CN105154988B - 一种自动提取羽毛绒的装置及其提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动提取羽毛绒的装置，包括箱体、设置在箱体上方的工作腔，所述的工作腔包括分拣腔、待测羽绒腔、多个杂质腔，所述的工作腔上方设有可移动机械手，所述的工作腔上方还设有采集工作腔内图像信号的图像采集机构。采用上述结构，本发明具有以下优点：1、本发明采用智能技术自动完成对样品非绒朵提取，排除了人为因素对提取结果的影响，同时也实现了重复检测结果的一致性，从而保证了检测的公正性、权威性；2、本发明采用自动化技术，样品的检测效率会获得较大的提高；3、本发明为羽毛绒成分的分级提供了技术上的标准。

Description

一种自动提取羽毛绒的装置及其提取方法

技术领域

本发明涉及羽毛绒提纯的技术领域，特别涉及一种自动提取羽毛绒的装置及其提取方法。

背景技术

羽绒工业化生产造成羽绒中会含有杂质：如毛片、羽毛、羽丝、其他非绒毛杂质等，将杂质从工业羽绒中分离出来对羽绒生产厂家利益有重要影响,因为羽绒价格由羽绒等级决定,羽绒等级由羽绒含绒量确定。

在同一种类羽绒中，保温性能最好的是绒朵，其他如绒丝、羽毛、羽丝、毛片等保温性能较差。在羽绒行业根据羽绒样品的含绒量给羽绒分级，不同级别的羽绒价格相差很大，所以羽绒含绒量检验方法对羽绒生产企业影响极大，从而影响整个行业健康发展。目前羽绒评级办法是：首先由需要评级的企业向法定评级机构提出申请并按要求提交样品；法定评级机构接受申请并人工方法从样品中将非绒物质剔除，然后称绒质量从而得出样品中绒的含量；最后评级机构根据国家相关法规确定样品的等级。此方缺点表现在如下几个方面：1、所提交样品中非绒物质是由人工剔除，剔除杂质的多少受人为因素影响极大，从而影响检测结果的公平性；2、检测的重复性较差，同一批样品，不同的人进行检测操作，结果很难一致，影响检测结果的权威性；3、在绒的形态判断上没有统一的标准，也会影响检测结果的公平性；4、现有国家羽绒评级标准根据含绒量来确定羽绒等级，但没有一种度量仪来对这种标准进行印证。目前，文献“SVM内核构建与优化在羽绒检测系统中的应用”、“SVM在羽绒识别中的应用”、“基于SVM的自动羽绒识别系统”、“计算机图像处理技术在异色羽绒分选中的应用”、“模糊支持张量机图像分类算法及其应用”、“羽绒羽毛的检测研究”、“基于支持向量机的羽绒种类自动检测系统”都涉及到计算机图像技术在羽绒自动识别中的应用。(且主要集中于分类器设计，对于图像特征提取涉及较少。)但全部集中在不同种类羽绒的分类选择或不同颜色的羽绒识别，且多为图像形态的探索研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种能够自动分拣出羽绒原料中羽毛绒、其他杂质的自动提取羽毛绒的装置及其提取方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自动提取羽毛绒的装置，包括箱体、设置在箱体上方的工作腔，所述的工作腔包括分拣腔、待测羽绒腔、多个杂质腔，所述的工作腔上方设有可移动机械手，所述的工作腔上方还设有采集工作腔内图像信号的图像采集机构。

所述的图像采集机构将采集的工作腔内图像信号传输至工控机，所述的工控机处理图像信号，区分待测原料中羽毛绒、非绒朵杂质，并控制机械手将非绒朵杂质抓取到杂质腔。

所述的图像采集机构为工业摄像机。

所述的工作腔的边框上设有支撑柱，所述的工业摄像机通过连接在其底部的转轴可转动连接在支撑柱上。

所述的机械手连接在纵臂上，所述的纵臂通过滑轨机构可滑动连接在横臂上，所述的横臂两端分别通过滑轨机构可滑动连接在工作腔的腔体两侧壁的上沿。

所述的机械手包括手爪安装板，手爪安装板一侧设有第一气缸，所述的第一气缸的活塞杆端部通过气缸连接器与负压吸头连接；

所述的手爪安装板的另一侧设有第二气缸，所述的第二气缸的活塞杆端部通过另一个气缸连接器与夹物手爪连接。

所述的分拣腔底板上设有多个出风孔，所述的箱体内设有将含有负离子的风通过出风孔吹向分拣腔内的吹风机构；

所述的出风孔孔道倾斜于底板设置。

所述的分拣腔一端连接有称重抽屉，分拣腔另一端设有由推送气缸控制在推板导轨上滑动的羽毛绒推板。

所述的分拣腔底板四周设有刻度线。

一种使用自动提取羽毛绒的装置提取羽毛绒的方法，所述的方法包括以下步骤：

a)工业摄像机对工作腔进行拍照，工控机的图像识别计算机系统对图像进行分析，判断待测羽绒腔有无待测羽绒原料、分拣腔有无待测羽绒原料；

b)驱动机械手抓从待测羽绒腔取出一定量羽绒原料放入分拣腔，吹风结构从分拣腔底板的出风孔吹出含有负离子的风，将分拣腔内的待测羽绒吹散，再次启动图像识别计算机系统对图像进行分析，计算出待检物具体坐标位置，区分出羽毛绒、其他杂质，根据图像识别的结果决定机械手抓或者负压吸头将待检杂质捡起并放入杂质腔内；

