CN110831446B - 用于识别水果的定向的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于识别水果(F)的方向的方法，该水果具有穿过水果(F)的凹入部分的对称中心轴，该方法包括：初始测量步骤，其中测量仪器测量其与样品水果(Fo)的距离；在水果多通道带(7)上行进的每个待处理水果(F)的单独测量步骤；比较步骤，其中比较在每个待处理水果(F)的单独测量步骤中测量的距离和在样品水果(Fo)的初始测量步骤中测量的距离，以评估在单独测量步骤中测量的距离是水果(F)的凹入部分的距离还是水果(F)的凸起部分的距离；以及检查步骤，其确定水果(F)是否被正确地定向。还描述了体现该方法的设备。

Description

用于识别水果的定向的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于识别水果的定向的方法。此外，它涉及体现该方法的设备。
背景技术
EP 2 731 893描述了一种多通道水果定位设备，特别是桃子，其包括纵向框架和沿所述纵向框架的纵向方向行进的水果条板输送装置。水果保持条板的形状设置为具有多个横向间隔的凹槽，每个凹槽下方设有开口，水果的一部分通过该开口突出。位于水果保持装置下方的是水果定向装置，其包括多个纵向间隔的横向心轴，每个心轴承载多个横向间隔的定向元件，如同所述凹槽的数量。可与承载它的每个横向轴一体地旋转的每个定向元件在所述凹槽开口中与容纳在其中的水果接触并使水果移动，直到包含每个水果的缝线(suture line)的平面定位成与纵向方向成直角，并且其梗洼(stalk cavity)朝下。
与例如在上述专利申请的设备中获得的自动定向操作有关的缺点在于以下事实：所述自动定向操作不能绝对地保证水果的对称中心轴在自动定向操作之后被定位成处于竖直位置。这是由于以下事实：梗洼，例如桃子的梗洼，或者甚至是花萼(calycin)，即与梗洼相反的苹果腔(apple cavity)，并不总是被很好地限定成与定向元件完美地结合。最终，水果被盲目地定位。结果，不是所有的水果都到达在切割台站中的上述位置，结果并不是所有的切割都是完美的，即沿着所需的切割表面。
WO-2015136420提供了一种用于识别和定向水果(特别是桃子)的机器，其包括水果识别台站，该水果识别台站适于检测每个水果的竖直缝线平面的位置，以计算在竖直缝线平面和竖直切割平面之间形成的二面角，并传达有关计算出的二面角的信息或未检测到的信息。此外，该机器包括被连接到移除台站的定向台站。由于根据WO-2015136420的机器，允许切割台站沿着水果的缝线平面切割水果。
还有其它操作，例如水果取芯，在这种操作中，水果无需被定位成其缝线平面精确配置。实际上，取芯通常涉及至少一把刀沿水果(对于桃子而言)的轴线方向下沉，或者(对于苹果而言)穿过花萼和梗洼，因为它必须发生在榛果或者核的轴向方向上。为了进行该操作，水果的轴竖直放置就足够了。
在这方面，EP 2 167 408教导了如何通过激光照射来确定梗-花萼轴相对于水果(特别是苹果)的支撑辊的定向。实际上，提供了一种视觉系统，该视觉系统能够获取和分析水果的图像，从而确定何时其梗-花萼轴放置在竖直位置。该过程非常复杂，因为移动的水果的图像通过安装在旋转的苹果上方的摄像机捕获，并被处理以评估其位置。应该强调的是，在EP 2 167 408中的激光仅用于照射水果，因为自动确定其轴的定向的功能已分配给摄像机和图像处理程序。
有一些文献，其中使用激光作为相对于水果的测距仪。例如，JP H11169799 A描述了一种用于水果和蔬菜的自动分选机，其中设置有激光型距离传感器，该激光型距离传感器检测要通过输送装置输送的水果或蔬菜在被分选之后的高度。传感器发射并接收朝下竖直地摆动的激光束。以此方式，可以选择在其中运送不同高度的水果或蔬菜的容器。
在US 2016/0300187 A1所述的装置中，类似的测距仪用于测量盒子的尺寸以及用于最佳地放置物体。
发明内容
本发明的一个目的是评估在水果保持条板的凹槽上行进的水果是否被设置成梗洼或花萼朝下，并且该水果的对称中心轴是否竖直地布置。
