CN103454436B - 煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置 - Google Patents
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Abstract
一种煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置，所述自动取样及成像装置包括抽取机构和成像平台机构。所述抽取机构的采样棒与偏心轮架焊接，通过花键与工字型支架连接；偏心轮与齿轮通过偏心轮轴连接，齿轮与抽取机构电机连接，电机安装在电机箱上；工字型支架与底座连接，底座与脚支架和第二脚支架连接；所述成像平台机构的工业CCD相机置于支撑平台上；曲柄一端与成像平台机构电机连接，电机安装在成像平台机构电机箱上；曲柄另一连端与连杆连接，连杆通过一个圆柱副与滑块连接；刷子安装在滑块上，滑块在导轨上。本发明自动采样成像、糖粒采样周期设置灵活、可消除糖粒成像时的堆叠和粘连。
Description
技术领域
本发明涉及制糖机械领域，特别是一种煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置。
背景技术
在大部分糖厂煮糖工序操作中，其煮制结晶环节仍需要人工目测来不断地观察煮糖罐内糖晶核的形成和晶粒的成长情况以完成检测。传统的方法都是通过人工抽出采样棒，观察糖颗粒的大小，是否均匀，是否产生伪晶及聚晶。这样的做法劳动强度大，并且依赖于工人的经验，工人经验的好坏对煮糖质量有非常大的影响。
中国专利201120105725提出一种晶粒成像煮糖自动监控系统，包括煮糖罐、摄像机和计算机等。煮糖罐装有观测窗或观测采样口，摄像机安装于观测窗或观测采样口旁，便可通过透明观测窗直接成像或从观测采样口采样置于玻璃板上再成像。摄像机与计算机连接，计算机内安装有煮糖晶粒成像自动监控软件并可对摄像机拍摄的图像进行分析处理。煮糖罐连接进水管和糖浆管，进水管和糖浆管上串接有手动阀或者受煮糖晶粒成像自动监控软件控制的自动阀门，实现煮糖过程的自动化检测及控制。
中国专利201020224726提出一种煮糖罐晶粒形态在线监测装置，该装置包括蔗糖晶粒数字显微摄像机组件和监控计算机。所述监控计算机安装有蔗糖晶粒图像处理模块，并通过监控电缆与所述蔗糖晶粒数字显微摄像机组件相连。本发明比手工采样观察快捷、直观，同时可为结晶控制提供晶粒形态分析数据。
中国专利201010199542提出一种煮糖罐晶粒形态在线监测方法，该方法包括以下步骤：(1)将蔗糖晶粒数字显微摄像机组件安装在煮糖罐侧壁；(2)安装蔗糖晶粒图像处理模块，并运行蔗糖晶粒图像处理模块；(3)接通蔗糖晶粒数字显微摄像机组件光源的电源，调节蔗糖晶粒数字显微摄像机组件前面的透射光源和内装反射光源的亮度；(4)观察显示器上按采样周期不断刷新的动态实时图像，然后根据图像效果和需求调整图像处理参数；(5)通过人机界面读取已存储的参考图像，与当前的图像作比对分析；(6)获得晶粒特征图像；(7)记录或发送晶粒形态图像特征值。本发明快捷、直观，可为结晶控制提供晶粒形态分析数据。
上述蔗糖晶粒采样成像都是摄像机直接对煮糖罐体观察镜或直接对采样口进行拍摄，不能消除结晶糖粒堆叠及粘连现象，拍摄过程中颗粒堆叠或粘连会影响采样数据的准确率。公开文献并未见有煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置。它能自动抽取采样棒来采集煮糖罐中实时的结晶颗粒并铺平为一层，成像后能够对观察平台进行自动清洗。并且该发明具有能够有效防止取出的结晶糖粒出现堆叠及粘连现象，保证两次取样之间无重复颗粒等优点。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置，包括抽取机构和成像平台机构。
所述抽取机构的采样棒与偏心轮架焊接，通过花键与工字型支架连接；偏心轮与齿轮通过偏心轮轴连接，齿轮与抽取机构电机连接，抽取机构电机安装在抽取机构电机箱上；工字型支架通过螺栓螺母副与底座连接，底座与脚支架和第二脚支架通过螺纹连接；抽取机构采用对称双偏心轮传动，将采样棒固定连接在偏心轮架上，通过电机带动完全对称的双偏心轮驱动偏心轮架进行往复运动，从而实现采样动作；
