一种基于灰度状态序列的送料分选装置 |
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| 申请号 | CN201710853450.9 | 申请日 | 2017-09-20 | 公开(公告)号 | CN107671011B | 公开(公告)日 | 2019-07-12 |
| 申请人 | 南京创优科技有限责任公司; | 发明人 | 杨欢; 王顺; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于灰度状态序列的送料分选装置，包括灰度 传感器 、主 控制器 、剔除机构、料盘和导料槽。灰度传感器采集物料的灰度状态序列并传送给 主控制器 ，主控制器将采集的物料的灰度状态序列与预设的标准出料 姿态 数据进行匹配，若该物料的灰度状态序列与预设的标准出料姿态数据相匹配，则表明该物料处于目标出料姿态，允许该物料通过剔除机构，否则表明该物料处于非出料姿态，主控制器控制剔除机构将该物料退回料盘的初始 位置 ，通过料盘的振动，使退回的物料的出料姿态发生改变，随着送料分选装置的运行，最终物料均以目标出料姿态经过导料槽到达出料工位。本发明通过检测物料的灰度状态序列，实现了高速且低误判率的物料分选。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于灰度状态序列的送料分选装置，其特征在于：包括灰度传感器、主控制器、剔除机构、料盘和导料槽；所有物料置于料盘上并随料盘前进，灰度传感器采集物料的灰度状态序列并传送给主控制器，主控制器对此灰度状态序列进行辨识； |
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| 说明书全文 | 一种基于灰度状态序列的送料分选装置技术领域[0001] 本发明属于自动化生产技术领域，特别涉及了一种基于灰度状态序列的送料分选装置。 背景技术[0002] 自动送料是生产自动化实现的第一个环节，送料装置的高效可靠运行是自动化生产顺利完成的必要条件。自动化生产线对送料装置的要求是以恒定的速度和唯一确定的姿态将物料送至上料工位，而原料通常是无序的且可能夹杂着缺陷或其他种类的物料。送料装置一方面需要对原料状态进行筛选以符合上料工位的要求；另一方面还需要剔除物料中的缺陷或异物。实现自动送料这一目标的核心就是物料分选技术。 [0003] 物料分选技术是一种按照一定的标准或要求将不同的产品或不同等级的产品分类挑选以满足不同需求的技术。进行物料分选不但可以提升产品的品质和效用，而且还可以适应不同用户的需求差异，实现资源合理、经济、有效地利用，减少对环境的污染和对生态的破坏。在这个经济飞速发展、需求多样化细分的时代，资源逐渐消耗、环境问题日益严重，物料分选作为物料流通处理中的主要环节，从经济学和生态学的观点来看都具有十分重要的意义。 [0004] 随着工业4.0、中国制造2025等概念的兴起，工业自动化蓬勃发展起来，物料分选技术也从低效的人工分选逐步发展到自动化分选。自动化分选技术相比以往的人工分选在效率、正确率等方面具有无可比拟的优势，所以其发展速度很快。由于需要进行分选的物料种类、外形等各种理化性质具有很大的差异，这也导致了分选过程的机理千差万别，由此发展出了一门专门的学科——物料分选学。 [0005] 从分选机理方面对分选方法进行分类，主要有筛选、磁选、光选、电选、浮选和其他分选方法，其中光分选是一种与分选对象光学特性相关的分选方法，通过分选对象对光的吸收、反射、散射等光学特性来识别分选物料。光分选装置的核心是一套光电检测装置与对应的数据处理系统。光分选方法中的光电检测装置通常都具有光发射单元和光接收单元。光发射单元主要的形式包括由激光、红外、紫外和其他各种波长的可见光构成的点式、线式或面光源。光接收单元主要涵盖点式灰度传感器、线阵电荷耦合器、灰度或彩色图像传感器等。 [0006] 中国专利申请(公开号：CN102989693B)公开了一种基于激光透射的物料分选方法和装置，利用激光线光源对分选物料进行照射，根据不同物料的透明特性和体散射差异使透射光在其背面形成不同的强度分布，控制系统对该强度分布信号进行处理并与系统中预留的待保留物料的对应参数进行比对来判断是否是异物。该方法适用于透射性很好的物料的分选，如葡萄干、蔬菜、水果、海产品等，但对于不透明物体则较难实现分选。