ES3009084T3 - Grayscale state sequence based feed sorting device - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de clasificación de alimentación basado en secuencias de estado de escala de grises, compuesto por un sensor de escala de grises (3), un controlador principal (4), un mecanismo de rechazo (5), una bandeja (1) y una rampa guía (2). El sensor de escala de grises adquiere la secuencia de estado de escala de grises de un material y la envía al controlador principal. Este compara la secuencia de estado de escala de grises adquirida con los datos de actitud de descarga estándar preconfigurados. Si la secuencia de estado de escala de grises coincide con los datos de actitud de descarga estándar preconfigurados, el material se encuentra en la actitud de descarga objetivo (7) y puede pasar a través del mecanismo de rechazo. De lo contrario, el material se encuentra en la actitud de no descarga (8), y el controlador principal controla el mecanismo de rechazo para devolver el material a su posición inicial en la bandeja. Mediante la vibración de la bandeja, se modifica la actitud de descarga del material devuelto. Junto con el funcionamiento del dispositivo de clasificación de alimentación, todos los materiales llegan finalmente a una estación de descarga (6) en la actitud de descarga objetivo a través de la rampa guía. Al detectar la secuencia de estado de escala de grises de los materiales, el dispositivo realiza una clasificación de materiales a alta velocidad con una baja tasa de error. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A grayscale state sequence-based feed sorting device comprising a grayscale sensor (3), a main controller (4), a reject mechanism (5), a tray (1), and a guide chute (2). The grayscale sensor acquires the grayscale state sequence of a material and outputs it to the main controller. The main controller compares the acquired grayscale state sequence with preset standard discharge attitude data. If the grayscale state sequence matches the preset standard discharge attitude data, the material is in the target discharge attitude (7) and can pass through the reject mechanism. Otherwise, the material is in the non-discharge attitude (8), and the main controller controls the reject mechanism to return the material to its initial position on the tray. The discharge attitude of the returned material is changed by vibrating the tray. In conjunction with the operation of the feed sorting device, all materials eventually arrive at a discharge station (6) at the target discharge attitude via the guide chute. By detecting the grayscale state sequence of materials, the device performs high-speed material classification with a low error rate. (Automatic translation with Google Translate, no legal effect)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Dispositivo de clasificación de alimentación basado en una secuencia de estados de escala de grises Feed sorting device based on a sequence of grayscale states
CAMPO DE LA INVENCIÓNFIELD OF INVENTION
La presente invención se refiere al campo de las tecnologías de producción automática y, en particular, a un dispositivo de clasificación de alimentación basado en una secuencia de estados de escala de grises. The present invention relates to the field of automatic production technologies and, in particular, to a feed sorting device based on a sequence of grayscale states.
DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADADESCRIPTION OF RELATED TECHNIQUE
La alimentación automática es la primera sección para implementar la automatización de la producción, y el funcionamiento eficiente y fiable de un dispositivo de alimentación es una condición necesaria para completar con éxito la producción automática. Una línea de producción automática requiere que el dispositivo de alimentación alimente materiales a una estación de carga con una velocidad constante y una postura determinada de forma única. Sin embargo, las materias primas normalmente son materiales desordenados que pueden estar mezclados con defectos o materiales de otro tipo. Por un lado, el dispositivo de alimentación debe examinar los estados de la materia prima para cumplir con un requisito de la estación de carga; por otro lado, el dispositivo de alimentación también debe eliminar los defectos o materiales extraños en la materia prima. La base para lograr el objetivo de la alimentación automática es una tecnología de clasificación de materiales. Automatic feeding is the first step in implementing production automation, and the efficient and reliable operation of a feeding device is a necessary condition for successfully completing automatic production. An automatic production line requires the feeding device to feed materials to a loading station at a constant speed and in a uniquely determined position. However, raw materials are typically disordered and may be mixed with defects or other materials. On the one hand, the feeding device must examine the raw material conditions to meet a loading station requirement; on the other hand, the feeding device must also remove defects or foreign materials from the raw material. The basis for achieving the goal of automatic feeding is material sorting technology.
La tecnología de clasificación de materiales es una tecnología de clasificación de diferentes productos o productos de diferentes grados de acuerdo con un determinado estándar o requisito para satisfacer diferentes necesidades. La clasificación de materiales no solo puede mejorar la calidad y la utilidad de los productos, sino también adaptarse a las diferentes necesidades de los diferentes usuarios, logrando de este modo un uso racional, económico y eficaz de los recursos y reduciendo la contaminación ambiental y el daño ecológico. En esta era de rápido desarrollo económico y necesidades diversificadas y subdivididas, los recursos se consumen gradualmente y el problema ambiental se agrava. La clasificación de materiales, como parte principal del proceso de circulación de materiales, tiene gran importancia económica y ecológica. Material sorting technology is a technology for classifying different products or products of different grades according to a certain standard or requirement to meet different needs. Material sorting can not only improve the quality and utility of products but also adapt to the different needs of different users, thereby achieving rational, economical, and efficient use of resources and reducing environmental pollution and ecological damage. In this era of rapid economic development and diversified and subdivided needs, resources are gradually being consumed, and environmental problems are becoming more serious. Material sorting, as a key component of the material circulation process, is of great economic and ecological significance.
