CN110238083A - 一种木皮自动分级设备及分级方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种木皮自动分级设备及分级方法，包括传输装置，在所述传输装置运行方向上依次设置有图像识别装置和分类执行装置，所述图像识别装置设置在所述传输装置输送平面正上方；所述分类执行装置包括执行控制器、定位传感器、推入器和接收器，所述推入器与所述接收器相对设置在所述传输装置传输面两侧；所述定位传感器和所述推入器均与所述执行控制器电连接；所述识别控制器与所述图像识别装置通信连接。相对于采用光电漫反射来判别木皮等级，本发明提供的设备成本低、准确率高且能够根据需要划分多个木皮等级，对木皮品质的分类更加精细化。

Description

一种木皮自动分级设备及分级方法

技术领域

本发明属于木皮生产技术领域，具体涉及一种木皮自动分级设备及分级方法。

背景技术

木皮是由旋切机将木材旋切后，按照一定的尺寸剪裁形成的，在实际生产过程中，由于木材会带有结疤等，这就导致了木皮的等级的出现，好的木皮表面整、没有黑斑、没有破损；稍微差点的木皮会出现小面积的破损或黑斑。总之，木皮的级别随着破损和黑斑面积的大小而确定。在实际生产过程中，大部分的木皮分类是要依靠人工去完成，虽然近几年出现了可以自动分级的装置，大多是使用光电漫反射来判别木皮等级，因此对操作环境要求较高，而且其价格较贵，最多只能分三级，不能满足实际生产的需要，因此不能得到广泛的应用。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种木皮自动分级设备及分级方法，以解决上述技术问题。

第一方面，本发明提供一种木皮自动分级设备，包括传输装置，在所述传输装置运行方向上依次设置有图像识别装置和分类执行装置，所述图像识别装置设置在所述传输装置输送平面正上方；所述分类执行装置包括执行控制器、定位传感器、推入器和接收器，所述推入器与所述接收器相对设置在所述传输装置传输面两侧；所述定位传感器和所述推入器均与所述执行控制器电连接；所述识别控制器与所述图像识别装置通信连接。

