CN103111062A - 全自动鹅毛分拣烫整一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，基座上设置烫整板，烫整板上方设置传输鹅毛的传输带，传输带上方设置鹅毛杆夹持装置，鹅毛杆夹持装置后设置对鹅毛进行烫整加工的压烫平整装置；在鹅毛杆夹持装置前上方设置用于鹅毛分拣作业的摄像机A，在传输带侧面设置用于对烫整加工后的鹅毛进行质量检测的摄像机B，摄像机A、摄像机B与FPGA连接，FPGA与单片机连接；在鹅毛杆夹持装置后，设置将不合格鹅毛吹走的吹气系统。本发明是一种鹅毛分拣烫整一体化系统，弥补尚无全自动鹅毛分拣烫整一体化系统的现状。该系统结构紧凑且简单、自动化程度高、测控系统结构合理且智能化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，属于机电一体化、传感与测控技术领域。
背景技术
全世界90%的鹅毛毽球由中国制造，鹅毛毽球运动主要在欧州。鹅毛毽球对飞行的平稳性和耐打度要求很高。鹅毛毽球的质量与鹅羽毛的分拣精度、烫整质量有很大的关系。鹅毛毽球是劳动密集型产品，从鹅羽毛的分拣、烫整到成品鹅毛毽球的检测，大约有十来道工序。其中，鹅羽毛的分拣烫整直接影响鹅毛毽球的外观、耐打度以及飞行轨迹。因此，它是能否生产出合格甚至优质产品的关键环节。目前鹅毛毽球分拣还是采用人工目测分拣，人工烫整，存在劳动强度高、分拣及烫整质量差的问题。
鹅的羽毛比较厚实，它的纤维的丝比较丰富，绒含量比较高，很密集，挑选出上等的鹅毛，把它做成一个鹅毛毽球，它的飞行会很稳定，很结实。而且鹅毛的外观也更加美观，乳白色的鹅毛还可以发射出亮丽的油光。毛片的末梢宽而齐呈方园形。羽面光泽柔和，轴管有一簇较密而清晰的羽丝，羽轴粗而根软。高质量鹅毛毽球的羽毛都必须采用优质鹅毛，鹅毛的强度、韧性都特别适合鹅毛毽球的要求。在制作鹅毛毽球的过程中，羽毛的挑选和处理最为困难。因为羽毛都是天然而成的，就难免有厚的和薄的，有往左弯或往右弯，有上翘或者下翘。经过分拣和烫整挑选出来的鹅羽毛要均匀，它的重要相当，体积相当，形状相当，这样做出来的球飞行才是稳定的。
在鹅毛分拣领域，国内外有较多研究，最新的研究方向和研究成果集中在基于机器视觉的鹅毛图像处理与缺陷识别上。识别的缺陷主要有以下几点：①霉变，主要体现为白毛变黄，灰毛发乌。在图像处理中多体现在局部或全局羽毛色彩的改变。②虫蚀，主要体现为毛丝脱落、毛片呈锯齿状。在图像处理中主要体现为局部色彩或灰度改变、羽毛边缘形状改变。③弯拱，主要体现为羽毛过度弯曲、翘起。在图像处理中体现为羽毛边缘形状改变。并通过特征提取和模式识别可实现弯拱分类。④毛杆伤痕。毛杆是鹅毛的主干，毛杆损伤对羽毛强度和质量影响最大。在图像处理中，可进行边缘识别，然后对边缘辨识后毛杆进行跟踪拟和确定毛杆的具体位置，通过对拟和曲线的分析可以得到毛杆的粗细和弯度，在毛杆范围内对边缘识别后的图像进行分析，确定毛杆上是否存在伤痕。⑤受潮。主要体现为毛发堆积。图像识别特征为色彩或灰度值的改变。由于后续的烫整工序，会使羽毛塑形，因此在毛发堆积的情况下进行烫整，会使羽绒产生形状畸变。
为了实现羽毛的平整，弯鹅毛用胶水拉直是常见的方法，但按这种方法加工的鹅毛毽球的毛片，大多有损伤，影响鹅毛毽球质量。烫整是实现鹅毛平整的有效手段，国内外对于皮革、衣料等自动烫整机研究较多，但未见对鹅毛自动烫整装置研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种鹅毛分拣烫整一体化、结构紧凑且简单、自动化程度高的全自动鹅毛分拣烫整一体化系统。
