CN108855952A - 一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法及装置。现有茶鲜叶分选装置无法将成堆的机采茶鲜叶分出不同品级。本发明通过风送分散平铺将机采茶鲜叶原料分散并平铺；通过导叶排列将机采茶鲜叶按照单个芽叶呈纵向排列；通过间隙分离将机采茶鲜叶按照各级长度差异进行分离；通过计算机图像识别能够实现一芽一叶和一芽二叶的分离，完成机采茶鲜叶原料的分级。本发明的水平振动机由第一振动槽、振动臂组、振动底架、振动底盘和第一电机组成；倾斜式振动分级机包括振动槽组、振动架和底座；四级第二振动槽由高到低依次排布组成振动槽组。本发明有效地实现了机采茶鲜叶的初步分离以及后续的一芽一叶和一芽二叶的精准定向分离。

Description

一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法及装置

技术领域

本发明属于茶叶筛选技术领域，尤其是涉及一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法及装置。

背景技术

目前，国内外机采茶鲜叶分级技术还存在许多问题。传统的茶鲜叶分级技术主要有振动筛选机、滚筛机和风选机等。如2012年，唐小林等人发明了一种机采茶鲜叶分级机，使用振动式结构，使茶鲜叶不断振动弹跳向前流动，依次经过不同孔径的筛网，达到多级分选的目的，该方法对茶叶的损伤较小；2013年，浙江大学的任广鑫等人设计的抛掷式大宗茶鲜叶分级机使用抛掷振动方法，将茶鲜叶不断抛起通过筛孔，一定程度上减小了茶鲜叶在过筛网时的挂网率；2014年，徐自章发明的一种鲜叶分级机，设置的三级筛网可以对茶鲜叶进行多级分级；2015年，中国农业科学院茶叶研究所的袁海波等人发明的一种机采鲜叶分级分类加工方法，在鲜叶分级机的振动筛板中使用了椭圆形孔和圆形孔，在一定程度上得到了更好的分级效果。这些振动筛选机的挂网率高，容易堵孔，容易造成茶鲜叶损伤，并且效率不高。与振动筛选机相比，滚筛机效率有所提高，茶鲜叶挂网现象也相应减少；2008年，浙江大学的骆耀平等人发明的一种名优茶鲜叶分级机，将滚筒做成圆锥形，筛孔面积不断增大，可以有效分选茶鲜叶；2014年，赵科林发明一种茶叶分选设备，滚筒倾斜放置，一端由鼓风机送风，减小茶鲜叶挂网率；2016年，江苏大学的胡永光等人发明的一种等直径滚筒式茶鲜叶分级装置及方法，在进料带下方设置了风选风机，在滚筒上方设置了清筛风机，进一步减少挂网率，避免了堵筛的问题。滚筛机的效率高，原理简单、制作成本较低，上述几种发明也提出了各种清理筛孔的方法，但是滚筛机仍旧存在一些挂网和堵孔问题，而且滚筛方法筛分茶鲜叶对茶叶的损伤较大，不利于茶叶的后续加工，影响茶叶成品风味。与筛选方法不同，使用风选机分选茶鲜叶有对茶鲜叶损伤小的优点；2014年，张洪发明一种茶叶分级机，使用鼓风机向箱内送风，进料口抖落下的茶鲜叶由于大小质量以及姿态不同被吹至不同区域，可以将茶鲜叶分为三级。但是风选机的风选效果较差，分级效果并不理想。除了上述几种典型的分级设备，还有组合式的分级方法，如2011年，浙江大学的张兰兰等人经过实验发现使用自制的名优茶鲜叶分级机(MCF)与风选组合分级效果最优；2015年，重庆市农业科学院茶叶研究所的杨娟等人采用分筛机和风机组合进行机采茶鲜叶分级实验，发现机采茶鲜叶摊放一定时间后进行分级效果有明显提升；2016年，浙江理工大学的夏旭东等人发明的多级差速茶鲜叶分选单层化输送机及其茶鲜叶分选方法，该方法利用三级差速输送带对成堆积态的茶鲜叶进行平铺处理，用于后续的识别分选。这些方法也存在着茶鲜叶损伤、效率低等问题。此外还有各种茶叶色选设备，但茶叶色选多应用于干茶分选，对于茶鲜叶的分级效果不理想。