Con el surgimiento de conceptos como Industria 4.0 y Made in China 2025, la automatización industrial ha prosperado y la tecnología de clasificación de materiales también se ha desarrollado gradualmente desde una clasificación manual ineficiente a una clasificación automática. En comparación con la clasificación manual convencional, la tecnología de clasificación automática tiene ventajas incomparables en aspectos tales como la eficiencia y la precisión, y por lo tanto se está desarrollando rápidamente. Las diversas propiedades fisicoquímicas, tales como las clases y formas, de los materiales a clasificar difieren enormemente. Como resultado, los mecanismos de los procesos de clasificación varían enormemente. Por lo tanto, se ha desarrollado un tema especializado: la clasificación de materiales. With the emergence of concepts such as Industry 4.0 and Made in China 2025, industrial automation has flourished, and material sorting technology has also gradually evolved from inefficient manual sorting to automatic sorting. Compared with conventional manual sorting, automatic sorting technology has unparalleled advantages in terms of efficiency and accuracy, and is therefore developing rapidly. The various physicochemical properties, such as types and shapes, of the materials to be sorted vary greatly. As a result, the mechanisms of the sorting processes vary greatly. Therefore, a specialized subject has developed: material sorting.
Basándose en los mecanismos de clasificación, los métodos de clasificación se clasifican principalmente en cribado, separación magnética, separación óptica, separación eléctrica, separación por flotación y otros métodos de clasificación. La separación óptica es un método de clasificación relacionado con los atributos ópticos de los objetos de clasificación, y los materiales a clasificar se identifican de acuerdo con los atributos ópticos de los objetos de clasificación, por ejemplo, absorción de luz, reflexión y dispersión. El núcleo de un dispositivo de clasificación óptica es un dispositivo de detección fotoeléctrica y un sistema de procesamiento de datos correspondiente. El dispositivo de detección fotoeléctrica en el método de clasificación óptica generalmente está provisto de una unidad de transmisión óptica y una unidad de recepción óptica. Las formas principales de la unidad de transmisión óptica incluyen una fuente de luz puntual, una fuente de luz lineal o una fuente de luz de área formada por un láser, un rayo infrarrojo, un rayo ultravioleta y otra luz visible de diversas longitudes de onda. La unidad de recepción óptica incluye principalmente un sensor de escala de grises puntual, un dispositivo acoplado por carga de matriz lineal, un sensor de imagen en color o en escala de grises, y similares. Based on sorting mechanisms, sorting methods are mainly classified into screening, magnetic separation, optical separation, electrical separation, flotation separation, and other sorting methods. Optical separation is a sorting method related to the optical attributes of sorting objects, and the materials to be sorted are identified according to the optical attributes of the sorting objects, for example, light absorption, reflection, and scattering. The core of an optical sorting device is a photoelectric detection device and a corresponding data processing system. The photoelectric detection device in the optical sorting method is generally provided with an optical transmission unit and an optical reception unit. The main forms of the optical transmission unit include a point light source, a line light source, or an area light source formed by a laser, an infrared ray, an ultraviolet ray, and other visible light of various wavelengths. The optical reception unit mainly includes a point grayscale sensor, a linear array charge-coupled device, a color or grayscale image sensor, and the like.
Una solicitud de patente china (número de publicación: CN102989693B) divulga un método y un dispositivo de clasificación de materiales basados en transmisión láser. Los materiales a clasificar se irradian usando una fuente de línea láser, la luz de transmisión forma una distribución de intensidad diferente en la parte posterior de los materiales de acuerdo con diferentes atributos de transparencia y dispersión volumétrica de diferentes materiales, y un sistema de control realiza el procesamiento de la señal de distribución de intensidad y compara la señal con los parámetros correspondientes reservados de un material que se conservará en el sistema, para determinar si los materiales son materiales extraños. El método es aplicable a la clasificación de materiales con muy buenas propiedades de transmisión, tales como uvas pasas, verduras, frutas y productos marinos, pero para sustancias no transparentes, es relativamente difícil implementar la clasificación. Una solicitud de patente china (número de publicación: CN106269570A) divulga un dispositivo de clasificación de materiales y un método de clasificación, y las características de los materiales que se van a clasificar se extraen usando imágenes infrarrojas duales de diferentes longitudes de onda. En el método se distinguen diferentes materiales de acuerdo con las diferencias de absorción infrarroja entre sustancias. En comparación con una imagen infrarroja con una sola banda de onda, en el método se obtiene más información de la imagen infrarroja dual, ayudando de este modo a mejorar la precisión de la clasificación del material. Aunque el método es aplicable a la mayoría de los materiales que tienen diferencias de absorción infrarroja, existen desventajas como una baja velocidad de clasificación y altos costes del sistema. Una solicitud de patente china (número de publicación: CN104390987A) divulga un nuevo sensor de fibra óptica y un método de detección para detectar un defecto superficial de una bola de acero. En el sensor de fibra óptica, se forma una sonda de sensor usando 19 fibras y el defecto de la superficie de la bola de acero se calcula usando señales de conversión fotoeléctrica procedentes de 6 canales. En este método se pueden medir con precisión la rugosidad y los defectos de cambio de desplazamiento en la superficie de la bola de acero. Sin embargo, debido a que se usa una cantidad relativamente grande de fibras y es necesario realizar operaciones de conversión y procesamiento de adquisición en señales procedentes de 6 canales, es difícil aplicar el método a un sistema de clasificación de materiales. A Chinese patent application (publication no.: CN102989693B) discloses a material sorting method and device based on laser transmission. Materials to be sorted are irradiated using a laser line source, the transmitted light forms a different intensity distribution on the back of the materials according to different transparency and volumetric dispersion attributes of different materials, and a control system performs processing of the intensity distribution signal and compares the signal with the reserved corresponding parameters of a material to be preserved in the system, to determine whether the materials are foreign materials. The method is applicable to the sorting of materials with very good transmission properties, such as raisins, vegetables, fruits, and marine products, but for non-transparent substances, the sorting is relatively difficult to implement. A Chinese patent application (publication no.: CN106269570A) discloses a material sorting device and a sorting method, and the characteristics of the materials to be sorted are extracted using dual infrared images of different wavelengths. The method distinguishes different materials based on differences in infrared absorption between substances. Compared with a single-waveband infrared image, the method obtains more information from the dual-wave infrared image, thereby helping to improve the accuracy of material classification. Although the method is applicable to most materials with differences in infrared absorption, it has disadvantages such as slow classification speed and high system costs. A Chinese patent application (publication number: CN104390987A) discloses a novel optical fiber sensor and detection method for detecting a surface defect on a steel ball. In the optical fiber sensor, a sensor probe is formed using 19 fibers, and the surface defect of the steel ball is calculated using photoelectric conversion signals from six channels. In this method, the roughness and displacement change defects on the surface of the steel ball can be accurately measured. However, because a relatively large number of fibers are used and acquisition conversion and processing operations are required on signals from 6 channels, it is difficult to apply the method to a material sorting system.
