CN105214961A - 一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，包括机架、滚轴式传送带、格式运输带、过渡运输带、称重运输带和食品运输带，所述机架上设置有滚轴式传送带，所述滚轴式传送带上设有摄像头，所述滚轴式传动带一侧连接格式运输带，所述滚轴式运输带靠近格式运输带上端一侧设有第一舵机，所述第一舵机一侧设有次品储物箱，所述格式运输带远离滚轴式传送带一端设有拔轮，所述拔轮一侧设有过渡运输带，所述过渡运输带连接称重运输带，所述称重运输带上设置有第二舵机，所述称重运输带下端设有跷跷板，所述跷跷板一侧设有过渡运输滚轮斜台，所述过渡运输滚轮斜台连接食品运输带，大大节约了劳动力成本，提高了生产效率。

Description

一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备

技术领域

本发明涉及一种食品加工流水线，特别涉及一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备。

背景技术

目前，在很多食品加工行业都需要对加工的食品进行质量的检测与重量等级的分类，国内绝大多数企业还是依靠人工来实现质量检测与重量分级的，即用人眼来识别食品好坏，用手工剔除次品进而完成质量检测；用手拿起食品放在电子秤上称重，根据重量再用手把它放到相应重量等级的储物箱中来进行重量分级。这样不仅处理效率低下，浪费人力，分级精度低下，出错率高，劳动强度大，而且劳动力成本高。

我们所设计的这种食品加工过程动态品质检测与重量分级智能化装备是由摄像头捕捉单元，滚轴式传送带，次品剔除单元，定距放料单元，称重单元，机械臂分级单元，控制单元，远程监控单元，自动运输单元九个单元组成。我们所设计的这种食品加工过程动态品质检测与重量分级智能化装备创造性的应用了图像处理的技术，通过摄像头来摄取食品的360度照片，经过matlab语言编程，stm32单片机处理来判断食品质量的好坏，如发现次品就控制舵机转动进而带动机械臂将其剔除。合格产品经过传送带进入定距放料单元，由拨盘来控制每两个产品之间的距离，以防止产品距离太近而出现重量分级失误。经传动带运动到称重单元的压力传感器上方时，传感器会把检测到的重量信息传送给单片机，由单片机处理这些信息，进而控制后面舵机的转动来实现产品的重量分级。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种安全联锁系统。该技术方案设计合理、安装简单，易于操作，可靠性强。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，包括机架、滚轴式传送带、格式运输带、过渡运输带、称重运输带和食品运输带，其特征在于，所述机架上设置有滚轴式传送带，所述滚轴式传送带上设有摄像头，所述滚轴式传动带一侧连接格式运输带，所述滚轴式运输带靠近格式运输带上端一侧设有第一舵机，所述第一舵机一侧设有次品储物箱，所述格式运输带远离滚轴式传送带一端设有拔轮，所述拔轮一侧设有过渡运输带，所述过渡运输带连接称重运输带，所述称重运输带上设置有第二舵机，所述第二舵机一侧设有挡板和临时储物箱，所述称重运输带下端设有跷跷板，所述跷跷板一侧设有过渡运输滚轮斜台，所述过渡运输滚轮斜台连接食品运输带。

作为本发明的一种优选技术方案，所述滚轴式传送带、格式运输带、称重运输带和食品运输带一侧均设有交流电机，所述交流电机连接同步带。

作为本发明的一种优选技术方案，所述临时储物箱前部两侧设有支撑滑轴，所述临时储物箱底部设有第一永久磁铁。

作为本发明的一种优选技术方案，所述跷跷板上设有导轨，所述跷跷板靠近过渡运输滚轮斜台一端设有食品运输箱，所述跷跷板另一端设有备用食品运输箱，所述食品运输箱和备用食品运输箱下端两侧均设有滚轮，且跷跷板底部设有第二永久磁铁。

