專利名稱：顆粒物料光學(xué)色選機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，可自動去除物料中的異色顆粒， 主要用于大米等物料分選。
背景技術(shù)：
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(jìn)行分類 選擇，以去除其中的雜質(zhì)、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(zhì)量要求。目前，大量采用色選方式是人工色選和光電色選機(jī)色
選。人工色選的缺陷是速度慢、效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、并且成本高；光電色選 機(jī)通常采用Si光二極管等作為光感應(yīng)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(qiáng)相應(yīng)的電信號，根據(jù)電信號的強(qiáng)弱判斷顆粒物料的 色澤，然后在顆粒物料的流經(jīng)途徑中通過控制系統(tǒng)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(jī)與手工色選相比在效率和可靠性方面取得 了很大的進(jìn)步。然而，這種色選機(jī)需要設(shè)置與顆粒尺寸相當(dāng)?shù)臏喜蹃硐薅w粒 物料的移動軌跡，對每一個溝槽設(shè)置一路相應(yīng)的光電接收系統(tǒng)來獲取流經(jīng)該溝 槽特定位置上的物料顆粒的光強(qiáng)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(jī)的處 理能力；二是每個溝槽對應(yīng)一路光電接收系統(tǒng)，這種接收系統(tǒng)接收的信息是大 區(qū)域信息的疊加，同時有多個顆粒信息進(jìn)入系統(tǒng)，因此不能很好地分辨每個顆 粒的細(xì)節(jié)，同時還會受到其它顆粒的干擾，導(dǎo)致了靈敏度不高，對顆粒色澤判 斷不準(zhǔn)確等問題；另外系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也顯得較為復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型提供了 一種顆粒物料光學(xué)色選 機(jī)，該色選機(jī)的處理量大，對異色顆粒的判斷準(zhǔn)確，并且結(jié)構(gòu)簡單。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種顆粒物料光學(xué)色選 機(jī)，包括下料料槽、圖像采集系統(tǒng)、吹風(fēng)系統(tǒng)和信息處理與控制系統(tǒng)，所述圖 像采集系統(tǒng)的觀察區(qū)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(qū)域的物料圖像并轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)字信息，所述信息處理和控制系統(tǒng)分別與所述 的圖像采集系統(tǒng)和吹風(fēng)系統(tǒng)信號連接，用于接收所述圖像采集系統(tǒng)輸出的圖像 數(shù)字信號并進(jìn)行分析，識別出異色顆粒，生成對吹風(fēng)系統(tǒng)的控制信號送入吹風(fēng) 系統(tǒng)的控制裝置，控制吹風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的吹風(fēng)動作，所述吹風(fēng)系統(tǒng)設(shè)有若干 吹嘴，所述各吹嘴的吹風(fēng)^各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(tǒng)觀察區(qū)域的下方。
所述圖像采集系統(tǒng)優(yōu)選面陣或線陣CCD成像的CCD成像裝置(攝像頭或相 機(jī)等)。
所述CCD成像裝置設(shè)有可以帶動其移動的光學(xué)調(diào)整架及與該光學(xué)調(diào)整架配 合的調(diào)焦驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于進(jìn)行CCD的成像調(diào)焦。
所述CCD成像裝置和所述光學(xué)調(diào)整架位于一個光學(xué)分選箱內(nèi)，所述光學(xué)分 選箱內(nèi)還設(shè)有用于給觀察區(qū)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(cè)。
所述光學(xué)分選箱上設(shè)置有散熱系統(tǒng)，用于改善該光學(xué)分選箱的散熱效果。
所述下料料槽下部延伸至所述光學(xué)分選箱內(nèi)，下端端面同所述圖像采集系 統(tǒng)的觀察區(qū)域之間有一定距離，所述圖像采集系統(tǒng)的觀察區(qū)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(shè)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(shè)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(jìn)料口。
所述下料料槽的下方還設(shè)有不良料斗，所述不良料斗的進(jìn)料口位于所述出 料料斗進(jìn)料口旁或環(huán)繞所述出料料斗的進(jìn)料口 。
所述信息處理與控制系統(tǒng)安裝在電氣設(shè)備箱內(nèi)。
