CN102553830B - 一种激光扫描分拣机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光扫描分拣机，包括入料槽、挡板、背景转鼓、光学扫描箱、出料槽以及喷阀；背景转鼓的侧表面为内凹的弧面，光学扫描箱扫射在弧面上的入射光与弧面的弧度的切向位置垂直；前述挡板为弧面挡板，出料口亦为弧形；挡板、出料口以及背景转鼓三者的弧度相同。本发明结构简单，弧型出料口，弧形挡板，以及弧形转鼓的精度要求不高，加工难度低，价格仅比原直线型加工贵数百元，且扫描的信号强度一致，扫描效果好，激光利用率高，能够实现快速智能化、高精度、操作简单、易维护。

Description

一种激光扫描分拣机

技术领域

本发明涉及一种分拣机，尤其涉及一种激光扫描分拣机。

背景技术

随着各类分拣技术的高速发展，分拣对象已经变得日益丰富，涉及粮食、蔬菜、水果、烟草、电子器件、矿石等诸多领域，其中人们对于食品的质量愈加重视，因此对于食品分拣的要求已然越来越高。此时，传统的基于数字图像处理的分拣技术已经不能满足现在的精度要求。在此背景下，人们引入激光技术，使用半导体激光器，通过光路的设计和搭建，配合旋转棱镜，形成大视场的激光扫描体系。

然而，此大视场扫描技术，有几个缺点：

一、扫描平面时，不易得到相对一致的扫描信号，扫描线上中间信号强，两边信号弱，其中横轴为扫描位置，纵轴为探测的照度。这主要是由光入射角度、光程以及转镜通光口径不一致引起的。

二、扫描平面时，扫描光斑的大小会随着扫描角度变化而变化，具体表现为当光斑聚焦在扫描线中心时，中心光斑为圆形，两端光斑为椭圆状，光斑宽度从扫描线两端向中心逐渐变窄。

三、扫描平面时，虽然扫描角速度是匀速的，但是单位时间内扫描点的位移是变化的，在扫描线中心位移小，在扫描线两端位移大。

针对以上三个缺点，有人提出了光学透镜组和活动挡板的设计：

通过光学透镜组也即ftheta镜组，可以得到一致的扫描角度，部分解决第一个缺点，较好解决了第二和第三个缺点，但结构复杂，随着扫描角度的增大，透镜尺寸增大。高精度平凹、平凸透镜，每块加工尺寸若达到宽50cm，价格要近万元，而此大视场扫描系统至少需要3块大尺寸透镜组成ftheta透镜组。

活动挡板的设计中，透光区域是可调的。如果减小中心透光区域，增大两端透光区域，可以很好地解决第一个缺点。这种结构相对简单，便于操作和实现。但该设计无法消除第二和第三个缺点的影响，并且降低了激光的有效利用率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的激光扫描分拣机效果好的，结构复杂且造价昂贵，结构简单的效果较差，且激光的有效利用率低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种激光扫描分拣机，包括入料槽、挡板、背景转鼓、光学扫描箱、出料槽以及喷阀；待分拣的物料流均速沿入料槽从后向前传送，并从入料槽的出料口抛出；挡板位于入料槽前端，其顶部与入料槽底面齐平；背景转鼓位于挡板前端的下方；出料槽位于背景转鼓的底部，包括并排设置的拒收槽和接收槽；光学扫描箱的输出端与外设的控制系统的输入端连接，其扫射位置位于物料流的后方，且该位置与位于物料流前方的背景转鼓位置对应；所述喷阀位于背景转鼓与出料槽之间，且其控制端连接外设的控制系统的输出端，背景转鼓的侧表面为内凹的弧面，光学扫描箱扫射在弧面上的入射光与弧面的弧度的切向位置垂直；前述挡板为弧面挡板，出料口亦为弧形；挡板、出料口以及背景转鼓三者的弧度相同。

前述光学扫描箱采用现有产品，弧形的出料口可使物料流在下落时呈弧面下落，弧形的挡板在使物料流保持弧面的同时，可起到减缓物料流抛出时的水平速度的作用；物料流从挡板和出料口之间下落至光学扫描箱与背景转鼓之间，光学扫描箱对弧面的物料流形成扫描，反射出的扫描信号经原扫描光路回到光学扫描箱采样，中央控制系统将采样信号对比分析，同时控制喷阀的开闭，使物料流分别进入拒收槽或者接收槽。由于弧形挡板、弧形出料口以及弧形背景转鼓的弧度一致，且光学扫描箱扫射在弧面上的入射光与弧面的弧度的切向位置垂直，保证了扫射光的入射角度、扫射光到平面各点的光程都基本一致，且在同一扫描平面上，对每个的点的分析都几乎在统一的条件下，这样形成的对比分析更一致，更精确。

本发明的优点是：结构简单，弧型出料口，弧形挡板，以及弧形转鼓的精度要求不高，加工难度低，价格仅比原直线型加工贵数百元,且扫描的信号强度一致，扫描效果好，激光利用率高，能够实现快速智能化、高精度、操作简单、易维护。

附图说明

图1是现有的激光扫描分拣机扫描原理示意图。

图2是图1中所示的激光扫描分拣机的扫描效果示意图。

图3是本发明结构示意图。

图4是本发明扫描原理示意图。

图5是本发明的扫描效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，现有的激光扫描分拣机所采用的背景转鼓4为圆柱型，而光学扫描箱2则包括分束镜2-1、由高速电机带动旋转的旋转棱镜2-2、至少一个的光探测器2-3、至少一个的激光器2-4、至少一个的聚焦透镜2-5、至少一个的棱镜2-6。

