CN200988035Y - 一种双通道水果分级跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水果的机器视觉分级技术。本实用新型公开了一种双通道水果分级跟踪系统，包括用于数据处理的计算机、机械传输系统、PLC、编码盘、接近开关、分离执行元件、摄像机和图像采集卡等。其中PLC分别与计算机、摄像机、分离执行元件、接近开关连接；编码盘安装在机械传输系统的从动轴上；接近开关与PLC连接，通过检测编码盘输出同步脉冲信号给计算机；分离执行元件与PLC连接，用于执行水果的分离；摄像机分别与PLC、图像采集卡连接；图像采集卡分别与摄像机、计算机连接，用于将摄像机摄取的水果图像传送给计算机。本实用新型分级效率高，跟踪处理速度快，准确性高，系统结构紧凑，模块化程度高。

Description

一种双通道水果分级跟踪系统

技术领域

本实用新型涉及水果的机器视觉分级系统，具体涉及一种采用可编程控制器(PLC)进行双通道水果分级的跟踪控制系统。

背景技术

我国是水果生产大国，水果资源十分丰富，产量居世界之首，但出口量只占很小的比例，其中一个原因就是水果采摘后检测、分级技术落后。目前国内大部分水果在采摘后不经过商品化处理就直接上市，水果的等级混杂，良莠不齐，影响了水果的商品价值，同时在国际市场上缺乏竞争力，严重削减了其国际市场份额。

水果采后商品化处理的主要技术环节包括挑选、清洗、打蜡、分级和包装等，其中分级是商品化处理中的核心环节。目前我国的水果分级主要还是依靠人工完成，需要的劳动力多，劳动强大，而且分级的结果因劳动者的个体差异而差别较大，分级的一致性较差，效率较低。采用电子称重、机器视觉、红外技术等现代化电子技术和信息技术进行水果的等级自动分选具有很大的优势，是水果分级的必然趋势。

水果的跟踪控制是水果自动分级中的一个关键技术，跟踪的准确与否关系到分级的最终准确度。目前国内外的水果，像苹果、柑桔、梨等的自动化分级最基本形式是将水果放置于传送带上，并通过单元化处理后进行等级判定，等级判定后的水果被系统跟踪，在随传送带前进到指定的位置时由跟踪系统控制执行机构将其分离，从而实现分级。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种效率高、系统工作稳定、水果分级跟踪控制准确的双通道水果分级跟踪系统。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采取如下方案：

本实用新型的双通道水果分级跟踪系统，包括用于数据处理的计算机，机械传输系统，还包括PLC、编码盘、接近开关、分离执行元件、摄像机、图像采集卡，其中，

——PLC分别与计算机、摄像机、分离执行元件、接近开关连接，用于接收由接近开关产生同步跟踪信号并触发摄像机进行采集图像，还用于接收来自计算机对图像处理判定的水果等级信息，对被判定的水果实施跟踪和控制分离执行元件动作；

——编码盘安装在机械传输系统的从动轴上，用于将机械传输系统的移动信号通过接近开关传送给PLC；

——接近开关与PLC连接，通过检测编码盘输出同步脉冲信号给计算机；

——分离执行元件与PLC连接，用于接收PLC驱动信号，执行水果的分离；

——摄像机分别与PLC、图像采集卡连接，用于接收PLC的控制信号摄取水果图像，并通过图像采集卡传送给计算机；

——图像采集卡分别与摄像机、计算机连接，用于将摄像机摄取的水果图像传送给计算机。

其中，所述机械传输系统包括由同一个轴的链轮驱动的两组链式传送带、安装在传送带上的滚子和托盘。

其中，所述滚子和托盘等间距安装在传送带上，其中，两个相邻的滚子和两者之间的托盘形成杯形。

其中，所述摄像机安装在两组链式传送带的垂直正上方，并位于两组链式传送带之间。

其中，所述编码盘的外圈设有均布的槽口，槽口数与链式传送带的从动轴每转一圈链式传送带移动的滚子数相等。

(三)有益效果

1)由于采用了PLC控制的两组链式传送带，即双通道水果分级跟踪控制系统，因此能有效提高分级效率；

2)对水果分级的跟踪处理速度快，准确性高；

3)具有良好的可扩展性和程序移植性；

4)系统结构紧凑，模块化程度高。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图；

图2是本实用新型机械传输系统的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是本实用新型跟踪控制流程图。

