專利名稱：應(yīng)用機(jī)器視覺的物料實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及片狀、塊狀、顆粒狀物料實(shí)時(shí)檢測及異物剔除系統(tǒng)，具體涉及一種應(yīng) 用機(jī)器視覺的果品原料實(shí)時(shí)檢測及異物剔除系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)大國，水果蔬菜不但品種豐富，而且產(chǎn)量也很大。20世紀(jì)末我國水 果總產(chǎn)量已居世界第二位，蔬菜總產(chǎn)量居世界第一位。我國雖然是果蔬產(chǎn)量大國，但果蔬 加工水平相對落后。我國水果90%以上是鮮銷，從20世紀(jì)80年代開始逐漸發(fā)展果汁果肉 加工，其加工機(jī)械也是先引進(jìn)、仿制，然后部分自主開發(fā)。目前國內(nèi)果品加工行業(yè)大部分 還是依賴進(jìn)口加工機(jī)械，國產(chǎn)果品加工機(jī)械品種少，配套性差，自動(dòng)化、智能化程度不高， 許多關(guān)鍵機(jī)械尚未開發(fā)。國內(nèi)許多果品加工廠除清洗、包裝等部分工序采用機(jī)械外，分揀 和投料等工序，尤其檢驗(yàn)工序還是大量采用人工操作。因此，提高中國農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)后處理 水平，提高農(nóng)產(chǎn)品深加工附加值和國際競爭能力是當(dāng)務(wù)之急，而改善果品加工檢測手段是 提高果蔬產(chǎn)后處理水平的關(guān)鍵點(diǎn)之一。
長期以來，農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)檢測一直采取人工方式。這種方式雖然成本低廉，但違背了 解放生產(chǎn)力的根本目標(biāo)，此外，果蔬產(chǎn)品的形狀、大小、色澤等個(gè)體差異很大，難以象工 業(yè)品那樣整齊劃一，故果蔬產(chǎn)品檢測受檢測人員的主觀情緒和視力、體力更客觀因素的干 擾很大。采用機(jī)械進(jìn)行果蔬產(chǎn)品檢測具有時(shí)間短、效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且應(yīng)用自動(dòng)化的檢測 機(jī)械能在沒有人工參與的情況下嚴(yán)格地執(zhí)行國際、國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
近年來，利用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品檢測受到國內(nèi)外專家學(xué)者和企業(yè)的重視，特別 是利用機(jī)器視覺進(jìn)行類球形水果大小分級(jí)或水果表面有無損傷分類的技術(shù)得到廣泛研究。 專利號(hào)為02295073. 7的實(shí)用新型專利公開了一種水果輸送與分級(jí)裝置。該裝置包括輸送裝 置和分級(jí)裝置，輸送裝置和分級(jí)裝置都由兩個(gè)鏈輪和鏈條帶動(dòng)，動(dòng)力由外部輸入到分級(jí)裝 置，再由分級(jí)裝置同步的傳遞到輸送裝置。編碼器安裝在輸送裝置上，通過導(dǎo)線和安裝在 電腦上的圖像采集卡相連，光照箱安裝在輸送裝置上，攝像機(jī)在光照箱內(nèi)，通過電纜和采 集卡相連。計(jì)算機(jī)通過并行口和移位寄存器組相連，移位寄存器組通過各自的分級(jí)機(jī)構(gòu)控 制器與安裝在分級(jí)裝置上的分級(jí)機(jī)構(gòu)相連。出料口在分級(jí)機(jī)構(gòu)下方。計(jì)算機(jī)內(nèi)部軟件對水 果圖像進(jìn)行分級(jí)處理，并且實(shí)時(shí)控制機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。該系統(tǒng)是對完整果實(shí)的外表進(jìn)行擦傷、壓傷檢測并分級(jí)，果實(shí)的形狀大體上是確定的，如蘋果、橘子、梨都是球體，果實(shí)表面損 傷的圖像表現(xiàn)也較簡單，如擦傷、壓傷等與正常果皮表面相比都偏黑色。