CN105403300B - 基于机器视觉的种子千粒重仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的种子千粒重仪。本发明包括底板、送料机构、无影光源机构、CCD相机机构、振动散料机构、条码打印机和无线发射模块。所述的送料机构、无影光源机构、CCD相机机构、振动散料机构、条码打印机和无线发射模块依次与所述的底板固连，所述的CCD相机机构位于所述的无影光源机构正上方，所述的无影光源机构位于所述的振动散料机构正上方，所述的送料机构位于所述的振动散料机构的侧方。本发明自动化程度高，能够连续工作，包含计数、称重及信息无线传输和条码打印于一体。

Description

基于机器视觉的种子千粒重仪

技术领域

本发明涉及种子自动计数、称重技术领域，具体地说是一种基于机器视觉的种子千粒重仪。

背景技术

在农业领域的研究和工业生产中，经常需要对少量的粮食、蔬菜、药材等农作物种子、颗粒物料的样品进行计数和考种工作，而精确的计数、称重已及准确的记录种子信息是考种的关键。

千粒重是1000粒种子的重量，是农业上考种的重要依据指标，根据GB/T 5519-2008谷物与豆类千粒重的测定要求，千粒重=(1000 x m₀)/N, m₀是试样质量，N是试样的粒数。

目前，国内外千粒重仪器设备种类较多，但其大多是基于光电计数原理，对种子的上料、下料要求很高，这也导致其计数的效率较低。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于机器视觉的种子千粒重仪。

本发明包括底板、送料机构、无影光源机构、CCD相机机构、振动散料机构、条码打印机和无线发射模块。

所述的送料机构、无影光源机构、CCD相机机构、振动散料机构、条码打印机和无线发射模块依次与所述的底板固连，所述的CCD相机机构位于所述的无影光源机构正上方，所述的无影光源机构位于所述的振动散料机构正上方，所述的送料机构位于所述的振动散料机构的侧方。

所述的送料机构由储料漏斗、手动挡料板、连接块、丝杠电机、轨道、滑轨座和下料槽组成。

所述的储料漏斗上设置有槽，所述的储料漏斗通过槽与所述的手动挡料板相配合，所述的储料漏斗与所述的连接块相连接，所述的连接块与所述丝杠电机的丝杠和所述的轨道相连接，所述的滑轨座上对称设置有滑块，所述的轨道与所述的滑轨座上对称设置的滑块配合使用，所述的滑轨座上设置有U型通槽，所述的丝杠电机与所述滑轨座上设置的U型通槽相固连，所述的下料槽与所述储料漏斗下端相连接。

所述的丝杠电机转动，在丝杠的带动下，所述的储料漏斗将沿着所述的轨道前后直线运动，用以运送所述储料漏斗中的物料，所述的手动挡料板用以控制下料物料的量。

所述的振动散料机构由支撑杆、下料漏斗、支撑弹簧、挡板、盒体、锯齿形底板、L型支撑板、圆柱形电磁铁、圆柱形磁铁座、振动电机、电机座、弹簧、电吸盘、连接杆、线性电机模块和横板组成。

所述的支撑杆通过螺栓与所述的底板相固连，所述的支撑杆上端设置有圆柱，所述的支撑弹簧下端与所述支撑杆上端设置的圆柱相配合，所述的L型支撑板通过螺栓与底板相连接，所述的圆柱形磁铁座与L型支撑板固连，所述的圆柱形电磁铁与所述的圆柱形磁铁座相连接，所述的横板上对称设置有两个圆柱，所述支撑弹簧下端与所述横板上设置的圆柱相配合，所述的线性电机模块与所述的底板相固连，所述的线性电机模块上端与所述的横板相固连，所述的横板和挡板材料为铁质，所述的锯齿形底座下端面对称设置有四个圆柱，所述的支撑弹簧上端与所述的锯齿形底座下端面对称设置的圆柱相配合，所述的盒体与所述的锯齿形底板上端面相固连。

