CN111558549A - 一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置 - Google Patents

一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，所述装置包括：放料、检测、识别和筛选环节，投料装置用于将漏斗里的积木块逐个放置到出料口，投料装置的出料口连接传送带；传送带上方固定有视觉检测支架，视觉检测支架的四角安装LED灯组，并在四角中心位置安装摄像头；视觉检测支架与软件处理平台连接，软件处理平台用于在线处理信息，内部设置有软件处理器和控制器，控制器用于接收信号，控制推杆；在识别区域的末端与视觉检测支架相连位置安装感应传感器，筛选部分采用电机驱动的推杆一与推杆二构成，电机由控制器控制，两个分类箱设置在推杆一与推杆二对面；在传送带的末端有一个收集箱，用于收集未分类的不同颜色及形状的积木块。

Description

一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置
技术领域
本发明涉及计算机视觉领域，尤其涉及一种特别在检测、识别、筛选积木块的过程中，不仅能够兼顾生产与识别速度，而且还能在有限条件下节约成本，让更多的人力得到解放。本发明应用于小型益智积木工业生产后的检测、识别、筛选环节，具体涉及一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置。
背景技术
在一些大型积木生产公司，使用统一模具生产，即一个模具只生产一种类型的积木块，往往这些积木块的种类达到几十种、上百种，所需要的模具就对应有几十种或者上百种，而一个模具价格往往受到精度以及制作难度影响，导致价格非常高。以节约成本为出发点，有人提出用一个模具生产多种类型的积木块，这样带来的好处就是既能节约模具成本，还能够满足生产种类繁多的要求。但问题就是这些种类繁多的积木块将会混合在一起。
目前，大多数厂商在解决该问题上受到技术以及成本的限制，多数采用人工挑拣的方法，导致生产效率低。采用传统技术或其他图像处理算法检测、识别、筛选不同颜色、形状、大小的积木块，无法实现在生产过程中的快速、精准区分。
目前对不同颜色、形状积木块的检测、识别、筛选方法有：利用设定时间捕捉图片信息与预先准备的信息进行匹配后对目标进行识别。以上方法在识别速度上无法实现快速，在准确程度上有一定的限制。
因此，本发明实现一种对不同颜色、形状、大小积木块的检测、识别、筛选方法，使用在有需求区分积木块的各种工作中。
发明内容
本发明提供了一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，本发明解决在工业生产中使用混合模具生产种类混合的产品后无法对其进行快速检测、识别和筛选的技术难题；在工业生产过程中模具需要高额费用，在生产多种积木块的前提下本发明让混合模具(一个模具可以生产多种积木块)降低生产模具的成本；结合计算机视觉深度学习算法，实现在各种姿态下对不规则积木块(不同形状、颜色、大小的积木块)的检测，实现依靠机器设备取代人工生产，详见下文描述：
一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，所述装置包括：放料、检测、识别和筛选环节，
投料装置用于将漏斗里的积木块逐个放置到出料口，投料装置的出料口连接传送带；传送带上方固定有视觉检测支架，视觉检测支架的四角安装LED灯组，并在四角中心位置安装摄像头；
视觉检测支架与软件处理平台连接，软件处理平台用于在线处理信息，内部设置有软件处理器和控制器，控制器用于接收信号，控制推杆；
在识别区域的末端与视觉检测支架相连位置安装感应传感器，筛选部分采用电机驱动的推杆一与推杆二构成，电机由控制器控制，两个分类箱设置在推杆一与推杆二对面；在传送带的末端有一个收集箱，用于收集未分类的不同颜色及形状的积木块。
所述推杆数量与预计区分不同颜色及形状的积木块的种类数相同，推杆一与推杆二仅能推一个类别的积木块。