迄今尚未有基于 機(jī)器視覺，對形狀不太規(guī)則的片狀或塊狀、顆粒狀干、鮮果品原料表面進(jìn)行自動(dòng)化檢測并 可識(shí)別和剔除毛發(fā)、纖維、金屬屑等各種異物的專利技術(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提出一種可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測切開或不切開的非規(guī)則片狀、塊狀、 顆粒狀的鮮果、干果原料，能識(shí)別多種不同類型異物并在線剔除異物的機(jī)器視覺檢測和剔 除系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種應(yīng)用機(jī)器視覺的物料實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，包括輸送裝置、動(dòng)力子系統(tǒng)、光學(xué)照明子系 統(tǒng)、圖像采集子系統(tǒng)、圖像識(shí)別與運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)以及異物剔除子系統(tǒng)；
輸送裝置包括傳輸帶、滾輪、彈性聯(lián)軸器和旋轉(zhuǎn)編碼器；傳輸帶為透明傳輸帶，兩端 分別環(huán)繞在從動(dòng)滾輪之一和從動(dòng)滾輪之二上；
動(dòng)力子系統(tǒng)包括交流動(dòng)力源、三相異步電動(dòng)機(jī)和變頻器，交流動(dòng)力源通過變頻器與三 相異歩電動(dòng)機(jī)電連接，三相異歩電動(dòng)機(jī)與位于機(jī)架底部的主動(dòng)滾輪直接相連；旋轉(zhuǎn)編碼器 通過彈性聯(lián)軸器與主動(dòng)滾輪的軸相連，旋轉(zhuǎn)編碼器還聯(lián)入到PLC, PLC還與計(jì)算機(jī)連接-, 主動(dòng)滾輪通過傳輸帶與從動(dòng)滾輪之一和從動(dòng)滾輪之二連接；
光學(xué)照明子系統(tǒng)包括LED光源和具有透光度的成型漫射板燈箱，光源置于燈箱內(nèi)；多 組燈箱分別安置于傳輸帶上方和下方；
圖像采集子系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、圖像采集卡、多方位布置的面陣相機(jī)與光纖傳感器；圖 像采集卡分別和多個(gè)面陣相機(jī)通過數(shù)據(jù)線纜相連，三組攝像裝置中的一組安裝在傳輸帶上 方， 一組安裝在傳輸帶的下方，還有一組安裝在傳輸帶水平高度，為周向攝像裝置；每組 攝像裝置包含兩個(gè)或多個(gè)相同型號(hào)、布置方位不同的面陣相機(jī)；圖像采集卡與計(jì)算機(jī)的圖 像處理單元相連，光纖傳感器為對射式光纖傳感器，對稱布置于傳輸帶的兩側(cè)的傳感器支 架上，光纖傳感器的輸出信號(hào)引入可編程控制器PLC, PLC還接入到LED光源和面陣相機(jī)；
異物剔除子系統(tǒng)包括PLC和多個(gè)剔除裝置；多個(gè)剔除裝置并列安裝在輸送帶的末端， 與物料運(yùn)動(dòng)方向垂直；剔除裝置由電磁閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和收集箱組成，收集箱安裝在執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的下方，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對應(yīng)，以接收來自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物料；
圖像識(shí)別與運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)與PLC;將裝有物料異物檢測軟件的計(jì)算機(jī)通 過串行通信口與PLC相連。
為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括汽缸、轉(zhuǎn)軸和翻板，翻板套入到轉(zhuǎn)軸中，每列的轉(zhuǎn)軸與汽缸相互連接。
于所述的實(shí)時(shí)檢測和剔除系統(tǒng)還包括人機(jī)交互界面，人機(jī)交互界面與PLC信號(hào)連接。 所述安裝在傳輸帶水平高度的周向攝像裝置的3個(gè)面陣相機(jī)彼此相隔120°布置。
所述周向攝像裝置采用專用夾具，該夾具包括旋鈕、夾板、螺紋立柱、光桿立柱、面 陣相機(jī)固定板、緊固板、底板支架、微調(diào)螺母組成，底板支架通過通孔與機(jī)架的導(dǎo)軌連接， 其位置通過底板支架的多個(gè)通孔調(diào)整，面陣相機(jī)固定板與光桿立柱通過軸承連接，與螺紋
立柱通過螺紋緊密連接，并由旋鈕旋動(dòng)螺紋立柱進(jìn)行上下位置的調(diào)整；光桿立柱和螺紋立 柱通過上下兩個(gè)夾板，夾板通過螺栓固定于緊固板上，其整體可以在底板上實(shí)現(xiàn)任意角度 的轉(zhuǎn)動(dòng)。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1) 在透明傳輸帶的上下方以及水平位置的多個(gè)檢測方位設(shè)置面陣相機(jī)，觸發(fā)拍照， 可以對傳輸中的多品種且形狀各異的物料(譬如蘋果片、布丁塊、葡萄顆粒等)進(jìn)行多面 檢測；