随着计算机技术的发展，国内外出现了许多智能化分级设备和分级算法的研究。2010年，农业部南京农业机械化研究所的陈怡群、常春等人将人工神经网络技术应用于鲜茶叶的分类，准确率能够达到90％以上，并且在2013年设计了一种基于神经网络的图像分析的智能鲜茶叶分级机可以区分全芽、叶包芽、一芽一叶、一芽多叶等品级，识别准确率在90％以上，但是该智能茶叶分级机的分拣效率太低，一千克茶鲜叶需要十几小时才能分拣完毕。2014年，浙江大学的何雪军通过约束Delaunay三角网识别出茶鲜叶的几何参数，通过对茶鲜叶几何特征分析将其细分等级，识别准确率在94％左右。2017年，安徽农业大学工学院的吴正敏等人基于Labview vision、图像处理技术和神经网络算法分析机采绿茶成品，实现从机采大宗绿茶中分选出名优绿茶，该方法的实现成功率为90％以上。这些计算机图像的识别准确率高，分级准确，但是这些方法对于茶鲜叶的摊放姿态提出了很高要求，茶鲜叶既不能互相遮挡堆叠也不能自身叶片之间相互遮挡，必须要在识别之前做好茶鲜叶的前处理任务，这种分级设备的分级效率很低，无法应用于生产。其他国家对分选茶叶的研究主要偏向于对茶叶的纹理以及品质特征的研究，对于机采茶鲜叶的品级分类研究较少；2011年，印度Kurukshetra大学仪表工程学院的Gagandeep Singh Gill等人基于计算机视觉的特殊方向颜色和纹理分析算法对茶叶进行分级；2013年，印度的CSIR–CSIO机构的AmitLaddi等人研究了在不同光照条件下的基于图像纹理特征分析的茶叶分类。但是这些算法的分级结果仅仅只能用于评价茶叶品质，无法将成堆的机采茶鲜叶分出不同品级。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的不足，提供一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法及装置。

本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

本发明一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法，具体步骤如下：

(1)采用风选处理，去除机采茶鲜叶原料中的杂料，并形成第一混合料和第二混合料；第一混合料主要由一芽二叶的带芽叶和三叶以上的带芽叶组成，第二混合料主要由单芽、一芽一叶的带芽叶和一芽二叶的带芽叶组成；取第一混合料和第二混合料各自进行步骤(2)、(3)、(4)和(5)；

(2)风送分散平铺：将第一混合料或第二混合料在密闭空间中通过吹风分散，平铺于输送带上，并由输送带输送至水平振动机；

(3)方向排布：水平振动机的第一振动槽以振动频率k和摆角b进行振动的过程中，不断抛掷经步骤(2)处理后的第一混合料或第二混合料，使得单芽或带芽叶的首尾方向沿第一振动槽的凹型多槽盘的导叶槽长度方向排布；其中，k在40～60Hz范围内取值，b＜20°。

(4)间隙分离：经步骤(3)处理后的单芽或带芽叶落入倾斜式振动分级机时，由带导叶防阻杆旋转带入，并依次经过四级第二振动槽；第一级第二振动槽分离得到长度为1cm以下的单芽，第二级第二振动槽分离得到长度为1-2cm的一芽一叶带芽叶初步分级料，第三级第二振动槽分离得到长度为2-3cm的一芽二叶带芽叶初步分级料，第四级第二振动槽出口得到长度为大于3cm的三叶及以上的带芽叶，完成机采茶鲜叶原料的初步分级，除三叶及以上的带芽叶外，其余分离出的单芽或带芽叶落入各自的出料斗中；三叶及以上的带芽叶由第四级第二振动槽输出；

(5)采用计算机图像识别方法进行分级分离：一芽一叶带芽叶或一芽二叶带芽叶初步分级料由各自出料斗输出至分级装置，分级装置输送过程中，采用计算机图像识别方法得到带芽叶轮廓长度和宽度，判定出带芽叶为一芽一叶还是一芽二叶，然后采用各自对应的气流喷嘴将一芽一叶带芽叶或一芽二叶带芽叶吹至各自对应的收集装置内，完成一芽一叶带芽叶与一芽二叶带芽叶的分级分离。

所述的风选处理具体为：机采鲜叶原料采用自由下落方式，在密闭空间中由横风吹选，在出风口下方沿风向依次排列设置有三个出料口，杂料掉落至最近的出料口，一部分一芽二叶的带芽叶以及三叶以上的带芽叶均落至中间的出料口，单芽、一芽一叶的带芽叶以及另一部分一芽二叶的带芽叶落至最远的出料口；重复风选处理3～4次。

风选处理中，吹风风速为3～5m/s。

步骤(5)中，分级装置主要由输送带、摄像机、计算机和气流喷嘴构成。摄像机实时拍摄输送带上的带芽叶彩色图像，将图像数据上传至计算机进行图像预处理，图像预处理包括图像去噪和确定ROI区域，再采用自适应阈值分割算法把带芽叶区域和背景区域分开，利用区域搜索算法获得带芽叶区域及带芽叶轮廓。根据区域的有无来判断当前视图中是否存在带芽叶，如果没有带芽叶则等待下一个图像数据；否则提取带芽叶轮廓特征。得到带芽叶轮廓特征后，计算带芽叶轮廓面积和周长，并通过计算带芽叶轮廓最小外接矩形，得到带芽叶轮廓长度和宽度，然后判定长度在1～2cm的为一芽一叶带芽叶，长度在2～3cm的为一芽二叶带芽叶。根据一芽一叶带芽叶或一芽二叶带芽叶移动到各自收集装置的距离计算对应收集筒对面的气流喷嘴开启时间，气流喷嘴开启时将目标带芽叶吹落至各自收集装置内，完成带芽叶的分级分离。