进一步的，所述图像识别装置包括摄像头和树莓派，所述摄像头通过支撑架横杆固定在传输装置传输面正上方。

进一步的，所述分类执行装置包括多个执行组，所述执行组包括定位传感器和一对相对设置在传输装置传输面两侧的推入器和接收器；所述执行组数量设定为木皮等级数量减一。

进一步的，所述推入器包括气缸、气动阀和气泵，所述气泵连接气动阀；所述气动阀连接气缸。

进一步的，所述执行控制器采用PLC控制系统，所述PLC控制系统连接气动阀。

进一步的，所述传输装置采用交流电机作为动力源，所述交流电机连接调速器；所述调速器与执行控制器电连接。

第二方面，本发明提供一种木皮自动分级方法，所述方法包括：

接收待分级木皮等级识别结果；

根据所述等级识别结果调用相应等级执行组的位置传感器；

接收到调用的位置传感器的定位信号后，控制所述相应等级执行组的推出器将木皮从传输面推至同组接收器。

进一步的，在所述接收待分级木皮等级识别结果之前，所述方法还包括：

采集待分类木皮图片；

利用CNN神经网络训练木皮分类模型；

将所述木皮图片输入所述木皮分类模型，得到木皮等级；

将所述木皮等级发送至执行控制器。

进一步的，所述利用CNN神经网络训练木皮分类模型，包括：

准备已经完成分级的木皮图片；

将木皮缺陷作为特征点对所述准备图片进行特征点提取处理；

利用特征点提取后的图片制作数据集；

利用CNN卷积神经网络函数根据所述数据集训练木皮分类模型。

进一步的，所述根据所述等级识别结果调用相应等级执行组的位置传感器，包括：

获取识别的光电开关设备识别码；

根据光电开关与执行组的相对位置建立光电开关设备识别码与执行组的一一映射关系；

建立执行组与木皮等级的一一映射关系；

根据等级识别结果和执行组与木皮等级的映射关系获取识别等级的匹配执行组；

根据执行组与光电开关设备识别码的映射关系获取所述匹配执行组的匹配光电开关设备识别码，并锁定所述匹配光电开关设备识别码。

本发明的有益效果在于，

本发明提供的木皮自动分级设备，通过在木皮传输装置上设置图像识别装置和分类执行装置，利用图像识别装置对木皮图像进行等级识别，本发明采用CNN图像识别模型可以根据需要在训练模型时设置多个木皮等级，对木皮的分类更加精细，将识别出的木皮等级发送至分类执行装置，由分类执行装置将传输装置上的木皮输送至相应等级木皮放置处，完成木皮的自动分级。本发明利用图像识别技术对木皮进行等级划分识别，能够根据木皮品质对木皮进行精细分类，分类执行装置根据木皮等级的图像识别结果自动将传输装置上的输送至相应等级放置处，实现对木皮的自动分类。相对于采用光电漫反射来判别木皮等级，本发明提供的设备成本低、准确率高且能够根据需要划分多个木皮等级，对木皮品质的分类更加精细化。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例的木皮自动分类设备的结构示意图；

图2是本申请一个实施例的木皮自动分类方法的示例性流程图；

其中，1、传输装置；2、交流电机；3、调速器；4、气缸；5、气动阀；6、光电开关；7、摄像头；8、树莓派；9、PLC控制系统；10、气泵。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，除非另有说明， “多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

请参考图1，本实施例提供一种木皮自动分级设备。在运输木皮的传输装置1（传输带）的运行方向上依次安装图像识别装置和分类执行装置，即确保运输的木皮先经过图像识别装置，再经过分类执行装置。图像识别装置为摄像头7和图像处理器，图像处理器可以选用服务器，本实施例采用体积较小的树莓派8（一种微型计算机），摄像头7与树莓派8电连接，摄像头7将拍摄的木皮图片发送至树莓派8。摄像头7通过摄像头固定架固定在传输装置1传输面的正上方，确保摄像头7拍摄木皮的最佳视角。在摄像头7固定架上设置一个图像采集启动光电开关，图像采集启动光电开关与摄像头7电连接，木皮到达图像采集启动光电开关检测位置时，图像采集启动光电开关向摄像头7发送电信号控制摄像头7执行拍照。

分类执行装置包括执行控制器、定位传感器、推入器和接收器。其中执行控制器采用PLC控制系统9，PLC控制系统与图像识别装置的树莓派8通信连接（可以采用无线通信连接，如蓝牙连接），定位传感器采用光电开关6，推入器气缸4、气动阀5。推入器的动力由气泵10提供。PLC控制系统电连接气动阀5，气泵10也与气动阀5电连接，气动阀5电连接气缸4。接收器为木皮收集箱，收集箱放置的位置与气缸相对，两者中间为传输带，便于气缸推出后将木皮顶入收集箱。

以将木皮分为5个等级为例，需要设置四组推入器和接收器，分别为第一执行组（收集一级木皮）、第二执行组（收集二级木皮）、第三执行组（收集三级木皮）、第四执行组（收集四级木皮），每个执行组所在位置均需设置光电开关6，本实施例中将光电开关位置安装在传输带上收集器一侧，且每组的光电开关与推入器和接收器的位置在同一直线上。在传输带终点放置一个接收器（收集箱）收集五级木皮。当PLC控制系统接收到树莓派8发送的图像识别结果后，如识别结果为二级，则PLC控制系统锁定第二执行组，当PLC控制系统9接收到第二执行组所在位置的光电开关信号的电信号后（PLC控制系统6根据光电开关设备识别号码对光电开关进行区分定位），立即控制第二执行组的推出器执行推出动作（向气动阀发送启动命令，控制气缸推出），将木皮从传输带上推至第二执行组的接收器（二级木皮收集箱）。

实施例2

请参考图1，本实施例提供一种木皮自动分级设备。在运输木皮的传输装置1（传输带）的运行方向上依次安装图像识别装置和分类执行装置，即确保运输的木皮先经过图像识别装置，再经过分类执行装置。图像识别装置为摄像头7和图像处理器，图像处理器选用服务器终端，摄像头7与服务器8电连接，摄像头7将拍摄的木皮图片发送至服务器8。摄像头7通过摄像头固定架固定在传输装置1传输面的正上方，确保摄像头7拍摄木皮的最佳视角。由工作人员控制摄像头7在木皮到达摄像头下发时进行拍照。