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(jìn)料量進(jìn) 入振動給料器，在振動給料器的振動下，進(jìn)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(jìn)入只受重力作用的狀態(tài)，沿光學(xué)分 選箱的垂直中心線作勻加速運動，當(dāng)運動到CCD物點時，達(dá)到預(yù)定的速度。此 時，線陣(或面陣)CCD相機(jī)(或攝像頭，以下以CCD相機(jī)為例)對高速運動 的物料顆粒進(jìn)行拍攝成像，并形成數(shù)字信號輸出，通過信息處理和控制系統(tǒng)進(jìn) 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(tǒng)動作或工 作狀態(tài)。在圖像采集和信號處理期間，物料顆粒繼續(xù)向前運動，進(jìn)入垂直于吹 氣系統(tǒng)的吹嘴的正前方，此時，吹氣系統(tǒng)在信息處理和控制系統(tǒng)的控制信號下 已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，如果是合格的物料，則關(guān)閉相應(yīng)的吹嘴，讓物料自由運動進(jìn)入 出料料斗；如果是不合格物料，則打開相應(yīng)的吹嘴吹氣，將不合格的物料吹離 原來的運動軌跡，進(jìn)入不良料斗，由此完成物料顆粒的色選。
本實用新型的有益效果是(1)在下料料槽的槽面上不設(shè)溝槽，采用整個 寬料槽來實現(xiàn)顆粒物料的下料，克服了現(xiàn)有光電色選設(shè)備采用間隔的窄溝槽下 料帶來的產(chǎn)量低的問題，使得顆粒物料色選的產(chǎn)量增加了數(shù)倍，提高了色選機(jī)
的生產(chǎn)效率；(2)可以采用高速CCD相機(jī)完成高速運動顆粒物料的成像，克服 了傳統(tǒng)光電色選設(shè)備只能將平方厘米量級區(qū)域內(nèi)的物料成像為一個點處理的 困難，由此獲得了兩個本質(zhì)的提高， 一是獲得了極高的分辨率，達(dá)到了亞毫米 量級，能夠獲得大部分顆粒物料個體內(nèi)的細(xì)節(jié)特征；另一個是只有相鄰的像素 點能夠?qū)Ψ直鎲卧a(chǎn)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(zhì)量，并且大大擴(kuò)展了色選機(jī)的適應(yīng)范圍；(3) 整體結(jié)構(gòu)筒單可靠，容易加工、制造，便于安裝、使用，能夠大大提高生產(chǎn)效 率，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

圖l是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

參見圖l，該色選機(jī)的結(jié)構(gòu)框架l是整機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)框架上部，位于入料料斗2 下端，并與入料料斗保持恰當(dāng)?shù)木嚯x，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(jié)構(gòu)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(dāng)?shù)木嚯x，以實現(xiàn)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(xué)分選箱5的垂直平分線延伸到光學(xué)信息獲取系統(tǒng)的觀察點 (觀察區(qū)域)的上方，保證顆粒物料在脫離下料料槽后，經(jīng)過觀察點向前下方 運動。吹氣系統(tǒng)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(xué)分選箱正下方，通過導(dǎo)氣管將氣體導(dǎo)通到吹嘴，而吹嘴安裝在光學(xué)分 選箱5的中部的一側(cè)，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^f艮窄的入口保證只有沿料 槽運動下來并且未被吹氣系統(tǒng)吹出的合格顆粒物料才能進(jìn)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(jìn) 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(jìn)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(xué)分選箱5是進(jìn)行物料顆粒信息獲取的核心裝置。光學(xué)分選箱可以是一 個對稱的光學(xué)系統(tǒng)，這樣可以從前后兩個方向?qū)ν?一個顆粒物料進(jìn)行信息獲 取。光學(xué)分選箱內(nèi)的前景燈5. l安裝在光學(xué)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(qiáng)，背景燈5. 2安裝在光學(xué)分選箱的下 部，用來照明背景板，以滿足觀察背景的光強(qiáng)需求，背景板5.3安裝在CCD 相機(jī)5. 4的另一側(cè)，可以通過設(shè)置背景板控制系統(tǒng)控制背景板的旋轉(zhuǎn)，以便反 射不同強(qiáng)度的背景燈光到CCD相機(jī)5. 4,以獲得恰當(dāng)?shù)谋尘肮鈴?qiáng)度，CCD相機(jī) 5. 4設(shè)有鏡頭和線陣/面陣CqD,通過鏡頭將通過觀測點的顆粒物料以一定的放 大倍數(shù)清晰的成^f象在CCD上，通過A/D轉(zhuǎn)換，然后傳輸?shù)叫畔⑻幚砗涂刂葡到y(tǒng)， 光學(xué)調(diào)整系統(tǒng)(光學(xué)調(diào)整架)5. 