CN100569389C - 一种穗状水果分级装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业工程领域，公开了一种穗状水果分级装置，包括：驱动装置、悬挂式输送机构，水果夹持机构、图像采集与处理系统和分级控制系统；本发明采用计算机视觉技术，实现了对穗状水果的分级处理功能，而且在分级的过程中，保证了穗状水果不被损坏，而且该装置具有结构简单、成本低等优点。

Description

一种穗状水果分级装置

技术领域

本发明涉及农业工程领域，特别是涉及一种穗状水果分级装置。

背景技术

我国是水果生产大国，水果按品质分级分类后进入市场流通，便于按质论价，提高其市场竞争力和商品价值，增加农民收入。目前，水果采后分级技术正在从机械式大小、重量分级和人工目测鉴别品质向基于机器视觉的品质分级的方向发展，如美国的高速水果分级生产线，浙江大学研制的水果品质智能化实时检测与分级生产线，中国农业大学研制的计算机视觉水果分级自动化系统等。

目前基于机器视觉进行水果检测分级的应用对象主要包括苹果、柑桔、桃子、梨、芒果等，它们的果实以单个为单粒，在检测分级过程中，可以采用机械装置使水果在检测台上分开摆放，以摄取单粒水果的一幅或多幅图像，通过图像分析获取每粒水果的形状、大小、颜色、缺陷等信息，进而实现水果分级。而对于诸如葡萄、荔枝等穗状水果，每穗水果中包括互相堆积在一起的很多枚果粒，根据葡萄分级标准的要求，葡萄等级划分不仅与整穗的大小及穗形有关，更要看一穗葡萄中果粒的数量、果粒大小、果粒颜色及缺陷等特征。此外，由于葡萄果实柔软易损，不允许在检测台面上滑动或滚动。因此，基于机器视觉的葡萄检测分级具有自身的特殊性和复杂性。

现有的分级装置要么是采用国外的生产线，要么人工完成。国外的整条生产线结构庞大、复杂，价格昂贵，并且只针对葡萄的果粒大小和颜色两个外观指标进行分级。而采用人工分级，效率低下且难以做到客观准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、价格低廉的实时检测和自动分级装置，特别是提供一种穗状水果分级装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种穗状水果分级装置，包括：驱动装置、悬挂式输送机构，水果夹持机构、图像采集与处理系统和分级控制系统；所述驱动装置安装于所述悬挂式输送机构上，用于驱动所述悬挂式输送机构进行传送；所述水果夹持机构安装于所述悬挂式输送机构上，用于夹持穗状水果；所述图像采集与处理系统安装于所述悬挂式输送机构上，用于采集和处理所述穗状水果的图像；所述分级控制系统与所述图像采集与处理系统相连，进行数据通讯，用于控制采集所述穗状水果的图像，以及显示所述穗状水果的等级。

其中，所述驱动装置具体包括电机部件和传动机构，通过所述电机部件驱动所述传动机构运动。

其中，所述电机部件包括减速调速电机、电机支座，所述传动机构为链传动机构，包括联轴器、传动轴、轴承、轴承座、链轮、托板；所述电机固定在所述电机支座上，所述电机支座固定在所述悬挂式输送机构的机架顶端的机架板上，所述托板固定在所述机架上，所述链轮通过所述轴承、轴承座、传动轴、联轴器与所述电机相连。

其中，所述悬挂式输送机构包括：机架、机架板、封闭轨道、输送链条、滚动轴承组件，所述机架为型钢焊接结构，所述机架板固定在所述机架上方，所述封闭轨道固定在所述机架板下方，所述输送链条上下带有吊耳，上方吊耳通过所述滚动轴承组件与所述封闭轨道相连，下方吊耳与所述水果夹持机构相连。

其中，所述水果夹持机构包括：夹持体、弹簧、弹簧板、螺栓、螺母、橡胶夹持垫；所述夹持体固定在下方吊耳上，所述夹持体内侧装有两片橡胶垫，所述弹簧、弹簧板通过所述螺栓、螺母固定在所述夹持体上。

其中，所述图像采集与处理系统包括两个CCD摄像机、光照箱、光源、图像采集卡、计算机；所述光照箱安装在一侧的所述机架上；所述光照箱内侧安装所述光源；所述两个CCD摄像机安装在所述光照箱两侧；所述CCD摄像机与所述图像采集卡连接，进行图像采集；所述计算机与所述分级控制系统连接，进行图像处理与数据传输。

其中，所述分级控制系统包括传感器、PLC控制器和分级指示灯；所述传感器安装在穗状水果分级机的图像采集区域；分级指示灯安装在分级区域；所述PLC控制器与所述计算机和采集卡连接，进行图像数据传输。

其中，所述传感器为电感式接近传感器。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：在穗状水果的悬挂式连续输送中，采用计算机视觉技术，同时从不同角度拍摄一串葡萄的多幅图像，提取葡萄的果穗形状、大小，果粒大小与数量，颜色、缺陷等信息，进而实现外观综合品质分级，分级准确、客观，同时避免对葡萄的损伤。

