CN207476833U - 一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统，包括激光光条三维测量系统和杀鱼机构，设计科学合理，自动化程度高，可以根据流水线上每条鱼的大小，实时调整切刀位置，对鱼体进行智能剖切，避免了传统鱼体腹部切不透和过切的问题，节省了材料，节约了成本。无需在杀鱼机流水线工作前对鱼进行初次筛选，对鱼体大小没有限制，适应性更强，成本更低。采用智能检测设备和控制系统，大幅提高整个杀鱼机流水线的自动化水平，有效提高生产效率，适用于大力推广使用。

Description

一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统

技术领域

本实用新型属于食品加工领域，涉及杀鱼设备，尤其是一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统。

背景技术

鱼菜品加工中，需要对鱼身进行去鳞、剖腹和清洗等工序。现有技术中的这些工序多采用专业杀鱼机，以流水线方式进行加工处理。例如去鳞后的剖腹工序，鱼平放在输送带上，上部压紧装置压紧并固定鱼身，通过旋转刀具和旋转毛刷，将鱼从腹部切开，扫出内脏，然后用高压水枪清洗内脏。由于杀鱼机的旋转刀具在加工过程中，无法实时调节上下前后距离，所以当流水线上的鱼体大小差别较大时，很容易出现某些大个体鱼的腹部没有完全剖开，称为“剖切不足”，而某些小个体的鱼则被剖成两半的现象，称为“剖切过度”，直接影响后续工作的进行，同时浪费了原材料。现在很多厂家在对鱼进行剖切之前大都需要对鱼进行筛选，将个体差不多大的鱼体依次输入杀鱼流水线进行剖切加工，增加了人工成本，也无法完全避免剖切不足或剖切过度的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供同一种有效解决现有杀鱼机旋转刀具无法根据鱼体大小变化而实时调整而造成鱼腹剖开不完全和剖切过度的问题、避免了材料浪费且有效节约成本的基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统。

本实用新型解决上述技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统，包括激光光条三维测量系统和杀鱼机构，所述激光光条三维测量系统包括测量输送机及三维测量系统，所述杀鱼机构包括进刀装置和杀鱼输送机，所述测量输送机与杀鱼输送机连接，测量系统设置在测量输送机上部，进刀装置设置在杀鱼输送机一侧与进刀装置连接，所述的进刀装置包括底座、活动平台及杀鱼机构，所述活动平台包括第一活动平台和第二活动平台，在所述底座上安装有支架，在支架的端面上对称设置有轴承座，在轴承座内同轴套装有第一螺杆，在支架上第一螺杆的两侧设置有水平导轨，所述第一活动平台螺纹套装在第一螺杆上，卡装在水平导轨内，在所述第一活动平台上垂直安装有竖直导轨，两个垂直导轨的顶部装有横梁，横梁上设置有轴承，在轴承内同轴螺纹套装有第二螺杆，在该竖直导轨上设置有导槽，所述第二活动平台的两端卡装在对应的导槽内,所述的杀鱼机构设置在第二活动平台上，在第一螺杆和第二螺杆的末端均设置有步进电机，在对应的轴承座与步进电机之间，第一螺杆和第二螺杆上同轴套装有联轴器。

而且，所述的杀鱼机构包括直角架、驱动电机、齿轮组、切刀和毛刷，所述直角架安装在所述第二活动平台的上表面，在直角架上安装驱动电机，齿轮组包括一个大齿轮和两个小齿轮，驱动电机的输出轴通过联轴器连接驱动轴，所述大齿轮同轴套装在该驱动轴上，两个小齿轮与大齿轮啮合安装，在第二活动平台的下侧，两个小齿轮通过轴杆分别安装有切刀和毛刷。

而且，所述的三维测量系统包括遮光罩、工控机、CCD摄像机、半导体线结构光激光器及环形LED光源，所述的遮光罩设置在测量输送机上，所述工控机设置在遮光罩上部，所述CCD摄像机和半导体线结构光激光器设置在遮光罩内，所述的环形LED光源同轴设置在CCD摄像机外围，在测量输送机外侧设置有第一光电开关，在测量输送机和杀鱼输送机的驱动端均设置有齿形驱动轮，在该齿形驱动轮的驱动轴上安装有数字式光电编码器，所述齿形驱动轮分别带动设置在测量输送机和杀鱼输送机上的从动轮转动。

