專利名稱：水果分選機(jī)可控旋轉(zhuǎn)角度齒紋托盤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種水果分選機(jī)可控旋轉(zhuǎn)角度齒紋托盤裝置。
背景技術(shù)：
目前，水果的品質(zhì)檢測一般使用機(jī)器視覺采集水果的表面圖像，然后把圖像傳輸至計算機(jī)，通過圖像處理方法對水果的尺寸、顏色、缺陷等品質(zhì)特征進(jìn)行提取，進(jìn)而依據(jù)國家水果分級標(biāo)準(zhǔn)對水果的品質(zhì)進(jìn)行分選。在水果分選機(jī)系統(tǒng)中，為了采集水果表面圖像，采集系統(tǒng)的設(shè)計也各種各樣?，F(xiàn)有的裝置有單相機(jī)系統(tǒng)和多相機(jī)系統(tǒng)，單相機(jī)系統(tǒng)常見的裝置為相機(jī)位于流水線正上方，水果經(jīng)過時采集一副圖像，這種裝置因為只采集一副圖像，造成采集信息不全面，以偏概全，水果品質(zhì)分選誤差大；或者為托盤增加動力裝置，如步進(jìn)電機(jī)，承載水果的托盤到達(dá)相機(jī)前方停止流水線傳輸，然后以一定的角度間隔使果盤旋轉(zhuǎn)，并采集不同角度的多幅圖像，這種裝置不僅使托盤的構(gòu)造變得復(fù)雜，而且使整個流水線作業(yè)效率大大降低，不利于水果的快速檢測。多相機(jī)系統(tǒng)常見的裝置為多個相機(jī)置于流水線上方，托盤可以翻滾，不同位置采集水果多幅圖像，這種裝置的缺點是不能控制托盤中水果的旋轉(zhuǎn)角度，造成采集的信息重疊或者重要特征遺失，既增加了處理難度，又降低準(zhǔn)確度；或者多個相機(jī)在流水線上方呈環(huán)狀布局，水果經(jīng)過其下方時采集不同角度的多幅圖像，這種裝置的缺點是所采圖像和相機(jī)夾角較大，水果畸變嚴(yán)重，各個圖像背景不宜控制，增加后期處理難度。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN201313098，公告日20090923，記載了一種“基于LED和數(shù)碼相機(jī)的水果分選計算機(jī)圖像獲取裝置”，該裝置由發(fā)射紅光、藍(lán)光、綠光和紅外光二極管組成發(fā)射光源的LED陣列板對稱布置于水果支撐臺兩側(cè)，LED陣列板成45°角傾斜放置；數(shù)碼相機(jī)垂直放置于水果支撐臺上方處，計算機(jī)通過USB接口與數(shù)碼相機(jī)連接；通過計算機(jī)控制數(shù)碼相機(jī)能獲得不同輻照光源下的水果反射光譜圖像。將紅光、藍(lán)光、綠光和紅外光二極管用于水果分選。但該現(xiàn)有技術(shù)屬于單相機(jī)系統(tǒng)，采集水果表面圖像時，水果和相機(jī)均不能旋轉(zhuǎn)，容易造成水果表面重要品質(zhì)信息遺失，進(jìn)而影響分選精度。中國專利文獻(xiàn)號CN101024220，
公開日20070829，記載了一種“水果輸送分選一體化裝置”，該裝置包括循環(huán)輸送鏈系統(tǒng)，該循環(huán)輸送鏈系統(tǒng)包括上料區(qū)I、圖像采集區(qū)2和分級卸料區(qū)3、主動鏈輪4、從動鏈輪6和循環(huán)輸送鏈鏈條7，在循環(huán)輸送鏈鏈條7上設(shè)有水果支承滾子組件8和水果分選杠桿組件9，水果支承滾子組件8和水果分選杠桿組件9均設(shè)在循環(huán)輸送鏈鏈條7的兩側(cè)，且水果支承滾子組件8和水果分選杠桿組件9間隔排列，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小且分選效率高，能夠完成水果的平穩(wěn)上料、輸送和自動分級卸料，并能使水果在圖像采集區(qū)以基本相同的角速度均勻翻轉(zhuǎn)。該現(xiàn)有技術(shù)為了使水果在圖像采集區(qū)以基本相同的角速度均勻翻轉(zhuǎn)，設(shè)計了一種水果支撐滾子，該滾子在自身的重力作用下自然地壓在了摩擦裝置上，由于摩擦力作用，水果支撐滾子可以以基本相同的角速度均勻翻滾，這種方法雖然可以基本保證水果支撐滾子的均勻翻轉(zhuǎn)，但并不能保證水果以基本相同的角速度均勻翻轉(zhuǎn)，因而在水果表面圖像采集時，容易造成水果表面品質(zhì)信息的重復(fù)采集或重要信息特征的遺失，既增加了圖像處理的難度，同時不能保證水果的分選精度。中國專利文獻(xiàn)號CN 1603013，
