本發(fā)明涉及一種采用多相機(jī)成像模塊的物料分選設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

隨著色選機(jī)在大米和雜糧分選上的大量應(yīng)用，中國的色選機(jī)行業(yè)進(jìn)入了快速成長期，生產(chǎn)廠家越來越多，品種規(guī)格越來越豐富，國產(chǎn)設(shè)備所占的份額也逐年增加。隨著制造廠家的增多，色選機(jī)的功能也越來越全，從最早的單通道機(jī)型發(fā)展成多通道機(jī)型，從原來的灰度分選功能發(fā)展成色度分選、色差分選、形選等功能，從可見光識(shí)別發(fā)展成紅外光、紫外光、激光識(shí)別等。尤其是最近幾年，中國色選機(jī)行業(yè)發(fā)展更為迅猛，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在需要對(duì)固體顆粒物料進(jìn)行色彩選別的加工工業(yè)，如糧食、農(nóng)產(chǎn)品、礦石及塑料品加工工業(yè)等。在不合格產(chǎn)品與合格產(chǎn)品因粒度十分接近而無法用篩選設(shè)備分離，或者密度基本相同而無法用比重分選設(shè)備分離的場合，色選機(jī)卻能進(jìn)行有效的分離，其獨(dú)特作用十分明顯。

然而，目前主流的色選機(jī)常用的是單成像模塊，即在垂直于色選機(jī)每一個(gè)料槽的前后兩側(cè)各放置一個(gè)單成像模塊（單成像模塊處于料槽的中垂線上），前后兩個(gè)單成像模塊分別負(fù)責(zé)對(duì)物料前后兩面的信號(hào)進(jìn)行采集。但是這種成像方式存在一些固有缺陷：它只能采集物料前后兩面的一部分信號(hào)，會(huì)存在視覺盲區(qū)，從而導(dǎo)致物料的部分信息的丟失。例如，對(duì)于球狀物料，當(dāng)用單相機(jī)成像模塊對(duì)其表面信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)，假設(shè)物料表面法線與物料相機(jī)連線之間的角度為β，那么當(dāng)β較小時(shí)，即面對(duì)著相機(jī)的那部分物料表面的分辨率是比較高的，它的成像清晰可靠，當(dāng)β較大時(shí)，即非面對(duì)著相機(jī)的那部分物料表面的分辨率是比較低的，它的成像比較模糊，當(dāng)β很大（比如β接近90°）時(shí)，分辨率很低，相機(jī)已經(jīng)無法有效識(shí)別采集到的信號(hào)。因此單相機(jī)成像模塊只能有效采集球形物料球冠表面內(nèi)的信號(hào)，前后兩個(gè)單成像模塊只能有效采集球狀物料前后兩個(gè)球冠表面內(nèi)的信號(hào)，但這兩個(gè)球冠表面的面積之和小于整個(gè)球表面的面積，這樣就會(huì)存在一些視覺盲區(qū)。同理，色選機(jī)中常見的其他的一些顆粒狀物料，或多或少都會(huì)存在一些視覺盲區(qū)。由于這樣一些盲區(qū)的存在，就會(huì)導(dǎo)致一些物料的漏選，比如從正常玉米粒中剔除發(fā)霉玉米粒，因?yàn)槊裹c(diǎn)比較小，且霉點(diǎn)可以分布在玉米表面的各個(gè)地方，當(dāng)霉點(diǎn)分布于盲區(qū)內(nèi)時(shí)，相機(jī)將采集不到霉點(diǎn)信號(hào)，從而會(huì)被當(dāng)做正常玉米粒而保留，導(dǎo)致漏選，降低了色選精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)下的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種采用多相機(jī)成像模塊的物料分選設(shè)備及方法，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決了現(xiàn)有技術(shù)下的物料分選設(shè)備的缺陷，分選準(zhǔn)確度更高，更加安全可靠。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種采用多相機(jī)成像模塊的物料分選設(shè)備，包括依次設(shè)置的送料機(jī)構(gòu)、成像系統(tǒng)、剔除裝置和用于接收物料的接收裝置，所述成像系統(tǒng)包括用于物料流正面圖像采集的第一成像系統(tǒng)和用于物料流背面圖像采集的第二成像系統(tǒng)，所述第一成像系統(tǒng)設(shè)有位于物料運(yùn)行路徑正面方向上的多個(gè)相機(jī)成像模塊，所述第二成像系統(tǒng)設(shè)有位于物料運(yùn)行路徑背面方向上的多個(gè)相機(jī)成像模塊，同一成像系統(tǒng)的多個(gè)相機(jī)成像模塊可以平行，也可以不平行設(shè)置。