所述的挡板两端对称设置有小圆柱，所述的盒体上设置有小圆孔，所述挡板的小圆柱与所述盒体上的小圆孔间隙配合，所述弹簧一端与所述挡板相固连，另一端与所述盒体下端面相固连，所述的电吸盘与所述盒体下端面相固连，所述的连接杆与所述的支撑杆相连接，所述的下料漏斗通过螺栓与所述的连接杆相固连。

所述的送料机构将种子沿着下料槽投放到锯齿形底板上，在所述振动电机的振动下，种子将沿着锯齿形底板一列列排开，在振动电机振动散料的过程中圆柱形电磁铁保持通电状态吸附所述的横板，电吸盘保持通电状态吸附所述的挡板，振动散料和后续图像采集结束后，圆柱形电磁铁和电吸盘将断电，挡板在弹簧的作用下打开，线性电机模块带动横板竖直方向上移动，进而使锯齿形底板产生一个倾角，同时振动电机将轻微振动排料，使种子沿着下料漏斗下落到精密电子秤上的收集袋内。

所述的无影光源机构包括无影光源、光源固定架、紧固旋钮、连接块和高度调节旋钮。

所述光源固定架的连杆上设置有通槽，所述的紧固旋钮穿过所述光源固定架的连杆上的通槽与所述的无影光源相连接，所述的光源固定架与所述的连接块固连，所述的连接块上设置有通孔和螺纹孔，所述的连接块上的通孔与滑杆间隙配合，所述的高度调节旋钮与所述连接块上设置的螺纹孔相配合。

所述的紧固旋钮通过所述光源固定架连杆上的通槽调节所述无影光源水平方向上的位置，所述的高度调节旋钮通过所述的连接块进而调节所述无影光源竖直方向上的位置。

所述的CCD相机机构包括相机固定架、工业CCD相机、相机固定板、双头螺柱、滑杆、高度微调旋钮、连接块、空心圆柱和直齿条。

所述的工业CCD相机通过螺钉固定在所述的相机固定板上，所述的相机固定板与所述双头螺柱相连接，所述相机固定架的两连杆上设置有通槽，所述的双头螺柱通过所述相机固定架连杆上设置的通槽与螺母相配合，所述的相机固定架与所述的直齿条固连，所述的连接块上设置有通孔、燕尾槽和螺纹孔，所述的连接块通过燕尾槽与所述的直齿条相配合，所述的空心圆柱与所述的底板相固连，所述的空心圆柱内孔中设置有螺纹，所述的滑杆低端设置有螺纹，所述的空心圆柱与所述的滑杆通过螺纹相配合，所述的连接块通过通孔与滑杆轴孔间隙配合，所述连接块通过螺纹孔与高度调节旋钮相配合，所述的高度微调旋钮为双旋钮，所述的高度微调旋钮的双旋钮间设置有连接柱，所述高度微调旋钮间的连接柱上设置有齿，所述高度微调旋钮通过齿与所述的直齿条相配合。

所述的相机固定板能够通过所述的双头螺柱在所述相机固定架上通槽中移动，调节所述工业CCD相机所处的水平位置，所述的高度调节旋钮对所述工业CCD相机的高度进行粗略调整，所述的高度微调旋钮通过连接柱上设置的齿对所述直齿条竖直方向进行微小移动，进而实现对所述工业CCD相机高度的精确调整。

种子在锯齿形底板一列列排开，工业CCD相机采集图像，并经过Matlab软件调用图像处理函数，得到种子的粒数N，在此过程中无影光源起补光作用。

所述的条码打印机、无线发射模块和精密电子秤与所述的底板1相固连；

种子从振动散料机构下落到精密电子秤上的收集袋内，精密电子秤称出种子的质量N g，精密电子秤称出种子质量的信号经单片机控制处理，调用公式千粒重=(1000 xm₀)/N ，在条码打印机上打印出相应的种子粒数、总质量和千粒重，且将种子的粒数、质量信息通过无线发射模块发送到与PC机连接的接收端。

