CN109047016A - 一种机器视觉结合激光的货物分选设备、系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器视觉结合激光的货物分选设备、系统及其方法，包括控制器、用于传输货物的传输机构、用于收集传输机构传输的货物信息的拍摄机构、依据控制器对货物信息的分级结果对货物进行分类操作的分选执行机构，传输机构、拍摄机构、分选执行机构均与控制器连接；本发明通过实现货物的除杂、分选的流程全部自动化，能够有效且高质量的完成货物的分选，提高货物的附加值。
Description
技术领域
本发明涉及货物分选技术领域，尤其是涉及一种机器视觉结合激光的货物分选设备、系统及其方法。
背景技术
槟榔是我国四大南药之一，同时也是一种人们喜爱的佳果。我国早在明代人们就有嚼食槟榔的历史，目前已风靡中国、印度和东南亚等很多国家和地区。但目前槟榔食品制造业仍然属于劳动密集型产业，大部分工序需要通过人工来完成，人工缺乏及人力成本增加目前已成为槟榔行业发展的最大瓶颈。这就对槟榔食品自动化生产提出了迫切需求。槟榔的品质直接决定槟榔食品的口感和质量。在槟榔的加工生产过程中，对槟榔进行分选是第一步，也是至关重要的一步。不论是青果还是烟果，都需要依据槟榔籽的尺寸大小、表面纹路等特征对槟榔籽进行分选分级，确保加工的槟榔产品具有良好的品质等级。
现有技术存在如下缺点：一是人工目测选籽过程全凭技工主观把握，不同的技工对同一槟榔籽的尺寸大小和表面纹路存在视觉误差，不能保证同一等级的槟榔产品具有相同的品质；二是槟榔籽表面灰尘杂物多，杂质的存在影响分选设备的使用寿命和使用效率，需要经常对设备进行维护，除杂上料机构的设置能够实现杂质的处理，提高分选设备的使用寿命和使用效率，减少设备的清洁频率，也影响了分选效率；三是回收机构设计在输送装置外侧，需要多个输送机才能实现未分选果的回收再分选，占地面积大，能耗高；四是设备无法适应多种货物的分选，更换货物即需要人工进行设定与调整，费时费力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器视觉结合激光的货物分选设备、系统及其方法，本发明通过实现货物的除杂、分选的流程全部自动化，能够有效且高质量的完成货物的分选，提高货物的附加值。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种机器视觉结合激光的货物分选设备，包括控制器、用于传输货物的传输机构、用于采集传输机构传输的货物信息的采集机构、依据控制器对货物信息的分级结果对货物进行分类操作的分选执行机构，传输机构、采集机构、分选执行机构均与控制器连接。传输机构将货物运输到采集机构位置时，控制器启动采集机构收集货物信息，控制器比较预先设定的级别对货物信息进行处理并分级，传输机构将货物运输到分选执行机构时，分选执行机构依据控制器对货物信息的分级结果进行分类操作。通过上述技术，能够有效且高质量的完成货物的分选，提高货物的附加值。
作为优选，设在机架内的传输机构包括与控制器连接的第一电机、与第一电机连接的第一链轮、与第一链轮连接的第一链条、与第一链条连接的第二链轮，第一链条上设有托辊，托辊上方设有毛刷，托辊下方设有摩擦装置。托辊的设置能够让货物放置在托辊上，毛刷的设置能让重叠的货物分离，摩擦装置的设置能让托辊自转，将重叠的货物通过转动分离。毛刷设置数量为两组，经试验表明，两组毛刷的设置能够较为高效将货物分类成单个。毛刷与托辊的距离大于货物直径或高度，仅能让一个货物通过。托辊内部为空心结构。空心结构的托辊一方面结构轻便牢固，另一方面较为节省材料与成本。托辊上设有防止货物卡入托辊内部的封头，能够防止运输小型货物时，货物落入托辊内部，造成传输装置卡顿，同时也能防止其他杂物落入托辊中。封头上设有防止封头滑出的卡簧，能够有效防止封头滑动。第一链条与托辊通过转轴连接，转轴与托辊之间设有挡圈。第一电机、第一链轮、第一链条、第二链轮组成两套传输装置，两套传输装置通过联轴器连接。单个传输装置容易抖动，两套传输装置的设置，能够有效减少传输装置的抖动，使货物运输更稳定。