(2) 利用異物與果品原料的圖像信息差異，如顏色、光強(qiáng)、形態(tài)差異，通過計(jì)算機(jī)智 能分析識(shí)別，可以檢測出多種不同類型的異物，如頭發(fā)、纖維、金屬屑等；
G)采用透明帶傳輸，以實(shí)現(xiàn)從上方和底面同時(shí)對物料進(jìn)行圖像拍攝，有效地提高了 檢測效率；
(4) 通過頻閃控制光源、光纖傳感觸發(fā)拍照、控制傳輸帶的傳輸速度以及燈箱的布置 和調(diào)節(jié)，可有效地提高圖像質(zhì)量和物料檢測與異物識(shí)別準(zhǔn)確率；
(5) 通過與光纖傳感器、攝像裝置、計(jì)算機(jī)連通的PLC的控制，可智能地在線剔除
異物。

圖1是本實(shí)用新型基于機(jī)器視覺的物料動(dòng)態(tài)檢測和異物在線剔除系統(tǒng)示意框圖； 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1檢測與剔除系統(tǒng)平面布置圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1物料動(dòng)態(tài)檢測和異物在線剔除系統(tǒng)的工作流程框圖； 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1中撥叉機(jī)構(gòu)的示意圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1中基于機(jī)器視覺的果料轉(zhuǎn)向系統(tǒng)俯視圖； 圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2檢測與剔除系統(tǒng)平面布置圖； 圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例2中相機(jī)專用夾具的示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一歩的說明，但本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施方式表達(dá)的范圍。
實(shí)施例1:基于機(jī)器視覺的果品原料實(shí)時(shí)檢測和異物剔除系統(tǒng)
如圖1所示， 一種基于機(jī)器視覺的果品原料實(shí)時(shí)檢測和異物剔除系統(tǒng)包括輸送裝置、 動(dòng)力子系統(tǒng)、光學(xué)照明子系統(tǒng)、圖像采集子系統(tǒng)、圖像識(shí)別與運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、異物剔除 子系統(tǒng)以及輔助部件。
輸送裝置包括傳輸帶5、滾輪、動(dòng)力系統(tǒng)、彈性聯(lián)軸器7和旋轉(zhuǎn)編碼器8。傳輸帶5為 透明傳輸帶，兩端分別環(huán)繞在從動(dòng)滾輪之一9和從動(dòng)滾輪之二 10上，所使用的透明傳輸帶
不但合乎食品衛(wèi)生的要求，而且可以透光以獲得被檢測果品原料底部的圖像，能大大提高 檢測效率和準(zhǔn)確率。
動(dòng)力子系統(tǒng)包括交流動(dòng)力源、三相異步電動(dòng)機(jī)11和變頻器12，交流動(dòng)力源通過變頻 器12與三相異步電動(dòng)機(jī)11電連接，三相異步電動(dòng)機(jī)11與位于機(jī)架13底部的主動(dòng)滾輪14 直接相連。主動(dòng)滾輪14通過傳輸帶5與從動(dòng)滾輪之一9和從動(dòng)滾輪之二10連接；旋轉(zhuǎn)編 碼器8通過彈性聯(lián)軸器7與主動(dòng)滾輪14的軸相連，用以獲得主動(dòng)滾輪的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，由此可 得出透明傳輸帶的實(shí)時(shí)線速度。為了獲得穩(wěn)定的透明傳輸帶5的線速度，旋轉(zhuǎn)編碼器8聯(lián) 到可編程控制器PLC6， PLC6還與計(jì)算機(jī)15連接，將從旋轉(zhuǎn)編碼器中8獲得的主動(dòng)滾輪 實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)所要求的透明傳輸帶5線速度所對應(yīng)的主動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，用以對透 明傳輸帶5進(jìn)行線速度的反饋控制。其反饋控制信號(hào)輸出至變頻器12，通過改變供電頻率 以實(shí)現(xiàn)對透明傳輸帶5線速度的實(shí)時(shí)調(diào)整。
