CN114192425A - 一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及壳莲加工领域，特别是一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备，用于检测不同成熟期的壳莲。由于现有的壳莲破壳机为了保证破壳质量，在加工不同成熟期的壳莲时需要设置不同的工艺参数，因此有必要将壳莲依据成熟度进行分类。包括进料斗、传送机构、视觉系统、分选系统、控制系统。所述进料斗中的壳莲在重力作用下被传送机构将壳莲单颗的向前输送，所述视觉系统包括工业相机和光源，在控制系统的信号下，对输送过来的壳莲进行实时的图像采集，将识别结果传给分选系统，将不同类别的壳莲通过气体吹入各自的分料盒中。本发明能提高壳莲加工质量，且检测速度快、识别精度高、可用于壳莲成熟度检测，也可用于红枣或其它农产品需要筛选的场合。

Description

一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备及检测方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，特别是涉及一种新鲜壳莲成熟度检测设备及检测方法。

背景技术

莲是一种历史悠久的植物，壳莲是莲的果实，壳莲破壳后获得的莲仁含有丰富的碳水化合物、蛋白质、维生素、氨基酸等成分，是一种传统的营养食品，具有极高的经济价值。壳莲的成熟期分为蜡熟期、完熟期和枯熟期，受生长环境的影响，同一个莲蓬中可能含有不同成熟期的壳莲，而处于不同成熟期的壳莲其外观颜色、机械性能和莲仁品质存在差别。处于蜡熟期的壳莲，其外壳强度、硬度低，呈绿色；处于完熟期的壳莲，其外壳强度、硬度适中，呈棕色；而处于枯熟期的壳莲，其外壳强度、硬度高，呈黑色。为提高破壳质量，通常在破壳之前需要对不同成熟度的壳莲进行区分，以便根据壳莲的硬度调整破壳工艺参数。目前对于不同成熟度壳莲的筛选主要是分检人员根据壳莲的颜色来判断，这种人工分选方法不仅费时费力，而且效率低下，因此，设计出一种能够检测壳莲成熟度的自动化设备具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对依赖人工去进行壳莲成熟度分类的现状，设计一种适用于壳莲，能自动将不同成熟期的壳莲进行分类的壳莲成熟度检测自动化设备，能有效提高壳莲加工效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：包括机架、送料机构、传送机构、动力系统、视觉系统、分选系统与控制系统，所述送料机构、传送机构、动力系统、分选系统与控制系统设于机架之上，动力系统包括电机和减速机，为整个系统提供动力源，传送机构位于送料机构和视觉系统的下方，包括链条、推块、链轮、水平轨道、斜直轨道、斜直中间轨道、皮带、传动轮，皮带和传动轮连接于所述减速机的输出轴构成一级传动，链轮连接于传动轮构成二级传动，水平轨道、斜直轨道和斜直中间轨道固定于机架之上，水平轨道与机架水平面平行，斜直轨道和斜直中间轨道与机架水平面呈一定角度安装，推块设于链条之上，随着链条向前运动，在壳莲的重力作用下，传送机构可以实现将壳莲单颗连续向前输送，并将壳莲输送至视觉系统下对壳莲外观进行检测；所述分选系统包括中间分料盒、侧分料盒、溜料槽、快速喷气头，中间分料盒和侧分料盒置于传送机构两侧，溜料槽置于侧分料盒下，快速喷气头正对侧分料盒和中间分料盒进料口；送料机构包括进料斗，进料斗出料口呈矩形管状，进料斗出料口后侧底边呈圆弧状，且出料口紧贴于所述斜直中间轨道，该进料斗可以和传送机构相配合达到单颗连续送料的目的；视觉系统包括工业相机、光源、可调式相机支架，工业相机和光源安装在可调式相机支架之上，可调式相机支架固定在机架之上；控制系统包括控制器、分度盘、传感器、继电器、电磁阀，分度盘呈圆形状，且沿圆周处均布齿，分度盘固定于传动轴轴端且随着传动轴作周向转动，传感器和分度盘相对，在分度盘和传感器的作用下，可以控制所述工业相机实时地对每颗壳莲采集图像并能准确给出控制信号。

可选地，所述链条为特种链条，所述推块安装于特种链条单侧的弯曲外链板之上。

可选地，所述水平轨道包含左侧轨道和右侧轨道，左侧轨道与右侧轨道侧边间距能够保证容纳一颗壳莲，左侧轨道与右侧轨道底边间距留有能够穿过推块的距离，且左侧轨道和右侧轨道位于推块两侧，所述斜直轨道和斜直中间轨道侧边间距能够保证容纳一颗壳莲，底边间距留有能够穿过推块的距离，所述推块位于斜直轨道和斜直中间轨道中间，且斜直轨道侧边与所述进料斗的下料口侧边无缝对接。

