CN108876801B - 一种带视觉识别系统的物料去皮装置及去皮方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种带视觉识别系统的物料去皮装置及去皮方法，包括支撑结构、物料固定系统、刀具进给旋转系统及视觉识别系统，物料固定系统包括第一电机、主动轴、伸缩丝杆，伸缩丝杆的一端通过气缸驱动，另一端套接设置有转动杆，主动轴和转动杆的端部均固定设置有夹持件；刀具进给旋转系统包括刀具进给系统及刀具旋转系统，视觉识别系统包括光源系统、轮廓线感知系统及控制系统。本发明削皮厚度恒定可调，实现了根、茎、果类物料，尤其是金枣柿等硬皮质物料的全自动削皮，显著提高了果肉出成率，生产操作安全、环保、增加结构简单、稳定性高、可靠性强，可适用于家庭、企业等不同生产批量需求的场合。

Description

一种带视觉识别系统的物料去皮装置及去皮方法

技术领域

本发明属于物料去皮技术领域，具体涉及一种带视觉识别系统的物料去皮装置及去皮方法，尤其是金枣柿的自动削皮方法。

背景技术

削皮工序是根、茎、果类物料加工的一项重要的基础性操作，常见的削皮方法有手工去皮、机械去皮等，现有的削皮方法均存在去皮厚度不均匀、效率低等的情况。金枣柿是浙西南传统特产，制干后甘甜酥嫩，香醇味厚，甜而不腻，粗纤维含量高，营养丰富，是纯天然的有机食品，深受广大消费者喜爱，因而具有较强的市场竞争力，但是长期以来金枣柿都是采用手工削皮，削皮厚薄不一，效率低下，目前已成为影响金枣柿发展的瓶颈；传统柿子的削皮机不适用于金枣柿削皮，因为金枣柿果皮石细胞致密，光滑坚硬，普通柿子削皮机无法刨去其皮。

目前市场上出现的自动削皮机及削皮方法，虽然可以解决传统手工削皮和机械削皮中的问题，但是其结构较为复杂，加工制作成本高，自动化程度不高，使用受到一定的限制。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明涉及的目的在于提供一种带视觉识别系统的去皮装置及去皮方法，该装置能够实现削皮厚度恒定，削皮软硬皆适，可大大提高削皮效率，使根、茎、果类的物料去皮工作实现自动化生产。

本发明通过以下技术方案加以实现：

所述的一种带视觉识别系统的物料去皮装置，包括支撑结构、设置在支撑结构上的物料固定系统及刀具进给旋转系统，其特征在于该物料去皮装置还包括视觉识别系统，所述支撑结构包括底板及固定设置在底板上的支架，所述物料固定系统包括第一电机、与第一电机通过第一联轴器及第一轴承连接的主动轴、与主动轴对称设置的伸缩丝杆，所述伸缩丝杆的一端通过气缸驱动，伸缩丝杆的另一端套接设置有转动杆，所述主动轴和转动杆的端部均固定设置有夹持件；所述刀具进给旋转系统包括刀具进给系统及设置在刀具进给系统上的刀具旋转系统，所述视觉识别系统包括光源系统、轮廓线感知系统及控制系统。

所述的一种带视觉系别系统的物料去皮装置，其特征在于所述夹持件采用梅花顶尖结构。

所述的一种带视觉识别系统的物料去皮装置，其特征在于所述刀具进给系统包括横向移动机构和纵向移动机构，所述横向移动机构包括横向导轨、横向丝杆、与横向丝杆通过第二联轴器及第二轴承连接的横向电机，所述横向丝杆及横向导轨上滑动设置有横向滑板；所述横向滑板上设置有纵向移动机构，纵向移动机构包括纵向导轨、纵向丝杆、用于驱动纵向丝杆的纵向电机；所述纵向导轨及纵向丝杆上滑动设置有纵向滑板，所述纵向滑板的另一端固定设置有第二电机，所述第二电机的输出轴与刀柄连接，所述刀柄上固定设置有刀具，所述第二电机及其输出轴构成了刀具旋转系统。

所述的一种带视觉识别系统的物料去皮装置，其特征在于所述横向导轨设置有两根，其与横向丝杆位于同一水平面上且平行设置，两根横向导轨分设在横向丝杆的两侧；所述纵向导轨设置有两根，其与纵向丝杆位于同一水平面上且平行设置，两根纵向导轨分设在纵向丝杆的两侧。

