CN212168210U - 基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置。现有技术中依赖于专业评茶人员且人工感官评审时主观性较强，一致性较差，分级质量不稳定；审评过程步骤繁多，分级效率低。本实用新型涉及基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其中：进料装置用于推茶叶入物料传输装置；物料传输装置用于茶叶传输；光学成像模块用于拍照采集茶叶外形品质；自动分级与收集装置用于茶叶分类收集；机架用于协调放置装置。本装置能够解决传统评价方法对专业评茶师的依赖问题，能显著减少人力成本，降低劳动程度，通过建立稳定、可靠的专家识别模型，摒除茶叶感官评价存在的主观性、模糊性等缺陷，性能稳定，分级准确率高，装置能自动完成分级功能。

Description

基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置

技术领域

本实用新型涉及茶叶品质分级技术领域，具体涉及基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置。

背景技术

在国内外，茶叶品质的好坏、等级划分和价值高低的决定主要通过人工感官审评方法进行，该方法需投入大量的职业人力资源，且其结果易受各种因素影响，主观性较强，一致性较差，分级质量不稳定。目前，邓立苗等利用机器视觉技术结合Visual C++，设计了一种马铃薯智能分选装置，分选准确率达90％。杨意等采用机器视觉对白掌组培苗进行在线检测，分级率达到96％。但目前还未见利用计算机视觉技术实现茶叶品质在线检测报道。由此，项目提出利用计算机视觉技术代替人眼对其量化，通过建立稳定、可靠的专家识别模型，对茶叶品质进行快速、无损评定分级。

现有技术中依赖于专业评茶人员且人工感官评审时主观性较强，一致性较差，分级质量不稳定；人工感官审评必须具备审评设备以及良好的审评环境；审评过程步骤繁多，审评人员难以长时间进行准确度较高的审评，分级效率低，存在不足。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，本实用新型提供了基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，可对茶叶品质进行快速、无损的评定，对解决传统评价方法对专业评茶师的依赖问题，提高工作效率，降低劳动强度，保证产品的快速检测、自动分级有着重要意义。

(二)技术方案

本实用新型的技术方案：基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，包括进料装置：用于推茶叶入物料传输装置；

物料传输装置：用于茶叶传输；

光学成像模块:用于拍照采集茶叶外形品质；

自动分级与收集装置:用于茶叶分类收集；

机架:用于协调放置装置。

进料装置设在机架的左侧，所述进料装置包括丝杆滑台、前连杆推块机构、样品箱、前滑坡等，所述丝杆滑台滑块与样品箱侧壁连接，通过丝杆滑台带动样品箱定距上下移动，前连杆推块机构位于样品箱一侧，用于工作时将样品容器推出样品箱从而实现对待检茶叶的输入，样品箱另一侧设置有前滑坡连接物料传输装置，前连杆推块机构、样品箱与前滑坡均位于同一轴线上。

前连杆推块机构包括推杆电机、联轴器、第一连杆、连杆转轴、第二连杆及推杆滑槽，推杆电机与联轴器连接，输出轴与第一连杆固定连接，第一连杆与第二连杆通过连杆转轴转动连接，第二连杆与推杆滑槽内推杆活动连接，用于推杆电机控制推杆推出样品容器。

所述物料传输装置装在机架上部，所述物料传输装置包括轴承支座、从动滚筒、输送带、皮带轮、主动滚筒、皮带、传输电机、托辊、张紧器；机架上部均设置有轴承支座，分别安装有主动滚筒与从动滚筒，机架侧安装有张紧器，张紧器与托辊通过轴承连接，主动滚筒、从动滚筒与托辊用于连接输送带，机架固定安装有传输电机，传输电机与主动滚筒通过皮带连接，物料传输装置通过传输电机上带轮通过皮带将动力传递给主动滚筒上带轮，带轮带动输送带运动，从而实现输送待检茶叶容器。

所述物料传输装置上设有光学成像模块；所述光学成像模块包括CCD工业相机、拍照暗箱、LED灯和光电开关，拍照暗箱固定安装在机架上，位于传输带上方，内置暗箱板，拍照暗箱左壁和右壁下方设有用于盛放待检茶叶容器通过的开口，前壁下方设有光电开关，拍照暗箱中部设有LED灯，CCD工业相机固定安装在拍照暗箱内部顶端；所述光学成像模块在光电开关接受到样品容器进入暗箱信息后CCD工业相机对样品容器中茶叶进行图像收集与处理。

