CN106076864B - 一种排序视觉检测分级机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种排序视觉检测分级机，包括有用于输送单个水果的排序单果送进机构、用于检测水果级别的视觉检测机构以及用于按级别分选水果的分级执行机构，依靠其排序单果送进机构，有效实现复杂混乱的目标群体有序排列，逐一单个输送，使该分级机的工作更自动化；其视觉检测机构能对被检测水果进行检测识别，分级的标准包括水果的成熟度、缺陷、大小和重量等等，分级要素多样化，高度自动化，并有效的减少了水果间、水果与机器间的碰撞挤压，大大降低水果的挤压、碰撞损伤；其分级执行机构能根据视觉检测机构的检测结果将水果按照级别分别分选至其对应的收集箱中，实现水果自动分级。

Description

一种排序视觉检测分级机
技术领域
本发明涉及水果加工机械技术领域，尤其涉及一种排序视觉检测分级机。
背景技术
近年来，随着图像处理技术和计算机技术的高速发展，利用机器视觉技术对目标物体进行检测识别，配以传动机械对目标物体进行抓取、分类等动作，无论是在工业或者农业领域，正日益得到深入的研究以及多方向的应用推广。其中，水果的自动化分级正从传统的纯物理机械分级方法逐步向以机器视觉检测识别为主的无损或低损分级方法转变。针对视觉识别、机械机构执行分级的分级方法，领域中许多研究者进行了相关研究，有些已做出了实物样机。中国专利201410265169.X公开了一种水果检测分级机，该分级机由输送系统、检测装置、分级卸果装置组成，工作方便、可靠性高、可大大降低分级损伤率，但缺乏对被检测目标的排序机构，自动化程度并不高。中国专利201410177748.9公开了一种水果分级装置，该装置中仅单纯地将CCD摄像头设置在光选箱内，但由于摄像角度的单一并不能将被测目标的全表面图像摄取，可能错过被测目标的某些表面缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构新颖、自动化程度高、分类准确率高的排序视觉检测分级机。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种排序视觉检测分级机，包括有用于输送单个水果的排序单果送进机构、用于检测水果级别的视觉检测机构以及N组用于按级别分选水果的分级执行机构，其中N大于等于一；
所述排序单果送进机构包括闸门机构、N条平行布置的排序通道、N个定位漏斗、传送机构以及用于使排序通道和传送机构以相同节拍输送水果的同步机构；所述闸门机构包括设置于排序通道上的前活动闸门和后活动闸门、分别连接于前活动闸门下侧以及后活动闸门下侧的前带销滑块与后带销滑块、同时与前带销滑块和后带销滑块滑动连接的摆杆、偏心轮，所述偏心轮上成形有一圈环形导槽，同时在摆杆上转动连接有卡入该环形导槽内的滚子，通过偏心轮带动前活动闸门和后活动闸门交错开合；N个所述定位漏斗分别一一布置于该N条排序通道的出料侧；所述传送机构包括输送链条、套在输送链条外的透明链板、主动链轮和从动链轮，其中所述传送机构的进料侧位于该N个定位漏斗下方，每一透明链板上均开有N个分别与该N个定位漏斗一一对应的定位孔；
所述视觉检测机构包括设置于透明链板上方的用于反射检测目标上表面的N组成像镜组和可调光源、以及设置于透明链板下方的N个工业摄像机，其中该N个工业摄像机分别一一对准该N组成像镜组；
每一所述分级执行机构均包括收集漏斗、分级通道、第一分级抓轮、第二分级抓轮、第一落料槽、第二落料槽、第三落料槽、第一收集箱、第二收集箱和第三收集箱；所述收集漏斗布置于传送机构的出料侧，并且N组级执行机构内的N个收集漏斗分别与各透明面板中的N个定位孔一一对应；所述分级通道连接于收集漏斗下侧，并且在该分级通道前端底面开有第一出料口并在该第一出料口上设有由活门电机驱动的活门，所述第一落料槽设置于第一出料口下侧，所述第一收集箱设置于第一落料槽的出料端，所述分级通道的末端还开有第二出料口，所述第一分级抓轮和第二分级抓轮分别布置于第二出料口的两侧，所述第一分级抓轮和第二分级抓轮的转轴平行且反向旋转，第一分级抓轮和第二分级抓轮均包括有转体以及连接于转体上用于承托水果的拨抓，还设置有与第一分级抓轮对应的第二落料槽和第二收集箱以及与第二分级轮对应的第三落料槽和第三收集箱。
进一步，所述排序通道具有4°～6°的倾斜角度。
进一步，所述成像镜组包括凸球镜面和圆锥镜面，其中所述凸球镜面布置于顶部，所述圆锥镜面环绕凸球镜面。