步骤(5)中，摄像机边上布置20瓦环形LED白色光源。

步骤(5)中，摄像机采用POINT GREY公司的Grasshopper系列的型号为GRAS-O3K2C的彩色工业相机，图像分辨率640×480，镜头焦距8mm。摄像机安装在暗箱内，架设高度距离输送带带面300mm，快门速度设置为1ms。

步骤(5)中，输送带末端一侧设置间距排布的两个气流喷嘴，间距为10cm，分别将一芽一叶带芽叶和一芽二叶带芽叶吹落至各自收集装置内。

本发明一种机采茶鲜叶原料的定向分级装置，包括水平振动机和倾斜式振动分级机；所述的水平振动机由第一振动槽、振动臂组、振动底架、振动底盘和第一电机组成。所述的振动底架包括机架、第一传动轴、第一偏心轮、第一带轮和振动摇杆；第一传动轴通过轴承支承在机架上；第一传动轴上固定有第一偏心轮和第一带轮；振动摇杆一端与第一偏心轮铰接，另一端与振动底盘的配重块铰接；第一电机的底座固定在机架上，固定在第一电机输出轴上的第一带轮与固定在第一传动轴上的第一带轮通过传送带连接；所述的第一振动槽由凹型多槽盘、振动槽架、螺钉组和槽盘调整机构组成；凹型多槽盘两侧各连接两个螺钉组，螺钉组由间距排布的两个螺钉组成，每个螺钉组中的两个螺钉嵌入振动槽架对应的一个调节槽内，所有螺钉尾部均与凹型多槽盘通过螺纹连接；凹型多槽盘设有多条导叶槽，导叶槽的长度方向为传输方向；所述的槽盘调整机构包括调整杆、齿轮和齿条；调整杆两端均与振动槽架构成转动副，且调整杆一端设有调整手柄；齿轮固定在调整杆上，并与齿条啮合；齿条固定在凹型多槽盘底部；所述的振动底盘由振动底盘架和配重块组成；配重块固定在振动底盘架上。振动臂组由四个振动臂组成，四个振动臂阵列排布在第一振动槽两侧；振动臂的中部与机架固连，上端与振动槽架铰接，下端与振动底盘架铰接。

所述的倾斜式振动分级机包括振动槽组、振动架和底座；四级第二振动槽由高到低依次排布组成振动槽组；所述的振动架包括振动机架、第二传动轴、共轭偏心轮、振动片、第二电机、第二带轮和出料斗组；第二传动轴通过轴承支承在振动机架上，第二传动轴上固定有共轭偏心轮和第二带轮；共轭偏心轮由相位角相差180°且固定在一起的两个第二偏心轮组成；第二电机的底座与振动机架固定，固定在第二电机输出轴上的第二带轮与固定在第二传动轴上的第二带轮通过传送带连接；振动机架底部通过多片振动片与底座固定，所有振动片均分为两组设置在振动机架两侧，每组中的振动片沿振动机架长度方向等距排布；所述的第二振动槽包括凹型多槽盘、振动槽架、螺钉组和槽盘调整机构，还包括物料防阻机构；第二振动槽的凹型多槽盘、振动槽架、螺钉组和槽盘调整机构之间的装配关系与第一振动槽的完全一致；物料防阻机构设置在凹型多槽盘的输入端；所述的物料防阻机构由第三电机、第三带轮、传送带、第四带轮和带导叶防阻杆组成；第三电机固定在凹型多槽盘上，第三电机的输出轴上固定第三带轮，固定在带导叶防阻杆上的第四带轮与第三带轮通过传送带连接；带导叶防阻杆两端均与凹型多槽盘构成转动副，且设置在凹型多槽盘上方；带导叶防阻杆上固定有两片或三片长条型导叶。四级第二振动槽的振动槽架均与振动机架固定，且第二振动槽的凹型多槽盘倾斜设置；各级第二振动槽的凹型多槽盘均关于各自振动槽架长度方向的中心线对称设置时，第n级第二振动槽的凹型多槽盘与第n+1级第二振动槽的带导叶防阻杆之间的间距在水平方向的投影为n厘米，在竖直方向的投影小于10厘米，n取值为1,2或3；四级第二振动槽的倾斜方向相同，且均由较高位置的第二振动槽朝向较低位置的第二振动槽方向倾斜。出料斗组由等距固定在振动机架上的三个出料斗组成，每相邻两个第二振动槽的间距位置正下方设置一个出料斗。

