專利名稱：一種小型可移動臍橙計算機視覺自動分選機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種食品機械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水果臍橙分選分級設(shè)備，是一種小型可移動 臍橙計算機視覺自動分選機。
背景技術(shù)：
水果斷橙產(chǎn)業(yè)是我國具有發(fā)展?jié)摿蛢?yōu)勢的產(chǎn)業(yè)之一，是加入WTO以后在國際、國內(nèi)市場上具有 良好發(fā)展前景和競爭力的產(chǎn)業(yè)。國家農(nóng)業(yè)部把國內(nèi)諸多臍橙產(chǎn)區(qū)列為發(fā)展臍橙，抵御外國果品"侵略" 的重要商品基地,堅持"規(guī)?；_發(fā)、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營、標(biāo)準(zhǔn)化管理、品牌化營銷、社會化服務(wù)"的發(fā)展 方針,著力建造世界著名的臍橙主產(chǎn)區(qū)。臍橙商品化處理包括收獲后的清洗、分級、打蠟、包裝等一 系列技術(shù)處理，分級是臍橙商品化處理中的核心環(huán)節(jié)。但我國臍橙由于產(chǎn)后處理不夠,主要是因為檢 測與分選的手段落后，基本上由人工完成，使得品質(zhì)難以保證，在國際市場上缺乏競爭力。在臍橙分級 標(biāo)準(zhǔn)中，尺寸和缺陷面積是主要的分級特征參數(shù)，而這些參數(shù)的度量僅憑人的視覺難以精確區(qū)分，且 人fe時間用眼所造成的疲勞及情緒不穩(wěn)定會造成分級誤差的波動，使臍橙的品質(zhì)無法保證。所以人 工分級存在著勞動量大、生產(chǎn)率低、分級標(biāo)準(zhǔn)難以實現(xiàn),分級精度不穩(wěn)定等缺點。因此，研究機器自 動化分選代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工分選，以提高生產(chǎn)效率，降低成本和提高分選的精確度,開發(fā)高速、精確的 臍橙自動實時分級系統(tǒng),提高臍橙的商品化處理能力，選出高質(zhì)量的臍橙,為國家創(chuàng)收外匯是極其必 要的。經(jīng)檢索，相關(guān)專利有"基于機器視覺的水果分級機器(02295073.7)"，該專利對水果大小、 表面顏色、表面缺陷、水果形狀等外部特性，在試驗裝置上利用移位寄存器同步跟蹤實現(xiàn)自動分級， 但該專利沒有自動排序上料機構(gòu)，只是在實驗室試驗階段，還不能應(yīng)用于大規(guī)模的生產(chǎn)實踐。發(fā)明內(nèi)容為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種小型可移動臍橙機器視覺自動分選機，由機器 自動化分選代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工分選，以提高生產(chǎn)效率，降低成本和提高分選的精確度。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明所述小型可移動臍橙計算機視覺自動分選機由錯排上料機構(gòu)、差速對搓自動排列機構(gòu)、 輸送線及分級氣吹執(zhí)行裝置、機、光、電和氣自動控制系統(tǒng)、計算機視覺系統(tǒng)和攝像頭光電箱部分 組成。其中(1)錯排上料機構(gòu)，由進料斗、架體、斜上料機架、無級變速機、傳動鏈部分和出料導(dǎo) 板組成，位于分選機的旁側(cè)。進料斗設(shè)在架體的下部；無級變速機安裝在架體的上部，帶動鏈節(jié)輸 送部分向上輸送需分級的臍橙；出料導(dǎo)板安裝在架體上部的輸送出口端，可以調(diào)節(jié)角度，使臍橙平4穩(wěn)地落在分選設(shè)備的輸送線上。