Una secuencia temporal es una secuencia de números dispuesta en un orden temporal. El análisis de secuencia temporal es un método estadístico para datos dinámicos. El método se basa en una teoría de procesos aleatorios y un método estadístico matemático, y resuelve problemas reales mediante el estudio de la regularidad estadística de secuencias de datos aleatorios. El análisis de secuencia temporal es una teoría y un método para establecer un modelo matemático a través del ajuste de curvas y la estimación de parámetros de acuerdo con datos de secuencia temporal obtenidos a través de la observación sistemática. El análisis de secuencia temporal se aplica generalmente a campos tales como el macrocontrol de la economía nacional, la planificación del desarrollo integral regional, la operación y gestión empresarial, la previsión de potenciales de mercado, la previsión meteorológica e hidrológica, la previsión de terremotos, la previsión de desastres causados por plagas en los cultivos, el control de la contaminación ambiental, el equilibrio ecológico, la astronomía y la oceanografía. A time sequence is a sequence of numbers arranged in a temporal order. Time sequence analysis is a statistical method for dynamic data. The method is based on a theory of random processes and a mathematical statistical method, and solves real-world problems by studying the statistical regularity of random data sequences. Time sequence analysis is a theory and method for establishing a mathematical model through curve fitting and parameter estimation based on time sequence data obtained through systematic observation. Time sequence analysis is generally applied to fields such as national economic macro-control, regional comprehensive development planning, enterprise operation and management, market potential forecasting, meteorological and hydrological forecasting, earthquake forecasting, crop pest disaster forecasting, environmental pollution control, ecological balance, astronomy, and oceanography.
Al resumir los métodos de clasificación actuales, se puede encontrar que normalmente se usa un método basado en imágenes para lograr una precisión de clasificación relativamente alta, pero no se puede implementar una clasificación de alta velocidad debido a una velocidad de procesamiento de imágenes limitada; y para implementar una clasificación de alta velocidad, normalmente se usa un sensor fotoeléctrico puntual para mejorar la velocidad de clasificación, pero la tasa de error de clasificación es relativamente alta. Por lo tanto, se requiere un método de clasificación de materiales que pueda implementar una clasificación de alta velocidad y tenga una baja tasa de error. El análisis de la secuencia de estados de escala de grises del material es un enfoque técnico para lograr el objetivo. Summarizing current sorting methods, it can be found that an image-based method is typically used to achieve relatively high sorting accuracy, but high-speed sorting cannot be implemented due to limited image processing speed; and to implement high-speed sorting, a point photoelectric sensor is typically used to improve sorting speed, but the sorting error rate is relatively high. Therefore, a material sorting method that can implement high-speed sorting and has a low error rate is needed. Grayscale state sequence analysis of the material is one technical approach to achieve this goal.
RESUMEN DE LA INVENCIÓNSUMMARY OF THE INVENTION
Problema técnicoTechnical problem
Para resolver el problema técnico planteado en la tecnología antecedente anterior, la presente invención proporciona un dispositivo de clasificación de alimentación basado en una secuencia de estados de escala de grises, superando de este modo los defectos de la técnica anterior e implementando la clasificación de material con una alta velocidad y una baja tasa de error mediante la detección de una secuencia de estados de escala de grises de un material.Solución técnicaIn order to solve the technical problem posed in the above background technology, the present invention provides a feed sorting device based on a sequence of grayscale states, thereby overcoming the defects of the prior art and implementing material sorting with a high speed and a low error rate by detecting a sequence of grayscale states of a material.Technical Solution
Para lograr el objetivo técnico descrito anteriormente, una solución técnica de la presente invención es la siguiente: Un dispositivo de clasificación de alimentación basado en una secuencia de estados de escala de grises, que incluye un sensor de escala de grises, un controlador principal, un mecanismo de expulsión, una bandeja y un conducto guía, donde todos los materiales se colocan en la bandeja y avanzan junto con la bandeja, el sensor de escala de grises adquiere una secuencia de estados de escala de grises de un material y envía la secuencia de estados de escala de grises al controlador principal, y el controlador principal identifica la secuencia de estados de escala de grises; In order to achieve the above-described technical objective, a technical solution of the present invention is as follows: A feed sorting device based on a grayscale state sequence, including a grayscale sensor, a main controller, an ejection mechanism, a tray, and a guide chute, wherein all materials are placed on the tray and are advanced together with the tray, the grayscale sensor acquires a grayscale state sequence of a material and outputs the grayscale state sequence to the main controller, and the main controller identifies the grayscale state sequence;