当积木块移出识别区时触发感应传感器，感应传感器将信号传输给软件处理平台，记录积木块移出识别区的时间，根据记录的时间经软件处理平台计算接通推杆一或推杆二的时间。
其中，所述装置还包括：
点亮LED灯组辅助照明，经摄像头采集的图像由软件处理平台内的深度学习算法YOLO v3模型进行检测，最终得出积木块的类别编号。
进一步地，所述投料装置包括：
第一螺旋传料筒、放料箱、螺旋传送机、第二螺旋传料筒、传送带安装于底座的上方，皮带连接第一传动轴与第三传动轴的一端，安装于底座的内部；
底座的左边放置电机，电机的传动轴位于底座的内部，放料箱紧贴第一螺旋传料筒，底部安装螺旋传送机；
在第一螺旋传料筒顶部设置有连接筒，连接筒下方放置传送带，传送带右端紧贴第二螺旋传料筒，在第二螺旋传料筒上方开口，且在开口处连接出料口。
进一步地，所述螺旋传送机安装在放料箱底部，内部由螺旋形的铁片与内部的第二传动轴相连，第二传动轴通过转向齿轮与底部的第三传动轴相连。
其中，所述第一螺旋传料筒和第二螺旋传料筒的主体是圆柱体铁壳，内部由螺旋形的铁片与第一传动轴相连，并且紧贴圆柱体铁壳内部；第一螺旋传料筒将积木块导向传送带，第二螺旋传料筒将积木块导出。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、本发明采用了深度学习的算法模型，能够在摄像头采集的实时画面中快速精准的识别并筛选各种姿态、不同颜色、不同形状、不同大小的积木块；
2、本发明在小型工厂一个模具生产多种积木块的条件下，提高生产力，解放人工；
3、本发明在保证速度与精度的同时，节约了成本。
附图说明
图1是本发明装置工作原理的流程图；
图2是本发明装置的结构示意图；
图3为投料装置的结构示意图。
图中，
1：投料装置； 2：积木块；
3：传送带； 4：LED灯组；
5：摄像头； 6：软件处理平台；
7：分类箱； 8：收集箱；
9：推杆二； 10：推杆一；
11：感应传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
参见图1和图2，一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，装置包括：放料、检测、识别和筛选环节，装置的起始部分是一个投料装置1，投料装置1可以将漏斗里的积木块2逐个放到出料口，投料装置1的出料口连接传送带3；在距离投料装置1一米处，传送带3的上方固定视觉检测支架，视觉检测支架四角安装LED灯组4，并在四角中心位置安装摄像头5；软件处理平台6与视觉检测支架连接，用于在线处理信息。在软件处理平台6内部有软件处理器和控制器，控制器用于接收信号，控制后面的推杆；在识别区域的末端与视觉检测支架相连位置安装感应传感器11，当积木块2移出识别区时触发感应传感器11，感应传感器11将信号传输给软件处理平台6，记录积木块2移出识别区的时间，根据记录的时间经软件处理平台6计算接通推杆一10或推杆二9的时间；筛选部分采用电机驱动的推杆一10与推杆二9构成，电机由软件处理平台6中的控制器控制，推杆数量与预计区分不同颜色及形状的积木块2的种类数相同，推杆一10与推杆二9根据设定只能推一个类别的积木块2；两个分类箱7设置在推杆一10与推杆二9对面，三面密封(即除靠近传送带一面外，其他三面不开口)，仅靠近传送带3的一面开口；在传送带3的末端有一个收集箱8，用于收集未分类的不同颜色及形状的积木块2。
软件处理平台6中软件处理器内置YOLO v3模型(该模型为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述)，需要预先训练，将取样照片转化为三维矩阵，经数次卷积、池化等获得模型。取样工业生产的积木块，作为将要区别开的目标物体，取样的积木块需要是不同种类，即颜色跟形状都不一样。同时对将要区分的不同颜色及形状的积木块2拍摄不同角度照片，并且标注积木块2用于训练，例如标注名为：001、002等。由摄像头5实时获取画面传输到软件处理平台6中软件处理器，经YOLO v3模型处理。
