CN111290327A - 一种鱼类姿态判定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鱼类姿态判定装置及方法，装置包括输送带、控制器、头尾检测模块和用于判断鱼腹方向的颜色传感器，所述头尾检测模块包括第一支架、接触板和传感器模块，所述第一支架设于输送带上方，所述接触板可转动的安装在第一支架上，所述传感器模块包括第二支架、拉绳位移传感器和杠杆，所述第二支架设于第一支架来料方向的输送带上方，所述接触板固定在杠杆的下游端，杠杆中下部通过转轴安装在第一支架上，通过记录接触板与鱼体开始接触到接触板翘起最高点的时间，利用该时间与设定的阈值进行比较判断鱼头朝向，利用颜色传感器判断鱼腹方向。本发明无需复杂的图像识别技术，成本低廉，检测效率高，可以大大提高鱼体加工效率。

Description

一种鱼类姿态判定装置及方法
技术领域
本发明属于水产品加工领域，具体涉及一种鱼类加工辅助装置，具体涉及一种鱼类姿态判定装置及方法。
背景技术
在鱼类加工过程中，为实现连续式加工，需要将鱼按照特定的头尾朝向、腹背朝向(即特定姿态)依次排列，一般由姿态判定装置、姿态调整装置或姿态去除装置组成。依靠姿态判定装置判定出目标鱼的头尾朝向以及腹背朝向，并与规定姿态进行对比，为后续姿态调整装置提供调整信号；或者依靠姿态判定装置快速判断目标鱼姿态是否异常，为后续异常姿态鱼去除装置提供信号。
现有技术中，最快速的方法一般为先将鱼体进行长度方向一字型排列输送，然后判断鱼头方向和鱼腹方向，之后针对判断的方向进行精准调整。目前，较为成熟的鱼类水产品姿态判定装置多采用图像识别进行姿态判定，但价格昂贵，且成本随图像识别单元采集速率的提升迅速增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种鱼类姿态判定装置及方法，该装置成本低，可判定出目标鱼的头尾朝向及腹背朝向，且不用针对每种鱼进行图片采集及创建数据库。
本发明所采用的技术方案是：
一种鱼类姿态判定装置，其特征在于：包括用于输送鱼体的输送带和用于判定鱼体头尾姿态的头尾检测模块，所述头尾检测模块包括第一支架、接触板和传感器模块，所述第一支架设于输送带上方，所述接触板可转动的安装在第一支架上，且接触板的转动轴线与输送带的输送方向垂直，所述输送带携带鱼体通过接触板下方时，接触板会绕其转动轴发生旋转，所述传感器模块用于检测接触板旋转幅度或者翘起高度，通过记录接触板开始旋转至旋转到最高点的时间判断鱼头朝向。
作为改进，所述传感器模块包括第二支架、拉绳位移传感器和杠杆，所述第二支架设于第一支架来料方向的输送带上方，所述接触板固定在杠杆的下游端，杠杆中下部通过转轴安装在第一支架上，使得接触板可以绕转轴旋转，所述拉绳位移传感器顶部连接在第一支架顶部，底部连接在杠杆上游端，通过拉绳位移传感器检测杠杆上游端移动距离，进而获取接触板绕转轴旋转的幅度，从而判断鱼头方向。
作为改进，所述鱼类姿态判定装置还包括控制器，所述控制器包括时钟，所述拉绳位移传感器信号连接到控制器，当控制器第一次检测到拉绳位移传感器变化的信号，时钟开始计时，通过记录接触板旋转到最高点所需时间结合输送带的输送速度判断鱼头朝向。
作为改进，所述杠杆的上游端和下游端的长度比为2:1～5:1。
作为改进，所述输送带两侧分别设于一个用于判断鱼腹方向的颜色传感器。
一种利用上述鱼类姿态判定装置进行鱼类姿态判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、鱼体通过输送带输送依次通过头尾检测模块下方；
步骤2、所述拉绳位移传感器进行连续采样；
