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基于高光谱分选设备的关键技术——控制系统

发布时间:2023-10-11
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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。

 

高光谱相机


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。

 

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