CN109158336A - 一种苹果初选分级设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农机设备领域，具体的说是一种苹果初选分级设备。包括喂料装置、输送装置、图像采集装置以及分级装置；图像采集装置包括固定在皮带输送机机架上的暗箱，在暗箱两侧的侧壁上分别设有供皮带输送机的输送带穿过的穿孔，在暗箱腔内的顶壁上设有呈环形分布的多个卤素灯和多个第一CCD摄像机，在暗箱腔内的顶壁上并位于呈环形分布的多个第一CCD摄像机的中间位置设有第二CCD摄像机；分级装置包括图像采集卡、计算机以及执行计算机分级指令的多个液压缸，液压缸的伸缩端均朝向皮带输送机的输送带方向分布并固定设有用于将皮带输送机上的苹果推出的推板。本发明可通过对采后苹果快速准确的分级以提高苹果的附加值，进而提高市场竞争力。

Description

一种苹果初选分级设备
技术领域
本发明涉及农机设备领域，具体的说是一种苹果初选分级设备。
背景技术
我国是世界上最大的果蔬生产大国，产量达到10亿吨左右 ，辐射带动相关产业实现产值超过3万亿元，但是在果蔬的采后处理上却存在诸多问题，以苹果为例：长期以来，我国存在重苹果的采前生产而轻苹果的采后处理的观念，采后处理率约为30%，远低于发达国家的70%的水平，造成苹果产地采后腐烂损耗高达30%以上，直接经济损失超过2000亿元。造成这种局面的主要原因是：对优质苹果的智能化品质分级处理认识不足，相关国产装备研发严重滞后，使得苹果商品附加值较低，市场竞争力差，采后生产技术指标体系、规范标准缺乏。
发明内容
本发明旨在提供一种苹果初选分级设备，通过对采后苹果快速准确的分级以提高苹果的附加值，进而提高市场竞争力。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种苹果初选分级设备，包括喂料装置、输送装置、图像采集装置以及分级装置；喂料装置包括输送方向相互垂直的第一滚筒输送机和第二滚筒输送机，第二滚筒输送机输送方向的起始端连接在第一滚筒输送机的中部，在第一滚筒输送机的机架上远离第二滚筒输送机起始端的一侧设有第一辅助杆，第一辅助杆用于在果篮随第一滚筒输送机输送过程中与果篮底部配合将果篮朝向第二滚筒输送机起始端方向侧翻以使果篮中的苹果进入第二滚筒输送机，在第二滚筒输送机的末端设有用于将第二滚筒输送机上的苹果逐个间隔输送至输送装置中的喂料机构；输送装置为起始端与第二滚筒输送机末端连接的皮带输送机；图像采集装置包括固定在皮带输送机机架上的暗箱，在暗箱两侧的侧壁上分别设有供皮带输送机的输送带穿过的穿孔，在暗箱腔内的顶壁上设有呈环形分布的多个卤素灯和多个第一CCD摄像机，在暗箱腔内的顶壁上并位于呈环形分布的多个第一CCD摄像机的中间位置设有第二CCD摄像机；分级装置包括用于将第一CCD摄像机和第二CCD摄像机所拍模拟图像转换为数字图像的图像采集卡、用于接收数字图像并对苹果进行分级的计算机以及执行计算机分级指令的多个液压缸，多个液压缸间隔设置在皮带输送机末端的机架上，液压缸的伸缩端均朝向皮带输送机的输送带方向分布并固定设有用于将皮带输送机上的苹果推出的推板。
优选的，第一辅助杆包括平行于第一滚筒输送机输送方向的直段，在直段上靠近第一滚筒输送机起始端的一端设有与第一滚筒输送机机架连接的倾斜段，在第一滚筒输送机的机架上并位于第二滚筒输送机起始端的位置设有用于避免果篮进入第二滚筒输送机中的第二辅助杆。
优选的，喂料机构包括分别设置在第二滚筒输送机机架两侧位置的两块固定挡板，在固定挡板上靠近皮带输送机起始端的一端铰接连接有活动挡板，在固定挡板和活动挡板的铰接位置设有用于驱动活动挡板转动以控制两块活动挡板打开或闭合的伺服电机。
优选的，在第二滚筒输送机的机架上并位于活动挡板朝向皮带输送机的一侧设有用于控制两个活动挡板关闭的第一光电开关，在皮带输送机的机架上并位于暗箱朝向第二滚筒输送机的一侧设有用于控制两个活动挡板打开的第二光电开关。