图中：1.链轮；2.传送带；3.接近开关；4.编码盘；5.滚子；6.托盘；7.水果；8.滑槽；9.灯管；10.灯箱；11.摄像机；12.导向销；13.边板；14.计算机；15.图像采集卡；16.分离执行元件；17.PLC；18.机械传送系统；19.二通道；20.一通道。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型包括由PLC 17、编码盘4、接近开关3和分离执行元件16组成的跟踪控制系统，由摄像机11、图像采集卡15组成的图像采集系统，计算机14的数据处理系统，以及机械传输系统18组成。其中图像采集卡15和计算机14通过PCI 17接口连接，PLC通过RS232接口和计算机14连接。

本实用新型选用西门子公司的PLC，即一个S7-266CPU和一个EM223数字量扩展模块，PLC作为本实用新型的核心控制器，一方面接收由接近开关3产生同步跟踪信号并触发摄像机11进行采集图像；另一方面接收来自计算机14对图像处理判定的水果7等级信息，对被判定的水果7实施跟踪和控制分级执行元件16动作。

如图2、图3所示，两组结构相似的链式传送带2由同一个轴的链轮1驱动作同步运动，构成双通道传输系统19、20。链式传送带2上等间距安装有滚子5和托盘6，且滚子5可以绕自身的水平轴线自由转动。任何两个相邻的滚子5和两者之间的托盘6组成一个“果杯”，用于承托和传送水果7。摄像机11安装在传送带2的正上方，并位于两个通道之间，使得图像采集平面能横跨两个通道。在传输系统的从动轴上安装有编码盘4，接近开关3和编码盘4配合工作以产生同步跟踪信号。编码盘4的外圈有均布的槽口，槽口数和从动轴每转一圈传送带2移动的滚子5数相等。所以传送带2每移动一个滚子5的间距，编码盘4上将有一个槽口经过接近开关3的检测区域，接近开关3输出一个同步脉冲。

同步脉冲经过PLC 17后输出控制摄像机11马上进行一帧图像的采集。为了采集到水果7的整个表面信息，图像采集区域在传送带2的运动方向上的宽度设置为三个滚子5的间距，所以每帧图像上共有六个水果7的图像。另外，水果7随传送带2前进平动过程中，在经过图像采集区域时，固定在滚子5上的导向销12在两侧边板的滑槽8作用下使滚子5形成复合运动，一边随传送带平动，一边绕自身水平轴自转。在摩擦力的作用下，滚子5的自转带动水果7作旋转运动，以便每个水果7在经过三次拍摄后能被采集到整个表面的信息。

采集到的图像经计算机14处理后判定水果7的等级值，并通过RS232串行接口将等级值发送给PLC 17。由于每个水果的全部图像信息分布在连续的三帧图像中，每次采集图像后，计算机14只能结合当前帧和前两帧的图像判定出当前帧中最靠近传送带2运动方向前方的两个水果7的等级值并发送给PLC 17。根据上述，每个同步信号产生后，PLC 17将接收到每个通道各一个水果7的等级信息。PLC 17将水果7的等级信息转换为该水果7当前位置和对应自身等级出口位置的距离(果杯数表示)，此后这个距离值在每次同步脉冲产生之后都将递减1，直至为0。因此，在每次脉冲产生时，被判定过的水果7都有一个确定的相对于自身等级出口位置的值，也即实现了被跟踪。同时，在PLC 17的每个工作扫描周期都对当前时刻处于各个水果7分级出口处的水果7的距离值进行判断，一旦某个距离值由1变成0，即表明该水果7已经随传送带2运动到与自身等级相符的出口位置，PLC 17驱动该出口上的执行元件16将其推离传送带2，落入该等级的包装容器，从而实现水果7的分离。

