面对形状复杂、环境恶劣的回收材料，如何利用先进技术实现毫米级高精度料位与体积实时监测？【智能回收，自动化管理】

1. 基于回收材料的基本结构与技术要求

回收材料的种类繁多，形态各异，这给其高度监测带来了独特的挑战。想象一下，一个回收站里堆积的物料，可能包括塑料瓶、废纸板、金属碎屑、玻璃渣等。这些物料的基本结构特点是：

• 形状不规则: 它们不是整齐的块状或规则的颗粒，而是千奇百怪的形状，导致堆积表面高低不平，容易产生阴影和空隙。

• 材质多样性: 塑料、金属、纸张、玻璃等不同材质，它们对光、声、电磁波的反射和吸收特性完全不同。例如，黑色塑料可能吸光，闪亮的金属会强反射，而纸张则可能散射。

• 表面特性复杂: 表面可能潮湿、布满灰尘、油污，或是粗糙不平，这些都会影响传感器的测量效果。

• 动态变化: 回收材料通常在传送带上移动，或是在料仓中持续进出料，要求传感器能进行高速、实时的动态测量。

基于这些特性，对回收材料进行高度监测的技术要求主要包括：

• 高精度: 尤其在需要精确分拣、体积计算或料位控制的场景，毫米级甚至亚毫米级的测量精度至关重要。

• 实时性: 监测数据必须能够快速获取并反馈，以支持自动化决策和流程控制，尤其是在高速运行的生产线上。

• 环境适应性: 传感器需要能够在多尘、潮湿、光照变化剧烈甚至有振动的恶劣工业环境中稳定工作。

• 抗干扰能力: 能够有效规避物料颜色、形状、材质变化带来的测量误差，并减少环境光、噪音等外部因素的干扰。

• 阴影规避能力: 对于不规则堆积产生的阴影区域，传感器需要有能力尽可能地获取完整数据或提供有效的补偿方案。

2. 针对回收材料的相关技术标准简介

在回收材料的高度监测中，我们关注的核心参数并非仅限于“高度”这一个词。为了准确描述和评价物料的堆积状态，我们需要理解一些关键的监测参数及其评价方法。

• 高度: 这是最直接的参数，指物料堆积的最高点或某一点到基准面的垂直距离。在料仓中，通常指物料表面到传感器安装点的距离。

  • 评价方法: 可以通过单点测量、多点测量或连续扫描来获取。

• 轮廓: 指物料堆积表面在二维空间上的形状曲线。对于不规则堆积的回收材料，仅仅知道一个点的高度往往不够，了解其整体轮廓对于评估物料分布和预测潜在问题（如堵塞）非常重要。

  • 评价方法: 通常需要使用线激光或2D扫描仪对一个截面进行连续测量，生成一条由多个高度点组成的曲线。

• 体积: 指回收材料堆积所占用的三维空间大小。这是库存管理、生产计划和效益核算的关键指标。

  • 评价方法: 需要通过3D扫描技术（如多条线激光扫描或区域扫描）获取物料表面的三维点云数据，再结合先进的算法进行体积计算。

• 均匀性: 指物料堆积高度或分布的一致性。例如，在传送带上，物料如果堆积不均匀，可能会影响后续分拣或处理效率。

  • 评价方法: 通过对同一区域或同一时间段内多点高度数据进行统计分析（如标准差、平均值），来评估其均匀程度。

• 动态测量与静态测量:

  • 动态测量: 当物料处于运动状态时（如在传送带上），传感器持续进行高速测量，获取物料的实时高度变化。

  • 静态测量: 当物料静止时（如在料仓中），传感器进行一次或多次测量，以获取稳定的高度数据。

这些参数的定义和评价方法，帮助我们更全面、准确地理解和控制回收材料的堆积状态。

3. 实时监测/检测技术方法

（1）市面上各种相关技术方案

在回收材料高度监测领域，市面上主流的技术方案各有千秋，它们基于不同的物理原理，适用于不同的应用场景。

3.1 激光三角测量原理

想象一下，你用一束手电筒的光斜着照射一个物体，然后用眼睛从另一个角度去看光斑的位置。当物体远近变化时，你看到的光斑位置也会移动。激光三角测量就是基于这个原理，只不过它更精密、更自动化。