所述的上料輸送部分包括傳動鏈輪、空心銷軸鏈、上料粗管滾子、 上料細(xì)管滾子；上料粗管滾子通過連接軸與空心銷軸鏈相連，上料細(xì)管滾子通過穿在細(xì)管兩端的開 口銷，固定在空心銷軸鏈的銷孔內(nèi)；在空心銷軸鏈相鄰的銷孔內(nèi)錯排相間安裝上料粗管滾子和上料 細(xì)管滾子，形成了一組組光滑的由3點連成的凹形弧槽，臍橙有序地排列在該凹形弧槽內(nèi)，架體的 傾斜角度e為3(T ，臍橙的中心位置與下部的上料粗管滾子的中心位置的距離a》15mm，臍橙就不 會向下滾落。此時啟動無級變速傳動電機，臍橙就可以有序地向上輸送了。(2) 差速對搓自動排列機構(gòu)，由后皮帶滾子組件、前皮帶滾子組件、前后V形支撐架、右傳動 帶、左傳動帶、右無級變速機、左無級變速機和自動排列機構(gòu)機架組成，與錯排上料機構(gòu)呈90'角 度安裝。后皮帶滾子組件和前皮帶滾子組件通過前后V形支撐架分別安裝在自動排列機構(gòu)機架的兩 端，左傳動帶和右傳動帶分別張緊在前后皮帶滾子組件上，成V形排列，右無級變速機和左無級變 速機安裝在自動排列機構(gòu)機架左端的內(nèi)部，通過皮帶輪和傳動帶帶動皮帶滾子組件旋轉(zhuǎn)，使兩條輸 送帶和可以進行無級變速，分別調(diào)整到適當(dāng)?shù)南蚯拜斔退俣?。上料機構(gòu)輸送上來的臍橙，進入成V形排列的兩條輸送帶中，由于兩條輸送帶的速度不同，臍 橙進入兩帶之間后產(chǎn)生對搓的效果，使臍橙向前移動的同時，乂產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，這樣臍橙在輸送過程中 就不會產(chǎn)生堆積現(xiàn)象，并成有序排列向前運動。兩條輸送帶可以分別進行無級變速，分別調(diào)整到適 當(dāng)?shù)南蚯拜斔退俣取?3) 輸送線及分級氣吹執(zhí)行裝置，連接在差速對搓自動排列機構(gòu)的右方，分級氣吹執(zhí)行裝置安 裝在輸送線的側(cè)面。輸送線采用鏈傳動的方式，鏈條上安裝有輸送滾輪，輸送滾輪呈懸臂狀安裝； 被檢臍橙放置在滾輪之間，在向前輸送的同時并作自轉(zhuǎn)運動，便于檢測臍橙四周的成熟度。輸送滾 輪為帶圓弧槽的圓柱形結(jié)構(gòu)，便于臍橙自動調(diào)整姿態(tài)和被快速氣流吹走。輸送線采用無級調(diào)速電機 驅(qū)動，便于和攝像、上料機構(gòu)的匹配；分級氣吹執(zhí)行裝置包括噴嘴、氣泵和管路部分，噴嘴安裝在 輸送滾輪的一側(cè)，氣泵通過管路與噴嘴相連。(4) 機、光、電和氣自動控制系統(tǒng)，安裝在輸送線前端的側(cè)面，由電氣控制柜集成控制，提供 220V、 50Hz電源，電路采用PLC控制，電氣柜中、上部安裝顯示器及電腦主機，下部安裝電氣線路 板，所有電器的控制全部集中在控制面板上。(5) 計算機視覺系統(tǒng)和攝像頭光電箱部分，安裝在輸送線中間的上方，計算機視覺系統(tǒng)由逐行 掃描CCD彩色攝像頭、圖像采集卡和工業(yè)計算機組成；攝像頭光電箱由智能逐行掃描CCD彩色相機、 光箱(光源)、觸發(fā)器組成。每當(dāng)輸送鏈向前輸送一個臍橙時，攝像頭抓拍一次圖像，抓拍到的圖像，并將圖像傳送到計算 機，計算機對采集到的圖像信息進行處理和計算，控制分級氣吹執(zhí)行裝置中的噴嘴吹氣動作。當(dāng)控制面板上選別開關(guān)設(shè)為"顏色"，對經(jīng)處理過的圖像計算出成熟度指標(biāo)，如成熟度指標(biāo)為橙紅時，該 臍橙運行至橙紅果品工位，噴嘴將其吹至橙紅品箱內(nèi)；如成熟度指標(biāo)為橙黃至橙紅時，該臍橙運行 至橙黃至橙紅果品工位，噴嘴將其吹至橙黃至橙紅品箱內(nèi)，如成熟度指標(biāo)為非橙紅、非橙黃至橙紅 時，噴嘴不動作，臍橙沿著輸送線繼續(xù)前行，最后進入未成熟果品箱內(nèi)。當(dāng)控制面板上選別開關(guān)設(shè)為"大小"，則經(jīng)圖像處理之后，計算出臍橙大小，如臍橙果實橫徑在 70 75、 75 80、 80 85、 85 90畫之中的某一范圍內(nèi)，則當(dāng)將臍橙運行至相對應(yīng)的一、二、三、 四工位時，噴嘴將其吹至相應(yīng)級別的果品箱內(nèi)。