CN111034774A - 鱼体切片加工与智能分拣一体化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鱼体切片加工与智能分拣一体化装置及方法。本发明包括鱼体纵向链轮输送机构、鱼体横向链轮输送机构、切割刀排、推进机构、单侧整平机构、3D扫描系统和鱼体边角料挑选分拣机构。鱼体纵向链轮输送机构和鱼体横向链轮输送机构均布置有切割刀排，所述3D扫描系统位于鱼体横向链轮输送机构上，用于扫描切割完成后的鱼体；所述的鱼体边角料挑选分拣机构用于对切割完成后的鱼体进行分拣，区分出合格的鱼体和鱼体边角料。本发明能够实现鱼体定形的自动化切割并对切割后的鱼体产品进行自动化分拣功能，解决现有人工切割效率不高、成本率低、切割后鱼体产品分拣困难等问题，实现了鱼体自动化、智能化的加工生产。

Description

鱼体切片加工与智能分拣一体化装置及方法

技术领域

本发明属于海产品加工领域，具体涉及一种鱼体切片加工与智能分拣一体化装置及方法。

背景技术

我国是世界渔业大国，水产资源丰富，水产品种类繁多。2017年全国渔业总产值已达到12002亿元，进出口总额301.12亿美元，水产品总产量6901.25万吨，其中海水产品产量约3490.15万吨，远洋渔业产量198.75万吨。自2012年起，中央财政对渔业投入大幅增加，为渔业经济保持高度可持续发展提供了最佳保障。

海洋渔业是浙江省海洋经济的支柱产业之一，在浙江海洋经济发展示范区建设中发挥了重要作用。每年浙江的海洋渔业产量约占全国总量的十分之一，在全国海洋经济和大农业中占有重要地位。2017年浙江省渔业总产值962亿元，水产品总产量631万吨，比上年增长4.8%。其中海水产品产量517万吨，增长5.2%；远洋渔业产量为60万吨，比上年增长9.0%。

水产品加工利用是海洋渔业生产活动的延续，是在当前有限的渔业资源条件下产生更大经济价值的关键手段。由于水产加工企业加工品种多，原材料不规则，实现自动化、智能化加工难度大，因此水产加工领域的智能化生产加工技术一直鲜有研究。截至目前国内水产品加工还是以人工为主，自动化、智能化加工设备应用占比很低。但是近年来传统水产加工企业开始面临招工难、工人工资逐年攀升、生产效率不高的问题，企业盈利能力逐年下降，原有竞争优势不复存在，全球竞争力明显下降。而德国、美国、日本、澳大利亚等国都已采用适合他们经济鱼类的处理设备及智能生产线，生产效率和产品合格率较高。因此，我国传统水产加工企业急需转型升级，才能在新时代下焕发新的生机。

提高我国水产加工行业自动化设备应用比例，开发更多适合于我国国情的水产加工智能化装备，是我国水产加工行业转型升级的重要方式和必然途径。随着时代的进步，智能化让工业生产再次迈进新台阶。再到现在，人工智能已成为引领人们探索发现的新领域，并很可能给整个社会带来新的巨变。智能制造技术同样可以应用于水产加工行业，通过智能制造设备取代人工从事解冻、切片、切块、自动烹饪及分拣包装等工作，不但可以大幅度降低劳动力成本，更可以大幅提升产品质量，减少加工损耗，提高有限水产资源的利用率。

发明内容

本发明的目的是：设计一种自动切片、自动分拣装置，实现不同规格的鱼体初级加工、对鱼体产品进行定形的切片加工、边角料分拣功能，解决现有人工切片效率不高、成品率低、切割后产品分拣困难等问题，实现鱼体的自动化、智能化的定形切片，不合格产品分拣。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

鱼体切片加工与智能分拣一体化装置，包括鱼体纵向链轮输送机构、鱼体横向链轮输送机构、切割刀排、推进机构、单侧整平机构、3D扫描系统和鱼体边角料挑选分拣机构。

所述的鱼体纵向链轮输送机构与鱼体横向链轮输送机构呈直角布置，待加工的鱼体经鱼体纵向链轮输送机构后传输至鱼体横向链轮输送机构，在所述的鱼体纵向链轮输送机构与鱼体横向链轮输送机构交接处设置有所述的推进机构和单侧整平机构，所述的单侧整平机构用于将鱼体纵向链轮输送机构传输过来的鱼体进行单侧整平，所述的推进机构用于将单侧整平的鱼体推送至鱼体横向链轮输送机构。