• 工作原理和物理基础: 传感器内部有一个激光发射器，它会向被测物表面发射一束精细的激光（通常是一个点或者一条线）。当激光打到物料表面时，会形成一个高亮的光点或光线。反射回来的光线通过传感器内部的接收透镜，被聚焦到高分辨率的光敏探测器上（例如线阵CMOS或CCD图像传感器）。 关键在于，激光发射器、接收透镜和光敏探测器构成了一个固定的“三角形”。当被测物体的表面到传感器的距离发生变化时，反射光点在光敏探测器上的投影位置也会发生精确的移动。 通过测量这个光点在探测器上的位置变化，并结合预先标定好的三角几何关系，传感器内部的处理器就能精确地计算出被测物体到传感器的距离。 其核心的几何关系可以简化理解为： D = L * f / (x * cos(theta)) 其中，D是被测物到传感器的距离，L是激光发射器和接收透镜之间的固定基线距离，f是接收透镜的焦距，x是光点在探测器上的位移，theta是激光的入射角度。通过这种三角计算，即使是微小的光点位移也能对应精确的距离变化。

• 核心性能参数的典型范围: 这种技术以其高精度著称，通常能达到微米级到亚毫米级的测量精度。分辨率极高，能够识别细微的距离变化。采样速度非常快，常见的有几KHz到几十KHz，有些高速型号甚至能达到上百KHz。量程相对较短，一般从几毫米到几百毫米，部分高性能型号可达1米以上。光斑可以做到很小，适合测量精细结构。

• 技术方案的优缺点:

  • 优点:

    1. 超高精度和分辨率: 适用于对尺寸、高度、轮廓等精度要求极高的应用，能检测到回收材料表面的细微变化。

    2. 高速测量: 能够捕捉快速移动的物体，非常适合高速运行的回收生产线。

    3. 非接触式测量: 不会损伤被测物，也不会磨损传感器。

    4. 可以获取二维轮廓甚至三维数据: 如果采用线激光（投射一条线而非一个点）并结合物料运动或扫描机构，可以构建出精确的二维轮廓，甚至三维形状和体积。

  • 缺点:

    1. 量程相对有限: 相比于雷达或ToF激光，它的有效测量距离通常较短，传感器需要离被测物较近。

    2. 受表面特性影响: 被测物的表面颜色、反射率、倾斜角度会影响光斑的接收质量，例如极黑的物体可能吸收大部分激光，导致反射光弱；镜面物体可能将激光反射到接收器范围之外。虽然现代传感器会采用高级算法和HDR技术来缓解，但仍是一个考量因素。

    3. 阴影问题: 对于复杂形状或高低起伏大的回收材料，容易产生阴影区域，导致部分数据缺失。

    4. 环境光干扰: 强烈的环境光（如太阳光）可能与激光混淆，影响测量准确性，需要传感器具备优秀的抗环境光能力。

• 成本考量: 单点激光位移传感器价格适中，而线激光轮廓测量仪或3D智能传感器的成本会更高。

• 回收材料应用: 激光三角测量非常适合在回收线上精确测量物料的堆积高度、厚度、表面纹理以及物体的边缘轮廓。例如，在分拣前精确识别不同回收品的尺寸和形状，或者监测传送带上物料的均匀度。

3.2 激光飞行时间 (ToF) 原理

想象你大喊一声，然后测量声音从你这里传到远处的墙壁再反射回来所需的时间，就可以估算出墙壁的距离。激光ToF（Time-of-Flight）原理就是利用光而不是声音，以相同的思路测量距离。

• 工作原理和物理基础: 传感器发射一束短促的激光脉冲到被测物表面，同时内部计时器开始计时。当激光脉冲碰到物体表面并反射回来后，被接收器捕获，计时器停止。传感器通过测量激光从发射到接收的总时间间隔 (t)，再结合光在空气中的传播速度 (c)，就能计算出被测物到传感器的距离 (D)。 D = (c * t) / 2 这个公式里除以2是因为激光走了去和回两次。通过机械扫描或光学偏转，ToF传感器可以快速获取一系列点的距离数据，形成二维轮廓（如2D激光雷达）或三维点云。