5用,來調(diào)節(jié)CCD相機(jī)5. 4的位置，以保證物料 顆粒圖像的準(zhǔn)確獲取，冷卻系統(tǒng)5. 6設(shè)置在光學(xué)分選箱側(cè)面，用于將光學(xué)分選 箱5的熱量散發(fā)出去，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，光學(xué)分選箱5將獲取的數(shù)字圖像 信息送往信息處理和控制系統(tǒng)，信息處理和控制系統(tǒng)可以分為兩部分， 一部分 是接受和分析數(shù)字圖像信息的信息處理系統(tǒng)，另 一部分是根據(jù)信息處理系統(tǒng)的 分析結(jié)果信息生成控制信息的控制系統(tǒng)，生成的控制信息用于控制吹氣系統(tǒng)完 成物料分選。
下面，對上述各部分的功能和要求再做進(jìn)一步說明，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人 員根據(jù)這些功能結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)更好地實施本專利結(jié)構(gòu)框架是整個系統(tǒng)的支撐
結(jié)構(gòu)，構(gòu)建以保證整個系統(tǒng)的有效運行，進(jìn)行系統(tǒng)各部分的合理布局并確保系 統(tǒng)各部分的精確定位，此外，結(jié)構(gòu)框架還完成各個部分之間振動隔離。入料料 斗安裝在結(jié)構(gòu)框架最頂端，用來完成物料進(jìn)入和控制，需要通過入料料斗保證 進(jìn)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(jié)構(gòu)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(jī)產(chǎn)量與 目前光電色選機(jī)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(yīng)的大大增加。下料料槽安裝在振動器下方，并通到光學(xué)分選箱中部，在稍高 于光學(xué)分選箱的觀察點(即圖像采集系統(tǒng)的觀察區(qū)域)，并與光學(xué)分選箱觀察 點保持恰當(dāng)?shù)木嚯x，下料料槽主要有兩項功能， 一是限制顆粒物料在恰當(dāng)?shù)膶?度范圍內(nèi)，二是保證物料以一定的速度運動到光學(xué)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(wěn)運動。下料料槽與通常的光電色選機(jī) 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，而是直接釆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(xué)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(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)。光學(xué)分選箱中的照明系統(tǒng)又分為顆粒物照明系統(tǒng)和背景照
明系統(tǒng)，圖像采集系統(tǒng)又包括CCD成像裝置和光學(xué)調(diào)整結(jié)構(gòu)；散熱系統(tǒng)用來導(dǎo) 出多余的熱量以保證照明和成像系統(tǒng)工作在合適的溫度范圍內(nèi)。CCD光學(xué)成像 系統(tǒng)與傳統(tǒng)光電成像系統(tǒng)相比，通過面陣或者線陣成像，具有極高的分辨率， 在現(xiàn)有技術(shù)背景下可以提高兩個量級，完成對大多數(shù)顆粒物料的單個顆粒的高 分辨成像，而不是像傳統(tǒng)光電成像系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(tǒng)吹出的不合^f各的物料，包括雜質(zhì)、有瑕疵或缺陷的 物料、變質(zhì)的物料等等。信息采集系統(tǒng)主要是與光學(xué)分選箱結(jié)合，完成信息的 采集和放大。信息處理系統(tǒng)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(tǒng)主要 是在控制系統(tǒng)的控制下，對不合格顆粒持續(xù)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(nèi)，吹氣系統(tǒng)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?？刂葡到y(tǒng)通過與各個系統(tǒng)的通信 來獲取各個系統(tǒng)的信息，并通過控制管理策略來完成對各個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和控 制，電源系統(tǒng)為整機(jī)各個分系統(tǒng)和部件提供電源管理和支持?？梢岳斫獾氖?， 圖像采集系統(tǒng)、吹風(fēng)系統(tǒng)以及出料料斗、不良料斗應(yīng)對整個物料軌跡寬度都有 效。
