CN101574693B - 一种小型可移动脐橙计算机视觉自动分选机 - Google Patents

一种小型可移动脐橙计算机视觉自动分选机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及食品机械设备,为一种小型可移动脐橙计算机视觉自动分选机。由错排上料机构、差速对搓自动排列机构、输送线及分级气吹执行装置、机、光、电和气自动控制系统、计算机视觉系统和摄像头光电箱部分组成;错排上料机构位于自动分选机的一端的旁侧,差速对搓自动排列机构与错排上料机构呈90°角度,安装在输送线的一端,输送线连接在差速对搓自动排列机构的右方,分级气吹执行装置安装在输送线的侧面,机、光、电和气自动控制系统安装在输送线前端部分的侧面,计算机视觉系统和摄像头光电箱部分安装在输送线中间的上方。本发明由机器自动化分选代替传统的人工分选,以提高生产效率,降低成本和提高分选的精确度。

Description

一种小型可移动脐橙计算机视觉自动分选机技术领域
[0001] 本发明涉及一种食品机械设备技术领域,具体涉及水果脐橙分选分级设备,是一种小型可移动脐橙计算机视觉自动分选机。
背景技术
[0002] 水果脐橙产业是我国具有发展潜力和优势的产业之一,是加入WTO以后在国际、国内市场上具有良好发展前景和竞争力的产业。国家农业部把国内诸多脐橙产区列为发展脐橙,抵御外国果品“侵略”的重要商品基地,坚持“规模化开发、产业化经营、标准化管理、品牌化营销、社会化服务”的发展方针,着力建造世界著名的脐橙主产区。脐橙商品化处理包括收获后的清洗、分级、打蜡、包装等一系列技术处理,分级是脐橙商品化处理中的核心环节。但我国脐橙由于产后处理不够,主要是因为检测与分选的手段落后,基本上由人工完成,使得品质难以保证,在国际市场上缺乏竞争力。在脐橙分级标准中,尺寸和缺陷面积是主要的分级特征参数,而这些参数的度量仅凭人的视觉难以精确区分,且人长时间用眼所造成的疲劳及情绪不稳定会造成分级误差的波动,使脐橙的品质无法保证。所以人工分级存在着劳动量大、生产率低、分级标准难以实现,分级精度不稳定等缺点。因此,研究机器自动化分选代替传统的人工分选,以提高生产效率,降低成本和提高分选的精确度,开发高速、精确的脐橙自动实时分级系统,提高脐橙的商品化处理能力,选出高质量的脐橙,为国家创收外汇是极其必要的。经检索,相关专利有“基于机器视觉的水果分级机器(02295073.7) ”,该专利对水果大小、表面颜色、表面缺陷、水果形状等外部特性,在试验装置上利用移位寄存器同步跟踪实现自动分级,但该专利没有自动排序上料机构,只是在实验室试验阶段,还不能应用于大规模的生产实践。
发明内容
[0003] 为克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种小型可移动脐橙机器视觉自动分选机,由机器自动化分选代 替传统的人工分选,以提高生产效率,降低成本和提高分选的精确度。
[0004] 本发明的技术方案如下:
[0005] 本发明所述小型可移动脐橙计算机视觉自动分选机由错排上料机构、差速对搓自动排列机构、输送线及分级气吹执行装置、机、光、电和气自动控制系统、计算机视觉系统和摄像头光电箱部分组成。
[0006] 其中(I)错排上料机构,由进料斗、架体、斜上料机架、无级变速机、传动链部分和出料导板组成,位于分选机的旁侧。进料斗设在架体的下部;无级变速机安装在架体的上部,带动链节输送部分向上输送需分级的脐橙;出料导板安装在架体上部的输送出口端,可以调节角度,使脐橙平稳地落在分选设备的输送线上。所述的上料输送部分包括传动链轮、空心销轴链、上料粗管滚子、上料细管滚子;上料粗管滚子通过连接轴与空心销轴链相连,上料细管滚子通过穿在细管两端的开口销,固定在空心销轴链的销孔内;在空心销轴链相邻的销孔内错排相间安装上料粗管滚子和上料细管滚子,形成了一组组光滑的由3点连成的凹形弧槽,脐橙有序地排列在该凹形弧槽内,架体的倾斜角度β为30°,脐橙的中心位置与下部的上料粗管滚子的中心位置的距离a > 15mm,脐橙就不会向下滚落。此时启动无级变速传动电机,脐橙就可以有序地向上输送了。