可选地，所述水平轨道和斜直轨道呈L型，且斜直轨道与水平轨道竖直边呈圆弧过渡，所述斜直中间轨道呈几字型，斜直中间轨道位于两侧斜直轨道中间。

可选地，所述左侧轨道和右侧轨道在竖直边各有一个缺口，缺口与所述快速喷气头相对，且相互错开。

可选地，所述光源位于水平轨道之上，且与水平轨道呈一定角度，所述工业相机位于光源之上，且方向朝下。

可选地，所述分度盘齿数为所述链轮齿数一半。

一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测方法，依次通过以下步骤完成：

(一)壳莲通过进料斗滚落至斜直中间轨道，斜直中间轨道两侧有斜度，壳莲在斜度的作用下滚入至两侧送料区域，送料区域设有传送带，传送带上设有推块，推块只能容纳一颗壳莲，推块将壳莲向前输送；

(二)之后壳莲进入视觉检测区域，由上侧的光源对壳莲表面进行照亮，每经过一颗壳莲，分度盘在光电传感器的感应区转过一个齿，使光电传感器触发相机拍取一次图片，将拍取得到的图片进行裁剪，裁剪掉不需要的图片区域，保留需要检测的区域，再对待检测区域进行计算机图像处理，提取某个颜色空间灰度分量的平均值，为之后控制提供依据；

(三)被拍取图片后的壳莲继续向前传送至吹气口，当壳莲传送至吹气口时，分度盘的齿廓正好位于光电传感器感应区并将信号传输给控制器，控制器根据该壳莲覆盖区域灰度分量的平均值来给出控制信号，将不同成熟度的壳莲吹入各自分料盒之中，最终壳莲落入收集箱。

与现有技术比，本发明的有益效果是：相较于现有的壳莲成熟度检测设备，本发明设计的上料结构和传送结构能够实现较快的单颗送料，效率较高，能够避免后续分选过程中因壳莲的重叠或堆积而影响分选效果，相较于现有的带皮莲子分类机所采用的颜色传感器识别，本发明利用相机采用计算机图像视觉识别，识别的准确率更高，且视觉系统中的光源和相机在相机支架上能够很方便调节其角度和高度。

附图说明

图1为本发明的整体结构主视图；

图2为本发明的整体结构俯视图；

图3为本发明的整体结构侧试图；

图4为本发明的整体结构轴测图；

图5为本发明的上料部分局部原理图；

图6为本发明的推块安装示意图；

图7为本发明的传送机构示意图；

图8为本发明的送料传动原理图；

图9为本发明的视觉系统示意图；

附图中：1、链轮；2、机架；3、斜直轨道支撑架；4、斜直轨道；5、进料斗；6、支撑横梁；7、可调式相机支架；8、水平拖轨；9、光电传感器；10、分度盘；11、推块；12、中间分料盒；13、轴承座支座；14、控制器；15、继电器；16、电机；17、减速机；18、链条；19、工业相机；20、溜料槽；21、电磁阀；22、壳莲；23、斜直中间轨道；24、斜直轨道侧支撑架；25、光源；26、水平轨道；27、轴承座；28、快速喷气头；29、支撑座；30、传动轮；31、侧分料盒；32、皮带；33、横梁支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

如图1-图9所示，本发明提供了一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备，主要的目的在于筛选不同成熟期的壳莲。本发明主体包括包括进料斗5、传送机构、视觉系统、分选系统、控制系统、动力系统。壳莲22由进料斗5进入，落到传送机构，然后壳莲22在推块11的推动下向前滚动，当滚动至工业相机19之下时，工业相机19开始取流，将实时数据传输到控制器14，控制器14经过运算处理，判别其属于哪一类壳莲22，若识别结果是完熟期的壳莲22，则控制器14不发出指令，壳莲22继续向前滚动，最终落入前侧的收集箱之内，若识别结果为枯熟期的壳莲22，则控制器14给控制水平轨道26内侧快速喷气头28的电磁阀21发出指令，快速喷气头28喷气将壳莲22吹入侧分料盒31内，壳莲22在侧分料盒31内落入溜料槽20中，最后沿着溜料槽20滚落入右侧的收集箱内。同理，若识别结果是蜡熟期的壳莲22，则吹入中间分料盒12内，最终落入底侧收集箱。