優(yōu)選的，這種設(shè)備還設(shè)有照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括設(shè)置于物料運(yùn)行路徑正面方向上的第一照明系統(tǒng)和設(shè)置于物料運(yùn)行路徑背面方向上的第二照明系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述第一照明系統(tǒng)和第二照明系統(tǒng)均采用紅外光、紫外光或可見光光源。

優(yōu)選的，所述送料機(jī)構(gòu)包括送料振動(dòng)器和設(shè)置于所述送料振動(dòng)器末端的物料輸送槽，所述物料輸送槽與所述送料振動(dòng)器存在預(yù)設(shè)夾角，所述物料輸送槽的進(jìn)料端高于其出料端。

優(yōu)選的，所述剔除裝置為氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)有高壓高頻氣動(dòng)電磁閥。

優(yōu)選的，所述接收裝置包括用于接收合格物料的第一接收裝置和用于接收不合格物料的第二接收裝置，所述第一接收裝置的開口設(shè)置于物料的自然落點(diǎn)處，所述第二接收裝置的開口設(shè)置于所述剔除裝置的剔除方向。

優(yōu)選的，所述相機(jī)成像模塊包括鏡頭和設(shè)置于所述鏡頭后方的電路板，所述電路板連接有CCD芯片，所述CCD芯片與所述鏡頭之間設(shè)有間距。

優(yōu)選的，所述采用多相機(jī)成像模塊的物料分選設(shè)備還設(shè)有通訊相連的圖像處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述圖像處理系統(tǒng)連接所述成像系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)連接所述剔除裝置。

相應(yīng)于上述采用多相機(jī)成像模塊的物料分選設(shè)備，本發(fā)明還提供了一種采用多相機(jī)成像模塊的物料分選方法，技術(shù)方案如下：

獲取每個(gè)相機(jī)成像模塊采集到的待分選物料的圖像信息及紅綠藍(lán) RGB 三種顏色信息；

將所述待分選物料的紅綠藍(lán) RGB 顏色信息轉(zhuǎn)換成色調(diào)-飽和度-明度 HSV信息或色調(diào)-飽和度-亮度HSL信息；

判斷轉(zhuǎn)換得到的待分選物料的色調(diào)-飽和度-明度信息中的色調(diào)值、飽和度值或明度值或色調(diào)-飽和度-亮度信息中的色調(diào)值、飽和度值或亮度值是否符合顏色預(yù)設(shè)條件，如果不符合，則輸出剔除信號(hào)；

剔除裝置接收剔除信號(hào)后，將不符合分選條件的物料剔除。

優(yōu)選的，采用多相機(jī)成像模塊的物料分選方法中，所述圖像信息中各微小面元的計(jì)算方法如下：

上式中，R為圓形物料的半徑；

μ為鏡頭到物料中心的垂直距離（物距）；

ν為鏡頭到CCD面的垂直距離（像距）；

β為鏡頭與物料中心連線和物料半徑的夾角；

為微小面元對(duì)物料中心所張的角度；

α為該微小面元與物料半徑的夾角。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明在單相機(jī)成像模塊的基礎(chǔ)上，在單相機(jī)成像模塊的左側(cè)或右側(cè)增加一個(gè)或多個(gè)相機(jī)成像模塊；或者是在單相機(jī)成像模塊的上方或下方增加一個(gè)或多個(gè)相機(jī)成像模塊，甚至更為復(fù)雜的，可以在現(xiàn)有的單相機(jī)成像模塊的上側(cè)或者下側(cè)或者左側(cè)或者右側(cè)加入一個(gè)或者多個(gè)相機(jī)成像模塊，從而增大了物料兩側(cè)的分辨率和探測范圍，使得色選機(jī)獲取的物料表面信息更加全面，減小了視覺盲區(qū)，提高了色選精度。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用方便，能夠顯著提高物料分選設(shè)備的分選效率，相比于傳統(tǒng)技術(shù)的物料分選設(shè)備更加快捷高效。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明另一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明單個(gè)相機(jī)成像模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的分析原理圖；