作为本发明的一种优选技术方案，所述称重运输带的机架上用螺丝固定连接称重传感器一端，所述称重传感器另一端通过螺丝固定到支撑架上，支撑架上面与两根支撑连接轴固定连接，支撑轴与滚珠轴承轴过盈配合，滚珠轴承与支撑滚轴是过盈配合，所述支撑滚轴直接接触传动带，所述称重传感器连接控制单元，且称重运输带两端设有滚筒。

作为本发明的一种优选技术方案，所述过渡运输滚轮斜台上设有滚轴。

作为本发明的一种优选技术方案，所述格式运输带倾斜设置，所述滚轴式传送带、过渡运输带、称重运输带和食品运输带均为水平设置。

本发明的有益效果是：可以在实现食品重量分级的同时实现食品的质量检测，并且可以通过自动运输系统把完成重量分级的食品自动运输到包装平台，省去了人工搬运的繁琐步骤，从而实现高度机械智能化，大大节约了劳动力成本，提高了生产效率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备整体结构示意图；

图2是本发明质量检测部分结构示意图；

图3是本发明重量分级部分结构示意图；

图4是本发明重量分级秤结构示意图；

图5是本发明自动运输系统结构示意图；

图6是本发明临时储物箱子局部放大结构示意图；

图7是本发明跷跷板局部放大结构示意图；

图中标号：1-机架；2-滚轴式传送带；3-摄像头；4-第一舵机；5-次品储物箱；6-交流电机；7-同步带；8-格式运输带；9-拨轮；10-过渡运输带；11-称重运输带；12-第二舵机；13-挡板；14-临时储物箱；15-食品运输箱；16-跷跷板；17-备用食品运输箱；18-滚轴；19-过渡运输滚轮斜台；20-食品运输带；21-滚筒；22-支撑滚轴；23-称重传感器；24-控制单元；25-支撑滑轴；26-第一永久磁铁；27-滚轮；28-导轨；29-第二永久磁铁。

具体实施方式

为了更好的说明本发明，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明，再次应该指出，本具体实施方式只作为本发明的一种优选实施方式，不是对本发明保护范围的一种限定。

根据图1-7所示，本发明涉及一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，包括机架1、滚轴式传送带1、格式运输带8、过渡运输带10、称重运输带11和食品运输带20，所述机架1上设置有滚轴式传送带2，所述滚轴式传送带2上设有摄像头3，所述滚轴式传动带2一侧连接格式运输带8，所述滚轴式运输带2靠近格式运输带8上端一侧设有第一舵机4，所述第一舵机4一侧设有次品储物箱5，所述格式运输带8远离滚轴式传送带2一端设有拔轮9，所述拔轮9一侧设有过渡运输带10，所述过渡运输带10连接称重运输带11，所述称重运输带11上设置有第二舵机12，所述第二舵机12一侧设有挡板13和临时储物箱14，所述称重运输带11下端设有跷跷板16，所述跷跷板16一侧设有过渡运输滚轮斜台19，所述过渡运输滚轮斜台19连接食品运输带20。

所述滚轴式传送带2、格式运输带8、称重运输带11和食品运输带20一侧均设有交流电机6，所述交流电机6连接同步带7，所述临时储物箱14前部两侧设有支撑滑轴25，所述临时储物箱14底部设有第一永久磁铁26，所述跷跷板16上设有导轨28，所述跷跷板16靠近过渡运输滚轮斜台19一端设有食品运输箱15，所述跷跷板16另一端设有备用食品运输箱17，所述食品运输箱15和备用食品运输箱17下端两侧均设有滚轮27，且跷跷板16底部设有第二永久磁铁29。

所述称重运输带11的机架1上用螺丝固定连接称重传感器23一端，所述称重传感器23另一端通过螺丝固定到支撑架上，支撑架上面与两根支撑连接轴固定连接，支撑轴与滚珠轴承轴过盈配合，滚珠轴承与支撑滚轴是过盈配合，所述支撑滚轴直接接触传动带，所述称重传感器23连接控制单元24，且称重运输带11两端设有滚筒21，所述过渡运输滚轮斜台19上设有滚轴18，所述格式运输带8倾斜设置，所述滚轴式传送带2、过渡运输带10、称重运输带11和食品运输带20均为水平设置。