[0007] (2)差速对搓自动排列机构,由后皮带滚子组件、前皮带滚子组件、前后V形支撑架、右传动带、左传动带、右无级变速机、左无级变速机和自动排列机构机架组成,与错排上料机构呈90°角度安装。后皮带滚子组件和前皮带滚子组件通过前后V形支撑架分别安装在自动排列机构机架的两端,左传动带和右传动带分别张紧在前后皮带滚子组件上,成V形排列,右无级变速机和左无级变速机安装在自动排列机构机架左端的内部,通过皮带轮和传动带带动皮带滚子组件旋转,使两条输送带和可以进行无级变速,分别调整到适当的向前输送速度。
[0008] 上料机构输送上来的脐橙,进入成V形排列的两条输送带中,由于两条输送带的速度不同,脐橙进入两带之间后产生对搓的效果,使脐橙向前移动的同时,又产生转动,这样脐橙在输送过程中就不会产生堆积现象,并成有序排列向前运动。两条输送带可以分别进行无级变速,分别调整到适当的向前输送速度。
[0009] (3)输送线及分级气吹执行装置,连接在差速对搓自动排列机构的右方,分级气吹执行装置安装在输送线的侧面。输送线采用链传动的方式,链条上安装有输送滚轮,输送滚轮呈悬臂状安装;被检脐橙放置在滚轮之间,在向前输送的同时并作自转运动,便于检测脐橙四周的成熟度。输送滚轮为带圆弧槽的圆柱形结构,便于脐橙自动调整姿态和被快速气流吹走。输送线采用无级调速电机驱动,便于和摄像、上料机构的匹配;分级气吹执行装置包括喷嘴、气泵和管路部分,喷嘴安装在输送滚轮的一侧,气泵通过管路与喷嘴相连。
[0010] (4)机、光、电和气自动控制系统,安装在输送线前端的侧面,由电气控制柜集成控制,提供220V、50Hz电源,电路采用PLC控制,电气柜中、上部安装显示器及电脑主机,下部安装电气线路板,所有电器的控制全部集中在控制面板上。
[0011 ] (5)计算机视觉系统和摄像头光电箱部分,安装在输送线中间的上方,计算机视觉系统由逐行扫描C⑶彩色摄像头、图像采集卡和工业计算机组成;摄像头光电箱由智能逐行扫描CCD彩色相机、光箱(光源)、触发器组成。
[0012] 每当输送链向前输送一个脐橙时,摄像头抓拍一次图像,抓拍到的图像,并将图像传送到计算机,计算机对采集到的图像信息进行处理和计算,控制分级气吹执行装置中的喷嘴吹气动作。当控制面板上选别开关设为“颜色”,对经处理过的图像计算出成熟度指标,如成熟度指标为橙红时,该脐橙运行至橙红果品工位,喷嘴将其吹至橙红品箱内;如成熟度指标为橙黄至橙红时,该脐橙运行至橙黄至橙红果品工位,喷嘴将其吹至橙黄至橙红品箱内,如成熟度指标为非橙红、非橙黄至橙红时,喷嘴不动作,脐橙沿着输送线继续前行,最后进入未成熟果品箱内。
[0013] 当控制面板上选别开关设为“大小”,则经图像处理之后,计算出脐橙大小,如脐橙果实横径在70〜75、75〜80、80〜85、85〜90mm之中的某一范围内,则当将脐橙运行至相对应的一、二、三、四工位时,喷嘴将其吹至相应级别的果品箱内。如果脐橙的果实横径不在上述范围之内,喷嘴不动作,脐橙沿着输送线继续前行,最后进入输送线尾部的60〜70mm果品箱内。[0014] 本发明的效果是:(I)机械系统结构简单,运行可靠,维护方便。操作、显示界面通俗易懂,一般工人只需经简单培训即可上岗操作。(2)生产效率高,生产线只要一人操作,稳定分拣生产能力可达每秒5只,是采用人工方式分拣无法达到的,效率提高可达5〜10倍。并可消除人工分拣带来的其它不利因素。(3)分选误判率低能最大限度地减少误判,提高分辨的正确率,减少成品浪费,提闻广品的质量水平,提闻广品的生广效益。(4)整机电气控制系统、电子视觉系统及主机高度集成,采用可移动框架式小型结构,可随时移动至采摘现场及适宜场所对脐橙进行分选。
附图说明
[0015] 图1本发明小型可移动脐橙计算机视觉自动分选机的示意图;
[0016] 图2图1的俯视图;
