CN116337861B - 卡达酱加热控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卡达酱加热控制系统及方法，其系统包括：取样装置，其用于对搅拌中的酱料取样，并移动至指定位置模拟人工取样行为；视觉模块，其用于采集取样装置和取样的样本的视频/图像；控制模块，用作基于视频/图像判断酱料粘稠度是否合格，并在合格后控制指定的酱料加热单元停止加热动作；取样装置包括取样刮刀、机械臂以及驱动模块，所述取样刮刀设置于驱动模块的输出轴且用于向下探入酱料；所述机械臂的头部可进行X、Y和X轴方向移动以及在至少一个平行于X轴方向的平面中旋转动作；所述驱动模块安装于机械臂的头部且驱动模块还作为酱料搅拌的动力源。本申请具有改善卡达酱的生产加工便捷性的效果。

Description

卡达酱加热控制系统及方法
技术领域
本申请涉及酱料生产加工技术领域，尤其是涉及一种卡达酱加热控制系统及方法。
背景技术
卡达酱，或称卡仕达酱，其用作甜点等食品的原料。在卡达酱的生产过程中，除了需要多种物料充分搅拌混合均匀外，还需要对加热温度，加热时间等进行控制。
目前，加热温度的控制，在工厂大批量的生产已经有通过温度传感器配合电加热技术实现自动化控制，然而对于加热时间，受生产中多种因素影响，更多还是倚靠经验丰富的师傅人工取样观察确定，存在诸多不便，因此本申请提出一种新的技术方案。
发明内容
为了改善卡达酱的生产加工便捷性，本申请提供一种卡达酱加热控制系统及方法。
第一方面，本申请提供一种卡达酱加热控制系统，采用如下的技术方案：
一种卡达酱加热控制系统，包括：
取样装置，其用于从敞口的搅拌容器中对搅拌中的酱料取样，并移动至指定位置模拟人工取样行为；
视觉模块，其用于采集取样装置和取样的样本的视频/图像，并输出；
控制模块，其电连接于取样装置和视觉模块，用作基于视频/图像判断酱料粘稠度是否合格，并在合格后控制指定的酱料加热单元停止加热动作；
其中，所述取样装置包括取样刮刀、机械臂以及驱动模块，所述取样刮刀设置于驱动模块的输出轴且用于向下探入酱料；所述机械臂的头部可进行X、Y和X轴方向移动以及在至少一个平行于X轴方向的平面中旋转动作；所述驱动模块安装于机械臂的头部且驱动模块还作为酱料搅拌的动力源。
可选的，所述机械臂的头部固定有底板，所述驱动模块包括电机、齿轮箱以及稳定组件，所述电机固定于底板背离机械臂的头部的一侧，所述齿轮箱的输入轴固定于电机的输出轴且其输出轴贯通齿轮箱的箱体，所述稳定组件包括轴承座，所述轴承座固定于底板且套设齿轮箱的输出轴的一端；
所述取样刮刀固定于齿轮箱的输出轴远离轴承座的一端。
可选的，所述取样刮刀包括刀柄和固定于刀柄的刀身，所述刀柄固定于齿轮箱的输出轴，且同中心轴固定有皮带轮，所述皮带轮用于通过皮带传动机构联动酱料搅拌设备的转轴，所述刀身的宽度不大于皮带轮的轮面直径。
可选的，所述稳定组件还包括弹性垫片和压板，所述弹性垫片和压板叠放，且弹性垫片贴合于压板固定电机的板面，所述弹性垫片和压板同时被螺栓穿透固定于底板；所述轴承座固定于压板。
可选的，所述视觉模块包括至少两个摄像头；
至少一个所述摄像头固定于机械臂，且位于底板背离搅拌容器中心轴的一侧，用于采集取样装置和取样的样本的视频/图像；
至少一个所述摄像头设置于机械臂的头部的前侧的上方，且镜头倾斜朝下，朝向取样刮刀的位置，用于采集取样装置和取样的样本的视频/图像。
第二方面，本申请提供一种卡达酱加热控制方法，采用如下的技术方案：