作为优选，采集机构包括设在托辊上方的摄像头和激光发射器、设在摩擦装置下方的光源，摄像头、激光发射器均与控制器连接。激光和摄像头的设置，能够将货物表面的长度、宽度、表面积、表面纹理、表面缺陷信息提取出来。
作为优选，分选执行机构包括将货物吹落的吹气机构、控制吹气时间和吹气量的电磁阀、定位货物所处位置的旋转编码器，电磁阀和吹气机构、控制器分别连接，旋转编码器与控制器连接。旋转编码器能够通过链条和托辊定位货物所处的位置，电磁阀能够控制吹气机构吹气压力、吹气时间和吹气量，高效完成货物的分类。吹气机构的数量和分级的级别数量向对应，均设有若干个。每个吹气机构下方均设有出料装置。摩擦装置包括摩擦条和透明摩擦块，光源上方设有透明摩擦块，透明摩擦块通过胶与光源固定，透明摩擦块可实现摄像头下方拍照时货物的转动，可拍摄到货物的全面表面信息，摩擦条位于透明摩擦块一侧。
作为优选，还包括除杂上料机构，除杂上料装置包括第一提升装置、滚筒去杂装置、除尘装置、第二提升机，第一提升装置包括与控制器连接的第二电机、与第二电机连接的第三链轮、与第三链轮连接的第二链条、与第二链条连接的第四链轮；滚筒去杂装置设有货物入口和货物出口，货物入口设在第一提升装置下方；与控制器连接的除尘装置设在货物入口上方，第二提升装置包括与控制器连接的第三电机、与第三电机连接的第五链轮、与第五链轮连接的第三链条、与第三链条连接的第六链轮，第五链轮设在货物出口处。滚筒去杂装置包括小杂滚筒、中杂滚筒和大杂滚筒，货物入口设在小杂滚筒上，货物出口设在大杂滚筒上，货物进入滚筒去杂装置后，对不同的杂质进行处理，将杂质处理更干净；除尘装置上设有第五电机，除尘装置通过吸气将轻质杂质吸走。杂质的存在影响分选设备的使用寿命和使用效率，需要经常对设备进行维护，除杂上料机构的设置能够实现杂质的处理，提高分选设备的使用寿命和使用效率，减少设备的清洁频率。
作为优选，第三链轮处设有进料斗，第四链轮与货物入口之间通过第一漏斗连接，除尘装置设在第一漏斗上，第五链轮处设有用于接收货物的出料斗，第六链轮与托辊之间设有第二漏斗。进料斗上设有网栅去杂结构，能够初步过滤杂质。第一漏斗的设置，能够防止货物从第一提升机到货物入口时货物漏出的现象，第二漏斗的设置，能够防止货物从第二提升机到托辊上时货物漏出的现象，同时也能防止货物掉落时导致货物损伤的情况。
作为优选，还包括回收机构，回收机构设在传输机构下方，传输机构和第二提升装置均设有两个，回收机构设在两个传输机构和两个第二提升装置中间，两个第二提升装置通过联轴器连接，传输机构和回收机构中间设有U型挡板，回收机构上设有与控制器连接的第四电机。回收机构的设置能够将掉落的货物进行分类，防止货物的浪费。
一种机器视觉结合激光的货物分选系统，包括控制器、设在传输机构上并用于传输货物的传输系统、设在采集机构上并用于采集传输系统传输的货物信息的信息提取模块、设在分选执行机构上并依据控制器对货物信息的分级结果对货物进行分类操作的分选执行模块，传输系统、信息提取模块、分选执行模块均与控制器连接。
作为优选，控制器包括用于处理货物信息的数据处理模块和对货物信息进行优化分级的深度学习模块，数据处理模块与深度学习模块连接，数据处理模块分别和传输系统、信息提取模块、分选执行模块分别连接。
一种机器视觉结合激光的货物分选方法，包括以下步骤：
步骤一：将货物放入进料斗，第二电机启动后，第一提升装置上的第二链条将货物从进料斗提升到第一漏斗中，控制器启动除尘装置吸收货物中的轻质杂质后，进入滚筒去杂装置，去除杂质后通过出口进入出料斗；
步骤二：第三电机启动后，第二提升装置上的第三链条将货物从出料斗通过第二漏斗运输到传输机构的托辊上；
