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摘要：進入數據化時代以后，“智”造業成為了關鍵詞性的技術支撐，已經廣泛應用于分揀、焊接、涂裝、拆卸等各個方面，逐漸成為了制造系統、自動化系統、計算機集成制造系統中不可缺少的核心部件。隨著當今建筑行業的發展，建筑廢料也與日增多，同時也加強了分揀回收量。因此，為了減輕建筑廢料分揀任務量，有效增加分揀效率，本文針對當前現有問題，根據建筑廢料中廢料顏色不一的區別，對建筑廢料分揀過程進行重新的系統設計。以建筑廢料呈像后顏色的差異，對相對應的像素RGB數值區間為分揀依據，采用雙線陣彩色CCD來對建筑廢料的進行成像。最后通過控制機械臂完成建筑廢料的自動分揀。

關鍵詞：建筑廢料；彩色線陣CCD；RGB

1概述

伴隨當前我國科學技術迅猛發展，我國已經逐漸進入到了數字信息化智能時代，在社會生活中的各個領域都得到了廣泛的應用，使各行業技術都得到了提升。在建筑領域，建筑廢料隨著生活質量的提升，數量和種類也逐漸增加。尤其是在拆舊建新的過程中，伴隨著大量的建筑廢料產生。對建筑廢料的有效分揀勢在必行，不僅要提升廢料分揀效率，更要提升分揀的準確率。傳統的人工分揀人工或傳感器識別已經無法滿足當今建筑廢料分揀數量，而且由于技術落后，其處理的方式也大多為直接填埋或者當作路基使用，這樣不僅占用大量的土地資源，消耗運籌建設經費，還污染環境。因此，本文通過對建筑廢料進行成像后，對其像素RGB數值進行有效區分，并且使用雙線陣彩色CCD進行成像，最后通過機械臂完成建筑廢料的分揀。整個過程依據顏色識別的建筑廢料分選系統，主要完成對建筑廢料中青磚、紅磚、混凝土塊等進行分選。這種通過工業相機識別進行有效分揀的系統，大大提高了建筑廢物分揀速度和效率，提升了分揀的準確性，節省了時間成本、人工成本以及空間存儲成本，同時也減輕了對環境的污染，可以進行大范圍試用和推廣。

2建筑廢料分類

隨著我國城鎮化加劇，城鎮基礎建設不斷加大，我國產生的垃圾廢物也與日激增，每年生產的建筑垃圾大概有15-20億噸。大量的建筑垃圾不僅污染周圍環境，也會造成一定的資源損失。建筑廢料的分類是根據《城市建筑垃圾和工程渣土管理規定(修訂稿)》所分類的，其中建筑廢料指的是建設、施工單位對各種建筑物、構筑物在建設、拆遷、維修以及居民裝飾、裝修時所產生的余泥、余渣及其他垃圾。如果根據廢料來源進行分類，建筑廢料可以分成土地挖掘、道路挖掘、建筑物拆除、建筑施工以及建材廢料五類，而這五類主要由渣土、碎石塊、泥沙漿、碎石塊、廢舊塑料、金屬廢料以及竹木廢料等形成。根據建筑廢料的分類，可以依據不同垃圾廢料的用處，對建筑廢料進行二次回收利用，提高廢舊資源的利用率。目前，根據顏色差異對建筑廢料進行重新劃分、再利用的技術，在歐美國家已經較為成熟，在中國還處于探索階段，垃圾廢料再利用率較低。

3顏色分選原理

建筑廢料的回收利用一般情況下，要對燒紙的磚、石進行一定程度的分離，以生產二次利用的磚石與混凝土原料。傳統技術中的分揀設備早已經無法滿足現有需要，燒治的磚、石塊也無法做到準確分離，影響再利用質量。針對現有分揀難題，利用現代技術手段，可以通過圖片顏色的識別來進行建筑廢物的分揀，以達到廢舊物再利用的目的。顏色分選主要是利用建筑垃圾的顯示顏色差異，在基于物體表面差異的基礎之上，采用分選系統來識別不同顏色進行劃分。本篇文章所述的建筑廢料分選系統的基本工作原理是通過雙線陣CCD攝像機攝像，獲取建筑廢料的在傳送帶上一定速度下的圖像，然后將獲取的圖像通過高速圖像采集卡轉換成數字量，接著利用計算機將采集到的數據進行處理，通過算法自動識別圖像中建筑廢料的RGB的值，之后進行建筑廢料的匹配和建筑廢料種類的識別，將獲取到的建筑廢料的位置信息輸入到運動控制芯片中，由動控制芯片發送控制信息來指揮機械臂的移動和實現對建筑廢料的抓取。最后將抓取到的建筑廢料放入到對應的存放點，分揀工作完成。建筑廢料的顏色識別分選過程是，在進料斗中的建筑廢料進入破碎機之前，先對建筑廢料進行簡單處理，主要是將混凝土與鋼筋進行初步的分離。接著將含有磚塊、混凝土塊、碎石塊、泥沙漿等建筑廢料送到破碎機處理，需要將建筑廢料破碎成直徑大約為10cm的塊狀物體，利用機器傳送帶將這些塊狀廢料通過光箱內的透明背景區。廢料在接收到光源的照射后，采用兩套彩色線陣CCD拍攝圖片，并將采集的數據傳送給計算機處理，通過計算機將控制參數輸送給控制運動的芯片，由控制運動芯片控制機械臂，把磚塊主要是紅磚、青磚、混凝土塊、碎石塊、泥沙漿等建筑廢料進行分離，最后將分離后的廢料通過四個傳送帶送入四個不同的料箱中，從而分選完成。工作流程圖如圖1所示。

