CN110125021B - 一种蚕茧自动分选装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蚕茧自动分选装置，涉及机电一体化领域，该装置针对蚕茧生产过程中的蚕茧进行自动化筛选，解决了蚕茧分选中效率低、人工劳动强度大的问题。装置采用链条和托辊相结合的方式实现蚕茧的输送，竹节状的托辊等距的安装在两条辊子链条之间，每两个托辊之间形成四个凹槽，每个凹槽放置一枚蚕茧。竹节状托辊围绕自身心轴旋转，托辊转动带动蚕茧翻转，在蚕茧翻转过程中工业相机采集蚕茧的图像，采集到的图像被输入到卷积神经网络模型中进行分类。主控系统接收模型的识别结果，控制拨指实现蚕茧的筛选。装置在不破坏蚕茧的情况下，通过一台相机实现了蚕茧的多角度、实时在线检测。

Description

一种蚕茧自动分选装置

技术领域

本发明涉及机电一体化技术领域，具体涉及一种蚕茧自动分选装置。

背景技术

蚕茧生产工艺分为混茧、剥茧、选茧和煮茧，选茧是蚕茧生产中关键一步。选茧是根据蚕茧的颜色、形状等特征将蚕茧分为上车茧和下车茧。目前普遍采用人工筛选的方式进行蚕茧分选，人工方式具有效率低、工人劳动强度大和分类标准不统一的缺点。蚕茧自动分选可以实现蚕茧的准确分类、减小工人劳动强度，同时提高了蚕茧的生产效率。

蚕茧自身呈不规则的椭球形，蚕茧的分类特征可以分布在蚕茧表面的任意位置，所以要求分类过程中必须实现蚕茧的多角信息采集。对蚕茧的多角度信息采集要求蚕茧在运动过程中有准确的定位，以保证多次采集到的信息属于同一个蚕茧。蚕茧质量轻、易滚动，蚕茧带有绒毛，容易发生黏连，输送过程中蚕茧极易发生移动。蚕茧属于薄壳结构，物理夹持容易变形。如何实现蚕茧的多角度图像采集、定位输送、分散输送以及选择合适的筛选装置是蚕茧自动分选装置的核心。

目前蚕茧分选装装置普遍采用输送带及其衍生装置进行输送。输送带输送依靠物料和输送带的摩擦进行物料的搬运，质量轻的椭圆形蚕茧在输送带上输送时容易发生滚动导致定位失败，所以普通输送带不满足蚕茧的定位输送要求。有装置根据蚕茧易滚动的特点，对传统的输送带进行改进，衍生出一种表面带有网格的输送带。表面带有网格的输送带每个网格中放置一枚蚕茧，从而实现了蚕茧的分散定位，然而该方式下使用一个相机只能采集到蚕茧的一个角度的特征信息。分选装置中普遍采用机械手、气动喷嘴和拨指作为筛选装置的执行机构。机械手夹持力度不容易控制，极易导致蚕茧变形，而且单个机械手效率低。气动筛选装置通过控制喷嘴气流的开关进行物料的剔除，操作简单，适合轻质物料的筛选，但是气动装置对气流的大小和喷射方向要求苛刻。拨指筛选装置通过控制拨指的摆动实现物料的分选，特别适合物料的二分类，并且其结构简单，控制简单。目前，采集单个物料的多角度图像普遍采用多个相机从不同的角度对物料进行拍照，该方式导致图像采集装置结构复杂、成本提高。因此本发明根据蚕茧自身特点，发明了一种蚕茧输送装置来满足蚕茧的定位输送和分散输送要求，同时使用一个相机完成蚕茧的多角度图像采集，并且通过拨指筛选装置的配合实现蚕茧的分选。