步骤三：第一电机启动后，传输机构的第一链条移动时带动托辊与托辊上方的货物移动，托辊上方的毛刷将重叠的货物分离，托辊与固定不动的摩擦装置摩擦带动托辊自转，将货物分成单个；重叠的货物分离时通过U型挡板进入回收机构，回收机构将货物再次通过第二漏斗运输到传输机构的托辊上；
步骤四：托辊将货物移动到激光发射器照射的位置时，控制器启动摄像头拍照，并把拍到的图像信息传送到控制器的数据处理模块中，数据模块对图像信息进行处理，将不同图像信息提取特征与预先设置的各级别特征比较，对货物进行分级；摄像头会对货物进行拍照若干次，数据处理模块组合若干次拍照的结果进行分类；数据处理模块将每次获得的分类结果发送深度学习模块，深度学习模块对所有的分类结果进行分级优化，提高分选精度。
步骤五：托辊将货物移动到分选执行机构时，旋转编码器将托辊上的货物位置信息发送给控制器，控制器在货物分级结果和分级结果应掉落的位置对应时，控制器控制电磁阀启动吹气机构将货物吹落，完成分选。旋转编码器通过对链条的位置信息进行定位实现对货物的定位。
托辊经过分选执行机构后仍在托辊上的货物落入回收机构，重新进行分类。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明能够有效且高质量的完成货物的分选，提高货物的附加值；
2、本发明实现了货物的除杂、分选的流程全部自动化；
3、杂质的存在影响分选设备的使用寿命和使用效率，需要经常对设备进行维护，除杂上料机构的设置能够实现杂质的处理，提高分选设备的使用寿命和使用效率，减少设备的清洁频率；
4、回收机构设计在输送装置正下方，贯穿整个输送装置，利用U型挡板收集了列队区域、图像采集区域、分选执行区域以及尾部未分选的所有掉落的货物，减少了传统回料输送设计在侧面，多台输送，多台电机，有效利用了空间，减低了能耗；
5、深度学习模块能够根据图像大数据采集，对分级进行不断优化，设备能够自主适应原料的改变，自动修正分选标准，实现高效、灵活、智能分选。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是传输机构的结构示意图。
图4是采集机构的结构示意图。
图5是U型挡板与回收机构设置方式的结构示意图。
图6是托辊的结构示意图。
图7是托辊与链条的连接示意图。
图8是本发明货物分选系统的连接示意图。
图中：1、控制器，2、传输机构，3、第一电机，4、第一链轮，5、第一链条，6、第二链轮，7、托辊，8、摄像头，9、激光发射器，10、光源，11、吹气机构，12、电磁阀，13、旋转编码器，14、滚筒去杂装置，15、除尘装置，16、第一提升装置，17、第二电机，18、第三链轮，19、第四链轮，20、第二链条，21、货物入口，22、货物出口，23、第二提升装置，24、第三电机，25、第五链轮，26、第六链轮，27、第三链条，28、出料斗，29、第一漏斗，30、第二漏斗，31、回收机构，32、第四电机，33、U型挡板，34、深度学习模块，35、数据处理模块，36、传输系统，37、信息提取模块，38、分选执行模块，39、摩擦条，40、毛刷，41、进料斗，42、透明摩擦块，43、封头，44、卡簧，45、转轴，46、挡圈，47、联轴器
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1-8所示，本发明一种机器视觉结合激光的货物分选设备，其特征在于：包括控制器1、用于传输货物的传输机构2、用于采集传输机构2传输的货物信息的采集机构、依据控制器1对货物信息的分级结果对货物进行分类操作的分选执行机构，传输机构2、采集机构、分选执行机构均与控制器1连接。传输机构2将货物运输到采集机构位置时，控制器1启动采集机构收集货物信息，控制器1比较预先设定的级别对货物信息进行处理并分级，传输机构2将货物运输到分选执行机构时，分选执行机构依据控制器对货物信息的分级结果进行分类操作。