• 核心性能参数的典型范围: 测量范围广是ToF的一大优势，可以从几米到几十米甚至上百米。精度通常在毫米级到厘米级，不如激光三角测量精细，但足以满足大范围的高度监测。响应速度快，扫描频率可以达到几十赫兹。

• 技术方案的优缺点:

  • 优点:

    1. 测量量程大: 适合远距离的大范围监测，如大型料仓或堆场的整体高度。

    2. 抗环境干扰能力较强: 对被测物体的颜色、反射率变化相对不敏感，因为主要测量的是时间，而不是光斑位置或强度。

    3. 可实现大区域扫描: 能够快速获取一个区域的轮廓或三维点云数据。

    4. 安装相对灵活: 由于量程大，传感器可以安装在离被测物较远的位置。

  • 缺点:

    1. 精度低于三角测量: 对于需要高精度细节测量的场景，ToF的表现不如激光三角测量。

    2. 受雨雾、透明物体影响: 恶劣天气如大雾、雨雪会削弱激光信号，透明物体可能导致激光穿透而无法反射。

    3. 成本相对较高: 特别是高性能的3D ToF传感器。

• 成本考量: 2D激光扫描仪价格中等，3D ToF相机成本较高。

• 回收材料应用: 适用于回收料场的料堆高度和体积监测，大型料仓的高度监控，以及需要大范围环境感知和避障的自动化车辆。

3.3 调频连续波 (FMCW) 雷达技术

想象一艘船在海上，它持续不断地发出频率不断变化的声波，然后接收反射回来的声波。通过比较发出和接收声波的频率差异，就能知道前方障碍物的距离。FMCW雷达技术就是用微波信号来实现这个功能，它比脉冲雷达更擅长近距离高精度测量。

• 工作原理和物理基础: 雷达传感器会发射一种特殊的微波信号，这种信号的频率是连续不断变化的（比如从低频率平滑地升高到高频率，然后再降低，如此循环，就像一条频率的“斜坡”）。当这个调频微波信号到达物料表面后，会反射回来被传感器接收。 由于微波信号从发射到反射回来需要一定的时间（飞行时间），当接收器收到反射信号时，它会将这个反射信号的频率与当前时刻正在发射的信号频率进行比较。因为发射频率是连续变化的，所以会产生一个频率差（Delta_f）。这个频率差就直接与物料到传感器的距离相关。 D = (c * Delta_f) / (2 * B_f / T_m) 其中，D是被测物到传感器的距离，c是电磁波（微波）在空气中的传播速度，Delta_f是发射信号与接收信号的频率差，B_f是调频的带宽（频率变化的范围），T_m是调频的周期。通过计算这个频率差，FMCW雷达能极其精确地测量距离。

• 核心性能参数的典型范围: 测量范围非常广，可以轻松达到几十米甚至上百米。精度可以达到毫米级（通常在±3毫米以内），且在整个量程内保持高精度。最突出的是它对恶劣环境的极强适应性，如高温、高压、多尘、多蒸汽、腐蚀性介质等。

• 技术方案的优缺点:

  • 优点:

    1. 极高的可靠性和稳定性: 几乎不受物料表面颜色、反射率、粉尘、蒸汽、温度、压力等环境因素的影响。微波穿透性强，尤其适合恶劣工况。

    2. 高精度和宽量程: 在大测量范围内都能保持毫米级的精度。

    3. 非接触式测量: 不会污染或损伤物料。

    4. 维护成本低: 结构坚固，长期运行稳定。

  • 缺点:

    1. 成本高昂: 雷达传感器的制造成本和技术复杂性使其价格高于其他类型的传感器。

    2. 安装要求: 需要考虑安装位置以避免容器壁或其他结构件的干扰，可能存在盲区。

    3. 波束角: 雷达波束角通常比激光大，对于需要精确测量小目标或复杂轮廓的场景可能不适用。

• 成本考量: 通常是所有监测方案中成本最高的。

• 回收材料应用: FMCW雷达是大型回收料仓、料池等封闭或半封闭容器内物料高度连续监测的理想选择，特别是在那些环境极端恶劣、物料复杂多变、要求极高可靠性的场合。

