專利名稱：顆粒物料光學色選機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種顆粒物料光學色選機，可自動去除物料中的異色顆粒，主 要用于大米等物料分選。 背景4支術目前，許多顆粒物料，例如大米等各種谷物，都需要以表面色澤進行分類 選擇，以去除其中的雜質、瑕瘋顆粒和壞顆粒等異色顆粒，滿足物料在色澤、 純度等方面的質量要求。目前，大量采用色選方式是人工色選和光電色選機色選。人工色選的缺陷是速度慢、效率低、質量不穩定、并且成本高；光電色選 機通常采用Si光二極管等作為光感應器，在顆粒物料的移動過程中接收顆粒 物料的反射光，形成與光強相應的電信號，根據電信號的強弱判斷顆粒物料的 色澤，然后在顆粒物料的流經途徑中通過控制系統控制吹氣裝置吹出氣流，將不需要的異色顆粒吹掉，這種色選機與手工色選相比在效率和可靠性方面取得 了很大的進步。然而，這種色選機需要設置與顆粒尺寸相當的溝槽來限定顆粒 物料的移動軌跡，對每一個溝槽設置一路相應的光電接收系統來獲取流經該溝 槽特定位置上的物料顆粒的光強信息，由此帶來了下列缺陷 一是由于顆粒物 料只能沿溝槽移動，限制了工作面上的物料流量，因此也就限制了色選機的處 理能力；二是每個溝槽對應一路光電接收系統，這種接收系統接收的信息是大 區域信息的疊加，同時有多個顆粒信息進入系統，因此不能4艮好地分辨每個顆 粒的細節，同時還會受到其它顆粒的千擾，導致了靈敏度不高，對顆粒色澤判 斷不準確等問題；另外系統結構也顯得較為復雜。 發明內容為了克服現有技術的上述缺陷，本發明提供了 一種顆粒物料光學色選機， 該色選機的處理量大，對異色顆粒的判斷準確，并且結構簡單。本發明解決其技術問題所采用的技術芳案是 一種顆粒物料光學色選機， 包括下料料槽、圖像采集系統、吹風系統和信息處理與控制系統，所述圖像采 集系統的觀察區域位于下料料槽限定的物料移動軌跡上，用于獲得在觀察區域 的物料圖像并轉換為圖像數字信息，所述信息處理和控制系統分別與所述的圖 像采集系統和吹風系統信號連接，用于接收所述圖像采集系統輸出的圖像數字 信號并進行分析，識別出異色顆粒，生成對吹風系統的控制信號送入吹風系統 的控制裝置，控制吹風系統進行相應的吹風動作，所述吹風系統設有若干吹嘴， 所述各吹嘴的吹風路徑穿過所述下料料槽限定的物料移動軌跡，其與物料移動 軌跡的相交位置位于所述圖像采集系統觀察區域的下方。所述圖像采集系統優選面陣或線陣CCD成像的CCD成像裝置(攝像頭或相 機等)。所述CCD成像裝置設有可以帶動其移動的光學調整架及與該光學調整架配 合的調焦驅動機構，用于進行CCD的成像調焦。所述CCD成像裝置和所述光學調整架位于一個光學分選箱內，所述光學分 選箱內還設有用于給觀察區域物料照明的前景燈、用于給背景板照明的背景燈 以及用于給CCD成j象裝置提供背景光的背景^反，所述CCD成像裝置和所述背景 板分別位于所述下料料槽限定的物料移動軌跡的兩側。所述光學分選箱上設置有散熱系統，用于改善該光學分選箱的散熱效果。所述下料坤牛槽下部延伸至所述光學分選箱內，下端端面同所述圖像采集系 統的觀察區域之間有一定距離，所述圖像采集系統的觀察區域位于所述下料料 槽下端端面的下方。所述下料料槽上部設有入料料斗，所述入料料斗下面安裝有用于向所述下 料料槽均勻給料的振動給料器。所述下料料槽下方設有出料料斗，所述下料料槽限定的物料移動軌跡穿入 所述出料料斗的進料口。所述下料料槽的下方還設有不良料斗，所述不良料斗的進料口位于所述出 料料斗進料口旁或環繞所述出料料斗的進料口 。所述信息處理與控制系統安裝在電氣設備箱內。