CN114762530B - 一种基于机器视觉的板栗切口机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的板栗切口机，包括机架，机架上设置有给料装置、输送装置、整形装置、切割装置、集料装置、图像采集器及图像识别处理系统；所述给料装置将板栗传送到下方对应的输送装置，输送装置上方设有图像采集器，板栗经图像采集器进行图像轮廓信息采集，并将图像传送给图像识别处理系统，经图像识别处理系统处理后，把动作指令传送给整形装置进行板栗整形，整形好的板栗经切割装置切割，集料装置用于收集切割好的板栗。其基于图像识别技术，经设备整形后对板栗的切口方向精准切割，替代传统人工作业，提供了加工效率，减少了工人的劳动强度，实现标准化作业，稳定性高。

Description

一种基于机器视觉的板栗切口机

技术领域

本发明涉及板栗生产加工技术，尤其涉及一种基于机器视觉的板栗切口机。

背景技术

板栗，俗称栗子，属壳斗科栗属乔木经济植物，主要生长于海拔370-2800m的地区，多见于山地，现在已由人工广泛栽培。据资料显示，近年来中国板栗生产规模迅速扩张，种植面积和产量均居世界第一，2020年板栗收获面积达到34.61万公顷，年产板栗195万吨，年均增长率达10.81％，占世界板栗面积的84.11％，产量占世界板栗年总产量的82.71％。我国板栗种植分布较广，北方辽宁、山东、河北，南方甘肃、贵州、内蒙古等地均有较大规模种植，其中以河北地区出品的“京东板栗”最负盛名，是我国具有较大发展潜力的经济作物之一。

板栗营养丰富，口感芳香甜糯，含有多种矿物质元素、不饱和脂肪酸及酮类物质，素有“木本粮”干果之王的美称。但是相较其他果品产业，板栗产业存在果品价格低、单位面积产值低，产品加工比例低等问题。板栗的产业化深加工中存在的一定难题，首当其冲的就是其脱壳问题，板栗外壳主要有两部分组成：

1、刺壳：板栗成果后外包一层刺状外壳，比较坚硬和锋利，以往多依靠晾晒、人力手工脱壳，工人劳动难度大，易受伤，近年来多刺壳的脱除设备有农业学者做出较多研究，取得了一定的成果。

2、红衣：刺壳内部果仁外部包裹一层光滑的内壳，俗称“红衣”，具有一定的韧性，且紧贴栗仁。传统加工中主要依靠工人手持刀具，在果壳表面切出横口，之后采用炒制、烤制、微波加工、气体射流等手段进行脱壳，如果不切出横口，果仁无法顺利脱出，且加热后内部气体膨胀，造成“炸果”现象。切口过程工人劳动强度大，效率低，且容易损伤果仁，造成较高的损坏率，严重限制了企业生产规模，因此，针对切口环节，开发自动化装备尤显迫切。

现有的手工切割设备主要是依靠固定刀具，由劳动者手持物料切割，不具有连续性、切割深度无法控制，不能应用于企业生产。针对上述过程中，难以对板栗的切口方向进行确定，但板栗仁想要顺利脱出红衣，需要在最大直径处，垂直纤维方向切断，所以传统手段难以实现。基于以上的研究以及计算机视觉技术的快速发展，本文提出一种基于机器视觉的板栗激光切割设备开发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的板栗切口机，其基于图像识别技术，经设备整形后对板栗的切口方向精准切割，替代传统人工作业，提供了加工效率，减少了工人的劳动强度，实现标准化作业，稳定性高。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于机器视觉的板栗切口机，包括机架，机架上设置有给料装置、输送装置、整形装置、切割装置、集料装置、图像采集器及图像识别处理系统；所述给料装置将板栗传送到下方对应的输送装置，输送装置上方设有图像采集器，板栗经图像采集器进行图像轮廓信息采集，并将图像传送给图像识别处理系统，经图像识别处理系统处理后，把动作指令传送给整形装置进行板栗整形，整形好的板栗经切割装置切割，集料装置用于收集切割好的板栗；