优选的，在两个固定挡板上分别设有用于控制第一滚筒输送机启停的压力传感开关。
优选的，第一CCD摄像机和卤素灯的数量均为四个，四个第一CCD摄像机和四个卤素灯交叉同心分布。
优选的，液压缸的数量为四个，四个液压缸两两交错分布在皮带输送机机架的两侧。
优选的，在皮带输送机机架上对应液压缸伸缩端的位置设有用于辅助推板将苹果从皮带输送机上推出的V形导流板，在V形导流板相背于皮带输送机的一侧设有用于承接分级后苹果的分级框。
有益效果
本发明的苹果初选装置采用5个摄像机，基于多目立体视觉三维重建系统，使得苹果的成像效果及处理结果更加准确，采用主成分思想采集合成的图像对苹果表面损伤情况更加准确，且受外部光源影响较小。通过第一滚筒输送机、第二滚筒输送机及皮带输送机的输送方式使每一个苹果在输送的过程中完成喂料、定距排列、采集图像及分级处理等操作。
在优选的实施方式中，可将待分级的苹果分至5个等级，使苹果种植户可根据市场行情将分级后的产品单个出售或将不同等级的苹果用作生产不同规格的食品加工原料，从而提高产品整体的附加值，有利于提高苹果种植户的经济效益。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明中暗箱部分去除顶盖后的结构示意图；
图中标记：1、第一滚筒输送机，2、第一辅助杆，3、第二辅助杆，4、固定挡板，5、伺服电机，6、活动挡板，7、第一光电开关，8、暗箱，9、穿孔，10、V形导流板，11、液压缸，12、推板，13、皮带输送机，14、第二光电开关，15、第二滚筒输送机，16、压力传感开关，17、第一CCD摄像机，18、第二CCD摄像机，19、卤素灯。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种苹果初选分级设备，包括喂料装置、输送装置、图像采集装置以及分级装置。采摘后置入果篮中的苹果经喂料装置导出并逐个喂入输送装置中，并在输送装置的输送过程中经计算机智能分级，最终按照果表皮是否破损、颜色是否均匀、大小是否符合标准、形状是否规整划分为五个等级，且五个不同等级的苹果通过分级装置分别导出。
喂料装置包括输送方向相互垂直并呈T字形分布的第一滚筒输送机1和第二滚筒输送机15，第二滚筒输送机15输送方向的起始端连接在第一滚筒输送机1的中部。图1中，在第一滚筒输送机1的左侧机架上接近第二滚筒输送机15起始端的位置设有第一辅助杆2，第一辅助杆2包括平行于第一滚筒输送机1输送方向的直段和连接在直段上靠近第一滚筒输送机1起始端的一端的倾斜段，在装满苹果的果篮从左下至右上方向由第一滚筒输送机1输送过程中，果篮底部的左侧被倾斜段撬起并沿倾斜段滑动，直至果篮朝向第二滚筒输送机15方向侧翻使得果篮中的苹果进入到第二滚筒输送机15中。在实现自动将果篮中的苹果倾倒在第一滚筒输送机1上的这个过程中动作较为缓慢，使苹果以滚动的方式进入第一滚筒输送机1，以防止果篮中的上层苹果直接掉落导致损伤。图1中，在第一滚筒输送机1右侧的机架上并位于第二滚筒输送机15起始端的位置设有用于避免果篮进入第二滚筒输送机15中的第二辅助杆3，卸果后的果篮随第一滚筒输送机1的输送作用由其末端排出。
输送装置为输送方向与第二滚筒输送机15相同的皮带输送机13，皮带输送机13起始端与第二滚筒输送机15的末端连接，皮带输送机13输送带的宽度与单个苹果的直径相对应。由于第二滚筒输送机15的输送宽度较宽，故在第二滚筒输送机15的末端设有用于将第二滚筒输送机15上的苹果逐个间隔输送至输送装置中的喂料机构。喂料机构包括分别设置在第二滚筒输送机15机架两侧位置的两块固定挡板4，在固定挡板4上靠近皮带输送机13起始端的一端铰接连接有活动挡板6，在固定挡板4和活动挡板6的铰接位置设有用于驱动活动挡板6转动以控制两块活动挡板6打开或闭合的伺服电机5。当两个伺服电极控制两块活动挡板6相对闭合后，可阻挡第二滚筒输送机15上的苹果进入皮带输送机13，当两个伺服电机5控制两块活动挡板6相对打开后，可将第二滚筒输送机15上的苹果逐个放行入皮带输送机13中。