附图说明

图1是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的驱动装置主动端剖视图；

图3是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的悬挂式输送机构及穗状水果夹持机构局部外观示意图；

图4是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的悬挂式输送机构剖视图；

图5是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的图像采集与处理系统和分级控制系统示意图；

图6是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的分级控制流程图。

其中：

1-驱动装置11-电机12-电机支座13-联轴器14-传动轴15-轴承16-轴承座17-链轮18-托板链轮机构1-1、1-2、1-3和1-4；

2-悬挂式输送机构21-机架22-机架板23-环形轨道24-输送链条25-滚动轴承26-滚动轴承支架27-连接环28-压板29-螺钉；

3-葡萄夹持机构31-夹持体32-弹簧33-弹簧板34-螺栓35-螺母36-橡胶夹持垫37-葡萄；

4-图像采集与处理系统41-CCD摄像机42-光照箱43-光源44-图像采集卡45-计算机；

5-分级控制系统51-传感器52-PLC控制器53-分级指示灯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1、图2、图3、图4、图5和图6对本发明实施例进行详细说明。穗状水果分级装置为葡萄分级机，具体由驱动装置1、悬挂式输送机构2，夹持机构3、图像采集与处理系统4、分级控制系统5组成。

如图1所示，驱动装置1包含四个链轮机构1-1、1-2、1-3和1-4，其中1-1为主动端，其余为从动端，图2为驱动装置主动端的剖视图。结合图1、图2可知，该驱动装置由减速调速电机11、电机支座12、联轴器13、传动轴14、轴承15、轴承座16、链轮17、托板18组成，电机11固定在电机支座12上，电机支座12固定在机架21顶端的机架板22上，托板18固定在机架21上，用于支撑整个链轮机构。

如图3所示为悬挂式输送机构及葡萄夹持机构局部外观示意图，图4为悬挂式输送机构剖视图。由图1、图3、图4可知，悬挂式输送机构由机架21、机架板22、环形轨道23、输送链条24、滚动轴承25、滚动轴承支架26、连接环27组成。机架21采用型材焊接结构，用于支撑本发明的整个系统，机架板22固定在机架21上方。为了实现葡萄的连续输送，采用截面为类工字形的铝型材弯制一个环形轨道23，通过压板28和螺钉29将环形轨道23连接在机架板22下方。在环形轨道23内左右两侧装有多组滚动轴承25，一对滚动轴承25由一个滚动轴承支架26相连，滚动轴承支架26下端装有连接环27，通过连接环27将输送链条24吊装在环形轨道23下方。输送链条24采用上、下分别带有吊耳的精密滚子链，上方吊耳用于和环形轨道23相连，下方吊耳用于悬挂葡萄。

由图3可知，水果夹持机构在本实施例具体为葡萄夹持机构，由夹持体31、弹簧32、弹簧板33、螺栓34、螺母35、橡胶夹持垫36组成，夹持体31固定在输送链条24下方的吊耳上，夹持体31内侧装有两片橡胶垫36。将食指和拇指分别放在弹簧板33和夹持体31左侧面处稍用力捏，两片橡胶夹持垫36在弹簧的作用下松开，将葡萄37的果柄插入，手松开后果柄即被夹紧。旋拧螺母35，可以调节弹簧32的预紧程度，保证可靠夹持果柄而不脱落，而橡胶夹持垫36自身的弹性，能保证夹持过程中不对葡萄造成损伤。

启动调速电机11，电机11带动传动轴14、链轮1-1、1-2、1-3、1-4旋转，链轮1-1、1-2、1-3、1-4驱动输送链条24运动，由于输送链条24通过滚动轴承25、滚动轴承支架26、连接环27、链条吊耳悬挂在环形轨道23下方，从而保证输送链条24始终沿环形轨道23运转。由于葡萄37通过夹持机构与链条下方吊耳相连，从而能够实现葡萄沿预定轨道的悬挂式连续输送。

由于链条悬挂在环形轨道23下方，与轨道通过滚动轴承组件中的连接环27非刚性连接，因而无需张紧即可连续稳定运行。

由于采用了滚动轴承25，使得整个输送系统在运动中与环形轨道23间为滚动摩擦，摩擦力很小，从而使得电机11负载很小，整套机构运行平稳。夹持机构本身具有很好的刚性，能尽量减小所夹持的葡萄在输送过程中的晃动，便于随后的图像采集与处理。本发明实施例中采用减速调速电机，可以方便地进行无级调速，以调节葡萄输送的速度，从而满足不同的分级算法和分级效率要求。