本发明的技术解决方案是：
一种全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：包括基座，基座上设置烫整板，烫整板上方设置传输鹅毛的传输带，传输带上方设置鹅毛杆夹持装置，鹅毛杆夹持装置后设置对鹅毛进行烫整加工的压烫平整装置；在鹅毛杆夹持装置前上方设置用于鹅毛分拣作业的摄像机A，在传输带侧面设置用于对烫整加工后的鹅毛进行质量检测的摄像机B，摄像机A、摄像机B与FPGA连接，FPGA与单片机连接；在鹅毛杆夹持装置后，设置将不合格鹅毛吹走的吹气系统；
单片机通过IO口线启动FPGA图像采集处理流程，FPGA将彩色摄像机A的图像采集并存储为RGB格式，通过彩色图像边缘提取和边缘识别，分别得到羽绒和毛杆的边缘轮廓，并对轮廓内的彩色像素进行分析；两个彩色像素三维空间的欧几里德距计算公式为：
d值代表了两个彩色像素接近程度，R1、G1、B1代表为第一个彩色像素的RGB三分量值，R2、G2、B2代表为第二个彩色像素的RGB三分量值，在FPGA中内置一参考色彩R、G、B，内置d的阈值，计算羽绒及毛杆轮廓内每个彩色像素和给定彩色像素之间的欧氏距离，得到欧氏距离大于阈值的像素个数n，n大于一定设置量，作为不合格鹅毛，则单片机启动吹气系统，剔除该鹅毛；
鹅毛通过分拣流程后，单片机启动鹅毛杆夹持装置夹持鹅毛杆；夹持完成后，单片机启动压烫平整装置，
当压烫平整装置烫整一次后，自动抬起，FPGA启动烫整质量检测流程，采集摄像机B的图像，由于白色鹅毛与背景图像有较大差别，通过彩色图像灰度化、值化、中值滤波、前景图像获取，并采用闭运算，填充物体内细小空洞，连接邻近物体和平滑边界，采用开运算，消除细小物体，并在纤细处分离物体和平滑较大物体边界，提取鹅毛边缘，通过连续边缘点特征，识别鹅毛是否在烫整后还有翘起，如果还有翘起，则再运行一次烫整流程，并检测翘起，三次烫整依然有翘起的鹅毛，作为不合格鹅毛，夹持机构松开，采用吹气系统将该鹅毛剔除。
烫整板中间位置开孔安装与单片机连接的光电检测开关，工作时，单片机循环检测光电开关状态，当光电开关状态改变，被加工鹅毛到达作业位置后，单片机控制传输带驱动电机停止运转，鹅毛停止传输，启动分拣和烫整作业。
摄像机B的光轴垂直于Z轴，并与传输带在一水平面内，通过侧面拍摄识别鹅毛烫整后的平整度。
摄像机A近侧装保证光照强度稳定的主动光源。
鹅毛杆夹持装置包括装于基座上的左、右固定块，左、右固定块上分别装自动滑块A、自动滑块B，自动滑块A、自动滑块B由电机和齿轮丝杆传动装置驱动，在固定块上沿着X轴向运动，自动滑块A与自动滑块B运动速度大小一致，运动方向相反；当鹅毛运动时，自动滑块A、B分离，向外侧运动，不阻挡鹅毛传输；当鹅毛停止加工时，自动滑块A、B向内侧运动，合拢并夹持住鹅毛的毛杆。
在自动滑块A、B夹持面均安装两片弹簧片，用于夹持鹅毛的毛杆，其中自动滑块A的两片弹簧片背面均贴有应变片，通过检测弹簧片变形来控制夹持压力大小。
所述压烫平整装置包括平整头支架，平整头支架上装由Z轴电机驱动、通过丝杆上下移动的平整头；平整头支架可在Y轴电机驱动下，通过同步轮、同步带及导轨装置，沿着Y轴方向移动。
平整头在Y、Z轴上的位移大小通过行程开关限制。
平整头压附力通过其调整弹簧进行调整，保证平整头与被烫物鹅毛全面接触。