本实施例中，为了降低人工操作难度，提高本发明的智能化程度，在第二滚筒输送机15的机架上并位于活动挡板6朝向皮带输送机13的一侧设有用于控制两个活动挡板6关闭的第一光电开关7，在皮带输送机13的机架上并位于暗箱8朝向第二滚筒输送机15的一侧设有用于控制两个活动挡板6打开的第二光电开关14。第一光电开关7和第二光电开关14的检测方向均与苹果前进方向垂直，当活动挡板6打开后，第一光电开关7检测到苹果后即控制两个活动挡板6相对闭合，当第二光电开关14检测到苹果经过后即控制两块活动挡板6打开，使得第二个苹果进入传送带，以此来保证苹果之间的间距大约20CM左右的平均间隔，以免后续的图像采集受到影响。
为了避免第二滚筒输送机15上苹果的堆积，本实施例中在两个固定挡板4上分别设有用于控制第一滚筒输送机1启停的压力传感开关16。当第二滚筒输送机15进行喂料时，苹果会对固定挡板4有一定的压力，当压力传感开关16检测到压力达到合理范围时第一滚筒输送机1停止工作，其上的果篮处于排队等待状态，当压力传感开关16检测到固定挡板4上无压力后，第一滚筒输送机1开启，控制果篮再次倾倒喂料。
图像采集装置包括固定在皮带输送机13机架上的暗箱8，在暗箱8两侧的侧壁上分别设有供皮带输送机13的输送带穿过的穿孔9。如图2所示，在暗箱8腔内的顶壁上设有呈环形分布的四个卤素灯19和四个第一CCD摄像机17，四个第一CCD摄像机17和四个卤素灯19交叉同心分布。在暗箱8腔内的顶壁上并位于呈环形分布的多个第一CCD摄像机17的中间位置设有第二CCD摄像机18，其中的第二CCD摄像机18为主摄像机，四个第一CCD摄像机17为辅助摄像机。本发明是基于多目立体视觉三维重建方法，采用由五个采用环形阵列排布的CCD摄像机构成的三维重建系统。首先在五个不同方向对目标物体进行图像采集，其次对采集到的图像进行预处理，然后通过相机标定模块对5个相机进行标定，获取其内外参数，并结合Harris角点检测及高斯差分检测算法对预处理后的图像实现特征点提取，再利用三角形法对提取到的特征点进行匹配和校正，最后采用泊松表面重建方法准确地获取和优化角点，并找到角点特征的匹配点。从而对物体进行三维表面的精确重建。该方法能够重建出物体的局部三维表面，重建结果中的物体表面完整清晰，能够很好地进行识别。在此该方法实现的基础上对苹果划分为5个等级，根据苹果表皮是否破损、颜色是否均匀、大小是否符合标准、形状是否规整，当苹果以上条件都满足时评为1级，一个条件不满足评为2级、两个条件不满足评为3级、三个不满足评为4级、都不满足评为五级。
分级装置包括用于将第一CCD摄像机17和第二CCD摄像机18所拍模拟图像转换为数字图像的图像采集卡、用于接收数字图像并对苹果进行分级的计算机以及执行计算机分级指令的多个液压缸11，多个液压缸11间隔设置在皮带输送机13末端的机架上，液压缸11的伸缩端均朝向皮带输送机13的输送带方向分布并固定设有用于将皮带输送机13上的苹果推出的推板12。本实施例中对应计算机所分的5个苹果等级设有四个液压缸11，四个液压缸11两两交错分布在皮带输送机13机架的两侧，在皮带输送机13机架上对应液压缸11伸缩端的位置设有用于辅助推板12将苹果从皮带输送机13上推出的V形导流板10，在V形导流板10相背于皮带输送机13的一侧以及皮带输送机13的末端分别设有用于承接分级后苹果的分级框。
当苹果经过计算机分析判定等级之后，将信号传送给对应液压缸11的传感器，传感器将控制液压缸11的开关打开，此时液压缸11处于待命状态，当设置在暗箱8出口位置穿孔9上的光电传感器检测到苹果通过暗箱8后，由计算机根据皮带输送机13的输送速度来协调液压缸11伸出端的伸出的速度，使得苹果经过时，对应的液压缸11驱动推板12前进将刚好卡住苹果，直至苹果推到对面的分级框中，之后推板12快速退回。当有无损品质（1级）的苹果经过分级平台时，所有液压缸11不工作，苹果直接从传输带末端流出落入对应的分级框中。