步骤3、当鱼体碰到接触板时，拉绳位移传感器的检测信号发生变化，此时启动控制器内的时钟开始计时；
步骤4、拉绳位移传感器继续采样检测，当某一个采样点检测到接触板旋转幅度比上次采样点小时，记录此时接触板达到最大旋转幅度的时间T；
步骤5、当该鱼体完全通过接触板，即接触板没有旋转时，控制器内的时钟归零；
步骤6、如果时间T小于设定值T0，则判定为头在前；若大于设定值T0，则判定为尾在前，所述设定值根据输送带的传输速度和鱼尺寸确定。
作为改进，所述控制器用于比较的信号为拉绳位移传感器连续三次采样的均值。
作为改进，所述控制器用于比较的信号为检测的拉绳位移传感器的电流或者电压信号。
作为改进，所述鱼类姿态判定方法还包括两个颜色传感器，两个颜色传感器分别设于输送带两侧，所述颜色传感器为具备反射光强度采集功能与反射光颜色RGB值采集功能的传感器，通过颜色传感器采集输送带两侧方向鱼体颜色值，浅色为鱼腹，深色为鱼背。
作为改进，所述颜色传感器判断鱼腹方向具体方法为，通过两个颜色传感器采集输送带上鱼体两侧的反射光强度和/或反射光RGB值，当采集信号大于阈值时，则该侧为颜色浅的鱼腹，否则为颜色深的鱼背。
本发明的有益效果是：
1.该装置不用采集鱼体图像数据，不用创建数据库，即可判定鱼体姿态。当鱼体触碰接触板时，鱼体在输送带的向前推动作用力作用下，促使接触板绕支点向上运动。接触板上部产生一个向下的作用力，触动拉绳位移传感器发生电流/电压的变化，该电流/电压信号输入至控制器。当控制器第一次接收拉绳位移传感器发生电流/电压信号时，启动内部时钟。随着鱼体向前运动，控制器同步比较最新的拉绳位移传感器电流/电压数值与上一次的拉绳位移传感器电流/电压数值，并记录时间数据。当第一次出现最新的拉绳位移传感器电流/电压数值与上一次的拉绳位移传感器电流/电压数值小时，将此时记录的时间数据与设定的时间数据进行比较，若小于设定值，则判定为头在前；若大于设定值，则判定为尾在前。这是因为大部分的鱼体最厚处均在头部与身体中部之间，头部至最厚处长度小于尾部至最厚处长度。因此，当接触板处于鱼体最厚处时，拉力第一次达到最大值。此时，通过比较内部时钟数据与预设值，即可实现头尾判定。
由于接触板安装在杠杆的一端，依据杠杆原理，接触板在鱼体的作用下，向上旋转时；杠杆上部移动的距离更大。即，较小规格鱼体，虽然厚度差异不明显，但通过杠杆原理的放大，依然能够实现较好的分辨效果。同时，为防止接触板在鱼眼或鱼头壳体处，拉绳位移传感器“虚假的”达到第一次最大值，控制器比较的拉绳位移传感器电流/电压数值为连续3-5次值的平均值。
针对不同类型，不同大小的鱼体，可测定出鱼头至最厚处的长度，再用该长度除以输送带的速度，即可得到一个时间值，将此值输入至控制器中，即为预设值，从而实现不用采集鱼体图像数据，不用创建数据库，即可判定鱼体头尾姿态。
2.由于大部分鱼体腹部颜色为白色，脊背部颜色为灰色至黑色；部分鱼体平放，脊背至腹背分为2种颜色，如鲐鱼，一半为黑色/灰色，一半为白色。因此，通过布置在输送带两侧的颜色传感器，同时采集鱼体背脊部及腹部的反射光强度和/或反射光RGB值(电压值)，输入至控制器，通过比较反射光强度及RGB值(电压值)实现判定鱼体腹背姿态，且不用采集鱼体图像数据，不用创建数据库。
3.本发明根据统计鱼体形状特性，利用机械方法放大该特性，利用距离传感器检测放大后的鱼体形状变化，通过这种变化的尺寸，结合恒速的传输带和计时的方法判断鱼头朝向，可以快速简便判断鱼头鱼尾的朝向。该方法不需要复杂的图像数据处理功能，高效快捷，误差极小，结合颜色传感器判断鱼背和鱼腹的方向，即可完成鱼体全姿态检测，为鱼体后续加工工艺提供了可靠的参数，大大提高了鱼体加工效率，降低了后续加工设备的要求。