中国专利申请(公开号：CN106269570A)公开了一种物料的分选装置和分选方法，通过不同波长的双红外图像对分选物料的特征进行提取。该方法根据物质的红外吸收差异区分不同的物料，相对于单一波段的红外图像，该方法从双色红外图像中获得的信息更多，有利于提高物料分选的正确率。虽然该方法对于大多数具有红外吸收差异的物料适用，但存在分选速度慢、系统成本高的不足。中国专利申请(公开号：CN104390987A)公开了一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器及检测方法，该光纤传感器使用了19根光纤构成一个传感器探头，通过6路光电转换信号解算钢球的表面缺陷。该方法可以准确测定钢球表面的粗糙度和位移变化缺陷，但由于其使用光纤数量较多且需要6路信号转换与采集处理操作，故较难推广至物料分选系统。 [0007] 时间序列是按时间顺序排列的一组数字序列，时间序列分析是一种动态数据的统计方法，该方法基于随机过程理论和数理统计方法，研究随机数据序列所遵从的统计规律来解决实际问题。时间序列分析是根据系统观测得到的时间序列数据，通过曲线拟合和参数估计来建立数学模型的理论和方法。时间序列分析常应用在国民经济宏观控制、区域综合发展规划、企业经营管理、市场潜力预测、气象水文预报、地震震前预报、农作物病虫灾害预报、环境污染控制、生态平衡、天文学和海洋学等领域。 [0008] 总结现有的分选方法可以发现，为了实现较高的分选正确率常使用基于图像的方法，但受图像处理速度的限制无法实现高速分选；而为了实现高速分选常使用点式光电传感器来提高分选速度，但分选误判率较高。因此，需要一种能实现高速和低误判率的物料分选方法，物料灰度状态序列分析是实现该目标的一条技术途径。 发明内容[0009] 为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于灰度状态序列的送料分选装置，克服了现有技术存在的缺陷，通过检测物料的灰度状态序列，实现高速且低误判率的物料分选。 [0010] 为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为： [0011] 一种基于灰度状态序列的送料分选装置，包括灰度传感器、主控制器、剔除机构、料盘和导料槽；所有物料置于料盘上并随料盘前进，灰度传感器采集物料的灰度状态序列并传送给主控制器，主控制器对此灰度状态序列进行辨识； [0012] 主控制器将该灰度状态序列与预设的各标准允许出料姿态数据和各标准禁止出料姿态数据进行匹配，若该灰度状态序列与预设的任一标准允许出料姿态数据相匹配，则表明该物料处于目标出料姿态，允许该物料通过剔除机构；若该灰度状态序列与预设的标准禁止出料姿态数据匹配，则表明该物料处于非出料姿态，主控制器控制剔除机构将该物料退回料盘的初始位置，通过剔除机构中的跌落过程和料盘的振动使退回的物料的姿态发生改变，重新到达剔除机构时系统会再次进行鉴别； [0013] 若该灰度状态序列与任一种标准允许出料姿态数据和标准禁止出料姿态数据都不能匹配时，主控制器根据预先设置的处理对策，对这种情况的物料进行相应操作；所述处理对策包括允许通过剔除机构、禁止通过剔除机构和停机报警； [0014] 随着送料分选装置的运行，最终物料以目标出料姿态经过导料槽到达出料工位，或按照用户预设的处理对策完成操作。 [0015] 进一步地，每个预设的标准允许出料姿态数据或标准禁止出料姿态数据均包括多个灰度状态以及各个灰度状态之间的状态转移顺序，当灰度传感器采集到物料的灰度状态序列满足预设的标准允许出料姿态数据或标准禁止出料姿态数据中的状态转移顺序，则判定该物料的灰度状态序列与标准允许出料姿态数据或标准禁止出料姿态数据相匹配。 [0016] 进一步地，预设的标准允许出料姿态数据或标准禁止出料姿态数据中的灰度状态包含灰度值的取值范围，以及该灰度值出现的频数或持续的时间。 [0017] 进一步地，所述预设的标准允许出料姿态数据或标准禁止出料姿态数据是预先通过送料分选装置学习得到的，令物料以确定的姿态在料盘上前进，灰度传感器采集该物料在整个检测区域内的灰度状态序列并传送给主控制器，主控制器分析其特征得到该物料包含的灰度状态以及状态转移顺序，即为预设的标准姿态数据，并保存在主控制器内部，该标准姿态数据由用户设定作为标准允许出料姿态数据或标准禁止出料姿态数据。 [0018] 进一步地，所述灰度传感器为光电传感器，包括光发射单元和光接收单元，光发射单元发射经过调制的光信号，而光接收单元输出物料在检测光斑位置处的灰度值。 [0019] 进一步地，若物料为透明或半透明时，所述光电传感器采用对射式光电传感器，若物料为非透明时，所述光电传感器采用反射式光电传感器。 [0020] 进一步地，当光电传感器采用反射式光电传感器时，根据物料的反射特性调节光发射单元的发射光波长。 [0021] 进一步地，主控制器中预设多个标准允许出料姿态数据、标准禁止出料姿态数据以及对不匹配物料的处理对策，根据出料工位的不同要求灵活改变物料的出料姿态或多种出料姿态的组合。 [0022] 进一步地，预先选择重要或易混淆的物料的灰度状态序列作为特征模板，并设置各特征模板各自对应的剔除机构的操作，从而便于区分相似度高的状态；对于不属于特征模板的其余灰度状态序列，预先设定处理对策，根据处理对策进行对应的剔除机构的操作或报警操作，从而降低容易区分状态的物料的特征模板设置数量和难度。 [0023] 采用上述技术方案带来的有益效果： [0024] (1)本发明将时间序列分析方法应用于物料分选系统中，在物料经过光电检测区域时计算单元对灰度传感器进行离散时间采样获得一个灰度状态序列，通过分析计算该状态序列的变化特征得到类别信息，该方法相比于单灰度值的分类方法，可以极大提高物料特征识别的正确率； [0025] (2)本发明在送料过程中无需在光电检测区域停留，且灰度状态序列特征识别方法相比图像处理方法速度更快，均有利于提高送料装置的运行效率； [0027] 图1是本发明的结构示意图； [0028] 图2是实施例中物料出料姿态灰度状态转移图； [0029] 图3是实施例中物料A不同姿态的灰度序列示意图。 [0030] 附图标记说明：1、料盘；2、导料槽；3、灰度传感器；4、主控制器；5、剔除机构；6、出料工位；7、目标出料姿态；8、非出料姿态。 具体实施方式[0031] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。 [0032] 本发明设计了一种基于灰度状态序列的送料分选装置，如图1所示，包括灰度传感器3、主控制器4和剔除机构5三部分，并结合料盘1、导料槽2和出料工位6组成一套可编程通用的送料分选装置。 [0033] 该装置的工作过程为，所有物料置于料盘1上并随料盘1前进，灰度传感器3采集物料的灰度状态序列并传送给主控制器4，主控制器4判断采集的灰度状态序列是否已被识别。若该灰度状态序列已被识别，主控制器4将采集的物料的灰度状态序列与预设的标准出料姿态数据进行匹配，若该物料的灰度状态序列与预设的标准出料姿态数据相匹配，则表明该物料处于目标出料姿态7，允许该物料通过剔除机构5，若该物料的灰度状态序列与预设的标准出料姿态数据不匹配，则表明该物料处于非出料姿态8，主控制器4控制剔除机构5将该物料退回料盘1的初始位置，通过物料在剔除机构5中的跌落以及料盘1的振动，使退回的物料的出料姿态发生改变；若该灰度状态序列未被识别，则主控制器4控制料盘1停止运行，同时向工作人员发出异常报警信息。随着送料分选装置的运行，最终所有物料均以目标出料姿态经过导料槽2到达出料工位6。 [0034] 在本实施例中，灰度传感器3为光电传感器，包括光发射单元和光接收单元，光发射单元发射经过调制的光信号，而光接收单元输出物料在检测光斑位置处的灰度值。若物料为透明或半透明时，所述光电传感器采用对射式光电传感器，若物料为非透明时，所述光电传感器采用反射式光电传感器。且当光电传感器采用反射式光电传感器时，根据物料的反射特性调节光发射单元的发射光波长，使反射信号质量更好、信噪比更高。 [0035] 为了进行灰度状态匹配操作，需要预先定义标准出料姿态数据。标准出料姿态数据是由与物料出料姿态对应的灰度状态及状态之间的转移关系构成的状态序列。该状态序列是在主控制器中预先设计好的，所有状态转移顺序和状态之间的转移条件构成判断物料类型的标准。该状态序列可以通过人工控制将物料以目标姿态在灰度传感器前以合适的速度匀速运动，同时控制主控制器进行采样学习构造而成。因此，需要主控制器具备学习控制接口，例如学习按键。在按下学习按键后主控制器进入学习状态，将正确的物料姿态在灰度传感器前匀速通过，主控制器检测到物料完全通过检测区域后对获得的灰度序列进行状态转换。