權(quán)利要求1. 一種顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，其特征在于包括下料料槽、圖像采集系統(tǒng)、吹風(fēng)系統(tǒng)和信息處理與控制系統(tǒng)，所述圖像采集系統(tǒng)的觀察區(qū)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(qū)域的物料圖像并轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)字信息，所述信息處理和控制系統(tǒng)分別與所述的圖像采集系統(tǒng)和吹風(fēng)系統(tǒng)信號連接，用于接收所述圖像采集系統(tǒng)輸出的圖像數(shù)字信號并進(jìn)行分析，識別出異色顆粒，生成對吹風(fēng)系統(tǒng)的控制信號送入吹風(fēng)系統(tǒng)的控制裝置，控制吹風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的吹風(fēng)動作，所述吹風(fēng)系統(tǒng)設(shè)有若干吹嘴，所述各吹嘴的吹風(fēng)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(tǒng)觀察區(qū)域的下方。
2. 如權(quán)利要求1所述的顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，其特征在于所述圖像采集 系統(tǒng)為面陣或線陣CCD成像的CCD成像裝置。
3. 如權(quán)利要求2所述的顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，其特征在于所述CCD成像 裝置設(shè)有可以帶動其移動的光學(xué)調(diào)整架及與該光學(xué)調(diào)整架配合的調(diào)焦驅(qū)動機(jī) 構(gòu)，用于進(jìn)行CCD的成像調(diào)焦。
4. 如權(quán)利要求3所述的顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，其特征在于所述CCD成像 裝置和所述光學(xué)調(diào)整架位于一個光學(xué)分選箱內(nèi)，所述光學(xué)分選箱內(nèi)還設(shè)有用于 給觀察區(qū)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(cè)。
5. 如權(quán)利要求5所述的顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，其特征在于所述光學(xué)分選 箱上設(shè)置有散熱系統(tǒng)，用于改善該光學(xué)分選箱的散熱效果。
6. 如權(quán)利要求5所述的顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，其特征在于所述下料料槽下部延伸至所述光學(xué)分選箱內(nèi)，下端端面同所述圖像采集系統(tǒng)的觀察區(qū)域之間 留有一定距離，所述圖像采集系統(tǒng)的觀察區(qū)域位于所述下料料槽下端端面的下方。
7. 如權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5或6所述的顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，其特征 在于所述下料料槽上部設(shè)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(quán)利要求7所述的顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，其特征在于所述下料料槽 下方設(shè)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(jìn) 料口。
9. 如權(quán)利要求8所述的顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，其特征在于所述下料料槽 的下方還設(shè)有不良料斗，所述不良料斗的進(jìn)料口位于所述出料料斗進(jìn)料口旁或 環(huán)繞所述出料料斗的進(jìn)料口 。
10. 如權(quán)利要求9所述的顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，其特征在于所述信息處理 與控制系統(tǒng)安裝在電氣設(shè)備箱內(nèi)。
專利摘要本實用新型涉及一種顆粒物料光學(xué)色選機(jī)，包括下料料槽、圖像采集系統(tǒng)、吹風(fēng)系統(tǒng)和信息處理與控制系統(tǒng)，所述圖像采集系統(tǒng)的觀察區(qū)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(tǒng)分別與所述的圖像采集系統(tǒng)和吹風(fēng)系統(tǒng)信號連接，用于根據(jù)所述圖像采集系統(tǒng)的圖像數(shù)字信號識別異色顆粒，控制吹風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的吹風(fēng)動作，所述吹風(fēng)系統(tǒng)設(shè)有若干吹嘴，所述各吹嘴的吹風(fēng)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(tǒng)觀察區(qū)域的下方，所述圖像采集系統(tǒng)優(yōu)選面陣或線陣CCD成像的CCD相機(jī)。該色選機(jī)的處理量大，結(jié)構(gòu)簡單，對異色顆粒的判斷準(zhǔn)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B07C5/342GK201205552SQ20082008056
公開日2009年3月11日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者石江濤, 寧 董, 許大紅, 顏天信 申請人:許大紅;石江濤;董 寧