3.4 超声波飞行时间原理

这和激光ToF有点像，只是把光换成了声音。你对着山谷喊一声，听到回声就能估算出山谷的宽度。超声波传感器就是通过这种“听回声”的方式来测量距离。

• 工作原理和物理基础: 超声波传感器内部有一个发射器，它会向被测物表面发射一束人耳听不到的超声波脉冲。这些声波在空气中传播，遇到物料表面后会反射回来，被传感器内部的接收器捕获。 传感器通过测量超声波从发射到接收的总时间间隔 (t)，再结合超声波在空气中的传播速度 (v)，就能计算出被测物到传感器的距离 (D)。 D = (v * t) / 2 其中，v是声速。需要注意的是，声速会受到空气温度、湿度和压力的影响，其中温度影响最大。因此，许多超声波传感器会内置温度传感器进行自动补偿，以提高测量准确性。

• 核心性能参数的典型范围: 测量范围中等，通常在0.3米到几十米。精度一般在毫米级到厘米级，不如激光精确。响应速度相对较慢，通常为每秒几次到几十次测量。

• 技术方案的优缺点:

  • 优点:

    1. 非接触式测量: 安全卫生，不会磨损。

    2. 安装和调试简单: 通常只需简单固定和供电即可。

    3. 成本较低: 相对于激光和雷达传感器，超声波传感器的购置成本最低。

    4. 对粉尘有一定耐受力: 不像光学传感器那样容易被细微粉尘遮挡。

  • 缺点:

    1. 精度受环境影响大: 声速受温度、湿度、气压影响显著，即使有补偿也难以达到高精度。

    2. 易受干扰: 风、气流、大噪音、以及物料表面松散吸声（如棉絮、海绵）都可能导致测量不稳定或误差。

    3. 盲区和发散: 超声波有发射盲区（近距离无法测量），且波束会随着距离增加而发散，可能打到容器壁或其他障碍物造成误读。

    4. 无法穿透: 无法穿透固体或液体介质，必须在空气中传播。

• 成本考量: 通常是成本最低的非接触式测量方案。

• 回收材料应用: 适用于中小型回收料仓、敞开式料堆的初步高度监测，或者对成本敏感、精度要求不那么极致的场景。例如，监测回收箱中废纸的粗略高度，防止溢出。

（2）市场主流品牌/产品对比

这里，我们对比几家在回收材料高度监测领域具有代表性的国际品牌及其采用的技术方案。

• 美国艾默生 (采用FMCW雷达技术)

  • 产品型号: 罗斯蒙特 5408 雷达液位计

  • 核心性能参数: 测量范围最高达 60 米，精度 ±3 毫米。

  • 应用特点和独特优势: 美国艾默生凭借其技术积累，使得罗斯蒙特 5408 系列雷达液位计在严苛环境下表现卓越。它能提供稳定的测量，对粉尘、蒸汽、极端温度和压力等恶劣工况具有极强的适应性。在回收材料仓库、大型料仓等物料复杂、环境恶劣的场景中，它能进行高可靠性的连续高度监测，其信号处理和自诊断功能，进一步保障了低维护成本和长周期稳定运行。

• 英国真尚有 (采用激光三角测量原理)

  • 产品型号: ZLDS100Rd 系列激光位移传感器

  • 核心性能参数: 量程高达1000 mm，采样速度高达70KHz（部分版本），0.01%分辨率，最高0.03%线性度, 提供RS422或RS485数字输出接口。

  • 应用特点和独特优势: 英国真尚有的ZLDS100Rd 系列传感器以其紧凑的铝制外壳和卓越的性能脱颖而出。它提供了多种光斑大小选择，既有小于0.06mm的精细光斑，也有大于1mm的光斑，能够应对不同测量需求。凭借其高速的采样速度、高分辨率和线性度，即使在回收线上高速移动的物料，或者面对动态变化的表面颜色，也能进行精确、稳定的高度检测。它还具备强大的抗太阳强光辐射能力和潮湿路面无干扰的特性，确保了在复杂环境下的可靠性。这使其成为回收材料分选、厚度控制、小范围精确高度监测等应用的理想选择。