由图2，感应传感器11感应到积木块2时，结合软件处理平台6中软件处理器内置YOLO v3模型得出的分类号、传送带3的速度V、触发感应传感器11的时间T以及由感应传感器11到推杆一10和推杆二9的距离L1、L2，分别计算出接通类别一的时间是T1＝L1/V+T，接通类别二的时间是T2＝L2/V+T。若还有其他类别i，则接通类别i的时间Ti＝Li/V+T。
优选地，传送带3的型号为兆亿ZY-06；摄像头5的型号为大河爱莎S6，软件处理平台6的型号为计算机(CPU：i5 GPU：英伟达1660ti，控制器树莓派4b开发套件)，LED灯组4为TELESKY 5mm白色；推杆一10与推杆二9为博睿盛电机IP54A；传感器11的型号为TB12J-D15N1，收集箱为塑料箱。
实施例2
利用上述的一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，实现步骤如下：
步骤1、取样工业生产的积木块2，作为将要筛选的目标物体，取样的积木块需要是不同种类的，即颜色、形状、大小有差异。拍摄图片，标注后用于训练YOLO v3模型，初始化软件处理平台6中软件处理器，使深度学习YOLO v3模型具有识别能力。
步骤2、将生产的积木块2倒入投料装置1中，由投料装置1依次将积木块2放到传送带3上，然后经传送带3运送到识别区域，摄像头5安装在识别区域的正上方，输出信号接入到软件处理平台6中的软件处理器的输入端，摄像头5采集画面覆盖识别区域；点亮LED灯组4辅助照明，经摄像头5采集的图像由软件处理平台6内的深度学习算法YOLO v3模型进行检测，最终得出积木块2的类别编号。
步骤3、从识别区域移出的积木块2触发感应传感器11，感应传感器11与软件处理平台6中软件处理器相连，将信号传送软件处理平台6中给软件处理器，结合步骤2输出的分类号与当前时间，计算将要接通对应推杆一10或推杆二9的时间。
例如：步骤2输出所进入识别区域的不同颜色及形状的积木块2为类别一，则将要接通对应推杆一10的时间是T1＝L1/V+T(L1：传感器到推杆一的距离；V：传送带的传输速度；T：触发感应传感器的时间)，若步骤2输出所进入识别区域的积木块2为类别二，则将要接通对应推杆二9的时间是T2＝L2/V+T(L2：传感器到推杆二的距离；V：传送带的传输速度；T：触发感应传感器的时间)。若还有其他类别i，则将要接通对应推杆i的时间Ti＝Li/V+T(Li：传感器到推杆i的距离；V：传送带的传输速度；T：触发感应传感器的时间)。当计时时间到达设置时间(如T1、T2)，软件处理平台6内部的软件处理器输出将要接通推杆一10或推杆二9的类别信息，该信息将会输入到与软件处理平台6中软件处理器相连的控制器上。
步骤4、当积木块2经传送带3依次经过对应种类编号的推杆一10或推杆二9时，经软件处理平台6中的软件处理器计算处理后将信号传输给软件处理平台6中的控制器，软件处理平台6中的控制器控制推杆一10或推杆二9将积木块2推到对面的分类箱7，实现最终对积木块2的筛选，没能筛选的积木块2将顺着传送带落入到尾部的收集箱8内。
实施例3
下面结合图3对实施例1和2中的投料装置进行进一步地介绍，详见下文描述：
投料装置1包括：第一螺旋传料筒1A、放料箱1B、螺旋传送机1C、转向齿轮1D、电机1E、皮带1F、第二螺旋传料筒1G、出料口1H、连接筒1I、传送带1J、底座1K、第一传动轴1L、第二传动轴1M、第三传动轴1N。
其中，第一螺旋传料筒1A、放料箱1B、螺旋传送机1C、第二螺旋传料筒1G、传送带1J安装于底座1K的上方，底座1K是长方体铁架。
皮带1F连接第一传动轴1L与第三传动轴1N的一端，安装于底座1K的内部。底座1K的左边放置电机1E，电机1E的传动轴位于底座1K的内部，放料箱1B紧贴第一螺旋传料筒1A，底部安装螺旋传送机1C。在第一螺旋传料筒1A顶部有圆柱形连接筒1I，连接筒1I下方放置传送带1J，传送带1J的右端紧贴第二螺旋传料筒1G，在第二螺旋传料筒1G上方开口，且在开口处连接出料口1H。
其中，螺旋传送机1C的结构是：安装在放料箱1B底部，内部由螺旋形的铁片与内部的第二传动轴1M相连，内部的第二传动轴1M通过转向齿轮1D与底部的第三传动轴1N相连，构成螺旋传送机的整体。