本发明的另一个目的是从加工线中移除不正确定向的水果，即那些没有被布置成对称中心轴在水果保持条板上处于竖直位置的水果。
在本发明的第一方面，提供了一种用于识别水果的定向的方法，该水果具有穿过梗洼和花萼的对称中心轴，并且在水果保持带上行进，该方法包括检查步骤，该检查步骤确定水果是否被正确地定向，以其对称中心轴处于竖直位置，其中水果的距离被测量为大于水果的与梗洼或与花萼不同的任何部分的距离，或者等于该距离，以便评估水果的对称中心轴的定向是否竖直。
在本发明的第二方面，提供了一种体现该方法的用于加工正确定向的水果的设备。
附图说明
如附图所示，从对用于处理正确地定向的水果的设备的一些实施例的指示性的而非限制性的描述，本发明的进一步的特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
图1是用于加工正确定向的水果(特别是苹果)的设备的第一实施例的局部示意性侧视图，该设备包括用于识别水果的正确定向的台站和用于拾取错误地定向的水果的台站；
图2至图7是图1中的用于识别水果的正确定向并拾取未正确定向的水果的台站在连续步骤中的放大局部示意性侧视图；
图8是用于加工正确定向的水果(特别是桃子)的设备的第二实施例的局部示意性侧视图，该设备包括用于识别水果的正确定向的台站；和
图9和图10分别是图8所示的正确定向的水果的加工设备的第二实施例的变体的局部侧视图和局部截面平面俯视图。
具体实施方式
参考图1，该图是设备的一个实施例的侧视图，该设备体现了识别水果F的定向的方法，该方法旨在用于具有对称中心轴的水果，例如桃子和苹果。对称中心轴穿过水果F的凹入部分，这些凹入部分是梗洼cp和花萼c，花萼c在苹果中更明显。水果F的其它部分是凸起的。作为将要被处理的F水果的比较参考的样品水果表示为Fo。
根据本发明的方法提供了水果F沿着纵向框架10在输送装置中在由网状元件8和水果保持条板9形成的水果多通道带上行进。水果保持条板9成形为具有成排的凹槽11，并且每个凹槽11均设有显示容纳在凹槽11中的水果F的中心开口12。该方法包括：
-样品水果Fo的停止步骤，其中样品水果Fo停止在测量仪器上方的位置和在测量仪器下方的位置之间选择的一个位置；
-初始测量步骤，其中测量仪器当其对准样品水果Fo的凹入部分时测量其与样品水果Fo的距离，并且测量仪器当其对准样品水果Fo的凸起部分时测量其与同一样品水果Fo的距离；
-单独测量步骤，其中通过以与初始测量步骤相同的方式定位的同一测量仪器，单独测量在水果多通道带7上行进的每个待处理水果F；
-比较步骤，其中将在每个待处理的水果F的单独测量步骤中测量的距离与在样品水果Fo的初始测量步骤中测量的距离进行比较，以便评估在单独测量步骤中测量的距离是水果F的凹入部分的距离，还是水果F的凸起部分的距离；和
-检查步骤，如果在单独测量步骤中测量的距离是水果F的凹入部分的距离，则确定水果F被正确地定向，以其对称中心轴处于竖直方向位置，或者如果在单独测量步骤中测量的距离是水果F的凸起部分的距离，则确定水果F没有被正确地定向。
如上所述，根据本发明的方法被体现在图1所示的用于处理水果的设备中，图1是用于处理苹果的其第一实施例的局部示意性侧视图。该设备包括：水果F的装载台站1、水果条板输送装置2、用于识别水果F的正确定向的台站3、用于拾取未正确定向的水果F的台站4、仅部分示出以指示其在设备中的位置的切割台站5。
水果F的装载台站1具有用于装载要处理的水果F的料斗6和带有双锥形辊的输送装置60。水果条板输送装置2具有由网状元件(mesh elements)8和水果保持条板9形成的水果多通道带7。水果多通道带7在纵向框架10中纵向地前进。水果保持条板9成形为具有成排的凹槽11。每个凹槽11具有中心开口12，其在图2至图7中更好地示出，图2至图7是用于识别水果F的正确定向的台站3的局部放大示意侧视图。