公開日2005-04-06，記載了一種“水果檢測裝置和方法”，該技術(shù)由水果輸送翻轉(zhuǎn)部分、計算機(jī)視覺識別部分和水果分級動作部分組成。其特征在于計算機(jī)視覺識別部分，由三個逐行掃描彩色攝像系統(tǒng)、一個光照箱、兩個光電傳感器、一個同步器、高速數(shù)據(jù)通訊模塊、控制模塊和相應(yīng)的軟件組成。水果高速輸送并繞水平小軸自由轉(zhuǎn)動，保證通過計算機(jī)視覺識別部分時能翻轉(zhuǎn)240度左右；計算機(jī)視覺識別部分通過三個攝像系統(tǒng)，對每個水果采集9幅圖像，融合這些圖像的信息，提取品質(zhì)特征信息，再采用識別軟件結(jié)合知識庫完成水果形狀、大小、顏色、缺陷等全部外觀品質(zhì)的檢測，并通過控制模塊控制水果分級動作部分。其可以很方便的區(qū)分水果的果梗與果萼，提高了水果的形狀和大小和缺陷檢測的精度。但該現(xiàn)有技術(shù)所發(fā)明的水果輸送翻轉(zhuǎn)裝置并不能相對準(zhǔn)確地保證水果的翻轉(zhuǎn)角度，容易造成水果表面品質(zhì)信息的重復(fù)采集或重要信息特征的遺 失，既增加了圖像融合、處理的難度，同時不能保證水果的分選精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種水果分選機(jī)可控旋轉(zhuǎn)角度齒紋托盤裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)水果旋轉(zhuǎn)角度的控制，滿足圖像采集系統(tǒng)采集被測水果全表面圖像信息的目的。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括物料傳輸機(jī)構(gòu)、水果信息采集機(jī)構(gòu)和分選機(jī)構(gòu)，其中水果信息采集機(jī)構(gòu)設(shè)置于物料傳輸機(jī)構(gòu)的中部，物料傳輸機(jī)構(gòu)與分選機(jī)構(gòu)相連。所述的物料傳輸機(jī)構(gòu)包括上料機(jī)構(gòu)、傳動鏈條、若干個帶有齒紋的用于盛放水果的托盤以及與擋板固定連接的導(dǎo)向齒條，其中兩根傳動鏈條的一端均與上料機(jī)構(gòu)相連，若干托盤依次設(shè)置于傳動鏈條上，擋板位于傳動鏈條的中部且正對水果信息采集機(jī)構(gòu)，托盤在沿傳動鏈條傳輸過程中如遇到導(dǎo)向齒條，則托盤與導(dǎo)向齒條嚙合，托盤沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)托盤與導(dǎo)向齒條分離，則托盤停止旋轉(zhuǎn)；當(dāng)托盤和導(dǎo)向齒條結(jié)束嚙合，托盤則停止旋轉(zhuǎn)，對應(yīng)的水果信息采集機(jī)構(gòu)進(jìn)行圖像采集。所述的水果信息采集機(jī)構(gòu)包括至少一組、每組兩個的相機(jī)及其圓頂形光源以及與相機(jī)相連的計算機(jī)，其中圓頂形光源設(shè)置于對應(yīng)相機(jī)的鏡頭前方，相機(jī)的光軸與物料傳輸機(jī)構(gòu)的分級流水線方向相垂直，相機(jī)通過拍攝水果圖像并輸出至計算機(jī)。所述的托盤包括盤體、軸承、連接軸和帶有固定螺釘孔的底座，其中盤體與連接軸通過軸承相連接，使得盤體受到力矩時可以圍繞連接軸平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，連接軸的底端固定設(shè)置于用于支撐盤體的底座上。本發(fā)明通過有效的機(jī)械設(shè)計，實現(xiàn)了水果旋轉(zhuǎn)角度的控制，滿足圖像采集系統(tǒng)采集被測水果全表面圖像信息的目的。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖I局部放大示意圖。圖3為托盤結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為實施例工作流程圖。圖5為實施例圖像采集過程示意圖；圖中(a)為旋轉(zhuǎn)2次示意圖；(b)為旋轉(zhuǎn)3次示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