设在机架内的传输机构2包括与控制器1连接的第一电机3、与第一电机3连接的第一链轮4、与第一链轮4连接的第一链条5、与第一链条5连接的第二链轮6，第一链条5上设有托辊7，托辊7上方设有毛刷40，托辊7下方设有摩擦装置。托辊7的设置能够让货物放置在托辊7上，毛刷40的设置能让重叠的货物分离，摩擦装置的设置能让托辊7自转，将仍然重叠的货物通过转动分离。托辊7内部为空心结构。空心结构的托辊7一方面结构轻便牢固，另一方面较为节省材料与成本。摩擦装置包括摩擦条39和透明摩擦块42，光源10上方设有透明摩擦块42，透明摩擦块42通过胶与光源10固定，透明摩擦块42可实现摄像头下方拍照时货物的转动，可拍摄到货物的全面表面信息，摩擦条39位于透明摩擦块42一侧。毛刷40设置数量为两组，经试验表明，两组毛刷40的设置能够较为高效将货物分类成单个。毛刷40与托辊7的距离大于货物直径或高度，仅能让一个货物通过。托辊7上设有防止货物卡入托辊7内部的封头43，能够防止运输小型货物时，货物落入托辊7内部，造成传输装置卡顿，同时也能防止其他杂物落入托辊7中。封头43上设有防止封头43滑出的卡簧44，能够有效防止封头43滑动。第一链条5与托辊7通过转轴45连接，转轴45与托辊7之间设有挡圈46。第一电机3、第一链轮4、第一链条5、第二链轮6组成两套传输装置，两套传输装置通过联轴器47连接。单个传输装置容易抖动，两套传输装置的设置，能够有效减少传输装置的抖动，使货物运输更稳定。
采集机构包括设在托辊7上方的摄像头8和激光发射器9、设在摩擦装置下方的光源10，摄像头8、激光发射器9均与控制器1连接。分选执行机构包括将货物吹落的吹气机构11、控制吹气时间和吹气量的电磁阀12、定位货物所处位置的旋转编码器13，电磁阀12和吹气机构11、控制器1分别连接，旋转编码器13与控制器1连接。吹气机构11的数量和分级的级别数量向对应，均设有若干个。每个吹气机构11下方均设有出料装置。还包括除杂上料机构，除杂上料装置包括第一提升装置16、滚筒去杂装置14、除尘装置15、第二提升机，第一提升装置16包括与控制器1连接的第二电机17、与第二电机17连接的第三链轮18、与第三链轮18连接的第二链条21、与第二链条21连接的第四链轮19；滚筒去杂装置14设有货物入口21和货物出口22，货物入口21设在第一提升装置16下方；与控制器1连接的除尘装置15设在货物入口21上方，第二提升装置23包括与控制器1连接的第三电机24、与第三电机24连接的第五链轮25、与第五链轮25连接的第三链条27、与第三链条27连接的第六链轮26，第五链轮25设在货物出口22处。滚筒去杂装置14包括小杂滚筒、中杂滚筒和大杂滚筒，货物入口21设在小杂滚筒上，货物出口22设在大杂滚筒上，货物进入滚筒去杂装置14后，对不同的杂质进行处理，将杂质处理更干净；除尘装置15上设有第五电机，除尘装置15通过吸气将轻质杂质吸走。杂质的存在影响分选设备的使用寿命和使用效率，需要经常对设备进行维护，除杂上料机构的设置能够实现杂质的处理，提高分选设备的使用寿命和使用效率，减少设备的清洁频率。第三链轮18处设有进料斗41，第四链轮19与货物入口21之间通过第一漏斗29连接，除尘装置15设在第一漏斗29上，第五链轮25处设有出料斗28，第六链轮26与托辊7之间设有第二漏斗30。还包括回收机构31，回收机构31设在传输机构2下方，传输机构2和第二提升装置23均设有两个，回收机构31设在两个传输机构2和第二提升装置23中间，两个第二提升装置23通过联轴器连接，传输机构2和回收机构31中间设有U型挡板33，回收机构31上设有与控制器1连接的第四电机32。
