基于高光谱分选设备的关键技术——控制系统

高光谱分选设备的关键技术之一是控制系统，控制系统由视觉系统、控制中心、输送系统，可以高效进行分选、执行系统等组成。本文根据现有技术和研究资料，进行了简单总结。

高光谱视觉系统

高光谱视觉系统主要包括高光谱相机和光源。高光谱相机目前主要以进口品牌为主，例如芬兰的SPECIM，挪威的HySpex，比利时的IMEC等。国产品牌主要是赛斯拜克、双利合谱等。高光谱相机按照光谱的范围可分为400mm-1000nm的可见光波段相机和900nm~1700nm的近红外波段相机等。在近红外波段，常见待分选垃圾物料的光谱差异较明显，因此基于高光谱的垃圾分选设备大多使用的是900nm~1700nm波段的近红外高光谱相机。

高光谱相机的主要性能指标包括波段数、光谱分辨率、像素分辨率和帧率等。波段数量和光谱分辨率决定光谱分类的效果，影响分类的精度。像素分辨率的大小，决定能识别的最小物体的大小。帧率大小定最终分选设备的最快运行速度。高光谱相机使用的光源，通常为镍钨灯和卤素灯。其中，卤素灯是一种特殊的白炽灯，其工作原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体，在高温下，升华的钨丝与卤素进行化学作用，冷却后的钨会重新凝固在钨丝上，形成平衡的循环，避免钨丝过早断裂。因此卤素灯泡比白炽灯更长寿。卤素灯的光谱范围可以覆盖350nm~2500nm，满足高光谱相机的使用要求，是一种使用最广泛的高光谱相机光源。

高光谱控制和输送系统

高光谱分选设备的控制流程为控制中心。首先通知高光谱相机进行数据采集，高光谱相机数据采集完成后，通知控制中心和机器人。控制中心接收高光谱相机采集的数据，同时机器人锁存该时刻输送线编码器的位置。然后控制中心通过高光谱分类算法，得到每个像素识别的物体类别，然后经过图像处理得到物体的轮廓中心位置和旋转角度，并将位置信息发送给执行机构。执行机构通过编码器实时跟踪待抓取物体的位置，当物体进入执行机构的工作范围后，通过吸取、抓取或者高速吹气的方式实现垃圾分选。除了高光谱相机进行材质识别外，还可以增加2D彩色相机，利用深度学习对RGB图像进行轮廓分割和材质识别。通过高光谱相机和2D彩色相机两者的综合判断，可有效解决特殊情况下物体的整体材质分类问题，例如表面贴有纸质标签的铁罐、表面覆盖塑料膜的纸板等。

高光谱执行系统

高光谱分选设备的执行机构分为Delta机器人、直角坐标坐标机器人或高速气阀分选设备。Delta机器人和直角坐标机器人的末端可以安装吸盘或者夹爪，实现吸取或者夹取物料，这2种执行机构的优点是可以同时分选多种物料，投放到不同的位置。基于高速气阀吹气的分选设备，优点是分选速度快，但是一台设备同时只能实现2个类别的分选。