[0017] 图3输送线的侧面示意图;
[0018] 图4错排上料机构示意图;
[0019] 图5错排上料机构脐橙提升滚子示意图;
[0020] 图6差速对搓自动排列机构示意图;
[0021] 图7差速对搓自动排列机构侧面示意图;
[0022] 图8计算机视觉系统程序处理流程图。
[0023] 1-脐橙错排上料机构,2-脐橙,3-差速对搓自动排列机构,4-输送线,5-计算机及机、光、电自动控制部分,6-计算机视觉系统和摄像头光电箱部分,7-分级气吹执行装置,8-脐橙果品箱,9-脐橙进料斗,10-上料机构无级变速机,11-右传动带,12-左传动带,13-输送滚轮,14-接料装置,15-传动链轮,16-同步传动带,17-输送线无级变速机,18-机架脚轮,19-侧面接料架,20-架体,21-粗不锈钢管滚子,22-细不锈钢管滚子,23-出料导板,24-斜上料机架,25-上料机脚轮,26-传动链调节装置,27-错排上料机传动链,28-右无级变速机,29-后皮带滚子组件,30-左无级变速机,31-自动排列机构机架,32-支撑拉杆,33-前皮带滚子组件,34-自动排列机构脚轮,35-无级变速机支撑架,36-传动带,37-左右V形面板,38-前后V形支撑架。
具体实施方式
[0024] 如图1、2所示,本发明所述分装置由脐橙错排上料机构1、差速对搓自动排列机构
3、输送线4、计算机及机、光、电自动控制箱5、计算机视觉系统和摄像头光电箱部分6、分级气吹执行装置7组成。
[0025] (I)错排上料机构I在分选机的一端,如图4和图5所示,包括进料斗9、架体20、斜上料机架24、无级变速机10和传动链部分27。进料斗9安装在架体20左侧下部的上料位置上。架体20的左下方两侧安装有传动链调节装置26,可以调节传动链部分27的松紧程度。无级变速机10安装在架体20的右上方,并通过扭力臂与架体20相连,将动力传递给传动链部分27,并可以调节其所需要的上料速度。出料导板23安装在架体20的右端上部,可以调节角度,使脐橙平稳地落在差速对搓自动排列机构3上。
[0026] 在传动链27相邻销孔内错排相间的安装粗不锈钢管滚子21和细不锈钢管滚子22,这样就形成了一组组光滑的由3点连成的凹弧形状槽,脐橙有序地排列在该凹弧形槽内,当架体20倾斜角度后,要求脐橙的中心位置与下部的粗不锈钢管滚子21的中心位置有一定的距离a ^ 15_,脐橙就不会向下滚落。此时启动无级变速机10,脐橙就可以有序地向上输送了。
[0027] (2)差速对搓自动排列机构3与错排上料机构I呈90°角度,安装在输送线4的一端。如图6所示,后皮带滚子组件29和前皮带滚子组件33,通过前后V形支撑架38,分别安装在自动排列机构机架31的两端,右传动带11和左传动带12分别张紧在皮带滚子组件上,成V形排列,右无级变速机28和左无级变速机30安装在自动排列机构机架31左端的内部,通过皮带轮和传动带36带动皮带滚子组件29旋转,使两条输送带11和12可以进行无级变速,分别调整到适当的向前输送速度。错排上料机构I输送上来的脐橙,进入差速对搓自动排列机构3成V形排列的两条输送带11和12中,由于两条输送带的速度不同,脐橙进入两带之间后产生对搓的效果,使脐橙向前移动的同时,又产生转动,这样脐橙在输送过程中就不会产生堆积现象,并成有序排列地向前运动。
[0028] (3)输送线4,连接在差速V形对搓自动排列机构3的右方。输送线采用链传动的方式,链条上连接有输送滚轮13,呈悬臂状安装,输送滚轮13采用带圆弧槽的圆柱形结构,被检脐橙放置在滚轮之间,在向前输送的同时并作自转运动,使脐橙能自动调整姿态和便于检测脐橙四周的成熟度。输送线采用无级变速机17驱动,可适时调整脐橙输送速度,便于摄像和差速对搓自动排列机构3速度的匹配。分级气吹执行装置7安装在输送线4的侧面,根据脐橙所分的等级数,安排几个气源气嘴和对应的接料装置14。