實施例I如圖1-3所示，本實施例包括物料傳輸機(jī)構(gòu)I、水果信息采集機(jī)構(gòu)2和分選機(jī)構(gòu)
3,其中水果信息米集機(jī)構(gòu)2設(shè)置于物料傳輸機(jī)構(gòu)I的中部，物料傳輸機(jī)構(gòu)I與分選機(jī)構(gòu)3相連。所述的物料傳輸機(jī)構(gòu)I包括上料機(jī)構(gòu)4、傳動鏈條5、若干個帶有齒紋6的用于盛放水果O的托盤7以及與擋板8固定連接的導(dǎo)向齒條9，其中兩根傳動鏈條5的一端均與上料機(jī)構(gòu)4相連，若干托盤7依次設(shè)置于傳動鏈條5上，擋板8位于傳動鏈條5的中部且正對水果信息采集機(jī)構(gòu)2，托盤7在沿傳動鏈條5傳輸過程中如遇到導(dǎo)向齒條9，則托盤7與導(dǎo)向齒條9嚙合，托盤7沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)托盤7與導(dǎo)向齒條9分離，則托盤7停止旋轉(zhuǎn)；當(dāng)托盤7和導(dǎo)向齒條9結(jié)束嚙合，托盤7則停止旋轉(zhuǎn)，對應(yīng)的水果信息采集機(jī)構(gòu)2進(jìn)行圖像采集。所述的擋板8厚度為3_5mm，且擋板8靠近水果O —側(cè)的表面為黑色，整個擋板8固定于流水線機(jī)架14之上。所述的水果信息采集機(jī)構(gòu)2包括至少一組、每組兩個的相機(jī)10及其圓頂形光源11以及與相機(jī)10相連的計算機(jī)12，其中圓頂形光源11設(shè)置于對應(yīng)相機(jī)10的鏡頭前方，相機(jī)10的光軸與物料傳輸機(jī)構(gòu)I的分級流水線方向相垂直，相機(jī)10通過拍攝水果圖像并輸出至計算機(jī)12。當(dāng)一個水果需要采集兩張圖像時正面、背面分別采集一張，則對應(yīng)導(dǎo)向齒條9的長度為托盤7的盤體13周長的一半；當(dāng)一個水果需要采集三張圖像時每間隔120°分別采集一張，則對應(yīng)導(dǎo)向齒條9的長度為托盤7的盤體13周長的三分之一；當(dāng)需要采集的圖像張數(shù)為N且每間隔360/N。分別采集一張圖像，則對應(yīng)導(dǎo)向齒條9的長度為LI，托盤7的盤體13周長為L，則應(yīng)滿足L1=L/N。當(dāng)需要采集不同角度的多幅圖像時，只需相應(yīng)調(diào)整導(dǎo)向齒條9的長度以及水果信息采集機(jī)構(gòu)2的相機(jī)10數(shù)目即可。如圖2所示，所述的托盤7包括盤體13、軸承14、連接軸15和帶有固定螺釘孔17的底座16，其中盤體13與連接軸15通過軸承14相連接，使得盤體13受到力矩時可以圍繞連接軸15平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，連接軸15的底端固定設(shè)置于用于支撐盤體13的底座16上。所述的盤體13的側(cè)面設(shè)有齒紋6,其厚度為15mm,截面半徑為60mm。
所述的底座16通過兩對固定螺釘孔17與傳動鏈條5相固定，使得盤體13可以沿物料傳輸機(jī)構(gòu)I的分級流水線方向傳輸。本實施例中，所述的盤體13的半徑為60_，通過傳動鏈條5水平傳動，上邊有一長度為1/2齒紋6托盤7周長的導(dǎo)向齒條9,傳輸過程中齒紋6托盤7可以和導(dǎo)向齒條9齒合，所述擋板8的下沿與盤體13的下沿位于同一水平線，所述擋板8的上沿高于置于盤體13上的水果O的高度。如圖3所示，所述的水果由上料機(jī)構(gòu)4向托盤7上料，通過導(dǎo)向擋邊(圖中未示出)扶正水果后，水果置于齒紋6托盤7,隨傳動鏈條5 —起向右移動,在齒合導(dǎo)向齒條9前,相機(jī)10抓拍水果一側(cè)圖像，為提高采集效果使用圓頂形光源11照明，齒紋6托盤7遇到導(dǎo)向齒條9后，發(fā)生齒合，齒紋6托盤7受到與導(dǎo)向齒條9齒合過程中的旋轉(zhuǎn)力矩作用下，水果隨齒紋6托盤7沿中心軸逆時針旋轉(zhuǎn)180°，旋轉(zhuǎn)角度誤差小于±2°，齒合結(jié)束后，位于同 側(cè)的另一相機(jī)10采集水果另一側(cè)表面圖像。