CN204699959U - 一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，整个生产线包括计算机视觉部分、自动控制部分和机械装置部分，其中机械装置主要由匀果机、输送机、灯箱与分级口四个部分组成，其中的输送机分为三节。胡萝卜清洗后通过上料机上到匀果机上，匀果机将胡萝卜单向摊铺均匀，并通过缓降器将胡萝卜顺序放置到第一节低速输送机上，通过第二节输送机加速，胡萝卜快速通过灯箱通道，通过镜面成像，线阵相机获取三个侧面的图像传给计算机，计算机通过图像处理给出相应的等级信息，进而控制第三节输送机末端高速气动电磁阀，将胡萝卜吹射到不同等级的分级口中，实现了胡萝卜全自动化的精选分级。

Description

一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线

技术领域

本实用新型公开了一种基于机器视觉技术的胡萝卜智能分级装置，具体地说，涉及一种通过获取胡萝卜外观特征对胡萝卜进行自动分级的分级装置。

背景技术

农产品分级销售，有助于提高农产品的市场竞争力及增加经济效益，而目前我国的一些农产品生产加工企业及进出口贸易公司，对农产品分级主要依靠人工进行。然而，随着经济的发展，劳动力成本的提高，除此之外，人工分级效率低等因素，都直接或间接提高了企业的生产成本，利润得不到大幅提高，不适合大规模生产和推广。

农产品分级是农产品采后商品化处理的核心环节，目前国内外也出现了一些对于球型果,如苹果、柑橘等采用计算机视觉方法进行检测分级的报道，如浙江大学应义斌等开发了适用于苹果的自动化分级生产线，获得国家科技发明二等奖，然而这些设备并不适合胡萝卜等长条形果蔬的自动化分级，目前对胡萝卜的分级主要靠人工，也有仅依照胡萝卜的粗度，用不同间隙的滚轴对胡萝卜进行大致分级的机械，但很难做到自动化，而相应的行业和贸易标准（NYT 1983-2011 胡萝卜等级规格或SBT 10450-2007 胡萝卜购销等级要求）规定的胡萝卜等级划分是以长度为基础的，另外还具体规定很多品质指标，如青头、长度、开裂、须根以及弯曲等，由于这些特征不能量化实现，无法同时完成多个指标的精确分级。

鉴于现阶段对胡萝卜分级现状，需要提供一种新型的胡萝卜分级装置，能够对胡萝卜按照长度进行分级的同时，还能够根据外观品质特征进行分级。

实用新型内容

本实用新型的目的主要是针对上述问题的不足，提供一种操作简单，多特征量化的、分级高效的胡萝卜分级装置。

上述目的通过如下技术方案实现，包括如下步骤：

一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，整个生产线包括计算机视觉部分、自动控制部分和机械装置部分，其中机械装置主要由匀果机、输送机、灯箱与分级口四个部分组成，其中的输送机分为三节。

其中

匀果机的核心是一条由一百根左右托辊组成的链式传送带，托辊下方安装有两条“Y”形状的橡胶支撑架，由两条角铁夹持固定在机架上，其作用是保证托辊在前进的过程中始终保持和脱轨的接触，从而保证托辊始终能够在前进过程中自转，托辊上方安装有四条皮带柔性挡板，托辊传动带在自带减速机的电动机带动下一边自转一边公转，带动胡萝卜向前运动，柔性挡板可将重叠的胡萝卜均匀摊成平，然后胡萝卜自动下落到毛刷式缓降器上，托辊每前进一根，缓降器打开一次，胡萝卜经缓冲后滑落到第一节输送机上。