所述第一振动槽的凹型多槽盘水平设置，第一振动槽位于最高位置第二振动槽的上方；第一振动槽的凹型多槽盘和最高位置第二振动槽的凹型多槽盘均关于各自振动槽架长度方向的中心线对称设置时，第一振动槽的凹型多槽盘与最高位置第二振动槽的凹型多槽盘在水平面的投影无重叠面积，且第一振动槽的凹型多槽盘与最高位置第二振动槽的带导叶防阻杆之间的间距在水平方向的投影为0，在竖直方向的投影小于10厘米。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明通过风送分散平铺方法能够将机采茶鲜叶原料分散并平铺；通过导叶排列能够将机采茶鲜叶按照单个芽叶呈纵向排列；通过间隙分离能够将机采茶鲜叶按照各级长度差异进行分离；通过计算机图像识别能够实现一芽一叶和一芽二叶的精准分离，完成机采茶鲜叶原料的分级；即通过风选处理、风送分散平铺、导叶排列、间隙分离及计算机图像识别分选等步骤，有效地实现了机采茶鲜叶的初步分离以及后续的一芽一叶和一芽二叶的精准定向分离。

附图说明

图1为本发明中水平振动机的整体结构立体图。

图2为本发明中水平振动机的底部示意图。

图3为本发明中槽盘调整机构的结构示意图。

图4为本发明中倾斜振动分级机的结构示意图。

图5为本发明中第二振动槽的结构示意图。

图6为本发明中物料防阻机构的装配示意图。

图7为本发明中倾斜振动分级机的侧视图。

图中：1、第一振动槽，1-1、凹型多槽盘，1-2、振动槽架，1-3、螺钉，1-4、槽盘调整机构，1-4-1、调整杆，1-4-2、齿轮，1-4-3、齿条，2、振动臂组，3、振动底架，3-1、机架，3-2、第一传动轴，3-3、第一偏心轮，3-4、第一带轮，3-5、振动摇杆，4、振动底盘，4-1、振动底盘架，4-2、配重块，5、第一电机，6、第二振动槽，6-1、物料防阻机构，6-1-1、第三电机，6-1-2、第三带轮，6-1-3、传送带，6-1-4、第四带轮，6-1-5、带导叶防阻杆，7、振动架，7-1、振动机架，7-2、第二传动轴，7-3、共轭偏心轮，7-4、振动片，7-5、第二电机，7-6、第二带轮，7-7、出料斗组，8、底座。

具体实施方式

如图1、图2和图4所示，一种机采茶鲜叶原料的定向分级装置，包括水平振动机和倾斜式振动分级机，水平振动机完成单芽或带芽叶的方向排布，倾斜式振动分级机完成间隙分离。

如图1、图2和图3所示，水平振动机由第一振动槽1、振动臂组2、振动底架3、振动底盘4和第一电机5组成。振动底架3包括机架3-1、第一传动轴3-2、第一偏心轮3-3、第一带轮3-4和振动摇杆3-5；第一传动轴3-2通过轴承支承在机架3-1上；第一传动轴3-2上固定有第一偏心轮3-3和第一带轮3-4；振动摇杆3-5一端与第一偏心轮3-3铰接，另一端与振动底盘4的配重块4-2铰接；第一电机5的底座固定在机架3-1上，固定在第一电机5输出轴上的第一带轮与固定在第一传动轴3-2上的第一带轮3-4通过传送带连接；第一振动槽1由凹型多槽盘1-1、振动槽架1-2、螺钉组和槽盘调整机构1-4组成；凹型多槽盘1-1两侧各连接两个螺钉组，螺钉组由间距排布的两个螺钉1-3组成，每个螺钉组中的两个螺钉1-3嵌入振动槽架1-2对应的一个调节槽内，所有螺钉1-3尾部均与凹型多槽盘1-1通过螺纹连接；凹型多槽盘设有多条(本实施例中为十四条)导叶槽，导叶槽的长度方向为传输方向；槽盘调整机构1-4包括调整杆1-4-1、齿轮1-4-2和齿条1-4-3；调整杆1-4-1两端均与振动槽架1-2构成转动副，且调整杆一端设有调整手柄；齿轮1-4-2固定在调整杆1-4-1上，并与齿条1-4-3啮合；齿条1-4-3固定在凹型多槽盘1-1底部；振动底盘4由振动底盘架4-1和配重块4-2组成；配重块4-2固定在振动底盘架4-1上。振动臂组2由四个振动臂组成，四个振动臂阵列排布在第一振动槽1两侧(每侧两个振动臂)；振动臂的中部与机架3-1固连，上端与振动槽架1-2铰接，下端与振动底盘架4-1铰接。