c)重复多次将分拣腔中杂质全部分检完，再次从待测羽绒腔中抓取待测羽绒放入分拣腔中，进行下一个循环，直到整个待测羽绒腔中无待测羽绒原料。

本发明采用上述结构和方法，具有以下优点：1、本发明采用智能技术自动完成对样品非绒朵提取，排除了人为因素对提取结果的影响，同时也实现了重复检测结果的一致性，从而保证了检测的公正性、权威性；2、本发明采用自动化技术，样品的检测效率会获得较大的提高；3、本发明为羽毛绒成分的分级提供了技术上的标准。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；

图1、图2、图3为本发明不同角度的结构示意图；

图4为本发明中机械手一侧面的结构示意图；

图5为本发明中机械手另一侧面的结构示意图；

图6为本发明中分拣腔底板上布置出风孔的结构示意图；

图7为本发明中系统控制的逻辑结构框图；

图8为本发明中系统软件控制流程图；

在图1～图6中，1、箱体；2、工作腔；3、分拣腔；4、待测羽绒腔；5、杂质腔；6、工业摄像机；7、纵臂；8、横臂；9、手爪安装板；10、负压吸头；11、夹物手爪；12、分拣腔底板；13、称重抽屉；14、推板导轨；15、羽毛绒推板；16、上盖板；17、支撑柱；18、转轴；19、刻度线；20、出风孔。

具体实施方式

如图1～图6所示一种自动提取羽毛绒的装置，包括箱体1、设置在箱体1上方的工作腔2，工作腔2包括分拣腔3、待测羽绒腔4、多个杂质腔5，工作腔2上方设有可移动机械手，工作腔2上方还设有采集工作腔2内图像信号的图像采集机构。图像采集机构将采集的工作腔2内图像信号传输至工控机，所述的工控机处理图像信号，区分待测原料中羽毛绒、非绒朵杂质，并控制机械手将非绒朵杂质抓取到杂质腔5。图像采集机构为工业摄像机6，工作腔的边框上设有支撑柱，工业摄像机通过连接在其底部的转轴可转动连接在支撑柱上。支撑柱为管状，转轴通过轴承套入支撑柱内，通过电机带动转轴缓慢转动，可根据需要转动转轴，进而转动工业摄像机的拍摄角度。工控机采用研华工控机，型号为IPC610L。

机械手连接在纵臂7上，纵臂7通过滑轨机构可滑动连接在横臂8上，横臂8两端分别通过滑轨机构可滑动连接在工作腔2的腔体两侧壁的上沿。机械手包括手爪安装板9，手爪安装板9一侧设有第一气缸，第一气缸的活塞杆端部通过气缸连接器与负压吸头10连接；手爪安装板9的另一侧设有第二气缸，第二气缸的活塞杆端部通过另一个气缸连接器与夹物手爪11连接。两个气缸分别通过U形定位套锁紧在手爪安装板9上。分拣腔3底板12上设有多个出风孔20，箱体1内设有将含有负离子的风通过出风孔20吹向分拣腔3内的吹风机构。出风孔20孔道倾斜于底板设置，且倾斜方向不一致，出风孔20分布不规则，而且出风孔20的出口方向即出风孔20的轴心方向不平行，具有随机性，当气流从出风孔20流进羽绒分拣腔3时将形成不规则的风向，这就使得羽绒分拣腔3中的羽绒由于风向的不规则而随机运动，不会出现聚堆现象，便于分拣。

含有负离子的风吹动羽绒原料时，由于负离子的作用羽绒原料不会飞出分拣腔3。分拣腔3一端连接有称重抽屉13，分拣腔3另一端设有由推送气缸控制在推板导轨14上滑动的羽毛绒推板15。分拣腔3底板四周设有刻度线，标志出机械手活动禁止区，规范机械手的活动范围，防止机械手过大活动造成危险，同时图像识别系统根据此刻度线来界定机械爪的有效作业空间。