进一步，所述拨抓呈“L”形结构并至少分为两组连接于同一转体上，各组拨抓的数量相同且一一对应，同组拨抓均布置于同一垂直于转体转轴线的平面内，异组拨抓分别布置于不同平面内。
进一步，所述排序通道的上表面、定位漏斗的内表面、活门内表面、拨抓内侧以及收集箱内表面均设有缓冲垫。
进一步，所述同步机构包括相互配合的槽轮和缺口圆盘以及用于驱动缺口圆盘旋转的驱动电机，所述缺口圆盘通过皮带轮与偏心轮同步连接，所述槽轮通过皮带轮与主动链轮同步连接。
本发明的有益效果是：本发明的排序视觉检测分级机，依靠其排序单果送进机构，有效实现复杂混乱的目标群体有序排列，逐一单个输送，使该分级机的工作更自动化；其视觉检测机构能对被水果进行检测识别，分级的标准包括水果的成熟度、缺陷、大小和重量等等，分级要素多样化，高度自动化，并有效的减少了水果间、水果与机器间的碰撞挤压，大大降低水果的挤压、碰撞损伤；其分级执行机构能根据视觉检测机构的检测结果将水果按照级别分别分选至其对应的收集箱中，实现水果自动分级。
附图说明
图1为本发明的整体结构平面图。
图2为本发明的整体结构的轴测图。
图3为本发明的闸门机构的结构示意图。
图4为本发明的传送机构的结构示意图。
图5为本发明的同步机构的结构示意图。
图6为图2中区域A的局部放大图。
图7为本发明的成像镜组的内部结构剖视图。
图8为本发明的分级执行机构的结构示意图。
图9为本发明的分级抓轮结构图。
图10为本发明的闸门机构工作过程示意图。
图11为本发明的分级抓轮的工作过程示意图。
其中,1-排序单果送进机构，11-闸门机构，111-前活动闸门，112-后活动闸门，113-前带销滑块，114-后带销滑块，115-摆杆，116-偏心轮，117-环形导槽，118-滚子，12-排序通道，13-定位漏斗，14-传送机构，141-输送链条，142-透明链板，143-主动链轮，144-从动链轮，145-定位孔，15-同步机构，151-槽轮，152-缺口圆盘，153-驱动电机，2-视觉检测机构，21-可调光源，22-成像镜组，221-凸球镜面，222-圆锥镜面，23-工业摄像机，3-分级执行机构，31-收集漏斗，32-分级通道，321-活门，33a-第一分级抓轮，33b-第二分级抓轮，331-转体，332-拨抓，34a-第一落料槽，34b-第二落料槽，34c-第三落料槽，35a-第一收集箱，35b-第二收集箱，35c-第三收集箱。
具体实施方式
现结合附图和具体实施例对本发明所要求保护的技术方案作进一步详细说明。
参见附图1至附图11所示，包括有用于输送单个水果的排序单果送进机构1、用于检测水果级别的视觉检测机构2以及N组用于按级别分选水果的分级执行机构3，在本实施例中N等于二，在别的实施例中N可以根据实际需要取任意至少为一的值。
所述排序单果送进机构1包括闸门机构11、N条平行布置的排序通道12、N个定位漏斗13、传送机构14以及用于使排序通道12和传送机构14以相同节拍输送水果的同步机构15。所述排序通道12具有4°～6°的倾斜角度，水果利用自身重力沿斜面下滑掉落到定位漏斗13中，通过闸门机构11的开闭控制水果的进给，确保每一排序通道12每次只有一个水果通过相应的定位漏斗13掉落到传送机构14上。
所述闸门机构11包括设置于排序通道12上的前活动闸门111和后活动闸门112、分别连接于前活动闸门111下侧以及后活动闸门112下侧的前带销滑块113与后带销滑块114、同时与前带销滑块113和后带销滑块114滑动连接的摆杆115、偏心轮116，所述偏心轮116上成形有一圈环形导槽117，同时在摆杆115上转动连接有卡入该环形导槽117内的滚子118，通过偏心轮116带动前活动闸门111和后活动闸门112交错开合；工作时，当前活动闸门111打开，后活动闸门112关闭，检测目标A跨过前活动闸门111进入两活动闸门之间的空间；当前活动闸门111关闭，后活动闸门112打开，检测目标A跨过后闸门沿排序通道12滚落进入定位漏斗13，检测目标B、C被前闸门阻隔；前、后闸门如此往复运动，便可实现检测目标的逐个排序。
N个所述定位漏斗13分别一一布置于该N条排序通道12的出料侧；所述传送机构14包括输送链条141、套在输送链条141外的透明链板142、主动链轮143和从动链轮144，其中所述传送机构14的进料侧位于该N个定位漏斗13下方，每一透明链板142上均开有N个分别与该N个定位漏斗一一对应的定位孔145；所述同步机构15包括相互配合的槽轮151和缺口圆盘152以及用于驱动缺口圆盘152旋转的驱动电机153，所述缺口圆盘152通过皮带轮与偏心轮116同步连接，所述槽轮151通过皮带轮与主动链轮143同步连接。
