CN102941189A - 水果分选机可控旋转角度齿纹托盘装置 - Google Patents

Abstract

一种农业机械技术领域的水果分选机可控旋转角度齿纹托盘装置，包括：物料传输机构、水果信息采集机构和分选机构，其中：水果信息采集机构设置于物料传输机构的中部，物料传输机构与分选机构相连。本发明能够实现水果旋转角度的控制，满足图像采集系统采集被测水果全表面图像信息的目的。

Description

水果分选机可控旋转角度齿纹托盘装置

技术领域

本发明涉及的是一种农业机械技术领域的装置，具体是一种水果分选机可控旋转角度齿纹托盘装置。

背景技术

目前，水果的品质检测一般使用机器视觉采集水果的表面图像，然后把图像传输至计算机，通过图像处理方法对水果的尺寸、颜色、缺陷等品质特征进行提取，进而依据国家水果分级标准对水果的品质进行分选。在水果分选机系统中，为了采集水果表面图像，采集系统的设计也各种各样。现有的装置有单相机系统和多相机系统，单相机系统常见的装置为：相机位于流水线正上方，水果经过时采集一副图像，这种装置因为只采集一副图像，造成采集信息不全面，以偏概全，水果品质分选误差大；或者为托盘增加动力装置，如步进电机，承载水果的托盘到达相机前方停止流水线传输，然后以一定的角度间隔使果盘旋转，并采集不同角度的多幅图像，这种装置不仅使托盘的构造变得复杂，而且使整个流水线作业效率大大降低，不利于水果的快速检测。多相机系统常见的装置为：多个相机置于流水线上方，托盘可以翻滚，不同位置采集水果多幅图像，这种装置的缺点是不能控制托盘中水果的旋转角度，造成采集的信息重叠或者重要特征遗失，既增加了处理难度，又降低准确度；或者多个相机在流水线上方呈环状布局，水果经过其下方时采集不同角度的多幅图像，这种装置的缺点是所采图像和相机夹角较大，水果畸变严重，各个图像背景不宜控制，增加后期处理难度。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN201313098，公告日：20090923，记载了一种“基于LED和数码相机的水果分选计算机图像获取装置”，该装置由发射红光、蓝光、绿光和红外光二极管组成发射光源的LED阵列板对称布置于水果支撑台两侧，LED阵列板成45°角倾斜放置；数码相机垂直放置于水果支撑台上方处，计算机通过USB接口与数码相机连接；通过计算机控制数码相机能获得不同辐照光源下的水果反射光谱图像。将红光、蓝光、绿光和红外光二极管用于水果分选。但该现有技术属于单相机系统，采集水果表面图像时，水果和相机均不能旋转，容易造成水果表面重要品质信息遗失，进而影响分选精度。

中国专利文献号CN101024220，公开日：20070829，记载了一种“水果输送分选一体化装置”，该装置包括循环输送链系统，该循环输送链系统包括上料区1、图像采集区2和分级卸料区3、主动链轮4、从动链轮6和循环输送链链条7，在循环输送链链条7上设有水果支承滚子组件8和水果分选杠杆组件9，水果支承滚子组件8和水果分选杠杆组件9均设在循环输送链链条7的两侧，且水果支承滚子组件8和水果分选杠杆组件9间隔排列，本发明结构紧凑、占地面积小且分选效率高，能够完成水果的平稳上料、输送和自动分级卸料，并能使水果在图像采集区以基本相同的角速度均匀翻转。该现有技术为了使水果在图像采集区以基本相同的角速度均匀翻转，设计了一种水果支撑滚子，该滚子在自身的重力作用下自然地压在了摩擦装置上，由于摩擦力作用，水果支撑滚子可以以基本相同的角速度均匀翻滚，这种方法虽然可以基本保证水果支撑滚子的均匀翻转，但并不能保证水果以基本相同的角速度均匀翻转，因而在水果表面图像采集时，容易造成水果表面品质信息的重复采集或重要信息特征的遗失，既增加了图像处理的难度，同时不能保证水果的分选精度。