调整手柄带动调整杆1-4-1和齿轮1-4-2转动，齿条1-4-3与齿轮1-4-2啮合传动，与齿条1-4-3固定的凹型多槽盘1-1便与振动槽架1-2产生相对滑移运动。

如图4、图5、图6和图7所示，倾斜式振动分级机包括振动槽组、振动架7和底座8；四级第二振动槽6由高到低依次排布组成振动槽组；振动架7包括振动机架7-1、第二传动轴7-2、共轭偏心轮7-3、振动片7-4、第二电机7-5、第二带轮7-6和出料斗组7-7；第二传动轴7-2通过轴承支承在振动机架7-1上，第二传动轴7-2上固定有共轭偏心轮7-3和第二带轮7-6；共轭偏心轮7-3由相位角相差180°且固定在一起的两个第二偏心轮组成；第二电机7-5的底座与振动机架7-1固定，固定在第二电机7-5输出轴上的第二带轮7-6与固定在第二传动轴7-2上的第二带轮7-6通过传送带连接；振动机架7-1底部通过十六片振动片7-4与底座8固定(即振动片7-4两端与振动机架7-1和底座8分别固定)，十六片振动片7-4分为两组设置在振动机架7-1两侧，每组中的振动片7-4沿振动机架7-1长度方向等距排布；底座8放置在水平地面上；第二振动槽6包括凹型多槽盘1-1、振动槽架1-2、螺钉组和槽盘调整机构1-4，还包括物料防阻机构6-1；第二振动槽6的凹型多槽盘1-1、振动槽架1-2、螺钉组和槽盘调整机构1-4之间的装配关系与第一振动槽1的完全一致；物料防阻机构设置在凹型多槽盘1-1的输入端；物料防阻机构6-1由第三电机6-1-1、第三带轮6-1-2、传送带6-1-3、第四带轮6-1-4和带导叶防阻杆6-1-5组成；第三电机6-1-1固定在凹型多槽盘1-1上，第三电机6-1-1的输出轴上固定第三带轮6-1-2，固定在带导叶防阻杆6-1-5上的第四带轮6-1-4与第三带轮6-1-2通过传送带6-1-3连接；带导叶防阻杆6-1-5两端均与凹型多槽盘1-1构成转动副，且设置在凹型多槽盘1-1上方；带导叶防阻杆6-1-5上固定有两片或三片长条型导叶。四级第二振动槽6的振动槽架1-2均与振动机架7-1固定，且第二振动槽6的凹型多槽盘1-1倾斜设置；各级第二振动槽6的凹型多槽盘1-1均关于各自振动槽架1-2长度方向的中心线对称设置时，第n级第二振动槽的凹型多槽盘1-1与第n+1级第二振动槽的带导叶防阻杆6-1-5之间的间距在水平方向的投影为n厘米，在竖直方向的投影小于10厘米，n取值为1,2或3；四级第二振动槽6的倾斜方向相同，且均由较高位置的第二振动槽6朝向较低位置的第二振动槽6方向倾斜。出料斗组7-7由等距固定在振动机架7-1上的三个出料斗组成，每相邻两个第二振动槽的间距位置正下方设置一个出料斗。

第一振动槽1的凹型多槽盘1-1水平设置，第一振动槽1位于最高位置第二振动槽6的上方；第一振动槽1的凹型多槽盘1-1和最高位置第二振动槽的凹型多槽盘1-1均关于各自振动槽架1-2长度方向的中心线对称设置时，第一振动槽1的凹型多槽盘1-1与最高位置第二振动槽的凹型多槽盘1-1在水平面的投影无重叠面积(保证第一振动槽输入端、第一振动槽输出端、第二振动槽输入端沿传输方向顺序排布)，且第一振动槽1的凹型多槽盘1-1与最高位置第二振动槽的带导叶防阻杆6-1-5之间的间距在水平方向的投影为0，在竖直方向的投影小于10厘米。

该机采茶鲜叶原料的定向分级装置对茶鲜叶进行定向分级的方法，具体步骤如下：

(1)风选处理：机采茶鲜叶组成复杂，包含单芽、带芽叶(一芽一叶、一芽二叶、三叶以上的带芽叶)及杂料(单片叶、断芽、碎片叶、断枝、断茎)；采用风选处理，去除机采茶鲜叶原料中的杂料，并形成第一混合料和第二混合料；第一混合料主要由一芽二叶的带芽叶和三叶以上的带芽叶组成，第二混合料主要由单芽、一芽一叶的带芽叶和一芽二叶的带芽叶组成；取第一混合料和第二混合料各自进行步骤(2)、(3)、(4)和(5)；