所述的一种带视觉识别系统的物料去皮装置，其特征在于所述横向滑板的下底面并排设置有三个套筒，分别套接在对应的横向导轨和横向丝杆上，套接在横向丝杆上的套筒与横向丝杆通过内外螺纹实现配合；所述纵向滑板上设置有供纵向丝杆和纵向导轨穿过的通孔，与纵向丝杆连接的通孔与纵向丝杆之间通过内外螺纹实现配合。

所述的一种带视觉识别系统的物料去皮装置，其特征在于所述光源系统、轮廓线感知系统、第一电机、横向电机、纵向电机、第二电机、气缸均与控制系统电连接。

所述的带视觉识别系统的物料去皮装置的去皮方法，其特征在于包括以下步骤：

1）安装物料，将待削皮物料安装在物料固定系统中的主动轴夹持件上，且控制系统控制气缸工作，将伸缩丝杆伸出使其上设置的夹持件伸出到待削皮物料位置处，两夹持件将待削皮物料夹紧，气缸停止工作；

2）在控制系统中设定刀具移动速度、刀具半径、削皮厚度、刀具回转速度、脉冲当量Δ，设定当前位置为初始0度，脉冲个数n=0；

3）控制系统驱动光源系统发光，轮廓线感知系统获取轮廓线，轮廓线数据传送给控制系统，控制系统记录角度数据和轮廓数据，控制系统变换轮廓数据为刀具运动轨迹，角度数据α+nΔ；

4）控制系统发出驱动物料回转信号，n=n+1，回转角度记为nΔ；

5）判断物料旋转角度nΔ是否小于α，若是回到步骤3，若否继

续执行；

6）控制系统驱动刀具按照角度数据为α+nΔ时的刀具运动轨迹移动，移动结束后回到起始位置；

7）判断旋转角度是否大于360度，若否，回到步骤3，若是，执行步骤8；

8）判断回转角度是否大于（360度+α度），若是跳到步骤9，若否回到步骤4；

9）拆卸物料，完成一个物料的削皮。

本发明削皮厚度恒定可调，实现了根、茎、果类物料，尤其是金枣柿等硬皮质物料的全自动削皮，显著提高了果肉出成率，生产操作安全、环保、增加结构简单、稳定性高、可靠性强，可适用于家庭、企业等不同生产批量需求的场合。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2（a）为物料初始安装位置图，（b）为物料轮廓线识别状态示意图；（c）为削皮完成后的物料图；

图中，1-底板，2-支架，3-第一电机，4-第一联轴器，5-第一轴承，6-主动轴，7-伸缩丝杆，8-气缸，9-转动杆，10-夹持件，11-光源系统，12-轮廓线感知系统，13-控制系统，14-横向导轨，15-横向丝杆，16-第二联轴器，17-第二轴承，18-横向电机，19-横向滑板，20-纵向导轨，21-纵向丝杆，22-纵向电机，23-纵向滑板，24-第二电机，25-刀柄，26-刀具，27-套筒。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做进一步详细说明，并给出具体实施方式。

如图1所示，本发明一种带视觉识别系统的物料去皮装置，该物料去皮装置可对不同的根、茎、果类物料进行去皮。其结构具体包括：

支撑结构、设置在支撑结构上的物料固定系统及刀具进给旋转系统、视觉识别系统，支撑结构包括底板及固定设置在底板上的支架，物料固定系统包括第一电机、与第一电机通过第一联轴器及第一轴承连接的主动轴、与主动轴对称设置的伸缩丝杆，该伸缩丝杆的一端通过气缸驱动，伸缩丝杆的另一端套接设置有转动杆，转动杆与伸缩丝杆的具体连接关系为，在伸缩丝杆的端部设置一环状凹槽，所述转动杆内壁对应环状凹槽的位置处设置有一环状凸起，所述环状凸起卡接在环状凹槽内，且环状凸起能在环状凹槽内旋转，为实现物料的固定，在