用于识别水果F的正确定向的台站3使用一排测距仪13，优选为激光计，每个测距仪位于一排凹槽11的每个凹槽的中心开口12下方。测距仪13，一个测距仪用于每个水果进给通道，其位于相对于水果F的进给通道横向的壳体14内。壳体14的上表面向下倾斜。水果保持条板9间歇地前进，使得每行凹槽11在凹槽11的中心开口12与测距仪13同轴时停止。如果测距仪13是激光测量仪，则穿过支撑水果F的凹槽11的中心开口12的每激光束瞄准水果F的梗洼cp或花萼c。如果水果F通过连续定向装置先前已经被正确地定位，以其自身的对称中心轴处于竖直方向上，则会发生这种情况，所述连续定向装置从EP 2 731 893获知，总体以15表示(图1)，其位于识别台站3的上游。应该理解，如果水果被正确地定向，如在图2至图7中由复选标记√所示的那些水果，那么由测距仪13执行的测量提供了大于水果F的与梗洼或花萼不同的任何其它部分的距离的距离的测量值。实际上，当在图2至7中用十字标记X表示的水果出现这种情况时，由测距仪13进行的测量得出的距离小于之前的距离；实际上，在激光测量仪的情况下，光束16瞄准水果F的凸起部分而不是凹入部分(例如梗洼cp或花萼c)。在这种情况下，必须丢弃以X表示的水果F。
这是由水果F的拾取台站4提供的，该拾取台站从水果多通道带上去除丢弃的水果。拾取台站4包括竖直框架17(图1)、铰接的抽出机构18(在图2至7中详细显示)、用于移除未正确定向的水果F的装置19和可编程逻辑控制器(PLC)，其位于未示出的电气面板内。PLC的操作将在后面说明。
竖直框架17基本上是横向地横过水果F的进给通道的入口。竖直框架17支撑铰接的抽出机构18，其具有抓持器横向板28，所述抓持器横向板28在其每个侧端处通过连杆21和曲柄22通过具有正交轴的齿轮24连接到无刷电动机23。每个连杆21具有连杆脚25，其连接到在竖直布置的线性引导件27中滑动的滑块26。连接到滑块26的是横向抓取器板28，至少一个抓取器29(在所示实施例中数量为两个)在水果F的每个进给通道下方被固定到横向抓取器板28。根据本实施例，每个抓取器29具有通常表示为30的两个抓取元件，用于抓取不正确定向的水果F。应该清楚的是，抓取元件的数量可以不同于两个并且可以根据要加工的水果而具有不同的形状。
可编程逻辑控制器(PLC)适于通过识别台站3接收关于水果F的对称中心轴的定向的信息，并控制铰接的抽出机构18来拾取不正确的定向的水果F.
用于去除不正确定向的水果F的装置19包括覆盖水果保持条板的排出托盘31。排出托盘31可通过缸体33在水平引导件32中滑动，以使固定到竖直框架17的排出托盘运动。
未正确定向的水果F的返回路径包括横向再循环传送带34，该横向再循环传送带34可由排出托盘31触及，并连接到斜道35(图1)，斜道35通向在装载台站1的料斗6中的回收点36，用于重新加工未被完美定向的水果。
图2至7以各个步骤示出了根据本发明的设备的识别台站和拾取台站的操作。
在图2中，铰接的抽出机构18被示出为具有其夹钳29，其覆盖在两个正确定向的水果上，但是随后的水果未正确定向。
图3显示了处于正交位置的铰接的抽出机构18，在该位置，如PLC所告知，抽出机构18已经关闭了未正确定向的标有X的水果上的抓取器29的抓取元件30，并且正在将其抬起，以便将其从水果保持条板的凹槽11中移除。
在图4中，铰接的抽出机构18已完成了循环：曲柄22处于其上止点，因此，带有标有X的水果的抓取器29位于排出托盘31的上方。
在图5中，在PLC的命令下，抓取器29使水果掉落到排出托盘31上。
在图6中，其示出了，由于用于移动排出托盘的缸体33，带有X的水果F朝向再循环传送带34移动以返回到料斗6。
上述第一实施例主要用于处理定位成其对称中心轴位于竖直位置的水果。此定位例如对于苹果以及桃子的取芯而言(当不需要根据子午线(meridian)对其进行切割时)是有用的。
参考图8，示出了用于加工正确定向的水果(特别是桃子)的设备的第二实施例的局部示意性侧视图。与图1相同的部件标有相同的参考数字。
该第二实施例包括在用于识别水果F的正确定向的台站3的上游的水果横向定向装置37和在未正确定向的水果F的拾取台站4的下游的水果定向对齐装置38。该水果横向定向装置37和水果对齐定向装置38是已知类型的，因此不再详细描述。它们尤其用于将桃子定位成其缝合平面(suture plane)与切割刀共面。