光學(xué)照明子系統(tǒng)包括LED光源1和有一定透光度的成型漫射板燈箱2,光源1置于燈 箱2內(nèi)。兩組燈箱2分別安置于傳輸帶5上方和下方。光線通過漫反射照射到果品原料表 面，以最大程度上減輕果品原料表面的反光現(xiàn)象。光學(xué)照明子系統(tǒng)能夠使圖像采集系統(tǒng)盡 可能采集到高質(zhì)量的圖像，且光學(xué)照明子系統(tǒng)所采用的光源類型和光源的布置方式可根據(jù) 果品原料的表面情況和相機(jī)的位置來確定。
圖像采集子系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)15、圖像采集卡21、多方位布置的相機(jī)3與光纖傳感器4。 圖像采集卡21分別和多個(gè)面陣相機(jī)3通過數(shù)據(jù)線纜相連。本系統(tǒng)用到兩組攝像裝置， 一組 安裝在傳輸帶5上方，另外一組安裝在傳輸帶5下方，每組攝像裝置包含兩個(gè)型號(hào)相同的 面陣相機(jī)3。面陣相機(jī)3鏡頭與傳輸帶5的距離由面陣相機(jī)3的焦距所決定。圖像采集卡 21與計(jì)算機(jī)的圖像處理單元相連，光纖傳感器4為對射式光纖傳感器，對稱布置于傳輸帶 5的兩側(cè)的傳感器支架上。光纖傳感器4的輸出信號(hào)輸入可編程控制器PLC6中，PLC 6根 據(jù)獲得的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后控制LED光源1頻閃和觸發(fā)相機(jī)3攝像。在線檢測時(shí)傳輸帶上的 果品原料定向排列連續(xù)送進(jìn)，以輸送帶上面一定行數(shù)的果品原料為一個(gè)陣列進(jìn)行拍照處理，當(dāng)每個(gè)陣列前沿經(jīng)過光纖傳感器4時(shí)，光纖傳感器4產(chǎn)生一個(gè)電平信號(hào)輸出給PLC6， PLC 6觸發(fā)面陣相機(jī)3攝得一個(gè)果品原料陣列的圖像，同時(shí)觸發(fā)光源1頻閃，頻閃時(shí)間由PLC6 延時(shí)控制。為避免外界光線的影響，傳輸帶攝像段以及相機(jī)3、光纖傳感器4和燈箱2都 處在用布簾遮斷外界光線的環(huán)境內(nèi)。
圖像識(shí)別與運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)15與PLC 6，計(jì)算機(jī)15裝有果品原料及異物 分析識(shí)別軟件，通過串行通信口與PLC 6相連。用戶可以根據(jù)所檢測果品原料和需剔除異 物的種類、尺寸進(jìn)行軟件運(yùn)算參數(shù)設(shè)置。PLC 6接收到來自計(jì)算機(jī)的異物位置信息后，將 剔除信號(hào)發(fā)送至異物對應(yīng)列的電磁閥18。
異物剔除子系統(tǒng)包括PLC 6和多個(gè)剔除裝置。多個(gè)剔除裝置并列安裝于輸送帶的末端， 與果品原料16輸送方向垂直，裝置的數(shù)量與輸送帶上被檢果品原料排列的列數(shù)一致。每個(gè) 剔除裝置均由電磁閥18、執(zhí)行機(jī)構(gòu)19和收集箱20組成，收集箱20安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)19的 下方，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)19相對應(yīng)，以接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)19剔除的有異物果料。執(zhí)行機(jī)構(gòu)19主要由 汽缸24、轉(zhuǎn)軸25和翻板26組成，如圖2所示。翻板26套入到轉(zhuǎn)軸25中，每列的轉(zhuǎn)軸25 與汽缸24相互連接。計(jì)算機(jī)15通過串行通信口與PLC6相連，計(jì)算機(jī)15經(jīng)果品原料陣列 圖像分析和異物識(shí)別后，發(fā)出異物在果品原料陣列中的定位信息，PLC6控制電磁閥18動(dòng) 作以驅(qū)動(dòng)汽缸24轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)翻板26動(dòng)作，將含有異物的果料剔除到收集箱20中。
計(jì)算機(jī)發(fā)出的是含異物果料的陣列位置信息，PLC 6需要將此行列位置信息轉(zhuǎn)換為觸 發(fā)對應(yīng)剔除機(jī)構(gòu)動(dòng)作的準(zhǔn)確時(shí)間。當(dāng)接收到計(jì)算機(jī)發(fā)來的異物位置信息時(shí)，PLC6開始觸 發(fā)延時(shí)，所需的延時(shí)f由式(1)計(jì)算