圖5是本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式下的成像分析圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

參見圖1-3，本發(fā)明提供了一種采用多相機(jī)成像模塊的物料分選設(shè)備，包括沿物料移動(dòng)方向依次設(shè)置的送料機(jī)構(gòu)、成像系統(tǒng)、剔除裝置5和用于接收物料的接收裝置，所述送料機(jī)構(gòu)包括送料振動(dòng)器1和設(shè)置于所述送料振動(dòng)器末端的物料輸送槽2，所述物料輸送槽與所述送料振動(dòng)器存在預(yù)設(shè)夾角，使得所述物料輸送槽的進(jìn)料端高于出料端，給待檢物料提供一個(gè)加速下滑的通道，物料在所述送料振動(dòng)器的振動(dòng)下向所述物料輸送槽均勻輸送，通常所述物料輸送槽設(shè)有蓋板或彈性蓋板，使得物料被限制在一個(gè)平面內(nèi)輸送，并能夠在重力的作用下加速到特定的速度，使得待檢物料脫離物料輸送槽后形成均勻的且不重疊的物料流；

所述成像系統(tǒng)包括設(shè)置于物料運(yùn)行路徑正面方向上的（能夠拍攝物料流的正面的）第一成像系統(tǒng)和設(shè)置于物料運(yùn)行路徑背面方向上的（能夠拍攝物料流的背面的）第二成像系統(tǒng)，所述第一成像系統(tǒng)和第二成像系統(tǒng)均包含多個(gè)相機(jī)成像模塊，同一成像系統(tǒng)的多個(gè)相機(jī)成像模塊平行或不平行設(shè)置（例如上下方向上呈品字形設(shè)置），所述成像系統(tǒng)用于接受物料表面信息并發(fā)送給圖像處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；

所述采用多相機(jī)成像模塊的物料分選設(shè)備還設(shè)有照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括設(shè)置于物料運(yùn)行路徑正面方向上的（能夠照射物料流正面的）第一照明系統(tǒng)3.1和設(shè)置于物料運(yùn)行路徑背面方向上的（能夠照射物料流背面的）第二照明系統(tǒng)3.2，兩個(gè)照明系統(tǒng)分別對(duì)準(zhǔn)物料的前后看點(diǎn)區(qū)域以均勻照亮物料；

所述剔除裝置可以采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)有高壓高頻氣動(dòng)電磁閥，通過射出氣流將不合格物料吹離正常的物料流；所述接收裝置包括用于接收合格物料的第一接收裝置6.1和用于接收不合格物料的第二接收裝置6.2，所述第一接收裝置的開口設(shè)置于物料的自然落點(diǎn)處，所述第二接收裝置的開口設(shè)置于所述剔除裝置的剔除方向。

所述相機(jī)成像模塊包括鏡頭7和設(shè)置于所述鏡頭后方的電路板9，所述電路板連接有CCD芯片8，所述CCD芯片與所述鏡頭之間設(shè)有間距，其中鏡頭用于接受物料表面信息，并聚焦于所述CCD芯片上，所述CCD芯片和電路板將鏡頭聚焦過來的物料信息進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，并傳送給圖像處理和控制系統(tǒng)。

所述采用多相機(jī)成像模塊的物料分選設(shè)備還設(shè)有通訊相連的圖像處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述圖像處理系統(tǒng)連接所述成像系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)連接所述剔除裝置。