其中，第一螺旋传料筒1A和第二螺旋传料筒1G的结构是：第一螺旋传料筒1A和第二螺旋传料筒1G的主体部分一样，主体是圆柱体铁壳，内部由螺旋形的铁片与第一传动轴1L相连，并且紧贴圆柱体铁壳内部。第一螺旋传料筒1A和第二螺旋传料筒1G外接不同的组件，螺旋传料筒1A外接圆柱体铁筒，将积木块导向传送带1J，第二螺旋传料筒1G外接圆柱体铁筒将积木块导出。
其中，该投料装置由电机供能，电机旋转带动皮带使第一传动轴1L、第三传动轴1N，跟随电机传动轴转动，驱动其余传动轴。
该投料装置的工作原理为：将工业生产的积木块投放到放料箱内，放料箱内的积木块被放料箱底部的螺旋传送机1C送入到第一次筛选部分(第一次筛选部分包括第一螺旋传料筒1A和连接筒1I，第一螺旋传料筒1A将放料箱里的积木块进行筛选，最后落入到连接筒1I内，经过连接筒1I导入传送带1J)，经过第一次筛选后，积木块运送到传送带1J上，传送带1J将积木块运送入第二次筛选部分(第二次筛选部分包括第二螺旋传料筒1G和出料口1H)，经过第二次筛选后积木块从出料口1H出来。最终实现积木块的投料。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，其特征在于，所述装置包括：放料、检测、识别和筛选环节，
投料装置用于将漏斗里的积木块逐个放置到出料口，投料装置的出料口连接传送带；传送带上方固定有视觉检测支架，视觉检测支架的四角安装LED灯组，并在四角中心位置安装摄像头；
视觉检测支架与软件处理平台连接，软件处理平台用于在线处理信息，内部设置有软件处理器和控制器，控制器用于接收信号，控制推杆；
在识别区域的末端与视觉检测支架相连位置安装感应传感器，筛选部分采用电机驱动的推杆一与推杆二构成，电机由控制器控制，两个分类箱设置在推杆一与推杆二对面；在传送带的末端有一个收集箱，用于收集未分类的不同颜色及形状的积木块。
2.根据权利要求1所述的一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，其特征在于，所述推杆数量与预计区分不同颜色及形状的积木块的种类数相同，推杆一与推杆二仅能推一个类别的积木块。
3.根据权利要求1所述的一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，其特征在于，
当积木块移出识别区时触发感应传感器，感应传感器将信号传输给软件处理平台，记录积木块移出识别区的时间，根据记录的时间经软件处理平台计算接通推杆一或推杆二的时间。
4.根据权利要求1所述的一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，其特征在于，所述装置还包括：
点亮LED灯组辅助照明，经摄像头采集的图像由软件处理平台内的深度学习算法YOLOv3模型进行检测，最终得出积木块的类别编号。
5.根据权利要求1所述的一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，其特征在于，所述投料装置包括：
第一螺旋传料筒、放料箱、螺旋传送机、第二螺旋传料筒、传送带安装于底座的上方，皮带连接第一传动轴与第三传动轴的一端，安装于底座的内部；
底座的左边放置电机，电机的传动轴位于底座的内部，放料箱紧贴第一螺旋传料筒，底部安装螺旋传送机；
在第一螺旋传料筒顶部设置有连接筒，连接筒下方放置传送带，传送带右端紧贴第二螺旋传料筒，在第二螺旋传料筒上方开口，且在开口处连接出料口。
6.根据权利要求5所述的一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，其特征在于，所述螺旋传送机安装在放料箱底部，内部由螺旋形的铁片与内部的第二传动轴相连，第二传动轴通过转向齿轮与底部的第三传动轴相连。
7.根据权利要求5所述的一种益智积木块自动检测、识别、分拣装置，其特征在于，
所述第一螺旋传料筒和第二螺旋传料筒的主体是圆柱体铁壳，内部由螺旋形的铁片与第一传动轴相连，并且紧贴圆柱体铁壳内部；
第一螺旋传料筒将积木块导向传送带，第二螺旋传料筒将积木块导出。
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