灰度值相近的数据点判定为同一灰度状态，因此可以得到一个包含目标物料姿态全部灰度状态的状态空间。目标特征就可以定义为在该状态空间中包含一组特定状态转移顺序的状态序列。使用S表示灰度状态，使用G表示灰度值，使用F表示灰度出现的频数或灰度持续时间。这里以单一预设目标姿态数据为例说明具体实施方式，多个预设目标姿态数据可以根据该实例进行推广，这样的推广并没有付出创造性的劳动，所以也属于本发明专利保护的范畴。 [0036] 单一目标物料出料姿态状态转移图如图2所示。进入S1状态的条件是灰度值在0.7至0.9之间且灰度值连续出现的频数等于4。进入S2状态的条件是在没有超时的前提下出现连续3次灰度值在0.3至0.5区间的灰度序列。进入S4的条件是在没有超时的前提下灰度值下降到比0.1小。S4无条件输出结果为真，S3无条件输出结果为假。从图中可以看出，目标物料姿态灰度状态序列为M＝{S1->S2->S4}，只有与该状态序列相同的物料灰度状态序列才给出结果为真的判断，继而将该物料姿态判定为出料姿态，否则剔除机构执行动作将物料退回料盘。 [0037] 下面以物料A的四个面为例说明灰度状态序列的推导过程。图3表示图1中物料A的四种可能的送料姿态a、b、c、d，从图1中可以看出出料工位对出料姿态的要求是图3中的姿态a。主控制器需要计算图3中的四个灰度序列，将a姿态分选出来并将b、c、d姿态的物料通过剔除机构退回料盘。使用符号G[x]表示灰度序列x。通过测量得到： [0038] G[a]＝{0.05,0.88,0.87,0.85,0.86,0.66,0.41,0.42,0.39,0.04} [0039] G[b]＝{0.03,0.38,0.41,0.43,0.40,0.39,0.61,0.78,0.86,0.01} [0040] G[c]＝{0.02,0.81,0.83,0.79,0.85,0.79,0.81,0.78,0.77,0.78,0.87,0.79,0.81,0.83,0.82,0.84,0.81,0.83,0.78,0.75,0.81,0.01} [0041] G[d]＝{0.04,0.15,0.43,0.51,0.81,0.82,0.79,0.81,0.81,0.78,0.79,0.84,0.79,0.85,0.81,0.79,0.83,0.81,0.35,0.15,0.01} [0042] 根据图2中各状态的转移条件，对这四个灰度序列进行状态转移判断，结果为： [0043] S[a]＝{S1->S2->S4} [0044] S[b]＝{} [0045] S[c]＝{S1->S3} [0046] S[d]＝{S1->S3} [0047] 对G[a]进行状态转移判断的结果为S[a]，输出结果为真。G[b]表示的灰度序列由于不满足S1的进入条件，其状态序列为空，所以结果为空。G[c]表示的灰度序列可以顺利进入S1状态，但是在S1状态等待超时，从而进入S3，结果为假。G[d]的判断结果与G[c]相同。 [0048] 通过对序列状态结果转移图中输出结果的判断，真表示与目标出料姿态相同，假表示不同。所以可以得出结论：a状态属于目标出料姿态，b、c、d均不属于。 [0049] 从上面的判断结果可以看出通过状态序列及状态之间的转移条件可以严格将出料姿态异常的物料筛选出来。主控制器可以实时处理灰度传感器接收的灰度数据，无需等待整个物料灰度序列采集完成，灰度状态序列分析是一种近实时的在线数据处理方法。整个灰度采样、特征识别、计算判断、做出响应的过程计算负担小、在物料运动到剔除装置前便可完成，这样的设计对出料速度几乎没有影响。在物料类型改变时可以重新学习，建立新的目标物料出料姿态灰度状态转移图，只需很少的人工介入便可以指导计算单元完成这一转换工作。 [0050] 本发明提供的一种基于灰度状态序列的送料分选装置，为解决自动化送料问题提供了一种新思路。自动送料是自动化生产中十分重要的环节，由于物料对象种类繁多、特征千差万别，传统的送料装置很难实现通用化，导致了定制送料装置价格较高。因此，实现一种高效率、高可靠的可编程通用送料装置具有十分重要的经济价值和现实意义。 [0051] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。 |
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