如圖1所示，作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，同一成像系統(tǒng)的多個(gè)相機(jī)成像模塊左右平行設(shè)置，第一成像系統(tǒng)包括單相機(jī)成像模塊4.1a和另一個(gè)單相機(jī)成像模塊4.1b，第二成像系統(tǒng)包括在單相機(jī)成像模塊4.2a和另一個(gè)單相機(jī)成像模塊4.2b，單相機(jī)成像模塊4.1a、4.1b平行放置，4.2a、4.2b平行放置。

下面具體說明本實(shí)施例中在左右水平方向上增加一個(gè)相機(jī)成像模塊從而提高分辨率的原理。

如圖4所示，物料處于相機(jī)的看點(diǎn)上，假設(shè)物料為圓形，其半徑為R，鏡頭與物料中心連線和物料半徑的夾角為β，鏡頭到物料中心的垂直距離為μ（物距），鏡頭到CCD面的垂直距離為ν（像距）。此時(shí)在物料表面上取一個(gè)微小的面元AC，該面元對(duì)物料中心所張的角度為，該面元與物料半徑的夾角為α，在三角形OAB中，應(yīng)用幾何定理可以得到：

因?yàn)槲锪系某叽缫话悴淮笥?0mm，而色選機(jī)的物像距在幾百毫米，物料的尺寸相對(duì)于物像距很小，因此物料尺寸可近似理解為一個(gè)點(diǎn)，故在考慮色選機(jī)的物像放大率時(shí)，可認(rèn)為物距為一常數(shù)，物像放大率也是一個(gè)常數(shù)。因此通過幾何關(guān)系可以推導(dǎo)出物料上A、B兩點(diǎn)的像點(diǎn)位置，從而可以由它們之間的相對(duì)關(guān)系得到微小面元的像的大?。?/p>

參考色選機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和物料的尺寸，假設(shè)物料的半徑R=5mm，物距μ=580mm，像距v=55mm，物料表面上所取面元為=1°，將相機(jī)擺在以下的兩個(gè)位置上：一個(gè)相機(jī)在物料的正前方，此時(shí)β=0°；另一個(gè)相機(jī)擺在物料的側(cè)前方，它與第一個(gè)相機(jī)相距314/2=157mm，經(jīng)過計(jì)算此時(shí)β=13.9°，兩個(gè)相機(jī)平行放置。在°≤α≤90°的范圍內(nèi)，兩個(gè)相機(jī)針對(duì)面元=1°所成像的大小如圖5所示。

從上面的分析可得，物料正前方的那個(gè)相機(jī)看到的物料是左右對(duì)稱的，物料中間的分辨率最高，兩端逐漸降低，在±90°的兩個(gè)位置上分辨率降為0；物料側(cè)前方的那個(gè)相機(jī)看到的物料是非對(duì)稱的，物料的左側(cè)看到的更多，右側(cè)看到的更少，在=13.9°的位置上分辨率最高，在-76.6°和103.4°兩個(gè)位置上分辨率為0，說明了在物料側(cè)前方加入了另一個(gè)相機(jī)成像模塊后改善了物料左側(cè)的分辨率和探測范圍，可以提供更多物料表面信號(hào)，減小視覺盲區(qū)。

同理，我們可以在原來單相機(jī)成像模塊的右側(cè)加入另一個(gè)相機(jī)成像模塊來改善物料右側(cè)的分辨率和探測范圍。

如圖2所示，作為本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，可以在原單相機(jī)成像模塊的上側(cè)或者下側(cè)加入另一個(gè)相機(jī)成像模塊來改善物料上側(cè)或者下側(cè)的分辨率和探測范圍，如在單相機(jī)成像模塊4.1a的下方加入了一個(gè)單相機(jī)成像模塊4.1c，在單相機(jī)成像模塊4.2a的下方加入了一個(gè)單相機(jī)成像模塊4.2c，單相機(jī)成像模塊4.1a、4.1c上下放置， 4.2a、4.2c上下放置，從而改變了物料上下方向的分辨率，提高了分選精度。