而且，所述半导体线结构光激光器与测量输送机垂直，CCD摄像机的光轴与半导体线结构光激光器发出的光平面之间呈35°-45°夹角。

而且，在杀鱼输送机上部设置有输送压紧装置，杀鱼输送机的侧面连接有第二光电开关，所述的第一光电开关用于控制激光光条三维测量系统，第二光电开关用于控制杀鱼机构，第一光电开关及第二光电开关发出的控制信号发送到工控机输入端。

本实用新型的优点和有益效果为：

1、本系统将激光光条三维测量系统和杀鱼机构有机结合，进刀装置的活动平台包括第一活动平台和第二活动平台，通过步进电机驱动第一螺杆和第二螺杆转动，第一螺杆和第一活动平台螺纹连接，第二螺杆和第二活动平台螺纹连接，通过第一螺杆的旋转可带动整个第一活动平台沿着水平导轨前后移动。同时，第二螺杆带动第二活动平台整体沿着竖直导轨上下移动。依照鱼体的厚度和鱼的轮廓实现切刀的高度定位和剖切深度的控制，精准度高，切割效果好。

2、本系统的杀鱼机构利用驱动电机和齿轮组控制切刀和毛刷，两个小齿轮与大齿轮啮合安装组成齿轮组，使得鱼体切割与内脏清洗同时进行，高效快捷，连贯性好，既可将鱼体完全剖开，且保证内脏完好，特别是鱼胆不会破裂，保证剖切后鱼肉的风味不受损害，有利于腌制、干燥等鱼菜品的后续加工。

3、本系统的测量系统利用CCD摄像机、半导体线结构光激光器及工控机，智能化控制杀鱼过程，当被测鱼体放置于测量输送机上，半导体线结构光激光器发出的平面结构光与测量输送机相垂直，CCD摄像机的光轴与光平面之间呈35°-45°夹角，遮光罩可以有效防止外界光线的干扰。激光发射器始终发出单条激光线，当激光线和鱼体相交时，激光线变成反映该截面鱼体表面轮廓的光条形状。当被测鱼经过第一光电开关时，第一光电开关发出取样控制信号，工控机控制环形LED光源打开，半导体线结构光激光器关闭，CCD摄像机拍摄图片，获得鱼的整体轮廓，然后环形LED光源关闭，半导体线结构光激光器打开，工控机根据接收到的有数字式光电编码器的脉冲信号，控制CCD摄像机拍摄激光条和鱼体相交的图像，采集到的图像为鱼体和激光条相交的形状，通过对图像数据的处理，高效快速地获得鱼表面轮廓数据，智能指导后续的杀鱼工序精准、快速。

4、本实用新型设计科学合理，自动化程度高，可以根据流水线上每条鱼的大小，实时调整切刀位置，对鱼体进行智能剖切，避免了传统鱼体腹部切不透和过切的问题，节省了材料，节约了成本。无需在杀鱼机流水线工作前对鱼进行初次筛选，对鱼体大小没有限制，适应性更强，成本更低。采用智能检测设备和控制系统，大幅提高整个杀鱼机流水线的自动化水平，有效提高生产效率，适用于大力推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的俯视图；

图2为图1中进刀装置的主视图；

图3为图1的左视图(杀鱼输送机局部剖)。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统，如图1，包括激光光条三维测量系统和杀鱼机构，所述激光光条三维测量系统包括测量输送机21及三维测量系统1，所述杀鱼机构包括进刀装置和杀鱼输送机20，所述测量输送机与杀鱼输送机连接，三维测量系统设置在测量输送机上部，进刀装置设置在杀鱼输送机一侧与进刀装置连接。

如图2，所述的进刀装置包括底座22、活动平台及杀鱼机构，所述活动平台包括第一活动平台10和第二活动平台2，在所述底座上安装有支架5，在支架的端面上对称设置有轴承座6，在轴承座内同轴套装有第一螺杆9，在支架上第一螺杆的两侧设置有水平导轨16，所述第一活动平台螺纹套装在第一螺杆上，卡装在水平导轨内。

如图3，在所述第一活动平台上垂直安装有竖直导轨12，两个垂直导轨的顶部装有横梁4，横梁上设置有轴承，在轴承内同轴螺纹套装有第二螺杆3，在该竖直导轨上设置有导槽11，所述第二活动平台的两端卡装在对应的导槽内。所述的杀鱼机构设置在第二活动平台上，在第一螺杆的末端设置有步进电机8a,在第一轴杆上，轴承与步进电机之间设置有联轴器7a，在第二螺杆的末端设置有步进电机8b,在第二轴杆上，轴承与步进电机之间设置有联轴器7b，