主动轴和转动杆的端部均固定设置有夹持件，该夹持件采用梅花顶尖结构。

进一步地，刀具进给旋转系统包括刀具进给系统及设置在刀具进给系统上的刀具旋转系统，刀具进给系统包括横向移动机构和纵向移动机构，横向移动机构包括横向导轨、横向丝杆、与横向丝杆通过第二联轴器及第二轴承连接的横向电机，横向丝杆及横向导轨上滑动设置有横向滑板；横向滑板上设置有纵向移动机构，纵向移动机构包括纵向导轨、纵向丝杆、用于驱动纵向丝杆的纵向电机；纵向导轨及纵向丝杆上滑动设置有纵向滑板，纵向滑板的另一端固定设置有第二电机，第二电机的输出轴与刀柄连接，刀柄上固定设置有刀具，第二电机及其输出轴构成了刀具旋转系统。

进一步地，横向导轨设置有两根，其与横向丝杆位于同一水平面上且平行设置，两根横向导轨分设在横向丝杆的两侧；纵向导轨设置有两根，其与纵向丝杆位于同一水平面上且平行设置，两根纵向导轨分设在纵向丝杆的两侧。横向滑板的下底面并排设置有三个套筒，分别套接在对应的横向导轨和横向丝杆上，套接在横向丝杆上的套筒与横向丝杆通过内外螺纹实现配合；纵向滑板上设置有供纵向丝杆和纵向导轨穿过的通孔，与纵向丝杆连接的通孔与纵向丝杆之间通过内外螺纹实现配合。

为实现自动削皮，以及确保削皮的厚度一致，保证良好的果肉出成率，视觉识别系统包括光源系统、轮廓线感知系统及控制系统，光源系统、轮廓线感知系统、第一电机、横向电机、纵向电机、第二电机、气缸均与控制系统电连接。

光源系统连接控制系统，受到控制系统控制，工作时，控制系统发出指令让光源系统发出平行光，平行光发光区域完全覆盖被削皮物料在平行光发光区域的投影；轮廓线感知系统通过数据线连接控制系统，轮廓线感知系统通过数据线连接控制系统，轮廓线感知系统与光源系统平行，平行光经过被削皮物料后，一部分光线被遮挡，轮廓线感知系统上出现阴影区和光线区，轮廓线感知系统识别出阴影区和光线区的边界线，该边界线为物料当前角度下的轮廓线，轮廓线数据通过数据线传送给控制系统；控制系统控制物料回转电动机的回转角度，回转角度由脉冲当量确定，回转速度由脉冲频率决定；控制系统控制刀具回转速度，控制刀具运动轨迹、控制刀具移动速度、刀具半径；在与物料回转轴线垂直的平面内，刀具回转轴线（设定从刀尖到刀柄方向为正方向）与平行光线形成的夹角为定值，记该角度为α，且90度<α≤180度。

进一步地，带视觉识别系统的物料去皮装置的去皮方法包括以下步骤：

1）安装物料，将待削皮物料安装在物料固定系统中的主动轴夹持件上，且控制系统控制气缸工作，将伸缩丝杆伸出使其上设置的夹持件伸出到待削皮物料位置处，两夹持件将待削皮物料夹紧，气缸停止工作；

2）在控制系统中设定刀具移动速度、刀具半径、削皮厚度、刀具回转速度、脉冲当量Δ，设定当前位置为初始0度，脉冲个数n=0；

3）控制系统驱动光源系统发光，轮廓线感知系统获取轮廓线，轮廓线数据传送给控制系统，控制系统记录角度数据和轮廓数据，控制系统变换轮廓数据为刀具运动轨迹，角度数据α+nΔ；

4）控制系统发出驱动物料回转信号，n=n+1，回转角度记为nΔ；

5）判断物料旋转角度nΔ是否小于α，若是回到步骤3，若否继

续执行；

6）控制系统驱动刀具按照角度数据为α+nΔ时的刀具运动轨迹移动，移动结束后回到起始位置；

7）判断旋转角度是否大于360度，若否，回到步骤3，若是，执行步骤8；

8）判断回转角度是否大于（360度+α度），若是跳到步骤9，若否回到步骤4；

9）拆卸物料，完成一个物料的削皮。

本发明可实现自动获取轮廓曲线，待物料旋转一定角度后，自动驱动刀具沿着与轮廓曲线等距离的轨迹移动，实现一条线上的表皮去除，连续旋转从而实现所有面的去除，去皮厚度可调，去皮过程不需要人干预。

Claims (5)