所述成像平台机构的工业CCD相机放置在支撑平台上，曲柄一端与成像平台机构电机连接，成像平台机构电机安装在成像平台机构电机箱上；曲柄另一端与连杆通过销钉相连接，连杆与滑块通过一个圆柱副连接；刷子安装在滑块上，滑块在导轨上自由滑动；通过电机控制偏心轮的转动使采样棒抽出及收进煮糖罐，当采样棒取出到最大行程时，糖粒落入观察平台，电机转动使采样棒回收，成像平台机构电机带动曲柄连杆机构转动，曲柄连杆机构带动刷子来回运动，使结晶糖粒铺平成一层；工业CCD相机成像后成像平台机构电机转动，带动刷子来回运动清洁观察平台，以实现成像后自动清洗。
所述采样棒中间设有采样槽，采样棒前端设有凸台，限定采样行程，后端设有两条花键，确保采样棒运动时不产生径向位移。
所述抽取机构为对称双偏心轮传动的抽取机构，平稳地将结晶颗粒取出并让其准确地落在观察平台上。
本发明的突出优点在于：
1、采用对称双偏心轮传动的抽取机构，平稳地将结晶颗粒取出并让其准确地落在观察平台上，由于成像平台机构解决了采样的结晶糖粒重叠及粘连的现象，所以极大提高了成像的质量。
2、自动化程度高，能进行自动作业和异常情况处理。
3、合理紧凑，运行平稳，可行性强，安全性高。
附图说明
图1为本发明所述的煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置的结构示意图。
图2为本发明所述的煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置的正视图。
图3为本发明所述的煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置的左视图。
图4为本发明所述的煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置的俯视图
图5为本发明所述的煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置的正常作业流程图。
图6为本发明所述的煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置的异常情况处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
对照图1和图2，本发明所述的煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置，包括抽取机构和成像平台机构的采样棒1、导轨2、滑块3、刷子4、工字型支架5、偏心轮架6、偏心轮7、齿轮8、抽取机构电机箱9、抽取机构电机10、底座11、脚支架12、第二脚支架13、支撑平台14、工业CCD相机15、曲柄16、成像平台机构电机箱17、成像平台机构电机18以及连杆19。所述采样棒1与所述偏心轮架6焊接，通过花键与所述工字型支架5连接；偏心轮7与齿轮8通过偏心轮轴连接，齿轮8与抽取机构电机10连接，抽取机构电机10安装在抽取机构电机箱9上；工字型支架5通过螺栓螺母副与底座11连接，底座11与脚支架12和第二脚支架13通过螺纹连接；工业CCD相机15放置在支撑平台上；曲柄16一端与成像平台机构电机18连接，成像平台机构电机18安装在成像平台机构电机箱17上；曲柄16另一端与连杆19通过销钉相连接，连杆19与滑块3通过一个圆柱副连接；刷子4安装在滑块3上，滑块3在导轨2上自由滑动。
工作原理及过程：
通过电机控制偏心轮的转动使采样棒抽出及收进煮糖罐，当采样棒抽出到最大行程时，糖粒落入观察平台，电动机转动使采样棒回收。成像平台机构电机带动曲柄连杆机构转动，曲柄连杆机构带动刷子来回运动，使结晶糖粒铺平成一层。工业CCD相机成像后成像平台机构电机转动，带动刷子来回运动清洁观察平台，以实现成像后自动清洗的目的。
对照图5，自动取样及成像装置的正常作业过程为自动处理，操作者只需设置采样次数和采样间隔时间即可，之后系统直到图像识别结束以前都不需要人工操作。正常自动作业过程步骤为：
步骤1，启动采样系统，初始化各参数值为0；
步骤2，操作者输入采样开始时刻、采样次数和采样时间间隔等参数值；
步骤3，运行PLC程序；
步骤4，工控机在到达采样初始时刻后发送采样信号至PLC，PLC控制抽取机构的电机正转，开始抽出采样棒；
步骤5，采样棒抽出运动至最大行程处，电机停转；
步骤6，工控机发送喷气信号至PLC，PLC控制高压喷气枪喷气，促使采样棒上的糖粒顺利降落至成像平台；