el controlador principal hace coincidir la secuencia de estados de escala de grises con datos de postura de descarga permitida estándar preconfigurados y datos de postura de descarga prohibida estándar preconfigurados; si la secuencia de estados de escala de grises coincide con cualquier pieza de los datos de postura de descarga permitida estándar preconfigurados, indica que el material está en una postura de descarga objetivo y se permite que el material pase a través del mecanismo de rechazo; y si la secuencia de estados de escala de grises coincide con los datos de postura de descarga prohibida estándar preconfigurados, indica que el material está en una postura de no descarga, y el controlador principal controla el mecanismo de expulsión para devolver el material a una posición inicial de la bandeja; a través de un proceso de caída en el mecanismo de expulsión y vibración de la bandeja, se cambia la postura del material devuelto y un sistema realiza la identificación nuevamente cuando el material llega nuevamente al mecanismo de rechazo; The main controller matches the sequence of grayscale states with preconfigured standard permitted discharge posture data and preconfigured standard prohibited discharge posture data; if the sequence of grayscale states matches any piece of the preconfigured standard permitted discharge posture data, it indicates that the material is in a target discharge posture, and the material is allowed to pass through the reject mechanism; and if the sequence of grayscale states matches the preconfigured standard prohibited discharge posture data, it indicates that the material is in a non-discharging posture, and the main controller controls the ejection mechanism to return the material to an initial position of the tray; through a process of falling in the ejection mechanism and vibrating the tray, the posture of the returned material is changed, and a system performs identification again when the material reaches the reject mechanism again;
si la secuencia de estados de escala de grises no coincide con ninguna pieza de los datos de postura de descarga permitida estándar y los datos de postura de descarga prohibida estándar, el controlador principal realiza una operación correspondiente sobre el material en esta condición de acuerdo con una solución de tratamiento preconfigurada, donde la solución de tratamiento incluye permitir el paso a través del mecanismo de expulsión, prohibir el paso a través del mecanismo de rechazo y advertir de apagado; y If the sequence of grayscale states does not match any piece of the standard permitted discharge posture data and the standard prohibited discharge posture data, the main controller performs a corresponding operation on the material in this condition according to a pre-configured processing solution, where the processing solution includes allowing passage through the ejection mechanism, prohibiting passage through the rejection mechanism, and warning of shutdown; and
junto con el funcionamiento del dispositivo de clasificación de alimentación, el material finalmente llega a una estación de descarga en la postura de descarga objetivo a través del conducto guía o se completa una operación de acuerdo con una solución de tratamiento preconfigurada por un usuario. Along with the operation of the feeding sorting device, the material finally arrives at a discharge station at the target discharge posture through the guide chute or an operation is completed according to a treatment solution preset by a user.
Además, cada pieza de los datos de postura de descarga permitida estándar o datos de postura de descarga prohibida estándar preconfigurados incluye una pluralidad de estados de escala de grises y una secuencia de transición de estados entre estados de escala de grises; y en un caso en el que la secuencia de estados de escala de grises del material adquirida por el sensor de escala de grises cumple con la secuencia de transición de estados en los datos de postura de descarga permitida estándar o datos de postura de descarga prohibida estándar preconfigurados, se determina que la secuencia de estados de escala de grises del material coincide con los datos de postura de descarga permitida estándar o los datos de postura de descarga prohibida estándar. Furthermore, each piece of the preconfigured standard permitted discharge posture data or standard prohibited discharge posture data includes a plurality of grayscale states and a state transition sequence between grayscale states; and in a case where the grayscale state sequence of the material acquired by the grayscale sensor complies with the state transition sequence in the preconfigured standard permitted discharge posture data or standard prohibited discharge posture data, it is determined that the grayscale state sequence of the material matches the standard permitted discharge posture data or the standard prohibited discharge posture data.
Además, cada estado de escala de grises en los datos de postura de descarga permitida estándar o datos de postura de descarga prohibida estándar preconfigurados incluye un intervalo de valores de un valor de escala de grises y una frecuencia de aparición o duración del valor de escala de grises. In addition, each grayscale state in the preconfigured standard permitted discharge posture data or standard prohibited discharge posture data includes a value range of a grayscale value and an occurrence frequency or duration of the grayscale value.
Además, los datos de postura de descarga permitida estándar o datos de postura de descarga prohibida estándar preconfigurados se obtienen a través del aprendizaje usando el dispositivo de clasificación de alimentación por adelantado, se permite que un material avance en la bandeja en una postura determinada, el sensor de escala de grises adquiere una secuencia de estados de escala de grises del material dentro de un área de detección completa y envía la secuencia de estados de escala de grises al controlador principal, el controlador principal analiza las características de la secuencia de estados de escala de grises para obtener estados de escala de grises incluidos en el material y una secuencia de transición de estado, es decir, datos de postura estándar preconfigurados, los datos de postura estándar preconfigurados se almacenan en el controlador principal y los datos de postura estándar son preconfigurados por el usuario como datos de postura de descarga permitida estándar o datos de postura de descarga prohibida estándar. In addition, preset standard permitted discharge posture data or standard prohibited discharge posture data is obtained through learning using the feed sorting device in advance, a material is allowed to advance on the tray in a certain posture, the gray scale sensor acquires a gray scale state sequence of the material within a complete sensing area and outputs the gray scale state sequence to the main controller, the main controller analyzes characteristics of the gray scale state sequence to obtain gray scale states included in the material and a state transition sequence, that is, preset standard posture data, the preset standard posture data is stored in the main controller, and the standard posture data is preset by the user as standard permitted discharge posture data or standard prohibited discharge posture data.
