一种废旧玻璃快速自动回收分拣工艺的制作方法

本发明属于物料再生技术领域，涉及多光谱识别技术与自动控制技术，尤其是一种废旧玻璃快速自动回收分拣工艺。

背景技术：

目前我国大力倡导资源再生，对废旧物品回收再利用不仅可以保护环境，而且还具有较高的经济效益。在各类可再生资源中，废弃玻璃作为一种工业废料与生活垃圾，我国国内每年会产生5000万吨左右，数量较多。但是其无法自行降解，若不对其加以处理直接进行掩埋，不但会占用宝贵的土地资源，还会对环境造成巨大的破坏。若对其进行回收再利用，不但有较高的经济效益，更具有重大环境效益，符合我国可持续发展的宏观战略。

废旧玻璃原料中所含杂质种类较多，一般包括金属、石子、陶瓷、泥土等。在这些杂质中，金属具有较高的经济价值，若在杂质分离过程中同时将玻璃碎片与金属分拣出来，减少二次分拣处理造成的资源浪费，可提高大大经济效益。但是因废弃玻璃原料中的杂质形状大小不一难以分拣，尚未有较好的处理方法与装置。现多采用人工分拣与浮选的方式对废弃玻璃原料进行分拣处理。人工的分拣方式效率极低，而且废弃玻璃原料中多含有体积较小的杂质，即使通过多次的人工分拣之后，依然无法完全剔除。浮选法虽然相较于人工分拣的方式效率有所提高，但是该方式只能分离出和废弃玻璃质量密度相差较远的塑料、橡胶等，不仅无法分拣出具有较高经济效益的金属，而且分拣出的废弃玻璃还残留较多的石头、陶瓷等杂质。这种杂质含量较多的玻璃原料入窑生产中会产生较多的结石和硅球，可能会导致窑内物料输送管道堵塞，造成极大的经济损失。而且生产出来的成品玻璃品质差，经济效益较低。

因此发明与设计一种对废弃玻璃原料进行快速自动识别、分选和回收的方法及工艺，在提高废弃玻璃的回收利用率的同时将具有较高经济价值的金属也分拣出来，不仅具有较高的经济效益，而且对环境保护和可持续发展都具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种便于识别、分类、分拣和回收且节约资源、保护环境的废旧玻璃快速自动回收分拣工艺。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种废旧玻璃快速自动回收分拣工艺，基于此工艺的运行，依托于一套废弃玻璃原料快速自动识别与分选装置，用于实现对废弃玻璃原料中玻璃碎片和废旧金属的的分类、分选与回收再利用，该装置包括：主控模块、浮选模块、输送模块、分选模块、清洗与烘干模块、回收仓，其中分选模块是本系统的核心模块，是基于视觉检测技术和电磁技术设计的，主要包括照明由照明光源、线阵ccd相机、嵌入式图像处理模块、分选器组成，用于改变金属和其他杂质的下落轨迹，使其分别落入不同的回收仓中，完成分选动作；

主控模块：用于控制与协调各模块之间工作，接收人机交互界面的控制或设置命令，将人机交互界面的控制或设置命令传递到各个模块中，控制各模块进行相应的动作；

浮选模块：利用物体之间的物理特性的差异，从未处理的一级玻璃原料中分离出与废弃玻璃质量密度相差较远的杂质，获得二级玻璃原料；

输送模块：输送模块主要由物料输送通道、振动筛、传送履带组成，用来产生稳定的物料流动，利用振动筛产生往复旋型振动将二级玻璃原料沿着倾斜的物料通道陆续下滑，使二级玻璃原料单层有序的通过分选待观察区。