所述给料装置包括料斗、给料轮、第一电机和同步带轮，所述给料轮设置在料斗的正下方，所述第一电机通过同步带轮驱动给料轮转动；

所述输送装置包括链板带、板带主动轮、板带从动轮、侧边稳定轮、底部托轮和第二电机，所述第二电机驱动所述板带主动轮，所述板带主动轮通过链板带带动板带从动轮转动，所述侧边稳定轮和所述底部托轮分别设置在链板带的两侧和底部用于稳定链板带；

所述整形装置设置在链板带的上方，用于调整输送过程中的板栗形态，所述整形装置包括十字滑台机构、转位机构和气吸嘴，所述气吸嘴固定在转位机构的下方，所述转位机构固定在所述十字滑台机构上，所述十字滑台机构由横向滑台机构和纵向滑台机构组成；

所述切割装置为激光切割器，设置于链板带中心的正上方，用于切割输送中的板栗；

所述集料装置设置在链板带和板带主动轮的下方，用于手机切割好的板栗。

进一步优化的技术方案为所述给料轮包括轮体罩壳、排料轮、轴承和转轴，所述轮体罩壳上方开有第一弧形口，下方设有第二弧形口，所述第一弧形口大于第二弧形口的开口直径，所述第二弧形口的开口直径大于板栗直径，中心设有与所述轴承相适配的通孔，所述轴承固定在通孔内，所述排料轮沿轮圆周等比例设有若干个半圆缺口，所述半圆缺口直径大于板栗直径，且设置在所述轮体罩壳内，所述转轴依次穿过所述轮体罩壳和排料轮，并通过两侧的轴承座固定，其一端固定连接在同步带轮上，跟随同步带轮同步转动。

进一步优化的技术方案为所述轮体罩壳的直径大于所述排料轮的直径，且在所述轮体罩壳的第一弧形口的两侧设有柔性挡板，避免物料拥堵、挤压破碎。

进一步优化的技术方案为所述链板带有若干个链板组成，所述拖杆个链板两两之间活动连接，且两两相连接出对应设有卯榫结构，在同一平面情况下，卯榫结构卡接。

进一步优化的技术方案为所述底部托轮通过底部托轮支架固定在机架的定位板上。

进一步优化的技术方案为所述侧边稳定轮为两侧定位轮组成，一侧定位轮固定在机架的定位板上，另一侧定位轮通过滑轨固定在机架的定位板上，且该侧定位轮活动连接在定位轮轴上，定位轮轴与滑轨上设有螺纹通孔的滑块螺纹连接，通过调节滑轨上的定位轮来定位链板带横向自由度，防止链板传动时横向晃动。

进一步优化的技术方案为所述横向滑台机构、纵向滑台机和转位机构分别有各自的伺服电机驱动，且各自伺服电机执行图像识别处理系统传送的指令。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明有以下几点优势，

1、基于图像识别技术，精确识别板栗的开口位置；

2、通过排料斗实现单粒排列作业处理；

3、通过链板实现连续生产的作业模式；

4、通过十字滑台拾取调整为标准方向(纤维垂直运动方向)，且置于板带中央位置，实现板栗的精准定位；

5、通过激光切割器实现精准切割，保证切割深度。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明的排料轮结构示意图；

图3是本发明的轮体罩壳结构示意图；

图4是本发明的链板机构示意图；

图5是本发明的定位板的结构示意图；

图6是本发明实施例的板栗切口机实验数据图表。

其中，1机架，2激光切割器，3料斗，4给料轮，41排料轮，42半圆缺口，43轮体罩壳，44第一弧形口，45第二弧形口，5第一电机，6板带从动轮，7图像采集器，8横向滑台机构，9纵向滑台机构，10转位机构，11气吸嘴，12定位板，13集料装置，14板带主动轮，15第二电机，16输送装置，161链板，162卯榫结构，163底部托轮，164侧边稳定轮，165滑轨，166定位轮轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图、图3、图4、图5所示，本发明公开了一种基于机器视觉的板栗切口机，包括机架1，机架1上设置有给料装置、输送装置16、整形装置、切割装置、集料装置13、图像采集器7及图像识别处理系统；所述给料装置将板栗传送到下方对应的输送装置16，输送装置16上方设有图像采集器7，板栗经图像采集器7进行图像轮廓信息采集，并将图像传送给图像识别处理系统，经图像识别处理系统处理后，把动作指令传送给整形装置进行板栗整形，整形好的板栗经切割装置切割，集料装置13用于收集切割好的板栗；