所述的摄像头3捕捉单元由机器视觉系统和图像处理系统组成。机器视觉系统又由摄像头3，光照箱子，电路模块，计算机等组成。光源安放于光照箱子内合适的位置，phantom高速摄像机固定在光照箱正上方，当运动的食品到达视场内一定位置，食品的运动状况检测传感器被触发，具有外触发功能的图像采集卡开始采集图像，模拟信号经图像采集卡输入通道进入图像采集卡，经解码器把PAL制式的模拟信号转化为数字分量为R.G.B的数字图像，通过PCI总线传入计算机内存，供后续处理。

图像处理系统包括单体图像分割和图像预处理。单体分割是研究开发这套装备的关键技术之一，把每件食品都作为一个单独产品处理。每件食品被电脑独立识别，每件食品的数据清晰可得，便于后续的批量包装，产品追踪，对每件食品去向加以控制和记录。通过机器视觉系统采用时间序列连续场扫描采集到的食品图片，单体提取后在识别处理前首先要对其进行预处理操作。主要包括：图像的灰度变换，图像的增强（消噪处理），图像边缘检测，图像分割。

所述的滚轴式传送带2是由传动链条，传动齿轮，轴承，销轴，辊子，电机等组成，传动齿轮固定在机架1上面，电机通过传动皮带带动皮带轮转动，皮带轮与齿轮是同轴转动，辊子通过轴承及销轴固定在传动链条的销轴上，传动链条在传动齿轮的带动下转动。当食品运动到摄像头3下面时，辊子在摩擦带上摩擦进而带动辊子转动，从而会使辊子上方的食品发生转动，便于摄像头3来进行360度无死角的采集拍照。

所述的次品剔除单元包括舵机，机械臂等组成，当发现次品时，电脑会通过无线蓝牙模块发送信息给下位机，由下位机来控制舵机转动进而带动机械转动实现次品的剔除。

定距放料单元包括格式运输带8，摩擦滚轴，轴承，传动带，带轮，销轴，电机，拨轮9等组成，摩擦滚轴两侧通过轴与传动带轮连接，带轮通过传动带与电机上的带轮连接，这样格式运输带8在摩擦滚轴的带动下而运动，速度大小由电机决定。拨轮9会把格式运输带8上的每一小格子里食品逐一拨出来，拨到称重运输带11之前的过渡运输带10上，过渡运输带10是为了使食品的速度稳定，防止直接落到称重运输带11上带来的重力冲击影响测量准确性。这个定距放料单元是为了控制食品间距，方便后面对食品进行单独称重，防止两个食品距离太近而影响称重结果。

称重单元由：悬臂梁式称重传感器23，称重运输带11，机架1，集成电路等构成，当食品运动到称重运输带11上时，称重传感器23中的电阻应变片会发生形变，进而电阻变化转化为电压的变化，经过放大电路，滤波电路，A\D模数转换电路传给单片机，由单片机来处理这些信息。

机械臂分级单元由：舵机，机械臂，轴承等组成，舵机在单片机的控制下发生转动来实现食品的重量分级。本设备图是按照重量可分为7级来画的，第7级食品直接运动到传送带的尽头掉到储物箱中。

控制单元是整套装备的大脑包括：上位机计算机，ATK-HC05蓝牙，下位机STM32F103ZET6单片机，集成电路等组成。主要是负责对采集的信息进行信息处理，并对执行机构发出命令。

远程监控单元是是有labview编程的一个电脑实时显示界面，即一个远程实时监控界面。通过这个界面可以实时的显示现场机器的工作状况，具体包括显示加工食品的总数量，总重量，加工的速度，现场的工作温度，湿度等。

自动运输单元主要是负责完成重量分级的食品的运输，包括：食品运输箱15，跷跷板，备用食品运输箱17，过渡运输滚轮斜台19，传动带，滚轴18，滚筒21，直流电机，机架1，永久磁铁等组成。