清洗与烘干模块：清洗与烘干模块由高压水喷嘴与热风机构成，使用高压水枪用于对三级玻璃进行喷射除垢，热风机用于对喷射后的三级玻璃烘干。

而且，所述分选模块的照明光源结构如图二所示：由红色led、蓝色led、绿色led、近红外led和紫外led5种光源组合而成，采用时分复用的方式进行多光谱图像采集和处理，采用时分复用的方式驱动照明光源工作，同时使用线阵ccd相机采集相应光谱的图像，得到多光谱数据，将采集到的多光谱数据送入嵌入式图像处理模块中进行实时分析处理，判断图像中的物品是否为玻璃片或金属物质，将判断结果作为分选器的驱动信号，通过分选器改变金属和其他杂质的下落轨迹，使其分别落入不同的回收仓中，从而获得含杂质极少的三级玻璃原料和废旧金属。

而且，所述分选模块的分选器是基于电磁技术设计而成的，主要由电磁阀、气枪、电磁铁组成，将嵌入式图像处理模块的判断结果作为电磁阀的驱动信号，通过电磁阀控制气枪和电磁铁动作，改变金属和其他杂质的下落轨迹，使其分别落入不同的回收仓中，完成分选动作。

而且，所述主控模在各个模块之间传递信息，实现各模块之间的互联与协调工作。

所述废旧玻璃快速自动回收分拣工艺流程为：

⑴所述废弃玻璃原料快速自动识别与分选装置启动后，主控模块对其他模块进行初始化操作，设置输送模块中振动器的振动速度与模式、物料通道的倾斜角度。设置分选模块中ccd相机的物像匹配值、a/d增益值相关参数。同时检查其他模块功能是否正常，完成初始化操作；

⑵浮选模块选用纯水作为分离溶剂，将未经过处理的一级废弃玻璃原料经喂料口投入浮选装置中，质量密度较轻的橡胶、塑料片、浮沉杂质将会上浮，从而将其与玻璃原料分离开，获得可能含有陶瓷片、金属片、石子的二级玻璃原料；

⑶使用输送模块将已获得的二级玻璃原料沿倾斜的物料通道陆续下落，使其单层有序的通过分选区，为下一步分选创造合适的外部条件，物料的下落速度可通过人机交互界面设置相关参数改变物料通道的倾斜角度与振动筛的振动速度与振动模式进行调节；

⑷分选模块在dsp的控制下，分时曝光红色led、蓝色led、绿色led、近红外led和紫外led光源，同时驱动线阵ccd相机进行图像采集，获得下落物料分子的多光谱图像，利用fpga的高速处理能力对获得的多光谱图像进行分析与处理，获得三级玻璃原料；

⑸奖分选完毕的三级玻璃原料，经分选区下落至传送履带上，经传送履带送至清洗区中，在清洗区中，将高压水喷嘴垂直安装在传送履带的上方对玻璃原料进行垂直喷射清理，在烘干区中，将热风机安置在传送履带的上、左、右三个方向，对清洁完毕的玻璃原料进行烘干处理，从而得到干净清洁的玻璃原料。

而且，所述流程⑷中，利用fpga的高速处理能力对获得的多光谱图像进行分析与处理包括如下步骤：

⑴对图像进行去噪、畸变矫正处理，提高图像质量。以帧间差作为识别依据对每种多光谱图像单独处理，并将采集到的物料分子的第一幅多光谱图像作为模板，将以后采集到的多光谱图像与该模板在fpga中进行差分运算，把差分后的图像作为识别判断依据，对其进行分析与处理，消除孤立点，计算其分布特征、形状特征、自相关特征、频域特征；

⑵把计算出的特征参数同标准模板库中的玻璃片与金属特征进行对照，判断是否是为玻璃片或者金属物质。分析结果通过spi总线送入dsp中进行处理与判断，将dsp的判断结果作为分选器中电磁阀的控制信号，若判断结果为非玻璃原料或金属的其他杂质，则利用电磁阀驱动气枪将其吹出物料通道；若判断结果为金属物质，则利用电磁阀驱动电磁铁将其从下落的物料流中吸附出来，改变其下落轨迹使其与其他物质分离开来；若判断结果为玻璃原料，则分选器不进行动作，不改变其下落轨迹，使其顺利通过分选区落入下方的传送履带上中，获得三级玻璃原料。