Además, el sensor de escala de grises es un sensor fotoeléctrico e incluye una unidad de transmisión óptica y una unidad de recepción óptica, donde la unidad de transmisión óptica transmite una señal óptica modulada y la unidad de recepción óptica emite un valor de escala de grises de un material en una posición de detección de punto de luz. Además, si el material es transparente o semitransparente, se usa un sensor fotoeléctrico de tipo de haz pasante como sensor fotoeléctrico; y si el material no es transparente, se usa un sensor fotoeléctrico reflectante como sensor fotoeléctrico. Furthermore, the grayscale sensor is a photoelectric sensor and includes an optical transmission unit and an optical reception unit, where the optical transmission unit transmits a modulated optical signal and the optical reception unit outputs a grayscale value of a material at a light spot detection position. Furthermore, if the material is transparent or semi-transparent, a through-beam type photoelectric sensor is used as the photoelectric sensor; and if the material is not transparent, a reflective photoelectric sensor is used as the photoelectric sensor.
Además, en un caso en el que se usa un sensor fotoeléctrico reflectante como sensor fotoeléctrico, una longitud de onda de la luz de emisión de la unidad de transmisión óptica se ajusta de acuerdo con un atributo reflectante del material. Furthermore, in a case where a reflective photoelectric sensor is used as a photoelectric sensor, a wavelength of the emission light of the optical transmission unit is adjusted according to a reflective attribute of the material.
Además, una pluralidad de piezas de datos de postura de descarga estándar permitida, una pluralidad de piezas de datos de postura de descarga estándar prohibida y una pluralidad de soluciones de tratamiento para materiales no coincidentes se preconfiguran en el controlador principal, y una postura de descarga o una combinación de posturas de descarga de un material se cambia de manera flexible de acuerdo con diferentes requisitos de la estación de descarga. In addition, a plurality of pieces of data of permitted standard discharge posture, a plurality of pieces of data of prohibited standard discharge posture, and a plurality of treatment solutions for unmatched materials are preset in the main controller, and a discharge posture or a combination of discharge postures of a material is flexibly changed according to different requirements of the discharge station.
Además, las secuencias de estados de escala de grises de materiales que son importantes o fáciles de confundir se seleccionan previamente como plantillas de características, y se establecen operaciones del mecanismo de rechazo que corresponden respectivamente a las plantillas de características, para ayudar a distinguir estados con alta semejanza; y para otras secuencias de estados de escala de grises que no pertenecen a las plantillas de características, se preconfiguran soluciones de tratamiento, y se realizan operaciones correspondientes del mecanismo de expulsión o una operación de advertencia de acuerdo con las soluciones de tratamiento, reduciendo de este modo la cantidad y dificultad de configuración de las plantillas de características de materiales cuyos estados son fáciles de distinguir. In addition, grayscale state sequences of materials that are important or easily confused are pre-selected as feature templates, and rejection mechanism operations corresponding to the feature templates are set up respectively, to help distinguish states with high similarity; and for other grayscale state sequences that do not belong to the feature templates, processing solutions are pre-configured, and corresponding ejection mechanism operations or a warning operation are performed according to the processing solutions, thereby reducing the number and difficulty of setting feature templates of materials whose states are easy to distinguish.
Efecto ventajosoAdvantageous effect
Efectos beneficiosos que se consiguen mediante el uso de la solución técnica descrita anteriormente: Beneficial effects achieved by using the technical solution described above:
(1) En la presente invención, se aplica un método de análisis de secuencia temporal a un sistema de clasificación de materiales. Cuando un material pasa a través de un área de detección fotoeléctrica, una unidad de cálculo realiza un muestreo de tiempo discreto en un sensor de escala de grises para obtener una secuencia de estados de escala de grises, y la información de tipo se obtiene analizando y calculando una característica de variación de la secuencia de estados. En comparación con un método de clasificación basado en un único valor de escala de grises, el método puede mejorar enormemente la precisión de la identificación de características del material. (2) En la presente invención, no es necesario detenerse en el área de detección fotoeléctrica durante un proceso de alimentación y, en comparación con un método de procesamiento de imágenes, el método de identificación de características de secuencia de estados de escala de grises tiene una mayor velocidad, ayudando de este modo a mejorar la eficiencia operativa de un dispositivo de alimentación. (1) In the present invention, a time sequence analysis method is applied to a material sorting system. When a material passes through a photoelectric detection area, a computing unit performs discrete-time sampling on a gray scale sensor to obtain a gray scale state sequence, and type information is obtained by analyzing and calculating a variation characteristic of the state sequence. Compared with a sorting method based on a single gray scale value, the method can greatly improve the accuracy of material characteristic identification. (2) In the present invention, it is not necessary to stop in the photoelectric detection area during a feeding process, and compared with an image processing method, the gray scale state sequence characteristic identification method has a higher speed, thereby helping to improve the operating efficiency of a feeding device.
(3) La presente invención es compatible con un sensor de escala de grises de tipo de haz pasante y un sensor de escala de grises reflectante, cumpliendo de este modo los requisitos de clasificación de alimentación de materiales transparentes, semitransparentes y no transparentes. (3) The present invention is compatible with a through-beam type gray scale sensor and a reflective gray scale sensor, thereby meeting the feeding classification requirements of transparent, semi-transparent, and non-transparent materials.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La figura 1 es un diagrama estructural esquemático de la presente invención; Figure 1 is a schematic structural diagram of the present invention;
La figura 2 es un diagrama de transición de estados de escala de grises de la descarga de material de acuerdo con una realización; y Figure 2 is a grayscale state transition diagram of the discharge of material according to one embodiment; and
La figura 3 es un diagrama esquemático de una secuencia de escala de grises de diferentes posturas de un material A de acuerdo con una realización. Figure 3 is a schematic diagram of a grayscale sequence of different poses of a material A according to an embodiment.
Descripciones de números de referencia: 1. Bandeja; 2. Conducto guía; 3. Sensor de escala de grises; 4. Controlador principal; 5. Mecanismo de expulsión; 6. Estación de descarga; 7. Postura de descarga objetivo; 8. Postura de no descarga. Reference number descriptions: 1. Tray; 2. Guide chute; 3. Grayscale sensor; 4. Main controller; 5. Eject mechanism; 6. Unloading station; 7. Target unloading posture; 8. Non-unloading posture.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A continuación se describen en detalle soluciones técnicas de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. Technical solutions of the present invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings.