本实用新型的工作过程如下：

在跟踪控制系统开始工作时，对应每个分级通道建立一个长度等于传送带2长度(用果杯数表示)的数组并清零，同时建立一个指针指向数组头元素，这样传送带2上的每一个果杯在数组中都有一个元素与之对应，数组元素的值代表水果的信息。PLC 17的扫描周期中不断地循环等待和处理来自接近开关的同步信号和来自计算机14的水果7等级信息。当捕获到同步脉冲之后，将脉冲转换成一个扫描周期宽度的脉冲并控制摄像机11进行一帧图像的采集。当接收到水果7的等级信息时，PLC 17内部将产生中断，中断程序对每个通道的水果7调用相同的子程序实现对等级信息的处理。

如图4所示，上述子程序将水果7的等级信息转换成水果7当前位置和对应自身等级出口位置之间的距离(用果杯数表示)，并将指针后移一位(如果指针越界，则强制指向数组头元素)存入当前的距离值。对整个数组中大于0的值作自减1运算，同时判断当前时刻处于各个水果分级出口处的果杯所对应的数组元素值是否有从1到0变化的。如果有则表明该元素对应的果杯上的水果7正好运动到与自身等级相符的分级出口处，应该被分离到此出口，PLC 17则将此出口处的分离执行元件16所连接的I/O位置1，在PLC刷新输出缓冲区的扫描阶段时驱动分离执行元件16将水果7分离。

Claims (5)

1、一种双通道水果分级跟踪系统，包括用于数据处理的计算机(14)和机械传输系统(18)，其特征在于还包括PLC(17)、编码盘(4)、接近开关(3)、分离执行元件(16)、摄像机(11)、图像采集卡(15)，其中，

——PLC(17)分别与计算机(14)、摄像机(11)、分离执行元件(16)、接近开关(3)连接，用于接收由接近开关(3)产生同步跟踪信号并触发摄像机(11)进行图像采集，还用于接收来自计算机(14)对图像处理判定的水果(7)等级信息，对被判定的水果(7)实施跟踪和控制分离执行元件(16)动作；

——编码盘(4)安装在机械传输系统(18)的从动轴上，用于将机械传输系统(18)的移动信号通过接近开关(3)传送给PLC(17)；

——接近开关(3)与PLC(17)连接，通过检测编码盘(4)输出同步脉冲信号给计算机(14)；

——分离执行元件(16)与PLC(17)连接，用于接收PLC(17)驱动信号，执行水果的分离；

——摄像机(11)分别与PLC(17)、图像采集卡(15)连接，用于接收PLC(17)的控制信号摄取水果(7)图像，并通过图像采集卡(15)传送给计算机(14)；

——图像采集卡(15)分别与摄像机(11)、计算机(14)连接，用于将摄像机(11)摄取的水果(7)图像传送给计算机(14)。

2、如权利要求1所述的一种双通道水果分级跟踪系统，其特征在于所述机械传输系统(18)包括由同一个轴的链轮(1)驱动的两组链式传送带(2)、安装在传送带(2)上的滚子(5)和托盘(6)。

3、如权利要求2所述的一种双通道水果分级跟踪系统，其特征在于所述滚子(5)和托盘(6)等间距安装在链式传送带(2)上，其中，两个相邻的滚子(5)和两者之间的托盘(6)形成杯形。

4、如权利要求1所述的一种双通道水果分级跟踪系统，其特征在于所述摄像机(11)安装在两组链式传送带(2)的正上方，并位于两组链式传送带(2)之间。

5、如权利要求1-4之任一所述的一种双通道水果分级跟踪系统，其特征在于所述编码盘(4)的外圈设有均布的槽口，槽口数与链式传送带(2)的从动轴每转一圈链式传送带(2)移动的滚子(5)数相等。

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