本发明的优点和积极效果是：

本发明基于视觉检测技术设计了一种对废弃玻璃原料进行快速自动识别、分选和回收的方法与装置。使用多光谱技术对物料分子进行图像采集与分析，可有效避免环境杂光的影响，减小分选误判率，提高系统分拣精度。

本发明装置利用电磁铁的电磁特性可一次性将废弃玻璃原料中具有较高经济价值的玻璃片与金属物质同时分选出来，避免了二次分选造成的资源浪费具有较高的经济价值和实用性。

本装置集成了主控模块、浮选模块、输送模块、分选模块、清洁与烘干模块，一次性分多级对废弃玻璃进行处理，经处理后的玻璃原料即可直接入窑再生产，避免了分开处理过程中物料转移造成的二次污染。

附图说明

图1为本发明中的废弃玻璃原料快速自动识别与分选装置的原理框图；

图2为本发明中的分选模块的照明光源结构示意图；

图3为本发明中的分选模块工作示意图；

图4为本发明中的嵌入式图像处理模块结构图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种废旧玻璃快速自动回收分拣工艺，其组成如图1所示，基于此工艺的运行，依托于一套废弃玻璃原料快速自动识别与分选装置，用于实现对废弃玻璃原料中玻璃碎片和废旧金属的快速、精准、高效的分类、分选与回收再利用。该装置包括：主控模块、浮选模块、输送模块、分选模块、清洗与烘干模块、回收仓。

其中分选模块是本系统的核心模块，是基于视觉检测技术设计的，主要包括照明光源、嵌入式图像处理模块、分选器。

本装置的工作原理为：首先把未经过处理的一级废弃玻璃原料经喂料口投入浮选模块中，通过浮选模块分离出于废弃玻璃质量密度相差较远的杂质，如橡胶、塑料、浮尘获得二级玻璃原料。随后通过输送模块将二级玻璃原料送入分选模块中，通过照明光源照射采集二级玻璃原料分子的多光谱图像，在嵌入式图像处理模块中对获得的多光谱图像进行实时分析与处理判断是否为玻璃片或金属，将判断结果作为分选器的驱动信号，通过分选器改变玻璃片、金属与其他杂质的下落轨迹，使其分别落入不同的回收仓中，获得三级玻璃原料与可回收金属。再通过传输履带将三级玻璃原料与送入清洗与烘干模块中，随后将清洗干净的玻璃原料送入玻璃回收仓中，从而获得杂质含量极少的干净玻璃原料。

本发明是对废弃玻璃原料进行快速自动识别、分选和回收利用的方法与装置，主要模块功能包括：

主控模块：主控模块是整个系统的控制核心，主要用来控制与协调各模块之间工作。接收人机交互界面的控制或设置命令，利用rs485、can工业总线将人机交互界面的控制或设置命令传递到各个模块中，控制各模块进行相应的动作。并且主控模块还可以在各个模块之间传递信息，实现各模块之间的互联与协调工作。

浮选模块：未经处理的废弃玻璃原料中所含杂质种类较多，其中有一些杂质的质量密度与废弃玻璃相差较远，如塑料、橡胶，还有一些杂质的质量密度与废弃玻璃较为接近，如陶瓷片、金属片、石子等。本装置中的浮选模块即利用物体之间的物理特性的差异，从未处理的一级玻璃原料中分离出与废弃玻璃质量密度相差较远的杂质，获得二级玻璃原料。

输送模块：输送模块主要由物料输送通道、振动筛、传送履带组成，用来产生稳定的物料流动，以便进行下一步分选处理。其工作原理为：利用振动筛产生往复旋型振动将二级玻璃原料沿着倾斜的物料通道陆续下滑，使二级玻璃原料单层有序的通过分选待观察区。