附图说明
图1是本发明实施例鱼类姿态判定装置示意图。
图2位本发明鱼类姿态判定装置判断原理示意图。
1-输送带，2-输送带支架，3-第一支架，4-第二支架，5-转轴，6-杠杆，7-接触板，8-拉绳位移传感器，9-颜色传感器，10-控制器，11-鱼体，12-鱼头，13-鱼尾，14-顶点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图2所示，箭头为鱼体11输送方向，对于不同类型的鱼都有一个特点，就是鱼身中间厚前后两端薄，并且鱼身最厚点都是靠近鱼头12一端。因此鱼体11在输送带上运输可以简化为一个非等腰的钝角三角形，我们只要检测出鱼身最高点，也就是图2中三角形的顶点14所在位置，即可判断鱼头12方向，即顶点14靠近前端，那么前端为鱼头12，顶点14靠近后端，那么后端为鱼头12。对于判断鱼身最厚点的位置方法有很多，比如采用图像识别，但是这类方法成本高昂，而且实现还具有一定的技术障碍。本发明采用在输送鱼体11上方设置一个能够转动的接触板7，利用接触板7与鱼体11接触点的移动来判断顶点14位置。由于传输带的传输速度恒定，因此距离的判断也可以转换为时间的判断，具体当鱼体11碰到接触板7时，接触板7会绕其转轴5转动，即接触板7向上翘起，鱼体11厚度不一样，那么转动的角度(翘起高度)也就是不一样，测出该转动角度或者翘起高度，即可测出鱼体11与接触板7接触达到鱼身最高厚度的时间，结合输送带的输送速度即可判断最高点离鱼体11前后两端距离大小，该距离小则为鱼头12朝前(顺着输送方向，即图2中a)，该距离大，则为鱼尾13朝前(顺着输送方向即图2中b)。具体的，当接触板7开始接触鱼体11时，检测到接触板7开始旋转或翘起的信号，该时间记为t0，当接触板7与鱼体11的接触达到顶点14时，记为t1，因此从顶点14到鱼体11右端(图2中)的距离可以记为t1-t0(传输带速度恒定，因此可以等效记录)，当检测不到接触板7与鱼体11接触的信号时，该时间记为t2，因此从顶点14到鱼体11左端(图2中)的距离可以记为t2-t1。当t1-t0<t2-t1(如图2中a)，为鱼头12朝前；当t1-t0>t2-t1(如图2中b)，为鱼尾13朝前；现实中不存在t1-t0＝t2-t1的鱼体11，因此无需考虑该情况。另外为了简化计算比较，还可以通过计时器归零功能，可以令t0＝0，那么仅需要记录t1即可。
一般来说鱼尾13的长度远大于鱼头12的长度，结合固定的传输带速度设定一个固定的时间阈值，该阈值大于所检测的所有鱼头12到顶点14之间时间即可，而不需要进行复杂的比较，这样可以大大提高比较速度，降低对控制器的要求，从而达到提高检测速度降低检测成本的目的。
另外现有技术中，部分鱼体11厚度变化往往没有那么明显，接触板7的转动角度或翘起高度检测精度也没有那么高，特别是小尺寸的鱼，所以本发明利用杠杆进行放大接触板7的转动角度或翘起高度，然后利用拉绳位移传感器8检测该杠杆6绕转轴5的翘起高度，从而判断出何时出现最高点，结合输送带的速度即可判断为鱼头12朝向。
本发明以杠杆6和拉绳位移传感器8为例进行说明，如图1所示(箭头方向为输送带的传输方向)，一种鱼类姿态判定装置，包括用于输送鱼体11的输送带1、控制器10(本实施例中采用PLC控制器举例说明)和用于判定鱼体11头尾姿态的头尾检测模块，所述头尾检测模块包括第一支架3、接触板7和传感器模块，所述第一支架3设于输送带1上方，第一支架3下端固定在输送带1两侧的输送带支架2上，所述接触板7可转动的安装在第一支架3上，且接触板7的转动轴线与输送带1的输送方向垂直，所述输送带1携带鱼体11通过接触板7下方时，接触板7会绕其转动轴发生旋转，所述传感器模块用于检测接触板7旋转幅度，通过记录接触板7开始旋转至旋转到最高点的时间判断鱼头12朝向。