一种使用自动提取羽毛绒的装置提取羽毛绒的方法，方法包括以下步骤：

a)工业摄像机对工作腔进行拍照，工控机的图像识别计算机系统对图像进行分析，判断待测羽绒腔有无待测羽绒原料、分拣腔有无待测羽绒原料；

b)驱动机械手抓从待测羽绒腔取出一定量羽绒原料放入分拣腔，吹风结构从分拣腔底板的出风孔吹出含有负离子的风，将分拣腔内的待测羽绒吹散，再次启动图像识别计算机系统对图像进行分析，计算出待检物具体坐标位置，区分出羽毛绒、其他杂质，根据图像识别的结果决定机械手抓或者负压吸头将待检杂质捡起并放入杂质腔内，杂质包括毛片、羽毛、羽丝、其他非绒毛杂质，分别放置在不同的杂质腔内，系统定位各种杂质腔的坐标，将筛检出来的毛片、羽毛、羽丝、其他非绒毛杂质分别放置在不同的杂质腔；系统根据图像分析待检异物形态特点，决定采用手爪还是吸盘，手爪用于抓取较大羽毛、异物；吸盘吸取羽丝、绒丝。手爪工作工程：手爪上驱动汽缸上下运动可以实现手爪的开合从而实现对待检物的抓取；负压吸盘通过负压将待检物吸附在吸盘上，将待检物检出。

c)重复多次将分拣腔中杂质全部分检完，再次从待测羽绒腔中抓取待测羽绒放入分拣腔中，进行下一个循环，直到整个待测羽绒腔中无待测羽绒原料。分拣腔内剩下的都是羽毛绒，由羽毛绒推板推至称重抽屉内，计算出羽毛绒的纯度。