(2)风送分散平铺：将第一混合料或第二混合料在密闭空间中通过吹风分散，平铺于输送带上，并由输送带输送至水平振动机；风送分散平铺后基本达到各单芽或带芽叶不重叠；

(3)方向排布：第一电机5驱动第一传动轴3-2和第一偏心轮3-3转动，从而使振动摇杆3-5摆动，带动振动底盘4、振动臂及第一振动槽1振动，第一振动槽1以振动频率k和摆角b进行振动的过程中，不断抛掷经步骤(2)处理后的第一混合料或第二混合料，使得单芽或带芽叶的首尾方向沿第一振动槽1的凹型多槽盘1-1的导叶槽长度方向排布；其中，k在40～60Hz范围内取值(本实施例中取50Hz)，b＜20°。

(4)间隙分离：经步骤(3)处理后的单芽或带芽叶落入倾斜式振动分级机时，由带导叶防阻杆6-1-5旋转带入，并依次经过四级第二振动槽6；其中，带导叶防阻杆6-1-5由第三电机6-1-1经第三带轮6-1-2、传送带6-1-3和第四带轮6-1-4驱动实现旋转，振动机架7-1由第二电机7-5经第二带轮7-6、第二传动轴7-2和共轭偏心轮7-3驱动实现振动；这里，尽管经过步骤(1)的风选处理，但第一混合料或第二混合料中仍然可能掺杂各级别芽叶甚至是杂料，因此才需要进行间隙分离；间隙分离的原理如下：根据单芽或带芽叶长短不同的特性，第一级第二振动槽6分离得到长度为1cm以下的单芽，第二级第二振动槽6分离得到长度为1-2cm的一芽一叶带芽叶初步分级料，第三级第二振动槽6分离得到长度为2-3cm的一芽二叶带芽叶初步分级料，第四级第二振动槽6出口得到长度为大于3cm的三叶及以上的带芽叶，完成机采茶鲜叶原料的初步分级，除三叶及以上的带芽叶外，其余分离出的单芽或带芽叶落入各自的出料斗中；三叶及以上的带芽叶由第四级第二振动槽6输出；其中一芽一叶、一芽二叶带芽叶中存有少量其它级别芽叶的混杂，其余各级别芽叶已符合茶叶加工要求；

(5)采用计算机图像识别方法进行分级分离：一芽一叶带芽叶或一芽二叶带芽叶初步分级料由各自出料斗输出至分级装置，分级装置输送过程中，采用计算机图像识别方法得到带芽叶轮廓长度和宽度，判定出带芽叶为一芽一叶还是一芽二叶，然后采用各自对应的气流喷嘴将一芽一叶带芽叶或一芽二叶带芽叶吹至各自对应的收集装置内，完成一芽一叶带芽叶与一芽二叶带芽叶的分级分离。

步骤(1)具体为：机采鲜叶原料采用自由下落方式，在密闭空间中由横风(风向水平)吹选，风力可调，在出风口下方沿风向依次排列设置有三个出料口，杂料掉落至最近的出料口，一部分一芽二叶的带芽叶以及三叶以上的带芽叶均落至中间的出料口，单芽、一芽一叶的带芽叶以及另一部分一芽二叶的带芽叶落至最远的出料口；风选处理一次可去除机采茶鲜叶原料中80％以上的杂料；根据鲜叶原料差异可重复风选处理3～4次。风选处理后，一芽二叶的带芽叶以及三叶以上的带芽叶形成第一混合料，单芽、一芽一叶的带芽叶以及一芽二叶的带芽叶形成第二混合料。

步骤(2)中，吹风风速为3～5m/s。

步骤(5)中，分级装置主要由输送带(外部动力驱动输送带传动)、摄像机、计算机和气流喷嘴构成。摄像机实时拍摄输送带上的带芽叶彩色图像，将图像数据上传至计算机进行图像预处理，图像预处理包括图像去噪和确定ROI区域(感兴趣区域)，再采用自适应阈值分割算法把带芽叶区域和背景区域分开，利用区域搜索算法获得带芽叶区域及带芽叶轮廓。根据区域的有无来判断当前视图中是否存在带芽叶，如果没有带芽叶则等待下一个图像数据；否则提取带芽叶轮廓特征。得到带芽叶轮廓特征后，计算带芽叶轮廓面积和周长，并通过计算带芽叶轮廓最小外接矩形，得到带芽叶轮廓长度和宽度，然后判定长度在1～2cm的为一芽一叶带芽叶，长度在2～3cm的为一芽二叶带芽叶。根据一芽一叶带芽叶或一芽二叶带芽叶移动到各自收集装置的距离计算对应收集筒对面的气流喷嘴开启时间，气流喷嘴开启时将目标带芽叶吹落至各自收集装置内，完成带芽叶的分级分离。