• 日本基恩士 (采用激光三角测量原理)

  • 产品型号: LJ-V7000 系列 激光轮廓测量仪

  • 核心性能参数: 测量范围 ±10 毫米 (中心距离 60 毫米)，重复精度 0.5 微米 (高度方向)，采样速度最高 64,000 点/秒。

  • 应用特点和独特优势: 日本基恩士以其创新的传感器技术和精度享誉业界。LJ-V7000 系列激光轮廓测量仪专注于提供业界领先的超高速和超高精度测量，尤其在高度方向的重复精度达到微米级别。它发射的线形激光束能够快速获取回收材料表面的二维轮廓数据。这使其非常适合对回收材料进行在线质量控制，如精确监测材料的厚度均匀性、表面缺陷、边缘形状等，即使在高速振动的生产线上也能确保数据的稳定性和准确性，抗环境干扰能力强。

• 德国西克 (采用ToF激光扫描原理)

  • 产品型号: TiM 系列 2D 激光扫描仪

  • 核心性能参数: 测量范围 0.05 米 至 10 米，扫描角度 270°，精度 ±60 毫米 (在 10% 反射率下，8 米范围)。

  • 应用特点和独特优势: 德国西克的TiM 系列激光扫描仪以其小巧的体积和出色的区域监控能力而受到青睐。它采用脉冲飞行时间原理，能够以270°的宽广扫描角度，快速获取二维平面内的物料轮廓数据，并据此计算高度或进行简单的体积估算。它适用于回收线上物料堆积高度的区域监测、障碍物检测或简单的料堆轮廓分析，尤其在空间受限且需要快速响应的场景中表现出色。

• 加拿大利奥技术 (采用线激光三角测量原理融合智能处理)

  • 产品型号: Gocator 2600 系列 3D 智能传感器

  • 核心性能参数: 测量范围最大 1200 毫米，高度重复精度最高可达 0.6 微米，扫描速度最高 24 千赫。

  • 应用特点和独特优势: 加拿大利奥技术的Gocator 2600 系列是集成度极高的3D智能传感器，它将高精度的线激光三角测量原理与强大的边缘计算能力融合。这意味着传感器不仅能捕捉高密度的三维点云数据，还能直接在设备内部执行测量、特征提取和缺陷检测等复杂任务，无需额外的主机处理。这种“开箱即用”的智能解决方案极大地简化了3D视觉系统的集成和部署，能够对回收材料进行全面的三维尺寸测量、形状分析、体积计算和缺陷识别，特别适合需要实时、精准、一体化解决方案的在线批处理应用。

（3）选择设备/传感器时需要重点关注的技术指标及选型建议

选择合适的传感器就像为回收线挑选一把趁手的工具，需要根据具体任务（测量精度、环境等）来决定。以下是需要重点关注的技术指标及其选型建议：

• 测量精度/重复精度:

  • 实际意义: 精度决定了测量结果与真实值有多接近；重复精度则衡量多次测量同一位置的一致性。例如，1毫米的精度意味着你的测量值可能与实际值有1毫米的偏差。

  • 对测量效果影响: 精度越高，对回收材料的细微高度变化、厚度差异或复杂轮廓的捕捉能力越强。对于需要精确体积计算或区分细小回收件的场景，高精度是刚需。

  • 选型建议:

    • 高精度要求（微米级到亚毫米级）: 优先考虑激光三角测量传感器（如英国真尚有ZLDS100Rd、日本基恩士LJ-V7000或加拿大利奥Gocator），它们在短中量程内表现卓越。

    • 中等精度要求（毫米级）: 雷达液位计（如美国艾默生罗斯蒙特 5408）或一些ToF激光传感器（如德国西克TiM）能提供可靠的毫米级精度，且量程更广。

    • 粗略监测（厘米级）: 超声波传感器成本较低，适用于要求不高的场景。

• 测量量程:

  • 实际意义: 传感器能够有效工作的最大和最小距离范围。

  • 对测量效果影响: 量程不足会导致无法覆盖整个物料堆，而量程过大可能造成精度浪费。

  • 选型建议: 根据实际料堆的高度、料仓的深度或传送带上物料的最大堆积高度来选择。例如，大型料仓可能需要几十米量程的雷达或长量程ToF激光，而传送带上的物料可能只需要几百毫米量程的激光三角传感器。