4建筑廢料分揀系統設計

建筑廢料分揀系統的結構體系主要是由四個模塊組成，這四個模塊呈線型分布，是“一條龍”控制模式，主要包括供料系統、光學系統、運動控制系統和分選系統。

4.1供料系統

供料系統的設計主要用于對建筑廢料的整理，一方面使建筑廢料在傳送帶上能夠做到不重疊不遮擋，另一方面使建筑廢料保持穩定的傳動速和相對穩定的個體姿態，從而保證建筑廢料通過光學系統的觀察區能夠逐個被識別檢測，該系統主要由供料站、破碎機、振動喂料器等組成。在對建筑廢料分揀前，需要對建筑廢料進行初步分離，初步分離主要是針對混凝土和鋼筋，當初步分離完成后，將建筑廢料通過破碎機進行處理，考慮到系統實驗性的要求，后面分選系統采用的是型號為VS-6677GM-B的機械臂，因此將建筑廢料破碎成直徑大約為10cm的塊狀物體，接著通過震動喂料器將經過破碎處理的廢料移到傳送帶，利用傳送帶將廢料重送至光學檢測區域進行識別檢測。最終，供料系統需要完成下列幾個任務：（1）破碎，保證建筑廢料達到合適的大小，既能方便識別也能方便分揀；（2）排隊，保證建筑廢料在傳送帶上不重疊不遮擋，有順序的進入到光學系統；（3）勻速，保證建筑廢料到達后面的系統保持一個穩定的速度，使其到達監測點和分選點的時候能夠被準確的識別和分選。

4.2光學系統

光學系統的作用是用來對建筑廢料進行觀察，用來獲取傳送帶上建筑廢料的顏色信息和位置信息。本系統采用兩個彩色線陣CCD工業相機、光源、背景板、以及清潔器組成。線陣CCD擁有著比面陣CCD結構簡單，成本較低，靈敏度高，動態范圍廣等優勢。本系統中采用的顏色線陣CCD工業相機是采用的是分光棱鏡的方法，在棱鏡后對應三片CCD傳感器，分別來對應光線的三原色：紅、綠、藍，通過顏色線陣CCD相機將采集的圖像結合計算機完成建筑廢料的顏色識別。為了在識別過程中減小系統硬件帶來的干擾，將光源和背景板均選用白色。采用雙線陣彩色CCD的作用如下：（1）相比于單線陣CCD能夠獲取更多的數據，得到更準確無誤的建筑廢料的顏色信息；（2）能夠利用雙目視覺的特點，測量傳送帶上建筑廢料的位置信息，確保獲得的分選信息準確無誤。光學系統的結構如圖2。

4.3運動控制系統

系統中的運動控制是貫穿整個建筑廢料分揀系統的，是各個模塊的鏈接環，也是整個分選系統的關鍵結構。運動控制系統主要是對控制器的選擇，主要包括PLC、PC加運動控制器以及專用的控制器，可以根據建筑環境盡心特征性選擇。其次，運動控制系統還有選擇滿足作業要求負荷的電機，對選型電機進行一定次數的試驗，以保證系統的正常運轉。運動控制系統最基本的要求就是具有良好的作業性能，能夠有效調節各個子系統，優選最佳的工作條件，選個控制算法以及人機界面，這些是其核心要素，缺一不可。

4.4分選系統

分選系統是整個系統的執行系統，他的主要作用是將建筑廢料根據不同顏色分開。分選裝置采用的是Denso機械臂VS-6677GM-B，如圖3所示。VS-6677GM-B型機械臂擁有6自由度，臂全長770mm，最大的工作范圍為R=934mm（工具安裝表面）、R=854mm（P點：J4、J5、J6），最大可搬運質量7kg。若搬運的物料超過6kg時，需要以法蘭面朝下±45o的姿勢使用。

參考文獻

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作者：尹恒軍 楊寧 代作曉 張鵬 單位：上海電力大學