一种机器视觉结合激光的货物分选系统，包括控制器1、设在传输机构2上并用于传输货物的传输系统36、设在采集机构上并用于采集传输系统36传输的货物信息的信息提取模块37、设在分选执行机构上并依据控制器1对货物信息的分级结果对货物进行分类操作的分选执行模块38，传输系统36、信息提取模块37、分选执行模块38均与控制器1连接。控制器1包括用于处理货物信息的数据处理模块35和对货物信息进行优化分级的深度学习模块34，数据处理模块35与深度学习模块34连接，数据处理模块35分别和传输系统36、信息提取模块37、分选执行模块38分别连接。
一种机器视觉结合激光的货物分选方法，包括以下步骤：
步骤一：将货物放入进料斗41，第二电机17启动后，第一提升装置16上的第二链条21将货物从进料斗41提升到第一漏斗29中，控制器1启动除尘装置15吸收货物中的轻质杂质后，进入滚筒去杂装置14，去除杂质后通过出口进入出料斗28；
步骤二：第三电机24启动后，第二提升装置23上的第三链条27将货物从出料斗28通过第二漏斗30运输到传输机构2的托辊7上；
步骤三：第一电机3启动后，传输机构2的第一链条5移动时带动托辊7与托辊7上方的货物移动，托辊7上方的毛刷40将重叠的货物分离，托辊7与固定不动的摩擦装置摩擦带动托辊7自转，将货物分成单个；重叠的货物分离时通过U型挡板33进入回收机构31，回收机构31将货物再次通过第二漏斗30运输到传输机构2的托辊7上；
步骤四：托辊7将货物移动到激光发射器9照射的位置时，控制器1启动摄像头8拍照，并把拍到的图像信息传送到控制器1的数据处理模块35中，数据模块对图像信息进行处理，将不同图像信息提取特征放入预先设置的分级器中，对货物进行分级；
步骤五：托辊7将货物移动到分选执行机构时，旋转编码器13将托辊7上的货物位置信息发送给控制器1，控制器1在货物货物分级结果和分级结果应掉落的位置对应时，控制器1控制电磁阀12启动吹气机构11将货物吹落，完成分选。
托辊7经过分选执行机构后仍在托辊7上的货物落入回收机构31，重新进行分类。
Claims (10)
1.一种机器视觉结合激光的货物分选设备，其特征在于：包括控制器(1)、用于传输货物的传输机构(2)、用于采集传输机构(2)传输的货物信息的采集机构、依据控制器(1)对货物信息的分级结果对货物进行分类操作的分选执行机构，传输机构(2)、采集机构、分选执行机构均与控制器(1)连接。
2.根据权利要求1所述的机器视觉结合激光的货物分选设备，其特征在于：设在机架内的传输机构(2)包括与控制器(1)连接的第一电机(3)、与第一电机(3)连接的第一链轮(4)、与第一链轮(4)连接的第一链条(5)、与第一链条(5)连接的第二链轮(6)，第一链条(5)上设有托辊(7)，托辊(7)上方设有毛刷(40)，托辊(7)下方设有摩擦装置。
3.根据权利要求2所述的机器视觉结合激光的货物分选设备，其特征在于：采集机构包括设在托辊(7)上方的摄像头(8)和激光发射器(9)、设在摩擦装置下方的光源(10)，摄像头(8)、激光发射器(9)均与控制器(1)连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的机器视觉结合激光的货物分选设备，其特征在于：分选执行机构包括将货物吹落的吹气机构(11)、控制吹气时间和吹气量的电磁阀(12)、定位货物所处位置的旋转编码器(13)，电磁阀(12)分别与吹气机构(11)、控制器(1)连接，旋转编码器(13)与控制器(1)连接。
5.根据权利要求1或2或4所述的机器视觉结合激光的货物分选设备，其特征在于：还包括除杂上料机构，除杂上料机构包括第一提升装置(16)、滚筒去杂装置(14)、除尘装置(15)、第二提升机，第一提升装置(16)包括与控制器(1)连接的第二电机(17)、与第二电机(17)连接的第三链轮(18)、与第三链轮(18)连接的第二链条(21)、与第二链条(21)连接的第四链轮(19)；滚筒去杂装置(14)设有货物入口(21)和货物出口(22)，货物入口(21)设在第一提升装置(16)下方；与控制器(1)连接的除尘装置(15)设在货物入口(21)上方，第二提升装置(23)包括与控制器(1)连接的第三电机(24)、与第三电机(24)连接的第五链轮(25)、与第五链轮(25)连接的第三链条(27)、与第三链条(27)连接的第六链轮(26)，第五链轮(25)设在货物出口(22)处。