步骤7，工控机发送收回信号至PLC，PLC控制抽取机构的电机正转，开始收回采样棒；
步骤8，采样棒收回运动至最大行程处，电机停转；
步骤9，工控机发送铺平信号至PLC，PLC控制成像平台中曲柄滑块机构的电机正转，滑块来回运动三次，由滑块带动刷子铺平成像平台上的蔗糖；
步骤10，工控机发送成像信号至工业CCD相机，工业CCD相机对成像平台上的蔗糖进行摄像；
步骤11，成像结束后，工业CCD相机将图像传送至工控机；
步骤12，工控机发送清洁信号至PLC，PLC控制成像平台中曲柄滑块机构的电机正转，同时控制水枪的电磁阀打开，喷出流速较高的水，滑块来回运动，由滑块带动刷子清洁成像平台上的蔗糖；
步骤13，工控机计数寄存器加1，并判断是否大于设定的采样次数；
步骤14，若计数寄存器中的次数小于设定的采样次数，则在到达设定时间间隔后返回步骤4，继续运行；反之，则发送结束信号至PLC，PLC自动停止运行，系统自动作业过程结束；
对照图6，自动取样及成像装置本应自动运行，但由于实际运行时噪声和振动均比较大，可能遇到设计中无法预料到的情况，所以设计了异常情况处理方案，必要时候可以暂停自动过程，由人工处理检修设备后，再完成糖粒采样和成像操作。
自动取样及成像装置的封闭箱体外侧设置有异常信号灯一个，为红色。该灯分为关闭、常亮和闪亮三个状态。其中系统正常作业时该灯为关闭状态，系统运行遭遇严重错误需停止后进行人工操作时该灯为常亮状态，系统错误但可以自动处理并自动执行下一步动作时该灯为闪亮状态。
具体异常情况处理如下：
(1)若PLC或者工业CCD相机无法接收到来自工控机的信号，包括采样信号、喷气信号、收回信号、铺平信号、成像信号和清洁信号等，从而造成自动取样及成像装置无法正常工作，则异常信号红灯常亮，作业过程自动终止。此时操作者需对自动取样及成像装置进行进一步的检修，直到设备正常后，方可重新启动运行；
(2)若采样棒由于电机故障或者糖粒阻塞在套筒中造成“卡死”情况，自动取样及成像装置无法正常工作，则异常信号红灯常亮，作业过程自动终止。此时操作者需对采样套筒和采样棒之间的空隙进行清理，对电机进行检查，确认设备正常后，方可重新启动运行；
(3)若工业CCD相机无法进行摄像或者摄像后无法传送图像至工控机中，则异常信号红灯闪亮，作业过程暂时中止，等待人工处理。一定时间内未得到人工处理的，随即开始下一步采样动作；
(4)出现其他异常情况，将由人工进行处理。
Claims (3)
1.一种煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置，其特征在于，所述自动取样及成像装置包括抽取机构和成像平台机构，
所述抽取机构的采样棒与偏心轮架焊接，采样棒通过花键与工字型支架连接；偏心轮与齿轮通过偏心轮轴连接，齿轮与抽取机构电机连接，抽取机构电机安装在抽取机构电机箱上；工字型支架通过螺栓螺母副与底座连接，底座与脚支架和第二脚支架通过螺纹连接；抽取机构采用对称双偏心轮传动，将采样棒固定连接在偏心轮架上，通过电机带动完全对称的双偏心轮驱动偏心轮架进行往复运动，从而实现采样动作；
所述成像平台机构的工业CCD相机放置在支撑平台上，曲柄一端与成像平台机构电机连接，成像平台机构电机安装在成像平台机构电机箱上；曲柄另一端与连杆通过销钉相连接，连杆与滑块通过一个圆柱副连接；刷子安装在滑块上，滑块在导轨上自由滑动；通过电机控制偏心轮的转动使采样棒抽出及收进煮糖罐，当采样棒取出到最大行程时，糖粒落入观察平台，电机转动使采样棒回收，成像平台机构电机带动曲柄连杆机构转动，曲柄连杆机构带动刷子来回运动，使结晶糖粒铺平成一层；工业CCD相机成像后成像平台机构电机转动，带动刷子来回运动清洁观察平台，以实现成像后自动清洗。
2.根据权利要求1所述的煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置，其特征在于，所述采样棒中间设有采样槽，采样棒前端设有凸台，限定采样行程，后端设有两条花键，确保采样棒运动时不产生径向位移。
3.根据权利要求1所述的煮糖过程结晶颗粒图像识别的自动取样及成像装置，其特征在于，所述抽取机构为对称双偏心轮传动的抽取机构，平稳地将结晶颗粒取出并让其准确地落在观察平台上。
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