En la presente invención, se diseña un dispositivo de clasificación de alimentación basado en una secuencia de estados de escala de grises. Como se muestra en la figura 1, el dispositivo incluye tres partes: un sensor de escala de grises 3, un controlador principal 4 y un mecanismo de rechazo 5, y en combinación con una bandeja 1, un conducto guía 2 y una estación de descarga 6, se forma un dispositivo de clasificación de alimentación universal programable. In the present invention, a feed sorting device is designed based on a sequence of grayscale states. As shown in Figure 1, the device includes three parts: a grayscale sensor 3, a main controller 4, and a reject mechanism 5, and in combination with a tray 1, a guide chute 2, and a discharge station 6, a programmable universal feed sorting device is formed.
Un proceso de trabajo del dispositivo es el siguiente: todos los materiales se colocan en la bandeja 1 y avanzan junto con la bandeja 1, el sensor de escala de grises 3 adquiere una secuencia de estados de escala de grises de un material y envía la secuencia de estados de escala de grises al controlador principal 4, y el controlador principal 4 determina si la secuencia de estados de escala de grises adquirida ya está identificada. Si la secuencia de estados de escala de grises ya está identificada, el controlador principal 4 hace coincidir la secuencia de estados de escala de grises adquirida del material con datos de postura de descarga estándar preconfigurados; si la secuencia de estados de escala de grises del material coincide con los datos de postura de descarga estándar preconfigurados, indica que el material está en una postura de descarga objetivo 7 y se permite que el material pase a través del mecanismo de rechazo 5; y si la secuencia de estados de escala de grises del material no coincide con los datos de postura de descarga estándar preconfigurados, indica que el material está en una postura de no descarga 8, y el controlador principal 4 controla el mecanismo de rechazo 5 para devolver el material a una posición inicial de la bandeja 1; a través de la caída del material en el mecanismo de rechazo 5 y la vibración de la bandeja 1, se cambia la postura de descarga del material devuelto; y si la secuencia de estados de escala de grises no está identificada, el controlador principal 4 controla la bandeja 1 para detener el funcionamiento, y simultáneamente envía información de alarma anormal a un miembro del personal. Junto con el funcionamiento del dispositivo de clasificación de alimentación, todos los materiales llegan finalmente a la estación de descarga 6 en la postura de descarga objetivo a través del conducto guía 2. A working process of the device is as follows: all materials are placed on tray 1 and moved along with tray 1, the grayscale sensor 3 acquires a grayscale state sequence of a material and sends the grayscale state sequence to the main controller 4, and the main controller 4 determines whether the acquired grayscale state sequence is already identified. If the grayscale state sequence is already identified, the main controller 4 matches the acquired grayscale state sequence of the material with preconfigured standard discharge posture data; if the grayscale state sequence of the material matches the preconfigured standard discharge posture data, it indicates that the material is in a target discharge posture 7, and the material is allowed to pass through the reject mechanism 5; and if the grayscale state sequence of the material does not match the preconfigured standard discharge posture data, it indicates that the material is in a non-discharging posture 8, and the main controller 4 controls the reject mechanism 5 to return the material to a starting position of the tray 1; through the material falling into the reject mechanism 5 and the tray 1 vibrating, the discharge posture of the returned material is changed; and if the grayscale state sequence is not identified, the main controller 4 controls the tray 1 to stop operation, and simultaneously sends abnormal alarm information to a staff member. Along with the operation of the feeding sorting device, all materials finally arrive at the discharge station 6 at the target discharge posture through the guide chute 2.
En esta realización, el sensor de escala de grises 3 es un sensor fotoeléctrico e incluye una unidad de transmisión óptica y una unidad de recepción óptica, donde la unidad de transmisión óptica transmite una señal óptica modulada y la unidad de recepción óptica emite un valor de escala de grises de un material en una posición de detección de punto de luz. Si el material es transparente o semitransparente, se usa un sensor fotoeléctrico de tipo de haz pasante como sensor fotoeléctrico; y si el material no es transparente, se usa un sensor fotoeléctrico reflectante como sensor fotoeléctrico. En el caso en el que se usa un sensor fotoeléctrico reflectante como sensor fotoeléctrico, una longitud de onda de la luz de emisión de la unidad de transmisión óptica se ajusta de acuerdo con un atributo reflectante del material, de modo que la señal reflectante tenga mejor calidad y una mayor relación señal-ruido. Para realizar la operación de hacer coincidir estados de escala de grises, es necesario predefinir datos de postura de descarga estándar. Los datos de postura de descarga estándar son una secuencia de estados que incluye estados en escala de grises correspondientes a las posturas de descarga de un material y una relación de transición entre estados. La secuencia de estados está prediseñada en el controlador principal, y las condiciones de transición entre todas las secuencias de transición de estados y los estados constituyen un estándar para determinar un tipo de material. La secuencia de estados puede constituirse controlando manualmente el material para que se mueva con una velocidad adecuada y constante en la postura objetivo frente al sensor de escala de grises, y controlando simultáneamente el controlador principal para realizar el muestreo y el aprendizaje. Por lo tanto, es necesario proporcionar al controlador principal una interfaz de control de aprendizaje, por ejemplo, una tecla de aprendizaje. Después de presionar la tecla de aprendizaje, el controlador principal entra en un estado de aprendizaje, al material en una postura correcta se le permite pasar frente al sensor de escala de grises con una velocidad constante y, después de detectar que el material pasa completamente a través del área de detección, el controlador principal realiza una transición de estado en la secuencia de escala de grises adquirida. Se determina que puntos de datos de valores de escala de grises próximos son un mismo estado de escala de grises, obteniendo de este modo un espacio de estados que incluye todos los estados de escala de grises de las posturas de un