现在参考图9和图10，其分别是图8所示的第二实施例的变体的局部侧视图和平面俯视图，特别是参考用于识别水果F的正确定向的台站3。与图8相似的部件用相同的参考数字标记。用于测距仪40的壳体用39表示，其类似于在图1至8中示意性地示出的壳体14。与具有倾斜的顶部的壳体14不同，壳体39具有平坦的盖41以便于借助于通常用42表示的清洁装置被维护清洁。清洁装置42包括气压缸43，其通过托架44固定到机器的纵向框架10。气压缸43具有杆45，杆45在其自由端支撑多个刷46，其优选地由橡胶制成，与壳体39的平坦的盖41的表面很好地接触。如图10所示，刷46优选地安装在单个横向刷保持器臂47的下方，该横向刷保持器臂47由气压缸43操作在一对引导杆48上滑动，该一对引导杆48悬挂在固定在同一纵向框架10上的横向件49上。气压缸43的杆45的往复运动允许刷46清洁平坦的盖41的水、蒸汽、剩余的水果或源自水果加工过程中的其它任何东西，它们在加工过程中应被沉积在玻璃上。尽管很小，但是激光光斑的面积非常敏感，并且可能存在的异物(尽管很小)可能会使得激光本身的路径偏离或阻碍其通过，导致不正确的读数，从而导致根据本发明的设备的整个识别系统失败。
实际上，在根据本发明的用于加工水果的设备中使用的激光装置可能发生的问题之一是，当与用于读取操作的光垂直相交的平坦的盖41变脏时，激光可能发生折射。清洁装置42通过由位于识别台站3上方的气压缸43操作的刷46提供了该问题的解决方案，该刷位于包含激光测量仪40的测距仪的壳体的平坦的盖41的上方。在平坦的盖41下方，优选由防水钢制成的壳体39承载八个激光测量仪40。在平坦的盖41上方的刷承载横向臂47构成了可移动元件，用于对应于盖的透明片50遮盖盖41，该透明片优选为树脂玻璃，其允许测距仪的激光束通过。特别地，在水果保持条板的间歇前进运动期间，在平坦的盖41的上方，对应于其透明板50，刷承载横向臂47仅在设备停止时使透明板50自由地通过激光，这与用激光对水果的梗洼或花萼上进行读数的时间相吻合。一旦已经进行了读数，则盖41再次被刷承载横向臂47覆盖，这保持透明片50清洁。
沿着盖41移动的刷46通过将沉积在激光测量仪40的读数区域上的任何残留物从盖41移出来而除去它们。
应该理解的是，以上描述仅代表由所附权利要求书限定的根据本发明的用于加工水果的设备的一些实施方式。

Claims (9)

1.一种用于识别水果(F)的定向的方法，所述水果(F)具有穿过水果凹入部分的对称中心轴，所述水果凹入部分是水果(F)的梗洼(cp)和花萼(c)，水果(F)的其它部分是凸起的，水果(F)在水果多通道带(7)上行进，所述水果多通道带(7)由网格元件(8)和具有多个凹槽(11)的水果保持条板(9)形成，每个凹槽(11)设置有显示在凹槽(11)中容纳的水果(F)的中心开口(12)，其特征在于，所述方法包括：
-停止步骤，其中样品水果(Fo)停止在测量仪器上方的位置和测量仪器下方的位置之间选择的位置；
-初始测量步骤，其中测量仪器测量当瞄准样品水果(Fo)的凹入部分时其与所述样品水果(Fo)的距离，并且，测量仪器测量当瞄准同一样品水果(Fo)的凸起部分时其与样品水果(Fo)的距离；
-单独测量步骤，其中用与所述初始测量步骤相同的方式定位的同一测量仪器单独测量在水果多通道带(7)上行进的每个待处理水果(F)；
-比较步骤，其中比较在每个待处理水果(F)的单独测量步骤中测量的距离与在样品水果(Fo)的初始测量步骤中测量的距离，以评估在单独测量步骤中测量的距离是水果(F)的凹入部分的距离，还是水果(F)的凸起部分的距离；和
-检查步骤，如果在单独测量步骤中测量的距离是水果(F)的凹入部分的距离，则确定水果(F)被正确地定向，其对称中心轴处于竖直位置，或者，如果在单独测量步骤中测量的距离是水果(F)的凸起部分的距离，则确定水果(F)没有被正确地定向。