分类执行装置包括执行控制器、定位传感器、推入器和接收器。其中执行控制器采用PLC控制系统9，PLC控制系统与图像识别装置的服务器8通信连接（可以采用无线通信连接，如蓝牙连接），定位传感器采用光电开关6，推入器气缸4、气动阀5。推入器的动力由气泵10提供。PLC控制系统电连接气动阀5，气泵10也与气动阀5电连接，气动阀5电连接气缸4。接收器为木皮收集箱，收集箱放置的位置与气缸相对，两者中间为传输带，便于气缸推出后将木皮顶入收集箱。 另外，本实施例传输装置采用交流电机2，交流电机2电连接调速器3，调速器3与PLC控制系统9电连接。

以将木皮分为5个等级为例，需要设置四组推入器和接收器，分别为第一执行组（收集一级木皮）、第二执行组（收集二级木皮）、第三执行组（收集三级木皮）、第四执行组（收集四级木皮），每个执行组所在位置均需设置光电开关6，本实施例中将光电开关位置安装在传输带上收集器一侧，且每组的光电开关与推入器和接收器的位置在同一直线上。在传输带终点放置一个接收器（收集箱）收集五级木皮。当PLC控制系统接收到树莓派8发送的图像识别结果后，如识别结果为二级，则PLC控制系统锁定第二执行组，当PLC控制系统9接收到第二执行组所在位置的光电开关信号的电信号后（PLC控制系统6根据光电开关设备识别号码对光电开关进行区分定位），向调速器3下发速度调控命令，通过调速器3控制交流电机2降低功率，下调传输装置1传输速度，避免传输速度过快导致推出器推空。同时立即控制第二执行组的推出器执行推出动作（向气动阀发送启动命令，控制气缸推出），将木皮从传输带上推至第二执行组的接收器（二级木皮收集箱）。

实施例3

请参考图2，本实施例提供一种木皮自动分级方法，包括以下步骤：

S1、木皮图像采集。

基于实施例1提供的设备，接收到与摄像头7同位置的图像采集启动光电开关（反射光电开关）的电信号（木皮到达图像采集启动光电开关检测位置时图像采集启动光电开关生成的电信号），摄像头7立即执行拍照。

S2、首先对木皮图像进行识别。

训练木皮分类模型。准备大量已经完成分级的木皮图片，每种等级都准备多张图片，若分为五级，则每个等级准备100张图片，共500张图片。在图片文件名中进行等级标记。将500张图片分别存入训练集（400张）和测试集（100张）。然后定义CNN模型函数，然后根据训练集和测试集执行训练，得到可以将木皮图片分为五个等级的木皮分类模型。其中函数定义方法和训练方法均为现有技术。

将摄像头拍摄的木皮图片输入木皮分类模型，得到木皮图片等级识别结果。

S3、根据所述等级识别结果调用相应等级执行组的位置传感器。

获取每个执行组对应的光电开关的设备识别码，将光电开关设备识别码与执行组建立一一映射的关系，并建立木皮等级与各执行组的一一映射关系。当获取到木皮等级识别结果后，根据木皮等级与执行组的映射关系调取匹配执行组，并根据执行组与光电开关设备识别码的映射关系获取与匹配执行组对应的匹配光电开关设备识别码。锁定匹配光电开关设备识别码。

S4、接收到调用的位置传感器的定位信号后，控制所述相应等级执行组的推出器将木皮从传输面推至同组接收器。

每个光电开关在向PLC控制系统发送电信号时都标记自身设备识别码。当PLC控制系统获取到标记有匹配光电开关设备识别码的电信号后，立即控制相应执行组的推出器将木皮从传输面推至同组接收器。

实施例4

本实施例提供一种木皮自动分级方法，包括以下步骤：

S1、木皮图像采集。

基于实施例1提供的设备，接收到与摄像头7同位置的图像采集启动光电开关（反射光电开关）的电信号（木皮到达图像采集启动光电开关检测位置时图像采集启动光电开关生成的电信号），摄像头7立即执行拍照。

S2、首先对木皮图像进行识别。

训练木皮分类模型。准备大量已经完成分级的木皮图片，每种等级都准备多张图片，若分为五级，则每个等级准备100张图片，共500张图片。在图片文件名中进行等级标记。对准备的图片进行预处理，提取图片中的木皮缺陷黑点作为特征点。通过对图片进行预处理，增强模型等级分类准确性。将预处理后的500张图片分别存入训练集（400张）和测试集（100张）。然后定义CNN模型函数，然后根据训练集和测试集执行训练，得到可以将木皮图片分为五个等级的木皮分类模型。其中函数定义方法和训练方法均为现有技术。