一种卡达酱加热控制方法，包括：
S1、接收用户输入的采样设置参数，并确定采样时间点；
S2、在采样时间点，调用并输出预设的电机停转指令，并执行预设的仿真取样流程；其中，所述仿真取样流程包括：
调用并输出预设的机械臂的头部抬升指令，且抬升量为h2；其中h2为可令取样刮刀脱离皮带传动机构的抬升量；
调用并输出预设的机械臂头部横移指令，且横移量为L2；其中，假设令取样刮刀不与皮带传动机构干涉的最小横移量为L1，L2＞L1；
调用并输出预设的机械臂头部旋转指令，并在t2时长内连续获取视觉模块采集的视频/图像，图像预处理，得到基于时间轴的连续样本图数据集二；
基于连续样本图数据集二做图像识别，提取取样刮刀的刀头垂露酱料的轮廓，并与预设的标准轮廓比对，若比对通过，且在t2时长酱料未出现滴落行为，则判定为加热中止；否则，调用并输出预设的机械臂的复位指令，并在复位结束后重启电机。
可选的，在输出机械臂的头部抬升指令之前，先调用并输出预设的机械臂的头部水平移动指令，且水平移动方向朝向机械臂的头部前方移动。
可选的，：在输出机械臂的头部抬升指令之前，先调用并输出预设的机械臂的头部水平移动指令，且水平移动方向朝向机械臂的头部前方移动。
可选的，假设视觉模块可观察到取样刮刀上酱料滴落的最小抬升高度为h1，则：h2＞h1；
若机械臂沿X轴方向抬升，则在t1时长内获取视觉模块采集的视频/图像并做图像预处理，得到基于时间轴的连续样本图数据集一；
其中，t1时长为可做粘稠度判定的最低标准时的验证所得酱料滴落时长；t2＞t1；
基于连续样本图数据集一做图像识别，判断是否存在酱料滴落行为，如果是，则执行所述调用并输出预设的机械臂头部横移指令的行为，且横移量为L2，如果否，则调用并输出预设的机械臂的复位指令。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：可以通过取样装置对搅拌中的酱料做取样，且模拟人工取样行为；还可以通过视觉模块采集样本视频/图像，由控制模块基于视频/图像判断酱料粘稠度是否合格，并在合格后控制指定的酱料加热单元停止加热动作，从而本申请不必在依靠人工对酱料取样观测决定加热时间，可提高卡达酱生产的便捷性，并减小对工人的经验要求。
附图说明
图1是本申请的系统的机械臂部分的结构示意图；
图2是图1的另一视角的局部爆炸示意图；
图3是本申请的系统的控制结构示意图。
附图标记说明：1、取样刮刀；2、机械臂；21、旋转头；211、关节一；212、关节二；213、连接头；3、驱动模块；31、电机；32、齿轮箱；33、轴承座；34、弹性垫片；35、压板；36、皮带轮；361、轮板；4、底板；41、卡块；5、C状卡扣；6、摄像头；7、计算机。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种卡达酱加热控制系统。
参照图1，卡达酱加热控制系统包括：
取样装置，其用于从敞口的搅拌容器(如：搅拌锅)中对搅拌中的酱料(本实施例指：卡达酱)取样，并移动至指定位置模拟人工取样行为；
视觉模块，其用于采集取样的样本的视频/图像并输出；
控制模块，其电连接于取样装置和视觉模块，用作基于视频/图像判断酱料粘稠度是否合格，并在合格后控制指定的酱料加热单元停止加热动作。
以下做具体阐述：
参照图1和图2，关于取样装置，其包括取样刮刀1和机械臂2；其中，机械臂2在本实施例中主要用于操作取样刮刀1对酱料取样，并模仿工作人员从搅拌锅中挑起酱料观测时的动作，由此可以理解的是，该机械臂2为多自由度的机械臂。