发明内容

本发明目的在于提出一种蚕茧自动分选装置，对蚕茧进行分选，以解决逐个对蚕茧进行质量检测并进行分拣的问题，实现蚕茧分类由人工向自动化的转变，提高蚕茧的生产效率。

为实现上述目的本发明采用的技术方案为一种蚕茧自动分选装置，该装置通过输送装置实现蚕茧的输送，输送过程中实现蚕茧的图像采集和分类，然后通过拨指实现蚕茧的筛选。

蚕茧自动分选装置进行蚕茧的分选过程中，蚕茧自动分选装置必须满足以下四个要求：

1)定位：蚕茧的定位是蚕茧识别和筛选的基础；蚕茧在装置中有确定的位置才能保证整个识别、筛选流程的顺利进行；

2)翻转：蚕茧实现翻转，工业相机对蚕茧进行多角度图像采；

3)多次图像采集和识别：从不同角度对同一蚕茧进行多次图像采集，然后分类，减少蚕茧的误判，从而提高蚕茧识别的准确率；

4)筛选：在不损伤蚕茧的条件下，完成蚕茧的分类。

针对上述要求，可将蚕茧自动分选装置分为包括输送装置、图像采集和分类装置、筛选装置和主控系统四大模块，各个模块相互独立并协调完成蚕茧的自动化分选。

所述输送装置由输送链、主动链轮、从动链轮、主动轴、心轴、步进电机组成。两个主动链轮固定在主动轴的两端，两个从动链轮固定在心轴两端，主动轴和从动轴安装在机架上。所述输送链由若干个基本输送单位的组成，所述输送单位由四个链节、一个托辊、两个竹节状胶套组成，两个胶套对称安装在托辊上，链节的小端和另一个链节的大端配合，将螺栓穿过链节配合部位的中心孔然后固定在托辊心轴的一端，从而实现两个链节的铰接，托辊另一端的链节也是这样固定的。所述输送单位之间通过销轴连接。基本输送单位依次连接得到两条滚子链和中间等距分布的带胶套的辊子阵列，每两个辊子之间形成四个凹槽，每个凹槽放置一枚蚕茧；两条链条分别绕在一对主从链轮上。输送装置实现了蚕茧的分散、定位和翻转的功能。

所述图像采集和分类装置位于输送装置的上方，由工业相机、光源、支架、上位机组成。工业相机、光源固定在支架上。工业相机采集蚕茧图像，然后将图像信息发送到上位机；上位机通过卷积神经网络模型对图像进行分类，然后将识别结果发送到主控系统。

所述筛选装置安装在下料端，由滑道、拨指和舵机组成。四个舵机在滑道上布置成一行，拨指安装在舵机的输出轴上。舵机控制拨指进行摆动。

所述主控系统为装置的控制部分，主控系统与输送装置、筛选装置、图像采集和分类装置电气相连。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本发明通过设计一种新型的输送装置，输送过程中蚕茧位于输送装置的凹槽中，并且一个凹槽放置一枚蚕茧，蚕茧输送的过程中能实现蚕茧的分散、定位；

2、本发明通过设计一种新型的输送装置，实现了蚕茧的翻转；在输送过程中，输送链中的托辊能够实现自转，托辊带动蚕茧翻转，这样梦采集到蚕茧不同角度的图像；

2、本发明实现了用一台工业相机对蚕茧的多角度图像采集，降低设备成本；

3、本发明通过结合卷积神经网络技术，实现蚕茧的实时在线识别，识别精度高；

4、本发明通过运用拨指装置筛选蚕茧，效率高，操作简单，不损伤蚕茧。

附图说明

图1蚕茧自动分选装置整体构成示意图

图2为图1中蚕茧输送装置构成示意图

图3为图2中输送单元的构成示意图

图4为蚕茧翻转原理示意图

图5为图1中蚕茧图像采集和分类装置构成示意图

图6为蚕茧多次识别原理示意图，

图7为图1中蚕茧筛选装置构成示意图

图8为蚕茧筛选原理示意图

图9为主控系统的控制原理图

图中：1、输送装置，2、图像采集装置，3、蚕茧分类装置，4、筛选装置，5、主控系统，6、机架，1-1、输送链，1-2、主动链轮，1-3、从动链轮，1-4、主动轴，1-5、心轴，1-6步进电机，1-7触发开关，5-1、工业相机，5-2、条形光源，5-3、上位机，5-4支架，7-1、滑道，7-2、舵机，7-3拨指

具体实施方式

下面根据附图对本发明的实施例进一步详述：

图1是蚕茧自动分选装置的整体结构示意图，一种蚕茧自动分选装置，包括输送装置1、图像采集装置2、蚕茧分类装置3、筛选装置4、主控系统5和机架6，输送装置1、图像采集装置2和蚕茧分类装置3以及筛选装置4分别与主控系统5之间为电气连接，输送装置1位于机架6的上方，筛选装置4位于输送装置1的下料端，图像采集装置2位于输送装置1的上方。

图2为图1中蚕茧输送装置构成示意图，输送装置包括输送链1-1、主动链轮1-2、从动链轮1-3、主动轴1-4、心轴1-5、步进电机1-6和触发开关1-7。主动轴1-4和心轴1-5通过轴座安装机架6上，两个主动链轮1-2对称安装在主动轴1-4上，两个从动链轮1-3对称安装在心轴1-5上。步进电机1-6用以驱动主动轴1-4；输送链1-1的两条滚子链分别绕在主动链轮1-2与从动链轮1-3上。触发开关1-7设置在输送链1-1的下部。