所述机架一侧还设置有控制面板，控制面板主控单元型号为STM32单片机。

所述自动分级与收集装置设在机架的右侧；自动分级与收集装置包括后连杆推块机构、后滑坡、收集箱、收集外箱、横臂滑台、立柱滑台、后支撑板、立柱连接板，后支撑板固定安装在机架一端，后支撑板上方设置有后滑坡，后连杆推块机构固定在后支撑板前端以及后滑坡下部，用于将样品容器推入收集箱中，光电传感器固定安装在后支撑板后端，横臂滑台上连有4个收集箱(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，分别用于放置收集箱，每个收集箱代表一个级别，收集外箱底端立柱连接板固定安装在横臂滑台的滑块上，收集箱放在收集外箱内，每个收集箱后端连接立柱滑台，所述自动分级与收集装置在光电传感器检测到茶叶进入分级位置时，控制面板根据光学成像系统识别结果控制横臂滑台步进电机转动，从而带动四个立柱滑台运动，使容器位置对应相应等级的收集箱的一个箱位，后连杆推块机构工作，将容器推进收集箱，根据分级结果快速滑动到分级槽的相应等级收集箱中，从而实现对已检茶叶进行分级并收集。

控制面板分别与推杆电机、传输电机、推杆电机、滑台电机、CCD工业相机、LED灯、光电开关和光电传感器电性连接。

所述拍照暗箱内有四个LED灯，保证样品环境的稳定。

所述连杆推块机构安装在支撑架上，包括电机、联轴器、推块、连杆，实现对样品容器平稳、高效的推出或推进样品箱的功能。

所述样品箱具有通用性，进料装置自动与分级与收集系统都可以使用。

所述自动分级与收集装置具有四个立柱滑台，所述每个立柱滑台收集的样品容器为同一级别。

(三)有益效果

(1)本实用新型采用计算机视觉技术代替人眼，无需专业评查人员，能够解决传统评价方法对专业评茶师的依赖问题，能显著减少人力成本，降低劳动程度。

(2)本实用新型通过建立稳定、可靠的专家识别模型，摒除茶叶感官评价存在的主观性、模糊性等缺陷，性能稳定，分级准确率高，达到93％以上，分级效果显著。

(3)本实用新型结构简单，装置能自动完成分级功能，基本无需人工操作就能进行长时间工作，且能完成高强度分级工作。

(4)本实用新型系统保存分级信息，样本收集、储存方便，由于收集采用样品箱的方式，使样品容器便于储存，且样品箱具有通用性，便于之后复检等工作。

附图说明

图1为本实用新型的结构总示意图。

图2为本实用新型的进料装置结构示意图。

图3为本实用新型的光学成像模块的结构示意图。

图4为本实用新型的物料传输装置的结构示意图。

图5为本实用新型的自动分级与收集装置的结构示意图。

图6为本实用新型的前连杆推块机构结构示意图。

图7为本实用新型的自动分级及收集系统的电路原理图。

附图标记：机架1、进料装置2、前支撑架2-1、前连杆推块机构2-2、推杆电机2-2-1、联轴器2-2-2、第一连杆2-2-3、连杆转轴2-2-4、第二连杆2-2-5、推杆滑槽2-2-6、样品箱2-3、丝杆滑台2-4、前滑坡2-5、光学成像模块3、拍照暗箱3-1、CCD工业相机3-2、暗箱板3-3、LED灯3-4、物料传输装置4、轴承支座4-1、从动滚筒4-2、输送带4-3、皮带轮4-4、主动滚筒4-5、皮带4-6、传输电机4-7、托辊4-8、张紧器4-9、自动分级与收集装置5、横臂滑台5-1、后支撑板5-2、后滑坡5-3、后连杆滑块机构5-4、立柱滑台5-5、收集箱5-6、立柱连接板5-7、光电传感器6-1、光电开关6-2、驱动器6-3。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1、请参阅图1-图6，基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，包括：

进料装置2：用于推茶叶入物料传输装置；

光学成像模块3:用于拍照采集茶叶外形品质；

物料传输装置4：用于茶叶传输；

自动分级与收集装置5:用于茶叶分类收集；

机架1:用于协调放置装置。

进料装置2设在机架1的左侧，所述进料装置2包括丝杆滑台2-4、前连杆推块机构2-2、样品箱2-3、前滑坡2-5等，所述丝杆滑台2-4滑块与样品箱2-3侧壁连接，通过丝杆滑台2-4带动样品箱2-3定距上下移动，前连杆推块机构2-2位于样品箱2-3一侧，用于工作时将样品容器推出样品箱2-3从而实现对待检茶叶的输入，样品箱2-3另一侧设置有前滑坡2-5连接物料传输装置4，前连杆推块机构2-2、样品箱2-3与前滑坡2-5均位于同一轴线上。