所述给料装置包括料斗3、给料轮4、第一电机5和同步带轮，所述给料轮4设置在料斗3的正下方，所述第一电机5通过同步带轮驱动给料轮4转动；

所述输送装置16包括链板带、板带主动轮14、板带从动轮6、侧边稳定轮164、底部托轮163和第二电机15，所述第二电机15驱动所述板带主动轮14，所述板带主动轮14通过链板带带动板带从动轮6转动，所述侧边稳定轮164和所述底部托轮163分别设置在链板带的两侧和底部用于稳定链板带；

所述整形装置设置在链板带的上方，用于调整输送过程中的板栗形态，所述整形装置包括十字滑台机构、转位机构10和气吸嘴11，所述气吸嘴11固定在转位机构10的下方，所述转位机构10固定在所述十字滑台机构上，所述十字滑台机构由横向滑台机构8和纵向滑台机构9组成；物料经过气吸嘴11下方时由气吸嘴11拾取，横向滑台机构调整空间位置、纵向滑台机构上下运动拾取物料，由气吸嘴11结合图像数据进行转位调整，完成后纵向滑台机构下移、气吸嘴11泄压放下物料，循环作业，实现板栗快速连续调整。

所述切割装置为激光切割器2，设置于链板带中心的正上方，用于切割输送中的板栗；采用的物料运输方式为非固定式，所以需要刀具在切割时不会产生切削力，故采用激光切割的方式进行切割。激光切割具有能量集中、非接触、无污染等特点，切可控性良好，消耗低。本发明选用240W二氧化碳激光发生器。

所述集料装置13设置在链板带和板带主动轮14的下方，用于手机切割好的板栗。

进一步优化的实施例为所述给料轮4包括轮体罩壳43、排料轮41、轴承和转轴，所述轮体罩壳43上方开有第一弧形口44，下方设有第二弧形口45，所述第一弧形口44大于第二弧形口45的开口直径，所述第二弧形口45的开口直径大于板栗直径，中心设有与所述轴承相适配的通孔，所述轴承固定在通孔内，设置在罩壳的下方，所述第二弧形口45为出料口，设置在论题罩壳43的下方，保证物料平顺的落在板带表面。经试验获得，当给料轮以25～110r/min运动时，板栗均能顺利入料出料，且无卡顿、无碎料发生。所述排料轮41沿轮圆周等比例设有若干个半圆缺口42，所述半圆缺口42直径大于板栗直径，且设置在所述轮体罩壳43内，直径可根据板栗分级后的平均直径来确定，为平均直径的1.2～1.4倍，所述转轴依次穿过所述轮体罩壳43和排料轮41，并通过两侧的轴承座固定，其一端固定连接在同步带轮上，跟随同步带轮同步转动。

进一步优化的实施例为所述轮体罩壳43的直径大于所述排料轮41的直径，且在所述轮体罩壳43的第一弧形口44的两侧设有柔性挡板，避免物料拥堵、挤压破碎。

进一步优化的实施例为所述链板带有若干个链板161组成，所述拖杆个链板161两两之间活动连接，且两两相连接出对应设有卯榫结构162，在同一平面情况下，卯榫结构162卡接。进一步优化的实施例为所述底部托轮163通过底部托轮163支架固定在机架1的定位板12上。

进一步优化的实施例为所述侧边稳定轮164为两侧定位轮组成，一侧定位轮固定在机架1的定位板12上，另一侧定位轮通过滑轨165固定在机架1的定位板12上，且该侧定位轮活动连接在定位轮轴166上，定位轮轴166与滑轨165上设有螺纹通孔的滑块螺纹连接，通过调节滑轨165上的定位轮来定位链板带横向自由度，防止链板161传动时横向晃动。