格式运输带8套在传动轴上，传动轴和同步带7轮是同轴的，同步带7轮通过同步带7和直流电机相连接。同时，拨轮9和直流电机也是通过同步带7来连接的。过渡运输带10放在称重运输带11之前，称重运输带11后面是分级传动带。分级传动带上的红外对管是通过螺丝固定在机械臂前方30厘米处的。机械臂和舵机是通过螺栓螺母固定的。本设计一共有四个交流电机6，第一个固定在质量检测模块的传动带处，负责给传动带提供动力。第二个固定在格式运输带8一侧，负责给格式运输带8和拨轮9传递动力。第三个电机是放在称重运输带11一侧的，通过多个同步带7和多组传动带上的同步轮连接来给各级传动带提供动力。第四个电机是放在食品运输带15一侧，负责给该运输带提供动力。

质量检测原理为：当食品经传动带运动到滚轴式传送带2时，滚轴18在摩擦带的摩擦之下发生转动，相应的食品也会在滚轴18上发生转动，当运动的食品到达视场内一定位置，食品的运动状况检测传感器（即红外线对管检测传感器）被触发，具有外触发功能的图像采集卡开始采集图像，模拟信号经图像采集卡输入通道进入图像采集卡，经解码器把PAL制式的模拟信号转化为数字分量为R.G.B的数字图像，通过PCI总线传入计算机内存，供后续处理。摄像头3会捕捉转动食品的360度图像，检测食品的质量，当所拍摄图片经过图像处理系统处理后，不同于数据库图片时即为次品，计算机会通过蓝牙模块传送命令给下位机单片机，下位机再控制舵机转动，舵机带动机械臂转动进而将次品剔除。然后，合格产品紧接着进入称重模块，我们把整个称重模块传动部分固定在悬臂梁式称重传感器23上，这样就可以避免传动带的张紧力对称重的影响。

称重原理为：当食品进入称重模块时，称重传感器23检测到重量数据先呈现上升趋势，然后维持一定小幅度的波动，最后呈现下降趋势，当其值维持小幅波动时即认为是食品完全进入称重模块，此时，开始记录称重数据。食品完全进入称重模块时，电阻应变片发生应变，电阻变化经桥式电路转化为电压变化，经过放大电路放大微弱的电压信号，经过滤波电路滤波，再由A/D采集信号传给单片机处理。本专利的程序部分是利用keil软件经过C语言编程利用静态标定算法，误差分析补偿算法对检测数据进行处理即可得出食品重量。通过对射式光电开关检测食品位置，原理为对射式光电开关是将投光器与受光器置于相对的两个装置，光束也是在相对的两个装置之间，穿达投光器与受光器之间的鸡腿会阻断光束并启动受光器。当食品挡住红外线时，光电开关输出电平发生转变。通过检测光电开关的电平转换次数来判断是第几个食品到达相应的机械臂处。配合检重单元的重量二者构成一个与运算，当检测到一个重量m之后,先判断这个重量m的取值范围是处于哪一个重量等级，当这个食品运动到相应的重量区间分级单元时通过检测光电开关的电平转换进而由单片机发出指令控制相应舵机转动，进而将食品扫到储物箱中，实现重量分级。

自动运输单元原理：当食品临时储物箱14内的食品超过10公斤后，在食品的重压之下，该压力会克服箱底部磁铁的吸力使箱体底部的活动底绕底部轴承打开。由于箱底前部两侧有铁链锁住，铁链另一端与箱子两侧面固定，当箱底打开到45度时，两条铁链会伸直拉住箱底，防止它打开成90度。以保证箱子底部打开45度时，箱子内部的食品全部倒出之后，箱底会在磁铁吸力的作用下自动闭合。食品从临时储物箱14内倒出掉落到了食品运输箱15内，原先水平的跷跷板16，在食品掉落到食品运输箱15后，食品的重量会克服另一侧跷跷板16底部磁铁的吸力而使跷跷板16发生向下倾斜，使跷跷板16前侧装有食品的食品运输箱15会顺着跷跷板16上的导轨28滑落到下部的食品过渡运输滚轮斜台19上，进而通过滚轮斜台滑落到下游的食品运输带上。在装有食品的运输箱子顺着跷跷板上的导轨28往下滑落的同时，跷跷板16上另一侧的备用食品运输箱15也会顺着跷跷板16上的导轨28往下滑落。在食品运输箱15子离开跷跷板16的一瞬间，在磁铁的吸力的作用下，跷跷板16会自动恢复原来的水平位置，此时备用食品运输箱17恰好运动到原来食品运输箱15的位置，以准备盛放和运输临时储物箱14内滑落的食品。