在所述的鱼体纵向链轮输送机构和鱼体横向链轮输送机构均布置有切割刀排，所述3D扫描系统位于鱼体横向链轮输送机构上，用于扫描切割完成后的鱼体；所述的鱼体边角料挑选分拣机构用于对切割完成后的鱼体进行分拣，区分出合格的鱼体和鱼体边角料。

利用上述装置将鱼体切片加工与智能分拣的方法：

将鱼体摆放在鱼体纵向链轮输送机构的链板上，带动鱼体向前输送，链板上的鱼体经过鱼体纵向链轮输送机构上的切割刀排，切割刀排将鱼体进行纵向切割。

纵向切割完成的鱼体继续通过鱼体纵向输送板链向前输送，到达鱼体纵向链轮输送机构与鱼体横向链轮输送机构交接处后，先由单侧整平机构将鱼体单侧整平，接着推进机构将单侧整平后的鱼体推进到鱼体横向链轮输送机构上。

鱼体横向链轮输送机构带动鱼体向前输送，经过鱼体横向链轮输送机构上的切割刀排后，完成对鱼体的定形切割，定形切割后的鱼体继续向前输送经过3D扫描系统，3D扫描系统通过扫描成像区分整个切割后的不同鱼体。

鱼体边角料挑选分拣机构将不合格的鱼体分拣至废料框内，合格的鱼体继续向前输送，进入下一步的包装环节。

本发明的有益效果是：能够实现鱼体定形的自动化切割并对切割后的鱼体产品进行自动化分拣功能，解决现有人工切割效率不高、成本率低、切割后鱼体产品分拣困难等问题，实现了鱼体自动化、智能化的加工生产。

附图说明

图1a和图1b为鱿鱼定形自动切片智能分拣装置示意图；

图2为鱿鱼片切割成鱿鱼条的工序示意图；

图3a、图3b和图3c为切割刀排机构示意图；

图4为整平机构示意图；

图5为切割后鱿鱼块合格品与非合格品示意图；

图6为控制系统非合格品鱿鱼块去除算法的程序框图；

图7为单个真空吸嘴的气动控制原理图；

图1中1-鱿鱼块纵向链轮输送机构，2-切割刀排,3-推进机构，4-单侧整平机构，5-鱿鱼块横向链轮输送机构，6-切割刀排,7-3D扫描系统，8-废料框,9-六轴机械手,10-控制系统,11-真空吸盘组件；

图7中701-干燥过滤器，702-调压阀，703-电磁阀，704-真空发生器，705-消音器，706-空气过滤器，707-吸盘，708-单向阀，709-压力表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

本发明主要包括鱼体链轮输送机构、切割刀排、推进机构、单侧整平机构、3D扫描系统、鱼体边角料挑选分拣机构组成。

所述的鱼体纵向链轮输送机构、鱼体横向链轮输送机构结构相同，均包括输送链板、金属衬板，内置驱动马达、输送带驱动链轮、输送带从动链轮和链轮涨紧机构。输送链板内部两端分别由输送带驱动链轮和输送带从动链轮固定，输送链板下表面内侧衬一块金属衬板，所述链轮涨紧机构对链条进行涨紧，内置驱动马达控制输送链的正反转和输送链的输送速度，输送链板上开有等距的刀片槽，防止刀排上刀片切割时对链板产生破坏。

所述的切割刀排由两立式轴承座、刀片转动轴、刀片组、厚度分隔片、驱动电机、安全护罩组成，刀片转动轴架设在立式轴承座上，刀片转动轴布置有刀片组，刀片组中的每片刀片由厚度分隔片分隔，安全护罩可活动的罩至于刀片组上，所述刀片转动轴由所述驱动电机驱动，刀片转动轴的架设轴线与鱼体的输送方向垂直。

所述单侧整平机构由一个推进气缸和一块整平板组成。所述的推进机构由一个推进气缸和一块推进板组成。

所述的3D扫描系统主要由3D扫描仪、扫描仪固定支架和处理系统组成。扫描仪固定支架横跨于鱼体横向链轮输送机构两边，3D扫描仪固定于扫描仪固定支架顶部中央位置，实现对切割后的鱼体进行扫描成像分析。