在本实施例中，机械臂2的头部可进行X、Y和Z轴方向移动以及在至少一个平行于Z轴方向的平面中旋转动作。令机械臂2的头部实现多自由度，尤其是做X、Y、X轴移动为成熟的现有技术，因此不再赘述；本实施例为方便理解，以下单独简述一种机械臂2的头部在平面内旋转的形式：
称机械臂2的头部为旋转头21，旋转头21包括关节一211、关节二212以及连接头213；其中，关节一211转动连接于机械臂2的上部大臂的前端，且绕上部大臂的中心轴转动设置；关节二212呈C状，其C状开口两侧转动有转轴，转轴固定于关节一211远离机械臂2的上部大臂的一端；连接头213固定于C状的关节二212开口背面。
可以理解的是，在机械臂2中上述关节一211和关节二212会分别安装小型电机和/或齿轮组进行驱动；由此，即可令机械臂2的头部在两个相互垂直的平面做旋转动作，且至少一个面为：平行于Z轴方向的平面。
因为机械臂2的应用成本相对较高，若只是单一的用来操作上述取样刮刀1模仿工作人员挑起酱料的动作，使用成本相对较高；同时，又因为诸如搅拌锅一类设备其动力电机存在损坏几率，需要维修，由此本申请将上述取样装置设置为还包括驱动模块3，驱动模块3一方面用于固定取样刮刀1，以配合机械臂2调整取样刮刀1的姿态模仿工作人员人工观测酱料的动作，另一方面还用作活动、随时可拆的搅拌锅一类搅拌设备的动力电机。
参照图2，在本申请的一个实施例中，在机械臂2的头部，即上述连接头213背离机械臂2的上部大臂的一侧以螺栓固定有底板4，底板4在机械臂2的上部大臂水平时呈竖向设置的矩形板结构。驱动模块3安装于底板4背离机械臂2的一面。
驱动模块3包括：电机31、齿轮箱32和稳定组件；其中，电机31以螺栓固定于底板4背离连接头213的板面；齿轮箱32的箱体同样固定于底板4，其输入轴固定于电机31的输出轴，且其输出轴呈两头穿出箱体；齿轮箱32的输出轴在图中所示状态下呈竖向，且上端连接稳定组件，下端固定取样刮刀1。
稳定组件包括轴承座33、弹性垫片34以及压板35，其中，弹性垫片34和压板35叠放且弹性垫片34贴合于底板4背离机械臂2的板面，弹性垫片34和压板35同时穿设螺栓以实现固定。轴承座33可以是两个，均以螺栓固定于压板35上，且同时轴承内圈套设固定于齿轮箱32的输出轴的上端。
上述设置主要是考虑以机械臂2头部的电机31做酱料搅拌设备的动力电机时，若齿轮箱32只是下输出受力，相对不够稳定；以图中的机械臂2结构为例，其在上部大臂呈“跷跷板”形式，尾端转动连接牵引杆，下拉另一活动的机械关节，同时是为了保障电机31的稳定性；而上述弹性垫片34，是主要是为了做一定的振动缓冲。
进一步的，在上述底板4的底部还成型有卡块41，卡块41沿底板4的厚度方向延伸，且可以是两个，对称的分布于底板4的底部。
可以理解的是，在诸如搅拌锅的上部可以固定一横板结构，并于横板结构上开设适配卡块41的嵌合槽；嵌合槽两端及上部均设为开口结构，以在机械臂2将电机31移动至合适位置用作搅拌锅的动力电机时，令卡块41卡入嵌合槽增稳。
参照图2，取样刮刀1包括刀柄和固定于刀柄的刀身，其刀柄同轴固定于齿轮箱32的输出轴的下端，令刀身朝下。在刀柄上同中心轴固定有一皮带轮36，皮带轮36用于通过皮带传动机构联动酱料搅拌设备的转轴。