步进电机驱动第一螺杆和第二螺杆转动，第一螺杆和第一活动平台螺纹连接，第二螺杆和第二活动平台螺纹连接，通过第一螺杆的旋转可带动整个第一活动平台沿着水平导轨前后移动。同时，第二螺杆带动第二活动平台整体沿着竖直导轨上下移动。

所述的杀鱼机构包括直角架13、驱动电机14、齿轮组、切刀19和毛刷17，所述直角架安装在所述第二活动平台的上表面，在直角架上安装驱动电机，齿轮组包括一个大齿轮18和两个小齿轮15，驱动电机的输出轴通过联轴器连接驱动轴，所述大齿轮同轴套装在该驱动轴上，两个小齿轮与大齿轮啮合安装，在第二活动平台的下侧，两个小齿轮的端部分别装有切刀和毛刷。驱动电机带动大齿轮转动，从而带动两个小齿轮，进而带动切刀和毛刷快速旋转，完成鱼体的剖切及内脏的清理。

所述的三维测量系统包括遮光罩23、工控机24、CCD摄像机25、半导体线结构光激光器27，环形LED光源26，所述的遮光罩设置在测量输送机上，所述工控机设置在遮光罩上部，所述CCD摄像机和半导体线结构光激光器设置在遮光罩内，所述的环形LED光源同轴设置在CCD摄像机外围，在测量输送机外侧设置有第一光电开关33，在测量输送机的驱动端设置有齿形驱动轮30b，在杀鱼输送机的驱动端设置有齿形驱动轮30a，在测量输送机齿形轮驱动轴的端部装有数字式光电编码器31b，杀鱼输送机齿形轮驱动轴的端部装有数字式光电编码器31a，所述齿形驱动轮分别带动设置在测量输送机上的从动轮23b和设置在杀鱼输送机上的从动轮32a转动，从而带动被检测鱼体的移动。

所述半导体线结构光激光器与测量输送机垂直，CCD摄像机的光轴与光平面之间呈35°-45°夹角。

在杀鱼输送机上设置有压紧输送装置28，杀鱼输送机外侧装有第二光电开关29，所述的第一光电开关用于控制激光光条三维测量系统，第二光电开关用于控制杀鱼机构，第一光电开关及第二光电开关发出的控制的信号发送到工控机的输入端。

本实用新型的工作原理：

被测鱼体放置于测量输送机上，半导体激光器发出的平面结构光与输送带垂直，CCD摄像机的光轴与光平面之间呈35°-45°夹角，遮光罩可以有效防止外界环境光的干扰。激光发射器始终发出单条激光线，当激光线和鱼体相交时，激光线变成为反映该截面鱼体表面轮廓的光条形状。

当被测鱼经过第一光电开关时，第一光电开关发出取样信号，工控机控制环形LED光源打开，半导体线结构光激光器关闭，CCD摄像机拍摄图像，获得鱼的整体轮廓；然后，环形LED光源关闭，半导体线结构光激光器打开，CCD摄像机拍摄激光条和鱼体截面轮廓，采集到的图像为鱼体和激光条相交的形状，它反映了这个截面处的鱼体表面轮廓尺寸。

随着测量输送机齿形驱动轮的旋转，通过数字式光电编码器输出等间隔变化的高低电平信号，计数器记下电平变化的次数，当电平变化次数达到规定的数目时，即鱼体向前移动等间隔距离时，工控机控制摄像机进行图像采集，达到等间隔采集图像的目的。直到鱼尾部通过第一光电开关时，鱼体的摄像取样结束。计算机根据摄像机拍摄的不同截面的鱼体轮廓形状，经过图像处理和三维重构，完整计算出鱼体的三维轮廓，然后在鱼体轮廓和厚度信息的基础上，规划出这条针对这条鱼进行剖切时所需要的进刀轨迹。

鱼体输送到杀鱼机输送机上时，压紧输送装置压紧鱼体向前运动到第二光电开关时，鱼体输送到杀鱼机剖切装置处。工控机将鱼剖切需要的进刀轨迹发送给两个步进电机，通过控制第一活动平台和第二活动平台的前后上下移动，实时调整切刀相对于鱼体的位置，严格按照鱼体的大小来进行智能剖切。

基于激光光条测量方法包括系统标定、自动图像采集、数字图像处理、测量数据预处理、鱼体轮廓和体厚特征提取及刀具轨迹生成和刀具驱动。

其中，系统标定采用网格标定法，得到系统标定矩阵；通过标定矩阵可将摄像机图像二维坐标转化成鱼体截面的二维坐标。自动图像采集为根据数字式光电编码器发出的控制脉冲，实现自动采集图像。