步骤(5)中，摄像机边上布置20瓦环形LED白色光源。

步骤(5)中，摄像机采用POINT GREY公司的Grasshopper系列的型号为GRAS-O3K2C的彩色工业相机，图像分辨率640×480，镜头焦距8mm。摄像机安装在暗箱内，架设高度距离输送带带面300mm，快门速度设置为1ms。

步骤(5)中，输送带末端一侧设置间距排布的两个气流喷嘴，间距为10cm，分别将一芽一叶带芽叶和一芽二叶带芽叶吹落至各自收集装置内。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

(1)采用风选处理，去除机采茶鲜叶原料中的杂料，并形成第一混合料和第二混合料；第一混合料主要由一芽二叶的带芽叶和三叶以上的带芽叶组成，第二混合料主要由单芽、一芽一叶的带芽叶和一芽二叶的带芽叶组成；取第一混合料和第二混合料各自进行步骤(2)、(3)、(4)和(5)；

(2)风送分散平铺：将第一混合料或第二混合料在密闭空间中通过吹风分散，平铺于输送带上，并由输送带输送至水平振动机；

(3)方向排布：水平振动机的第一振动槽以振动频率k和摆角b进行振动的过程中，不断抛掷经步骤(2)处理后的第一混合料或第二混合料，使得单芽或带芽叶的首尾方向沿第一振动槽的凹型多槽盘的导叶槽长度方向排布；其中，k在40～60Hz范围内取值，b＜20°；

(4)间隙分离：经步骤(3)处理后的单芽或带芽叶落入倾斜式振动分级机时，由带导叶防阻杆旋转带入，并依次经过四级第二振动槽；第一级第二振动槽分离得到长度为1cm以下的单芽，第二级第二振动槽分离得到长度为1-2cm的一芽一叶带芽叶初步分级料，第三级第二振动槽分离得到长度为2-3cm的一芽二叶带芽叶初步分级料，第四级第二振动槽出口得到长度为大于3cm的三叶及以上的带芽叶，完成机采茶鲜叶原料的初步分级，除三叶及以上的带芽叶外，其余分离出的单芽或带芽叶落入各自的出料斗中；三叶及以上的带芽叶由第四级第二振动槽输出；

(5)采用计算机图像识别方法进行分级分离：一芽一叶带芽叶或一芽二叶带芽叶初步分级料由各自出料斗输出至分级装置，分级装置输送过程中，采用计算机图像识别方法得到带芽叶轮廓长度和宽度，判定出带芽叶为一芽一叶还是一芽二叶，然后采用各自对应的气流喷嘴将一芽一叶带芽叶或一芽二叶带芽叶吹至各自对应的收集装置内，完成一芽一叶带芽叶与一芽二叶带芽叶的分级分离。

2.根据权利要求1所述的一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法，其特征在于：所述的风选处理具体为：机采鲜叶原料采用自由下落方式，在密闭空间中由横风吹选，在出风口下方沿风向依次排列设置有三个出料口，杂料掉落至最近的出料口，一部分一芽二叶的带芽叶以及三叶以上的带芽叶均落至中间的出料口，单芽、一芽一叶的带芽叶以及另一部分一芽二叶的带芽叶落至最远的出料口；重复风选处理3～4次。

3.根据权利要求1或2所述的一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法，其特征在于：风选处理中，吹风风速为3～5m/s。

4.根据权利要求1所述的一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法，其特征在于：步骤(5)中，分级装置主要由输送带、摄像机、计算机和气流喷嘴构成；摄像机实时拍摄输送带上的带芽叶彩色图像，将图像数据上传至计算机进行图像预处理，图像预处理包括图像去噪和确定ROI区域，再采用自适应阈值分割算法把带芽叶区域和背景区域分开，利用区域搜索算法获得带芽叶区域及带芽叶轮廓；根据区域的有无来判断当前视图中是否存在带芽叶，如果没有带芽叶则等待下一个图像数据；否则提取带芽叶轮廓特征；得到带芽叶轮廓特征后，计算带芽叶轮廓面积和周长，并通过计算带芽叶轮廓最小外接矩形，得到带芽叶轮廓长度和宽度，然后判定长度在1～2cm的为一芽一叶带芽叶，长度在2～3cm的为一芽二叶带芽叶；根据一芽一叶带芽叶或一芽二叶带芽叶移动到各自收集装置的距离计算对应收集筒对面的气流喷嘴开启时间，气流喷嘴开启时将目标带芽叶吹落至各自收集装置内，完成带芽叶的分级分离。

5.根据权利要求4所述的一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法，其特征在于：步骤(5)中，摄像机边上布置20瓦环形LED白色光源。

6.根据权利要求4所述的一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法，其特征在于：步骤(5)中，摄像机采用POINT GREY公司的Grasshopper系列的型号为GRAS-O3K2C的彩色工业相机，图像分辨率640×480，镜头焦距8mm；摄像机安装在暗箱内，架设高度距离输送带带面300mm，快门速度设置为1ms。