Claims (8)

1.一种苹果初选分级设备，其特征在于：包括喂料装置、输送装置、图像采集装置以及分级装置；喂料装置包括输送方向相互垂直的第一滚筒输送机（1）和第二滚筒输送机（15），第二滚筒输送机（15）输送方向的起始端连接在第一滚筒输送机（1）的中部，在第一滚筒输送机（1）的机架上远离第二滚筒输送机（15）起始端的一侧设有第一辅助杆（2），第一辅助杆（2）用于在果篮随第一滚筒输送机（1）输送过程中与果篮底部配合将果篮朝向第二滚筒输送机（15）起始端方向侧翻以使果篮中的苹果进入第二滚筒输送机（15），在第二滚筒输送机（15）的末端设有用于将第二滚筒输送机（15）上的苹果逐个间隔输送至输送装置中的喂料机构；输送装置为起始端与第二滚筒输送机（15）末端连接的皮带输送机（13）；图像采集装置包括固定在皮带输送机（13）机架上的暗箱（8），在暗箱（8）两侧的侧壁上分别设有供皮带输送机（13）的输送带穿过的穿孔（9），在暗箱（8）腔内的顶壁上设有呈环形分布的多个卤素灯（19）和多个第一CCD摄像机（17），在暗箱（8）腔内的顶壁上并位于呈环形分布的多个第一CCD摄像机（17）的中间位置设有第二CCD摄像机（18）；分级装置包括用于将第一CCD摄像机（17）和第二CCD摄像机（18）所拍模拟图像转换为数字图像的图像采集卡、用于接收数字图像并对苹果进行分级的计算机以及执行计算机分级指令的多个液压缸（11），多个液压缸（11）间隔设置在皮带输送机（13）末端的机架上，液压缸（11）的伸缩端均朝向皮带输送机（13）的输送带方向分布并固定设有用于将皮带输送机（13）上的苹果推出的推板（12）。
2.根据权利要求1所述的一种苹果初选分级设备，其特征在于：第一辅助杆（2）包括平行于第一滚筒输送机（1）输送方向的直段，在直段上靠近第一滚筒输送机（1）起始端的一端设有与第一滚筒输送机（1）机架连接的倾斜段，在第一滚筒输送机（1）的机架上并位于第二滚筒输送机（15）起始端的位置设有用于避免果篮进入第二滚筒输送机（15）中的第二辅助杆（3）。
3.根据权利要求1所述的一种苹果初选分级设备，其特征在于：喂料机构包括分别设置在第二滚筒输送机（15）机架两侧位置的两块固定挡板（4），在固定挡板（4）上靠近皮带输送机（13）起始端的一端铰接连接有活动挡板（6），在固定挡板（4）和活动挡板（6）的铰接位置设有用于驱动活动挡板（6）转动以控制两块活动挡板（6）打开或闭合的伺服电机（5）。
4.根据权利要求3所述的一种苹果初选分级设备，其特征在于：在第二滚筒输送机（15）的机架上并位于活动挡板（6）朝向皮带输送机（13）的一侧设有用于控制两个活动挡板（6）关闭的第一光电开关（7），在皮带输送机（13）的机架上并位于暗箱（8）朝向第二滚筒输送机（15）的一侧设有用于控制两个活动挡板（6）打开的第二光电开关（14）。
5.根据权利要求3所述的一种苹果初选分级设备，其特征在于：在两个固定挡板（4）上分别设有用于控制第一滚筒输送机（1）启停的压力传感开关（16）。
6.根据权利要求1所述的一种苹果初选分级设备，其特征在于：第一CCD摄像机（17）和卤素灯（19）的数量均为四个，四个第一CCD摄像机（17）和四个卤素灯（19）交叉同心分布。
7.根据权利要求1所述的一种苹果初选分级设备，其特征在于：液压缸（11）的数量为四个，四个液压缸（11）两两交错分布在皮带输送机（13）机架的两侧。
8.根据权利要求7所述的一种苹果初选分级设备，其特征在于：在皮带输送机（13）机架上对应液压缸（11）伸缩端的位置设有用于辅助推板（12）将苹果从皮带输送机（13）上推出的V形导流板（10），在V形导流板（10）相背于皮带输送机（13）的一侧设有用于承接分级后苹果的分级框。
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