由三节组成，每节输送机的核心是相互垂直组成V型槽状的两个传送带组成，两条输送带在两个相同型号的电动机的带动下以大致相同的速度向前运动，第一节输送机在变频器调整下低速运行，可选的速度是2-3m/s，第二节和第三节输送机的速度在4m/s，这样就保证了胡萝卜在经过灯箱时具有一定的间隔。第一节输送带安装在缓降器的下方，是一种两层的复带，中间夹有一定长度的毛刷，其宽度从下往上越短，两个输送带组成“V”字型后，两组传动带可对运动的胡萝卜具有一定的夹持作用，避免从匀果机末端上滑落下来的胡萝卜忽然水平运动时打滑，另外在第一节输送机上方10cm处，固定有“V”形状毛刷架，避免了胡萝卜反向弹跳。第一节输送机的功能是将胡萝卜平稳的顺序传送到第二节传送带上，第二节输送机以约两倍于第一节输送机的速度将胡萝卜射出，胡萝卜穿越灯箱的圆形通道后落在第三节传送带上，在悬空穿越灯箱的瞬间采集照片。

是一封闭的箱体，中间开有圆形通道，内侧安装有两个环形的LED灯带，箱体上方安装有线阵相机，灯带下方安装有放置呈120°夹角的两片镜子，圆形通道入口处安装有光电传感器，胡萝卜飞出第二节传送带后穿越圆形通道，线阵相机在光电传感器感应下拍摄一副胡萝卜实物图像和两面镜子的两个像的图像，三幅图像正好对应胡萝卜的三个侧面。

由5个高速电磁启动阀组成的阵列、6个口的分级口装置和空压机组成，当胡萝卜在运动到第三节传输机的末端时触发光电传感器，控制单元同步采集上位机软件给出的决策信号（1-5）中的其中一个，然后控制打开相应的电磁阀，将胡萝卜吹射到1-5个不同的等级口里，相应的不合格残次品不做任何动作，自动进入第6个口，从而实现外观品质和等级的精选分级。

首先通过线阵相机采集胡萝卜三个侧面的图像，其中中间为实物图像，两边的镜面里像的图像，然后进行图像分割，对中间的实物图像首先对长度进行反演计算胡萝卜长度、然后分别计算判断是否弯曲、断裂、有无青头、须根、开裂或伤疤，对两侧的胡萝卜像的图像只计算判断是否有开裂或伤疤。如果长度不合格或者有任何的残次将其归结为不合格类。对于合格的将按照相应的行业和贸易标准（NYT 1983-2011 胡萝卜等级规格或SBT 10450-2007 胡萝卜购销等级要求）将其归结为S、M、L等3-5个等级。

包括两部分，一是对相机外触发拍照控制，当安装在灯箱圆形通道入口处的电磁阀感应到胡萝卜通过时，拉出3V电压给线阵相机触发引脚控制拍照；二是对高速电磁阀气动控制，当安装在第三节带的电磁阀感应到胡萝卜到来时，同时检测上位机同步给出的等级信号，控制相应分级口的气动电磁阀打开，通过空压机吹出相应的高压气体，将胡萝卜吹射到相应的分级口里，吹射时间的长短光电传感器感应得到，也可以由胡萝卜长度除以运动速度计算得出，每个分级口入口处还挂有两条布帘，胡萝卜首先吹射到布帘上，避免了损伤，分级口出口处连接下料口传送带将胡萝卜输出。

本实用新型的效果是：在按照一天10小时工作量，每秒钟处理8个果计算，日处理处理约100吨胡萝卜，同时有效避免了人工分级的主观性。这种装置便于调节校准，操作方便且无任何环境污染。通过本实用新型的上述技术方案，所述的胡萝卜分级装备结构合理简单，生产制造容易且成本低，操作简单，且能够高效的实现胡萝卜的智能分级，克服了人工筛检的主观判断的缺陷，能够节约劳动力成本，在提高了设备市场竞争力的同时还具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1为本实用新型一种胡萝卜智能分级装置的结构示意图。

图2为本实用新型的匀果机和第一节输送机侧视图。

图3为本实用新型灯箱内成像光路图

图4为本实用新型气动电磁阀和分级口排列方式

图5为本实用新型的上位机软件界面

其中：1 匀果机、2输送机、3灯箱、4分级口。101托辊、102 柔性挡板、103 “Y形橡胶支撑架、104 角铁、105橡胶皮、106缓降器。201毛刷架、202毛刷式复带、203“V”型传送带托辊、301线阵相机、302两个LED灯环、303胡萝卜、304两面镜子、305胡萝卜的像、401气动电磁阀、402电磁阀支架、403分级口编号