本專利的工作過程是物料顆粒通過入料料斗的控制，以一定的進料量進 入振動給料器，在振動給料器的振動下，進入振動給料器的顆粒物料逐漸向靠 近料槽的方向運動，直到落入料槽，然后以均勻的加速度，沿料槽表面，向斜 下方運動，最后在料槽的末端脫離料槽，進入只受重力作用的狀態，沿光學分 選箱的垂直中心線作勻加速運動，當運動到CCD物點時，達到預定的速度。此 時，線陣(或面陣)CCD相機(或攝像頭，以下以CCD相機為例)對高速運動 的物料顆粒進行拍攝成像，并形成數字信號輸出，通過信息處理和控制系統進 行處理，判斷出需要吹出的不合格物料，生成控制信號控制吹氣系統動作或工 作狀態。在圖像采集和信號處理期間，物料顆粒繼續向前運動，進入垂直于吹 氣系統的吹嘴的正前方，此時，吹氣系統在信息處理和控制系統的控制信號下 已經準備就緒，如果是合^f各的物料，則關閉相應的吹嘴，讓物料自由運動進入 出料料斗；如果是不合格物料，則打開相應的吹嘴吹氣，將不合格的物料吹離 原來的運動軌跡，進入不良料斗，由此完成物料顆粒的色選。本發明的有益效果是(1)在下料料槽的槽面上不設溝槽，采用整個寬料 槽來實現顆粒物料的下料，克服了現有光電色選設備采用間隔的窄溝槽下料帶 來的產量低的問題，使得顆粒物料色選的產量增加了數倍，提高了色選機的生產效率；(2)可以采用高速CCD相機完成高速運動顆粒物料的成像，克服了傳 統光電色選設備只能將平方厘米量級區域內的物料成像為一個點處理的困難， 由此獲得了兩個本質的提高， 一是獲得了極高的分辨率，達到了亞毫米量級， 能夠獲得大部分顆粒物料個體內的細節特征；另一個是只有相鄰的像素點能夠 對分辨單元產生影響，大大降低了干擾，獲得極高的信噪比。通過這兩個提高， 能夠獲得更高的色選質量，并且大大擴展了色選才凡的適應范圍；(3)整體結構 筒單可靠，容易加工、制造，便于安裝、使用，能夠大大提高生產效率，降低生產成本和提高產品質量。
圖l是本發明的結構示意圖。
具體實施方式
參見圖1,該色選機的結構框架l是整機的基本結構，用以安裝其它部件， 并保證他們的相對位置。入料料斗2通過支架支撐在結構框架1的最頂端，振 動給料器3通過帶有隔振效果的支撐腿支撐在結構框架上部，位于入料料斗2 下端，并與入料料斗保持恰當的距離，通過對入料料斗2的控制和兩者之間距 離的控制，保持振動給料器3中存在一定的顆粒物料量。下料料槽4傾斜安裝 在結構框架l上，最上端比振動給料器3的出料口稍高，并同振動給料器出料 口之間保持恰當的距離，以實現有足夠的下米量，同時避免顆粒的跳動；下料 料槽的下部沿光學分選箱5的垂直平分線延伸到光學信息獲取系統的觀察點 (觀察區域)的上方，保證顆粒物料在脫離下料料槽后，經過觀察點向前下方 運動。吹氣系統6包括高速電磁閥和吹嘴，其中高速電磁閥因為體積的緣故安 裝在光學分選箱正下方，通過導氣管將氣體導通到吹嘴，而吹嘴安裝在光學分 選箱5的中部的一側，稍低于觀測點，用來吹掉物料顆粒中的不良顆粒。出料料斗8安裝在下料料槽4通過觀察點的延長線上，其很窄的入口保證只有沿料 槽運動下來并且未被吹氣系統吹出的合格顆粒物料才能進入。不良料料斗8 的上端是一個包圍在出料料斗7周圍的非常大的一個料斗，用來接收所有為進 入出料料斗的顆粒物料，包括吹出的不良物料或者誤吹的物料，以及其它原因 未能進入入料料斗的物料。通過這一流程，將合格的物料分選出來。光學分選箱5是進行物料顆粒信息獲取的核心裝置。光學分選箱可以是一 個對稱的光學系統，這樣可以從前后兩個方向對同 一個顆粒物料進行信息獲 取。光學分選箱內的前景燈5. l安裝在光學分選箱最靠近觀測點的部位，用來 照明觀測點，保證足夠的反射或透射光強，背景燈5. 2安裝在光學分選箱的下 部，用來照明背景板，以滿足觀察背景的光強需求，背景板5.3安裝在CCD 相機5. 