分选模块：该模块是本装置的核心模块，是基于视觉检测技术和电磁技术设计而成的，由照明光源、线阵ccd相机、嵌入式图像处理模块、分选器组成。考虑到废弃玻璃中所含杂质较多，且工业现场环境较为复杂，为了避免杂散光对图像采集的影响，降低误判率，利用多光谱技术对废弃玻璃原料分子进行图像采集。分选模块的照明光源结构如图二所示：由红色led、蓝色led、绿色led、近红外led和紫外led等5种光源组合而成，采用时分复用的方式进行多光谱图像采集和处理。即分时控制驱动红色led、蓝色led、绿色led、近红外led和紫外led。采用线阵ccd相机作为采集图像的执行器。基于现场可编程门阵列(fpga)与dsp构建嵌入式图像处理模块，fpga主要用来完成对多光谱图像的硬件预处理，包括图像滤波、去噪、图像差分运算等，dsp负责逻辑判断，fpga与dsp之间采用spi总线进行实时数据交换，多处理器并行工作可充分发挥各处理器的优点，能有效提高系统运行速度。分选器是基于电磁技术设计而成的，主要由电磁阀、气枪、电磁铁组成，将嵌入式图像处理模块的判断结果作为电磁阀的驱动信号，通过电磁阀控制气枪和电磁铁动作，改变金属和其他杂质的下落轨迹，使其分别落入不同的回收仓中，完成分选动作。

该模块的工作原理为：采用时分复用的方式驱动照明光源工作，同时使用线阵ccd相机采集相应光谱的图像，得到多光谱数据，将采集到的多光谱数据送入嵌入式图像处理模块中进行实时分析处理，判断图像中的物品是否为玻璃片或金属物质，将判断结果作为分选器的驱动信号，通过分选器改变金属和其他杂质的下落轨迹，使其分别落入不同的回收仓中，从而获得含杂质极少的三级玻璃原料和废旧金属。

清洗与烘干模块：分选出来的三级玻璃原料上会残留一些泥垢与污浊之物。为保证生产出的成品玻璃的品质，入窑再生产的玻璃原料需要保证清洁与干燥。清洗与烘干模块由高压水喷嘴与热风机构成，三级玻璃经由传送履带送入清洗区中，使用高压水枪对其进行喷射除垢，随后将清洗干净的玻璃原料送入烘干区中，进行烘干处理，处理完毕的玻璃原料即为可入窑再生产的优质玻璃原料。

本发明的工艺流程为：

⑴所述废弃玻璃原料快速自动识别与分选装置启动后，主控模块对其他模块进行初始化操作，设置输送模块中振动器的振动速度与模式、物料通道的倾斜角度。设置分选模块中ccd相机的物像匹配值、a/d增益值等相关参数。同时检查其他模块功能是否正常，完成初始化操作。

⑵考虑到设备成本问题与可操作性，浮选模块选用纯水作为分离溶剂，将未经过处理的一级废弃玻璃原料经喂料口投入浮选装置中，质量密度较轻的橡胶、塑料片、浮沉等杂质将会上浮，从而将其与玻璃原料分离开，获得可能含有陶瓷片、金属片、石子的二级玻璃原料。

⑶使用输送模块将已获得的二级玻璃原料沿倾斜的物料通道陆续下落，使其单层有序的通过分选区，为下一步分选创造合适的外部条件，物料的下落速度可通过人机交互界面设置相关参数改变物料通道的倾斜角度与振动筛的振动速度与振动模式进行调节。

⑷分选模块是基于视觉检测技术和电磁技术设计而成的，在dsp的控制下，分时曝光红色led、蓝色led、绿色led、近红外led和紫外led光源，同时驱动线阵ccd相机进行图像采集，获得下落物料分子的多光谱图像。

系统运行时，利用fpga的高速处理能力对获得的多光谱图像进行分析与处理，首先对图像进行去噪、畸变矫正处理，提高图像质量。以帧间差作为识别依据对每种多光谱图像单独处理，并将采集到的物料分子的第一幅多光谱图像作为模板，将以后采集到的多光谱图像与该模板在fpga中进行差分运算，把差分后的图像作为识别判断依据，对其进行分析与处理，消除孤立点，计算其分布特征、形状特征、自相关特征、频域特征等，随后把计算出的特征参数同标准模板库中的玻璃片与金属特征进行对照，判断是否是为玻璃片或者金属物质。分析结果通过spi总线送入dsp中进行处理与判断，将dsp的判断结果作为分选器中电磁阀的控制信号。若判断结果为非玻璃原料或金属的其他杂质，则利用电磁阀驱动气枪将其吹出物料通道。若判断结果为金属物质，则利用电磁阀驱动电磁铁将其从下落的物料流中吸附出来，改变其下落轨迹使其与其他物质分离开来。若判断结果为玻璃原料，则分选器不进行动作，不改变其下落轨迹，使其顺利通过分选区落入下方的传送履带上中，获得三级玻璃原料。