具体实施方式

以下结合附图描述本装置对胡萝卜进行智能分级的具体实施方式。

实施例1，请参照图1，整个机器分为四个部分，包括匀果机1、输送机2、灯箱3、分级口4，其中匀果机1安装在传输机2第一节带的侧面，第二节传输机安装在第一节传输机的后面，紧接着安装灯箱，然后安装第三节传输机，第三节传输局的下方安装分级口。

见图2，在进行胡萝卜分级时，清洗后的胡萝卜经过上料机将胡萝卜倾倒到匀果机1上，胡萝卜在托辊101组成的传送带带动下往前运动，经过四条皮带柔性挡板102装置，将胡萝卜摊铺均匀，胡萝卜在两个托辊间顺序相接，掉落在毛刷式缓降器106上，然后缓降器106打开。

托辊下方安装有两条“Y”形状的橡胶支撑架103，由两条角铁104夹持固定在机架上，其作用是保证托辊101在前进的过程中始终保持和脱轨的接触，从而保证托辊始101终能够在前进过程中自转。托辊101上方安装有四条皮带柔性挡板102，托辊传动带在自带减速机的电动机带动下一边自转一边公转，带动胡萝卜向前运动，柔性挡板可将重叠的胡萝卜均匀摊成平，然后胡萝卜自动下落到毛刷式缓降器上，托辊每前进一根，缓降器106打开一次，胡萝卜经缓冲后滑落到第一节输送机上。

胡萝卜掉落到输送机2上，胡萝卜先掉到V型的毛刷架201上后穿过，V型的毛刷架201的作用是避免胡萝卜反弹，胡萝卜204掉落在第一节“V”型槽传送带203上，第一节传送带上面的毛刷式复带202将胡萝卜204卡住，避免了胡萝卜的打滑，带动胡萝卜水平方向以2m/s的速度向前运动，并将胡萝卜输送到第二节传送带上，第二节带为普通的平带，第二节传送带以4m/s的速度将胡萝卜输送。

见图3，胡萝卜穿过灯箱3中心的圆形通道入口触发光电传感器，当胡萝卜303正好运动到的两道LED灯环中心时，线阵相机301同时拍摄三幅图像，包括一副原始图像和两幅镜面304内胡萝卜像的305的图像，并将三幅图像传输给上位机进行处理，胡萝卜然后进入第三节传输带，还是以4m/s的速度运动。

见图4，当胡萝卜运动到末端时触发安装在第三节带末端的光电传感器，控制单元同时收取上位机给出的决策信号，控制高速气动电磁阀401将胡萝卜吹射到不同的分级口403中。

根据图5所示，计算机视觉系统软件界面，上位机软件根据检测算法将萝卜按照长度分级，并计算判断是否弯曲、断裂、有无青头、须根、开裂或伤疤，按照长度和次品将胡萝卜分为S、M、L等3-5个等级及次品等。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，可以通过任何方式进行任意组合，其同样落入本实用新型所公开的范围之内。比如：V型传送装置主要作用是将胡萝卜顺序的传送，也可以将其更换为斜滚轮型或者双绞龙型传送装置。

同时，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应视为本实用新型所公开的内容。此外，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，整个生产线包括计算机视觉部分、自动控制部分和机械装置部分，其中机械装置主要由匀果机、输送机、灯箱与分级口四个部分组成，其中的输送机分为三节，其中匀果机安装在输送机侧面，第二节传输机安放在第一节传输机的后面，紧接着安装灯箱，然后安装第三节传输机，第三节传输的下方安装分级口。