同步机构15的缺口圆盘152的动力经由皮带轮传入闸门机构11，控制闸门机构的周期性开闭，同步机构15的槽轮151的动力经由皮带轮传入传送机构14，由槽轮151的间歇运动控制传送机构14的步进进给运动；通过设计带轮机构中各带轮半径的大小，控制各皮带轮的传动比，使槽轮151在运转一个单位周期内，水果经闸门机构41的控制依次逐个通过排序通道12，并下落于输送机构透明链板142的定位孔145中。
所述视觉检测机构2包括设置于透明链板142上方的用于反射检测目标上表面的N组成像镜组22和可调光源21以及设置于透明链板142下方的N个工业摄像机23，其中该N个工业摄像23机分别一一对准该N组成像镜组22。在本实施例中所述成像镜组22包括凸球镜面221和圆锥镜面222，其中所述凸球镜面221布置于顶部，所述圆锥镜面222环绕凸球镜面221。由于工业摄像头安装在检测目标的正下方，仅能摄取检测目标下表面的影像，而成像镜组22安装与检测目标的正上方，通过镜面反射原理，使摄像机能在镜组中摄取检测目标上表面的影像；凸球镜面221对检测目标表面具有放大作用，圆锥镜面222的作用是反射凸球镜面221中的镜像，使工业摄像头能摄取检测目标表面盲区的图像；所述可调光源21可改善检测环境的光照程度，使工业摄像头可摄取光照清晰的图像；所述工业摄像头配合球面-锥面镜组可获取检测目标的全表面图像信息，实现单目多视角。
每一所述分级执行机构3包括收集漏斗31、分级通道32、第一分级抓轮33a、第二分级抓轮33b、第一落料槽34a、第二落料槽34b、第三落料槽34c、第一收集箱35a、第二收集箱35b和第三收集箱35c；所述收集漏斗31布置于传送机构14的出料侧，并且N组级执行机构3内的N个收集漏斗31分别与各透明面板142中的N个定位孔145一一对应；所述分级通道32连接于收集漏斗31下侧，并且在该分级通道32前端底面开有第一出料口并在该第一出料口上设有由活门321电机驱动的活门321，所述第一落料槽34a设置于第一出料口下侧，所述第一收集箱35a设置于第一落料槽34a的出料端，所述分级通道32的末端还开有第二出料口，所述第一分级抓轮33a和第二分级抓轮33b分别布置于第二出料口的两侧，所述第一分级抓轮33a和第二分级抓轮33b的转轴平行且反向旋转，还设置有与第一分级抓轮33a对应的第二落料槽34b和第二收集箱35b以及与第二分级轮对应的第三落料槽34c和第三收集箱35c；在本实施例中所述第一分级抓轮33a和第二分级抓轮33b均包括有转体331以及连接于转体331上用于承托水果的拨抓332。所述拨抓332呈“L”形结构并至少分为两组连接于同一转体331上，各组拨抓332的数量相同且一一对应，同组拨抓332均布置于同一垂直于转体331转轴线的平面内，异组拨抓332分别布置于不同平面内。
分级执行机构3接收由视觉检测机构2传入的执行信号，执行信号按检测顺序储存于视觉检测机构2的计算机中，当检测目标依次落入收集漏斗31后，收集漏斗31中的感应开关被触发，感应信号激励计算机中检测信号输出，继而传入分级执行模块，控制相应电机的动作执行。每有一个检测目标掉入收集漏斗31触发感应开关，则仅有一组相应的检测信号从检测模块中输出。
若分级目标经图像处理后被划分为第一等级，则活门321打开，分级目标沿活门321落入第一落料槽34a，继沿落入第一收集箱35a；若分级目标被划分为第二等级，则活门321关闭，当前分级目标沿分级通道32滚出第二出料口，落入第一分级抓轮33a的拨抓332上，直到当下一个分级目标滚出时，抓轮驱动电机控制转体331逆时针转动90°，当前分级目标受拨抓332拨动，直达第一分级抓轮33a转动180°后，当前分级落入第二落料槽34b，继而落入收第二收集箱35b，与此同时，下一个分级目标已处于拨抓332上；若分级目标被划分为第三等级，则当分级目标处于第一分级抓轮33a的拨抓332上时，抓轮驱动电机驱动第二分级抓轮33b顺时针转动，处于第一分级抓轮33a拨抓332上的分级目标被第二分级抓轮33b拨抓332往顺时针方向拨离，直到分级目标落入第三落料槽34c，继而落入第三收集箱35c。
在本实施例中为避免水果损伤，所述排序通道12的上表面、定位漏斗13的内表面、活门321内表面、拨抓332内侧以及收集箱内表面均设有缓冲垫。