所述的鱼体边角料挑选分拣机构主要由六轴机械手、真空吸盘组件、吸盘控制系统组成。真空吸盘组件固定在六轴机械手端部，真空吸盘通过气管与吸盘控制系统的电磁阀相连，六轴机械手固定在鱼体横向链轮输送机构的侧边。

利用上述装置将鱼体切片加工与智能分拣的方法为：

将鱼体摆放在鱼体纵向链轮输送机构的链板上，带动鱼体向前输送，链板上的鱼体经过鱼体纵向链轮输送机构上的切割刀排，切割刀排将鱼体进行纵向切割。

纵向切割完成的鱼体继续通过鱼体纵向输送板链向前输送，到达鱼体纵向链轮输送机构与鱼体横向链轮输送机构交接处后，先由单侧整平机构将鱼体单侧整平，接着推进机构将单侧整平后的鱼体推进到鱼体横向链轮输送机构上。

鱼体横向链轮输送机构带动鱼体向前输送，经过鱼体横向链轮输送机构上的切割刀排后，完成对鱼体的定形切割，定形切割后的鱼体继续向前输送经过3D扫描系统，3D扫描系统通过扫描成像区分整个切割后的不同鱼体。

鱼体边角料挑选分拣机构将不合格的鱼体分拣至废料框内，合格的鱼体继续向前输送，进入下一步的包装环节。

以下以鱿鱼为实施例：

本发明主要对块状的鱿鱼进行纵向、横向的定尺寸切割，再对切割完成后的鱿鱼进行自动分拣，通过更换不同的厚度分隔片，调整切割刀排上刀片之间不同的间距可将鱿鱼片切割成不同规格的鱿鱼片。

如图1a和图1b所示，本装置主要包括鱿鱼块纵向链轮输送机构1，切割刀排2，推进机构3，单侧整平机构4，鱿鱼块横向链轮输送机构5，切割刀排6，3D扫描系统7，废料框8，六轴机械手9，控制系统10，真空吸盘组件11。

鱿鱼块链轮纵向输送机构主要由输送链板、链板内部金属衬板，内置驱动马达、型材框架、输送带驱动链轮、输送带从动链轮、链轮涨紧机构和运动控制系统组成。输送链板内部两端分别有输送带驱动链轮和输送带从动链轮固定，输送链板板下表面内侧衬一块金属板，输送链通过链轮涨紧机构对链条进行涨紧。

如图3a、图3b和图3c所示，切割刀排2和切割刀排6由两立式轴承座301、刀片转动轴302、刀片组303、厚度分隔片304、驱动电机305、安全护罩306组成。如图4所示，推进机构3和单侧整平机构4都由推进气缸401、平板402组成。3D扫描系统7主要由3D扫描仪、扫描仪固定支架和处理系统组成。扫描仪固定支架横跨于鱿鱼块链轮输送机构两边，3D扫描仪固定于扫描仪固定支架顶部中央位置，实现对切割后的鱿鱼块进行扫描成像分析，挑选出不合格的边角料。鱿鱼边角料挑选分拣机构主要由六轴机械手、真空吸盘组件、吸盘控制系统组成。真空吸盘组件固定在六轴机械手端部，真空吸盘通过气管与吸盘控制系统的电磁阀相连，真空吸盘的控制如图7所示，控制系统10通过控制两位两通的电磁阀703控制真空发生器的气路通断，进而控制真空吸盘的吸合，还包括干燥过滤器701，调压阀702，真空发生器704，消音器705，空气过滤器706，吸盘707，单向阀708，压力表709。六轴机械手固定在链轮输送机构的侧边。