数字图像处理对采集到的数字图像进行灰度转化、二值化和滤波，提取鱼体轮廓光条的图像坐标点P(X_ik Y_ik)(第K个光条的二维图像坐标)。测量数据预处理将二维图像坐标点根据系统标定矩阵转换成光平面上的二维坐标点W(X_ikY_ik)；再根据光条的顺序转化为三维空间的坐标点Q(X_ik Y_ik Z_ik)。坐标系方向参见图3所示，其中Z_ik＝K×L其中K为光条顺序(L为取样单位周期对应的测量输送机单位位移)。

鱼体轮廓和体厚特征提取包括鱼体厚度和鱼体轮廓提取。其中鱼体厚度T在光条数据集{Q(X_ik Y_ik Z_ik)}中提取最大值Max(Y_ik)，即为鱼体厚度。鱼体轮廓提取包括鱼背部轮廓和腹部轮廓，在{Q(X_ik Y_ik Z_ik)}中提取Y_ik＝T/2的坐标点，采用一条三次B样条曲线将这些坐标点拟合，即得到鱼体的背部和腹部轮廓。利用{Q(X_ik Y_ik Z_ik)}中X_ik坐标的区分，即可分别获得鱼背部轮廓和腹部轮廓。具体采用哪个轮廓则根据鱼体剖切的要求，确定切背处理或切腹处理。

刀具轨迹生成为在确定的鱼背部轮廓和腹部轮廓基础上，增加剖切深度，即可获得刀具的剖切轨迹。根据刀具轨迹，通过控制步进电机来实现刀具的驱动。

Claims (5)

1.一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统，其特征在于：包括激光光条三维测量系统和杀鱼机构，所述激光光条三维测量系统包括测量输送机及三维测量系统，所述杀鱼机构包括进刀装置和杀鱼输送机，所述测量输送机与杀鱼输送机连接，测量系统设置在测量输送机上部，进刀装置设置在杀鱼输送机一侧与进刀装置连接，所述的进刀装置包括底座、活动平台及杀鱼机构，所述活动平台包括第一活动平台和第二活动平台，在所述底座上安装有支架，在支架的端面上对称设置有轴承座，在轴承座内同轴套装有第一螺杆，在支架上第一螺杆的两侧设置有水平导轨，所述第一活动平台螺纹套装在第一螺杆上，卡装在水平导轨内，在所述第一活动平台上垂直安装有竖直导轨，两个垂直导轨的顶部装有横梁，横梁上设置有轴承，在轴承内同轴螺纹套装有第二螺杆，在该竖直导轨上设置有导槽，所述第二活动平台的两端卡装在对应的导槽内,所述的杀鱼机构设置在第二活动平台上，在第一螺杆和第二螺杆的末端均设置有步进电机，在对应的轴承座与步进电机之间，第一螺杆和第二螺杆上同轴套装有联轴器。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统，其特征在于：所述的杀鱼机构包括直角架、驱动电机、齿轮组、切刀和毛刷，所述直角架安装在所述第二活动平台的上表面，在直角架上安装驱动电机，齿轮组包括一个大齿轮和两个小齿轮，驱动电机的输出轴通过联轴器连接驱动轴，所述大齿轮同轴套装在该驱动轴上，两个小齿轮与大齿轮啮合安装，在第二活动平台的下侧，两个小齿轮通过轴杆分别安装有切刀和毛刷。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统，其特征在于：所述的三维测量系统包括遮光罩、工控机、CCD摄像机、半导体线结构光激光器及环形LED光源，所述的遮光罩设置在测量输送机上，所述工控机设置在遮光罩上部，所述CCD摄像机和半导体线结构光激光器设置在遮光罩内，所述的环形LED光源同轴设置在CCD摄像机外围，在测量输送机外侧设置有第一光电开关，在测量输送机和杀鱼输送机的驱动端均设置有齿形驱动轮，在该齿形驱动轮的驱动轴上安装有数字式光电编码器，所述齿形驱动轮分别带动设置在测量输送机和杀鱼输送机上的从动轮转动。

4.根据权利要求3所述的一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统，其特征在于：所述半导体线结构光激光器与测量输送机垂直，CCD摄像机的光轴与半导体线结构光激光器发出的光平面之间呈35°-45°夹角。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光光条三维测量的杀鱼机智能进刀系统，其特征在于：在杀鱼输送机上部设置有输送压紧装置，杀鱼输送机的侧面连接有第二光电开关，第一光电开关用于控制激光光条三维测量系统，第二光电开关用于控制杀鱼机构，第一光电开关及第二光电开关发出的控制信号发送到工控机输入端。