如果臍橙的果實橫徑不在上述范圍之內(nèi)，噴嘴不動 作，臍橙沿著輸送線繼續(xù)前行，最后進入輸送線尾部的60 70min果品箱內(nèi)。本發(fā)明的效果是(1)機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護方便。操作、顯示界面通俗易懂， 一般工人只需經(jīng)簡單培訓(xùn)即可上崗操作。(2)生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)線只要一人操作，穩(wěn)定分揀生產(chǎn)能 力可達(dá)每秒5只，是采用人工方式分揀無法達(dá)到的，效率提高可達(dá)5 10倍。并可消除人工分揀帶 來的其它不利因素。(3)分選誤判率低能最大限度地減少誤判，提高分辨的正確率，減少成品浪 費，提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效益。(4)整機電氣控制系統(tǒng)、電子視覺系統(tǒng)及主機高 度集成，采用可移動框架式小型結(jié)構(gòu)，可隨時移動至采摘現(xiàn)場及適宜場所對臍橙進行分選。


圖1本發(fā)明小型可移動臍橙計算機視覺自動分選機的示意圖；圖2圖l的俯視圖；圖3輸送線的側(cè)面示意圖；圖4錯排上料機構(gòu)示意圖；圖5錯排上料機構(gòu)臍橙提升滾子示意圖；圖6差速對搓自動排列機構(gòu)示意圖；圖7差速對搓自動排列機構(gòu)側(cè)面示意圖；圖8計算機視覺系統(tǒng)程序處理流程圖。l一臍橙錯排上料機構(gòu)，2—臍橙，3—差速對搓自動排列機構(gòu)，4—輸送線，5—計算機及機、光、電 自動控制部分，6—計算機視覺系統(tǒng)和攝像頭光電箱部分，7—分級氣吹執(zhí)行裝置，8—臍橙果品箱， 9一臍橙進料斗，IO—上料機構(gòu)無級變速機，ll一右傳動帶，12—左傳動帶，13—輸送滾輪，14一接 料裝置，15—傳動鏈輪，16—同步傳動帶，17—輸送線無級變速機，18—機架腳輪，19—側(cè)面接料 架，20—架體，21—粗不銹鋼管滾子，22—細(xì)不銹鋼管滾子，23—出料導(dǎo)板，24—斜上料機架，25 一上料機腳輪，26—傳動鏈調(diào)節(jié)裝置，27—錯排上料機傳動鏈，28—右無級變速機，29—后皮帶滾 子組件，30—左無級變速機，31—自動排列機構(gòu)機架，32—支撐拉桿，33—前皮帶滾子組件，34—自動排列機構(gòu)腳輪，35—無級變速機支撐架，36—傳動帶，37—左右V形面板，38—前后V形支撐 架。
具體實施方式
如圖1、 2所示，本發(fā)明所述分裝置由臍橙錯排上料機構(gòu)1、差速對搓自動排列機構(gòu)3、輸送線 4、計算機及機、光、電自動控制箱5、計算機視覺系統(tǒng)和攝像頭光電箱部分6、分級氣吹執(zhí)行裝置 7組成。(1) 錯排上料機構(gòu)l在分選機的一端，如圖4和圖5所示，包括迸料斗9、架體20、斜上料機 架24、無級變速機10和傳動鏈部分27。進料斗9安裝在架體20左側(cè)下部的上料位置上。架體20 的左下方兩側(cè)安裝有傳動鏈調(diào)節(jié)裝置26，可以調(diào)節(jié)傳動鏈部分27的松緊程度。無級變速機10安裝 在架體20的右上方，并通過扭力臂與架體20相連，將動力傳遞給傳動鏈部分27，并可以調(diào)節(jié)其所 需要的上料速度。出料導(dǎo)板23安裝在架體20的右端上部，可以調(diào)節(jié)角度，使臍橙平穩(wěn)地落在差速 對搓自動排列機構(gòu)3上。在傳動鏈27相鄰銷孔內(nèi)錯排相間的安裝粗不銹鋼管滾子21和細(xì)不銹鋼管滾子22，這樣就形成 了一組組光滑的由3點連成的凹弧形狀槽，臍橙有序地排列在該凹弧形槽內(nèi)，當(dāng)架體20傾斜角度后， 要求臍橙的中心位置與下部的粗不銹鋼管滾子21的中心位置有一定的距離a》15mm，臍橙就不會向 卜'滾落。此時啟動無級變速機IO，臍橙就可以有序地向上輸送了。