2.一种实现权利要求1的方法的设备，其包括：具有对称中心轴的水果(F)的装载台站(1)；水果条板输送装置(2)，其中由网状元件(8)和水果保持条板(9)形成的水果多通道带(7)在纵向框架(10)中纵向地前进；用于识别水果(F)的正确定向的台站(3)；从水果条板输送装置(2)移除不正确定向的水果的拾取台站(4)；以及切割台站(5)，所述水果保持条板(9)具有多个凹槽(11)，每个凹槽(11)设置有显示容纳在凹槽(11)中的水果(F)的中心开口(12)，其特征在于，用于识别水果(F)的正确定向的台站(3)使用一排测距仪(13、40)，每个测距仪(13、40)位于凹槽(11)的中心开口(12)下方，以通过凹槽(11)的中心开口(12)瞄准水果(F)的梗洼(cp)或花萼(c)，以便测量水果(F)的距离，并识别大于水果(F)的不同于梗洼(cp)或花萼(c)的任何部分的距离或等于它的这样的距离，使得所述用于识别水果(F)的正确定向的台站(3)评估水果(F)的对称中心轴的定向是否竖直。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述测距仪(13、40)是激光测量仪，其光束(16)穿过水果保持条板(9)的凹槽(11)的中心开口(12)，所述测距仪(13；40)被容纳在位于纵向框架(10)下方的横向壳体(14；39)中。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述水果(F)的拾取台站(4)包括竖直框架(17)、铰接的抽出机构(18)、用于移除不正确定向的水果(F)的装置(19)和可编程逻辑控制器(PLC)，其中：
-所述竖直框架(17)支撑所述铰接的抽出机构(18)，
-所述铰接的抽出机构(18)具有连接到每个侧端的抓取器横向板(28)，所述抓取器横向板(28)借由连杆(21)和曲柄(22)通过具有正交轴的齿轮(24)连接到无刷马达(23)，每个连杆(21)具有连接到滑块(26)的连杆脚(25)，所述滑块(26)在竖直布置的线性引导件(27)中滑动，并且承载具有至少一个抓取器(29)的抓取器横向板(28)，所述抓取器(29)具有用于抓取不正确定向的水果(F)的抓取元件(30)，
-所述用于移除不正确定向的水果(F)的装置(19)包括：在水果保持条板(9)上方的排出托盘(31)；用于移动排出托盘(31)的缸体(33)；和到所述装载台站(1)的不正确定向水果的返回路径(F)，和
-所述可编程逻辑控制器(PLC)能够接收关于水果(F)的对称中心轴的定向的信息，并且控制所述铰接的抽出机构(18)以拾取不正确定向的水果(F)。
5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，位于用于识别水果(F)的正确定向的台站(3)的上游的是水果定向装置(15)，其适于将每个水果(F)配置成其对称中心轴处于竖直位置。
6.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，位于用于识别水果(F)的正确定向的台站(3)的上游的是水果横向定向装置(37)，并且位于不正确定向的水果的拾取台站(4)的下游的是水果对齐定向装置(38)。
7.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述测距仪(40)的壳体(39)具有平坦的盖(41)，并且清洁装置(42)包括由支架(44)固定到所述设备的纵向框架(10)的气压缸(43)，所述气压缸(43)具有杆(45)，所述杆(45)在其自由端支撑多个刷(46)，所述刷与壳体(39)的平坦的盖(41)的表面很好地接触。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述刷(46)安装到由气压缸(43)致动的刷承载横向臂(47)的下方，所述刷承载横向臂(47)能在一对引导杆(48)上滑动，所述引导杆(48)悬挂到紧固到纵向框架(10)的横向件(49)上。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述刷承载横向臂(47)立在设置有透明片(50)的所述平坦的盖(41)上方，用于使得所述测距仪(40)的激光束通过所使用的平坦的盖(41)变暗。
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