平整头的温度由加热棒提供，平整头内置热电偶测温，平整头工作温度可自行设定，保证平整头在一定温度范围内工作，温度达不到设定范围，烫整作业暂停。
本发明是一种鹅毛分拣烫整一体化系统，弥补尚无全自动鹅毛分拣烫整一体化系统的现状。该系统结构紧凑且简单、自动化程度高、测控系统结构合理且智能化程度高。
本发明鹅毛由传输带输送到作业位置，由彩色CCD摄像头对鹅毛图像进行边缘提取和色彩分析，判别羽毛质量，并由吹气机构剔除霉变、虫蚀、弯拱过度、毛杆伤痕、受潮造成毛发堆积的鹅毛。分拣出的合格羽毛，由X、Y、Z三轴运动控制系统，实现夹持、定位、烫整。烫整后的鹅毛由CCD传感器检测其平整度，并剔除反复烫整无效的鹅毛。整个测控系统由FPGA和单片机作为主控器协同完成，测控模块分为图像采集、图像处理、X轴鹅毛夹持运动、Y轴烫整机构运动、Z轴烫整机构升降、温度控制、位置控制等。本发明的鹅毛分拣烫整一体化系统结构简单、自动化程度高、加工质量高、成本低、测控系统稳定可靠。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的鹅毛分拣烫整一体化系统机械结构示意图。
图2为本发明的鹅毛分拣烫整一体化系统中，夹持机构X轴向移动驱动及传动机构示意图。
图3为本发明的鹅毛分拣烫整一体化系统中，自动动滑块端面夹持及压力检测机构示意图。
图4为本发明的鹅毛分拣烫整一体化系统中，测控系统结构图。
具体实施方式
一种全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，包括基座1，基座上设置烫整板2，烫整板上方设置传输鹅毛3的传输带4，传输带上方设置鹅毛杆夹持装置，鹅毛杆夹持装置后设置对鹅毛进行烫整加工的压烫平整装置；在鹅毛杆夹持装置前上方设置用于鹅毛分拣作业的彩色CCD摄像机A5，在传输带侧面设置用于对烫整加工后的鹅毛进行质量检测的彩色CCD摄像机B6，摄像机A、摄像机B与FPGA7连接，FPGA与单片机8连接；在鹅毛杆夹持装置后，设置将不合格鹅毛吹走的吹气系统9；
由现场可编程门阵列(FPGA)和单片机协同作为控制器。现场可编程门阵列(FPGA)负责图像采集、图像处理。单片机负责各执行机构驱动控制、各过程量、机械量参数检测和控制。现场可编程门阵列(FPGA)和单片机间采用IO口线传输控制命令和相关数据。
单片机通过IO口线启动FPGA图像采集处理流程，FPGA将彩色摄像机A的图像采集并存储为RGB格式，通过彩色图像边缘提取和边缘识别，分别得到羽绒和毛杆的边缘轮廓，并对轮廓内的彩色像素进行分析；两个彩色像素三维空间的欧几里德距计算公式为：
d值代表了两个彩色像素接近程度。R1、G1、B1代表为第一个彩色像素的RGB三分量值，R2、G2、B2代表为第二个彩色像素的RGB三分量值，在FPGA中内置一参考色彩R、G、B，内置d的阈值，计算羽绒及毛杆轮廓内每个彩色像素和给定彩色像素之间的欧氏距离，得到欧氏距离大于阈值的像素个数n，n大于一定设置量，可判断该羽毛由于霉变、受潮堆积、虫蚀等原因造成的色彩改变较多，作为不合格鹅毛，则单片机启动吹气系统，剔除该鹅毛；
鹅毛通过分拣流程后，单片机启动鹅毛杆夹持装置夹持鹅毛杆；夹持完成后，单片机启动压烫平整装置，