⑸清洗与烘干装置包括，清洗区与烘干区。分选完毕的三级玻璃原料，经分选区下落至传送履带上，经传送履带送至清洗区中。在清洗区中，将高压水喷嘴垂直安装在传送履带的上方对玻璃原料进行垂直喷射清理。在烘干区中，将热风机安置在传送履带的上、左、右三个方向，对清洁完毕的玻璃原料进行烘干处理，从而得到干净清洁的玻璃原料。

作为本发明的应用，用于对废弃玻璃进行快速自动识别、分选和回收，其应用场所为工业回收现场，具体的工艺步骤为：

⑴将本发明所涉及的废弃玻璃原料快速自动识别、分选和回收装置安置在需要进行废弃玻璃回收的工业现场。将废弃玻璃通过喂料口投入本装置中，开始进行自动识别、分选与回收。

⑵系统启动后，主控模块发送初始化命令到各个模块。输送模块接到初始化命令后，调整振动筛的振动速度、模式与物料通道的倾斜角度，控制物料分子沿着物料通道按照合适的下落速度单层有序的通过分选区。

⑶分选模块收到初始化命令后，首先调整线阵ccd相机镜头焦距和视场范围，使其能够观测到整个分选待观察区域，避免视觉盲区的产生。之后以时分复用的方式驱动照明光源工作同时进行图像采集。将采集到的图像送入dsp中对图像的亮度、光圈与增益值进行分析判断，然后合理调整增益值确保图像中的灰度可以均匀分布，便于进一步处理。

⑷正式工作时，主控模块接收由人机交互界面发送来的控制与参数设置命令，驱动各个模块协调工作。未处理的一级玻璃原料经喂料口投入浮选模块中，经浮选可去除塑料、橡胶、浮尘等杂质获得二级原料。二级原料经输送模块整理后获得一个稳定的流动速度，使其沿着物料通道匀速下落，单层有序的通过分选区。

⑸当有物料通过分选区时，嵌入式图像处理模块开始控制照明光源进行分时曝光，同时驱动线阵ccd相机进行图像采集，获得物料分子的多光谱图像。获得的多光谱图像经a/d变换后送入fpga中进行处理，首先对其进行去噪、畸变矫正提高图像质量，随后将该图像与预留的模板图像进行差分运算，然后将获得的差分图像送入dsp中进行分析判断是否为玻璃片或者金属物质。

⑹将dsp的判断结果作为分选器的驱动信号，控制分选器根据判断结果进行相应的动作。若分析结果为非玻璃或金属的其他杂质，则驱动电磁阀控制气枪动作将其吹离垂直下落通道，改变其运动轨迹使其落入杂质回收仓中。若判断结果为金属物质，则驱动电磁阀控制电磁铁通电生磁吸附下落的金属物质，改变其下落轨迹，随及驱动电磁阀控制电磁铁掉电去磁使其下落至下方的金属回收仓中。若判断结果为玻璃片，则分选器不进行动作，不改变其下落轨迹使其顺利通过分选区，落入下方的传送履带上，获得三级玻璃原料。

⑺三级玻璃原料经物料通道继续下落至水平传送履带上，经传送履带送入清洗区，通过垂直安置在传送履带上方的高压水枪的喷洒冲洗后，再将其送入烘干区中，使用热风机除去玻璃原料上的水分，随后将获得的“干净清洁”的玻璃原料送入玻璃回收仓，完成对废弃玻璃原料的快速自动识别、分选与回收。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。