将摄像头拍摄的木皮图片进行缺陷特征提取后，输入木皮分类模型，得到木皮图片等级识别结果。

S3、根据所述等级识别结果调用相应等级执行组的位置传感器。

获取每个执行组对应的光电开关的设备识别码，将光电开关设备识别码与执行组建立一一映射的关系，并建立木皮等级与各执行组的一一映射关系。当获取到木皮等级识别结果后，根据木皮等级与执行组的映射关系调取匹配执行组，并根据执行组与光电开关设备识别码的映射关系获取与匹配执行组对应的匹配光电开关设备识别码。锁定匹配光电开关设备识别码。

S4、接收到调用的位置传感器的定位信号后，控制所述相应等级执行组的推出器将木皮从传输面推至同组接收器。

每个光电开关在向PLC控制系统发送电信号时都标记自身设备识别码。当PLC控制系统获取到标记有匹配光电开关设备识别码的电信号后，立即向调速器3下发速度调控命令，通过调速器3控制交流电机2降低功率或停止运行，下调传输装置1传输速度或使传输装置停止运动，避免传输速度过快导致推出器推空。同时，PLC控制系统控制相应执行组的推出器将木皮从传输面推至同组接收器。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种木皮自动分级设备，包括传输装置，其特征在于，在所述传输装置运行方向上依次设置有图像识别装置和分类执行装置，所述图像识别装置设置在所述传输装置输送平面正上方；所述分类执行装置包括执行控制器、定位传感器、推入器和接收器，所述推入器与所述接收器相对设置在所述传输装置传输面两侧；所述定位传感器和所述推入器均与所述执行控制器电连接；所述识别控制器与所述图像识别装置通信连接。

2.根据权利要求1所述的木皮自动分级设备，其特征在于，所述图像识别装置包括摄像头和树莓派，所述摄像头通过支撑架横杆固定在传输装置传输面正上方。

3.根据权利要求1所述的木皮自动分级设备，其特征在于，所述分类执行装置包括多个执行组，所述执行组包括定位传感器和一对相对设置在传输装置传输面两侧的推入器和接收器；所述执行组数量设定为木皮等级数量减一。

4.根据权利要求1所述的木皮自动分级设备，其特征在于，所述推入器包括气缸、气动阀和气泵，所述气泵连接气动阀；所述气动阀连接气缸。

5.根据权利要求4所述的木皮自动分级设备，其特征在于，所述执行控制器采用PLC控制系统，所述PLC控制系统连接气动阀。

6.根据权利要求1所述的木皮自动分级设备，其特征在于，所述传输装置采用交流电机作为动力源，所述交流电机连接调速器；所述调速器与执行控制器电连接。

7.一种木皮自动分级方法，其特征在于，所述方法包括：

接收待分级木皮等级识别结果；

根据所述等级识别结果调用相应等级执行组的位置传感器；

接收到调用的位置传感器的定位信号后，控制所述相应等级执行组的推出器将木皮从传输面推至同组接收器。

8.根据权利要求7所述的木皮自动分级方法，其特征在于，在所述接收待分级木皮等级识别结果之前，所述方法还包括：

采集待分类木皮图片；

利用CNN神经网络训练木皮分类模型；

将所述木皮图片输入所述木皮分类模型，得到木皮等级；

将所述木皮等级发送至执行控制器。

9.根据权利要求8所述的木皮自动分级方法，其特征在于，所述利用CNN神经网络训练木皮分类模型，包括：

准备已经完成分级的木皮图片；

将木皮缺陷作为特征点对所述准备图片进行特征点提取处理；

利用特征点提取后的图片制作数据集；

利用CNN卷积神经网络函数根据所述数据集训练木皮分类模型。

10.根据权利要求7所述的木皮自动分级方法，其特征在于，所述根据所述等级识别结果调用相应等级执行组的位置传感器，包括：

获取识别的光电开关设备识别码；

根据光电开关与执行组的相对位置建立光电开关设备识别码与执行组的一一映射关系；

建立执行组与木皮等级的一一映射关系；

根据等级识别结果和执行组与木皮等级的映射关系获取识别等级的匹配执行组；

根据执行组与光电开关设备识别码的映射关系获取所述匹配执行组的匹配光电开关设备识别码，并锁定所述匹配光电开关设备识别码。