<formula>formula see original document page 8</formula>
式中，,為果品原料檢測軟件從開始進(jìn)行圖像處理到給出異物位置信息所花費(fèi)的時(shí)間(秒)， ^為從光纖傳感器安裝位置到傳輸帶末端的距離(米)，W為異物在果料陣列里的行序數(shù)，s 為果料行距(米)，v為傳輸帶的實(shí)時(shí)線速度(米/秒)。^可由果品原料檢測軟件生成，v可
由式(2)計(jì)算求得
<formula>formula see original document page 8</formula>
式中，"為旋轉(zhuǎn)編碼器所獲得的主動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分鐘)，D為主動(dòng)滾輪的直徑(毫米)。
輔助部件為人機(jī)交互界面22，與PLC6連通。人機(jī)交互界面22顯示PLC對已通過的 果品原料的行信息，當(dāng)輸送果品原料的列信息一定時(shí)，行列的乘積即為已經(jīng)檢測過的果品 原料個(gè)數(shù)，即反映檢測生產(chǎn)率；人機(jī)交互界面22同時(shí)也可以通過人工設(shè)定每幀圖像檢測的果料行數(shù)。
基于機(jī)器視覺的果品原料實(shí)時(shí)檢測和異物剔除系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。系統(tǒng)丌始 工作，各部分啟動(dòng)。旋轉(zhuǎn)編碼器測量傳輸帶驅(qū)動(dòng)滾輪的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，PLC將其與設(shè)定值比較， 如果不相符，PLC發(fā)出調(diào)整信號(hào)，變頻器調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)傳輸帶線速度；當(dāng)布置在輸 送帶旁邊的光纖傳感器探測到果料陣列進(jìn)入拍攝段時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)電平信號(hào)觸發(fā)光源頻閃和 相機(jī)拍攝果料陣列的圖像。采用透明輸送帶，可從其上、下方同時(shí)攝像。如果果料單列通 過，則在傳輸帶兩側(cè)加裝兩個(gè)相機(jī)即可實(shí)現(xiàn)果料的四面攝像；如果再設(shè)置撥叉機(jī)構(gòu)可以使 果料行轉(zhuǎn)列，從而實(shí)現(xiàn)六面攝像。圖4a、圖4b分別為撥叉機(jī)構(gòu)動(dòng)作前后的果料位置示意圖。 如圖4a、圖4b所示，撥叉機(jī)構(gòu)由撥叉27、汽缸28、固定導(dǎo)向套29和步進(jìn)電機(jī)30組成， 固定導(dǎo)向套29設(shè)置在輸送帶上方，電機(jī)30安裝在其中，撥叉27與電機(jī)主軸用聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)， 汽缸28的活塞與撥叉27用輪槽相接。當(dāng)撥叉機(jī)構(gòu)工作時(shí)，汽缸28驅(qū)動(dòng)撥叉27沿固定導(dǎo) 向套29豎直下降至傳輸帶表面，當(dāng)隨傳輸帶前進(jìn)的單列果料接觸到撥叉27時(shí)，電機(jī)30驅(qū) 動(dòng)撥叉27并帶動(dòng)果料轉(zhuǎn)動(dòng)90° ，然后汽缸28帶著撥叉上升到原始高度，電機(jī)30驅(qū)動(dòng)撥 叉27反轉(zhuǎn)復(fù)位。導(dǎo)向套29表面開有豎直細(xì)長槽，汽缸28的活塞穿過此槽聯(lián)結(jié)撥叉27并 可上下運(yùn)動(dòng)，撥叉27的桿部與汽缸28的活塞相接的高度開有90°周向槽，活塞端部的小 輪嵌入此槽，撥叉27旋轉(zhuǎn)時(shí)汽缸活塞不會(huì)跟轉(zhuǎn)。如圖5所示，另一種使果料轉(zhuǎn)位90。的 方法是設(shè)置第二個(gè)輸送機(jī)構(gòu)(其輸送帶與前個(gè)輸送裝置的輸送帶垂直且承接來自前個(gè)輸送 帶的果料)，使果料行轉(zhuǎn)列，并在第二輸送帶兩側(cè)布置相機(jī)，則可以實(shí)現(xiàn)果料的六面攝像。