具体的，当食品从工作台传送带上运动到滚轴式传送带2上，在摩擦带的摩擦之下，辊子发生转动，进而带动食品转动。当食品运动到摄像头3下时，光电开关会打开，进而控制摄像头3连续摄取多张图片传给计算机进行图像处理，当所拍摄图片经过图像处理系统处理后，不同于数据库图片时即为次品，计算机会通过蓝牙模块传送命令给下位机单片机，下位机再控制舵机转动，舵机带动机械臂转动进而将次品剔除出去，存放在次品储物箱5当中。通过食品质量检测之后的合格产品直接掉落在格式运输带8的小格子之中，运动到拨轮9附近时由拨轮9将食品拨到过渡运输带10上，以保持食品运动速度与称重运输带11运动速度的一致性，便于进行重量的称重。图5中，我们特别设计的一种重量检测传动带，称重传感器23一端用螺丝固定到称重运输带11的机架1上，另一端通过螺丝固定到支撑架上。支撑架上面又与两根支撑连接轴固定连接，支撑轴与滚珠轴承轴过盈配合，滚珠轴承与支撑滚轴22是过盈配合。支撑滚轴22是直接接触传动带的，当食品运动到称重运输带11之上时，下面的称重传感器23检测到重量信号，经过放大电路，滤波电路，A/D模数转换电路传送给单片机进行信息处理，经过C语言编程利用静态标定算法，误差分析补偿算法对检测数据进行处理即可得出食品重量。通过检测光电开关的电平转换次数来判断是第几个食品到达相应的机械臂处。配合检重单元的重量二者构成一个与运算，当检测到一个重量m之后,先判断这个重量m的取值范围是处于哪一个重量等级，当这个食品运动到相应的重量区间分级单元时通过检测光电开关的电平转换进而由单片机发出指令控制相应第二舵机12和机械臂转动，进而将食品扫到相应的临时储物箱14中，实现重量分级。

当临时储物箱14中的食品超过10公斤时，在食品的重压之下，该压力会克服箱底部第一永久磁铁26的吸力使箱体底部的活动底绕底部轴承打开。由于箱底前部两侧有支撑滑轴25锁住，另一端通过一根被润滑过的短轴在箱子两侧面的圆弧导轨中运动，当箱底打开到45度时，两条支撑架会伸直拉住箱底，防止它打开成90度。以保证箱子底部打开45度时，箱子内部的食品全部倒出之后，箱底会在第一永久磁铁26吸力的作用下自动闭合。食品从临时储物箱14内倒出掉落到了食品运输箱15内，原先水平的跷跷板16，在食品掉落到食品运输箱15后，食品的重量会克服另一侧跷跷板16底部第二永久磁铁29的吸力而使跷跷板16发生向下倾斜，使跷跷板16前侧装有食品的食品运输箱15会顺着跷跷板16上的导轨28滑落到下部的食品过渡运输滚轮斜台19上，进而通过过渡运输滚轮斜台19滑落到下游的食品运输带20上。在装有食品的运输箱子顺着跷跷板16上的导轨28往下滑落的同时，跷跷板16上另一侧的备用食品运输箱17也会顺着跷跷板16上的导轨28往下滑落。在食品运输箱15离开跷跷板16的一瞬间，在磁铁的吸力的作用下，跷跷板16会自动恢复原来的水平位置，此时备用食品运输箱17恰好运动到原来食品运输箱17的位置，以准备盛放和运输临时储物箱14内滑落的食品。然后，需要人工把完成运输任务的对应的箱子，放到原来备用食品运输箱15的位置。

