CN114770629A - 基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，属于现代海洋技术领域。基于机器视觉技术，采用拾取机器手实现海带自动拾取和备料，根据海带全景视频图像进行智能分割参数计算并实现自动分割，采用上料机器手实现自动上料，完全取代人工，解决了海带这种不规则物料的智能化、全自动分割和上料的问题。并能够根据进一步深加工需要，对海带进行不同策略的智能分割、自动筛选和分级分类处理，有效保证了需要进一步深加工的海带的整体品质，满足海带的分部位精细化加工和高值化利用需要，标准化程度高、加工产品的质量更加稳定、加工效率也更高，适合于海带产业集群化大规模加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种海带分割及上料系统，特别是一种能够基于机器视觉对整条海带进行智能自动分割，并进行自动上料的系统。属于现代海洋技术领域。
背景技术
海带的淡干加工工艺是未来海带产业化精深加工的发展趋势。目前国内外淡干海带绝大部分采取整条晾晒工艺，包括地面晾晒、悬挂晾晒等方式，地面晾晒时海带易被除草剂等化学农药所污染，严重影响食品健康，悬挂晾晒能较好克服这一缺点，但是均采用人工操作，存在效率低下、人员密集等问题。
晾晒工艺受日照、气候和环境等影响很大，如晾晒过程中出现阴雨很容易造成大量海带腐烂变质，同时晾晒过程中灰尘较大、苍蝇丛生，导致产品品质变差。因此，近年来海带烘干工艺成为新兴起的海带精细加工技术，可有效克服晾晒工艺的诸多不利影响。但是，烘干工艺也需要将海带悬挂起来才能得到更好的加工效果，目前同样采用人工操作，上料速度慢、效率低下、人员密集等问题成为制约海带烘干工艺推广应用的关键问题之一。
海带烘干后营养成分和药用成分基本没有损失，相比晾晒工艺产品附加值有了显著的提高，可实现海带的高值化开发利用，但是作为新兴产业，缺少整条海带的大规模烘干生产加工配套装备，目前的人工上料方式难以支持后续大规模流水线生产环节的顺利进行，是整个自动化生产流程的瓶颈问题。
同时，海带的精深加工也需要将海带的不同部位、不同品质分别进行加工处理，才能获取更大的产品价值，为海洋药物和生物制品提供高品质原材料，目前同样缺少自动化的分割和分拣配套装备，仍然是采用人工或结合部分机械辅助完成。
发明内容
为了解决现有技术中缺乏整条海带自动分割和自动上料技术的问题，本发明提出一种基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，基于机器视觉技术，采用拾取机器手实现海带自动拾取和备料，根据海带全景视频图像进行智能分割参数计算并实现自动分割，采用上料机器手实现自动上料，解决了海带这种不规则物料的智能化、全自动分割和上料的问题，实现机器代人，满足海带的分部位精细化加工和高值化利用需要，标准化程度高、加工产品的质量更加稳定、加工效率也更高，适合于海带产业集群化大规模加工。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，包括拾取摄像头（1）、控制器（2）、拾取机器手（3）、工作台（4）、夹持器（5）、分割摄像头（6）、纵向分割刀（7）、横向分割刀（8）、上料机器手（9）、加工流水线（10）、流水线夹持器（11）、清扫器（12）、储料箱（13）。
在海带（14）料堆上方安装有拾取摄像头（1），实时获取海带（14）料堆的全景视频图像，送给控制器（2）通过机器视觉识别判断海带（14）的根部，控制器（2）控制拾取机器手（3）移动并夹持住一根海带（14）的根部，拎起后移动到工作台（4）的一端，沿着工作台（4）上表面向另一端安装有夹持器（5）的位置拖动，使海带（14）平铺到工作台（4）上，拾取机器手（3）移动到达夹持器（5）位置时，由夹持器（5）夹持住海带（14），拾取机器手（3）动作松开，移动返回海带（14）料堆上方，准备进行下一根海带（14）的拾取。拾取机器手（3）可连续运行，从整个工艺流程上看，拾取机器手（3）在拾取到海带（14）和平铺到工作台（4）上之间，会在工作台（4）附近有停顿等待的时间。
在工作台（4）上方安装有分割摄像头（6），实时获取平铺到工作台（4）上的海带（14）的全景视频图像，送给控制器（2）通过机器视觉识别获得海带（14）的边界轮廓，按照设定的边距确定下刀的位置，控制器（2）控制纵向分割刀（7）将海带两侧分割切除，横向分割刀（8）将海带尾部和根部分割切除。设定的边距可以是切掉的部分的宽度，也可以是需要保留的部分的宽度。此外，根据不同的加工要求，有时不需要切掉根部等部位，作为特例，有时不用做任何切除，则所述的系统只需完成全自动上料即可。
完成海带（14）分割后，控制器（2）控制上料机器手（9）夹持住海带（14），夹持器（5）动作松开，上料机器手（9）将海带（14）拎取并脱离工作台（4），移动到加工流水线（10）位置，交由流水线夹持器（11）夹持海带（14）后，移动返回工作台（4）上方，准备进行下一根分割完成的海带（14）的拾取，同时工作台（4）上的清扫器（12）将分割下来的海带（14）的两侧、尾部和根部清扫到储料箱（13）中。此时工作台（4）空闲，拾取机器手（3）将拾取到的海带（14）平铺到工作台（4）上，与上料机器手（9）的上料工序并行进行。