由于链板带运输距离较长，为了避免链板偏移、震颤等现象影响物料稳定性，本发明设计了三种特殊机构来保证链板带位置的准确性和稳定，即侧边稳定轮164、底部托轮163、链板卯榫机构162接头。

进一步优化的实施例为所述横向滑台机构8、纵向滑台机和转位机构10分别有各自的伺服电机驱动，且各自伺服电机执行图像识别处理系统传送的指令。

实施例

衡量板栗切口效果主要包括有效切口率(爆壳率)、单位时间处理量、损伤率三个方面，实验数据如图6所示。

实验证明，进给速度度越快，所需要的激光瞬时功率越大，功耗越大，且造成损伤的几率更大，较为合理的进给速度为50～75r/min。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉的板栗切口机，包括机架，其特征在于：机架上设置有给料装置、输送装置、整形装置、切割装置、集料装置、图像采集器及图像识别处理系统；所述给料装置将板栗传送到下方对应的输送装置，输送装置上方设有图像采集器，板栗经图像采集器进行图像轮廓信息采集，并将图像传送给图像识别处理系统，经图像识别处理系统处理后，把动作指令传送给整形装置进行板栗整形，整形好的板栗经切割装置切割，集料装置用于收集切割好的板栗；

所述给料装置包括料斗、给料轮、第一电机和同步带轮，所述给料轮设置在料斗的正下方，所述第一电机通过同步带轮驱动给料轮转动；

所述输送装置包括链板带、板带主动轮、板带从动轮、侧边稳定轮、底部托轮和第二电机，所述第二电机驱动所述板带主动轮，所述板带主动轮通过链板带带动板带从动轮转动，所述侧边稳定轮和所述底部托轮分别设置在链板带的两侧和底部用于稳定链板带；

所述整形装置设置在链板带的上方，用于调整输送过程中的板栗形态，所述整形装置包括十字滑台机构、转位机构和气吸嘴，所述气吸嘴固定在转位机构的下方，所述转位机构固定在所述十字滑台机构上，所述十字滑台机构由横向滑台机构和纵向滑台机构组成；

所述切割装置为激光切割器，设置于链板带中心的正上方，用于切割输送中的板栗；

所述集料装置设置在链板带和板带主动轮的下方，用于收集切割好的板栗；

所述链板带有若干个链板组成，若干个链板两两之间活动连接，且两两相连接处对应设有卯榫结构，在同一平面情况下，卯榫结构卡接；

所述侧边稳定轮为两侧定位轮组成，一侧定位轮固定在机架的定位板上，另一侧定位轮通过滑轨固定在机架的定位板上，且该侧定位轮活动连接在定位轮轴上，定位轮轴与滑轨上设有螺纹通孔的滑块螺纹连接，通过调节滑轨上的定位轮来定位链板带横向自由度，防止链板传动时横向晃动。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的板栗切口机，其特征在于：所述给料轮包括轮体罩壳、排料轮、轴承和转轴，所述轮体罩壳上方开有第一弧形口，下方设有第二弧形口，所述第一弧形口大于第二弧形口的开口直径，所述第二弧形口的开口直径大于板栗直径，中心设有与所述轴承相适配的通孔，所述轴承固定在通孔内，所述排料轮沿轮圆周等比例设有若干个半圆缺口，所述半圆缺口直径大于板栗直径，且设置在所述轮体罩壳内，所述转轴依次穿过所述轮体罩壳和排料轮，并通过两侧的轴承座固定，其一端固定连接在同步带轮上，跟随同步带轮同步转动。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的板栗切口机，其特征在于：所述轮体罩壳的直径大于所述排料轮的直径，且在所述轮体罩壳的第一弧形口的两侧设有柔性挡板，避免物料拥堵、挤压破碎。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的板栗切口机，其特征在于：所述底部托轮通过底部托轮支架固定在机架的定位板上。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的板栗切口机，其特征在于：所述横向滑台机构、纵向滑台机和转位机构分别有各自的伺服电机驱动，且各自伺服电机执行图像识别处理系统传送的指令。

Images