上述如：可令搅拌锅的搅拌杆的转轴转动连接于一于锅体中心上部设置的固定结构体，转轴套设另一副皮带轮，并套设皮带；为了托持皮带，可令皮带两侧设固定于锅体的L板，L板内角放置皮带的侧段且上端固定C状卡扣5，C状卡扣5从自上而下的卡住皮带，以避免其坍塌而影响使用效果。皮带还可设为同步带结构，且皮带轮36的上部横向延伸形成大直径的轮板361，以用于压盖在皮带的上方，防止皮带脱开。
基于上述，机械臂2只需将皮带轮36朝向搅拌锅的搅拌杆一侧移动，再向上拉起皮带轮36，即可令本申请的取样装置脱离搅拌锅；反之，则可令本申请的取样装置的电机31下放归位作为搅拌锅的动力电机。
根据上述，本申请一方面可以在需要做搅拌锅的维护时，利用机械臂2快速移动电机31至锅体外方便用户维护等；另一方面，还可利用电机31驱使取样刮刀1转动，调整至合适的角度，配合机械臂2模仿工作人员人工挑起酱料观测，并以合适角度被视觉模块拍摄，以采集样本的视频/图像。
需要注意的是，上述取样刮刀1的刀身宽度应不大于皮带轮36的轮面直径，以保证取样刮刀1能顺利出入皮带之间；同时，取样刮刀1应当设置为可摊入酱料，但不与搅拌锅的搅拌杆发生干涉。
在本系统的一个实施例中，视觉模块包括摄像头6，摄像头6可以是两个甚至更多，假设为两个，则一个固定于机械臂2，位于取样刮刀1的后方，其采集的视觉信息主要用于判判断取样刮刀1的刀口朝向以及位置是否正确；另一个则固定于机械臂2的头部的前方的上方，且镜头倾斜朝下，朝向取样刮刀1的位置，用于采集酱料取样时的样本的视觉信息。
参照图3，在本实施例中，控制模块包括计算机7、配套的键鼠组合、驱动控制器和多种信息采集卡；驱动控制器装载于计算机7的主机，用于连接并控制上述电机31；信息采集卡，如视频采集卡，其同样装载于计算机7的主机，以用于连接摄像头6；计算机7与机械臂2则可通过更为便捷无线网络进行连接控制。
需要注意的是，上述计算机7还应通过单片机/开关电路一类连接并控制搅拌锅的加热单元，以做加热控制。
在本申请的另一方法实施例中，具体阐述本系统的使用方法。
本申请实施例还公开一种卡达酱加热控制方法，该方法主要通过控制模块加载执行对应的计算机程序实现。
卡达酱加热控制方法包括：
S1、接收用户输入的采样设置参数，并确定采样时间点。
其中，采样设置参数，如：采样的频次，5min/次，以及采样的起始时间，搅拌起始后的第X时刻；X为自然数。
此时，采样时间点位：X时刻，X+5时刻......以此类推。
S2、在采样时间点，调用并输出预设的电机停转指令，并执行预设的仿真取样流程。
为保障本申请的使用效果，上述电机31以步进电机、伺服电机一类为佳，以提高控制精度；电机启停指令等为工作人员预先上述指令集/库调用得到。
仿真取样流程，其在本实施例中，分两部分，第一部分，前置仿真行为，粗略评估酱料当前是否适合做粘稠度判定；第二部分，后置仿真行为，其为第一部分评估通过后所执行：根据酱料粘稠度判定是否中止加热。
上述分为两部分，而非只有第二部分，一个主要的优势在于：可以减小酱料污染前述皮带机构的几率，并减少取样对搅拌工作的影响。
上述前置仿真行为，其包括：
调用并输出预设的机械臂2的头部水平移动指令，且水平移动方向朝向机械臂2的头部前侧，即皮带的侧部长度方向，以实现皮带轮36的退开；
调用并输出预设的机械臂2的头部抬升指令，且抬升量为h2。
假设视觉模块可观察到取样刮刀1上酱料滴落的最小抬升高度为h1，h1即机械臂2上的摄像头6至少可观测到完整的取样刮刀1时的机械臂2头部最小抬升高度；上述h2＞h1；h1应尽量大，避免垂落的酱料长度较大，影响观测效果；假设合格酱料垂落5cm，h1最小可以是5cm+取样刮刀1的长度。