如圖5所示，本實施例中以水果托盤旋轉(zhuǎn)2次和3次為例，說明圖像采集過程如圖3 (a)所示，當(dāng)水果托盤旋轉(zhuǎn)2次，即為3個相機(jī)采集水果不同角度的3幅圖像。為了減少表面特征的重復(fù)提取和位于水果邊緣的缺陷特征的畸變(由于水果邊緣部分與相機(jī)角度很大，因而缺陷面積在此區(qū)域比正對相機(jī)時要小很多，并且不易采集)，首先對每一幅圖像進(jìn)行區(qū)域劃分，以過水果的豎直軸為中心軸，垂直于中心軸的若干條直線與水果邊緣相交，把該直線與中心軸交點和該直線與水果邊緣交點之間的線段等分為3份，以三次樣條曲線連接每條直線上距離中心軸第二近鄰的等分點，這樣在水果表面形成一個接近橢圓的環(huán)形區(qū)域，該區(qū)域作為該幅圖像的特征信息采集區(qū)域，靠近邊緣的其余部分由于畸變原因在旋轉(zhuǎn)后再采集。采集的3幅不同角度的水果表面圖像分別重復(fù)該操作，最后得到3個橢圓形環(huán)狀區(qū)域近似代表水果的全表面，對3個區(qū)域進(jìn)行特征提取、信息融合得出水果的特征信息，然后根據(jù)品質(zhì)特征進(jìn)行分類。如圖3 (b)所示，當(dāng)水果托盤旋轉(zhuǎn)3次，即為4個相機(jī)采集水果不同角度的4幅圖像。首先對每一幅圖像進(jìn)行區(qū)域劃分，以過水果的豎直軸為中心軸，垂直于中心軸的若干條直線與水果邊緣相交，把該直線與中心軸交點和該直線與水果邊緣交點之間的線段等分為4份，以三次樣條曲線連接每條直線上距離中心軸第二近鄰的等分點，這樣在水果表面形成一個接近橢圓的環(huán)形區(qū)域，該區(qū)域作為該幅圖像的特征信息采集區(qū)域，靠近邊緣的其余部分由于畸變原因在旋轉(zhuǎn)后再采集。采集的4幅不同角度的水果表面圖像分別重復(fù)該操作，最后得到4個橢圓形環(huán)狀區(qū)域近似代表水果的全表面，對4個區(qū)域進(jìn)行特征提取、信息融合得出水果的特征信息，然后根據(jù)品質(zhì)特征進(jìn)行分類。當(dāng)托盤旋轉(zhuǎn)N次(N>3)，即為N+1個相機(jī)采集水果不同角度的N+1幅圖像。首先對每一幅圖像進(jìn)行區(qū)域劃分，以過水果的豎直軸為中心軸，垂直于中心軸的若干條直線與水果邊緣相交，把該直線與中心軸交點和該直線與水果邊緣交點之間的線段等分為N+1份，以三次樣條曲線連接每條直線上距離中心軸第二近鄰的等分點，這樣在水果表面形成一個接近橢圓的環(huán)形區(qū)域，該區(qū)域作為該幅圖像的特征信息采集區(qū)域，靠近邊緣的其余部分由于畸變原因在旋轉(zhuǎn)后再采集。采集的N+1幅不同角度的水果表面圖像分別重復(fù)該操作，最后得到N+1個橢圓形環(huán)狀區(qū)域近似代表水果的全表面，對N+1個區(qū)域進(jìn)行特征提取、信息融合得出水果的特征信息，然后根據(jù)品質(zhì)特征進(jìn)行分類。
在更為準(zhǔn)確的區(qū)域劃分中，垂直于豎直軸的的每一條直線可以為每一個像素，然后對該行像素進(jìn)行等分，然后連接相應(yīng)等分點即可。通過上述裝置，水果被測到的表面信息占水果總表面信息的96%以上。兩幅水果兩側(cè)圖像傳送至計算機(jī)12進(jìn)行處理融合，根據(jù)水果的品質(zhì)特征對水果進(jìn)行更加精確的分 類，并將分類更為細(xì)化的水果分別通過計算機(jī)12控制的、鐘擺式轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向擋邊或?qū)蚍诸愝?圖中未示出)輸送至不同分類箱。
權(quán)利要求
1.一種水果分選機(jī)可控旋轉(zhuǎn)角度齒紋托盤裝置，其特征在于，包括物料傳輸機(jī)構(gòu)、水果信息采集機(jī)構(gòu)和分選機(jī)構(gòu)，其中水果信息采集機(jī)構(gòu)設(shè)置于物料傳輸機(jī)構(gòu)的中部，物料傳輸機(jī)構(gòu)與分選機(jī)構(gòu)相連； 