工控机通过图像识别区分羽毛绒、其他杂质的过程为：计算机视觉系统主要完成原料存在性检测和原料类别及位置识别两部分内容。

原料存在性检测算法步骤为：

1)计算机视觉系统控制工业相机，抓拍一幅原料腔内的图片。

2)采用canny算子对抓拍图片进行边缘检测，得到边缘图像。

3)采用腐蚀操作对边缘图像进行形态学处理，去除噪声点。

4)采用膨胀操作进一步增强图像中可能存在的边缘，得到增强图像。

5)从上到下，从左往右，扫描增强图像，如果图像中存在大于4x4的块，则认为原料腔内有原料放入，否则没有原料。

原料类别及位置识别算法步骤为：

1)计算机视觉系统控制工业相机，抓拍一幅原料腔内的图片。

2)采用canny算子对抓拍图片进行边缘检测，得到边缘图像。

3)采用腐蚀操作对边缘图像进行形态学处理，去除噪声点。

4)采用膨胀操作进一步增强图像中可能存在的边缘，得到增强图像。

5)采用公开算法，提取增强图像中的每个物体的外接圆和外接矩形。物体的外接圆圆心记为物体的位置。针对每个物体做如下处理：

(1)采用公开的SIFT算法，提取表征物体的关键点。根据SIFT算法，每个关键点由一个矢量描述，因此每个物体均有多个矢量描述，并组成矢量矩阵。

(2)计算矢量矩阵的直方图，该直方图即为一个一维向量。

(3)将该直方图作为描述该物体的特征向量，输入到离线训练的支持向量机模型中，判别出该物体的类别。

(4)将识别出的物体类别和位置信息发送给控制结构，分类存放。

这里使用的支持向量机模型的离线训练过程为：

1)计算机视觉系统控制工业相机，抓拍多幅原料腔内的图片，这些图片包含了绒、羽毛、丝、杂质等多种原料的多种形态。针对每幅图片均作如下处理：

(1)采用canny算子对抓拍图片进行边缘检测，得到边缘图像。

(2)采用腐蚀操作对边缘图像进行形态学处理，去除噪声点。

(3)采用膨胀操作进一步增强图像中可能存在的边缘，得到增强图像。

(4)采用公开算法，提取增强图像中的每个物体的外接圆和外接矩形。物体的外接圆圆心记为物体的位置。

(5)人工标记出每个物体的类别，并把标记信息输入到离线训练系统。

(6)针对每个已经标记出类别的物体做如下处理：

a)采用公开的SIFT算法，提取表征物体的关键点。根据SIFT算法，每个关键点由一个矢量描述，因此每个物体均有多个矢量描述，并组成矢量矩阵。

b)计算矢量矩阵的直方图，该直方图即为一个一维向量。

c)把人工标记的该物体类别标记和描述该物体的一维向量写入一个磁盘文件。

2)把所有图片的所有物体的类别标记和描述物体的一维向量整理到一个磁盘文件中，并把该磁盘文件输入到公开的支持向量机训练算法，得到离线的支持向量机识别模型。

本系统运行在服务器上，通过编制的软件通信模块与工业相机和硬件控制系统相连。软件系统内部还包括了人机交互模块、调度模块、羽绒在线分辨模块、羽绒存在性检测模块、通信模块和羽绒离线训练模块。系统架构图上没有给出离线训练模块。该模块在离线状态下，根据事先拍摄好的羽毛、朵绒、丝状物等图像信息，训练出羽绒在线分辨模块所使用的分类器。离线训练模块和在线分辨模块也是本系统中计算机视觉部分的核心，这两部分的高质量完成直接关系到是否能正确分类。人机交互模块主要负责接收操作人员的输入，如启动、关闭、暂停系统，控制相机、设置系统参数、实时显示处理结果、统计结果等功能。调度模块负责和其他软件模块打交道，如传送图像信息、控制信息和识别结果等。通信模块主要完成和工业相机、硬件控制系统的双向通信，通信内容包括控制信息和图像信息等。存在性检测模块主要实时监测分离装置内是否放入了原料等待分离。

本发明依据各国有关羽毛种类鉴定标准(如IDFB：2006《国际羽毛绒羽毛局官方分析方法》、日本羽毛绒制品制造业协会标准、美国标准USA-2000《新美国标准-羽毛绒产品》、GB/T17685-2003《羽毛绒羽毛》、GB/T10288-2003《羽毛绒羽毛检验方法》、FZ/T80001-2002《水洗羽毛羽毛绒试验方法》、FZ/T81002-2002《水洗羽毛羽毛绒》等)技术要求得出鹅、鸭、鸡、鸽子等种类判定的形态特征依据，并通过计算机图像识别处理系统，利用支持向量机(SVM)技术，对不同形态特征的羽毛绒特征进行提取和处理，建立羽毛绒特征种类特征信息数据库。通过大量试验数据学习训练，实现了羽毛绒种类的自动鉴别，将以往主要靠人眼观察依据经验判断羽毛绒种类的方法转变为依靠现代计算机智能化图像处理技术进行自动分析、识别判断，避免了主观因素的干扰、提高了数据结果的准确性、降低了劳动强度。此项成果适用于将鹅、鸭、鸡、鸽子等不同种类的羽绒进行分类。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种使用自动提取羽毛绒的装置提取羽毛绒的方法，自动提取羽毛绒的装置包括箱体(1)、设置在箱体(1)上方的工作腔(2)，所述的工作腔(2)包括分拣腔(3)、待测羽绒腔(4)、多个杂质腔(5)，所述的工作腔(2)上方设有可移动机械手，所述的工作腔(2)上方还设有采集工作腔(2)内图像信号的图像采集机构，所述的图像采集机构将采集的工作腔(2)内图像信号传输至工控机，所述的工控机处理图像信号，区分待测原料中羽毛绒、非绒朵杂质，并控制机械手将非绒朵杂质抓取到杂质腔(5)，所述的图像采集机构为工业摄像机(6)，所述的工作腔(2)的边框上设有支撑柱(17)，所述的工业摄像机(6)通过连接在其底部的转轴(18)可转动连接在支撑柱(17)上，所述的机械手连接在纵臂(7)上，所述的纵臂(7)通过滑轨机构可滑动连接在横臂(8)上，所述的横臂(8)两端分别通过滑轨机构可滑动连接在工作腔(2)的腔体两侧壁的上沿，所述的机械手包括手爪安装板(9)，手爪安装板(9)一侧设有第一气缸，所述的第一气缸的活塞杆端部通过气缸连接器与负压吸头(10)连接；所述的手爪安装板(9)的另一侧设有第二气缸，所述的第二气缸的活塞杆端部通过另一个气缸连接器与夹物手爪(11)连接，所述的分拣腔(3)底板(12)上设有多个出风孔(20)，所述的箱体(1)内设有将含有负离子的风通过出风孔(20)吹向分拣腔(3)内的吹风机构；所述的出风孔(20)孔道倾斜于底板设置，所述的分拣腔(3)一端连接有称重抽屉(13)，分拣腔(3)另一端设有由推送气缸控制在推板导轨(14)上滑动的羽毛绒推板(15)，所述的分拣腔(3)底板四周设有刻度线(19)；

其特征在于：所述的方法包括以下步骤：

a)工业摄像机对工作腔进行拍照，工控机的图像识别计算机系统对图像进行分析，判断待测羽绒腔有无待测羽绒原料、分拣腔有无待测羽绒原料；

b)驱动机械手抓从待测羽绒腔取出一定量羽绒原料放入分拣腔，吹风结构从分拣腔底板的出风孔吹出含有负离子的风，将分拣腔内的待测羽绒吹散，再次启动图像识别计算机系统对图像进行分析，计算出待检物具体坐标位置，区分出羽毛绒、其他杂质，根据图像识别的结果决定机械手抓或者负压吸头将待检杂质捡起并放入杂质腔内；

c)重复多次将分拣腔中杂质全部分检完，再次从待测羽绒腔中抓取待测羽绒放入分拣腔中，进行下一个循环，直到整个待测羽绒腔中无待测羽绒原料。