使用时，激光器2-4发出的激光，经分束镜2-1透射至聚焦透镜2-5聚焦，旋转棱镜2-2，再经旋转棱镜2-2反射对物料进行扫描，扫描点反射的光信号沿原光路由旋转棱镜2-2反射至聚焦透镜2-5和分束镜2-1，经分束镜2-1反射至棱镜2-6，由光探测器2-3接收。利用分束镜2-1的特性，使扫描与反射信号采样共用同一光路。

如图2所示，横轴为扫描位置，纵轴为探测的信号强度，现有的激光扫描分拣机的扫描效果由于光入射角度、光程以及转镜通光口径不一致，导致扫描信号难以保持一致，呈现扫描线上中间信号强，两边信号弱的现象。实验数据：平面扫描光路，平面与转镜扫描器垂直距离为45cm，每扫描10度，采样当前点，由左向右扫描60度，记录7个点数据，为：0.25、0.27、0.31、0.32、0.31、0.28、0.26，单位lux。

如图3所示，本发明包括入料槽1、挡板3、背景转鼓4、光学扫描箱2、出料槽以及喷阀6；待分拣的物料流5均速沿入料槽1从后向前传送，并从入料槽1的出料口1-1抛出；挡板3位于入料槽1前端，其顶部与入料槽1底面齐平；背景转鼓4呈圆柱型，且位于挡板3前端的下方；出料槽位于背景转鼓4的底部，包括并排设置的拒收槽7和接收槽8；光学扫描箱2的输出端与外设的控制系统的输入端连接，其扫射位置位于物料流5的后方，且该位置与位于物料流5前方的背景转鼓4位置对应；所述喷阀6安装于出料槽顶部，其控制端连接外设的控制系统的输出端。背景转鼓4沿轴向的任何一个截面均为圆形，其侧表面为内凹的弧面，光学扫描箱2扫射在弧面上的入射光与弧面的弧度的切向位置垂直；前述挡板3为弧面挡板，出料口1-1亦为弧形；挡板3、出料口1-1以及背景转鼓4三者的弧度相同。

工作时，需分拣的物料流5先由入料槽1内的传送带从后端向前端均匀送出，经挡板3时水平速度减缓，呈弧面下落，光学扫描箱2对物料流5上与背景转鼓4位置对应处的的弧面进行扫描，反射出的扫描信号经原扫描光路回到光学扫描箱2中采样，采样的信号输送入外设的控制系统，并在控制系统中将采样信号对比分析，控制系统同时控制位于背景转鼓4和出料槽之间的喷阀6的开闭，当扫描信号正常，即产品符合规定标准时，喷阀6处于关闭状态，产品进入接受槽8，当扫描信号异常，即产品为次品及异物时，喷阀6开启，通过喷射力将次品剔除进拒收槽7，从而完成物料的分拣过程。所述的喷阀6为现有产品，一般由压缩机、气动喷嘴阵列组成。

如图4所示，本发明采用的背景转鼓4为弧面背景转鼓，其沿轴向的任何一个截面均为圆形，其侧表面为内凹的弧面，而光学扫描箱2则采用现有产品。激光器2-4和光探测器2-3可以根据需要选用两套或两套以上，通过不同波长组合使用，达到最佳分拣效果。

所述旋转棱镜2-2，其旋转驱动依赖于现有的高速电机，转速达到每分钟一万转以上，电机的转速控制信号来源于外设的控制系统，同时电机的光电编码器将旋转棱镜2-2的面位置信息反馈至控制系统。

所述的光探测器2-3，由光电倍增管及其配套的低噪声放大器或者性能类似的器件组成，用于将光信号转换为电信号。光电倍增管是一种现有的高感光度的微弱光信号探测器件，具有信号放大能力强、精度高、体积小等特点。每次采样的信号为一点的反射光强度。

使用时，所述的激光器2-4在每一时刻只扫描一点，旋转棱镜2-2每转过一面，即形成一条扫描线。且选用光电倍增管做为光探测器2-3，将光信号转换为电信号；每次采样的信号为扫描线上某一点反射光强度，光探测器2-3需不停对扫描信号进行采样。

如图5所示，横轴为扫描位置，纵轴为探测的信号强度，本发明由于光入射角度、光程均保持一致，导致扫描信号亦保持一致，扫描线上中间信号和两边信号的强弱也保持一致。实验数据：弧面扫描光路，弧面与转镜扫描器垂直距离为45cm，每扫描10度，采样当前点，由左向右扫描60度，记录7个点数据，为：0.31、0.32、0.32、0.32、0.33、0.33、0.32，单位lux。

Claims (1)

1.一种激光扫描分拣机，包括入料槽、挡板、背景转鼓、光学扫描箱、出料槽以及喷阀；

待分拣的物料流均速沿入料槽从后向前传送，并从入料槽的出料口抛出；

挡板位于入料槽前端，其顶部与入料槽底面齐平；

背景转鼓位于挡板前端的下方；

出料槽位于背景转鼓的底部，包括并排设置的拒收槽和接收槽；

光学扫描箱的输出端与外设的控制系统的输入端连接，其扫射位置位于物料流的后方，且该位置与位于物料流前方的背景转鼓位置对应；

所述喷阀位于背景转鼓与出料槽之间，且其控制端连接外设的控制系统的输出端，其特征是：背景转鼓沿轴向的任何一个截面均为圆形，其侧表面为内凹的弧面，光学扫描箱扫射在弧面上的入射光与弧面的弧度的切向位置垂直；前述挡板为弧面挡板，出料口亦为弧形；挡板、出料口以及背景转鼓三者的弧度相同。