中国专利文献号CN 1603013，公开日2005-04-06，记载了一种“水果检测装置和方法”，该技术由水果输送翻转部分、计算机视觉识别部分和水果分级动作部分组成。其特征在于计算机视觉识别部分，由三个逐行扫描彩色摄像系统、一个光照箱、两个光电传感器、一个同步器、高速数据通讯模块、控制模块和相应的软件组成。水果高速输送并绕水平小轴自由转动，保证通过计算机视觉识别部分时能翻转240度左右;计算机视觉识别部分通过三个摄像系统，对每个水果采集9幅图像，融合这些图像的信息，提取品质特征信息，再采用识别软件结合知识库完成水果形状、大小、颜色、缺陷等全部外观品质的检测，并通过控制模块控制水果分级动作部分。其可以很方便的区分水果的果梗与果萼，提高了水果的形状和大小和缺陷检测的精度。但该现有技术所发明的水果输送翻转装置并不能相对准确地保证水果的翻转角度，容易造成水果表面品质信息的重复采集或重要信息特征的遗失，既增加了图像融合、处理的难度，同时不能保证水果的分选精度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种水果分选机可控旋转角度齿纹托盘装置，能够实现水果旋转角度的控制，满足图像采集系统采集被测水果全表面图像信息的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：物料传输机构、水果信息采集机构和分选机构，其中：水果信息采集机构设置于物料传输机构的中部，物料传输机构与分选机构相连。

所述的物料传输机构包括：上料机构、传动链条、若干个带有齿纹的用于盛放水果的托盘以及与挡板固定连接的导向齿条，其中：两根传动链条的一端均与上料机构相连，若干托盘依次设置于传动链条上，挡板位于传动链条的中部且正对水果信息采集机构，托盘在沿传动链条传输过程中如遇到导向齿条，则托盘与导向齿条啮合，托盘沿逆时针方向旋转；当托盘与导向齿条分离，则托盘停止旋转；当托盘和导向齿条结束啮合，托盘则停止旋转，对应的水果信息采集机构进行图像采集。

所述的水果信息采集机构包括：至少一组、每组两个的相机及其圆顶形光源以及与相机相连的计算机，其中：圆顶形光源设置于对应相机的镜头前方，相机的光轴与物料传输机构的分级流水线方向相垂直，相机通过拍摄水果图像并输出至计算机。

所述的托盘包括：盘体、轴承、连接轴和带有固定螺钉孔的底座，其中：盘体与连接轴通过轴承相连接，使得盘体受到力矩时可以围绕连接轴平稳旋转，连接轴的底端固定设置于用于支撑盘体的底座上。

本发明通过有效的机械设计，实现了水果旋转角度的控制，满足图像采集系统采集被测水果全表面图像信息的目的。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1局部放大示意图。

图3为托盘结构示意图。

图4为实施例工作流程图。

图5为实施例图像采集过程示意图；

图中：（a）为旋转2次示意图；（b）为旋转3次示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1-3所示，本实施例包括：物料传输机构1、水果信息采集机构2和分选机构3，其中：水果信息采集机构2设置于物料传输机构1的中部，物料传输机构1与分选机构3相连。

所述的物料传输机构1包括：上料机构4、传动链条5、若干个带有齿纹6的用于盛放水果0的托盘7以及与挡板8固定连接的导向齿条9，其中：两根传动链条5的一端均与上料机构4相连，若干托盘7依次设置于传动链条5上，挡板8位于传动链条5的中部且正对水果信息采集机构2，托盘7在沿传动链条5传输过程中如遇到导向齿条9，则托盘7与导向齿条9啮合，托盘7沿逆时针方向旋转；当托盘7与导向齿条9分离，则托盘7停止旋转；当托盘7和导向齿条9结束啮合，托盘7则停止旋转，对应的水果信息采集机构2进行图像采集。

所述的挡板8厚度为3-5mm，且挡板8靠近水果0一侧的表面为黑色，整个挡板8固定于流水线机架14之上。

所述的水果信息采集机构2包括：至少一组、每组两个的相机10及其圆顶形光源11以及与相机10相连的计算机12，其中：圆顶形光源11设置于对应相机10的镜头前方，相机10的光轴与物料传输机构1的分级流水线方向相垂直，相机10通过拍摄水果图像并输出至计算机12。