图3为图2中输送链的的构成示意图，输送链1-1由若干个基本输送单位的组成，所述输送单位由链节1、链节2、链节3、链节4、托辊以及两个竹节状胶套组成；两个胶套对称安装在托辊上，链节1的大端和链节2的小端配合，将螺栓穿过链节配合部位的中心孔然后固定在托辊心轴的一端，从而实现两个链节的铰接，链节3和链节4对称安装在托辊的另一端。所述输送单位之间链节的大端和小端通过销轴连接。两个输送单元之间形成四个凹槽，每个凹槽中放置一枚蚕茧，运输过程中蚕茧一直位于凹槽中，从而实现蚕茧的分散定位。

图4为蚕茧翻转原理示意图，链条拖动托辊一边向前运动，由于托辊和托板之间存在摩擦，托辊围绕的心轴1-5转动；蚕茧位于两个带胶托辊间的四个凹槽之中，由于托辊和蚕茧之间存在摩擦，蚕茧完成翻转。

图5为图1中蚕茧图像采集和分类装置构成示意图，包括工业相机5-1、条形光源5-2、上位机5-3和支架5-4。支架5-4顶部的横梁上安装有工业相机5-1，工业相机5-1的下方放置两个条形光源5-2。通过调节工业相机5-1的物距和视野，保证工业相机5-1每次能拍到四行四列的蚕茧阵列。工业相机5-1将采集到的图像发到上位机5-3。

图6为蚕茧多次识别原理示意图，蚕茧每前进一行，工业相机5-1进行一次图像采集。由于蚕茧前进过程中实现了翻转，所以蚕茧从进入工业相机5-1视野到从视野中移出，进行四次不同角度的蚕茧图像采集。每次采集后把采集到的蚕茧图像发回上位机进行图像分类。每次将上位机分类的结果保存在下位机中，下位机根据四次识别结果对蚕茧进行筛选。

图7为图1中蚕茧筛选装置构成示意图，筛选装置包括滑道7-1、舵机7-2和拨指7-3；滑道7-1为筛选装置的主体，滑道7-1由底板和侧板组成，侧板焊接在底板上，底板上开有四个槽口，滑道7-1分为四路，对应输送装置输送蚕茧的四列，滑道7-1顶端放置四个舵机7-2，拨指7-3安装在舵机7-2的输出轴上，拨指7-3位于槽口上方。滑道7-1安装在输送装置的下料端，与水平面成30°夹角。滑道7-1有两个出料口，一个是滑道口，一个是槽口。

图8为蚕茧筛选原理示意图，滑道7-1和水平面成30°角，拨指7-3在舵机的控制下处于两个位置，拨指7-3的位置1和滑道7-1平行，拨指7-3能完全遮挡滑道7-1的槽口；拨指7-3的位置2与拨指7-3的位置1相垂直，槽口只能被拨指7-3遮挡住一小部分。下位机根据识别结果控制拨指所处的位置，当蚕茧运动到输送线的下料端，蚕茧从输送线上掉落，如果该茧为上车茧，拨指处于位置1，蚕茧掉落在拨指上，然后沿着滑动的槽滑走；如果该茧为下车茧，拨指位于位置2；此时蚕茧掉落直接从槽口漏走。

图9为主控系统5的控制原理图，主控系统5通过步进电机1-6控制输送链1-1的运动，通过触发开关1-7检测输送链1-1的位置，当蚕茧阵列运动到工业相机5-1下方时，触发开关1-7发送脉冲到主控系统5；主控系统5接收到脉冲信号后控制工业相机5-1拍照，工业相机5-1将蚕茧图像发送到上位机，上位机通过卷积神经网络模型对蚕茧进行分类，上位机将分类结果发回主控系统5，当被识别的蚕茧运动到筛选装置上方时，主控系统5根据识别结果控制舵机7-2进行筛选。

Claims (7)