相機(jī)攝取的圖像經(jīng)過圖像采集卡傳入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)的圖像處理軟件進(jìn)行一系列的 圖像處理，判別是否有異物；然后計(jì)算機(jī)將檢測結(jié)果(有無異物及異物位置)通過串行通 信口輸入到PLC里。在計(jì)算機(jī)處理圖像時(shí)，傳輸帶繼續(xù)前行，在其末端將果料轉(zhuǎn)移到剔除 裝置上。如果所通過的果料不含異物，剔除機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，果料通過剔除裝置掉到下一級(jí)的 傳輸裝置上；如果果料含有異物，PLC經(jīng)過計(jì)算觸發(fā)延時(shí)，當(dāng)果料達(dá)到剔除裝置時(shí)觸發(fā)剔 除執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，將含有異物的果料翻倒入異物收集箱內(nèi)。
實(shí)施例2:基于機(jī)器視覺的半球物體實(shí)時(shí)檢測與缺陷剔除系統(tǒng)
一種基于機(jī)器視覺的半球體實(shí)時(shí)檢測與缺陷剔除系統(tǒng)與實(shí)施例1所述的系統(tǒng)不同之處 在于
1、 光學(xué)照明系統(tǒng)是由頂面照射的穹頂光源、背光或正面照射的LED燈箱組成；
2、 該系統(tǒng)采用上、下方位和周向布置的相機(jī)獲取半球體全面積圖像。如圖6所示，周 向3個(gè)面陣相機(jī)3彼此相隔120° ，安裝在輸送帶同水平高度位置上，對射式光纖傳感器4 對稱布置于傳輸帶5上的兩側(cè)的傳感器支架上；半球體17單列輸送，故只需一套剔除裝置。剔除裝置均由電磁閥18、執(zhí)行機(jī)構(gòu)19和收集箱20組成，汽缸24、轉(zhuǎn)軸25和翻板26組成 執(zhí)行機(jī)構(gòu)19。周向相機(jī)采用專用夾具安裝。如圖7所示，專用夾具包括旋鈕31、夾板32、 螺紋立柱33、光桿立柱34、相機(jī)固定板35、緊固板36、底板支架37、微調(diào)螺母38等零 件，底板支架37通過通孔與輸送機(jī)架13的導(dǎo)軌連接，其位置可以通過底板支架37的多個(gè) 通孔調(diào)整，相機(jī)固定板35與光桿立柱34通過軸承連接，與螺紋立柱33通過螺紋緊密連接， 并可以由旋鈕31旋動(dòng)螺紋立柱33進(jìn)行上下位置的調(diào)整；光桿立柱34和螺紋立柱33通過 上下兩個(gè)夾板32，夾板32通過螺栓固定于緊固板36上。松開微調(diào)螺母38可以實(shí)現(xiàn)整個(gè) 夾具周向360度角任意角度的調(diào)節(jié)，這可以為安裝相機(jī)提供方便，也可以用作其他角度的 拍攝，滿足其他檢測目的。
3、由光纖傳感器直接觸發(fā)相機(jī)拍攝，無需旋轉(zhuǎn)編碼器。
如上所述，即可較好實(shí)施本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1、一種應(yīng)用機(jī)器視覺的物料實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括輸送裝置、動(dòng)力子系統(tǒng)、光學(xué)照明子系統(tǒng)、圖像采集子系統(tǒng)、圖像識(shí)別與運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)以及異物剔除子系統(tǒng)；輸送裝置包括傳輸帶、滾輪、彈性聯(lián)軸器和旋轉(zhuǎn)編碼器；傳輸帶為透明傳輸帶，兩端分別環(huán)繞在從動(dòng)滾輪之一和從動(dòng)滾輪之二上；動(dòng)力子系統(tǒng)包括交流動(dòng)力源、三相異步電動(dòng)機(jī)和變頻器，交流動(dòng)力源通過變頻器與三相異步電動(dòng)機(jī)電連接，三相異步電動(dòng)機(jī)與位于機(jī)架底部的主動(dòng)滾輪直接相連；旋轉(zhuǎn)編碼器通過彈性聯(lián)軸器與主動(dòng)滾輪的軸相連，旋轉(zhuǎn)編碼器還聯(lián)入到PLC，PLC還與計(jì)算機(jī)連接；主動(dòng)滾輪通過傳輸帶與從動(dòng)滾輪之一和從動(dòng)滾輪之二連接；光學(xué)照明子系統(tǒng)包括LED光源和具有透光度的成型漫射板燈箱，光源置于燈箱內(nèi)；多組燈箱分別安置于傳輸帶上方和下方；圖像采集子系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、圖像采集卡、多方位布置的面陣相機(jī)與光纖傳感器；圖像采集卡分別和多個(gè)面陣相機(jī)通過數(shù)據(jù)線纜相連，三組攝像裝置中的一組安裝在傳輸帶上方，一組安裝在傳輸帶的下方，還有一組安裝在傳輸帶水平高度，為周向攝像裝置；每組攝像裝置包含兩個(gè)或多個(gè)相同型號(hào)、布置方位不同的面陣相機(jī)；圖像采集卡與計(jì)算機(jī)的圖像處理單元相連，光纖傳感器為對射式光纖傳感器，對稱布置