本装置进行鱿鱼定重定形切片的过程为：

将鱿鱼摆放在纵向链轮输送机构的链板上，纵向输送机构电机转动带动鱿鱼向前运动，输送链板上的鱿鱼块经过纵向输送带上的切割刀排，切割刀排将鱿鱼块进行纵向切割，完成附图2中a到b的切割过程，纵向切割完成的鱿鱼块继续通过纵向输送板链向前输送，到达单侧整平机构和推进位置后，先由整平机构将鱿鱼块单侧整平，完成附图2中b到c的鱿鱼块单侧整平过程，接着推进板将单侧整平后的鱿鱼块推进到横向输送结构的链板上，横向输送机构带动鱿鱼向前输送，经过横向输送机构上的切割刀排后，完成对鱿鱼的定形切割，即完成附图2中c到d的过程，定形切割后的鱿鱼块继续向前输送经过3D扫描系统，输送机构的链板为蓝色尼龙材质，鱿鱼条的颜色为白色，3D扫描成像系统通过扫描成像区分整个鱿鱼片切割后的不同鱿鱼条，算法模块接收鱿鱼片图像数据，执行以下程序，见图6：

1、图像预处理：

通过中值滤波去除椒盐噪声，通过高斯滤波去除高斯噪声；

通过Canny算子对图像数据进行轮廓提取，检测鱿鱼块有效轮廓；

根据轮廓坐标横向、纵向的最值，选择矩形ROI区域。

2、坐标系建立：

对ROI区域中的图像通过LSD算法进行直线检测，获取鱿鱼块在横向和纵向上的切割线，计算鱿鱼块切割方向；

以ROI区域某点为坐标原点，以切割线方向作为坐标轴方向，建立鱿鱼块平面坐标系，并计算和记录该坐标系与原始图像的变换矩阵的逆矩阵。

3、虚拟切割：

根据已知的刀间距和坐标系建立棋盘状的虚拟切割网格；

通过与鱿鱼块图像的轮廓、直线匹配，形成鱿鱼块虚拟切块，记录每块鱿鱼的中心坐标。

4、切块合格判定：

对每个虚拟切块内的图像数据进行归一化处理，向上取整，生成二值图像；

计算每个虚拟切块的有效面积，与合格鱿鱼块有效面积设定值比较，判断该鱿鱼切块是否合格，记录非合格切块的坐标。

5、输出不合格区块坐标

通过坐标系与原始图像的逆变换矩阵得到不合格切块在原始图像中的坐标；图5中颜色为白色的切割后鱿鱼块为合格的鱿鱼块，标注为黑色的鱿鱼块为非合格的鱿鱼块。

输出非合格切块的坐标给鱿鱼边角料挑选分拣机构。

六轴机械手通过控制系统读取非合格切块的坐标，进而带动真空吸盘组件将不合格的鱿鱼边角料吸出，放置到生产线旁边的废料框内，合格的鱿鱼条继续向前输送，进入下一步的包装环节。

Claims (8)

1.鱼体切片加工与智能分拣一体化装置，包括鱼体纵向链轮输送机构、鱼体横向链轮输送机构、切割刀排、推进机构、单侧整平机构、3D扫描系统和鱼体边角料挑选分拣机构；

所述的鱼体纵向链轮输送机构与鱼体横向链轮输送机构呈直角布置，待加工的鱼体经鱼体纵向链轮输送机构后传输至鱼体横向链轮输送机构，在所述的鱼体纵向链轮输送机构与鱼体横向链轮输送机构交接处设置有所述的推进机构和单侧整平机构，所述的单侧整平机构用于将鱼体纵向链轮输送机构传输过来的鱼体进行单侧整平，所述的推进机构用于将单侧整平的鱼体推送至鱼体横向链轮输送机构；

在所述的鱼体纵向链轮输送机构和鱼体横向链轮输送机构均布置有切割刀排，所述3D扫描系统位于鱼体横向链轮输送机构上，用于扫描切割完成后的鱼体；所述的鱼体边角料挑选分拣机构用于对切割完成后的鱼体进行分拣，区分出合格的鱼体和鱼体边角料。

2.根据权利要求1所述的鱼体切片加工与智能分拣一体化装置，其特征在于：所述的鱼体纵向链轮输送机构、鱼体横向链轮输送机构结构相同，均包括输送链板、金属衬板，内置驱动马达、输送带驱动链轮、输送带从动链轮和链轮涨紧机构；输送链板内部两端分别由输送带驱动链轮和输送带从动链轮固定，输送链板下表面内侧衬一块金属衬板，所述链轮涨紧机构对链条进行涨紧，内置驱动马达控制输送链的正反转和输送链的输送速度，输送链板上开有等距的刀片槽，防止刀排上刀片切割时对链板产生破坏。