进一步地，包括转筒（15），安装在工作台（4）上，位于海带（14）料堆侧。当拾取机器手（3）将海带（10）放置到工作台（4）上的过程中，海带（14）在转筒（15）上滑动，辅助海带（14）在工作台（4）展平摆正，且避免表面受损。
进一步地，所述的控制器（2）可设定海带（14）根部的预留长度，并控制拾取机器手（3）配合调整夹持器（5）夹持住海带（14）的位置，为海带（）的分割，以及后续工序的流水线夹持器（11）预留合适的夹持位置。
进一步地，所述的储料箱（13）设置为3个，分别用于放置分割下来的海带（14）的根部、侧边和尾部，工作台（4）上的清扫器（12）将分割出来的海带（14）的不同部位清扫到对应的储料箱（13）中，以满足分部位精细加工的需要。
进一步地，所述的控制器（2）中可人工预先设定海带（14）分割边距，包括两侧切割掉的宽度、尾部切割掉的长度和根部切割掉的长度。
控制器（2）可根据机器视觉识别获得的海带（14）边界轮廓，按照比例计算出每根海带（14）的侧边、尾部和根部的分割边距，这是由于每根海带（14）的大小、形状都有一定的差异，高品质加工时，只需要保留海带（14）的相对的核心部位。
控制器（2）可根据机器视觉获得的海带（14）生长状态的信息，智能分析计算每根海带（14）的分割边距。这是由于每根海带（14）的成熟度、大小、形状都有一定的差异，个别还存在一定的缺陷，需要保留最好的部位。
进一步地，所述的控制器（2）根据分割摄像头（6）实时获取的平铺到工作台（4）上的海带（14）的全景视频图像，通过机器视觉分析海带（14）的大小、色泽、缺损等特性，按照设定的筛选参数，对符合要求的海带（14）进行分割，将不符合要求的海带（14）剔除。能够保证需要进一步深加工的海带（14）的整体品质，并可实现海带（14）原材料的分级加工。
进一步地，包括切丝刀（16），在控制器（2）的控制下将平铺到工作台（4）上的海带（14）切为海带丝。按照不同的加工成品需求，可能需要切成海带丝再进行后续深加工，在该工序中可自动完成。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1、基于机器视觉技术，采用拾取机器手实现海带自动拾取和备料，根据海带全景视频图像进行智能分割参数计算并实现自动分割，采用上料机器手实现自动上料，解决了海带这种不规则物料的智能化、全自动分割和上料的问题，为整条海带的大规模深加工生产提供了技术解决方案。
2、按照不同的分割控制策略，基于机器视觉技术自动识别、自动确定每条海带的分割参数，从而自动完成切割并分类处理，满足海带的分部位精细化加工需要，相较于人工操作标准化程度高、加工产品的质量更加稳定、加工效率也更高，适合于海带产业集群化大规模加工。
3、通过机器视觉分析每条海带的大小、色泽、缺损等特性，按照设定的筛选参数，对海带进行分级筛选，有效保证了需要进一步深加工的海带的整体品质，为海带的高值化加工利用提供了技术支撑。
附图说明
图1：基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统示意图。
图中：1-拾取摄像头、2-控制器、3-拾取机器手、4-工作台、5-夹持器、6-分割摄像头、7-纵向分割刀、8-横向分割刀、9-上料机器手、10-加工流水线、11-流水线夹持器、12-清扫器、13-储料箱、14-海带、15-转筒、16-切丝刀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示，本发明所述的一种基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，包括拾取摄像头（1）、控制器（2）、拾取机器手（3）、工作台（4）、夹持器（5）、分割摄像头（6）、纵向分割刀（7）、横向分割刀（8）、上料机器手（9）、加工流水线（10）、流水线夹持器（11）、清扫器（12）、储料箱（13）、海带（14）、转筒（15）、切丝刀（16）。
图1中，在海带（14）料堆上方安装有拾取摄像头（1），实时获取海带（14）料堆的全景视频图像，送给控制器（2）通过机器视觉识别判断海带（14）的根部，控制器（2）控制拾取机器手（3）移动并夹持住一根海带（14）的根部，拎起后移动到工作台（4）的一端，等待工作台（4）空闲。
当工作台（4）空闲，拾取机器手（3）移动并夹持住一根海带（14）沿着工作台（4）上表面，由安装在工作台（4）上的转筒（15）辅助海带（14）在工作台（4）展平摆正，向另一端安装有夹持器（5）的位置拖动，使海带（14）平铺到工作台（4）上，拾取机器手（3）移动到达夹持器（5）位置时，由夹持器（5）夹持住海带（14），拾取机器手（3）动作松开，完成海带（14）的平铺工序，准备进入分割工序。图1中的工作台（4）上的海带（14）正处于分割工序中。
图1中，在工作台（4）上方安装有分割摄像头（6），实时获取平铺到工作台（4）上的海带（14）的全景视频图像，送给控制器（2）通过机器视觉识别获得海带（14）的边界轮廓，按照设定的边距确定下刀的位置，控制器（2）控制纵向分割刀（7）将海带两侧分割切除，横向分割刀（8）将海带尾部和根部分割切除。