图5为本发明的图像采集与处理系统和分级控制系统示意图，由图5可知，图像采集与处理系统包括两个CCD摄像机41、光照箱42、光源43、图像采集卡44、计算机45和图象处理软件，光照箱42横跨一侧机架21，内侧安装光源43，使得进入到图像采集区域的葡萄表面形成均匀的光照效果。两个CCD摄像机41安装在光照箱42两侧，当葡萄运行到采集区域(光照箱内)时，两个CCD摄像机41同时拍摄葡萄前后两面的两幅图像，通过采集卡44输入到计算机45。图像处理软件将一串葡萄的两幅图像进行融合，经预处理、图像分割和特征提取，检测葡萄的果穗形状与大小、果粒数量及大小、颜色、缺陷等信息，然后综合这四种信息来判定葡萄等级。

由图5可知分级控制系统由电感式接近传感器51、PLC控制器52和分级指示灯53组成。传感器51安装在葡萄分级机的图像采集区域，分级指示灯53安装在分级区域。PLC控制器52与采集卡44和计算机45连接，进行图像数据的传输。

图6为分级控制原理图，由图6可知，图像采集与处理系统及控制系统采用计算机PC-PLC的主从式构架，计算机作为上位机主要完成图像信息的采集、处理和分析。PLC作为下位机主要完成逻辑控制，一方面处理由传感器传送的葡萄位置信息，控制图像采集，另一方面通过和上位机的通讯，实现分级信息的显示控制。每当葡萄进入采集区域时，传感器检测到与葡萄相连的夹持机构，产生一个脉冲触发信号并传送给PLC，该脉冲触发信号被PLC用于跟踪葡萄的位置，同时触发CCD摄像机采集该葡萄的两幅单帧图像。采集到的图像经过计算机图像分析软件处理后判定该葡萄的等级，并通过RS232串口将等级值发送给PLC。PLC接收、保存葡萄等级信息，待该串葡萄运动至分级区域时，控制指示灯显示该葡萄的等级，然后将葡萄取下放入相应等级的包装箱内。

通过以上实施例可以看出，本发明实施例通过采用计算机视觉技术，将葡萄按果穗形状、大小，果粒大小，颜色、缺陷等综合品质分级，分级准确、客观。将葡萄以悬挂状态连续输送，便于同时从不同角度拍摄一串葡萄的多幅图像，方便提取全面的葡萄信息。并且整套系统运行平稳，葡萄以悬挂状态连续输送，其间晃动很小，不与系统任何部位产生接触或碰撞，且果柄部分为弹性夹持，因此整个检测分级过程不对葡萄造成损伤。本装置具有结构简单、成本低等优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种穗状水果分级装置，其特征在于，包括：驱动装置、悬挂式输送机构、水果夹持机构、图像采集与处理系统和分级控制系统；

所述驱动装置安装于所述悬挂式输送机构上，用于驱动所述悬挂式输送机构进行传送；

所述水果夹持机构安装于所述悬挂式输送机构上，用于夹持穗状水果；

所述图像采集与处理系统安装于所述悬挂式输送机构上，用于采集和处理所述穗状水果的图像，所述图像采集与处理系统包括两个CCD摄像机、光照箱、光源、图像采集卡、计算机；所述光照箱安装在一侧的机架上；所述光照箱内侧安装所述光源；所述两个CCD摄像机安装在所述光照箱两侧；所述CCD摄像机与所述图像采集卡连接，进行图像采集；所述计算机与所述分级控制系统连接，进行图像处理与数据传输；

所述分级控制系统与所述图像采集与处理系统相连，进行数据通讯，用于控制采集所述穗状水果的图像，以及显示所述穗状水果的等级。

2、如权利要求1所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述驱动装置具体包括电机部件和传动机构，通过所述电机部件驱动所述传动机构运动。

3、如权利要求2所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述电机部件包括减速调速电机、电机支座，所述传动机构为链传动机构，包括联轴器、传动轴、轴承、轴承座、链轮、托板；

所述电机固定在所述电机支座上，所述电机支座固定在所述悬挂式输送机构的机架顶端的机架板上，所述托板固定在所述机架上，所述链轮通过所述轴承、轴承座、传动轴、联轴器与所述电机相连。

4、如权利要求1所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述悬挂式输送机构包括：机架、机架板、封闭轨道、输送链条、滚动轴承组件；

所述机架为型钢焊接结构，所述机架板固定在所述机架上方，所述封闭轨道固定在所述机架板下方，所述输送链条上下带有吊耳，上方吊耳通过所述滚动轴承组件与所述封闭轨道相连，下方吊耳与所述水果夹持机构相连。

5、如权利要求1或4所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述水果夹持机构包括：夹持体、弹簧、弹簧板、螺栓、螺母、橡胶夹持垫；

所述夹持体固定在所述悬挂式输送机构的输送链条下方的吊耳上，所述夹持体内侧装有两片橡胶垫，所述弹簧、弹簧板通过所述螺栓、螺母固定在所述夹持体上。

6、如权利要求1所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述分级控制系统包括传感器、PLC控制器和分级指示灯；

所述传感器安装在穗状水果分级机的图像采集区域；分级指示灯安装在分级区域；所述PLC控制器与所述计算机和所述图像采集卡连接，进行图像数据传输。

7、如权利要求6所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述传感器为电感式接近传感器。

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