当一个水果需要采集两张图像时正面、背面分别采集一张，则对应导向齿条9的长度为托盘7的盘体13周长的一半；

当一个水果需要采集三张图像时每间隔120°分别采集一张，则对应导向齿条9的长度为托盘7的盘体13周长的三分之一；

当需要采集的图像张数为N且每间隔360/N°分别采集一张图像，则对应导向齿条9的长度为L1，托盘7的盘体13周长为L，则应满足：L1=L/N。

当需要采集不同角度的多幅图像时，只需相应调整导向齿条9的长度以及水果信息采集机构2的相机10数目即可。

如图2所示，所述的托盘7包括：盘体13、轴承14、连接轴15和带有固定螺钉孔17的底座16，其中：盘体13与连接轴15通过轴承14相连接，使得盘体13受到力矩时可以围绕连接轴15平稳旋转，连接轴15的底端固定设置于用于支撑盘体13的底座16上。

所述的盘体13的侧面设有齿纹6，其厚度为15mm，截面半径为60mm。

所述的底座16通过两对固定螺钉孔17与传动链条5相固定，使得盘体13可以沿物料传输机构1的分级流水线方向传输。

本实施例中，所述的盘体13的半径为60mm，通过传动链条5水平传动，上边有一长度为1/2齿纹6托盘7周长的导向齿条9，传输过程中齿纹6托盘7可以和导向齿条9齿合，所述挡板8的下沿与盘体13的下沿位于同一水平线，所述挡板8的上沿高于置于盘体13上的水果0的高度。

如图3所示，所述的水果由上料机构4向托盘7上料，通过导向挡边（图中未示出）扶正水果后，水果置于齿纹6托盘7，随传动链条5一起向右移动，在齿合导向齿条9前，相机10抓拍水果一侧图像，为提高采集效果使用圆顶形光源11照明，齿纹6托盘7遇到导向齿条9后，发生齿合，齿纹6托盘7受到与导向齿条9齿合过程中的旋转力矩作用下，水果随齿纹6托盘7沿中心轴逆时针旋转180°，旋转角度误差小于±2°，齿合结束后，位于同侧的另一相机10采集水果另一侧表面图像。如图5所示，本实施例中以水果托盘旋转2次和3次为例，说明图像采集过程：

如图3（a）所示，当水果托盘旋转2次，即为3个相机采集水果不同角度的3幅图像。为了减少表面特征的重复提取和位于水果边缘的缺陷特征的畸变（由于水果边缘部分与相机角度很大，因而缺陷面积在此区域比正对相机时要小很多，并且不易采集），首先对每一幅图像进行区域划分，以过水果的竖直轴为中心轴，垂直于中心轴的若干条直线与水果边缘相交，把该直线与中心轴交点和该直线与水果边缘交点之间的线段等分为3份，以三次样条曲线连接每条直线上距离中心轴第二近邻的等分点，这样在水果表面形成一个接近椭圆的环形区域，该区域作为该幅图像的特征信息采集区域，靠近边缘的其余部分由于畸变原因在旋转后再采集。采集的3幅不同角度的水果表面图像分别重复该操作，最后得到3个椭圆形环状区域近似代表水果的全表面，对3个区域进行特征提取、信息融合得出水果的特征信息，然后根据品质特征进行分类。

如图3（b）所示，当水果托盘旋转3次，即为4个相机采集水果不同角度的4幅图像。首先对每一幅图像进行区域划分，以过水果的竖直轴为中心轴，垂直于中心轴的若干条直线与水果边缘相交，把该直线与中心轴交点和该直线与水果边缘交点之间的线段等分为4份，以三次样条曲线连接每条直线上距离中心轴第二近邻的等分点，这样在水果表面形成一个接近椭圆的环形区域，该区域作为该幅图像的特征信息采集区域，靠近边缘的其余部分由于畸变原因在旋转后再采集。采集的4幅不同角度的水果表面图像分别重复该操作，最后得到4个椭圆形环状区域近似代表水果的全表面，对4个区域进行特征提取、信息融合得出水果的特征信息，然后根据品质特征进行分类。