装置开始工作后，丝杠电机带动储料漏斗移动，圆柱形电磁铁通电吸附横板，电吸盘通电吸附所述的挡板，储料漏斗运动到振动散料机构上方后，打开手动挡料板使种子沿着下料槽落到锯齿形底板上，保持一段时间后，丝杠电机带动储料漏斗回到原来位置，振动电机带动锯齿形底板振动散料，使得种子在锯齿形底板一列列排开，振动电机停止振动；无影光源补光，工业CCD相机开始取像；圆柱形电磁铁和电吸盘断电，挡板在弹簧的作用下打开；线性电机模块带动横板竖直方向上移动，进而使得锯齿形底板产生倾角，振动电机轻微振动帮助快速排料，种子沿着下料漏斗落入精密电子秤上的收集袋内，精密电子秤的信号经单片机控制处理，在条码打印机上打印出相应的种子粒数、质量和千粒重，并将种子的粒数、质量信息通过无线发射模块发送到与PC机连接的无线接收端，用于后续多组数据的综合处理。

本发明是一种高效，自动化程度高，能够连续工作，包含计数、称重及信息无线传输和条码打印于一体的基于机器视觉的种子千粒重仪。

附图说明

图1是本发明的左视图；

图2是本发明的一个方向立体结构图；

图3是本发明的另一个方向立体结构图；

图4是本发明的全剖视图；

图5是本发明装置的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明包括：底板1、送料机构2、无影光源机构3、CCD相机机构4、振动散料机构5、条码打印机6和无线发射模块7。

所述的送料机构2、无影光源机构3、CCD相机机构4、振动散料机构5、条码打印机6和无线发射模块7依次与所述的底板1固连，所述的CCD相机机构4位于所述的无影光源机构3正上方，所述的无影光源机构3位于所述的振动散料机构5正上方，所述的送料机构2位于所述的振动散料机构5的侧方。

如图2、3、4所示，所述的送料机构2由储料漏斗201、手动挡料板202、连接块203、丝杠电机204、轨道205、滑轨座206和下料槽207组成。

所述的储料漏斗201上设置有槽，所述的储料漏斗201通过槽与所述的手动挡料板202相配合，所述的储料漏斗201与所述的连接块203相连接，所述的连接块203与所述丝杠电机204的丝杠和所述的轨道205相连接，所述的滑轨座206上对称设置有滑块，所述的轨道205与所述的滑轨座206上对称设置的滑块配合使用，所述的滑轨座206上设置有U型通槽，所述的丝杠电机204与所述滑轨座206上设置的U型通槽相固连，所述的下料槽207与所述储料漏斗201下端相连接。

所述的丝杠电机204转动，在丝杠的带动下，所述的储料漏斗201将沿着所述的轨道205前后直线运动，用以运送所述储料漏斗201中的物料，所述的手动挡料板202用以控制下料物料的量。

所述的振动散料机构5由支撑杆501、下料漏斗502、支撑弹簧503、挡板504、盒体505、锯齿形底板506、L型支撑板507、圆柱形电磁铁508、圆柱形磁铁座509、振动电机510、电机座511、弹簧512、电吸盘513、连接杆514、线性电机模块515和横板516组成；

所述的支撑杆501通过螺栓与所述的底板1相固连，所述的支撑杆501上端设置有圆柱，所述的支撑弹簧503下端与所述支撑杆501上端设置的圆柱相配合，所述的L型支撑板507通过螺栓与底板1相连接，所述的圆柱形磁铁座509与L型支撑板507固连，所述的圆柱形电磁铁508与所述的圆柱形磁铁座509相连接，所述的横板516上对称设置有两个圆柱，所述支撑弹簧503下端与所述横板516上设置的圆柱相配合，所述的线性电机模块515与所述的底板1相固连，所述的线性电机模块515上端与所述的横板516相固连，所述的横板516和挡板504材料为铁质，所述的锯齿形底座506下端面对称设置有四个圆柱，所述的支撑弹簧503上端与所述的锯齿形底座506下端面对称设置的圆柱相配合，所述的盒体505与所述的锯齿形底板506上端面相固连；