6.根据权利要求5所述的机器视觉结合激光的货物分选设备，其特征在于：第三链轮(18)处设有用于盛放货物的进料斗(41)，第四链轮(19)与货物入口(21)之间通过第一漏斗(29)连接，除尘装置(15)设在第一漏斗(29)上，第五链轮(25)处设有用于接收货物的出料斗(28)，第六链轮(26)与托辊(7)之间设有第二漏斗(30)。
7.根据权利要求1或2或4或6所述的机器视觉结合激光的货物分选设备，其特征在于：还包括回收机构(31)，回收机构(31)设在传输机构(2)下方，传输机构(2)和第二提升装置(23)均设有两个，回收机构(31)设在两个传输机构(2)和两个第二提升装置(23)中间，两个第二提升装置(23)通过联轴器连接，传输机构(2)和回收机构(31)中间设有U型挡板(33)，回收机构(31)上设有与控制器(1)连接的第四电机(32)。
8.一种机器视觉结合激光的货物分选系统，其特征在于：包括控制器(1)、设在传输机构(2)上并用于传输货物的传输系统(36)、设在采集机构上并用于采集传输系统(36)传输的货物信息的信息提取模块(37)、设在分选执行机构上并依据控制器(1)对货物信息的分级结果对货物进行分类操作的分选执行模块(38)，传输系统(36)、信息提取模块(37)、分选执行模块(38)均与控制器(1)连接。
9.根据权利要求8所述的机器视觉结合激光的货物分选系统，其特征在于：控制器(1)包括用于处理货物信息的数据处理模块(35)和对货物信息进行优化分级的深度学习模块(34)，数据处理模块(35)与深度学习模块(34)连接，数据处理模块(35)分别和传输系统(36)、信息提取模块(37)、分选执行模块(38)分别连接。
10.一种机器视觉结合激光的货物分选方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将货物放入进料斗(41)，第二电机(17)启动后，第一提升装置(16)上的第二链条(21)将货物从进料斗(41)提升到第一漏斗(29)中，控制器(1)启动除尘装置(15)吸收货物中的轻质杂质后，进入滚筒去杂装置(14)，去除杂质后通过出口进入出料斗(28)；
步骤二：第三电机(24)启动后，第二提升装置(23)上的第三链条(27)将货物从出料斗(28)通过第二漏斗(30)运输到传输机构(2)的托辊(7)上；
步骤三：第一电机(3)启动后，传输机构(2)的第一链条(5)移动时带动托辊(7)与托辊(7)上方的货物移动，托辊(7)上方的毛刷(40)将重叠的货物分离，托辊(7)与固定不动的摩擦装置摩擦带动托辊(7)自转，将货物分成单个；重叠的货物分离时通过U型挡板(33)进入回收机构(31)，回收机构(31)将货物再次通过第二漏斗(30)运输到传输机构(2)的托辊(7)上；
步骤四：托辊(7)将货物移动到激光发射器(9)照射的位置时，控制器(1)启动摄像头(8)拍照，并把拍到的图像信息传送到控制器(1)的数据处理模块(35)中，数据处理模块(35)对图像信息进行处理，将不同图像信息提取特征与预先设置的各级别特征比较，对货物进行分级；
步骤五：托辊(7)将货物移动到分选执行机构时，旋转编码器(13)将托辊(7)上的货物位置信息发送给控制器(1)，控制器(1)在货物分级结果和分级结果应掉落的位置对应时，控制器(1)控制电磁阀(12)启动吹气机构(11)将货物吹落，完成分选。
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