传送机构主体包括链轮1、链条18、推块11、斜直轨道4、斜直中间轨道23、水平轨道26，其中，所述水平轨道26包括左侧轨道和右侧轨道，左侧轨道和右侧轨道呈L型，左侧轨道和右侧轨道侧边间距能够保证容纳一颗壳莲22，左侧轨道与右侧轨道底边间距留有能够穿过推块11的距离，且左侧轨道和右侧轨道位于推块11两侧，所述斜直轨道4和斜直中间轨道23固定于机架2之上，斜直轨道4和斜直中间轨道23与机架2水平面呈一定角度安装，斜直轨道4呈L型且其竖直边靠近水平轨道26处呈圆弧状，斜直中间轨道23呈几字型，斜直轨道4和斜直中间轨道23侧边间距能够保证容纳一颗壳莲22，底边间距留有能够穿过推块11的距离，所述推块11位于斜直轨道4和斜直中间轨道23中间，由于斜直中间轨道23靠近链条18的一侧呈斜坡状，这使得壳莲22在落到斜直中间轨道23上时可以在重力的作用下沿着斜面落入到上料区域两侧的推块11之上，所述链条18为一种特种链条，而推块11安装于特种链条单侧的弯曲外链板之上，链条18在带着推块11向前运动时，起到了搅料的作用，在壳莲22的重力作用和推块11的搅料下，壳莲22会不断在上料区域形成堆积，解决了上料连续性的问题。又由于推块11的长度刚好只能容纳一颗壳莲，在链条18沿着斜面向上传动时，多余带出的壳莲22会在重力的作用下沿着链条18的方向向下滚动，直到落入空着的推块11内为止，这样解决了单颗送料的问题。壳莲22在推块11的推动下向前滚动，最终在水平轨道26上滚动至工业相机19下进行分选。

所述送料机构包括进料斗5，进料斗5出料口呈矩形管状，出料口侧边与所述斜直轨道侧边无缝对接，进料斗5出料口后侧底边呈圆弧状，可以起到收料的效果，进料斗5出料口紧贴于所述斜直中间轨道23，避免壳莲22滚出堆积区导致漏料。

所述视觉系统包括工业相机19、光源25、可调式相机支架7，工业相机19和光源25安装于可调式相机支架7上，相机支架7上安装有十字固定架，十字固定架可以用来调节工业相机19位置和光源7的照射角度和高度，工业相机19合适的位置和光源25合适的照射角度和高度可以获得最佳的图像效果，有助于获得最佳的识别效果。

所述控制系统包括控制器14、分度盘10、光电传感器9、继电器15、电磁阀21，分度盘10设于主动轴上，随着主动轴作周向转动，光电传感器9设于分度盘10径向正前方，分度盘10上设有齿，齿数为所述链轮1齿数的一半，每转过一个齿，推块11推动着壳莲22向前走过一个工位，同时光电传感器9会得到一个信号，每当光电传感器9得到一个信号，促使工业相机19取一次流，这样可以使得每经过一颗壳莲22，相机取一次流，保证了识别的时效性。所述水平轨道26包括左侧轨道和右侧轨道，其两侧边各设有一个快速喷气头28，两个快速喷气头28相互错开一定距离，快速喷气头28由电磁阀21控制，电磁阀21由控制器14通过中间继电器控制，控制器14利用python搭配opencv进行实时图像处理，然后根据识别结果给出不同的控制动作。

一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备在工作时，壳莲22通过进料斗5滚落至斜直中间轨道23，斜直中间轨道23两侧有斜度，壳莲22在斜度的作用下滚入至两侧送料区域，送料区域设有传送带，传送带上设有推块11，推块11只能容纳一颗壳莲22，推块11将壳莲22向前输送；之后壳莲22进入视觉检测区域，由上侧的光源25对壳莲22表面进行照亮，每经过一颗壳莲22，分度盘10在光电传感器9的感应区转过一个齿，使光电传感器9触发相机19拍取一次图片，将拍取得到的图片进行裁剪，裁剪掉不需要的图片区域，保留需要检测的区域，再对待检测区域进行计算机图像处理，提取某个颜色空间灰度分量的平均值，为之后控制提供依据；被拍取图片后的壳莲22继续向前传送至吹气口，当壳莲22传送至吹气口时，分度盘10的齿廓正好位于光电传感器9感应区并将信号传输给控制器14，控制器14根据该壳莲22覆盖区域灰度分量的平均值来给出控制信号，将不同成熟度的壳莲22吹入各自分料盒之中，最终壳莲22落入收集箱。