若机械臂Z轴方向抬升，则在t1时长内获取视觉模块采集的视频/图像并做图像预处理，得到基于时间轴的连续样本图数据集一。
其中，t1时长为可做粘稠度判定的最低标准时的验证所得酱料滴落时长。
上述图像预处理，即若采集的为视频，则视频以预定的频次抽帧产生连续图片，图片二值化处理；若采集的为以一定频次拍摄的图像，则对图像做二值化处理。
后续，基于连续样本图数据集一做图像识别，判断是否存在酱料滴落行为，如果是，则执行下一后置仿真行为，如果否，则调用并输出预设的机械臂2的复位指令。
上述是否存在酱料滴落行为的判定，一种方式是：至少一张图中存在酱料与取样刮刀1分离的情况；另一种方式是：提取取样刮刀1的刀身轮廓，计算相邻若干秒之间的像素差值，即刀身沾染的酱料的下滑所导致尺寸变化量，超出阈值，认为存在滴落行为，不适合进入下一环节。
上述图像识别为现有技术，因此不再赘述。
后置仿真行为，其包括：
假设令取样刮刀1不与皮带传动机构干涉的最小横移量为L1；
调用并输出预设的机械臂2头部横移指令，且横移量为L2；其中，L2＞L1。
调用并输出预设的机械臂2头部旋转指令(令刀身倾斜，刀头倾斜朝下)，并在t2时长内连续获取视觉模块采集的视频/图像，图像预处理，得到基于时间轴的连续样本图数据集二；
基于连续样本图数据集二做图像识别，提取取样刮刀1的刀头垂露酱料的轮廓，并与预设的标准轮廓比对，若比对通过，且在t2时长酱料未出现滴落行为，则判定为加热中止；否则，调用并输出预设的机械臂2的复位指令，并在复位结束后重启电机31；其中，t2＞t1。
在本实施例中，标准轮廓可以是倒三角形，且该图像主要由机械臂2的头部斜上方的摄像头6所拍摄。
而机械臂2上的摄像头6其用于：在取样完成后机械臂2复位过程中，获取拍摄的取样刮刀1下移归位时的姿态，基于图像中的刀柄位置，与标准图比较，判断刀柄位置是否正确，以保障复位准确性。
同时，在上述将取样刮刀1横移出皮带范围做旋转之前，更优的的是：获取机械臂2上摄像头6拍摄的图像，并基于该图像判断取样刮刀1的刀口朝向是否正确，以保证刀身旋转后的模拟挑出酱料效果。
取样刮刀1的刀口朝向同样可基于实时图与标准图比较，需要注意的是，若刀身设置为完全浸入酱料，需要在刀柄上设置一识别凸点，凸点在刀口朝向摄像头6时，也面向摄像头，以便图像比对执行。
根据上述可知，本申请可以在酱料生产中自动进行加热中止时间点判定，并停止加热，从而可减小人工观测的不便，降低对工人的要求。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种卡达酱加热控制方法，其特征在于： 采用卡达酱加热控制系统；
其中，卡达酱加热控制系统包括：
取样装置，其用于从敞口的搅拌容器中对搅拌中的酱料取样，并移动至指定位置模拟人工取样行为；
视觉模块，其用于采集取样装置和取样的样本的视频/图像，并输出；
控制模块，其电连接于取样装置和视觉模块，用作基于视频/图像判断酱料粘稠度是否合格，并在合格后控制指定的酱料加热单元停止加热动作；
其中，所述取样装置包括取样刮刀（1）、机械臂（2）以及驱动模块（3），所述取样刮刀（1）设置于驱动模块（3）的输出轴且用于向下探入酱料；所述机械臂（2）的头部可进行X、Y和Z轴方向移动以及在至少一个平行于Z轴方向的平面中旋转动作；所述驱动模块（3）安装于机械臂（2）的头部且驱动模块（3）还作为酱料搅拌的动力源；