2.根据权利要求1所述的一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，其特征在于：所述的匀果机的核心是一条由一百根托辊组成的链式传送带，托辊下方安装有两条“Y”形状的橡胶支撑架，由两条角铁夹持固定在机架上，其作用是保证托辊在前进的过程中始终保持和脱轨的接触，从而保证托辊始终能够在前进过程中自转，托辊上方安装有四条皮带柔性挡板，托辊传动带在自带减速机的电动机带动下一边自转一边公转，带动胡萝卜向前运动，柔性挡板可将重叠的胡萝卜均匀摊成平，然后胡萝卜自动下落到毛刷式缓降器上，托辊每前进一根，缓降器打开一次，胡萝卜经缓冲后滑落到第一节输送机上。

3.根据权利要求1所述的一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，其特征在于：所述的输送机由三节组成，每节输送机的核心是相互垂直组成V型槽状的两个传送带组成，两条输送带在两个相同型号的电动机的带动下以大致相同的速度向前运动，第一节输送机在变频器调整下低速运行，可选的速度是2-3m/s，第二节和第三节输送机的速度在4m/s，这样就保证了胡萝卜在经过灯箱时具有一定的间隔。

4.根据权利要求3所述的一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，其特征在于：第一节输送带安装在缓降器的下方，是一种两层的复带，中间夹有一定长度的毛刷，其宽度从下往上越短，两个输送带组成“V”字型后，两组传动带可对运动的胡萝卜具有一定的夹持作用，避免从匀果机末端上滑落下来的胡萝卜忽然水平运动时打滑，另外在第一节输送机上方10cm处，固定有“V”形状毛刷架，避免了胡萝卜反向弹跳。

5.根据权利要求3所述的一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，其特征在于：第一节输送机的功能是将胡萝卜平稳的顺序传送到第二节传送带上，第二节输送机以两倍于第一节输送机的速度将胡萝卜射出，胡萝卜穿越灯箱的圆形通道后落在第三节传送带上，在悬空穿越灯箱的瞬间采集照片。

6.根据权利要求1所述的一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，其特征在于：所述的灯箱是一封闭的箱体，中间开有圆形通道，内侧安装有两个环形的LED灯带，环形灯带上配有翅式散热铝片，箱体上方安装有线阵相机，灯带下方安装有放置呈120°夹角的两片镜子，圆形通道入口处安装有光电传感器，胡萝卜飞出第二节传送带后穿越圆形通道，线阵相机在光电传感器感应下拍摄一副胡萝卜实物图像和两面镜子的两个像的图像，三幅图像正好对应胡萝卜的三个侧面。

7.根据权利要求1所述的一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，其特征在于：所述的分级口由5个高速电磁启动阀组成的阵列、6个口的分级口装置和空压机组成，当胡萝卜在运动到第三节传输机的末端时触发光电传感器，控制单元同步采集上位机软件给出的决策信号1-5中的其中一个，然后控制打开相应的电磁阀，将胡萝卜吹射到1-5个不同的等级口里，相应的不合格残次品不做任何动作，自动进入第6个口，从而实现外观品质和等级的精选分级。

8.根据权利要求1所述的一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，其特征在于：所述的计算机视觉部分，用来判断残次品和合格品，对于合格的将按照相应的行业和贸易标准：NYT 1983-2011 胡萝卜等级规格或SBT 10450-2007 胡萝卜购销等级要求将其归结为3-5个等级。

9.根据权利要求1所述的一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，其特征在于：所述的自动控制部分包括两个子部分，一是对相机外触发拍照控制，当安装在灯箱圆形通道入口处的电磁阀感应到胡萝卜通过时，拉出3V电压给线阵相机触发引脚控制拍照；二是对高速电磁阀气动控制，当安装在第三节带的电磁阀感应到胡萝卜到来时，同时检测上位机同步给出的等级信号，控制相应分级口的气动电磁阀打开，通过空压机吹出相应的高压气体，吹射时间的长短光电传感器感应得到，将胡萝卜吹射到相应的分级口里，每个分级口入口处还挂有两条布帘，胡萝卜首先吹射到布帘上，避免了损伤，分级口出口处连接下料传送带将胡萝卜输出。

10.根据权利要求3所述的一种新型胡萝卜机器视觉精选分级生产线，其特征在于：所述的V型槽状的两个传送带主要作用是将胡萝卜顺序的传送。