以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种排序视觉检测分级机，其特征在于：包括有用于输送单个水果的排序单果送进机构(1)、用于检测水果级别的视觉检测机构(2)以及N组用于按级别分选水果的分级执行机构(3)，其中N大于等于一；所述排序单果送进机构(1)包括闸门机构(11)、N条平行布置的排序通道(12)、N个定位漏斗(13)、传送机构(14)以及用于使排序通道(12)和传送机构(14)以相同节拍输送水果的同步机构(15)；所述闸门机构(11)包括设置于排序通道(12)上的前活动闸门(111)和后活动闸门(112)、分别连接于前活动闸门(111)下侧以及后活动闸门(112)下侧的前带销滑块(113)与后带销滑块(114)、同时与前带销滑块(113)和后带销滑块(114)滑动连接的摆杆(115)、偏心轮(116)，所述偏心轮(116)上成形有一圈环形导槽(117)，同时在摆杆(115)上转动连接有卡入该环形导槽(117)内的滚子(118)，通过偏心轮(116)带动前活动闸门(111)和后活动闸门(112)交错开合；N个所述定位漏斗(13)分别一一布置于该N条排序通道(12)的出料侧；所述传送机构(14)包括输送链条(141)、套在输送链条(141)外的透明链板(142)、主动链轮(143)和从动链轮(144)，其中所述传送机构(14)的进料侧位于该N个定位漏斗(13)下方，每一透明链板(12)上均开有N个分别与该N个定位漏斗一一对应的定位孔(145)；
所述视觉检测机构(2)包括设置于透明链板(142)上方的用于反射检测目标上表面的N组成像镜组(22)和可调光源(21)、以及设置于透明链板(142)下方的N个工业摄像机(23)，其中该N个工业摄像(23)机分别一一对准该N组成像镜组(22)；
每一所述分级执行机构(3)均包括收集漏斗(31)、分级通道(32)、第一分级抓轮(33a)、第二分级抓轮(33b)、第一落料槽(34a)、第二落料槽(34b)、第三落料槽(34c)、第一收集箱(35a)、第二收集箱(35b)和第三收集箱(35c)；所述收集漏斗(31)布置于传送机构(14)的出料侧，并且N组级执行机构(3)内的N个收集漏斗(31)分别与各透明面板(142)中的N个定位孔(145)一一对应；所述分级通道(32)连接于收集漏斗(31)下侧，并且在该分级通道(32)前端底面开有第一出料口并在该第一出料口上设有由活门电机驱动的活门(321)，所述第一落料槽(34a)设置于第一出料口下侧，所述第一收集箱(35a)设置于第一落料槽(34a)的出料端，所述分级通道(32)的末端还开有第二出料口，所述第一分级抓轮(33a)和第二分级抓轮(33b)分别布置于第二出料口的两侧，所述第一分级抓轮(33a)和第二分级抓轮(33b)的转轴平行且反向旋转，第一分级抓轮(33a)和第二分级抓轮(33b)均包括有转体(331)以及连接于转体(331)上用于承托水果的拨抓(332)，还设置有与第一分级抓轮(33a)对应的第二落料槽(34b)和第二收集箱(35b)以及与第二分级轮对应的第三落料槽(34c)和第三收集箱(35c)。
2.根据权利要求1所述的一种排序视觉检测分级机，其特征在于：所述排序通道(12)具有4°～6°的倾斜角度。
3.根据权利要求1所述的一种排序视觉检测分级机，其特征在于：所述成像镜组(22)包括凸球镜面(221)和圆锥镜面(222)，其中所述凸球镜面(221)布置于顶部，所述圆锥镜面(222)环绕凸球镜面(221)。
4.根据权利要求1所述的一种排序视觉检测分级机，其特征在于：所述拨抓(332)呈“L”形结构并至少分为两组连接于同一转体(331)上，各组拨抓(332)的数量相同且一一对应，同组拨抓(332)均布置于同一垂直于转体(331)转轴线的平面内，异组拨抓(332)分别布置于不同平面内。
5.根据权利要求1所述的一种排序视觉检测分级机，其特征在于：所述排序通道(12)的上表面、定位漏斗(13)的内表面、活门(321)内表面、拨抓(332)内侧以及收集箱内表面均设有缓冲垫。
6.根据权利要求1所述的一种排序视觉检测分级机，其特征在于：所述同步机构(15)包括相互配合的槽轮(151)和缺口圆盘(152)以及用于驱动缺口圆盘(152)旋转的驱动电机(153)，所述缺口圆盘(152)通过皮带轮与偏心轮(116)同步连接，所述槽轮(151)通过皮带轮与主动链轮(143)同步连接。
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