所述传感器模块包括第二支架4、拉绳位移传感器8和杠杆6，所述第二支架4设于第一支架3来料方向的输送带1上方，第二支架4下端固定第一支架3来料方向的输送带支架2上，所述接触板7固定在杠杆6的下游端，杠杆6中下部通过转轴5安装在第一支架3上，使得接触板7可以绕转轴5旋转，所述拉绳位移传感器8顶部连接在第一支架3顶部，底部连接在杠杆6上游端，通过拉绳位移传感器8检测接触板7绕转轴5旋转的幅度，从而判断鱼头12方向。
本实施例中，所述控制器10为PLC控制器，PLC控制器内设有时钟，所述拉绳位移传感器8信号连接到PLC控制器，当PLC控制器第一次检测到拉绳位移传感器8变化的信号，时钟开始计时，通过记录接触板7旋转到最高点所需时间结合输送带1的输送速度判断鱼头12朝向。
作为一种改进的实施例，可以在拉绳位移传感器8与第二支架4或者杠杆6之间设置弹簧，这样即可保证测量杠杆6绕转轴5旋转的幅度，也可以减少杠杆6旋转阻力，使得输送带1上的鱼体11可以较小阻力的从接触板7下方通过。
一般来说，所述杠杆6的上游端要比下游端的长度长，这样才能起到放大作用。本发明依据杠杆原理，杠杆6下游端的接触板7在鱼体11的作用下向上旋转，此时杠杆6上游端移动的距离更大，起到放大作用。即，较小规格鱼体11，虽然厚度差异不明显，但通过杠杆原理的放大，依然能够实现较好的分辨效果。将接触面较小的上下移动转换为杠杆6较大的上下移动，所述杠杆6的上游端和下游端的长度比为2:1～5:1。
需要指出的是，本发明实施例采用拉绳位移传感器8测量杠杆6上游端相对于第二支架4的位移，也可以直接采用距离传感器测量杠杆6上游端的位移。
为了判断鱼腹和鱼背的方向，所述输送带1两侧分别设于一个用于判断鱼腹方向的颜色传感器9。
利用上述鱼类姿态判定装置进行鱼类姿态判定方法，包括以下步骤：
步骤1、鱼体11通过输送带1输送依次通过头尾检测模块下方；
步骤2、所述拉绳位移传感器8进行连续采样；
步骤3、当鱼体11碰到接触板7时，拉绳位移传感器8的检测信号发生变化，此时启动控制器10内的时钟开始计时；
步骤4、拉绳位移传感器8继续采样检测，当某一个采样点检测到接触板7旋转幅度比上次采样点小时，记录此时接触板7达到最大旋转幅度的时间T；
步骤5、当该鱼体11完全通过接触板7，即接触板7没有旋转时，PLC控制器内的时钟归零；
步骤6、如果时间T小于设定值T0，则判定为头在前；若大于设定值T0，则判定为尾在前，所述设定值根据输送带1的传输速度和鱼尺寸确定。
所述PLC控制器用于比较的信号为拉绳位移传感器8连续三次采样的均值，一般来说，拉绳位移传感器8的采样间隔为0.2-0.6秒每次，那么PLC控制器采样连续三次采样的数据平均值进行比较，就是0.6-1.8秒每次。
本实施例中，用于比较的信号为检测的拉绳位移传感器8的电流或者电压信号。
所述颜色传感器9为具备反射光强度采集功能与反射光颜色RGB值采集功能的传感器，通过颜色传感器9采集输送带1两侧方向鱼体11颜色值，浅色为鱼腹，深色为鱼背，所述颜色传感器9判断鱼腹方向具体方法为，通过两个颜色传感器9采集输送带1上鱼体11两侧的反射光强度和/或反射光RGB值，当采集信号大于阈值时，则该侧为颜色浅的鱼腹，否则为颜色深的鱼背。
需要指出的是本发明颜色传感器9的安装位置仅为举例说明，其既可以安装在接触板7上游，也可以安装在接触板7下游。