由于上述方案的运用，相较于现有技术，本发明提供的一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备设有一种进料机构和传送机构，能够保证莲子单颗连续且快速送料的效果，设有的一种视觉系统包含快速的检测壳莲成熟度图像处理算法，解决了现有技术普遍依赖颜色传感器进行识别，造成检测准确度低的问题，从而能够解决目前筛选壳莲普遍依赖人力的现状。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备，包括机架、送料机构、传送机构、动力系统、视觉系统、分选系统与控制系统，所述送料机构、传送机构、动力系统、分选系统与控制系统设于机架之上，所述动力系统包括电机和减速机，为整个系统提供动力源，其特征在于：所述传送机构位于送料机构和视觉系统的下方，包括链条、推块、链轮、水平轨道、斜直轨道、斜直中间轨道、皮带、传动轮，皮带和传动轮连接于所述减速机的输出轴构成一级传动，链轮连接于传动轮构成二级传动，水平轨道、斜直轨道和斜直中间轨道固定于机架之上且位于链条两侧，水平轨道与机架水平面平行，斜直轨道和斜直中间轨道与机架水平面呈一定角度安装，推块设于链条之上，随着链条向前运动，在壳莲的重力作用下，传送机构可以实现将壳莲单颗连续向前输送，并将壳莲输送至视觉系统下对壳莲外观进行检测；所述分选系统包括中间分料盒、侧分料盒、溜料槽、快速喷气头，中间分料盒和侧分料盒置于传送机构两侧，溜料槽置于侧分料盒下，快速喷气头正对侧分料盒和中间分料盒进料口；所述送料机构包括进料斗，进料斗出料口呈矩形管状，进料斗出料口后侧底边呈圆弧状，且出料口紧贴于所述斜直中间轨道，该进料斗可以和传送机构相配合达到单颗连续送料的目的；所述视觉系统包括工业相机、光源、可调式相机支架，工业相机和光源安装在可调式相机支架之上，可调式相机支架固定在机架之上；所述控制系统包括控制器、分度盘、光电传感器、继电器、电磁阀，分度盘呈圆形状，且沿圆周处均布齿，分度盘固定于传动轴轴端且随着传动轴作周向转动，光电传感器和分度盘相对，在分度盘和光电传感器的作用下，可以控制所述工业相机实时地对每颗壳莲采集图像并能准确给出控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备，其特征在于：所述链条为特种链条，所述推块呈直角状且安装于特种链条单侧的弯曲外链板之上。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备，其特征在于：所述水平轨道包含左侧轨道和右侧轨道，左侧轨道与右侧轨道侧边间距能够保证容纳一颗壳莲，左侧轨道与右侧轨道底边间距留有能够穿过推块的距离，且左侧轨道和右侧轨道位于推块两侧，所述斜直轨道和斜直中间轨道侧边间距能够保证容纳一颗壳莲，底边间距留有能够穿过推块的距离，所述推块位于斜直轨道和斜直中间轨道中间，且斜直轨道侧边与所述进料斗的下料口侧边无缝对接。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备，其特征在于：所述水平轨道和斜直轨道呈L型，且斜直轨道与水平轨道竖直边呈圆弧过渡，所述斜直中间轨道呈几字型，斜直中间轨道位于两侧斜直轨道中间。

5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备，其特征在于：所述左侧轨道和右侧轨道在竖直边各有一个缺口，缺口与所述快速喷气头相对，且相互错开。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备，其特征在于：所述光源位于水平轨道之上，且与水平轨道呈一定角度，所述工业相机位于光源之上，且方向朝下。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备，其特征在于：所述分度盘齿数为所述链轮齿数一半。

8.一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测方法，其特征在于，使用权利要求1所述的壳莲成熟度检测设备，依次通过以下步骤完成：

(一)壳莲通过进料斗滚落至斜直中间轨道，斜直中间轨道两侧有斜度，壳莲在斜度的作用下滚入至两侧送料区域，送料区域设有传送带，传送带上设有推块，推块只能容纳一颗壳莲，推块将壳莲向前输送；

(二)之后壳莲进入视觉检测区域，由上侧的光源对壳莲表面进行照亮，每经过一颗壳莲，分度盘在光电传感器的感应区转过一个齿，使光电传感器触发相机拍取一次图片，将拍取得到的图片进行裁剪，裁剪掉不需要的图片区域，保留需要检测的区域，再对待检测区域进行计算机图像处理，提取某个颜色空间灰度分量的平均值，为之后控制提供依据；

(三)被拍取图片后的壳莲继续向前传送至吹气口，当壳莲传送至吹气口时，分度盘的齿廓正好位于光电传感器感应区并将信号传输给控制器，控制器根据该壳莲覆盖区域灰度分量的平均值来给出控制信号，将不同成熟度的壳莲吹入各自分料盒之中，最终壳莲落入收集箱。

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