所述的挡板504两端对称设置有小圆柱，所述的盒体505上设置有小圆孔，所述挡板504的小圆柱与所述盒体505上的小圆孔间隙配合，所述弹簧512一端与所述挡板504相固连，另一端与所述盒体505下端面相固连，所述的电吸盘513与所述盒体505下端面相固连，所述的连接连接杆514与所述的支撑杆501相连接，所述的下料漏斗20通过螺栓与所述的连接杆514相固连；

所述的送料机构2将种子沿着下料槽207投放到锯齿形底板506上，在所述振动电机510的振动下，种子将沿着锯齿形底板506一列列排开，在振动电机510振动散料的过程中圆柱形电磁铁508保持通电状态吸附所述的横板516，电吸盘513保持通电状态吸附所述的挡板504，振动散料和后续图像采集结束后，圆柱形电磁铁508和电吸盘513将断电，挡板504在弹簧512的作用下打开，线性电机模块515带动横板516竖直方向上移动，进而使锯齿形底板506产生一个倾角，同时振动电机510将轻微振动排料，使种子沿着下料漏斗502下落到精密电子秤8上的收集袋内。

所述的无影光源机构3包括无影光源301、光源固定架302、紧固旋钮303、连接块304和高度调节旋钮305；

所述光源固定架302的连杆上设置有通槽，所述的紧固旋钮303穿过所述光源固定架302的连杆上的通槽与所述的无影光源301相连接，所述的光源固定架302与所述的连接块304固连，所述的连接块304上设置有通孔和螺纹孔，所述的连接块304上的通孔与滑杆405间隙配合，所述的高度调节旋钮305与所述连接块304上设置的螺纹孔相配合；

所述的紧固旋钮303通过所述光源固定架302连杆上的通槽调节所述无影光源301水平方向上的位置，所述的高度调节旋钮305通过所述的连接块304进而调节所述无影光源301竖直方向上的位置。

所述的CCD相机机构4包括相机固定架401、工业CCD相机402、相机固定板403、双头螺柱404、滑杆405、高度微调旋钮406、连接块407、空心圆柱408和直齿条409；

所述的工业CCD相机402通过螺钉固定在所述的相机固定板403上，所述的相机固定板403与所述双头螺柱404相连接，所述相机固定架401的两连杆上设置有通槽，所述的双头螺柱404通过所述相机固定架401连杆上设置的通槽与螺母相配合，所述的相机固定架401与所述的直齿条409固连，所述的连接块407上设置有通孔、燕尾槽和螺纹孔，所述的连接块407通过燕尾槽与所述的直齿条409相配合，所述的空心圆柱408与所述的底板1相固连，所述的空心圆柱408内孔中设置有螺纹，所述的滑杆405低端设置有螺纹，所述的空心圆柱408与所述的滑杆405通过螺纹相配合，所述的连接块407通过通孔与滑杆405轴孔间隙配合，所述连接块407通过螺纹孔与高度调节旋钮305相配合，所述的高度微调旋钮406为双旋钮，所述的高度微调旋钮406的双旋钮间设置有连接柱，所述高度微调旋钮406间的连接柱上设置有齿，所述高度微调旋钮406通过齿与所述的直齿条409相配合，

所述的相机固定板403能够通过所述的双头螺柱404在所述相机固定架401上通槽中移动，调节所述工业CCD相机402所处的水平位置，所述的高度调节旋钮305对所述工业CCD相机402的高度进行粗略调整，所述的高度微调旋钮406通过连接柱上设置的齿对所述直齿条409竖直方向进行微小移动，进而实现对所述工业CCD相机402高度的精确调整。