1.一种带视觉识别系统的物料去皮装置，包括支撑结构、设置在支撑结构上的物料固定系统及刀具进给旋转系统，其特征在于该物料去皮装置还包括视觉识别系统，所述支撑结构包括底板（1）及固定设置在底板（1）上的支架（2），所述物料固定系统包括第一电机（3）、与第一电机（3）通过第一联轴器（4）及第一轴承（5）连接的主动轴（6）、与主动轴（6）对称设置的伸缩丝杆（7），所述伸缩丝杆（7）的一端通过气缸（8）驱动，伸缩丝杆（7）的另一端套接设置有转动杆（9），所述主动轴（6）和转动杆（9）的端部均固定设置有夹持件（10）,所述夹持件（10）采用梅花顶尖结构；所述刀具进给旋转系统包括刀具进给系统及设置在刀具进给系统上的刀具旋转系统，所述视觉识别系统包括光源系统（11）、轮廓线感知系统（12）及控制系统（13）；

所述刀具进给系统包括横向移动机构和纵向移动机构，所述横向移动机构包括横向导轨（14）、横向丝杆（15）、与横向丝杆（15）通过第二联轴器（16）及第二轴承（17）连接的横向电机（18），所述横向丝杆（15）及横向导轨（14）上滑动设置有横向滑板（19）；所述横向滑板（19）上设置有纵向移动机构，纵向移动机构包括纵向导轨（20）、纵向丝杆（21）、用于驱动纵向丝杆（21）的纵向电机（22）；所述纵向导轨（20）及纵向丝杆（21）上滑动设置有纵向滑板（23），所述纵向滑板（23）的另一端固定设置有第二电机（24），所述第二电机（24）的输出轴与刀柄（25）连接，所述刀柄（25）上固定设置有刀具（26），所述第二电机（24）及其输出轴构成了刀具旋转系统。

2.如权利要求1所述的一种带视觉识别系统的物料去皮装置，其特征在于所述横向导轨（14）设置有两根，其与横向丝杆（15）位于同一水平面上且平行设置，两根横向导轨（14）分设在横向丝杆（15）的两侧；所述纵向导轨（20）设置有两根，其与纵向丝杆（21）位于同一水平面上且平行设置，两根纵向导轨（20）分设在纵向丝杆（21）的两侧。

3.如权利要求1所述的一种带视觉识别系统的物料去皮装置，其特征在于所述横向滑板（19）的下底面并排设置有三个套筒（27），分别套接在对应的横向导轨（14）和横向丝杆（15）上，套接在横向丝杆（15）上的套筒（27）与横向丝杆（15）通过内外螺纹实现配合；所述纵向滑板（23）上设置有供纵向丝杆（21）和纵向导轨（20）穿过的通孔，与纵向丝杆（21）连接的通孔与纵向丝杆（21）之间通过内外螺纹实现配合。

4.如权利要求1所述的一种带视觉识别系统的物料去皮装置，其特征在于所述光源系统（11）、轮廓线感知系统（12）、第一电机（3）、横向电机（18）、纵向电机（22）、第二电机（24）、气缸（8）均与控制系统（13）电连接。

5.一种如权利要求1所述的带视觉识别系统的物料去皮装置的去皮方法，其特征在于包括以下步骤：

1）安装物料，将待削皮物料安装在物料固定系统中的主动轴（6）夹持件（10）上，且控制系统（13）控制气缸（8）工作，将伸缩丝杆（7）伸出使其上设置的夹持件（10）伸出到待削皮物料位置处，两夹持件（10）将待削皮物料夹紧，气缸（8）停止工作；

2）在控制系统（13）中设定刀具移动速度、刀具半径、削皮厚度、刀具回转速度、脉冲当量Δ，设定当前位置为初始0度，脉冲个数n=0；

3）控制系统（13）驱动光源系统（11）发光，轮廓线感知系统（12）获取轮廓线，轮廓线数据传送给控制系统（13），控制系统（13）记录角度数据和轮廓数据，控制系统（13）变换轮廓数据为刀具运动轨迹，角度数据α+nΔ；

4）控制系统（13）发出驱动物料回转信号，n=n+1，回转角度记为nΔ；

5）判断物料旋转角度nΔ是否小于α，若是回到步骤3，若否继续执行；

6）控制系统（13）驱动刀具（26）按照角度数据为α+nΔ时的刀具运动轨迹移动，移动结束后回到起始位置；

7）判断旋转角度是否大于360度，若否，回到步骤3，若是，执行步骤8；

8）判断回转角度是否大于60度+α度，若是跳到步骤9，若否回到步骤4；

9）拆卸物料，完成一个物料的削皮。