息，根据输送装置3的运行速度v，计算得出长物料从第一相机运行至分选执行模块所需的时间t₁，以及短物料从第二相机运行至分选执行模块所需的时间t₂；

接收分析计算模块4的分析结果后，根据种类A中长物料、短物料在输送装置横向方向及纵向方向的坐标及尺寸，选择打开相应位置的分选执行模块，将种类A中的长物料、短物料分选出。

具体地，中央处理器8控制某个分选执行模块73启闭的方法可为：当第一相机1获取图像信息后，在时间t₁后开启相应的分选执行模块73，分选执行模块73开启的时间由物料在输送装置纵向方向的尺寸及输送装置的运行速度决定，随后自动关闭。

例如，种类A选择木材时，当长物料平行于输送装置横向方向，且其在输送装置横向方向的尺寸为20cm，横向方向相邻两分选执行模块73的间距为50mm时，需要开启对应坐标位置的3-4个两分选执行模块73，具体选择时，可选择长物料横向坐标范围内对应的分选执行模块73；当长物料平行于输送装置纵向方向，且在输送装置纵向方向的尺寸为20cm，分选执行模块73只有一排时，可以控制分选执行模块73的开启时间足够使长物料的通过分选执行模块73，开启时间为物料在输送装置纵向方向的尺寸与输送装置的速度之比；同样地，当长物料处于倾斜状态时，开启相对应位置的分选执行模块73即可。

优选地，分选机构7包括通过气管72连接的气罐71和分选执行模块73以及控制分选执行模块73启闭的控制模块74，控制模块74由中央处理器8控制，每个分选执行模块73对应设置一个控制模块74；分选执行模块73为气嘴，气嘴73为呈矩阵分布的多个，且最外侧两气嘴分别与传送装置横向两端相对应。

具体使用地，气罐71内存储的气压是固定的，所以气嘴喷出的气压也是一定的，由于不同种类的物料重量不同，所需要的气压不同，所以可预先试验得到不同种类物料对应的合适气压，当分选相应种类时，选择相应的气压即可。

为了防止物料在气嘴作用下向上“涌起”，优选地，气嘴的出口斜向上，与输送装置运行方向之间的夹角呈30°-60°，例如45°，从而改变物料的抛物线轨迹，延长物料在水平方向的飞行距离，以完成分选的目的。

在图1-2中，设置阴影的物料代表种类A，未设置阴影的物料代表其他物料，为了保证分选的效果，优选地，输送装置3末端外侧下方还设有用于收集种类A物料的收集箱9，或者设置隔板，将种类A物料与其他物料隔开。

实施例2

本实用新型还提供一种根据实施例1中任一种分选系统构建的多物料分选装置，如图3所示，其包括分选系统a、分选系统b、……分选系统n(n≥2)，用于分选出种类A、种类B、……种类N，且在运动方向上，后一分选系统初始端位于前一分选系统末端下方。

优选地，每一个分选系统末端可设置与其垂直分布的两个分选系统，分别用于承载目标物料及其他物料。当物料中仅剩一个种类的物料时，可在该分选系统末端设置的两个与其垂直分布的传送带，每个传送带上分别设置一个收集箱9，分别用于收集长物料和短物料，并经传送带运输出去。

例如，如图3所示，物料中有3个种类，分别为种类A、种类B、种类C，分选系统a将种类A从其他两种物料分选出来，并使种类A落在分选系统c上，使种类B和种类C落在分选系统b上，分选系统c末端可设置传送带1和传送带2，分别用于承载分选出的长物料和短物料，而分选系统b的末端还可设置分选系统d和分选系统e，分别用于分选种类B和种类C，种类B和种类C也可同种类A一样，分选出其中的长物料和短物料。

本实用新型扩大了识别系统的尺寸识别范围，能够减少识别设备数量，提高分选效率；同时能够将不同种类的物料分选出，实现完全分类。

以上所述实施方式仅表达了本实用新型的多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，其特征在于，包括第一相机(1)、第二相机(2)、分析计算模块(4)、分选机构(7)及中央处理器(8)，第一相机安装在输送装置(3)正上方，第二相机安装在输送装置末端外侧正上方，分析计算模块与第一相机及第二相机连接，分选机构安装在输送装置末端的第二相机外侧，中央处理器与分析计算模块及分选机构连接。

2.根据权利要求1所述的基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，其特征在于，第一相机安装在输送装置中部偏下游正上方。

3.根据权利要求1所述的基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，其特征在于，第二相机对应的输送装置末端外侧下方设有纯色的背景板。

4.根据权利要求1所述的基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，其特征在于，输送装置上表面设有坐标标识。

5.根据权利要求1所述的基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，其特征在于，分选机构末端用于分选目标物料的分选执行模块(73)为呈矩阵分布的多个，且最外侧的两分选执行模块分别与输送装置横向两端相对应。

6.根据权利要求1所述的基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，其特征在于，分选机构(7)为高压气嘴矩阵定向喷吹装置，其包括通过气管(72)连接的气罐(71)和分选执行模块(73)以及控制分选执行模块启闭的控制模块(74)，控制模块由中央处理器控制；分选执行模块为气嘴，气嘴为呈矩阵分布的多个，且最外侧两气嘴分别与传送装置横向两端相对应。

7.根据权利要求6所述的基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，其特征在于，气嘴的出口斜向上，与输送装置运行方向之间的夹角呈30°-60°。

8.根据权利要求1所述的基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，其特征在于，分选机构为机械拨盘。

9.根据权利要求1所述的基于多相机组合识别不同尺寸物料的分选系统，其特征在于，输送装置末端外侧下方还设有用于收集物料的收集箱(9)，或者设置隔板，将某一物料与其他物料隔开。

10.一种由权利要求1-9任一所述的分选系统构建的多物料分选装置，其特征在于，包括分选系统a，分选系统b，……，分选系统n，且在运行方向上，后一分选系统初始端低于前一分选系统末端。