种子在锯齿形底板506一列列排开，工业CCD相机402采集图像，并经过Matlab软件调用图像处理函数，得到种子的粒数N，在此过程中无影光源301起补光作用。

所述的条码打印机6、无线发射模块7和精密电子秤8与所述的底板1相固连；

种子从振动散料机构5下落到精密电子秤8上的收集袋内，精密电子秤8称出种子的质量N g，精密电子秤8称出种子质量的信号经单片机控制处理，调用公式千粒重=(1000x m₀)/N ，在条码打印机6上打印出相应的种子粒数、总质量和千粒重，且将种子的粒数、质量信息通过无线发射模块7发送到与PC机连接的接收端。

如图5所示，装置开始工作后，丝杠电机204带动储料漏斗201移动，圆柱形电磁铁508通电吸附横板516，电吸盘513通电吸附所述的挡板504，储料漏斗201运动到振动散料机构5上方后，打开手动挡料板202使种子沿着下料槽207落到锯齿形底板506上，保持一段时间后，丝杠电机204带动储料漏斗201回到原来位置，振动电机510带动锯齿形底板506振动散料，使得种子在锯齿形底板506一列列排开，振动电机510停止振动；无影光源301补光，工业CCD相机402开始取像；圆柱形电磁铁508和电吸盘513断电，挡板504在弹簧512的作用下打开；线性电机模块515带动横板516竖直方向上移动，进而使得锯齿形底板506产生倾角，振动电机510轻微振动帮助快速排料，种子沿着下料漏斗502落入精密电子秤8上的收集袋内，精密电子秤8的信号经单片机控制处理，在条码打印机6上打印出相应的种子粒数、质量和千粒重，并将种子的粒数、质量信息通过无线发射模块7发送到与PC机连接的无线接收端，用于后续多组数据的综合处理。

Claims (1)

1.基于机器视觉的种子千粒重仪，包括底板、送料机构、无影光源机构、CCD相机机构、振动散料机构、条码打印机和无线发射模块，其特征在于：

所述的送料机构由储料漏斗、手动挡料板、第一连接块、丝杠电机、轨道、滑轨座和下料槽组成；

所述的储料漏斗上设置有槽，所述的储料漏斗通过槽与所述的手动挡料板相配合，所述的储料漏斗与所述的第一连接块相连接，所述的第一连接块与所述丝杠电机的丝杠和所述的轨道相连接，所述的滑轨座上对称设置有滑块，所述的轨道与所述的滑轨座上对称设置的滑块配合使用，所述的滑轨座上设置有U型通槽，所述的丝杠电机与所述滑轨座上设置的U型通槽相固连，所述的下料槽与所述储料漏斗下端相连接；

所述的丝杠电机转动，在丝杠的带动下，所述的储料漏斗将沿着所述的轨道前后直线运动，用以运送所述储料漏斗中的物料，所述的手动挡料板用以控制下料物料的量；

所述的振动散料机构由支撑杆、下料漏斗、第一弹簧、挡板、盒体、锯齿形底板、L型支撑板、圆柱形电磁铁、圆柱形磁铁座、振动电机、电机座、第二弹簧、电吸盘、连接杆、线性电机模块和横板组成；

所述的支撑杆通过螺栓与所述的底板相固连，所述的支撑杆上端设置有圆柱，所述的第一弹簧下端与所述支撑杆上端设置的圆柱相配合，所述的L型支撑板通过螺栓与底板相连接，所述的圆柱形磁铁座与L型支撑板固连，所述的圆柱形电磁铁与所述的圆柱形磁铁座相连接，所述的横板上对称设置有两个圆柱，所述第一弹簧下端与所述横板上设置的圆柱相配合，所述的线性电机模块与所述的底板相固连，所述的线性电机模块上端与所述的横板相固连，所述的横板和挡板材料为铁质，所述的锯齿形底座下端面对称设置有四个圆柱，所述的第一弹簧上端与所述的锯齿形底座下端面对称设置的圆柱相配合，所述的盒体与所述的锯齿形底板上端面相固连；

