色选机是一种基于光电检测技术的高精度分选设备，主要用于农业、矿业、食品加工及工业回收领域，通过颜色差异实现物料（如大米、茶叶、矿石、塑料颗粒等）的自动分选。其核心工作原理可概括为：光学成像→信号处理→分选执行。

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一、工作光路流程

1.光源系统：采用LED阵列或卤素灯提供稳定光照，波长覆盖可见光至近红外（400-1100 nm），针对不同物料特性选择特定波段。  

2.物料流经通道：颗粒物料通过振动给料器形成单层均匀分布，高速通过检测区域。  

3.光学成像模块：由光学镜片组聚焦反射/透射光，传感器（CCD/CMOS或光电二极管）接收信号。  

4.数据处理系统：通过颜色、形状、纹理等多维度分析，识别异色颗粒并定位坐标。  

5.喷气分选单元：高压气阀根据指令精准剔除不合格颗粒。

二、光学镜片种类及其核心作用

色选机的光学系统由多类镜片协同工作，其性能直接影响检测精度与分选效率：

1. 准直透镜：负责将散射光源转换为平行光束，确保检测区域光照均匀性，准直透镜一般要求通光孔径≥Φ30 mm，平行度误差≤0.5°，400-900 nm透过率≥92%，

主要用于消除边缘光强衰减，避免因光照不均导致的误判。

2. 窄带滤光片：筛选特定小范围波段光信号，增强目标物与背景的对比度，窄带滤光片中心波长一般根据物料特性选择，如大米分选常用BP550 nm窄带绿光、BP850 nm近红外，带宽在10±2 nm，OD≥4，可有效抑制环境杂散光干扰，提升信噪比。

（BP850窄带滤光片）

3. 分光棱镜：将入射光按比例分为多路，实现多光谱同步检测（如RGB三通道分光），常见使用可见光波段50:50分光比分光棱镜，面型精度在λ/4@633 nm，镀膜损伤阈值≥500 mJ/cm²，支持多维度光谱分析，提升复杂场景分选准确率。

（分光棱镜）

4.聚焦透镜组：将目标物反射光精确聚焦至传感器靶面，确保成像清晰度，性能要求畸变率≤0.1% ，MTF@50 lp/mm≥0.6，工作距离在200-500 mm可调，用于减小图像边缘模糊，满足高速分选（≥6000次/分钟）下的动态成像需求。

三、光学镜片应用指标与功能实现

1. 透过率与信噪比优化

镜片镀膜需实现宽光谱低损耗，单层镜片整体透过率需≥90%（含AR膜增透），多镜片组系统整体透过率需≥75%，确保弱光条件下仍能捕获有效信号。

2. 热稳定性控制

镜片基材选用耐温光学玻璃（如H-K9L），热膨胀系数≤7×10⁻6/℃，保证在设备连续工作（环境温度40-60℃）时焦距漂移＜5 μm。

3. 抗污染设计  

镜片表面镀疏水疏油膜（接触角≥110°），降低粉尘附着率，减少清洁维护频次。

4. 动态响应匹配  

光学系统需与高速传感器（曝光时间≤10 μs）同步，镜片镀膜需满足瞬时强光（如LED脉冲）下的抗眩光能力，鬼像强度＜0.3%。

四、行业应用场景与技术趋势

1. 农业分选：近红外镜片检测水分含量差异（如霉变谷物吸收率差异达15%以上）。  

2. 塑料回收：紫外-可见分光镜片识别聚合物类型（ABS与PP在380 nm处反射率差异超30%）。  

3. 矿物分选：定制窄带滤光片（如750±5 nm）增强矿石特征光谱识别。

未来发展方向：  

超表面镜片（Metalens）技术实现多光谱集成与小型化  

自适应光学补偿动态振动误差  

光学计算成像（OCI）减少镜片数量同时提升信噪比  

色选机光学镜片作为光电检测的"核心感知器官"，其透过率、光谱选择性、热稳定性等指标直接决定设备性能边界。随着镀膜工艺与光学设计的持续进步，新一代镜片将推动色选机向更高精度（识别粒度≤0.2 mm）、更强适应性（复杂背景识别率≥99.5%）方向突破，为智能制造提供底层技术支撑。