前连杆推块机构2-2包括推杆电机2-2-1、联轴器2-2-2、第一连杆2-2-3、连杆转轴2-2-4、第二连杆2-2-5及推杆滑槽2-2-6，推杆电机2-2-1与联轴器2-2-2连接，输出轴与第一连杆2-2-3固定连接，第一连杆2-2-3与第二连杆2-2-5通过连杆转轴2-2-4转动连接，第二连杆2-2-5与推杆滑槽2-2-6内推杆活动连接，用于推杆电机2-2-1控制推杆推出样品容器，实现对样品容器平稳、高效的推出或推进样品箱的功能。

所述物料传输装置4装在机架1上部，所述物料传输装置4包括轴承支座4-1、从动滚筒4-2、输送带4-3、皮带轮4-4、主动滚筒4-5、皮带4-6、传输电机4-7、托辊4-8、张紧器4-9；机架1上部均设置有轴承支座4-1，分别安装有主动滚筒4-5与从动滚筒4-2，机架1侧安装有张紧器4-9，张紧器4-9与托辊4-8通过轴承连接，主动滚筒4-5、从动滚筒4-2与托辊4-8用于连接输送带4-3，机架1固定安装有传输电机4-7，传输电机4-7与主动滚筒4-5通过皮带4-6连接，物料传输装置4通过传输电机4-7上带轮通过皮带4-6将动力传递给主动滚筒4-5上带轮，带轮带动输送带4-3运动，从而实现输送待检茶叶容器。

所述物料传输装置4上设有光学成像模块3；所述光学成像模块3包括CCD工业相机3-2、拍照暗箱3-1、LED灯3-4和光电开关，拍照暗箱3-1固定安装在机架1上，位于传输带4-3上方，内置暗箱板3-3，拍照暗箱3-1左壁和右壁下方设有用于盛放待检茶叶容器通过的开口，前壁下方设有光电开关，拍照暗箱3-1中部设有LED灯3-4，CCD工业相机3-2固定安装在拍照暗箱3-1内部顶端；所述光学成像模块3在光电开关接受到样品容器进入暗箱信息后，CCD工业相机3-2对样品容器中茶叶进行图像收集与处理。

所述机架1一侧还设置有控制面板，控制面板主控单元型号为STM32单片机。

所述自动分级与收集装置5设在机架1的右侧；自动分级与收集装置5包括后连杆推块机构5-4、后滑坡5-3、收集箱5-6、横臂滑台5-1、立柱滑台5-5、后支撑板5-2、立柱连接板5-7，后支撑板5-2固定安装在机架1一端，后支撑板5-2上方设置有后滑坡5-3，后连杆推块机构5-4固定在后支撑板5-2前端以及后滑坡5-3下部，用于将样品容器推入收集箱5-6中，光电传感器固定安装在后支撑板5-2后端，横臂滑台5-1上连有4个收集箱5-6(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，分别用于放置收集箱5-6，每个收集箱5-6代表一个级别，收集外箱底端立柱连接板5-7固定安装在横臂滑台5-1的滑块上，收集箱5-6放在收集外箱内，每个收集箱5-6后端连接立柱滑台5-5，所述自动分级与收集装置5在光电传感器检测到茶叶进入分级位置时，控制面板根据光学成像模块3识别结果控制横臂滑台5-1步进电机转动，从而带动四个立柱滑台5-5运动，使容器位置对应相应等级的收集箱5-6的一个箱位，后连杆推块机构5-4工作，将容器推进收集箱5-6，根据分级结果快速滑动到分级槽的相应等级收集箱5-6中，从而实现对已检茶叶进行分级并收集。

控制面板分别与推杆电机2-2-1、传输电机4-7、推杆电机、滑台电机、CCD工业相机3-2、LED灯3-4、光电开关和光电传感器电性连接。

所述拍照暗箱3-1内有四个LED灯3-4，保证样品环境的稳定。

所述样品箱2-3具有通用性，进料装置2、自动分级与收集装置5都可以使用。

所述自动分级与收集装置5具有四个立柱滑台5-5，所述每个立柱滑台5-5收集的样品容器为同一级别。

所述进料装置2通过丝杆滑台2-4带动样品箱2-3定距移动，前连杆推块机构2-2工作将样品容器推出样品箱2-3从而实现对待检茶叶的输入的功能；所述物料传输装置4通过电机上带轮通过皮带将动力传递给滚筒上带轮，带轮带动输送带4-3运动，从而实现输送待检茶叶容器的功能；所述物料传输装置4上设有光学成像模块3；所述光学成像模块3在光电开关6-2接受到样品容器进入拍照暗箱3-1信息后，CCD工业相机3-2对样品容器中茶叶进行图像收集与处理；所述自动分级与收集装置5在光电传感器6-1检测到茶叶进入分级位置时，控制装置根据光学成像模块3识别结果控制横臂滑台5-1步进电机转动，从而带动四个立柱滑台5-5运动，使容器位置对应相应等级的收集箱5-6的一个箱位，后连杆推块机构5-4工作，将样品容器推进收集箱5-6，其中驱动器6-3用于驱动立柱滑台5-5及横臂滑台5-1动作。根据分级结果快速滑动到分级槽的相应等级收集箱5-6中，从而实现对已检茶叶进行分级并收集。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二，“前”“后”“左”“右”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其特征在于包括：