在分割工序中，所述的控制器（2）中可人工预先设定海带（14）分割边距，包括两侧切割掉的宽度、尾部切割掉的长度和根部切割掉的长度。控制器（2）也可根据机器视觉识别获得的海带（14）边界轮廓，按照比例计算出每根海带（14）的侧边、尾部和根部的分割边距。控制器（2）还可根据机器视觉获得的海带（14）生长状态的信息，智能分析计算每根海带（14）的分割边距。
图1中，完成海带（14）分割后，控制器（2）控制上料机器手（9）夹持住海带（14），夹持器（5）动作松开，上料机器手（9）将海带（14）拎取并脱离工作台（4），向加工流水线（10）位置移动。图1中的上料机器手（9）夹持的海带（14）正处于上述工序中。
当上料机器手（9）将海带（14）移动到加工流水线（10）位置，交由流水线夹持器（11）夹持海带（14），上料机器手（9）松开海带（14），完成上料工序，随后移动返回工作台（4）上方，准备进行下一根分割完成的海带（14）的拾取。同时工作台（4）上的清扫器（12）将分割下来的海带（14）的两侧、尾部和根部清扫到储料箱（13）中。
图1中，如果需要将海带切丝，切丝刀（16）在控制器（2）的控制下将平铺到工作台（4）上的海带（14）切为海带丝。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，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.基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，其特征在于：包括拾取摄像头（1）、控制器（2）、拾取机器手（3）、工作台（4）、夹持器（5）、分割摄像头（6）、纵向分割刀（7）、横向分割刀（8）、上料机器手（9）、加工流水线（10）、流水线夹持器（11）、清扫器（12）、储料箱（13）；
在海带（14）料堆上方安装有拾取摄像头（1），实时获取海带（14）料堆的全景视频图像，送给控制器（2）通过机器视觉识别判断海带（14）的根部，控制器（2）控制拾取机器手（3）移动并夹持住一根海带（14）的根部，拎起后移动到工作台（4）的一端，沿着工作台（4）上表面向另一端安装有夹持器（5）的位置拖动，使海带（14）平铺到工作台（4）上，拾取机器手（3）移动到达夹持器（5）位置时，由夹持器（5）夹持住海带（14），拾取机器手（3）动作松开，移动返回海带（14）料堆上方，准备进行下一根海带（14）的拾取；
在工作台（4）上方安装有分割摄像头（6），实时获取平铺到工作台（4）上的海带（14）的全景视频图像，送给控制器（2）通过机器视觉识别获得海带（14）的边界轮廓，按照设定的边距确定下刀的位置，控制器（2）控制纵向分割刀（7）将海带两侧分割切除，横向分割刀（8）将海带尾部和根部分割切除；
完成海带（14）分割后，控制器（2）控制上料机器手（9）夹持住海带（14），夹持器（5）动作松开，上料机器手（9）将海带（14）拎取并脱离工作台（4），移动到加工流水线（10）位置，交由流水线夹持器（11）夹持海带（14）后，移动返回工作台（4）上方，准备进行下一根分割完成的海带（14）的拾取，同时工作台（4）上的清扫器（12）将分割下来的海带（14）的两侧、尾部和根部清扫到储料箱（13）中。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，其特征在于：包括转筒（15），安装在工作台（4）上，位于海带（14）料堆侧。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，其特征在于：所述的控制器（2）可设定海带（14）根部的预留长度，并控制拾取机器手（3）配合调整夹持器（5）夹持住海带（14）的位置。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，其特征在于：所述的储料箱（13）设置为3个，分别用于放置分割下来的海带（14）的根部、侧边和尾部，工作台（4）上的清扫器（12）将分割出来的海带（14）的不同部位清扫到对应的储料箱（13）中。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，其特征在于：所述的控制器（2）中可人工预先设定海带（14）分割边距，包括两侧切割掉的宽度、尾部切割掉的长度和根部切割掉的长度；
控制器（2）可根据机器视觉识别获得的海带（14）边界轮廓，按照比例计算出每根海带（14）的侧边、尾部和根部的分割边距；
控制器（2）可根据机器视觉获得的海带（14）生长状态的信息，智能分析计算每根海带（14）的分割边距。
6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，其特征在于：所述的控制器（2）根据分割摄像头（6）实时获取的平铺到工作台（4）上的海带（14）的全景视频图像，通过机器视觉分析海带（14）的大小、色泽、缺损等特性，按照设定的筛选参数，对符合要求的海带（14）进行分割，将不符合要求的海带（14）剔除。
7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整条海带智能自动分割及上料系统，其特征在于：包括切丝刀（16），在控制器（2）的控制下将平铺到工作台（4）上的海带（14）切为海带丝。
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