在整个重量分级装备工作的过程中，我们可以在任何一个有互联网的地方，及时对生产现场进行监控。我们通过labview编程的一个电脑实时显示界面，即一个远程实时监控界面。所述的重量分级装备中的电路控制单元中有个无线wi-fi模块，这个无线wi-fi模块可以实时的将机器的工作状态通过发射无线信号发射出去，和车间路由器连接的电脑就可以实时的接受到这个信号，进而通过这个界面可以实时的显示现场机器的工作状况，具体包括显示加工食品的总数量，总重量，产品的合格率，加工的速度，现场的工作温度，湿度等。可以车间管理人员对该生产工序进行实时的监控。

该种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，可以在实现食品重量分级的同时实现食品的质量检测，并且可以通过自动运输系统把完成重量分级的食品自动运输到包装平台，省去了人工搬运的繁琐步骤，从而实现高度机械智能化，大大节约了劳动力成本，提高了生产效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，包括机架（1）、滚轴式传送带（1）、格式运输带（8）、过渡运输带（10）、称重运输带（11）和食品运输带（20），其特征在于，所述机架（1）上设置有滚轴式传送带（2），所述滚轴式传送带（2）上设有摄像头（3），所述滚轴式传动带（2）一侧连接格式运输带（8），所述滚轴式运输带（2）靠近格式运输带（8）上端一侧设有第一舵机（4），所述第一舵机（4）一侧设有次品储物箱（5），所述格式运输带（8）远离滚轴式传送带（2）一端设有拔轮（9），所述拔轮（9）一侧设有过渡运输带（10），所述过渡运输带（10）连接称重运输带（11），所述称重运输带（11）上设置有第二舵机（12），所述第二舵机（12）一侧设有挡板（13）和临时储物箱（14），所述称重运输带（11）下端设有跷跷板（16），所述跷跷板（16）一侧设有过渡运输滚轮斜台（19），所述过渡运输滚轮斜台（19）连接食品运输带（20）。

2.根据权利要求1所述的一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，其特征在于，所述滚轴式传送带（2）、格式运输带（8）、称重运输带（11）和食品运输带（20）一侧均设有交流电机（6），所述交流电机（6）连接同步带（7）。

3.根据权利要求1所述的一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，其特征在于，所述临时储物箱（14）前部两侧设有支撑滑轴（25），所述临时储物箱（14）底部设有第一永久磁铁（26）。

4.根据权利要求1所述的一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，其特征在于，所述跷跷板（16）上设有导轨（28），所述跷跷板（16）靠近过渡运输滚轮斜台（19）一端设有食品运输箱（15），所述跷跷板（16）另一端设有备用食品运输箱（17），所述食品运输箱（15）和备用食品运输箱（17）下端两侧均设有滚轮（27），且跷跷板（16）底部设有第二永久磁铁（29）。

5.根据权利要求1所述的一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，其特征在于，所述称重运输带（11）的机架（1）上用螺丝固定连接称重传感器（23）一端，所述称重传感器（23）另一端通过螺丝固定到支撑架上，支撑架上面与两根支撑连接轴固定连接，支撑轴与滚珠轴承轴过盈配合，滚珠轴承与支撑滚轴是过盈配合，所述支撑滚轴直接接触传动带，所述称重传感器（23）连接控制单元（24），且称重运输带（11）两端设有滚筒（21）。

6.根据权利要求1所述的一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，其特征在于，所述过渡运输滚轮斜台（19）上设有滚轴（18）。

7.根据权利要求1所述的一种食品加工流水线质量检测与重量分级的全自动设备，其特征在于，所述格式运输带（8）倾斜设置，所述滚轴式传送带（2）、过渡运输带（10）、称重运输带（11）和食品运输带（20）均为水平设置。