当托盘旋转N次（N>3），即为N+1个相机采集水果不同角度的N+1幅图像。首先对每一幅图像进行区域划分，以过水果的竖直轴为中心轴，垂直于中心轴的若干条直线与水果边缘相交，把该直线与中心轴交点和该直线与水果边缘交点之间的线段等分为N+1份，以三次样条曲线连接每条直线上距离中心轴第二近邻的等分点，这样在水果表面形成一个接近椭圆的环形区域，该区域作为该幅图像的特征信息采集区域，靠近边缘的其余部分由于畸变原因在旋转后再采集。采集的N+1幅不同角度的水果表面图像分别重复该操作，最后得到N+1个椭圆形环状区域近似代表水果的全表面，对N+1个区域进行特征提取、信息融合得出水果的特征信息，然后根据品质特征进行分类。

在更为准确的区域划分中，垂直于竖直轴的的每一条直线可以为每一个像素，然后对该行像素进行等分，然后连接相应等分点即可。

通过上述装置，水果被测到的表面信息占水果总表面信息的96%以上。两幅水果两侧图像传送至计算机12进行处理融合，根据水果的品质特征对水果进行更加精确的分类，并将分类更为细化的水果分别通过计算机12控制的、钟摆式转动的导向挡边或导向分类轮（图中未示出）输送至不同分类箱。

Claims (7)

1.一种水果分选机可控旋转角度齿纹托盘装置，其特征在于，包括：物料传输机构、水果信息采集机构和分选机构，其中：水果信息采集机构设置于物料传输机构的中部，物料传输机构与分选机构相连；

所述的物料传输机构包括：上料机构、传动链条、若干个带有齿纹的用于盛放水果的托盘以及与挡板固定连接的导向齿条，其中：两根传动链条的一端均与上料机构相连，若干托盘依次设置于传动链条上，挡板位于传动链条的中部且正对水果信息采集机构，托盘在沿传动链条传输过程中如遇到导向齿条，则托盘与导向齿条啮合，托盘沿逆时针方向旋转；当托盘与导向齿条分离，则托盘停止旋转；当托盘和导向齿条结束啮合，托盘则停止旋转，对应的水果信息采集机构进行图像采集；

所述的水果信息采集机构包括：至少一组、每组两个的相机及其圆顶形光源以及与相机相连的计算机，其中：圆顶形光源设置于对应相机的镜头前方，相机的光轴与物料传输机构的分级流水线方向相垂直，相机通过拍摄水果图像并输出至计算机。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的挡板厚度为3-5mm，且挡板靠近水果一侧的表面为黑色，整个挡板固定于流水线机架之上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，当一个水果需要采集两张图像时正面、背面分别采集一张，则对应导向齿条的长度为托盘的盘体周长的一半；

当一个水果需要采集三张图像时每间隔120°分别采集一张，则对应导向齿条的长度为托盘的盘体周长的三分之一；

当需要采集的图像张数为N且每间隔360/N°分别采集一张图像，则对应导向齿条的长度为L1，托盘的盘体周长为L，则应满足：L1=L/N；

当需要采集不同角度的多幅图像时，只需相应调整导向齿条的长度以及水果信息采集机构的相机数目即可。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的托盘包括：盘体、轴承、连接轴和带有固定螺钉孔的底座，其中：盘体与连接轴通过轴承相连接，使得盘体受到力矩时可以围绕连接轴平稳旋转，连接轴的底端固定设置于用于支撑盘体的底座上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的盘体的侧面设有齿纹，其厚度为15mm，截面半径为60mm。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的底座通过两对固定螺钉孔与传动链条相固定，使得盘体可以沿物料传输机构的分级流水线方向传输。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的上料机构上设有用于扶正水果的导向挡边，所述的分选机构上均设有用于输出导向的导向挡边或导向分类轮。

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