• 分辨率:

  • 实际意义: 传感器能够识别的最小距离变化量。例如，0.01%的分辨率意味着在1000mm量程内，可以检测到0.1mm的变化。

  • 对测量效果影响: 高分辨率对于捕捉物料表面的细微纹理、边缘特征或微小的尺寸差异至关重要。

  • 选型建议: 与精度要求协同考虑。高精度应用通常需要高分辨率的激光传感器。

• 采样速度/扫描频率:

  • 实际意义: 传感器每秒能进行多少次单点测量（采样速度）或多少次线/区域扫描（扫描频率）。

  • 对测量效果影响: 在高速运行的回收生产线上，如果采样速度不够快，可能会漏掉关键数据，导致测量不连续或无法实时反映物料状态。

  • 选型建议: 对于高速传送带上的物料，应选择采样速度高达几十KHz的激光位移传感器或扫描频率高的激光扫描仪。对于静态或缓慢变化的场景，较低的采样速度也能满足需求。

• 抗环境干扰能力:

  • 实际意义: 传感器抵抗粉尘、水汽、强光、温度变化等恶劣环境因素影响的能力。

  • 对测量效果影响: 回收站环境恶劣，抗干扰能力不足会导致测量数据频繁出错、设备故障，甚至无法工作。

  • 选型建议:

    • 极端恶劣环境（高温、高压、重粉尘、强腐蚀）: 雷达液位计是首选。

    • 多尘、潮湿、有强光: 具备IP67/IP68防护等级和高级抗光干扰（如HDR、抗太阳强光）功能的激光传感器。超声波对粉尘有一定耐受力，但受温度影响大。

• 阴影规避能力:

  • 实际意义: 传感器在物料堆积不规则、存在遮挡区域时，获取完整或有效数据的能力。

  • 对测量效果影响: 阴影会导致数据缺失，使得物料轮廓和体积计算不准确。

  • 选型建议:

    • 单点测量: 几乎没有阴影规避能力，需要部署多个传感器。

    • 线激光/2D扫描仪: 可获取一个截面的数据，但仍可能受阴影影响。可考虑多角度安装或结合3D算法。

    • 3D智能传感器（线激光或ToF）: 通过生成高密度的三维点云数据，并结合智能算法进行数据融合和插值，能最大程度地减少阴影和盲区。雷达波束较宽，对阴影敏感度较低。

（4）实际应用中可能遇到的问题和相应解决建议

在回收材料高度监测的实际应用中，常常会遇到一些挑战，这些问题如果处理不好，会严重影响测量的准确性和系统的稳定性。

• 问题1: 表面反射率、颜色变化大导致的测量不稳定或误差

  • 原因: 回收材料的表面性质极不稳定，有深色、浅色、亮面、哑光等多种情况。例如，深色橡胶制品吸收大部分激光，导致反射光信号弱；光亮金属片可能产生镜面反射，使激光偏离接收器。

  • 影响: 传感器可能无法识别光斑，导致数据丢失（"丢点"），或者测量值大幅跳变，严重影响数据连续性和精度。

  • 建议:

    • 传感器选择: 优先选择具备自动增益控制 (AGC)、HDR (高动态范围)、或多回波处理功能的激光传感器，这些技术能让传感器更好地适应宽泛的反射率变化。例如，英国真尚有的ZLDS100Rd系列就具备“无惧动态变化的路面颜色”的特性。

    • 技术替代: 对于反射率变化极其剧烈的场景，可以考虑FMCW雷达，因为它对介质的电磁特性（而非光学特性）敏感，几乎不受表面颜色和反射率的影响。

    • 多角度部署: 在关键测量区域，考虑从不同角度安装多个传感器，即使一个传感器受反射影响，另一个也能捕获数据，通过数据融合提高鲁棒性。

• 问题2: 粉尘、水汽、碎屑等环境污染对传感器的影响

  • 原因: 回收站环境通常多尘、潮湿，传送带上可能洒落碎屑。这些污染物会附着在传感器光学窗口上，或阻挡声波/微波的传播。

  • 影响: 光学传感器镜头被遮挡后，激光发射和接收受阻，导致测量信号衰减，精度下降甚至完全失效。超声波和雷达传感器也可能因累积的灰尘或水滴影响其性能。

  • 建议:

    • 物理防护: 为传感器加装防护罩或气帘/风刀吹扫装置。例如，在传感器光学窗口前持续吹出洁净空气，形成一道“空气墙”，有效阻止粉尘和水汽附着。

    • 防护等级: 选用IP67或IP68等高防护等级的传感器，确保其对灰尘和水的密封性。

    • 技术替代: 雷达传感器对粉尘和水汽的穿透力最强，是此类极端环境下的最佳选择。

• 问题3: 不规则堆积物料造成的阴影和数据盲区

  • 原因: 回收材料形状各异，堆积时很容易形成凹凸不平的“山谷”或“悬崖”，传感器从单一角度发射的激光或声波可能被高处遮挡，导致低处形成阴影区域，无法获取数据。

  • 影响: 无法获取完整的物料轮廓和精确的体积数据，影响对物料状态的全面掌握。

  • 建议:

    • 多传感器融合: 部署多个单点激光传感器或2D/3D激光扫描仪，从不同角度对同一区域进行测量，通过软件算法将多份数据进行融合和拼接，消除盲区。

    • 选择线激光或3D智能传感器: 如日本基恩士的激光轮廓测量仪或加拿大利奥技术的3D智能传感器，它们能够扫描出物料的一个截面或整个区域的三维点云，相比单点测量能更好地应对复杂地形。

    • 优化安装高度和角度: 尽可能将传感器安装在物料堆积的正上方，并根据物料堆的典型形状调整倾斜角度，以最大化覆盖范围，减少阴影。

• 问题4: 物料移动速度快，导致测量滞后或不连续

  • 原因: 回收材料在传送带上高速移动，如果传感器的采样速度或数据处理速度跟不上物料的移动，就会导致数据采集不完整，或者反馈滞后。

  • 影响: 无法实时准确地掌握物料动态高度，可能导致系统无法及时做出调整，如输送速度控制、分拣触发时机等，影响自动化效率和准确性。

  • 建议:

    • 选择高采样速度传感器: 优先选用采样频率高达几十KHz甚至更高的激光传感器，如英国真尚有的ZLDS100Rd系列。

    • 配合运动控制系统: 结合编码器或其他运动传感器，精确获取物料的瞬时位置和速度，对激光测量数据进行时间同步和位置校准，确保每份数据都能准确对应物料的实际位置。

    • 边缘计算能力: 考虑采用内置边缘计算能力的3D智能传感器（如加拿大利奥技术Gocator），它能在设备内部快速处理原始数据并直接输出结构化的测量结果或判断，减少数据传输和主控器处理的延迟。

4. 应用案例分享

• 回收线物料堆积高度监测: 在塑料瓶或废纸箱的传送带上方安装激光位移传感器，实时监测物料堆积高度，确保物料均匀输送，防止堵塞或溢出，从而优化分拣前的预处理流程。例如，采用英国真尚有的ZLDS100Rd系列，即使物料颜色动态变化，也能稳定测量。

• 大型回收料仓库存管理: 在金属碎屑或RDF（垃圾衍生燃料）的大型料仓顶部部署FMCW雷达液位计或3D激光扫描仪，连续、准确地监测物料的高度和体积，实现精准库存管理和自动化补料调度。

• 废料破碎/打包前的厚度控制: 在回收材料进入破碎机或打包机之前，使用高精度的线激光轮廓测量仪监测物料层的厚度均匀性，以确保设备稳定运行、减少能耗，并提高最终产品的打包密度。

• 自动化分拣中回收物形状识别: 利用3D智能传感器对传送带上移动的混合回收物品进行三维扫描，快速获取其形状、尺寸和轮廓数据，为后端机器人抓取和智能分拣提供精确的视觉信息。

• 回收堆场车辆防撞与避障: 在回收堆场内运行的自动化铲车或堆垛机上安装2D激光扫描仪，实时监测周围环境的物料堆高度和障碍物，确保车辆安全运行，避免碰撞。