进料装置：用于推茶叶入物料传输装置；

物料传输装置：用于茶叶传输；

光学成像模块:用于拍照采集茶叶外形品质；

自动分级与收集装置:用于茶叶分类收集；

机架:用于协调放置装置。

2.根据权利要求1所述的基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其特征在于：进料装置设在机架的左侧，所述进料装置包括丝杆滑台、前连杆推块机构、样品箱、前滑坡，所述丝杆滑台滑块与样品箱侧壁连接，通过丝杆滑台带动样品箱定距上下移动，前连杆推块机构位于样品箱一侧，用于工作时将样品容器推出样品箱从而实现对待检茶叶的输入，样品箱另一侧设置有前滑坡连接物料传输装置。

3.根据权利要求1所述的基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其特征在于：前连杆推块机构、样品箱与前滑坡均位于同一轴线上。

4.根据权利要求1所述的基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其特征在于：前连杆推块机构包括推杆电机、联轴器、第一连杆、连杆转轴、第二连杆及推杆滑槽，推杆电机与联轴器连接，输出轴与第一连杆固定连接，第一连杆与第二连杆通过连杆转轴转动连接，第二连杆与推杆滑槽内推杆活动连接，用于推杆电机控制推杆推出样品容器。

5.根据权利要求1所述的基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其特征在于：所述物料传输装置装在机架上部，所述物料传输装置包括轴承支座、从动滚筒、输送带、皮带轮、主动滚筒、皮带、传输电机、托辊、张紧器；机架上部均设置有轴承支座，分别安装有主动滚筒与从动滚筒，机架侧安装有张紧器，张紧器与托辊通过轴承连接，主动滚筒、从动滚筒与托辊用于连接输送带，机架固定安装有传输电机，传输电机与主动滚筒通过皮带连接，物料传输装置通过传输电机上带轮通过皮带将动力传递给主动滚筒上带轮，带轮带动输送带运动，从而实现输送待检茶叶容器。

6.根据权利要求1所述的基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其特征在于：所述物料传输装置上设有光学成像模块；所述光学成像模块包括CCD工业相机、拍照暗箱、LED灯，拍照暗箱固定安装在机架上，位于传输带上方，拍照暗箱左壁和右壁下方设有用于盛放待检茶叶容器通过的开口，前壁下方设有光电开关，拍照暗箱中部设有LED灯，CCD工业相机固定安装在拍照暗箱内部顶端；所述光学成像模块在光电开关接受到样品容器进入暗箱信息后CCD工业相机对样品容器中茶叶进行图像收集与处理。

7.根据权利要求1所述的基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其特征在于：所述机架一侧还设置有控制面板，控制面板主控单元型号为STM32单片机。

8.根据权利要求1所述的基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其特征在于：所述自动分级与收集装置设在机架的右侧；自动分级与收集装置包括后连杆推块机构、后滑坡、收集箱、收集外箱、横臂滑台、立柱滑台、后支撑板、立柱连接板，后支撑板固定安装在机架一端，后支撑板上方设置有后滑坡，后连杆推块机构固定在后支撑板前端以及后滑坡下部，用于将样品容器推入收集箱中，光电传感器固定安装在后支撑板后端，横臂滑台上连有4个收集箱，分别用于放置收集箱，每个收集箱代表一个级别，收集外箱底端立柱连接板固定安装在横臂滑台的滑块上，收集箱放在收集外箱内，每个收集箱后端连接立柱滑台，所述自动分级与收集装置在光电传感器检测到茶叶进入分级位置时，控制面板根据光学成像系统识别结果控制横臂滑台步进电机转动，从而带动四个立柱滑台运动，使容器位置对应相应等级的收集箱的一个箱位，后连杆推块机构工作，将容器推进收集箱，根据分级结果快速滑动到分级槽的相应等级收集箱中，从而实现对已检茶叶进行分级并收集。

9.根据权利要求1所述的基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其特征在于：控制面板分别与推杆电机、传输电机、推杆电机、滑台电机、CCD工业相机、LED灯、光电开关和光电传感器电性连接。

10.根据权利要求1所述的基于视觉技术的茶叶品质自动分级装置，其特征在于：所述自动分级与收集装置设有四个立柱滑台，所述立柱滑台收集的样品容器均为同一级别。

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