所述机械臂（2）的头部固定有底板（4），所述驱动模块（3）包括电机（31）、齿轮箱（32）以及稳定组件，所述电机（31）固定于底板（4）背离机械臂（2）的头部的一侧，所述齿轮箱（32）的输入轴固定于电机（31）的输出轴且其输出轴贯通齿轮箱（32）的箱体，所述稳定组件包括轴承座（33），所述轴承座（33）固定于底板（4）且套设齿轮箱（32）的输出轴的一端；
所述取样刮刀（1）固定于齿轮箱（32）的输出轴远离轴承座（33）的一端；
视觉模块包括至少两个摄像头（6）；
至少一个所述摄像头（6）固定于机械臂（2），且位于底板（4）背离搅拌容器中心轴的一侧，用于采集取样装置和取样的样本的视频/图像；
至少一个所述摄像头（6）设置于机械臂（2）的头部的前侧的上方，且镜头倾斜朝下，朝向取样刮刀（1）的位置，用于采集取样装置和取样的样本的视频/图像；
卡达酱加热控制方法包括：
S1、接收用户输入的采样设置参数，并确定采样时间点；
S2、在采样时间点，调用并输出预设的电机（31）停转指令，并执行预设的仿真取样流程；其中，所述仿真取样流程包括：
调用并输出预设的机械臂（2）的头部抬升指令，且抬升量为h2；其中h2为可令取样刮刀（1）脱离皮带传动机构的抬升量；
调用并输出预设的机械臂（2）头部横移指令，且横移量为L2；其中，假设令取样刮刀（1）不与皮带传动机构干涉的最小横移量为L1，L2＞L1；
调用并输出预设的机械臂（2）头部旋转指令，并在t2时长内连续获取视觉模块采集的视频/图像，图像预处理，得到基于时间轴的连续样本图数据集二；
基于连续样本图数据集二做图像识别，提取取样刮刀（1）的刀头垂露酱料的轮廓，并与预设的标准轮廓比对，若比对通过，且在t2时长酱料未出现滴落行为，则判定为加热中止；否则，调用并输出预设的机械臂（2）的复位指令，并在复位结束后重启电机（31）；
假设视觉模块可观察到取样刮刀（1）上酱料滴落的最小抬升高度为h1，则：h2＞h1；
若机械臂（2）沿Z轴方向抬升，则在t1时长内获取视觉模块采集的视频/图像并做图像预处理，得到基于时间轴的连续样本图数据集一；
其中，t1时长为可做粘稠度判定的最低标准时的验证所得酱料滴落时长；t2＞t1；
基于连续样本图数据集一做图像识别，判断是否存在酱料滴落行为，如果是，则执行所述调用并输出预设的机械臂（2）头部横移指令的行为，且横移量为L2，如果否，则调用并输出预设的机械臂（2）的复位指令。
2.根据权利要求1所述的卡达酱加热控制方法，其特征在于：所述取样刮刀（1）包括刀柄和固定于刀柄的刀身，所述刀柄固定于齿轮箱（32）的输出轴，且同中心轴固定有皮带轮（36），所述皮带轮（36）用于通过皮带传动机构联动酱料搅拌设备的转轴，所述刀身的宽度不大于皮带轮（36）的轮面直径。
3.根据权利要求2所述的卡达酱加热控制方法，其特征在于：所述稳定组件还包括弹性垫片（34）和压板（35），所述弹性垫片（34）和压板（35）叠放，且弹性垫片（34）贴合于压板（35）固定电机（31）的板面，所述弹性垫片（34）和压板（35）同时被螺栓穿透固定于底板（4）；所述轴承座（33）固定于压板（35）。
4.根据权利要求1所述的卡达酱加热控制方法，其特征在于：在输出机械臂（2）的头部抬升指令之前，先调用并输出预设的机械臂（2）的头部水平移动指令，且水平移动方向朝向机械臂（2）的头部前方移动。
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