需要说明的是本发明实施例中杠杆6和接触板7既可以是分开设计的，也可以是一体化的为一整块板，既起到与鱼体11接触作用，自身也是旋转的杠杆6，虽然这样比较浪费材料，但是也可以实现。因此，本发明的一个重要发明点在于通过杠杆原理进行放大，至于采用什么样的杠杆6实现形式均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种鱼类姿态判定装置，其特征在于：包括用于输送鱼体的输送带和用于判定鱼体头尾姿态的头尾检测模块，所述头尾检测模块包括第一支架、接触板和传感器模块，所述第一支架设于输送带上方，所述接触板可转动的安装在第一支架上，且接触板的转动轴线与输送带的输送方向垂直，所述输送带携带鱼体通过接触板下方时，接触板会绕其转动轴发生旋转，所述传感器模块用于检测接触板旋转幅度或者翘起高度，通过记录接触板开始旋转至旋转到最高点的时间判断鱼头朝向。
2.如权利要求1所述一种鱼类姿态判定装置，其特征在于：所述传感器模块包括第二支架、拉绳位移传感器和杠杆，所述第二支架设于第一支架来料方向的输送带上方，所述接触板固定在杠杆的下游端，杠杆中下部通过转轴安装在第一支架上，使得接触板可以绕转轴旋转，所述拉绳位移传感器顶部连接在第一支架顶部，底部连接在杠杆上游端，通过拉绳位移传感器检测杠杆上游端移动距离，进而获取接触板绕转轴旋转的幅度，从而判断鱼头方向。
3.如权利要求2所述一种鱼类姿态判定装置，其特征在于：还包括控制器，所述控制器包括时钟，所述拉绳位移传感器信号连接到控制器，当控制器第一次检测到拉绳位移传感器变化的信号，时钟开始计时，通过记录接触板旋转到最高点所需时间结合输送带的输送速度判断鱼头朝向。
4.如权利要求3所述一种鱼类姿态判定装置，其特征在于：所述杠杆的上游端和下游端的长度比为2:1～5:1。
5.如权利要求1-4任意一项所述一种鱼类姿态判定装置，其特征在于：所述输送带两侧分别设于一个用于判断鱼腹方向的颜色传感器。
6.一种利用权利要求3所述鱼类姿态判定装置进行鱼类姿态判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、鱼体通过输送带输送依次通过头尾检测模块下方；
步骤2、所述拉绳位移传感器进行连续采样；
步骤3、当鱼体碰到接触板时，拉绳位移传感器的检测信号发生变化，此时启动控制器内的时钟开始计时；
步骤4、拉绳位移传感器继续采样检测，当某一个采样点检测到接触板旋转幅度比上次采样点小时，记录此时接触板达到最大旋转幅度的时间T；
步骤5、当该鱼体完全通过接触板，即接触板没有旋转时，控制器内的时钟归零；
步骤6、如果时间T小于设定值T0，则判定为头在前；若大于设定值T0，则判定为尾在前，所述设定值根据输送带的传输速度和鱼尺寸确定。
7.如权利要求6所述鱼类姿态判定方法，其特征在于：所述控制器用于比较的信号为拉绳位移传感器连续三次采样的均值。
8.如权利要求6所述鱼类姿态判定方法，其特征在于：所述控制器用于比较的信号为检测的拉绳位移传感器的电流或者电压信号。
9.如权利要求6所述鱼类姿态判定方法，其特征在于：还包括两个颜色传感器，两个颜色传感器分别设于输送带两侧，所述颜色传感器为具备反射光强度采集功能与反射光颜色RGB值采集功能的传感器，通过颜色传感器采集输送带两侧方向鱼体颜色值，浅色为鱼腹，深色为鱼背。
10.如权利要求9所述鱼类姿态判定方法，其特征在于：所述颜色传感器判断鱼腹方向具体方法为，通过两个颜色传感器采集输送带上鱼体两侧的反射光强度和/或反射光RGB值，当采集信号大于阈值时，则该侧为颜色浅的鱼腹，否则为颜色深的鱼背。
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