[0029] (4)计算机及机、光、电、气自动控制系统5和计算机视觉系统和摄像头光电箱部分6,分别安装在输送线部分4的侧面和上方,由电气控制柜集成控制,电路采用PLC控制,电气柜中、上部安装显示器及电脑主机,下部安装电气线路板,所有电器的控制全部集中在控制面板上。视觉系统采用逐行扫描CCD彩色摄像头、图像采集卡和工业计算机组成;摄像系统由智能逐行扫描CCD彩色相机、光箱(光源)、触发器组成。每当输送滚轮13向前输送一个脐橙时,触发器触发摄像头抓拍一次图像,抓拍到的图像,并将图像传送到计算机,计算机对采集到的图像信息进行处理和计算,控制快速喷嘴7电磁阀的吹气动作。
[0030] 当控制面板上选别开关设为“颜色”,对经处理过的图像计算出成熟度指标,脐橙沿着输送线4前行时,分级气吹执行装置7将其吹至相应颜色级别的果品箱内。当控制面板上选别开关设为“大小”,则经图像处理之后,计算出脐橙大小,如脐橙果实横径在70〜75、75〜80、80〜85、85〜90mm之中的某一范围内,则当将脐橙运行至相对应的一、二、三、四工位时,分级气吹执 行装置7将其吹至相应级别的果品箱内8内。如果脐橙的果实横径不在上述范围之内,分级气吹执行装置7不动作,脐橙沿着输送线继续前行,最后进入输送线尾部的60〜70mm果品箱内。

Claims (5)

1.一种小型可移动脐橙计算机视觉自动分选机,由错排上料机构、差速对搓自动排列机构、输送线及分级气吹执行装置、机、光、电和气自动控制系统、计算机视觉系统和摄像头光电箱部分组成;错排上料机构位于自动分选机的一端的旁侧,差速对搓自动排列机构与错排上料机构呈90°角度,安装在输送线的一端,输送线连接在差速对搓自动排列机构的右方,分级气吹执行装置安装在输送线的侧面,机、光、电和气自动控制系统安装在输送线前端部分的侧面,计算机视觉系统和摄像头光电箱部分安装在输送线中间的上方,其特征在于:错排上料机构由进料斗、架体、斜上料机架、无级变速机、传动链部分、出料导板和上料输送部分组成,进料斗设在架体的下部,无级变速机安装在架体的上部,出料导板安装在架体上部的输送出口端,斜上料机架位于架体的下方;所述的上料输送部分包括传动链轮、空心销轴链、上料粗管滚子、上料细管滚子;上料粗管滚子通过连接轴与空心销轴链相连,上料细管滚子通过穿在细管两端的开口销,固定在空心销轴链的销孔内;在空心销轴链相邻的销孔内错排相间安装上料粗管滚子和上料细管滚子,形成了一组组光滑的由3点连成的凹形弧槽,脐橙有序地排列在该凹形弧槽内,架体的倾斜角度β为30°,脐橙的中心位置与下部的上料粗管滚子的中心位置的距离a彡15mm。
2.按权利要求1所述的自动分选机,其特征在于:差速对搓自动排列机构由后皮带滚子组件、前皮带滚子组件、前后V形支撑架、右传动带、左传动带、右无级变速机、左无级变速机和自动排列机构机架组成,后皮带滚子组件和前皮带滚子组件通过前后V形支撑架分别安装在自动排列机构机架的两端,左传动带和右传动带分别张紧在前后皮带滚子组件上,成V形排列,右无级变速机和左无级变速机安装在自动排列机构机架左端的内部,通过皮带轮和传动带带动皮带滚子组件旋转。
3.按权利要求1所述的自动分选机,其特征在于:输送线及分级气吹执行装置,位于在差速对搓自动排列机构的右方,且分级气吹执行装置安装在输送线的侧面;输送线采用链传动的方式,链条上呈悬臂状安装有输送滚轮,输送滚轮为带圆弧槽的圆柱形结构;分级气吹执行装置包括喷嘴、气泵和管路部分,喷嘴安装在输送滚轮的一侧,气泵通过管路与喷嘴相连。
4.按权利要求1所述的自动分选机,其特征在于:机、光、电和气自动控制系统由电气控制柜集成控制,提供220V、50Hz电源,电路采用PLC控制,电气柜中、上部安装显示器及电脑主机,下部安装电气线路板,所有电器的控制全部集中在控制面板上。
5.按权利要求1所述的自动分选机,其特征在于:计算机视觉系统由逐行扫描CCD彩色摄像头、图像采集卡和工业计算机组成;摄像头光电箱由智能逐行扫描CCD彩色相机、光箱、触发器组成。
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