4的另一側，可以通過設置背景板控制系統控制背景板的旋轉，以便反 射不同強度的背景燈光到CCD相機5.4，以獲得恰當的背景光強度，CCD相機 5. 4設有鏡頭和線陣/面陣CCD，通過鏡頭將通過觀測點的顆粒物料以一定的放 大倍數清晰的成像在CCD上，通過A/D轉換，然后傳輸到信息處理和控制系統， 光學調整系統(光學調整架)5. 5用來調節CCD相機5. 4的位置，以保證物料 顆粒圖像的準確獲取，冷卻系統5.6設置在光學分選箱側面，用于將光學分選 箱5的熱量散發出去，保證系統的穩定工作，光學分選箱5將獲取的數字圖像 信息送往信息處理和控制系統，信息處理和控制系統可以分為兩部分， 一部分 是接受和分析數字圖像信息的信息處理系統，另一部分是根據信息處理系統的 分析結果信息生成控制信息的控制系統，生成的控制信息用于控制吹氣系統完 成物料分選。下面，對上述各部分的功能和要求再做進一步說明，以便本領域的技術人 員根據這些功能結合現有技術更好地實施本專利結構框架是整個系統的支撐結構，構建以保證整個系統的有效運行，進行系統各部分的合理布局并確保系 統各部分的精確定位，此外，結構框架還完成各個部分之間振動隔離。入料料 斗安裝在結構框架最頂端，用來完成物料進入和控制，需要通過入料料斗保證 進料的速率，以滿足振動器的需求和物料色選速度的匹配。振動給料器安裝在 結構框架頂端，入料料斗下方，通過振動來將顆粒物料向前上方拋出，讓物料 能夠按一定的速度落入下料料槽，并通過和下料料槽的配合來保證顆粒物料均 勻的分散，盡量減少顆粒物料在料槽中的跳動，由于本顆粒物料色選機產量與 目前光電色選機相比，大大提高，因此振動給料器的振動能力和下料速度也相 應的大大增加。下料料槽安裝在振動器下方，并通到光學分選箱中部，在稍高 于光學分選箱的觀察點(即圖像采集系統的觀察區域)，并與光學分選箱觀察 點保持恰當的距離，下料料槽主要有兩項功能， 一是限制顆粒物料在恰當的寬 度范圍內，二是保證物料以一定的速度運動到光學分選箱觀察點，此外，下料 料槽還必須要保證物料的均勻分散和平穩運動。下料料槽與通常的光電色選機 相比，不再采用一個寬料槽上分為很多比顆粒物料稍大的溝槽以使顆粒物料沿 溝槽運動形成物料線的形式，而是直接采用整個寬料槽全部用于顆粒物料下料，這樣由于整個料槽的所有空間都加以運用，使得下料量提高了很多倍。光 學分選箱主要完成高速運動顆粒物料的高分辨成像，需要保證成像的良好聚焦 和恰當的放大倍數。光學分選箱中的照明系統又分為顆粒物照明系統和背景照明系統，圖像采集系統又包括CCD成像裝置和光學調整結構；散熱系統用來導 出多余的熱量以保證照明和成像系統工作在合適的溫度范圍內。CCD光學成像 系統與傳統光電成像系統相比，通過面陣或者線陣成像，具有極高的分辨率， 在現有技術背景下可以提高兩個量級，完成對大多數顆粒物料的單個顆粒的高 分辨成像，而不是像傳統光電成^f象系統那樣，每個像點可能有多個物料顆粒的疊加，因而得到了附加的效果是大大提高了信噪比。出料料斗安裝在下料料槽 自然延伸的下方，框架結構的下部，用來接收色選后的合格的顆粒物料。不良 料料斗是用來接收吹氣系統吹出的不合格的物料，包括雜質、有瑕疵或缺陷的 物料、變質的物料等等。信息采集系統主要是與光學分選箱結合，完成信息的 采集和放大。信息處理系統主要是完成采集信息的后處理，包括物料顆粒的對 齊、分割、處理和判斷等等，完成顆粒物料不合格顆粒的定位。吹氣系統主要 是在控制系統的控制下，對不合格顆粒持續一定時間的吹氣，吹氣的方向和物 料的運動方向垂直，以保證最大效率的將不合格物料吹離合格物料運動路線， 并落入到不良料槽內，吹氣系統通過吹氣時間的長短、氣壓的大小和吹氣起始 時間的選擇來完成對不合格物料最佳的選出。控制系統通過與各個系統的通信 來獲取各個系統的信息，并通過控制管理策略來完成對各個系統的協調和控 制，電源系統為整機各個分系統和部件提供電源管理和支持。可以理解的是， 圖像采集系統、吹風系統以及出料料斗、不良料斗應對整個物料軌跡寬度都有 效。