当压烫平整装置烫整一次后，自动抬起，FPGA启动烫整质量检测流程，采集摄像机B的图像，由于白色鹅毛与背景图像有较大差别，通过彩色图像灰度化、值化、中值滤波、前景图像获取，并采用闭运算，填充物体内细小空洞，连接邻近物体和平滑边界，采用开运算，消除细小物体，并在纤细处分离物体和平滑较大物体边界，提取鹅毛边缘，通过连续边缘点特征，识别鹅毛是否在烫整后还有翘起，如果还有翘起，则再运行一次烫整流程，并检测翘起，三次烫整依然有翘起的鹅毛，作为不合格鹅毛，夹持机构松开，采用吹气系统将该鹅毛剔除。
烫整板中间位置开孔安装与单片机连接的光电检测开关10，工作时，单片机循环检测光电开关状态，当光电开关状态改变，被加工鹅毛到达作业位置后，单片机控制传输带驱动电机停止运转，鹅毛停止传输，启动分拣和烫整作业。
摄像机B的光轴垂直于Z轴，并与传输带在一水平面内，通过侧面拍摄识别鹅毛烫整后的平整度。
摄像机A近侧装保证光照强度稳定的主动光源11。
鹅毛杆夹持装置包括装于基座上的左、右固定块12、13，左、右固定块上分别装自动滑块A14、自动滑块B15，自动滑块A、自动滑块B由电机16和齿轮17丝杆18传动装置驱动，在固定块上沿着X轴向运动，自动滑块A与自动滑块B运动速度大小一致，运动方向相反；当鹅毛运动时，自动滑块A、B分离，向外侧运动，不阻挡鹅毛传输；当鹅毛停止加工时，自动滑块A、B向内侧运动，合拢并夹持住鹅毛的毛杆。
在自动滑块A、B夹持面均安装两片弹簧片19，用于夹持鹅毛的毛杆，其中自动滑块A的两片弹簧片背面均贴有应变片20，通过检测弹簧片变形来控制夹持压力大小。
所述压烫平整装置包括平整头支架21，平整头支架上装由Z轴电机22驱动、通过丝杆23上下移动的平整头24；平整头支架可在Y轴电机25驱动下，通过同步轮26、同步带27及导轨装置28，沿着Y轴方向移动。
平整头在Y、Z轴上的位移大小通过行程开关限制。
平整头压附力通过其调整弹簧29进行调整，保证平整头与被烫物鹅毛全面接触。
平整头的温度由加热棒30提供，平整头内置热电偶测温，平整头工作温度可自行设定，保证平整头在一定温度范围内工作，温度达不到设定范围，烫整作业暂停。
Claims (10)
1.一种全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：包括基座，基座上设置烫整板，烫整板上方设置传输鹅毛的传输带，传输带上方设置鹅毛杆夹持装置，鹅毛杆夹持装置后设置对鹅毛进行烫整加工的压烫平整装置；在鹅毛杆夹持装置前上方设置用于鹅毛分拣作业的摄像机A，在传输带侧面设置用于对烫整加工后的鹅毛进行质量检测的摄像机B，摄像机A、摄像机B与FPGA连接，FPGA与单片机连接；在鹅毛杆夹持装置后，设置将不合格鹅毛吹走的吹气系统；
单片机通过IO口线启动FPGA图像采集处理流程，FPGA将彩色摄像机A的图像采集并存储为RGB格式，通过彩色图像边缘提取和边缘识别，分别得到羽绒和毛杆的边缘轮廓，并对轮廓内的彩色像素进行分析；两个彩色像素三维空间的欧几里德距计算公式为：
d值代表了两个彩色像素接近程度，R1、G1、B1代表为第一个彩色像素的RGB三分量值，R2、G2、B2代表为第二个彩色像素的RGB三分量值，在FPGA中内置一参考色彩R、G、B，内置d的阈值，计算羽绒及毛杆轮廓内每个彩色像素和给定彩色像素之间的欧氏距离，得到欧氏距离大于阈值的像素个数n，n大于一定设置量，作为不合格鹅毛，则单片机启动吹气系统，剔除该鹅毛；
鹅毛通过分拣流程后，单片机启动鹅毛杆夹持装置夹持鹅毛杆；夹持完成后，单片机启动压烫平整装置，