于傳輸帶的兩側(cè)的傳感器支架上，光纖傳感器的輸出信號(hào)引入可編程控制器PLC，PLC還接入到LED光源和面陣相機(jī)；異物剔除子系統(tǒng)包括PLC和多個(gè)剔除裝置；多個(gè)剔除裝置并列安裝在輸送帶的末端，與物料運(yùn)動(dòng)方向垂直；剔除裝置由電磁閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和收集箱組成，收集箱安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的下方，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對應(yīng)，以接收來自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物料；圖像識(shí)別與運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)與PLC；將裝有物料異物檢測軟件的計(jì)算機(jī)通過串行通信口與PLC相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用機(jī)器視覺的物料實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的執(zhí)行 機(jī)構(gòu)包括汽缸、轉(zhuǎn)軸和翻板，翻板套入到轉(zhuǎn)軸中，每列的轉(zhuǎn)軸與汽缸相互連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用機(jī)器視覺的物料實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的實(shí)時(shí) 檢測和剔除系統(tǒng)還包括人機(jī)交互界面，人機(jī)交互界面與PLC信號(hào)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用機(jī)器視覺的物料實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，其特征在于所述安裝在 傳輸帶水平高度的周向攝像裝置的3個(gè)面陣相機(jī)彼此相隔120°布置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的應(yīng)用機(jī)器視覺的物料實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，其特征在于所述 周向攝像裝置采用專用夾具，該夾具包括旋鈕、夾板、螺紋立柱、光桿立柱、面陣相機(jī)固 定板、緊固板、底板支架、微調(diào)螺母組成，底板支架通過通孔與機(jī)架的導(dǎo)軌連接，其位置通過底板支架的多個(gè)通孔調(diào)整，面陣相機(jī)固定板與光桿立柱通過軸承連接，與螺紋立柱通 過螺紋緊密連接，并由旋鈕旋動(dòng)螺紋立柱進(jìn)行上下位置的調(diào)整；光桿立柱和螺紋立柱通過 上下兩個(gè)夾板，夾板通過螺栓固定于緊固板上，其整體可以在底板上實(shí)現(xiàn)任意角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用機(jī)器視覺的物料實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括輸送裝置、動(dòng)力子系統(tǒng)、光學(xué)照明子系統(tǒng)、圖像采集子系統(tǒng)、圖像識(shí)別與運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)以及異物剔除子系統(tǒng)。利用異物與物料的圖像信息差異，如顏色、光強(qiáng)、形態(tài)差異，通過計(jì)算機(jī)智能分析識(shí)別，可以檢測出多種不同類型的異物，如頭發(fā)、纖維、金屬屑等；采用透明帶傳輸，以實(shí)現(xiàn)從上方和底面同時(shí)對物料進(jìn)行圖像拍攝，有效地提高了檢測效率；通過頻閃控制光源、光纖傳感觸發(fā)拍照、控制傳輸帶的傳輸速度以及燈箱的布置和調(diào)節(jié)，可有效地提高圖像質(zhì)量和物料檢測與異物識(shí)別準(zhǔn)確率；通過與光纖傳感器、攝像裝置、計(jì)算機(jī)連通的PLC的控制，可智能地在線剔除異物。
文檔編號(hào)B07C5/34GK201127937SQ20072006049
公開日2008年10月8日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者全思博, 全燕鳴, 林子其, 婧 趙 申請人:華南理工大學(xué)