7.根据权利要求1或4所述的一种机采茶鲜叶原料的定向分级方法，其特征在于：步骤(5)中，输送带末端一侧设置间距排布的两个气流喷嘴，间距为10cm，分别将一芽一叶带芽叶和一芽二叶带芽叶吹落至各自收集装置内。

8.一种机采茶鲜叶原料的定向分级装置，包括水平振动机和倾斜式振动分级机；其特征在于：所述的水平振动机由第一振动槽、振动臂组、振动底架、振动底盘和第一电机组成；所述的振动底架包括机架、第一传动轴、第一偏心轮、第一带轮和振动摇杆；第一传动轴通过轴承支承在机架上；第一传动轴上固定有第一偏心轮和第一带轮；振动摇杆一端与第一偏心轮铰接，另一端与振动底盘的配重块铰接；第一电机的底座固定在机架上，固定在第一电机输出轴上的第一带轮与固定在第一传动轴上的第一带轮通过传送带连接；所述的第一振动槽由凹型多槽盘、振动槽架、螺钉组和槽盘调整机构组成；凹型多槽盘两侧各连接两个螺钉组，螺钉组由间距排布的两个螺钉组成，每个螺钉组中的两个螺钉嵌入振动槽架对应的一个调节槽内，所有螺钉尾部均与凹型多槽盘通过螺纹连接；凹型多槽盘设有多条导叶槽，导叶槽的长度方向为传输方向；所述的槽盘调整机构包括调整杆、齿轮和齿条；调整杆两端均与振动槽架构成转动副，且调整杆一端设有调整手柄；齿轮固定在调整杆上，并与齿条啮合；齿条固定在凹型多槽盘底部；所述的振动底盘由振动底盘架和配重块组成；配重块固定在振动底盘架上；振动臂组由四个振动臂组成，四个振动臂阵列排布在第一振动槽两侧；振动臂的中部与机架固连，上端与振动槽架铰接，下端与振动底盘架铰接；

所述的倾斜式振动分级机包括振动槽组、振动架和底座；四级第二振动槽由高到低依次排布组成振动槽组；所述的振动架包括振动机架、第二传动轴、共轭偏心轮、振动片、第二电机、第二带轮和出料斗组；第二传动轴通过轴承支承在振动机架上，第二传动轴上固定有共轭偏心轮和第二带轮；共轭偏心轮由相位角相差180°且固定在一起的两个第二偏心轮组成；第二电机的底座与振动机架固定，固定在第二电机输出轴上的第二带轮与固定在第二传动轴上的第二带轮通过传送带连接；振动机架底部通过多片振动片与底座固定，所有振动片均分为两组设置在振动机架两侧，每组中的振动片沿振动机架长度方向等距排布；所述的第二振动槽包括凹型多槽盘、振动槽架、螺钉组和槽盘调整机构，还包括物料防阻机构；第二振动槽的凹型多槽盘、振动槽架、螺钉组和槽盘调整机构之间的装配关系与第一振动槽的完全一致；物料防阻机构设置在凹型多槽盘的输入端；所述的物料防阻机构由第三电机、第三带轮、传送带、第四带轮和带导叶防阻杆组成；第三电机固定在凹型多槽盘上，第三电机的输出轴上固定第三带轮，固定在带导叶防阻杆上的第四带轮与第三带轮通过传送带连接；带导叶防阻杆两端均与凹型多槽盘构成转动副，且设置在凹型多槽盘上方；带导叶防阻杆上固定有两片或三片长条型导叶；四级第二振动槽的振动槽架均与振动机架固定，且第二振动槽的凹型多槽盘倾斜设置；各级第二振动槽的凹型多槽盘均关于各自振动槽架长度方向的中心线对称设置时，第n级第二振动槽的凹型多槽盘与第n+1级第二振动槽的带导叶防阻杆之间的间距在水平方向的投影为n厘米，在竖直方向的投影小于10厘米，n取值为1,2或3；四级第二振动槽的倾斜方向相同，且均由较高位置的第二振动槽朝向较低位置的第二振动槽方向倾斜；出料斗组由等距固定在振动机架上的三个出料斗组成，每相邻两个第二振动槽的间距位置正下方设置一个出料斗；

所述第一振动槽的凹型多槽盘水平设置，第一振动槽位于最高位置第二振动槽的上方；第一振动槽的凹型多槽盘和最高位置第二振动槽的凹型多槽盘均关于各自振动槽架长度方向的中心线对称设置时，第一振动槽的凹型多槽盘与最高位置第二振动槽的凹型多槽盘在水平面的投影无重叠面积，且第一振动槽的凹型多槽盘与最高位置第二振动槽的带导叶防阻杆之间的间距在水平方向的投影为0，在竖直方向的投影小于10厘米。