当压烫平整装置烫整一次后，自动抬起，FPGA启动烫整质量检测流程，采集摄像机B的图像，由于白色鹅毛与背景图像有较大差别，通过彩色图像灰度化、值化、中值滤波、前景图像获取，并采用闭运算，填充物体内细小空洞，连接邻近物体和平滑边界，采用开运算，消除细小物体，并在纤细处分离物体和平滑较大物体边界，提取鹅毛边缘，通过连续边缘点特征，识别鹅毛是否在烫整后还有翘起，如果还有翘起，则再运行一次烫整流程，并检测翘起，三次烫整依然有翘起的鹅毛，作为不合格鹅毛，夹持机构松开，采用吹气系统将该鹅毛剔除。
2.根据权利要求1所述的全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：烫整板中间位置开孔安装与单片机连接的光电检测开关，工作时，单片机循环检测光电开关状态，当光电开关状态改变，被加工鹅毛到达作业位置后，单片机控制传输带驱动电机停止运转，鹅毛停止传输，启动分拣和烫整作业。
3.根据权利要求1或2所述的全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：摄像机B的光轴垂直于Z轴，并与传输带在一水平面内，通过侧面拍摄识别鹅毛烫整后的平整度。
4.根据权利要求1或2所述的全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：摄像机A近侧装保证光照强度稳定的主动光源。
5.根据权利要求1或2所述的全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：鹅毛杆夹持装置包括装于基座上的左、右固定块，左、右固定块上分别装自动滑块A、自动滑块B，自动滑块A、自动滑块B由电机和齿轮丝杆传动装置驱动，在固定块上沿着X轴向运动，自动滑块A与自动滑块B运动速度大小一致，运动方向相反；当鹅毛运动时，自动滑块A、B分离，向外侧运动，不阻挡鹅毛传输；当鹅毛停止加工时，自动滑块A、B向内侧运动，合拢并夹持住鹅毛的毛杆。
6.根据权利要求5所述的全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：在自动滑块A、B夹持面均安装两片弹簧片，用于夹持鹅毛的毛杆，其中自动滑块A的两片弹簧片背面均贴有应变片，通过检测弹簧片变形来控制夹持压力大小。
7.根据权利要求1或2所述的全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：所述压烫平整装置包括平整头支架，平整头支架上装由Z轴电机驱动、通过丝杆上下移动的平整头；平整头支架可在Y轴电机驱动下，通过同步轮、同步带及导轨装置，沿着Y轴方向移动。
8.根据权利要求7所述的全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：平整头在Y、Z轴上的位移大小通过行程开关限制。
9.根据权利要求7所述的全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：平整头压附力通过其调整弹簧进行调整，保证平整头与被烫物鹅毛全面接触。
10.根据权利要求7所述的全自动鹅毛分拣烫整一体化系统，其特征是：平整头的温度由加热棒提供，平整头内置热电偶测温，平整头工作温度可自行设定，保证平整头在一定温度范围内工作，温度达不到设定范围，烫整作业暂停。
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