(2) 差速對搓自動排列機構(gòu)3與錯排上料機構(gòu)1呈9(T角度，安裝在輸送線4的一端。如圖 6所示，后皮帶滾子組件29和前皮帶滾子組件33，通過前后V形支撐架38，分別安裝在自動排列 機構(gòu)機架31的兩端，右傳動帶11和左傳動帶12分別張緊在皮帶滾子組件上，成V形排列，右無級 變速機28和左無級變速機30安裝在自動排列機構(gòu)機架31左端的內(nèi)部，通過皮帶輪和傳動帶36帶 動皮帶滾子組件29旋轉(zhuǎn)，使兩條輸送帶11和12可以進行無級變速，分別調(diào)整到適當(dāng)?shù)南蚯拜斔退?度。錯排上料機構(gòu)1輸送上來的臍橙，進入差速對搓自動排列機構(gòu)3成V形排列的兩條輸送帶11和 12中，由于兩條輸送帶的速度不同，臍橙進入兩帶之間后產(chǎn)生對搓的效果，使臍橙向前移動的同時， 又產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，這樣臍橙在輸送過程中就不會產(chǎn)生堆積現(xiàn)象，并成有序棑列地向前運動。(3) 輸送線4，連接在差速V形對搓自動排列機構(gòu)3的右方。輸送線采用鏈傳動的方式，鏈條 上連接有輸送滾輪13,呈懸臂狀安裝，輸送滾輪13采用帶圓弧槽的圓柱形結(jié)構(gòu)，被檢臍橙放置在 滾輪之間，在向前輸送的同時并作自轉(zhuǎn)運動，使臍橙能自動調(diào)整姿態(tài)和便于檢測臍橙四周的成熟度。 輸送線采用無級變速機17驅(qū)動，可適時調(diào)整臍橙輸送速度，便于攝像和差速對搓自動排列機構(gòu)3速 度的匹配。分級氣吹執(zhí)行裝置7安裝在輸送線4的側(cè)面，根據(jù)臍橙所分的等級數(shù)，安排幾個氣源氣 嘴和對應(yīng)的接料裝置14。(4)計算機及機、光、電、氣自動控制系統(tǒng)5和計算機視覺系統(tǒng)和攝像頭光電箱部分6，分別 安裝在輸送線部分4的側(cè)面和上方，由電氣控制柜集成控制，電路采用PLC控制，電氣柜中、上部 安裝顯示器及電腦主機，下部安裝電氣線路板，所有電器的控制全部集中在控制面板上。視覺系統(tǒng) 采用逐行掃描CCD彩色攝像頭、圖像采集長和工業(yè)計算機組成；攝像系統(tǒng)由智能逐行掃描CCD彩色 相機、光箱(光源)、觸發(fā)器組成。每當(dāng)輸送滾輪13向前輸送一個臍橙時，觸發(fā)器觸發(fā)攝像頭抓拍 一次圖像，抓拍到的圖像，并將圖像傳送到計算機，計算機對采集到的圖像信息進行處理和計算， 控制快速噴嘴7電磁閩的吹氣動作。當(dāng)控制面板上選別開關(guān)設(shè)為"顏色"，對經(jīng)處理過的圖像計算出成熟度指標(biāo)，臍橙沿著輸送線4 前行時，分級氣吹執(zhí)行裝置7將其吹至相應(yīng)顏色級別的果品箱內(nèi)。當(dāng)控制面板上選別開關(guān)設(shè)為"大 小"，則經(jīng)圖像處理之后，計算出臍橙大小，如臍橙果實橫徑在70 75、 75 80、 80 85、 85 90, 之中的某一范圍內(nèi)，則當(dāng)將臍橙運行至相對應(yīng)的一、二、三、四工位時，分級氣吹執(zhí)行裝置7將其 吹至相應(yīng)級別的果品箱內(nèi)8內(nèi)。如果臍橙的果實橫徑不在上述范圍之內(nèi)，分級氣吹執(zhí)行裝置7不動 作，臍橙沿著輸送線繼續(xù)前行，最后進入輸送線尾部的60 70mm果品箱內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種小型可移動臍橙計算機視覺自動分選機，由錯排上料機構(gòu)、差速對搓自動排列機構(gòu)、輸送線及分級氣吹執(zhí)行裝置、機、光、電和氣自動控制系統(tǒng)、計算機視覺系統(tǒng)和攝像頭光電箱部分組成；錯排上料機構(gòu)位于自動分選機的一端的旁側(cè)，差速對搓自動排列機構(gòu)與錯排上料機構(gòu)呈90°角度，安裝在輸送線的一端，輸送線連接在差速對搓自動排列機構(gòu)的右方，分級氣吹執(zhí)行裝置安裝在輸送線的側(cè)面，機、光、電和氣自動控制系統(tǒng)安裝在輸送線前端部分的側(cè)面，計算機視覺系統(tǒng)和攝像頭光電箱部分安裝在輸送線中間的上方。