所述的挡板两端对称设置有小圆柱，所述的盒体上设置有小圆孔，所述挡板的小圆柱与所述盒体上的小圆孔间隙配合，所述第二弹簧一端与所述挡板相固连，另一端与所述盒体下端面相固连，所述的电吸盘与所述盒体下端面相固连，所述的连接杆与所述的支撑杆相连接，所述的下料漏斗通过螺栓与所述的连接杆相固连；

所述的送料机构将种子沿着下料槽投放到锯齿形底板上，在所述振动电机的振动下，种子将沿着锯齿形底板一列列排开，在振动电机振动散料的过程中圆柱形电磁铁保持通电状态吸附所述的横板，电吸盘保持通电状态吸附所述的挡板，振动散料和后续图像采集结束后，圆柱形电磁铁和电吸盘将断电，挡板在第二弹簧的作用下打开，线性电机模块带动横板竖直方向上移动，进而使锯齿形底板产生一个倾角，同时振动电机将轻微振动排料，使种子沿着下料漏斗下落到精密电子秤上的收集袋内；

所述的无影光源机构包括无影光源、光源固定架、紧固旋钮、第二连接块和高度调节旋钮；

所述光源固定架的连杆上设置有通槽，所述的紧固旋钮穿过所述光源固定架的连杆上的通槽与所述的无影光源相连接，所述的光源固定架与所述的第二连接块固连，所述的第二连接块上设置有通孔和螺纹孔，所述的第二连接块上的通孔与滑杆间隙配合，所述的高度调节旋钮与所述第二连接块上设置的螺纹孔相配合；

所述的紧固旋钮通过所述光源固定架连杆上的通槽调节所述无影光源水平方向上的位置，所述的高度调节旋钮通过所述的第二连接块进而调节所述无影光源竖直方向上的位置；

所述的CCD相机机构包括相机固定架、工业CCD相机、相机固定板、双头螺柱、滑杆、高度微调旋钮、第三连接块、空心圆柱和直齿条；

所述的工业CCD相机通过螺钉固定在所述的相机固定板上，所述的相机固定板与所述双头螺柱相连接，所述相机固定架的两连杆上设置有通槽，所述的双头螺柱通过所述相机固定架连杆上设置的通槽与螺母相配合，所述的相机固定架与所述的直齿条固连，所述的第三连接块上设置有通孔、燕尾槽和螺纹孔，所述的第三连接块通过燕尾槽与所述的直齿条相配合，所述的空心圆柱与所述的底板相固连，所述的空心圆柱内孔中设置有螺纹，所述的滑杆低端设置有螺纹，所述的空心圆柱与所述的滑杆通过螺纹相配合，所述的第三连接块通过通孔与滑杆轴孔间隙配合，所述第三连接块通过螺纹孔与高度调节旋钮相配合，所述的高度微调旋钮为双旋钮，所述的高度微调旋钮的双旋钮间设置有连接柱，所述高度微调旋钮间的连接柱上设置有齿，所述高度微调旋钮通过齿与所述的直齿条相配合，

所述的相机固定板能够通过所述的双头螺柱在所述相机固定架上通槽中移动，调节所述工业CCD相机所处的水平位置，所述的高度调节旋钮对所述工业CCD相机的高度进行粗略调整，所述的高度微调旋钮通过连接柱上设置的齿对所述直齿条竖直方向进行微小移动，进而实现对所述工业CCD相机高度的精确调整；

种子在锯齿形底板一列列排开，工业CCD相机采集图像，并经过Matlab软件调用图像处理函数，得到种子的粒数N，在此过程中无影光源起补光作用；

所述的条码打印机、无线发射模块和精密电子秤与所述的底板相固连；

种子从振动散料机构下落到精密电子秤上的收集袋内，精密电子秤称出种子的质量Ng，精密电子秤称出种子质量的信号经单片机控制处理，调用公式千粒重=(1000 x m₀)/N ，在条码打印机上打印出相应的种子粒数、总质量和千粒重，且将种子的粒数、质量信息通过无线发射模块发送到与PC机连接的接收端。