1.一种蚕茧自动分选装置，其特征在于：包括输送装置(1)、图像采集装置(2)、蚕茧分类装置(3)、筛选装置(4)、主控系统(5)和机架(6)，输送装置(1)、图像采集装置(2)和蚕茧分类装置(3)以及筛选装置(4)分别与主控系统(5)之间为电气连接，输送装置(1)位于机架(6)的上方，筛选装置(4)位于输送装置(1)的下料端，图像采集装置(2)位于输送装置(1)的上方；输送装置包括输送链(1-1)，输送链(1-1)由若干个基本输送单位的组成，两个输送单元之间形成四个凹槽，每个凹槽中放置一枚蚕茧，运输过程中蚕茧一直位于凹槽中，从而实现蚕茧的分散定位；图像采集装置(2)和蚕茧分类装置(3)包括工业相机(5-1)、条形光源(5-2)、上位机(5-3)和支架(5-4)；通过调节工业相机(5-1)的物距和视野，保证工业相机(5-1)每次能拍到四行四列的蚕茧阵列；工业相机(5-1)将采集到的图像发到上位机(5-3)；蚕茧每前进一行，工业相机(5-1)进行一次图像采集；由于蚕茧前进过程中实现翻转，所以蚕茧从进入工业相机(5-1)视野到从视野中移出，进行四次不同角度的蚕茧图像采集；每次采集后把采集到的蚕茧图像发回上位机进行图像分类；筛选装置包括滑道(7-1)、舵机(7-2)和拨指(7-3)；滑道(7-1)为筛选装置的主体，滑道(7-1)由底板和侧板组成，侧板焊接在底板上，底板上开有四个槽口，滑道(7-1)分为四路，对应输送装置输送蚕茧的四列，滑道(7-1)顶端放置四个舵机(7-2)，拨指(7-3)安装在舵机(7-2)的输出轴上，拨指(7-3)位于槽口上方；滑道(7-1)安装在输送装置的下料端，与水平面成30°夹角；滑道(7-1)有两个出料口，一个是滑道口，一个是槽口；

滑道(7-1)和水平面成30°角，拨指(7-3)在舵机的控制下处于两个位置，拨指(7-3)的位置1和滑道(7-1)平行，拨指(7-3)能完全遮挡滑道(7-1)的槽口；拨指(7-3)的位置2与拨指(7-3)的位置1相垂直，槽口只能被拨指(7-3)遮挡住一小部分；下位机根据识别结果控制拨指所处的位置，当蚕茧运动到输送线的下料端，蚕茧从输送线上掉落，如果该茧为上车茧，拨指处于位置1，蚕茧掉落在拨指上，然后沿着滑动的槽滑走；如果该茧为下车茧，拨指位于位置2；此时蚕茧掉落直接从槽口漏走。

2.根据权利要求1所述的一种蚕茧自动分选装置，其特征在于：输送装置还包括主动链轮(1-2)、从动链轮(1-3)、主动轴(1-4)、心轴(1-5)、步进电机(1-6)和触发开关(1-7)；主动轴(1-4)和心轴(1-5)通过轴座安装机架(6)上，两个主动链轮(1-2)对称安装在主动轴(1-4)上，两个从动链轮(1-3)对称安装在心轴(1-5)上；步进电机(1-6)用以驱动主动轴(1-4)；输送链(1-1)的两条滚子链分别绕在主动链轮(1-2)与从动链轮(1-3)上；触发开关(1-7)设置在输送链(1-1)的下部。

3.根据权利要求2所述的一种蚕茧自动分选装置，其特征在于：所述输送单位由链节1、链节2、链节3、链节4、托辊以及两个竹节状胶套组成；两个胶套对称安装在托辊上，链节1的大端和链节2的小端配合，将螺栓穿过链节配合部位的中心孔然后固定在托辊心轴的一端，从而实现两个链节的铰接，链节3和链节4对称安装在托辊的另一端；所述输送单位之间链节的大端和小端通过销轴连接。

4.根据权利要求3所述的一种蚕茧自动分选装置，其特征在于：链条拖动托辊一边向前运动，由于托辊和托板之间存在摩擦，托辊围绕的心轴(1-5)转动；蚕茧位于两个带胶托辊间的四个凹槽之中，由于托辊和蚕茧之间存在摩擦，蚕茧完成翻转。

5.根据权利要求1所述的一种蚕茧自动分选装置，其特征在于：支架(5-4)顶部的横梁上安装有工业相机(5-1)，工业相机(5-1)的下方放置两个条形光源(5-2)。

6.根据权利要求5所述的一种蚕茧自动分选装置，其特征在于：每次将上位机分类的结果保存在下位机中，下位机根据四次识别结果对蚕茧进行筛选。

7.根据权利要求5所述的一种蚕茧自动分选装置，其特征在于：主控系统(5)通过步进电机(1-6)控制输送链(1-1)的运动，通过触发开关(1-7)检测输送链(1-1)的位置，当蚕茧阵列运动到工业相机(5-1)下方时，触发开关(1-7)发送脉冲到主控系统(5)；主控系统(5)接收到脉冲信号后控制工业相机(5-1)拍照，工业相机(5-1)将蚕茧图像发送到上位机，上位机通过卷积神经网络模型对蚕茧进行分类，上位机将分类结果发回主控系统(5)，当被识别的蚕茧运动到筛选装置上方时，主控系统(5)根据识别结果控制舵机(7-2)进行筛选。

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