2、 權(quán)利要求1所述的自動分選機，其特征在于錯排上料機構(gòu)由進料斗、架體、斜上料機架、無級變速機、傳動鏈部分、出料導(dǎo)板和上料輸送部分組成，進料斗設(shè)在架體的 下部，無級變速機安裝在架體的上部，出料導(dǎo)板安裝在架體上部的輸送出口端，斜上料機架位于架體的下方；所述的上料輸送部分包括傳動鏈輪、空心銷軸鏈、上料粗管滾子、上 料細(xì)管滾子；上料粗管滾子通過連接軸與空心銷軸鏈相連，上料細(xì)管滾子通過穿在細(xì)管兩 端的開口銷，固定在空心銷軸鏈的銷孔內(nèi)；在空心銷軸鏈相鄰的銷孔內(nèi)錯排相間安裝上料 粗管滾子和上料細(xì)管滾子，形成了一組組光滑的由3點連成的凹形弧槽，臍橙有序地排列 在該凹形弧槽內(nèi)，架體的傾斜角度f3為3(T ，臍橙的中心位置與下部的上料粗管滾子的中 心位置的距離a^l5mm。
3、 權(quán)利要求1所述的自動分選機，其特征在于差速對搓自動排列機構(gòu)由后皮帶滾 子組件、前皮帶滾子組件、前后V形支撐架、右傳動帶、左傳動帶、右無級變速機、左無 級變速機和自動排列機構(gòu)機架組成，后皮帶滾子組件和前皮帶滾子組件通過前后V形支撐 架分別安裝在自動排列機構(gòu)機架的兩端，左傳動帶和右傳動帶分別張緊在前后皮帶滾子組 件上，成V形排列，右無級變速機和左無級變速機安裝在自動排列機構(gòu)機架左端的內(nèi)部， 通過皮帶輪和傳動帶帶動皮帶滾子組件旋轉(zhuǎn)。
4、 權(quán)利要求1所述的自動分選機，其特征在于輸送線及分級氣吹執(zhí)行裝置，位于在差速對搓自動排列機構(gòu)的右方，且分級氣吹執(zhí)行裝置安裝在輸送線的側(cè)面；輸送線采用 鏈傳動的方式，鏈條上呈懸臂狀安裝有輸送滾輪，輸送滾輪為帶圓弧槽的圓柱形結(jié)構(gòu)；分 級氣吹執(zhí)行裝置包括噴嘴、氣泵和管路部分，噴嘴安裝在輸送滾輪的一側(cè)，氣泵通過管路 與噴嘴相連。
5、 權(quán)利要求1所述的自動分選機，其特征在于機、光、電和氣自動控制系統(tǒng)由電 氣控制柜集成控制，提供220V、 50Hz電源，電路采用PLC控制，電氣柜中、上部安裝顯示器及電腦主機，下部安裝電氣線路板，所有電器的控制全部集中在控制面板上。
6、權(quán)利要求1所述的自動分選機，其特征在于計算機視覺系統(tǒng)由逐行掃描CCD彩 色攝像頭、圖像采集卡和工業(yè)計算機組成；攝像頭光電箱由智能逐行掃描CCD彩色相機、 光箱(光源)、觸發(fā)器組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及食品機械設(shè)備，為一種小型可移動臍橙計算機視覺自動分選機。由錯排上料機構(gòu)、差速對搓自動排列機構(gòu)、輸送線及分級氣吹執(zhí)行裝置、機、光、電和氣自動控制系統(tǒng)、計算機視覺系統(tǒng)和攝像頭光電箱部分組成；錯排上料機構(gòu)位于自動分選機的一端的旁側(cè)，差速對搓自動排列機構(gòu)與錯排上料機構(gòu)呈90°角度，安裝在輸送線的一端，輸送線連接在差速對搓自動排列機構(gòu)的右方，分級氣吹執(zhí)行裝置安裝在輸送線的側(cè)面，機、光、電和氣自動控制系統(tǒng)安裝在輸送線前端部分的側(cè)面，計算機視覺系統(tǒng)和攝像頭光電箱部分安裝在輸送線中間的上方。本發(fā)明由機器自動化分選代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工分選，以提高生產(chǎn)效率，降低成本和提高分選的精確度。
文檔編號B07C5/02GK101574693SQ20081024371
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者張應(yīng)龍, 楊林川, 王富良, 王維新, 葛福才, 許喬寶, 許友誼, 趙杰文 申請人:江蘇大學(xué)