所述的物料傳輸機(jī)構(gòu)包括上料機(jī)構(gòu)、傳動鏈條、若干個帶有齒紋的用于盛放水果的托盤以及與擋板固定連接的導(dǎo)向齒條，其中兩根傳動鏈條的一端均與上料機(jī)構(gòu)相連，若干托盤依次設(shè)置于傳動鏈條上，擋板位于傳動鏈條的中部且正對水果信息采集機(jī)構(gòu)，托盤在沿傳動鏈條傳輸過程中如遇到導(dǎo)向齒條，則托盤與導(dǎo)向齒條嚙合，托盤沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)托盤與導(dǎo)向齒條分離，則托盤停止旋轉(zhuǎn)；當(dāng)托盤和導(dǎo)向齒條結(jié)束嚙合，托盤則停止旋轉(zhuǎn)，對應(yīng)的水果信息采集機(jī)構(gòu)進(jìn)行圖像采集； 所述的水果信息采集機(jī)構(gòu)包括至少一組、每組兩個的相機(jī)及其圓頂形光源以及與相機(jī)相連的計算機(jī)，其中圓頂形光源設(shè)置于對應(yīng)相機(jī)的鏡頭前方，相機(jī)的光軸與物料傳輸機(jī)構(gòu)的分級流水線方向相垂直，相機(jī)通過拍攝水果圖像并輸出至計算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征是，所述的擋板厚度為3-5_，且擋板靠近水果一側(cè)的表面為黑色，整個擋板固定于流水線機(jī)架之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征是，當(dāng)一個水果需要采集兩張圖像時正面、背面分別采集一張，則對應(yīng)導(dǎo)向齒條的長度為托盤的盤體周長的一半； 當(dāng)一個水果需要采集三張圖像時每間隔120°分別采集一張，則對應(yīng)導(dǎo)向齒條的長度為托盤的盤體周長的三分之一； 當(dāng)需要采集的圖像張數(shù)為N且每間隔360/N。分別采集一張圖像，則對應(yīng)導(dǎo)向齒條的長度為LI，托盤的盤體周長為L，則應(yīng)滿足L1=L/N ； 當(dāng)需要采集不同角度的多幅圖像時，只需相應(yīng)調(diào)整導(dǎo)向齒條的長度以及水果信息采集機(jī)構(gòu)的相機(jī)數(shù)目即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征是，所述的托盤包括盤體、軸承、連接軸和帶有固定螺釘孔的底座，其中盤體與連接軸通過軸承相連接，使得盤體受到力矩時可以圍繞連接軸平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，連接軸的底端固定設(shè)置于用于支撐盤體的底座上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是，所述的盤體的側(cè)面設(shè)有齒紋，其厚度為15mm,截面半徑為60mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是，所述的底座通過兩對固定螺釘孔與傳動鏈條相固定，使得盤體可以沿物料傳輸機(jī)構(gòu)的分級流水線方向傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征是，所述的上料機(jī)構(gòu)上設(shè)有用于扶正水果的導(dǎo)向擋邊，所述的分選機(jī)構(gòu)上均設(shè)有用于輸出導(dǎo)向的導(dǎo)向擋邊或?qū)蚍诸愝啞?br> 全文摘要
一種農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的水果分選機(jī)可控旋轉(zhuǎn)角度齒紋托盤裝置，包括物料傳輸機(jī)構(gòu)、水果信息采集機(jī)構(gòu)和分選機(jī)構(gòu)，其中水果信息采集機(jī)構(gòu)設(shè)置于物料傳輸機(jī)構(gòu)的中部，物料傳輸機(jī)構(gòu)與分選機(jī)構(gòu)相連。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)水果旋轉(zhuǎn)角度的控制，滿足圖像采集系統(tǒng)采集被測水果全表面圖像信息的目的。
文檔編號B07C5/00GK102941189SQ201210505918
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者劉成良, 張保華, 貢亮, 屠珺, 金理鉆, 李子楓, 郭凱峰, 林昌建 申請人:上海交通大學(xué)