material objetivo. Una característica objetivo puede definirse como una secuencia de estados que incluye un conjunto de secuencias de transición de estados especificadas en el espacio de estados. S se usa para representar un estado de escala de grises, G se usa para representar un valor de escala de grises y F se usa para representar una frecuencia de aparición de una escala de grises o la duración de la escala de grises. En el presente documento se describen, como ejemplo, implementaciones específicas usando una única pieza de datos de postura objetivo preconfigurados. La extensión a una pluralidad de piezas de datos de postura de objetivo preconfigurados se puede implementar de acuerdo con este ejemplo. Dicha extensión sin esfuerzos creativos todavía está dentro del alcance de protección de patente de la presente invención. In this embodiment, the grayscale sensor 3 is a photoelectric sensor and includes an optical transmission unit and an optical reception unit, where the optical transmission unit transmits a modulated optical signal and the optical reception unit outputs a grayscale value of a material at a light spot detection position. If the material is transparent or semi-transparent, a through-beam type photoelectric sensor is used as the photoelectric sensor; and if the material is not transparent, a reflective photoelectric sensor is used as the photoelectric sensor. In the case where a reflective photoelectric sensor is used as the photoelectric sensor, a wavelength of the emission light of the optical transmission unit is adjusted according to a reflective attribute of the material, so that the reflective signal has better quality and a higher signal-to-noise ratio. To perform the grayscale state matching operation, it is necessary to predefine standard discharge posture data. Standard discharge posture data is a state sequence that includes grayscale states corresponding to the discharge postures of a material and a transition relationship between states. The state sequence is pre-designed in the main controller, and the transition conditions between all state transition sequences and states constitute a standard for determining a material type. The state sequence can be formed by manually controlling the material to move at an appropriate and constant speed in the target posture in front of the grayscale sensor, and simultaneously controlling the main controller to perform sampling and learning. Therefore, it is necessary to provide the main controller with a learning control interface, for example, a learning key. After pressing the learning key, the main controller enters a learning state, the material in a correct posture is allowed to pass in front of the grayscale sensor at a constant speed, and after detecting that the material completely passes through the sensing area, the main controller performs a state transition in the acquired grayscale sequence. Data points of neighboring grayscale values are determined to be the same grayscale state, thereby obtaining a state space that includes all grayscale states of the poses of a target material. A target feature may be defined as a state sequence that includes a set of state transition sequences specified in the state space. S is used to represent a grayscale state, G is used to represent a grayscale value, and F is used to represent a grayscale occurrence frequency or a grayscale duration. Specific implementations using a single piece of preconfigured target pose data are described herein as an example. Extension to a plurality of pieces of preconfigured target pose data may be implemented according to this example. Such extension without creative efforts is still within the scope of patent protection of the present invention.
La figura 2 es un diagrama de transición de estados de postura de descarga de un solo material objetivo. Una condición para entrar en un estado S1 es que: un valor de escala de grises esté entre 0,7 y 0,9, y una frecuencia de aparición continua del valor de escala de grises sea igual a 4. Una condición para entrar en un estado S2 es que: una secuencia de escala de grises en la que la escala de grises está en un intervalo de 0,3 a 0,5 ocurre continuamente tres veces antes de que se agote el tiempo de espera. Una condición para entrar en un estado S4 es que el valor de escala de grises se reduzca a menos de 0,1 antes de que se agote el tiempo de espera. Un resultado de salida incondicional de S4 es verdadero y un resultado de salida incondicional de S3 es falso. A partir de la figura se pude observar que la secuencia de estados de escala de grises de las posturas del material objetivo es M={S1-><s>2->S4}, y el resultado es verdadero solo para una secuencia de estados de escala de grises del material que sea igual a esta secuencia de estados, y a continuación se determina que la postura del material es una postura de descarga; de lo contrario, el mecanismo de rechazo realiza una operación de devolver el material a la bandeja. A continuación se describe un proceso de derivación de una secuencia de estados de escala de grises usando cuatro superficies de un material A como ejemplo. La figura 3 muestra cuatro posibles posturas de alimentación a, b, c y d del material A en la figura 1. A partir de la figura 1, se puede observar que la estación de descarga requiere que una postura de descarga sea la postura a en la figura 3. El controlador principal necesita calcular cuatro secuencias de escala de grises en la figura 3, separar la postura a y devolver los materiales de las posturas b, c y d a la bandeja a través del mecanismo de rechazo. El símbolo G[x] se usa para representar una secuencia de escala de grises x. A través de la medición se obtiene que: Figure 2 is a state transition diagram of a single target material discharge posture. A condition for entering a state S1 is that: a grayscale value is between 0.7 and 0.9, and a continuous occurrence frequency of the grayscale value is equal to 4. A condition for entering a state S2 is that: a grayscale sequence in which the grayscale is in a range of 0.3 to 0.5 occurs continuously three times before timing out. A condition for entering a state S4 is that the grayscale value is reduced to less than 0.1 before timing out. An unconditional exit result of S4 is true, and an unconditional exit result of S3 is false. It can be seen from the figure that the grayscale state sequence of the target material postures is M={S1-><s>2->S4}, and the result is true only for a grayscale state sequence of the material that is equal to this state sequence, and then it is determined that the material posture is a discharging posture; otherwise, the reject mechanism performs an operation of returning the material to the tray. The following describes a process of deriving a grayscale state sequence using four surfaces of a material A as an example. Figure 3 shows four possible feeding postures a, b, c, and d of material A in Figure 1. From Figure 1, it can be seen that the discharging station requires a discharging posture to be posture a in Figure 3. The main controller needs to calculate four grayscale sequences in Figure 3, separate posture a, and return the materials of postures b, c, and d to the tray through the reject mechanism. The symbol G[x] is used to represent a grayscale sequence x. Through measurement it is obtained that:
G[a]={0,05, 0,88, 0,87, 0,85, 0,86, 0,66, 0,41, 0,42, 0,39, 0,04} G[a]={0.05, 0.88, 0.87, 0.85, 0.86, 0.66, 0.41, 0.42, 0.39, 0.04}
G[b]={0,03, 0,38, 0,41, 0,43, 0,40, 0,39, 0,61, 0,78, 0,86, 0,01} G[b]={0.03, 0.38, 0.41, 0.43, 0.40, 0.39, 0.61, 0.78, 0.86, 0.01}
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} 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}
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} 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}
La valoración de transición de estado se realiza en las cuatro secuencias de escala de grises de acuerdo con las condiciones de transición de diversos estados en la figura 2, y los resultados son los siguientes: The state transition evaluation is performed on the four grayscale sequences according to the transition conditions of various states in Figure 2, and the results are as follows:
S[a]={S1->S2->S4} S[a]={S1->S2->S4}
S[b]={} S[b]={}
S[c]={S1->S3} S[c]={S1->S3}
S[d]={S1->S3} S[d]={S1->S3}
Un resultado obtenido de la valoración de transición de estado realizada en G[a] es S[a], y un resultado de salida es verdadero. Una secuencia de escala de grises representada por G[b] no cumple la condición de entrar en S 1, y su secuencia de escala de grises está vacía y, por lo tanto, un resultado está vacío. Una secuencia de escala de grises representada por G[c] puede entrar con éxito en el estado S1, pero esperar tiempo extra en el estado S1, entrando de este modo en S3, y el resultado es falso. Un resultado de valoración de G[d] es el mismo que el de G[c]. A result obtained from the state transition judgment performed on G[a] is S[a], and an output result is true. A grayscale sequence represented by G[b] does not satisfy the condition of entering S1, and its grayscale sequence is empty, and thus a result is empty. A grayscale sequence represented by G[c] may successfully enter state S1, but wait overtime in state S1, thus entering S3, and the result is false. A judgment result of G[d] is the same as that of G[c].
Por medio de la valoración sobre los resultados de salida en el diagrama de transición de resultados de estados de secuencia, "verdadero" representa ser igual a la postura de descarga objetivo, y "falso" representa ser diferente a la postura de descarga objetivo. Por lo tanto, se puede concluir que el estado a pertenece a la postura de descarga objetivo, y los estados b, c y d no pertenecen a la postura de descarga objetivo. By judging the output results in the state sequence transition diagram, "true" represents being equal to the target discharge posture, and "false" represents being different from the target discharge posture. Therefore, it can be concluded that state a belongs to the target discharge posture, and states b, c, and d do not belong to the target discharge posture.
A partir de los resultados de valoración anteriores, se puede observar que un material con una postura de descarga anormal se puede excluir estrictamente usando una secuencia de estados y condiciones de transición entre estados. From the above evaluation results, it can be seen that a material with an abnormal discharge posture can be strictly excluded using a sequence of states and transition conditions between states.
El controlador principal puede procesar, en tiempo real, los datos en escala de grises recibidos por el sensor de escala de grises, sin esperar hasta que se adquiera toda la secuencia de estados de escala de grises del material. El análisis de secuencia de estados de escala de grises es un método de procesamiento de datos en línea casi en tiempo real. Todo el proceso de muestreo de escala de grises, identificación de características, cálculo y valoración, y respuesta tiene una pequeña carga de cálculo y puede completarse antes de que el material pase al dispositivo de rechazo. Dicho diseño prácticamente no tiene impacto en una velocidad de descarga. Cuando cambia el tipo de material, se puede realizar el aprendizaje nuevamente para crear un diagrama de transición de estados de escala de grises de postura de descarga de un nuevo material objetivo. Esta operación de conversión se puede completar guiando una unidad de cálculo con una pequeña cantidad de intervención manual. The main controller can process the grayscale data received by the grayscale sensor in real time, without waiting for the entire grayscale state sequence of the material to be acquired. Grayscale state sequence analysis is a near-real-time online data processing method. The entire process of grayscale sampling, feature identification, calculation and assessment, and response has a small computational burden and can be completed before the material passes to the reject device. Such a design has virtually no impact on the discharge rate. When the material type changes, learning can be performed again to create a grayscale state transition diagram of the discharge posture of a new target material. This conversion operation can be completed by guiding a computing unit with a small amount of manual intervention.
Un dispositivo de clasificación de alimentación basado en una secuencia de estados de escala de grises proporcionado en la presente invención proporciona una nueva idea para la alimentación automática. La alimentación automática es un apartado de gran importancia durante la producción automática. Es difícil universalizar un dispositivo de alimentación convencional porque los objetos materiales son de diversos tipos y tienen características muy diferentes. Como resultado, resulta costoso personalizar un dispositivo de alimentación. Por lo tanto, es de gran valor económico e importancia práctica implementar un dispositivo de alimentación universal programable con alta eficiencia y alta fiabilidad. A grayscale state-based feed sorting device provided in the present invention provides a novel idea for automatic feeding. Automatic feeding is a very important aspect of automatic production. It is difficult to universalize a conventional feeding device because material objects come in various types and have very different characteristics. As a result, customizing a feeding device is expensive. Therefore, implementing a programmable universal feeding device with high efficiency and high reliability is of great economic value and practical importance.
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