權利要求
1.一種顆粒物料光學色選機，其特征在于包括下料料槽、圖像采集系統、吹風系統和信息處理與控制系統，所述圖像采集系統的觀察區域位于下料料槽限定的物料移動軌跡上，用于獲得在觀察區域的物料圖像并轉換為圖像數字信息，所述信息處理和控制系統分別與所述的圖像采集系統和吹風系統信號連接，用于接收所述圖像采集系統輸出的圖像數字信號并進行分析，識別出異色顆粒，生成對吹風系統的控制信號送入吹風系統的控制裝置，控制吹風系統進行相應的吹風動作，所述吹風系統設有若干吹嘴，所述各吹嘴的吹風路徑穿過所述下料料槽限定的物料移動軌跡，其與物料移動軌跡的相交位置位于所述圖像采集系統觀察區域的下方。
2. 如權利要求l所述的顆粒物料光學色選機，其特征在于所述圖像采集 系統為面陣或線陣CCD成像的CCD成像裝置。
3. 如權利要求2所述的顆粒物料光學色選機，其特征在于所述CCD成像 裝置設有可以帶動其移動的光學調整架及與該光學調整架配合的調焦驅動機 構，用于進行CCD的成像調焦。
4. 如權利要求3所述的顆粒物料光學色選機，其特征在于所述CCD成像 裝置和所述光學調整架位于一個光學分選箱內，所述光學分選箱內還"i殳有用于 給觀察區域物料照明的前景燈、用于給背景板照明的背景燈以及用于給CCD 成像裝置提供背景光的背景板，所述CCD成像裝置和所述背景板分別位于所述 下料料槽限定的物料移動軌跡的兩側。
5. 如權利要求5所述的顆粒物料光學色選機，其特征在于所述光學分選 箱上設置有散熱系統，用于改善該光學分選箱的散熱效果。
6. 如權利要求5所述的顆粒物料光學色選機，其特征在于所述下料料槽下部延伸至所述光學分選箱內，下端端面同所述圖像采集系統的觀察區域之間 留有一定距離，所述圖像采集系統的觀察區域位于所述下料料槽下端端面的下方。
7. 如權利要求l、 2、 3、 4、 5或6所述的顆粒物料光學色選機，其特征 在于所述下料料槽上部設有入料料斗，所述入料料斗下面安裝有用于向所述下 料料槽均勻給料的振動給料器。
8. 如權利要求7所述的顆粒物料光學色選機，其特征在于所述下料料槽 下方設有出料料斗，所述下料料槽限定的物料移動軌跡穿入所述出料料斗的進 料口。
9. 如權利要求8所述的顆粒物料光學色選機，其特征在于所述下料料槽 的下方還設有不良料斗，所述不良料斗的進料口位于所述出料料斗進料口旁或 環繞所述出料料斗的進料口 。
10. 如權利要求9所述的顆粒物料光學色選機，其特征在于所述信息處理 與控制系統安裝在電氣設備箱內。
全文摘要
本發明涉及一種顆粒物料光學色選機，包括下料料槽、圖像采集系統、吹風系統和信息處理與控制系統，所述圖像采集系統的觀察區域位于下料料槽限定的物料移動軌跡上，所述信息處理和控制系統分別與所述的圖像采集系統和吹風系統信號連接，用于根據所述圖像采集系統的圖像數字信號識別異色顆粒，控制吹風系統進行相應的吹風動作，所述吹風系統設有若干吹嘴，所述各吹嘴的吹風路徑穿過所述下料料槽限定的物料移動軌跡，其與物料移動軌跡的相交位置位于所述圖像采集系統觀察區域的下方，所述圖像采集系統優選面陣或線陣CCD成像的CCD相機。該色選機的處理量大，結構簡單，對異色顆粒的判斷準確，可自動去除物料中的異色顆粒，主要用于大米等顆粒物料的分選。
文檔編號B07C5/342GK101279321SQ20081010668
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月14日 優先權日2008年5月14日
發明者許大紅 申請人:許大紅