3.根据权利要求1所述的鱼体切片加工与智能分拣一体化装置，其特征在于：所述的切割刀排由两立式轴承座、刀片转动轴、刀片组、厚度分隔片、驱动电机、安全护罩组成，刀片转动轴架设在立式轴承座上，刀片转动轴布置有刀片组，刀片组中的每片刀片由厚度分隔片分隔，安全护罩可活动的罩至于刀片组上，所述刀片转动轴由所述驱动电机驱动，刀片转动轴的架设轴线与鱼体的输送方向垂直。

4.根据权利要求1所述的鱼体切片加工与智能分拣一体化装置，其特征在于：所述单侧整平机构由一个推进气缸和一块整平板组成。

5.根据权利要求1所述的鱼体切片加工与智能分拣一体化装置，其特征在于：所述的推进机构由一个推进气缸和一块推进板组成。

6.根据权利要求1所述的鱼体切片加工与智能分拣一体化装置，其特征在于：所述的3D扫描系统主要由3D扫描仪、扫描仪固定支架和处理系统组成；扫描仪固定支架横跨于鱼体横向链轮输送机构两边，3D扫描仪固定于扫描仪固定支架顶部中央位置，实现对切割后的鱼体进行扫描成像分析。

7.根据权利要求1所述的鱼体切片加工与智能分拣一体化装置，其特征在于：所述的鱼体边角料挑选分拣机构主要由六轴机械手、真空吸盘组件、吸盘控制系统组成；真空吸盘组件固定在六轴机械手端部，真空吸盘通过气管与吸盘控制系统的电磁阀相连，六轴机械手固定在鱼体横向链轮输送机构的侧边。

8.利用权利要求1所述装置将鱼体切片加工与智能分拣的方法，其特征在于：

将鱼体摆放在鱼体纵向链轮输送机构的链板上，带动鱼体向前输送，链板上的鱼体经过鱼体纵向链轮输送机构上的切割刀排，切割刀排将鱼体进行纵向切割；

纵向切割完成的鱼体继续通过鱼体纵向输送板链向前输送，到达鱼体纵向链轮输送机构与鱼体横向链轮输送机构交接处后，先由单侧整平机构将鱼体单侧整平，接着推进机构将单侧整平后的鱼体推进到鱼体横向链轮输送机构上；

鱼体横向链轮输送机构带动鱼体向前输送，经过鱼体横向链轮输送机构上的切割刀排后，完成对鱼体的定形切割，定形切割后的鱼体继续向前输送经过3D扫描系统，3D扫描系统通过扫描成像区分整个切割后的不同鱼体；

鱼体边角料挑选分拣机构将不合格的鱼体分拣至废料框内，合格的鱼体继续向前输送，进入下一步的包装环节；

所述的3D扫描系统在获取鱼体图像后执行以下程序：

1、图像预处理：

通过中值滤波去除椒盐噪声，通过高斯滤波去除高斯噪声；

通过Canny算子对图像数据进行轮廓提取，检测鱼体有效轮廓；

根据轮廓坐标横向、纵向的最值，选择矩形ROI区域；

2、坐标系建立：

对ROI区域中的图像通过LSD算法进行直线检测，获取鱼体在横向和纵向上的切割线，计算鱼体切割方向；

以ROI区域某点为坐标原点，以切割线方向作为坐标轴方向，建立鱼体平面坐标系，并计算和记录该坐标系与原始图像的变换矩阵的逆矩阵；

3、虚拟切割：

根据已知的刀间距和坐标系建立棋盘状的虚拟切割网格；

通过与鱼体图像的轮廓、直线匹配，形成鱼体虚拟切块，记录每块鱼体的中心坐标；

4、切块合格判定：

对每个虚拟切块内的图像数据进行归一化处理，向上取整，生成二值图像；

计算每个虚拟切块的有效面积，与合格鱼体有效面积设定值比较，判断该鱼体切块是否合格，记录非合格切块的坐标；

5、输出不合格区块坐标

通过坐标系与原始图像的逆变换矩阵得到不合格切块在原始图像中的坐标；

输出非合格切块的坐标给鱼体边角料挑选分拣机构。

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