所述物料分選設(shè)備進(jìn)行物料分選的過程如下：

將物料輸送到送料振動(dòng)器上，送料振動(dòng)器通過向前上方的往復(fù)振動(dòng)，將物料不斷地向前上方拋出、落下，使得物料不斷地向前運(yùn)動(dòng)，并且逐漸分散均勻，最終進(jìn)入物料輸送槽；物料在光滑的物料輸送槽內(nèi)，受重力作用，沿物料輸送槽向下逐漸加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)物料輸送槽末端時(shí)，速度增加到一定程度，通常在1—5m/s的范圍，對(duì)于特定長度的料槽，同一類物料的速度基本一致，并且由于物料速度增加使得送料振動(dòng)器上堆疊的物料在物料輸送槽的末端基本上不重疊，并呈單層分布狀態(tài)，并且物料之間存在著一定的間隙；當(dāng)物料脫離料槽末端后，采用第一照明系統(tǒng)和第二照明系統(tǒng)進(jìn)行前后照明，然后利用第一相機(jī)成像系統(tǒng)和第二相機(jī)成像系統(tǒng)采集物料的圖像，得到的物料圖像通過圖像處理系統(tǒng)的處理，判斷出合格物料和不合格物料，然后由控制系統(tǒng)控制剔除裝置，將不合格的物料剔除，被剔除的物料落入第二接收裝置，合格品落入第一接收裝置，由此實(shí)現(xiàn)物料的分選。

作為本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，在所述物料輸送槽的末端可設(shè)有橫棱或毛糙面，使得圓形物料在從所述物料輸送槽滑出時(shí)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使得成像系統(tǒng)在物料運(yùn)行方向的單側(cè)即可通過連續(xù)拍照，采集到物料不同表面的圖像，最后完成對(duì)整個(gè)物料全部表面積的圖像采集，且不存在任何盲點(diǎn)，由于設(shè)置了前后兩套成像系統(tǒng)，只要在連續(xù)拍照區(qū)域內(nèi)，物料能夠翻轉(zhuǎn)45°，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全部表面的圖像采集，這個(gè)較小角度的翻轉(zhuǎn)通過較小的橫棱或橫向毛糙面即可實(shí)現(xiàn)且不妨礙或影響物料的正常流動(dòng)軌跡，而在45°范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物料瑕疵的有效識(shí)別，因此通常情況下對(duì)同一物料顆粒進(jìn)行兩次拍攝即可，在此情況下，同一成像系統(tǒng)的相機(jī)成像模塊可以為三個(gè)且左右對(duì)稱地分布在同一水平線上，通過三個(gè)相機(jī)成像模塊實(shí)現(xiàn)左右方向上的無死角成像，通過物料顆粒翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)方向上無死角成像，由此實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的分選。另外，在進(jìn)行物料顆粒翻轉(zhuǎn)的情況下，也可以省略掉一個(gè)方向上的成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，由此不僅簡化了整個(gè)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且降低了設(shè)備造價(jià)，節(jié)約能源。

同時(shí)，作為本發(fā)明的其他實(shí)施方式，所述成像系統(tǒng)的第一成像系統(tǒng)和第二成像系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)不同的看點(diǎn)位置，如第二成像系統(tǒng)的看點(diǎn)位置低于第一成像系統(tǒng)的看點(diǎn)位置之后，并在第一成像系統(tǒng)和第二成像系統(tǒng)后均設(shè)有剔除裝置，設(shè)備工作時(shí)先由第一成像系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集和圖像處理，然后由設(shè)置于第一成像系統(tǒng)后的第一剔除裝置將不合格產(chǎn)品剔除，然后由第二成像系統(tǒng)和第二剔除裝置進(jìn)行二次剔除，減少了圖像處理系統(tǒng)的瞬時(shí)數(shù)據(jù)處理量，提高了設(shè)備的運(yùn)行速度和分選精確度。

本發(fā)明公開的各優(yōu)選和可選的技術(shù)手段，除特別說明外及一個(gè)優(yōu)選或可選技術(shù)手段為另一技術(shù)手段的進(jìn)一步限定外，均可以任意組合，形成若干不同的技術(shù)方案。